地铁隧道水平冻结法施工技术

108 &
8mm 钢管车制 1 台 , 隧道南、北两端均配置 HW - 4型水平钻机 4 台、 HW - 4 型双层可移动升降
本工程水平冻结孔钻进长度、终端错位搭接的对向冻结方式及所处地层乃国内外前所未有, 施工难度比较大 , 钻孔的质量直接关系到冻结工法应用的成败, 因此 , 利用测温孔作为初期打钻 试验孔 , 在考证钻机、钻头等设备在本地层中可用性的同时 , 回归分析钻进中技术参数和钻孔偏 斜规律 , 为加快打钻速度 , 保证钻孔质量提供准确可靠的工艺参数。 施工中分别选择了南端 1 #和 2 # 测温孔作为试验孔进行了试钻和回归分析, 得出结论如下 :
t# # # 冻结壁交圈时间, 天; L # # # 相临冻结孔布孔间距 , mm; S# # # 冻结孔长度 , mm; v # # # 相临冻结孔间冻土发展速度 ( 经验值 ), mm /d。
冻结壁达到设计厚度及强度时间计算 (积极冻结期 ) 采用下列公式: t= K 式中 H - H 1 + ( 0- T ) / 2000- 1000+ 8 /0 1 = 1& = 90 (天 ) v 12
地铁隧道水平冻结法施工技术
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( 1) 工点内成孔土层较软 , 应选择高转速快速钻进 , 正式钻孔过程中应视具体情况灵活调整 钻压、钻速和转速, 实现偏斜控制应 ! 以保为主, 以纠为辅 ∀。 ( 2) 工点内地质情况复杂程度远大于地质资料中所述, 残积土层的透水性和富水性更强 , 钻 孔出砂量较难控制, 地表沉降得不到保证 , 因此须进行终孔注浆。 ( 3) 水平钻进中受钻具自重影响, 钻具前端会产生下垂现象 , 造成仰俯偏斜; 钻具顺时针旋 转 , 产生右旋力 , 造成方位偏斜, 因此须给定入孔纠偏补偿角度, 方位补偿角取 0~ ∗ 0 4( , 仰 俯补偿角拱部取 0 1~ 0 3( , 底部取 0~ 0 1( 。 ( 4) 水平陀螺仪非成熟产品, 其测斜准确率偏低, 较好的补救办法是同时使用经纬仪灯光测 斜与之互补。 5 3 水平冻结孔 ( 管 ) 施工 水平冻结孔施工工艺流程 : 测放冻结管位 ) 管位混凝土壁开孔 ) 埋设、安装孔口装置 ) 检测 单向阀、封水丝堵座质量 ) 组装钻具 (斜板式钻头、专用接头、 108mm 冻结管 ) ) 二次开孔 ) 更换钻头 ) 测调钻孔方位角和仰 (俯 ) 角 ) 开泵、冲洗液循环 ) 钻进 ) 回次加尺 ) 焊接冻结管 接口 ) 再钻进 ) 直至设计深度终孔 ) 终孔注浆 ) 孔管清洗 ) 安装封水丝堵 ) 水压试漏 ) 测斜 ) 切 割露在孔外多余的冻结管并焊封管口 ) 移机至下一管位。并与动力头输出轴上的异径接头 ( 罗 丝头 ) 连接。 测放冻结管位: 采用经纬仪, 用相对坐标测放冻结管位 , 开孔孔位允许偏差 ∗ 50mm。 管位混凝土壁开孔: 管位混凝土壁开孔孔径 160mm, 孔位要严格吻合测放点。混凝土壁开 孔不能一次打穿 , 应预留 8~ 10cm 作为安全层。 埋设、安装孔口装置 : 孔口装置包括孔口管、孔口闸阀、球阀和密封盒。孔口管采用 156 & 11mm 钢管 , 内插端部车制斜口槽纹 (鱼鳞扣 ) 并缠绕麻丝以起到密封作用, 外露端部焊接有 与球形密封阀连接的法轮盘, 侧面穿孔并与 50 孔口闸阀焊接。由于孔口管兼起钻孔导向的作 用 , 管孔角度关系到水平冻结孔纠偏、防偏的成败 , 孔口管埋设仰俯角度控制在 1~ 2( 左右, 方 位定好后用拉杆和膨胀螺栓牢靠固定在端壁墙上, 防止钻进中松动移位。