WSS工法在下穿京密引水渠暗挖地鐵施工中的應用

趙高亮

(中鐵二局股份有限公司,成都 610031)

WSS工法在下穿京密引水渠暗挖地鐵施工中的應用

趙高亮

(中鐵二局股份有限公司,成都 610031)

隨著北京軌道交通昌平線建設的快速推進,在下穿京密引水渠暗挖隧道施工時,遇到飽和動態含水砂層,在該種地層中開挖施工隧道極易發生涌水和流砂等工程災害。目前,在該種地層中施工隧道,通常采用明挖法、盾構法或凍結法等施工方法,施工效果一般,施工成本較高。而北京地鐵昌平線下穿京密引水渠段采用暗挖法施工,地下水位高,如何有效止水并保證京密引水渠安全是工程順利施工的關鍵,也是整條地鐵線的一大技術攻關難題。基于此對止水工藝進行比選,結合昌平地鐵下穿京密引水渠暗挖隧道施工情況,對飽和動態含水砂層中止水工藝進行對比研究,結論為：WSS二重管注漿 +超前小導管注漿結合的注漿止水加固法可滿足工程需要,實踐證明施工效果良好。

地鐵;WSS工法;淺埋暗挖法;施工

1 工程概況

1.1 概況

北京地鐵昌平線城南站—高教園站區間下穿京密引水渠暗挖段起始里程為 K12+500～K12+900,總長400m,本段暗挖地下結構為分離式雙線隧道,采用淺埋暗挖法施工。分別在 K12+670和 K12+770設施工豎井用于該段隧道施工,兩豎井間的距離為 100m。

1.2 工程地質水文情況

下穿京密引水渠暗挖隧道范圍內的土層主要有：粉土填土、雜填土、粉細砂土、中粗砂、圓礫卵石、粉土、粉質黏土等。河底下結構范圍飽和動態含水砂層較厚,形成流砂的可能性較大,砂層分布較亂,無明顯規律。見圖1。

圖1 暗挖段地質剖面

下穿京密引水渠暗挖隧道范圍內的水文情況為在下穿京密引水渠段,結構底板埋置較深,約 16～17.2m,影響結構施工的主要為層間水,該段需降水其中層間水：含水層巖性為圓礫卵石⑤層、粉細砂⑤層和粉土⑤3層,水位高程為 35.48～39.24m,水位埋深為 13.4～15.8m。該層透水性好,主要接受大氣降水及側向徑流補給,以側向徑流、向下越流補給的方式排泄。5年內最高水位線在區間隧道拱頂約 1.5處,水位線在結構底板上 1.4～2.6m處。見圖2。

1.3 暗挖結構與京密引水渠的位置關系

下穿京密引水渠暗挖區間作為北京軌道交通昌平線的施工重點和難點之一,是昌平線僅有的兩個一級環境安全風險源工程之一,引水渠水面寬度約 20 m,水深約 1m,區間隧道頂部距渠底高度僅 4.8m,地質情況多為砂層和卵石層,極易發生塌方。見圖3、圖4

圖4 過京密引水渠暗挖段與京密引水渠位置關系斷面(單位：m)

2 止水工藝比選

2.1 各種止水工藝分析

參考以往類似工程的施工經驗結合相關資料,分別對前進式孔口管注漿、袖閥管注漿、WSS工法、TS工法幾種止水工藝分析,詳細概括了各種工藝的優、缺點,以期為類似施工提供決策參考。見表1。

2.2 止水工藝的選定

經過對各種工法問題評價,前進式孔口管及袖閥管施工速度太慢且成本太高,不滿足該工程工期及成本控制要求,不予考慮;TSS工法工藝較為復雜、施工速度慢且成本高,不滿足該工程工期及成本控制要求,不予考慮。綜合考慮安全質量風險、工期壓力、注漿效果、施工成本及現有技術能力,通過比選分析認為,WSS二重管注漿 +超前小導管注漿結合的注漿止水加固地層法可滿足本工程需要,注漿材料以“超細水泥 +水玻璃 +無收縮劑”雙液漿,對止水及土體加固效果較好,最終確定 WSS工法為下穿京密引水渠暗挖地鐵隧道止水的主要施工方案。

