广州地铁二号线三元里折返线隧道塌方整治方案_精品文档文档格式.doc

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含水量饱和，土体呈软塑状，厚度为7米。

1.1.4残积层

残积层表现为中密状粉土层，含水量大，呈可塑状，厚度为5.3米。

1.1.5岩石全、强风化带

泥炭质灰岩全风化带岩已风化成土体，岩石结构破坏，局部夹强风化岩块。

强风化带岩石破碎，裂隙发育，地下水丰富。

1.1.6基岩溶蚀情况

岩石溶蚀情况严重，存在大小不一的溶洞，大者延伸上10米。

且溶洞中存在承压水，水头高度超过隧道顶。

1．2工程环境

该处地势平坦，上部为北环高速公路立交桥和广园西路，地面交通繁忙。

地貌属于石灰岩溶蚀盆地或冲积盆地。

隧道断面范围内围岩主要为残积饱和粉粘土，和灰岩强风化层。

灰岩强风化层裂隙水发育易造成土体软化失稳。

隧道底板下方5～7米处存在溶洞，根据施工竖进开挖的经验，也有可能存在承压水。

工程环境具体见接头墙所处位置与周边环境关系图。

2、塌方分析

2．1地质原因

由于隧道洞身围岩为饱和粉粘土，自承能力很差，且地下水丰富，水位高，土体在地下水的长期浸泡之下引起围岩软化。

加之隧道埋深只有10米左右，属浅埋隧道。

隧道断面为11.54*8.54米，过于偏平。

2．2施工的影响

由于高架桥与隧道相交，隧道施工对桥基造成影响，故前期对桥基进行托换处理。

桥基托换时开挖基坑，造成围岩应力的转变，使隧道上方围岩的成拱效应丧失殆尽，造成隧道荷载剧增。

如围岩应力示意图所示。

施工时二次衬砌未能及时紧跟，造成初支支护时间过长，因而结构变形过大而失去支护效应。

2．3设计原因

由于地质勘探结果与实际开挖情况相差太大，在地质情况很差的情况下且未考虑桥基基坑开挖的影响而采用原有支护参数，因此支护参数过于大胆。

在上述各种因素的作用下于2002年2月22日隧道形成大规模塌方，塌方量达800多立方米，土方大量压入隧道形成流塑状的泥石流，造成隧道初支部分破坏，周围大部份初支严重变形，接头墙上方空陷直至地面，四周土体沉陷、桥基沉降、路面坍塌，形势异常危险。

