砂层注浆长管棚施工技术研讨.pdf

砂层注浆长管棚施工技术研究 黄明利 黄树炉 李 力 (北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心) 摘要在城市软工中修建隧道，为减小其开挖卸荷造成的围岩变形、沉降及地上地下构筑物的安全， 保证工程的顺利进行，必须采取相应的措施。管棚支护具有提高土层物理参数、阻断沉降等 作用。本文结合地铁五号线张自忠路车站工程，针对在砂层中施作管棚，提出技术创新，经 过实践验证，取得了良好的效果，为其他工程施工提供了参考作用。 关键词砂层长管棚成孔注浆 1 管棚作用机理和设计原则 1．1管棚作用机理 在浅埋暗挖法修建隧道中，预加固以及预支护等措施对于稳定围岩，保证隧道正常安全 施工起着非常重要的作用。特别是在恶劣和特殊条件下安全开挖，提前提供增强地层承载力 的临时支护方法，对控制塌方和抑制地表沉降有着显著的效果。研究和实践表明，大约地表 沉降的30％～40％，地下土层沉降的40％--50％都是隧道末进行初支产生作用以前产生的。 所以，对隧道工作面前方的土层进行预加固和预支护，以便在隧道开挖之前最大程度地限制 土体的变位，是控制沉降的关键环节。工程实践和理论研究均表明，超前预支护对于地表沉 降的约束作用始于工作面前方一定距离处，一般为1至2倍洞径，其对地表沉降的控制可达 30％～35％，对洞顶沉降的控制高达40％。 隧道施工中，超前加固方法主要包括工作面深孔注浆，小导管超前预注浆等，预支护手 段主要有工作面超前锚杆、水平旋喷桩和管棚等。其中，管棚在土质隧道施工中由于施工工 艺较为完善、可靠性高，同时对土体沉降控制效果好和能够承受大荷载，而在城市隧道、山 岭隧道洞口段和穿越工程，如隧道穿越房屋、重要管线、公路、铁路、隧道等得到广泛应 用。 管棚的预支护作用主要体现在以下3个方面： (1)阻断沉降作用。在浅埋隧道施工中，一般情况下，拱顶沉降要大于地表沉降，北京 地铁复八线的经验值是1：2，采用管棚进行预支护在大幅度减小地表和拱顶沉降量的同时， 也改变了二者的比例，使得拱顶沉降远远小于地表沉降量。 (2)均匀曲线，由于管棚的承托作用，使得沉降槽沉降集中的程度大幅减小，沉降总量 在减小的同时有向两端均匀分布的趋势。 (3)提高土层物理参数，增大地层自稳能力。实际施工中为增大管棚的刚度和管棚与围 岩的黏结力，常常在管棚内注入水泥砂浆，使得管棚与其周围的土体成为一个整体，从而极 大地增强了土层的自稳能力。 446 1．2管棚设计原则 (1)系统性原则 管棚的设计要考虑多方面因素，场区土层条件、水文地质条件、地面荷载条件，隧道埋 深以及隧道结构断面各项参数、施工方法等等，都对管棚的工作状态有着或多或少的影响， 而且，长管棚属一次打设，所以，应按场区内最不利区段的最不利工作状态设计管棚，以保 证安全施工。 (2)安全性原则 但凡使用管棚作为预支护手段的隧道工程，大都是软弱土层条件下的隧道的重要区段， 有时对沉降的控制要求非常严格，比如隧道穿越房屋、公路或铁路线等，所以，此类工程必 须在确保地表结构安全使用的同时，保证施工的安全。在管棚设计时，要综合利用各种因素 条件，使管棚的设计偏于安全。 (3)工艺可行原则 目前，随着隧道工程的增多，产生了很多复杂环境条件下隧道施工的问题，对管棚的长 度、管棚施工的精度等有很高的要求，这样，在设计管棚时必须考虑工艺的可行性，以满足 施工要求，保证工程进度。 (4)挠度控制原则 在预支护结构设计时大都以结构容许强度作为设计的上限，但在长管棚穿越施工中，大 多对沉降有着严格的要求，而且，由于管棚的作用在于将开挖面影响区段内的荷载转移到其 前后土层和结构中去，材料使用应力较低，管棚强度绝大部分得不到发挥。基于以上两点， 应以挠度作为管棚设计的控制指标。 2张自忠路车站管棚施工技术 2．1工程地质概况 北京地铁5号线张自忠路站位于平安大街与东四北大街相交的十字路口，东四北大街道 路东侧，呈南北走向，为明暗挖结合车站。车站主体外结构轮廓纵向剖面呈凹字形，平安大 街南北两端为三层明挖结构，中间过平安大街为单层暗挖结构。地面平安大街交通繁忙，地 下管网密布，共有各种管线11条。车站暗挖段为单层三跨两柱连拱结构，设计开挖跨度为 浅，跨度大，覆跨比为0．46，为浅埋隧道，围岩稳定性较差。