2.3 WSS工法的難點及對策

(1)WSS二重管注漿工藝流程(圖5)

(2)難點

WSS工法注漿施工時現場注漿材料配比實際可控性較差,具有該專業操作經驗的人員較少,現場如何控制注漿施工質量是面臨的一大難題。

工程特點主要是砂卵石層中機械成孔較為困難,機械成孔特別是 TXU-75A鉆孔機成孔難度較大,主要存在以下影響：

①砂卵石層對鉆頭磨損較大;

②大粒徑漂石影響鉆機施工,漂石粒徑超過 0.2 m施工極為困難;

③砂卵石層中成孔容易塌孔。

(3)對策

針對 TXU-75A鉆孔機成孔的幾個困難因素擬采取以下措施：

①采用增加鉆頭儲備;

②漂石粒徑較大時調整鉆孔位置;

圖5 工藝流程

③增加漿液濃度。

2.4 施工情況

(1)注漿機械設備配選

根據工程地質水文情況,本項目注漿施工主要機械設備如表2所示。

(2)注漿參數

施工前首先做注漿試驗,根據注漿試驗確定注漿參數,擬采用的注漿參數如下。

表2 注漿施工主要機械設備

①注漿布孔間距：1m×1m梅花形布孔;

②注漿擴散直徑：R=1 000～1 500mm;

③注漿壓力：0.15～0.75MPa;

④初凝時間：0.5～2min,為速凝注漿;

⑤鉆桿回抽幅度：約 10～20 cm。

(3)漿液選擇(表3)

表3 漿液選擇

采用無公害無收縮雙液注漿漿液,即超細水泥-水玻璃漿液(CS漿液)。

水玻璃漿液配比為：硅酸鈉∶稀釋劑 =330 kg∶350 kg=1∶1.061;水泥漿液配比為：超細水泥∶稀釋劑 =341 kg∶350 kg=1∶1.026。施工中根據注漿試驗結果可調整注漿配合比。(4)注漿后擬達到的結果注漿加固后強度：

卵石層達到 2.5～3.0 MPa,止水系數：10.7～10.8 cm/s;

中砂層達到 1.5～2.0 MPa,止水系數：10.7～10.8 cm/s;

黏土層達到 1.0～1.5 MPa,止水系數：10.8～10.9 cm/s。

2.5 注漿效果檢查

通過現場記錄分析結果如下。

(1)通過注漿體內鉆孔,往檢查孔內壓水,測定地基的流量及滲透系數,結果顯示注漿效果良好;

(2)觀察結果顯示檢查孔內流水較清,注漿效果良好;

(3)經工地試驗室及第三方試驗室鉆孔取樣,檢測樣品的密實度、結石性質、漿液充填率和剩余空隙率等,結果顯示各項指標均達標,注漿效果良好;

采用以上 3種注漿效果檢查方法,對現場注漿情況進行了綜合分析評價,各項指標均達到預期目標,注漿效果良好,能夠滿足現場無水作業施工需要。

3 結論

就暗挖隧道如何安全下穿引水渠,并保證引水渠安全,先后對多種施工方案進行比選,最終確定了目前施工的這種最安全、最有效的下穿方案,即地下洞內進行 WSS工法深孔注漿加固土體。2009年 11月 24日上午 9時下穿京密引水渠河底段左線 91.86m成功貫通的事實證明該方案是成功的。

通過 WSS工法在地鐵昌平線下穿京密引水渠暗挖施工中的應用,筆者認為,WSS二重管注漿 +超前小導管注漿結合的注漿止水加固地層法可滿足本工程需要,注漿材料以“超細水泥 +水玻璃 +無收縮劑”雙液漿,對飽和動態含水砂層中止水及土體加固效果較好。

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U 455.4

B

1004-2954(2010)03-0095-03

2009-11-23;

2009-11-26

趙高亮(1984—),男,助理工程師,2005年畢業于南京林業大學土木工程學院,工學學士。