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岩土研究院

粘土固化浆液在隧道含水砂层中防水固砂注浆的应用

349 2022-05-19 10:00:55

1.工程概况

广州地铁杨箕—体育西路区间隧道位于中山路东端南侧,西起梅花路口,向东横穿杨箕涌,与东风东路和广州大道立交桥斜交后进人天河居民区直至体育西路,全长 1186.7m,左右两线的中间距13.3~16.3m,隧道断面最大高度6.47 m,最大宽度6.3m,其上覆土层厚度8~16.2m,结构为复合式衬砌。该区间隧道在 YDK13+969.1YDK14+020段和ZDK13+969.1 ~ZDK14+030段穿越含水砂层,隧道安全通过该含水沙层是广州地铁施工中十大难题中最困难的一个。


广州地铁杨—体区间隧道所在地层为海陆交互相冲积层,地层分布极不均匀,含水沙层段隧道上覆土层厚度8~10m,隧道分别穿越沙层、粉质粘土和泥质粉砂岩。沙层厚5.2~9.7 m,密度19~21 kN/m³,孔隙比0.42~0.68,孔隙率为0.3~0.4,砂土饱和度为84%~93%,天然快剪测得的磨擦角为20°~36°,标准贯人击数N=6.9~16.6,基本承载力σ=80~200kPa。砂主要为棕黄色,其液化等级为中等,围岩类别为Ⅰ类。粉质粘土厚1.6~6.1m,暗红色,可塑—硬塑,土质不均匀,其容重为20.2kN/m³,含水量21%~27%,孔隙比0.6~0.76,孔隙率0.38~0.43.其液化指数1三0.47~0.56,内摩擦角为18°~26°,基本承载力200~300上Pa,标贯击数N=16~20,属Ⅱ类围岩。隧道底板附近的泥质粉砂岩呈紫红色,强风化呈半岩半土状,中风化呈短柱状,属Ⅲ类围岩,岩层厚度大于6m,抗压强度为3~13MPa,弹性模量1.7~3 GPa,泊桑比0.17~0.25。


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2.地表注浆试验

为了解决该区间隧道含水沙层开挖的难题,施工单位采用了新型注浆材料——粘土固化浆液与超细水泥共同配合注浆的新工艺。在隧道洞内开挖前,首先在地表进行了注浆试验。地表注浆加固范围的轴线长度3.6m,横向宽度 10m,注浆面积36 m²。试验段上覆土层厚度9.0m,采用垂直钻孔梅花状布孔,注浆时使用橡皮袖阀管,注浆方式为后退式注浆。


在完成所有钻孔的注浆任务后对注浆效果进行了检查,检春的方法是从钻孔取岩芯作力学性能指标测试以及渗透系数测试两方面进行。


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3.洞内注浆开挖

(1)注浆设计

广州地铁杨箕一体育西路区间隧道穿越含水沙层施工总体原则是∶长孔注浆固本,短孔注浆补强,长短结合.步步为营,短讲尺、强支护;及时封闭、巩固后方,加强监控测量,及时反馈信息,据此修正设计和施工。总的施工原则是;根据超细水泥浆结石体强度高而粘土固化浆液结石体强度适中、渗透性好与堵水效率高的特点,充分发挥这两种浆液各自的特点,在隧道开挖轮廓线外注超细水泥浆,以发挥其结石体强度高的特点,保证隧道安全开挖,减少地面沉降;而在隧道开挖轮廓线以内、隧道断面中注以粘土固化浆液,充分发挥粘土固化浆液渗透性好而强度又适中的特点,将断面内的含水砂层固结起来,防止断面开挖过程中断面内砂层发生涌砂、涌水等工程灾害,并且,隧道开挖断面内注浆固结体的强度较低,开挖比较容易,从而提高了施工数率。


注浆参数的确定∶

①注浆压力

由于隧道上覆地层仅8.8~10m,所以注浆压力不宜大,一般在0.5~1.0 MPa,注浆终压为1.0MPa。

②单孔注浆量

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③注浆速度

由于上覆地层较薄,并有许多市政地下管线,地表的沉降与隆起受到严格的限制,因此,注浆速度也受到控制,控制在40L/min 以下。


整个隧道已于1997年4月底以前完成了全部的开挖工作,顺利地通过了该含水沙层;为保证广州地铁的按时通车作出了应有的贡献。


(2)经济效果比较

使用粘土固化浆液作为注浆材料,可节约大量的材料成本。在实际使用中,粘土固化浆液的材料单位成本仅为水泥浆液成本的1/3~1/4左右,并具有明显的注浆加固效果。