三重管高压旋喷注浆技术在上海地铁旁通道软土地层加固中的应用.pdf

j 少 削 寸。，r 价 建井技术 1 9 9 5 2)北京建井研究所上海地帙工程专栏 0 三重管高压旋喷注 浆技术在上海地铁 旁通道 软 土地层 加 固中的应 用 季国 强 苏坚 深 赵 斌 1 工程概 况 上海 市地铁 1号线长沙路旁通道工程位 于上海地铁 1号 线 人民广场地铁站 至新闸路 地铁站之 间、长沙路与北京西路的交叉路 口 附近，上行线 与下行 线均 已采用盾构通过 下 行线 的隧道 在楼 房下 穿过，如采用高压旋喷 注浆加固，就必须拆迁楼房，故只能加固多 一半，建造 半个旁 通道 即 中间泵房。三重管高 压旋 喷注浆加固封水工程位于 上行 线之上地面，在长沙路路 口施工，地处 上海 市繁华地段，l 6路 电车通过 此处，路两 旁均是二层楼房，地下管线复杂，为商业区 高 压旋喷加固范围为长l】3 m、宽9 4 m、深 2 1 1 4 m的淤泥质软土地层。1、1 工程地质与水文地质 简介 施工地层多为淤泥质地层，根据地质柱 状图，自上而下 为：壤 土，m O 1 5 褐 黄色 亚粘 土 m I 5 2 6 麓色 掘质 亚粘土 m 2 6 7 5 麓色弑扼质粘土，T 力 7 5 1 7 o 麓色 牯土 m 1 7 0 l l 下 静水位标高在地表以下 0 7 1 1 m。地面标高为+2 9 7 0 m，；墓 遗在灰色淤泥 质粘土 中穿过 高 喷注浆加 固封水 区在此范 围内。若不进行高喷注浆将会造成冒水涌 砂 引起隧道、地表 地面建筑物下沉、开 裂 是地铁旁通道建设 的难题。1 2加 固 封水 的 要 求 上海市隧道工程设计院提出的加固要求 如 下；L 干 。7 L ；3 (1)高喷注浆 加固后的土体应具有 良好 的均匀性及 自立能 力 (2)加同后的土体应达到无侧限抗压强 度大于 0 9 MP a，渗 透 系数小于 1 l O-g c m s。1 3加 固封 水 方 案 淤泥地层加固封水有很多施工方法，单 管 高压旋 喷注浆法和二重管高压旋 喷注浆法 成桩 直径 小，高喷钻孔 多，容 易出现橱 喷 区，工期长；深层搅拌 法与喷粉桩法，由于塔 架 高度限制，加固深度达不到要求，而且桩径 与钻孔直径相 同，地下管 线多，设备庞 大，无 法施工；长 沙路是 交通要道，其允 许占据一 半路，如选 择冻 结法 施工，需要 在地表 路面 上打钻，安装 冷冻站，中断 全部交通，条件 不允许因此，决 定采用三重管高压旋喷注 浆法施 工 三重管高压旋喷注浆技术使用藏 工设 备、机具较少，施工速霞快，成 桩直径较大，钻孔数量 步，接茬较少，藏工 灵活，受地下 管线曩；响不大，可局部打斜孔进行高压旋喷 注浆，并能控制不同部位的加 固强度，是一 种行之有效的加固封水的施工方法 本加固封水工程中，采用三重管高压旋 喷注浆法进行封帮、封底、封顶。在加图区 域 内以梅花 形布孔成密排桩。布孔形式为宽边 l O排，长边 2 l 行，排 间距为 1 O m，行 闻距 1 1 m(圈 1)，钻孔 钻进 深度为 2 1 4 m，其中从地表 往下 7 O m 为 不 喷段，7 O m以下至 2 1 4 m 为三重管高压旋 喷注浆段，各 孔旋 喷注浆段 高 l 4 4 m。1 4 三 重管高压连喷注 浆法 简介 维普资讯 l 0 北 京建 井研 究所 上 海地长工 程专 栏 毫井 技 术 l 9 9 5 2)圈 1 上海地铁 长抄路旁通道中间泵站 软土加强封水布孔圈 注t R 隧道中心竣 I。