孔口管固定好后螺栓连 接球阀和密封盒。 检测单向阀、封水丝堵座质量: 单向阀检测方法为注水加压, 开启压力在 0 5 ~ 0 8MP a 为 合格, 封水丝堵检测方法为试上丝堵并注水加压, 丝扣紧密、旋扭顺利并在 1 0 M Pa 水压下, 前 30 分钟压力下降不超过 0 05 M Pa , 后 15 分钟稳压不降为合格。 组装钻具: 将检测合格的钻头通过专用接头与第一段加工好的 108 & 8mm 钻 杆 ( 冻结管 ) 连接。钻头与钻杆、钻杆与钻杆的连接均采用丝扣 + 焊接连接。 二次开孔: 钻具组装准备好后 , 用 120mm 金刚钻将混凝土壁剩余安全层打穿。二次开孔 如出现涌砂、涌水现象, 应进行孔口加固注浆。 更换钻头: 二次开孔后, 取下金刚钻头, 将组装准备好的钻具与钻机动力头输出轴上的异径 接头 ( 罗丝头 ) 连接。 测调入孔方位角和仰 ( 俯 ) 角: 按设计要求结合试钻回归分析得出的纠偏补偿角测调钻孔 入孔角度。 入孔方位角 = 冻结管设计立位角度 ∗ 钻进纠偏水平角 钻孔开孔仰角 = 设计仰 (俯 ) 角 ∗ 钻进纠偏垂直角 开泵、冲洗液循环: 循环泥浆有以下几种作用 : ( 1) 护壁、润滑作用。防止钻进中塌孔 , 同时润滑孔壁 , 减小摩擦, 避免抱钻 ; ( 2) 挟渣作用。钻进中岩粉、碎石块、碎砂易在钻具底部沉淀, 造成钻孔上仰或左右偏斜,
t# # # 冻结壁达到设计厚度及强度时间 , 天; K # # # 环境温度边界条件的修正系数, 1~ 1 2; H # # # 设计冻结壁厚度 , mm;
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工 程 科 技
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H 1 # # # 冻结孔距开挖轮廓线距离 , mm; T # # # 设计平均冻土温度, (C; # # # 冷冻场温度梯度, ∃ /mm; v # # # 冻土向外发展速度 ( 经验值 ), mm / d 。 4 2 隧道开挖支护设计 隧道采用浅埋暗挖法 及喷锚构 筑法进行 设计和施 工, 遵循 ! 管超前, 严注浆 , 强 支护, 早封闭 , 勤量 测, 速反 馈 ∀ 的施工原则, 采用复合式衬砌结构。初期支护采用钢 格架喷射, 钢架间距 50cm, 喷混凝土厚度 40c m。二次衬砌 采用 C30模筑钢筋混凝土 , 厚度 45cm。 及时支护, 冻结壁暴露时间控制在 24 小时以内 , 以确保冻结。 5 施工方法及主要技术措施 ! 水平冻结法加固围岩 , 浅埋暗挖法开挖和衬砌 ∀ 施工的主要施工顺序为: 施工准备 ) 试验 孔施工 ) 冻结孔施工 ) 安装冻结制冷系统 ) 安装冻结盐水系统和检测系统 ) 积极冻结 ) 试挖 ) 维 护冻结 ) 开挖支护 ) 停止冻结 , 冻结管填充 ) 二衬施工 ) 解冻土层跟踪注浆治理融沉。 5 1 施工准备 设备选型充分考虑了地质情况及场地特点, 选择专为打设水平钢管用的 HW - 4 型水平钻 机 , 该钻机主要技术参数: 回转器扭矩 : 3500N ∋ m; 液压传动给进力 : 160kN; 转速: 60 、 85 、 125r/m in ; 电动机功率: 18k W。 钻头选用自制导向钻进专用斜板式钻头, 钻头内焊有单向阀和封水丝堵座 , 现场加工, 如下 图 3 所示; 备用三翼刮刀全面钻头和螺旋超前导向钻头。
