广佛14标盾构区间不良地质洞内加固施工方案.docx
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广佛14标盾构区间不良地质洞内加固施工方案
珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段项目施工14标段
【沙涌站～沙园站盾构区间】
不良地质加固方案
编制：
复核：
审批：
中国中铁二局股份有限公司
2013年1月10日
1.编制依据
（1）建筑地基处理技术规范JGJ79-2002；
（2）建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-2002;
（3）建筑地基基础设计规范GB50007-2002;
（4）地下铁道工程施工及验收规范GB50299-1999（2003年版）；
（5）城市轨道交通地下工程建设风险管理规范（GB50652-2011）；
（6）盾构法隧道施工与验收规范（GB50446-2008）；
（7）建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）；
（8）建筑施工安全检查标准（JGJ59-99）；
（9）珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段施工14标段沙涌站~沙园站区间地质详勘报告、补勘报告；
2.工程概况
2.1.工程位置及范围
珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段14标段包括【沙涌站】、【沙涌站～沙园站】一个盾构区间，本标段盾构区间本区间从沙涌站始发，经芳村大道东，先后下穿沙涌桥，沙涌新水闸、沙涌及珠江主航道，进入海珠区后下穿大量房屋，地势较平坦。
隧道穿越的主要建（构）筑物有太古仓码头、赵惠珠住宅楼、中船工业物资华南分公司的住宅、综合楼、橡胶厂接待处南北楼等进入沙园吊出井。
【沙涌站～沙园站盾构区间】区间里程范围，右线YDK22+916.125～YDK24+376.394，（短链0.532m）全长1459.737m；左线ZDK22+916.125～ZDK24+410.515（长链0.45m），长1494.84m，双线总长2954.577m，线间距为12～34m。
本区间盾构右线始发阶段里程为YDK22+916.125～YDK22+991.125m,长75m；左线始发阶段里程为ZDK22+916.125～ZDK22+991.125，长75m。
本段区间盾构从沙涌站始发掘进阶段，左、右线都先以-2‰坡度前行，后以-27‰左右的坡度前行，始发阶段隧道穿越地层主要为<6>层红层全风化带，<7>层红层强风化带，<8>层红层中风化带，<9>层红层微风化带，隧道上方地层主要为<6>层红层全风化带，<7>层红层强风化带，<8>层红层中风化带，<9>层红层微风化带地层。
【沙涌站～沙园站】盾构区间工程位置平面示意图
本次方案施工范围包括沙涌站～沙园站区间始发段和珠江段不良地质段，由于正好处于沙涌河和珠江底，不具备地面加固条件，根据施工要求，将采用洞内插管注浆加固方式处理。
2.2.工程设计概况
2.2.1.加固设计参数
加固土体无侧限抗压强度应不小于0.8MPa，加固体渗透系数应不大于1×10-6cm/s。
加固范围：
参照区间加固平面图及区间加固纵断面图中所示范围进行加固，加固里程为：
右线YDK22+931~YDK23+021、YDK23+111~YDK23+531，左线ZDK22+979~ZDK23+223、ZDK23+321~ZDK23+569。
由于盾构穿越区域正好位于沙涌河和珠江底，不具备地面加固条件，且施工难度较大，经过多方面论证、分析、考虑，采用洞内插管注浆加固，注浆管采用Φ48，L=3.5m,t=3.5m钢花管。