+旋喷挂 中心 三重管高 压喷射注浆技 术是 以水、气、水 泥 浆三种介 质通过三重管 注浆管，以高压射 流切割、破坏周国的土体，使水泥浆与土粒 搅 拌混 合，水泥浆凝 固后形成各种不 同形状 的固结 体。三重管 注浆管 由内、中、外三种不 同直 径无缝钢管 以特殊 的连 接件组装而成，高压 水走 内管，压缩空 气走内、中管间 的环形空 间，水 泥浆走 中管 与外管 间的 环形 空间，三 种 介质 各走 自身的通道，互不 串通。压缩空 气包裹 高压水射 流作 同轴 喷射，防止高 压水 射流分 散漫射 而使水 压力衰减过快；同时由 注浆 泵压注 水泥浆，虽然浆液 的压力不高，但 由于高压射流的作用，使水泥浆与披切削下 来的土粒搅拌混台，从而达到加固土体的作 用。1 5主 要 设 奋 与 机 具 3 X B-7$0型高压术幕，台 l TX U一 3 型工程 钻 机，台 l B W-2 5 0 4型 泥浆 幕，台 2 特蜘 G 2 A-s o 墨膏喷钻机 台 1 螺杆式空气压鼙机，台 1 2 0 0 1 术泥浆搅拌机，台 2 导魂特、三t蕾注浆蕾、喷头 配套 2 施工工艺及主要技术措施 2 1施 I前 的准备I作(1)1 6路 电车 临时改道，施工工业 广场 占用 2 3马路 1 3马路 为行 人与其他车 辆 通行 (2)挖好约 5 0 m的废浆 池，另外用砖砌 一个约 4 0 m 的废浆 池备用；(3)下水道 的四 周打 一道 围堰，以 免水 泥浆或废浆流入下水道；(4)搭好水泥平台和防雨篷 (5)安装好 设备，建成注浆站，接通水 电 (6)为探清地 下埋设物、管线，依 据设 计 的 布孔 孔位，挖 出宽 1 1 m、深 1 5 m、长 1 0 m的沟槽，该沟也作为储存胃浆，用污泥 泵将废浆 打到废 浆池 内；(7)每三行位 开挖 一条上述掏槽，中间 保留 0 5 5 m 宽的柏 油路，以便铺设 枕木 与钢 轨，安装好钻 机。注浆站 布置如 图 2所示。2 注浆站示意 图 2 2 施 II 艺技 术参数 压力 MP 丑 高 压术 压培 空气 术扼浆 瘴 量，Lml n 膏压 术 压鼙 空气 m-ml n 水泥浆 术泥浆比重 术泥浆水灰比 2 8 3 5 0 5 5 o 7 2 7 S 6 S 8 S 1 4 9 1 6 0 】l 0 8 维普资讯 建井技术 1 9 9 5 2)北京建井研究所上 鼙 建杖工程专栏，n 喷啦直 径，mm 1 8 z 0 喷咀提 升速 度 r a m mi 8 0 1 2 0 曩 疆旋转 建 度 r mi n。B 1 5 注浆 材料 采用 5 2 5 号 普通 硅酸盐 水 泥，必要时掺加三 己醇胺 与食盐作速凝早强剂。3 兰重管高压旋喷注浆施工 3，1施 I 顺 序(1)从 第一排的第一行开 始，依次施工，不跳孔连续喷注。(2)钻机就位 严格按照设计的孔位就 位旋喷钻机，将喷头中心对准孔位中心，调 整旋喷钻机处 于水平状态，保证三重 管注浆 管垂直度误差不大于 0 5 ，桩中心偏移不 大于 1 0 c m。(3)造孔及下管 由于在淤泥质欹 土地 层 中施 工，因 此不使 用 TXU一 3 0 0型工 程钻 机打先导孔，直接 利用三重 管拄 浆管射 水钻 进，把遣孔和下管合并成一道工序。