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地铁隧道水平冻结法施工技术
广州分公司
摘 要
刘
佼
本 文主要阐述了水平冷冻法施工 在广州 地铁工 程中的 成功应用 , 及对水 平冷冻 法的施工 方 法及主要技术措施进行了介绍。
关键词
地铁施工
地铁隧道Biblioteka 水平冷冻法1 工程概况 广州市轨道交通三号线天河客运站及站后折返线隧道位于广州市天河区上元岗购物广场东 侧 , 斜穿广汕公路和沙河立交桥引桥。隧道覆土深度 8 0 ~ 9 2m, 隧顶主要位于冲、洪积砂层 中 , 洞身主要位于花岗岩残积土中。砂层为饱水层 , 富水性强、透水性强 , 自稳能力差 ; 花岗岩 残积土饱水性较好, 为弱透水性, 有浸水软化、崩解的特性。根据以往的工程经验 , 在这样的地 层中采用矿山法及常规辅助工法修筑隧道 , 施工难度大 , 安全性差, 施工缓慢且工程投资较难控 制。由于广汕公路是连接广州与汕头、增城之间的重要交通干道 , 交通繁忙, 不能封路施工, 且 道路两侧地下管线纵横交错, 数目繁多, 为避免明挖所带来的交通疏解和管线迁改困难 , 通过借 鉴广州、上海等地下水平冻结法施工经验 , 选定 ! 暗挖矿山法 ∀ 为基本工法 , 选定 ! 水平冻结 预加固围岩 ∀ 作为主要辅助施工措施, 综合起来称 ! 水平冻结法加固围岩, 浅埋暗挖法开挖和 衬砌 ∀ 施工。 2 总体技术方案 根据隧道围岩各土层富水性强、饱水性好的特点, 设计通过水平冻结 , 将隧道开挖轮廓线以 外 2 0m 厚度的土层冻结为不透水且有一定强度的冻土帷幕 , 使其在隧道开挖过程中起到止水和 临时支护的作用。冻土帷幕达到设计厚度及强度后 , 开始隧道开挖, 隧道开挖采用交叉中隔壁法 ( CRD 法 ) 分 6 部进行 , 初期支护遵循强支护的原则 , 考虑承受全部围岩压力, 采用钢拱架挂网 喷射混凝土 , 与开挖同步。隧道全断面开挖支护完成后 , 停止冻结, 冻土帷幕自然解冻 , 其承载 的围岩压力逐步释放 , 并转由初期支护承受。在冻土帷幕融穿, 初期支护承载全部围岩压力并基 本变形稳定后, 开始二次衬砌施工, 二次衬砌按承受全部静水压力和部分变形压力进行设计。 3 相关技术应用与发展现状 冻结法施工先前较多的应用在煤炭行业的竖井施工中, 多为竖向冻结 , 并形成了相关的行业 标准, 近年来, 随着城市交通建设的发展 , 越来越多的地下工程也采用了人工冻结预加固地层, 并取得了一定的成效。例如上海复兴路过江隧道连通道工程、大连路过江隧道连通道工程, 北京 地铁 ! 复 # 八 ∀ 大北窖 # 热电厂区间隧道工程以及广州地铁二号线纪 # 越区间隧道工程等均采 用了水平冻结法施工 , 并取得了成功。目前, 该工法在本项目中冻结规模之大、开挖断面之大、
图 2 设计开挖分部及支护示意
隧道开挖采用交叉中隔壁 ( CRD) 法分 6 部进行 , 见图 2 。开挖进尺控制在 1 0m, 开挖后
图 3 自制斜板式导向钻头结构示意
为满足工期要求并结合施工场地特点, 钻孔施工设钻具加工厂房一座 , 配备专用接 式工作平台一座、泥浆系统一套。 5 2 试验孔施工
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图 1 设计冻土帷幕断面示意图
Qm ax # # # 单站最大需冷量 , kcal /h ; k# # # 冷量储备系数, 1 2~ 1 5 ; # # # 冻结器外径, m; L # # # 冷冻管长度, m; q# # # 冷量扩散系数, kcal /m ∋ h。