2.3.工程地质及水文地质概况
2.3.1.水文地质情况
根据【沙涌站~沙园站】盾构区间详细地质勘查报告、地质补勘报告，以及现场走访及实地调查，联络通道及特殊地段加固区域主要水文地质情况叙述如下：
（1）地下水类型
本场地地下水类型主要是第四系砂层潜水、基岩风化层中的裂隙水。
第四系孔隙水主要赋存于海陆交互相沉积粉砂、细砂层<2-2>，厚度一般1.35～4.90m，平均2.59m；中砂、粗砂层<2-3>，厚度一般0.50～3.90m，平均2.10m。
基岩风化裂隙水含水层主要赋存于强、中风化岩中的风化裂隙之中，含水层无明确界限，埋深和厚度很不稳定，其透水性主要取决于裂隙的发育程度和性质（包括裂隙的闭合程度、形式、规模、充填物质，以及裂隙的组合形式、密度等）、岩石风化程度等。
风化程度越高、裂隙充填程度越大，渗透系数则越小。
基岩风化裂隙水为承压水，呈脉状或带状分布。
（2）地层富水性和透水性
本次场地主要含水层为第四系海陆交互相沉积的粉砂、细砂层<2-2>、中砂、粗砂层<2-3>及强、中风化岩带<7>、<8>，车站西北侧为沙涌，最近距离约3m，车站东侧为珠江，最近距离约300m。
粉砂、细砂层<2-2>，厚度一般1.35～4.90m，为富水性较好，透水性中等地层；中砂、粗砂层<2-3>，厚度一般0.50～3.90m，为富水性较好，透水性中等地层。
强、中风化岩带<7>、<8>，岩体裂隙较发育或稍发育，岩芯较为破碎，含有较为丰富的地下水，且富水性极不均匀。
其余地层为弱含水层或相对隔水地层。
渗透系数见下表：
各土层渗透系数（k）选用表
地层
编号
岩土名称
抽水试验
渗透系数（m/d）
土工试验
渗透系数（cm/s）
渗透系数建议值（m/d）
<1>
素填土
/
/
1.000
<2-1B>
淤泥质土
/
1.48E-08
<0.001
<2-2>
粉砂、细砂
/
3.000
<2-3>
中砂、粗砂
3.73
5.000
<2-4>
粉质粘土
/
/
<0.001
<5-1>
粉土、粉质粘土
/
5.48E-05
<0.001
<5-2>
粉土、粉质粘土
/
5.23E-06
<0.001
<6>
全风化岩
/
5.18E-06
0.100
<7>
强风化岩
0.118
/
0.800
<8>
中风化岩
0.919
/
1.000
<9>
微风化岩
0.107
/
0.300
说明:
渗透系数建议值根据抽水试验结果、室内土工试验值结合相关规范及经验提供。
沙沙区间左线加固地质剖面示意图
沙沙区间右线加固地质剖面示意图
2.3.2.工程地质
（1）地形、地貌
本区间所处地貌单元属珠江三角洲河网交错的海陆冲积平原区，盾构始发段下穿沙涌桥，沙涌河。
（2）地层岩性及各层围岩类别、特性与物理力学指标
盾构施工由沙涌站始发掘进至沙园站盾构吊出井吊出，本区间地貌单元为海冲击平原区，地形较平坦，地面建筑物如公路及其他建筑物较密集。
隧道结构底板多位于在强～微风化岩中，力学性质较好;隧道洞身范围内围岩级别基本为Ⅲ.Ⅳ类。
沿线地层自上而下依次为：
<1>人工填土层、<2-1B>层淤泥质土层、<2-2>层（淤泥质）粉细砂层、<2-4>层粉质粘土层、<5-1>层可塑粉质粘土或稍密粉土层、<5-2>层硬塑粉质粘土或中密粉土层、<6>层红层全风化带、<7>层红层强风化带、<8>层红层中风化带、<9>层红层微风化带。
本区间主要在<7>、<8>、<9>号地层中通过，隧道上方地层主要为<6>、<7>、<8>、<9>号地层。
具体地层特性如下：
（1）人工填土层（Q4ml，层号<1>）
主要为第四系全新系统人工填筑的素填土及杂填土。
呈灰黄色、紫红色、灰色等杂色，松软～稍压实，主要由粘性土、砂土、碎砖块、煤渣及路面混凝土等组成，局部含淤泥质。
