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地铁运营线路隧道上浮整治技术探讨及应用

在城市轨道交通的建设中,大量采用盾构法进行施工,而盾构机掘进轮廓大于结构尺寸,因此两者之间必然存在一些空隙,施工中通常采用注浆方式对该空隙进行填充,而由于施工控制的不到位和注浆浆液的收缩凝固,往往在硬岩段自然拱的作用下形成拱部空隙。在运营期间通过列车的反复振动后,部分管片原有约束受到破坏,应力重新分布,管片形成上浮。本文以东莞2号线的经验,总结提出了地铁运营线路隧道上浮整治技术,取得了良好效果,保障了隧道稳定和运营安全。

一、工程概况

东莞轨道交通2号线榴花公园站-下桥站区间采用盾构法施工,区间线路沿莞龙路敷设,左线ZDK5+502.598~ZDK8+371.846,全长为2857.121m,右线YDK5+502.598~YDK8+370.000,全长为2865.532m;线路纵断面为V形坡,最大坡度为20‰,线路埋深16.1m~34.6m,隧道于2012年12月自下桥站始发,2013年12月贯通于榴花公园站。

2号线全线于2015年11月开通试运行,并于2016年5月27日正式开通试运营。

1.隧道上浮情况

2016年11月12日,运营监测单位在榴下区间左线监测工作中发现K5+786.9附近有管片崩角情况;并且ZDK5+751.9、ZDK5+786.9和ZDK5+886.9处监测点位均出现上升情况,且上升量已超报警值5mm。

随后监测单位对报警段管片进行了加密监测,2017年2月4日监测数据显示,管片上浮段位于榴下区间左线ZDK5+741.9~ZDK5+886.9段,最大累计上浮已达30mm。

2.隧道结构上浮的原因分析

榴下区间长约2.86公里,盾构隧道基本处于<7-3>中风化砂岩地段,当盾构从下桥站始发掘进约2.6公里到达上浮区段后,因盾构止浆板被长距离磨损,导致管片背后同步注浆的浆液流失,而二次注浆不密实,导致盾构管片与隧道顶部岩体之间存在空隙;地铁运营后隧道管片在列车反复振动作用下与管片底部注浆体的粘结力失效,加之地下水恢复,水位上升,导致隧道在地下水浮力作用下产生上浮。

二、隧道上浮整治施工组织与技术

1.注浆方式的论证与选择

注浆方式可以采用地表和洞内两种注浆方案。由于2号线已经全线开通试运营,洞内注浆方案存在作业时间短、施工效率低的问题;而地面袖阀管注浆方案虽然作业条件较好,但施工精准度对施工工艺控制水平要求极高,地面注浆钻孔也很难精准到达管片和围岩之间的填充层,风险较大。经过多次技术论证,我们最终选择采用洞内注浆方案。

2.注浆的高效组织与管理

由于2号线已经全线开通试运营,洞内注浆方案实施的高效组织就成为了工作的关键。本次注浆采用运营工程车作为注浆材料、设备的运输车并作为注浆作业平台,大大提高了工作效率。

3.注浆实施方案

(1)注浆材料的选择

本次注浆主要目的是控制隧道变形趋势,防止管片沉降超出可控范围,并尽量恢复管片姿态至设计值,同时还要考虑第二天列车运营对注浆体的影响。故注浆材料的胶凝时间要短,优先选择注入双液浆,浆液在短时间内达到一定强度,置换管片壁后松散砂土及动水,待管片稳固后,再补充单液浆,填充壁后剩余空隙,长效牢固管片。

(2)注浆的顺序和孔位的选择

①泄压孔的选择

注浆过程中,隧道内泄压孔应设在管片3、9点位,控制隧道壁后液面不超过3、9点位,由于3点位处存在管线,为避开既有管线,泄压孔设在管片5、9点位,注浆前应先对卸压孔进行控制性限量放水泄压。