为了防 止深度过深时周围的土体对三重管注浆管的 摩擦 力过大而损坏注浆管，另外也为了增大 钻孔的直径，在喷头的竖向等 距离焊 三条 q 2 0 mm的钢筋，下管对使用下钻导流器，并 使 用 BW一 2 5 0 4泥 浆 泵 迭 水，必要 时 使 用 3 XB 一 7 5 5 0高压水泵射水钻进，在钻进 时遣 浆维护孔壁，这样增大了三重管拄浆管与其 周围地层的空隙，既减小注浆管与土层的摩 擦阻 力，使冒浆上升的渠道畅通，防止地层 内增大地表臌舄 长 现象产生。接管时要严格检 查每节注浆管的密封圈是否完好。(4)喷射成 桩。三重管注浆管的前端唆 头下放到设计深度之后，换成旋喷导流器，依 次开 动 3 XB 一 7 5 5 0型高压水泵和空 压机，检 查压 力是 否达到设计要求，如选不到要求，检 查密封件 与喷 咀的状况是 否正常。如 果压力 正常，就开动 B W一 2 5 0 4型水 泥注 浆泵，三重 管高压喷射注浆正常进行。高喷时必须严格 按照设计的提升速度，旋转速度、水泥浆的 浓度和排量等工艺技术参数施工，并时刻观 察高压泵、空压机和注浆泵的压力及流量变 化，如有故障及时排除。每次拆卸三重管注 浆管后再喷注时，要 保证 3 0 c m 的复喷段，以 防断桩。拆卸下来的三重管注浆管及时冲洗 干净，井按顺序排列好，三重管注浆管的密 封圈如有损坏篙及时更换。(5)记录与试块。造孔及高喷注浆都要 认真记录钻孔深度地质资料以及高喷技术 参数。按工程监理 的要 求，利用 冒浆打试块 作抽样检查，经养生进行力学性能测试 2地下蕾线的保护 在城市 中施工，地 下管线的保护是 极 为 重 要的，必须 充分重 视。(1)事先对地下埋设物及管线网进行全 面的、历史的调查，提取档案资料调查地下 埋设物及管线的分布情况。(2)开挖 沟橹，将管线或 地下埋设物全 郁暴露 出来，根据地下 管线 的位置和尺 寸，适 当调整设计。移动孔位，改变技术参数与布 孔，增加孔数或增大成桩直径 保证桩与桩 完全交接，不能有漏喷区，避免钻进造孔时 破坏地下管线或浆液流入地下上、下水道和 电信、电缆沟内去 3 3虞 浆液 的排 放(1)在下水道铁 篦周围用砖砌成 围堰，以 免冒上来的废浆流人下水道 中去。(2)使 用污泥泵，由沟槽 中把 冒上来的 废浆打到施工前 已准备好的储浆池中。废浆 中台有一定量的水泥，较容易凝固，硬化后 挖出用汽车运走 也可 以用污泥泵将废浆打 入槽车 内运走，为了防止废浆硬化于槽车中，需要不断地搅拌废浆，并掺加一定量的缓凝 剂。3 4文 明施工 施工地点位于市区繁华的商l业街，因此，在藏工工地四周架设美观的护栏，以防浆、泥、水飞溅店铺与行人，注意污水、废浆，泥 土等不要污染周围环境，排污的汽车必须用 清水将汽车轮子和汽车冲洗干 净才得开出工 地 选配好性能优 良、噪音小的设 备，本施 维普资讯 l 2 北京 建 井研究 所上 博地蛀 工程 专栏 建井 粒术 1 9 9 5(2)工现场选 用瑞 典g I 进 的无 噪音 的螺杆式空气 压缩机、尽量不影响厨围居民的休息。4 施工效果及其分析 上海地铁 1号线全 线 共有 7个旁 通道，我 所承担 了长沙路及南苏 州河路的二 个中间 水 泵站的 高喷 注浆 加 固软土及封 水 的工 程，其 全五 个旁 通 道 的加 固任务 由其 它 单 位承 担，但均 未达到 上海市隧 道工程设计院的设 计要求，后采用了 多种 补救措施才得 以建成 中间水泵站。