（2）全新世海陆交互相沉积层（Q4mc，层号<2>）
该层共分为3个亚层，各亚层的特征及分布如下：
<2-1B>层淤泥质土层：
呈浅灰～深灰色，流～软塑状，含腐殖质，夹粉细砂。
<2-2>层（淤泥质）粉细砂层：
以粉细砂为主，往下粒度逐渐增大，渐变为中粗砂。
呈灰～灰黄色、灰白色等，饱和，松散状，底部局部中密状，上部含较多淤泥质或泥质。
<2-4>层粉质粘土层：
灰色，湿，可～硬塑，含少量砂，局部粘性较好。
（3）残积土层（Qel，层号<5>）
该层按其土性和状态特征的差异可分为2个亚层：
<5-1>层可塑粉质粘土或稍密粉土层：
由白垩系红色泥质砂岩风化残积形成，呈紫色、棕色、土黄色等，湿，可塑或稍密状。
<5-2>层硬塑粉质粘土或中密粉土层：
由白垩系红色泥质砂岩风化或砂岩风化残积形成，呈紫红、棕红色，稍湿，硬塑或中密状。
（4）岩石全风化带（K2d2a、K2S2b、层号<6>）
<6>层红层全风化带：
属白垩系上统，在本区间可细分为大朗山组黄花岗段（K2d2a）和三水组西濠段（K2S2b）两个岩性段。
本次揭露全风化带多为黄花岗段地层，岩性以暗红色钙质粉砂岩、泥岩夹杂色粗砂岩、细砂岩及砂砾岩为主，岩石组织结构已基本破坏，但尚可辨认，岩芯呈坚硬土状。
（5）岩石强风化带（K2d2a、K2S2b、层号<7>）
<7>层红层强风化带：
属白垩系上统，可细分为大朗山组黄花岗段（K2d2a）和三水组西濠段（K2S2b）两个岩性段。
大朗山组黄花岗段（K2d2a）岩性以暗红色钙质粉砂岩、泥岩夹杂色粗砂岩、细砂岩及砂砾岩为主，已风化成半岩半土状，岩石组织结构已大部分破坏，但原岩结构清晰，碎块状岩芯手可折断，风化裂隙发育。
三水组西濠段（K2S2b）岩性以紫红色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、细砂岩及夹杂粒粗砂岩为主，已风化成半岩半土状，岩石组织结构已大部分破坏，但原岩结构清晰，碎块状岩芯手可折断，风化裂隙发育。
（6）岩石中风化带（K2d2a、K2S2b、层号<8>）
<8>层红层中风化带：
属白垩系上统，可细分为大朗山组黄花岗段（K2d2a）和三水组西濠段（K2S2b）两个岩性段，平面上以里程（YDK23+870附近的）革新路为界，以西为大朗山组黄花岗段（K2d2a），以东为三水组西濠段（K2S2b）。
大朗山组黄花岗段（K2d2a）岩性以暗红色钙质粉砂岩、泥岩夹杂色粗砂岩、细砂岩及砂砾岩为主，粉砂或砂砾状结构，中厚层状构造，钙质胶结，岩石组织结构部分破坏，矿物成分基本未变化，节理裂隙较发育，裂隙面具褐色风化膜，岩芯多呈短柱状或柱状，岩质较坚硬，锤击声较脆。
三水组西濠段（K2S2b）岩性以紫红色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主，粉砂或泥质结构，中厚层状构造，泥质、钙质胶结，岩石组织结构部分破坏，矿物成分基本未变化，节理裂隙较发育，裂隙面具褐色风化膜，岩芯多呈短柱状或柱状，岩质较坚硬，锤击声较哑。
（7）岩石微风化带（K2d2a、K2S2b、层号<9>）
<9>层红层微风化带：
属白垩系上统，可细分为大朗山组黄花岗段（K2d2a）和三水组西濠段（K2S2b）两个岩性段，平面上以里程（YDK23+870附近的）革新路为界，以西为大朗山组黄花岗段（K2d2a），以东为三水组西濠段（K2S2b）。
大朗山组黄花岗段（K2d2a）岩性以暗红色钙质粉砂岩、杂色砂砾岩为主，粉砂或砂砾状结构，中厚层状构造，钙质胶结，结构清晰，少有风化裂隙，岩芯完整，多呈短柱状或柱状，岩质坚硬，锤击声脆。
三水组西濠段（K2S2b）岩性以紫红色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主，粉砂或泥质结构，中厚层状构造，泥质、钙质胶结，局部层理清晰，呈块状、短柱状，锤击声较脆。