考虑到隧道注浆顺序从下游至上游,泄压孔开设在注浆环上游,并与注浆环间隔3环以上,保证注浆环附近浆液流入静水中,以减小浆液离析度,增加浆液在隧道壁后的填充密实度。

②注浆孔的选择

每环的注浆孔优先选取1、11点位对称注入,特殊情况可选用5、9点位(泄压孔)。注浆时,管片左右两侧孔位对称同步注入,通过两台注浆机的注浆压力、监测实时反馈的信息来维持壁后两侧压力平稳,浆液均匀上升。注浆过程中,严格控制注浆压力,待泄压孔流出浓浆为止。

③流水作业

本次注浆施工采取三组队伍分工作业,一组队伍为注浆队伍,负责注浆施工;另一组队伍为打孔队伍,负责拆卸前一天注浆留下的注浆头,清理干净,并提前打开次日需要注浆的孔位,对接清理干净的注浆头,适度关闭阀门(有限制放水);第三组队伍为杂工队伍,负责维持施工期间的环境,完工后清理现场,做到工完料清场地清。

4.注浆参数的控制与终止注浆标准

(1)注浆配比选择

为使得注浆体尽快发挥作用,结合施工可注性,注浆水泥选择P.O42.5R水泥,经试验确定,采用配合比-双液浆水灰比=水泥浆(V):水玻璃(V)=1:0.5,波美度=30Be’,浆液凝固时间20s左右。单液浆水灰比=1∶1.2。

(2)注浆压力

注浆压力是注浆施工主要的控制指标,二次补充注浆主要考虑覆土厚度及管片的最大承受力,根据计算二次补充注浆压力为0.20~0.4MPa且注浆压力不能使管片出现破损及错台。本工程二次注浆,注浆压力不得大于0.3Mpa,优先选择0.25Mpa,注浆流量控制在5~30L/min间。

(3) 终止注浆标准

当浆液从注浆检查孔流出时,封堵该检查孔,当注浆压力达到0.25 Mpa时,暂时停止注浆,稍后再进行注浆,若压力不减小,增大至0.3Mpa,则停止该孔注浆,移至下一循环。

三、整治效果评价

1.监测数据分析

该区段隧道结构于2016年底发现存在上浮趋势,2017年3月29日开始进行放水泄压、注入双液浆,2017年5月1日完成双液浆注浆工作,于2017年5月3日开始进行单液浆补充注浆,2017年5月13日完成单液浆补充注浆(即完成全部注浆作业)。

通过监测数据发现,道床沉降监测点在进行控制性放水泄压2天后,管片逐渐回落到接近设计位置(上浮约5mm);在注浆阶段,管片未发生明显变形,整个过程比较平稳;注浆后1个月份内,管片变形微小,处于稳定收敛状态。证明该注浆方案和实施过程方法得当,取得了良好效果。

2.现场实体检查

为进一步判断管片背后空隙的是否填充饱满,我们在注浆区域范围内(非注浆环)打穿部分1点位、11点位及12点位吊装孔进行了检查,发现其管片背后已被浆液填充饱满,也再次验证了注浆取得了预期效果。

四、结语

在运营期间的线路隧道内进行注浆,不同于一般的结构注浆,主要有以下重难点:

1.注浆作业时间短、且不可控,需要向运营单位进行请点作业,单天作业时间一般不超过3小时(0:00~03:00,包括准备时间),这就要求施工组织要高效。

2.注浆的技术要求高。一是要保证注入材料不能导致隧道进一步上浮;二是要保证注入材料凝固时间较快,不至于受到运营列车的振动破坏;三是还要考虑注浆材料的耐久性。这就要求选择合适的注浆材料和注浆、泄压孔位等。

3.监测、防护工作必不可少。由于线路已经投入运营,注浆作业必须保证不导致结构的变形波动不超过允许范围,并应对隧道内既有的构筑物做好保护措施。

综上所述,地铁运营线路的隧道整治作业是一项严谨细致的系统性工作,加强与运营部门的沟通、选择合适的整治注浆方案是保障整治工作顺利、高效实施的关键。

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