具体如塌方示意图所示。

3、塌方整治总体方案

塌方开始后，随着时间的过去，塌方的规模在逐渐的扩大。

为防止塌方规模进一步扩大以及造成地面交通的瘫痪，决定采取塌方时和塌方后洞内、洞外同时处理。

3．1塌方时

整个方案分两方面进行，一方面是在隧道内进行处理，另一方面是在地面。

3.1.1隧道内

当土方在强大的土压力挤压下，在隧道封堵墙处喷涌而出，沿着整个隧道向前流动阻止这种无休止的流动就能减少塌方数量，能够减轻地面的危险。

因为当时离封堵墙不远处刚好在进行隧道的二次衬砌，利用二衬排架结合型钢作支撑，采用木板挡土。

最终达到土压力平衡，使土体稳定在一定的位置。

如图所示：

3.1.2地面

　　因封堵墙上方地面已通天，为防止塌方空腔的进一步扩大和广园西路的路面坍塌以及高架桥的变形，底层采用C25混凝土加早强剂填充空腔，顶层采用C15混凝土填充。

因为泵送混凝土时的冲击性以及混凝土的触变性而混凝土不能初凝。

所以采取加入水玻璃促凝和间断混凝土灌注来加快混凝土的凝固，增加混凝土的自承能力以减少对土体的压力。

3．2塌方稳定后

3.2.1隧道内

为了能稳定土体，为地面处理时提供条件（因为地面钻孔时会造成失水、塌孔），在塌方土体上插打Ф42钢花管，钢花管间距1.5米*1.5米。

然后挂网喷C20砼10cm厚，待喷射混凝土强度达到70%后，采用高压注浆泵进行钢花管注浆稳定土体。

为了防止初支变形过大，而造成支护失效，引发更大规模的塌方，（隧道净空为11.54×

8.54，H/B=0.74，过于偏平。

塌方之前采用CRD工法开挖设有中隔墙）制作人字形工字钢支撑支撑初支，取代以前拆除的CRD工法的中隔壁。

加强对洞内洞外结构物的监测（包括隧道初支变形、地面沉降、桥墩变形）。

3.2.2地面

为了能顺利开挖塌方土体，恢复坍塌初支，然后继续往前开挖。

经过反复研究决定在封堵墙位置放作Ф168钢管排桩挡土，桩间距取300㎜，桩底控制在超过隧道底板5米，桩顶直至地面。

因地下水丰富，在钢管排桩的前方施作旋喷桩止水帐幕止水。

因隧道上方土体和封堵墙附近已挠动松散，需加固围岩、稳定隧道，采取的方法是在此范围内施作旋喷桩。

另外因桥基承台下已是空洞，需注水泥浆进行加固。

4、施工方法

虽然塌方得到控制,但地基软弱,隧道四周围岩松散,初支变形未见收敛,地面沉降继续,整个封堵封堵墙附近还未稳定.且高架桥位于松动范围之内,为了能防止无休止的变形,针对洞内和洞外采取了一系列的措施。

4．1洞内塌方土体的稳定措施

为了防止地面施作旋喷桩时失水和引起土体的蠕动，于是采用网喷C20混凝土封闭土体，施作钢花管注浆加固土体。

施工顺序为初略平整土体　　按1.5米×

1.5米梅花形布置插打D42钢花管铺设钢筋网喷射C20混凝土10cm厚高压劈裂注水玻璃－水泥浆。

具体如下图所示：

注意事项：

钢花管与钢筋网应紧密焊接，因钢花管既起到土钉的作用又作为注浆的工具。

注浆压力以2－4Mpa为佳，注滿标准为稳压30分钟，每分钟进浆量小于0.4L/分钟。

注浆之前喷射混凝土必须达到强度后才能注浆。

4．2钢管排桩施工

放样定位后，采用XY-2PC钻机钻孔，利用钻孔泥浆护壁成孔，泥浆比重为1.2左右，钻入微风化层两米后，原深处空转用20分钟，利用成孔泥浆循环清除孔底岩渣，然后提出钻杆。

吊钢筋笼、钢管就位，保证垂直度，缓慢下放至钻孔内。

钢管就位后安装1寸管至孔底清孔，清孔时与2PC泥浆泵连接，用泥浆循环清孔，待孔底虚碴清除干净，1寸管接注浆泵灌注水灰比0.45的水泥浆，待浆液返到管口，然后往钢管内投入1-3cm碎石，一边投石一边注浆，利用注浆1寸管反复捣插。