①各土层岩层分布
土、石可挖性分级及开挖后土岩稳定状态表
层号
岩土名称
主要工程地质特征
开挖后土岩
稳定状态
土石可挖
性等级
<1>
素填土
松散-稍密，均匀性差，土层透水性较强
易崩塌
Ⅰ
<2-1B>
淤泥质土
流塑，土层透水性弱
不能自稳
Ⅰ
<2-2>
粉砂、细砂
饱和，松散，透水性较强
自稳性差，
易塌
Ⅰ
<2-3>
中砂、粗砂
饱和，松散，透水性较强
自稳性差，
易塌
Ⅰ
<2-4>
粉质粘土
可塑，土层透水性弱
自稳性较差
Ⅱ
<5-1>
粉土、粉质粘土
可塑状，土层透水性弱
自稳性较差
Ⅱ
<5-2>
粉土、粉质粘土
硬塑状，土层透水性弱
自稳性较差
Ⅱ
<6>
全风化岩层
岩石组织结构已基本破坏，已风化成土状，透水性稍弱
自稳性较好
Ⅱ
<7>
强风化岩层
呈半岩半土状，碎块状，风化裂隙发育，透水性中等
自稳性较好，但易掉块
Ⅲ
<8>
中风化岩层
软质岩，裂隙发育，透水性中等
自稳性较好
Ⅳ
<9>
微风化岩层
软质岩，裂隙不发育，微渗透性
自稳性较好
Ⅳ
②隧道所穿越岩层的岩性
盾构区间隧道所穿越的岩层以〈7〉强风化岩、〈8〉中风化岩、〈9〉微风化岩地层为主。
其中隧道结构顶部多位于〈7〉强风化岩，富水含量较大。
根据《珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段施工14标段沙涌站~沙园站区间详细勘察阶段补充岩土工程勘察报告》，本工程特殊地段加固穿越地层的主要物理力学性能参数如下表所示：
各岩土层主要参数建议值表
岩土分层
天然密度
天然含水量
孔隙比
液性指数
直接快剪
地基承载力
粘聚力
内摩擦角
特征值
p
w
e
Il
c
?
fak
（g/cm3）
（%）
（kPa）
（o）
（kPa）
<1>
1.80
30.0
1.000
/
12.0
10.0
80
<2-1B>
1.72
43.9
0.983
1.36
9.0
4.7
60
<2-2>
1.80
/
/
/
/
28
70
<2-3>
1.85
/
/
/
/
32
140
<2-4>
1.83
24.7
0.584
0.25
22.8
15.5
150
<5-1>
1.97
23.5
0.679
0.23
24.0
12.5
170
<5-2>
1.99
22.3
0.675
0.21
25.2
12.0
190
<6>
2.00
21.5
0.632
/
28.8
14.7
300
<7>
2.02
22.1
0.625
0.03
32.6
19.8
450
<8>
2.67
/
/
/
800
38.0
1300
<9>
2.72
/
/
/
1800
41.0
3300
2.4.施工环境情况
2.4.1.周边环境情况
沙涌站～沙园站盾构区间加固位于右线YDK22+931~YDK23+021、YDK23+111~YDK23+531，左线ZDK22+979~ZDK23+223、ZDK23+321~ZDK23+569段，期间盾构穿越地层主要为<7>、<8>、<9>地层，含水量丰富，地表隧道穿越沙涌桥，芳村大道，珠江。
3.加固施工筹划
3.1.加固目的
沙涌站～沙园站盾构区间隧道顶部穿越主要为<7>强风化带砂岩，部分为<6>全风化带岩，含水量丰富，岩层空隙率较大，为保证盾构穿越期间防止地表建筑沉降及盾构掘进隧道内止水作用，同时为了防止管片上浮，稳定隧道姿态位置，故采用洞内注浆加固，填充岩层空隙，保证岩体稳定性及隧道运营安全。
3.2.施工总体筹划
根据盾构推进情况，盾构是由沙涌站向沙园站掘进，先掘进右线盾构，后掘进左线盾构，当掘进完成右线YDK22+931~YDK23+021、YDK23+111~YDK23+531段，左线ZDK22+979~ZDK23+223、ZDK23+321~ZDK23+569段，并盾构机后配套台车脱出该区域管片后，进行洞内插管注浆。
