地铁暗挖施工超前支护技术分析

地铁暗挖施工超前支护技术分析摘要：对地铁暗挖施工中采用的各种超前支护技术进行分析，并针对其存在的问题提出建议。关键词：地铁；浅埋暗挖；超前支护1 超前支护技术现状 地下工程施工最重要的是控制变形，保证其稳定性。在软弱、松散、富水地层中，采用超前支护（加固）辅助法修建地下工程，在工程界得到了广泛应用。目前超前支护方法主要有：小导管、小导管注浆、大管棚、咬合管棚、深孔注浆、水平旋喷桩、水平搅拌桩、水平冻结、锁脚锚管等。1.1 管棚支护 在自稳能力较差的地层中，为提高地层的整体刚度，施工部门常采用超前管棚支护技术。 管棚支护技术中，管棚注浆是一项重要的工序，可分为２种：一种是仅为充填满钢管，另一种是在地层中扩散，可隔孔进行。仅为充填满钢管注浆时，管棚不开孔，浆液可采用强度较高的水泥砂浆，并且采用从底部向孔口灌注，或设置引气孔，保证浆液的饱满度，注浆压力稍低，在1.0 MPa以内。 特长管棚施工技术已较成熟，但需分段设置管棚，并要建造管棚工作室，因此难度较大。在需做管棚的地段最好采用长管棚或特长管棚。1.2 小导管注浆加固 小导管注浆加固是稳定工作面，给支护创造有利条件的必不可少的技术措施，在自稳能力差的砂、砂砾和含水的粘性土层中作用较明显。小导管注浆工序可分为封闭工作面、打孔、安设导管、注浆等。导管长度一般为2.5～3.5 m，环向间距为0.3m。导管布设采用钻孔顶入法，即先用煤电钻（螺旋钻）或自制吹管成孔，用风钻或风镐顶入，效率较高。小导管注浆可采用止浆塞后退式注浆，注浆材料分２种：①无水砂层用改性（酸性）水玻璃浆液；②有水地段采用水泥水玻璃（C-S浆液）。注浆压力一般为0.4～0.6 MPa。1.3 水泥土桩支护 采用地基处理技术中的高压旋喷技术或深层搅拌技术形成水平水泥土桩进行超前支护，是最近几年在工程上应用的一种新技术。高压水平旋喷桩是以高压泵为动力源，通过水平钻进钻杆、喷嘴把配置好的浆液喷射到土体内，喷射流以很大的能量将一定范围内的土体射穿，并通过喷嘴作缓慢旋转和后退的同时切割土体，强制土颗粒与浆液搅拌混合，待浆液凝固后，便形成水平圆柱状水泥土固结体，即水平旋喷桩。当旋喷桩相互咬接后，便以同心圆形式在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷帷幕体，起到防流砂、抗滑移、防渗透的作用，起到超前支护，保证隧道掘进安全。水平旋喷桩有以下优点。 (1)可控性。水平旋喷桩的浆液局限在土体破坏的范围内，浆液的注入部位和范围是可以控制的，可通过调节注入参数（切削土体压力、固化材料的注入速度、配比、注入量）获得满足设计要求的固结体。 (2)均匀性。喷射流在能量衰减前使其射流交汇，在碰撞点切削能力相互抵消，以致比桩心到碰撞点距离大的地方射流已无能力切削土体，所以加固体均匀性好。 (3)成本低、效率高。由于限定注入范围，相对注入量大幅减少，每米水泥用量为100～150 kg，同等条件下，其耗用水泥量少于固结注浆，施工速度比大管棚或深孔注浆提高2～3倍，周期缩短。 (4)加固效果好。部分土体被喷射浆液所置换，另外一部分与水泥浆混合形成水泥土，其余土体在喷射动压、离心力和重力的共同作用下，在横断面上重新排列，从而形成一个由水泥和岩土组成的固结桩体，固结体周围地层也因挤压渗透作用得到一定程度的加固，其成桩机理及固结体性能与竖直旋喷相同。根据需要，在旋喷后可插入钢筋以增强固结体的抗弯、抗剪强度。 (5)超前支护。在隧道轮廓线外四周，根据设计的旋喷桩成桩直径，使旋喷桩相互搭接咬合，形成一个连续的具有承载力的水泥－岩土固结体，支护拱壳，形成真正意义上的超前支护拱棚，在其防护下进行隧道掘进，从而达到提高隧道施工的安全，防止地表下沉，降低支护费用，加快施工进度等目的。2 超前支护存在的问题2.1 超前管棚 大管棚有一定仰角，随着向前施工，管棚与拱顶间悬土将越来越厚，因此，常采用小管棚辅助支撑；当管棚打入后会出现末端下沉量过大，经常要在初期支护拱顶背后注浆，以保证大管棚和初期支护之间不形成空洞。因此，这种支护方法费工、费时、费料。 管棚注浆工艺落后，浆液扩散情况差，砂层中易发生溜空现象；传统施作管棚的方式精度较差，单独施作长度太短，设备对现场环境要求高，在施工过程中，每次均须建立工作室。2.2 超前小导管 小导管施工中，仰角控制困难，小导管的作用发挥不充分；超前支护不能因地质情况的改变而改变，常造成资源浪费；注浆工艺落后，浆液扩散不均匀，在粘土层中效果不好。2.3 水平旋喷桩支护 钻机定位较差，难以满足设计精度；需扩大断面形成工作室，一步施工不能太长；施工进度慢，污染大。3对超前支护技术的建议3.1超前管棚 对于断面跨度大（＞7 m）、受力情况复杂部位，穿过重要建构筑物，且对沉降要求较高的地段，超前长大管棚是一种十分有效的支护手段，但具体应用时应在以下方面予以改进与提高。 (1)改进长大管棚的注浆工艺，改善浆液扩散较差的问题，提高长大管棚对不同地层的适用性。 (2)应用新的管棚施工工艺，提高管棚施工精度。 (3)对车站、大断面、沉降较难控制等施工地段，可推广采用长管棚的支护方式。 (4)有条件时管棚宜一次性贯通拱部，避免施工过程中多次挑高。 (5)从经济角度考虑，φ150 mm以下的管棚，其成本较为适中，可广泛采用。3.2 超前小导管 对于断面跨度在7 m以下的砂性地层，可采用超前小导管支护。小导管各项指标如下。 (1)小导管宜采用φ32 mm×3.2 5 mm钢管。 (2)注浆前宜先喷5 cm厚喷射混凝土封闭掌子面，并在管口设止浆塞。 (3)在北京地区，宜采用煤电钻和吹管施作小导管。3.3 超前水平旋喷桩 淤泥质粘土地层，采用水平旋喷桩也是一种有效的加固方法，但需注意以下问题。 (1)加强旋喷桩的施工质量，确保暗挖施工时拱棚的稳定性，为下道工序的施工创造有利的条件。 (2)每段旋喷桩施工完成后，应当在水泥土达到初期强度后（约24 h）进行土方开挖。 (3)对土方开挖应根据理论计算分析，合理分段、分层开挖，每段开挖控制在0.5 m范围内，严禁超挖，开挖后及时施作临时支撑和初衬。 (4)通过保证旋喷桩成桩施工过程中水泥用量、压浆过程中的连续性、喷浆进退速度和复喷次数，确保旋喷桩桩墙的整体稳定性。 (5)通过保证水平旋喷桩的直径、平直度、中支架、止浆装置、杆材的除污除锈、注浆压力和注浆量的控制，确保水泥土强度达到设计要求。 (6)严格控制水平旋喷桩的施工质量，对施工中的断桩、漏桩、施工中引起的地面沉降随时监测，发现问题及时补救。4 结束语 地铁暗挖施工，尤其在软弱围岩中进行隧道开挖，应根据开挖断面、地层情况以及周围环境要求，综合考虑采用何种超前支护手段。管棚支护适用地层广，刚度和支护效果好，但其施工设备要求相对较高，精度较难控制，造价较高。小导管施工简单，但不适应于粘土层，对地层沉降控制效果不如大管棚。水平旋喷工艺要求高，施工难度大，但在淤泥质粘土中不失为一种较好的超前支护。