周而复始直至碎石填满钢管。

具体见钢管桩施工工艺流程。

技术要点：

1、钻孔时钻孔垂直度偏差小于5‰。

钻机需平稳，钻孔过程中不能倾斜移位。

2、在不同土层成孔时，应控制进尺，使钻机不发生跳动，穿过砂层时泥浆比重应提高，以免造成塌孔。

3、遇溶洞时应配制速凝浆液填充重钻。

4、钢筋笼与钢管连接长度5d，双面焊接。

基　坑　开　挖

土钉墙基坑支护

测　量　放　线

钻　机　就　位

钻　孔　清　孔

自　然　养　护

投放粗骨料、捣固

钢管、钢筋笼加工

下钢管、钢筋笼

注　水　泥　浆

浆液制作

钢管桩施工工艺流程图

4．3旋喷桩施工

该施工方法是采用单管高压旋喷工艺，形成止水帷幕或地基加固。

该工艺是在土层预定深度使用单管喷头，首先通过高压水切割土体，然后高压水泥浆喷入，与土体充分拌合，形成水泥－土圆柱状凝固体，从而起到止水、加固的目的。

工艺参数

孔位偏差小于1cm，钻孔垂直度≤0.5%。

喷射压力：

第一遍水压力30MPA，第二遍喷浆压力≥25MPA。

水泥浆配和比：

425#普通硅酸盐水泥，水灰比0.8-1.0。

喷管提速20-25cm/min，转速10-15r/min。

高压注浆完毕，应继续向孔内静压注浆。

具体见旋桩施工工艺流程图。

旋喷桩施工工艺流程图

4．4桥基承台注浆

承台底面与地基之间已经存在空隙，应注浆填充空隙，承台加固之前应设置钻孔预埋1寸镀锌钢管作为充填注浆管。

待施工完毕进行注浆，采用泥浆泵0.5Mpa低压注浆充填空隙。

4．5洞内土方清除、封堵墙恢复

为恢复封堵墙，保证地铁正常运营，首先需将塌方土体清除，然后再恢复封堵墙初支。

待地面预处理完，即进行土方的清理，土方清理时需分台阶开挖，层层剥离，每个台阶以1.5米为宜，随挖随支，支护结构采用工字钢工16与C20喷射混凝土组成的劲性

混凝土结构，两个工字钢并排放置500㎜间距，工字钢与钢桩采取焊接连接紧密，迅速网喷C20混凝土封闭掌子面，然后再继续开挖下一台阶，直至仰拱。

填充空洞时所涌入隧道范围内的混凝土必须采用风镐破除，或者采取膨胀剂静态爆破破除。

注意工字钢必须伸入隧道初支之后，保证封堵墙的初支与隧道初支之间锚固。

如果土方呈流塑、软塑状时，可考虑采用网喷C20混凝土封闭裸露面，以稳定土体。

5、计算分析

止水帐幕根据施工规范来确定，一般采用3排单管旋喷桩互相咬合形成止水墙。

地基加固根据经验来施工。

但钢管排桩需经计算确定是否能满足挡土能力，但钢桩验算时应结合施工实际情况，与封堵墙共同作用、共同挡土。

具体分两种情况来考虑，情况一：

土方开挖时，钢管桩的受力情况；

情况二：

初支恢复后结构整体受力情况的分析。

5．1土压力的计算

根据浅埋隧道松散介质极限平衡理论知：

围岩内竖向应力q=γh（1-λhtgθ/B）,水平应力e=γhλ

其中γ为围岩平均容重　　γ＝（γ1h1＋γ2h2＋………………γnhn　）/Σhn

h为围岩埋深，θ为围岩磨擦角，B为隧道宽度

λ＝（tgβ－tgФ0）/tgβ【1+tgβ（tgФ0-tgθ）+tgФ0.tgθ】

tgβ=tgФ0+【（1+tg2Ф0）tgФ0/（tgФ0-tgθ）】1/2

Ф0为围岩似磨擦角,β是下滑岩体达到极限平衡时的破裂面倾角.

根据各种围岩类别和深度得出γ＝1.75×

10KN/m3一类围岩θ＝7.5度Ф0=33度

tgβ=0.65+1.33=1.98

λ＝1.33/1.98*2.11=0.32

5．2情况一

因每次开挖高度为1.5米，因此按照最不利荷载的原理取计算示意图如下：

e1=γλh1×

0.3=0.32×

17.5×

18×

0.3=30.24KNm

e2=γλh2×

19.5×

0.3=32.76KNm

弯矩：

Mmax=e1l2/12+（e2-e1）l2/20=5.95KNm

剪力：

Qmax=e1l/2+7l（e2-e1）/20=24KN

最大容许弯矩：

【Mmax】=ΣEW=2.55×

0.0982×

8×

1010+2.1×

（1684-1584）/

168×

105

=4.1×

1010N.mm

103KNm

最大容许剪力：

【Qmax】=ΣEA=2.55×

3.14×

108+2.1×

3.14/4（1682-1582）×

=1.9×

109N

=1.9×

106KN

Mmax《【Mmax】

Qmax《【Qmax】

故结构满足要求，很安全。

5．3情况二

初支恢复后，钢管桩与初支形成整体共同作用。

因为钢管桩与初支成一个整体且成纵横交错之势，采取比较保险的算法即钢管桩与初支各自承担部