3.3.主要工程数量
沙涌站～沙园站区间右线YDK22+931~YDK23+021、YDK23+111~YDK23+531，左线ZDK22+979~ZDK23+223、ZDK23+321~ZDK23+569，特殊地段加固主要工程量统计如下表所示：
区间特殊地段加固主要工程量统计表
序号
项目名称
加固长度（m）
加固环数（环）
加固起止环数（环）
备注
1
YDK22+931～YDK23+021特殊地段
90
60
10~70
<7>号地层
2
YDK23+111～YDK23+531特殊地段
420
280
130~410
3
ZDK22+979~ZDK23+223特殊地段
244
163
42~205
4
ZDK23+321~ZDK23+569特殊地段
248
166
274~440
钢花管工程数量表
序号
部位
材料
名称
材料
规格
单根成
长度（m）
每环根数
注浆环数
总根数
总长度（m）
钢花管单重（kg/m）
总重量（kg）
1
YDK22+931～YDK23+021
钢花管
?
48,
t=3.5mm
3.5
8
60
480
1680
3.840795
6451.02
2
YDK23+111～YDK23+531
钢花管
?
48,
t=3.5mm
3.5
8
280
2240
7840
3.840795
30105.60
3
ZDK22+979～ZDK23+223
钢花管
?
48,
t=3.5mm
3.5
8
163
1304
4564
3.840795
15974.00
4
ZDK23+321～ZDK23+569
钢花管
?
48,
t=3.5mm
3.5
8
166
1328
4648
3.840795
16268.00
水泥、水玻璃工程数量表
序号
部位
加固土体
截面积（m2）
加固
长度（m）
总加固
体积（m3）
水泥用量（t）
水泥浆用量（m3）
水玻璃用量（t）
1
YDK22+931～YDK23+021
52.205
90
4698.23
1356.61
1808.82
1054.54
2
YDK23+111～YDK23+531
52.205
420
21925.05
6330.86
8441.14
4921.19
3
ZDK22+979～ZDK23+223
52.205
244
12737.41
3677.93
4903.90
2858.98
4
ZDK23+321～ZDK23+569
52.205
248
12946.22
3738.22
4984.29
2905.84
3.4.施工资源配置
（1）主要机械设备：
主要机具材料计划
序号
材料设备名称
规格型号
数量
单位
备注
一、主要材料设备及应急物资
1
钢楔、木楔
10×10
100
个
2
海绵条
10×10
30
米
3
快速水泥
32.5R
8
吨
4
麻袋
10
条
5
烂布条
5
袋
6
注浆材料
670
环
7
钢花管
4m
5352
根
二、主要施工机械设备
8
电瓶车
30T
2
台
9
拌浆系统
1
套
10
龙门吊
40T
1
台
11
龙门吊
16T
1
台
12
交流弧焊机
4
台
13
空压机
台
14
氧乙炔
2
套
15
高压注浆泵
1
套
16
发电机
30kW
1
台
17
冲击钻
台
18
振动器
台
（2）主要劳动力计划：
主要劳动力计划表
序号
工种
人数
1
注浆工
8
2
制浆工
12
3
电工
2
4
普工
8
5
测工
4
6
机修工
2
7
管理人员
4
合计
40
4.施工工艺及施工技术
4.1.加固方案说明
