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全断面帷幕注浆措施在贵阳市轨道交通1号线下穿南明河区间隧道段的应用研究
作者:王祥  发布时间:2017年5月27日 浏览:830 次

1  工程背景

1.1 工程概况

贵阳市轨道交通1号线全长35.1km,设置车站25座,线路西起百花新城,东西向贯穿观山湖区后穿越黔灵山脉至老城区,之后向南延伸至经开区到达终点。线路途径市级行政中心、贵阳北站、贵阳火车站等重要的功能节点和交通枢纽,有效连接起贵阳市观山湖新区和老城区两大核心城市区,成为贵阳市轨道交通网的骨干线路。

轨道交通1号线线路区间分别在中山路站~人民广场站、人民广场站~火车站两次下穿南明河,其中中山路站~人民广场站区间与南明河斜交,线路下穿南明河段长约260m,隧道结构最小埋深8.2m;人民广场站~火车站区间与南明河正交,下穿长度约为60m,隧道结构最小埋深10.7m。下穿区间隧道为单洞单线结构,隧道结构高约7米,跨度约6.5m,采用矿山法施工。

1.2 工程地质及水文状况

南明河作为贵阳市的母亲河,自西向东贯穿贵阳市区,两岸建筑密集,景观优美,环境条件较为优越。轨道交通1号线穿越段,河床最低标高1046m,河水水位标高1049m,五十年一遇洪水位1053m,属季节性河流。根据勘察资料及周边工程实践揭示,南明河河底以下岩石为中风化泥质石灰岩及泥质白云岩,岩石节理裂隙较发育,岩体较破碎,岩溶中等至强发育,形态多以溶洞、溶沟(槽)、石芽为主,岩石中节理裂隙及溶孔构成地下水的赋存空间和运移通道,岩层整体具有碳酸盐岩分布广、含水层厚度大、地下水埋藏浅、水量丰富等特点,工程地质及水文地质条件较为复杂。

 

1  南明河现状

Figure 1  Current situation of Nanming river

1.3下穿区间线路与南明河段的平纵关系

1号线中山路站~人民广场站区间斜向穿越南明河,其中左线隧道下穿长度约260m,右线隧道下穿长度约200m,两线线间距约13m,隧道拱顶距河底埋深8.211m

人民广场站~火车站区间与南明河河道基本正交,左右线下穿长度均约60m,两线线间距14m,隧道拱顶距离河底埋深10.713m

 

 

2  中山路站~人民广场站区间

下穿南明河段位置关系图

Figure2  Positional relationship of the zhongshan road station to the people's square station tunnel wear under Nanming river

 

3  人民广场站~火车站区间下穿

南明河段位置关系图

Figure 3  Positional relationship of the people's square station to the train station tunnel wear under Nanming river

2  全断面帷幕注浆的功效

帷幕注浆是利用液压或气压将能凝固的浆液按设计的浓度通过特设的注浆钻孔,压送到破碎岩层、砂软石层的裂缝、孔隙中,形成围岩注浆固结,从而改善围岩的物理力学性质,减少其渗透系数,提高其自稳能力,与初期支护共同保证施工期间洞室的稳定及安全[13]

轨道交通1号线下穿南明河段岩石裂隙及岩溶较为发育,地下水连通管道复杂,为有效防止渗漏水现象的发生,保障隧道施工及线路后期运用安全,经分析研究,采用帷幕注浆措施将可达到以下目的:

1、帷幕注浆填充围岩裂隙及可能存在的岩溶通道,形成封闭的止水防渗带,防止南明河水通过未知岩溶通道与开挖隧道连通。

2、注浆加固破碎岩体,避免隧道掘进过程中因围岩过于破碎而发生坍塌事故。

3、注浆钻孔与超前地质预报配合,查明掌子面前方不良地质,起到提前预防和处置的作用。

3  工程措施研究

根据工程地质情况及下穿河道段隧道埋深,结合贵阳地区相关工程经验和施工技术水平,通过反复论证及深入研究,确定采用以下工程措施开展下穿南明河段区间隧道的施工。

3.1 超前地质预报

1、超前地质预报

施工过程中,首先在地质勘探调查的基础上,应用TSP预测预报系统进行长距离探测,实现长期超前地质预报;其后结合TSP系统的预报结果,用超前深孔地质钻探进行前方围岩、地下水变化情况的中距离探测和验证,实现中期超前地质预报;然后在中长期超前地质预报的基础上,应用地质雷达和红外线探测仪,进行短距离地质探测,实现短期地质预报;利用炮眼和超前支护中的超前小管棚,实现临近地质预报。通过分段分期实施探测,从而实现长中短近的地质探查,弥补勘察阶段探测存在的盲区,有效提高超前预测预报的准确度,保障施工安全。

2、设置超前钻孔探水

由于本段岩层的主要特点是溶洞、溶隙等岩溶发育,加之河流水量丰富,如果隧道围岩与河水存在水力联系,在隧道开挖过程中极易发生涌水突水风险。为此施工过程中,结合超前预报设置超前钻孔进行探水将十分必要,同时根据超前探水孔水量变化也可对注浆压力等参数进行适时调整。

3.2 洞内超前围岩注浆预加固

为避免岩溶突水,加固破碎围岩,采用洞内围幕注浆、超前管棚注浆等方式,对前方围岩体进行注浆预加固,以减少围岩透水性,及时封堵岩溶管道,避免洞内突水风险。

经对比研究和现场试验,下穿南明河段隧道段采用全断面帷幕注浆方式进行处理,两段下穿段预注浆的长度分别设计为320m120m,注浆范围为隧道开挖线以外3m,注浆段长度设为16m,一个注浆段完成后预留3m不开挖作为下一注浆段的止浆岩盘。具体措施设置为[46]

1、每循环单线断面超前预注浆共设置111个注浆孔,浆液的扩散半径为2m。注浆采用分段前进式注浆,每段前进5m,采用以下注浆参数实施。

水泥-水玻璃双液浆:水玻璃浓度:35°Bé,水泥浆与水玻璃体积比为1110.6

缓凝剂掺量:水泥用量的2%; 

注浆终压:24MPa 

扩散半径:2m

孔口钢管直径:108mm

超前钻孔直径:100mm

钻孔水平投影长度:16m

孔底间距:2.2m

注浆结束后,按总注浆孔的510%设置纵向检查孔,钻孔直径Φ80,一般不少于3个,检查孔长度应覆盖注浆段长。

通过定性观察和定量方法对注浆效果进行检测,决定是否需要补充钻孔注浆。检查孔涌水量应<0.2L/min·m),否则应补孔注浆。通过统计总注浆量,反算浆液对空隙填充率,保障浆液填充率达到70%以上。

 

4  下穿南明河隧道横断面注浆示意图

Figure 4  Schematic diagram of tunnel wear under Nanming river cross section grouting