因此，1 9 9 4年 1月 1 7日上 海 解放 日 报 指出 由我所与 上海机施公 司台作。采用 最额的国际先进水平的三重管高喷注浆加固 软弱地层和新奥法建 设地铁 中闻水泵站 获得 成功 使地铁建设 一 个难题 被攻 克，为上海 地铁建设叉开辟一 条新 的途 径。4 1 高喷 注 浆 加 固及 封 水 效 果 开挖结果表 明，采 用三重 管高 压旋喷注 浆法 加 固淤泥质 的软 土 是行之 有效 的方法，我所加 固的质量 好除 了有先进的设备外，还 掌握 了先进 的技 术。据 开挖过 程观察，被加固 区域的淤 泥质 软土经三重管高压旋喷注浆后性状有较大的 改善，加固后的土体 具有 良好的均匀性及 自 立能 力，达到设计院的要求；固结体坚硬，强 度相当高，类似于岩体，必须用风镐开挖 不 渗水，完全封住 地下水 I加固均 匀，未见漏 喷区。用开挖的固结土俸制作试样进行力学 性能测 试，抗 压强度、抗 剪切强度、土的粘 结力与安息角都有大幅度的提高，无侧限抗 压强度 平均 超过 2 MP a 最高达到 3 8 MP a。由 于 加 固 效 果 好 可 以采 用 全 断 面 开 挖 碡少了施工工 期和开挖 的支护 费用，并 有效地控制住地表 的沉 降和盾 构管 片的移 动。为上海市在 淤泥质软土地 层中地 下工程 的施 工提供 了一种 安全、经济、快 速的施工 方 法。4 2效 果 分 析(1)加 固效 果 良好，是 由于采用先进的 施工设备、先进的技术以及技术参数的台理，并运 用了以往的施工经验。(2)按成桩直径为 1 4 m进行设计与布 孔，开挖 结果表 明，改有发现 未 固结的 软泥 存在，证明成桩直径达到 1 4 m 以上 符 合设 计 要求，也表 明成 柱直 径设计为 1 4 m 是 适 宜的 (3)开挖工作是在高喷注浆加固完成后 2 0天 左 右进 行 的，被加 固 土 体的 中心部 位(旁通道的中心部位)加固土体尚处在固后反 应过程中，有一段相对比较软弱，但仍能 自 立，且温度比较高 I离中心部位较远的即加 固边缘温度较低，而且整体强度高，土体干 燥。中心部位的加固土体暴露在空气 中 1 2 天即固化，温度降低，强度提高，土体变成 千燥。经 分析 认为，水泥在凝 固过程 中产生 大量的水化热，中心部位的水化热散发较慢，因此 固结 体呈较软 弱状态 加固 区域 的边缘 部 位水化 热容 易散发，凝 固较快，强度较 高。中心部 位一 经开 挖，暴露 在空气 中，水化 热 容 易散 发。土体也很 快变 硬起来。因此开 挖 前应 先开 几个散热孔，让水化热 散发，以加 快硬化。(4)将 高喷注浆中 向上 冒的浆，按工程 监理 的要求 做 了九组 7 c m 7 c m7 e ra 的试 块，并进 行单轴抗压强度试验，试块强 度 为 1 5 MP a左 右 l而用开挖 的 固结体 制做 的试 块，单轴抗压强度值为 2 4 MP a，比冒浆围 结体单轴抗压强度值高 4 O 6 0 该数值 说明，冒浆中水泥浆含量较少，强度偏低；另 外。可以利用冒浆所做试块的强度值来预测 地层中固结体的强度以供选择开挖施工工 艺及 支护 的方式方 法 (5)整个开挖蘸工中无明显的渗水、滴 水现象，是在干燥的固结土体中进行的，这 表明三重管高压旋喷注浆技术在上海地铁软 土地层中加固封水是可靠的 (责任 煽辑董 鲐直)维普资讯