为保证后期运营阶段隧道沉降稳定，拟对区间不良地质采用洞内钢花管注浆的方式加固，加固后的土体应有良好的均匀性，注浆加固后土体无侧限抗压强度不小于0.8Mpa，注浆结束后，根据实测资料，可对强度不足的地段，再次打开注浆孔，进行再注浆，达到预期加固目标。
钢花管注浆构造示意图
4.2.注浆材料及配比
注浆材料采用42.5级普通硅酸盐水泥，水玻璃和水。
根据以往施工经验，浆液配比初始设计如下：
甲液-水泥净浆（水灰比1:
1）
乙液-水玻璃（水玻璃：
水=1:
1）
1m3
1m3
水（Kg）
水泥（级）（Kg）
水玻璃（Kg）
750
750
583
水泥浆液与水玻璃浆按照1:
1的比例同时注入。
初凝时间控制在10-20分钟。
同步注浆施工前，将上述注浆配合比进行实验检测。
经实验证明，上述浆液配合比胶凝时间为10-20分钟，注浆加固后土体无侧限抗压强度大于0.8Mpa，能满足施工需要。
4.3.施工工艺流程
1）在管片的注浆孔上安装防喷装置，通过防喷装置打穿注浆孔，将注浆管打入设计位置，并安装球阀。
2）接好注浆管路，压力传感器。
3）启动拌浆机，进行拌浆。
4）在每孔注浆完成后的同时压入水玻璃封堵孔洞。
5）注浆结束先关闭管片注浆孔上的球阀，再拆除管路。
4.3.1.注浆孔布置
本次双液注浆孔布置在上下叠置隧道加固段范围内的标准块、邻接块和封顶块中压浆预留孔内，对拱部<6>、<7>号地层180o（9~3点钟位置）范围加固注浆（特殊管片预留注浆孔），沙涌站～沙园站区间隧道每环间距1.5米。
先用冲击钻将预留孔疏通，二次注浆将4.0米的注浆管振动插入孔内至隧道管壁外侧3.0米处。
随即将特制的防喷装置安装好，并将单向球阀接在注浆管上，以便注浆。
4.3.2.浆液形成、运输及注浆
右线置换注浆紧跟盾构台车，及时穿插进行加固，以便为左线盾构正常推进提供参数。
本次施工对象为隧道始发段和下穿珠江段，施工时
在注浆加固段设置控制平台，材料、设备用电瓶车运入隧道，在隧道内进行拌浆、注浆作业。
针对具体情况，我部将作如下措施：
1）隧道内拌浆
依据浆液配合比配制水泥浆液，储于隧道中储浆桶内。
2）注浆顺序
为减少浆液渗漏，降低注浆压力，防止变化过大（≤3mm/次），按少量多次为原则：
采取隔环跳孔循环施工形式，每环一次施工2～4只孔，每两个连续施工环间隔2～3环，施工完后在施工该施工段剩下的孔洞和管片。
根据实时监测情况调整注浆量和压力，注浆全部结束后封闭孔口。
4.4.施工技术要点
1、注浆采用水泥水玻璃双液浆，注浆压力控制在0.6-0.8MPa，浆液扩散半径1.2-1.5m，注浆流量控制在10～20L/min，对拱部<6>、<7>号地层注浆加固。
2、根据以往导管注浆施工经验及《珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段施工14标段沙涌站~沙园站区间详细勘察阶段补充岩土工程勘察报告》中各项土层参数建议值。
理论注浆量计算如下：
根据《岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）中孔隙率计算公式：
n=e/（1+e）；（n为岩层孔隙率，e为岩层孔隙比）可以得出：
n=0.625/（1+0.625）=0.385；其中e=0.625为<7>地层孔隙比。
则每立方土体注浆量约水泥浆和水玻璃浆各0.385m3。
浆液注入量根据注浆压力做适当微调。
3、每环加固的土体方量：
（π*6.5^2-π*3^2）*1.5=78.304m3。
所以每环理论注入浆液量为：
水泥浆和水玻璃浆各0.385*78.304=30.15m3。
4、每拱顶半环共设8个注浆孔，平均每个注浆孔注浆量约3.77m3。
5、注浆加固施工期间，加强对周
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