流沙地區(qū)水工隧洞負(fù)壓真空輻射排水固沙施工技術(shù)

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1、流沙地區(qū)水工隧洞負(fù)壓真空輻射排水固沙施工技術(shù)張建升(中鐵十八局集團(tuán)有限公司隧道分公司,天津300222)摘要:富含水流沙隧道施工如何采取隔斷地下水或排水等措施以保持地下水位在開挖底面以下,進(jìn)行無(wú)水環(huán)境下的作業(yè)是工程建設(shè)的一個(gè)重要部分,處理方法選擇是否得當(dāng),將會(huì)對(duì)工程造價(jià)、工期帶來(lái)很大的影響。流沙地區(qū)水工隧道負(fù)壓真空輻射排水固沙技術(shù)是處理富含水砂土質(zhì)圍巖的一種行之有效的方法。本文以隧洞試驗(yàn)段為例,對(duì)隧道負(fù)壓真空輻射排水固沙技術(shù)的原理、施工方法及處理效果進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞:水工隧洞;負(fù)壓真空輻射排水;流沙;施工隧洞穿越的特殊地質(zhì)為新第三系中新統(tǒng)紅柳溝組的未固結(jié)的砂

2、巖,呈散體狀態(tài),膠結(jié)程度差,具有圍巖強(qiáng)度小、掌子面自穩(wěn)性差;圍巖強(qiáng)度、剛性低、變形大和因涌水掌子面變得不穩(wěn)定的特點(diǎn)。施工中,由于有地下水的存在,隧洞開挖呈流沙狀態(tài)。砂巖層位不連續(xù),以?shī)A層和透鏡體為主,桔紅色,暗紅色,中厚層狀,泥質(zhì)膠結(jié),膠結(jié)程度差,成巖作用差。物理力學(xué)指標(biāo):堅(jiān)固系數(shù)110,自有膨脹率14%～1215%,無(wú)膨脹性,黏聚力20kPa,內(nèi)摩擦角30°,單位抗力系數(shù)100N/cm3,[R]=250kPa。隧洞地下水位埋深1014～20m。隨地形起伏,含水層主要為第三系砂巖,設(shè)計(jì)合同段隧洞有地下水,涌水量小于1m3/h。地下水屬基巖裂隙中圖分類號(hào):U4

3、55文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):100422954(2008)11200792031工程概況“寧夏沙坡頭水利樞紐北干渠下段擴(kuò)建改造工程”是寧夏回族自治區(qū)2004年的重點(diǎn)工程。主隧洞斷面形式采用馬蹄形,開挖斷面為514m×514m;洞室有效尺寸為412m×412m,襯砌厚度為35cm(加強(qiáng)段為40cm)的C25抗硫酸鹽鋼筋混凝土,為無(wú)壓輸水隧洞。見圖1。-2水,水的化學(xué)類型為CL-SO4-Na型,SO4離子的含量為1050～4790mg/L,對(duì)普通水泥具強(qiáng)結(jié)晶腐蝕性。而隧洞實(shí)際地下水豐富,涌水量為6～35m3/h,沙土在地下水條件下,沙粒受到等于或超過(guò)顆粒浸水質(zhì)量

4、的動(dòng)水壓力時(shí),顆粒處于懸浮狀態(tài),形成流沙。在沙粒很細(xì)而飽水條件下,地下水不是簡(jiǎn)單充填粒間,而是粘在顆粒表面,此時(shí),土體成為類似膠體而具有觸變性質(zhì),在爆破、振動(dòng)等某種動(dòng)力作用下,土體也會(huì)暫時(shí)處于流動(dòng)狀態(tài),極易形成流沙。我單位施工的標(biāo)段即為一期工程的隧洞工程的Ⅰ、Ⅱ標(biāo)段及跨鐵路標(biāo)段,總長(zhǎng)2300m(K1+500～K3+800)。2工程施工難點(diǎn)及負(fù)壓真空輻射排水固沙技術(shù)方案可行性分析圖1隧洞初期支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)斷面(單位:cm)大量地下水的存在給開挖支護(hù)帶來(lái)極大的施工難度。針對(duì)此砂巖隧洞來(lái)說(shuō),地下水對(duì)工程的影響體現(xiàn)在以下方面,其一影響了土體的物理力學(xué)指標(biāo),圍巖級(jí)收稿日期:

5、2008209220;修回日期:2008210209作者簡(jiǎn)介:張建升(1973—),男,工程師。處理。待盾構(gòu)機(jī)通過(guò)后一段時(shí)間,橋梁處土體的塑性區(qū)不再發(fā)展,趨于穩(wěn)定,最終的破壞區(qū)發(fā)展主要集中在開挖隧道周邊。的風(fēng)險(xiǎn),使用雙液漿效果更佳。參考文獻(xiàn):王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M].安徽教育出版社,2004:2632274.張鳳祥,朱合華,傅德明.盾構(gòu)隧道[M].人民交通出版社,2004:1052108.徐永福.盾構(gòu)推進(jìn)引起地面變形的分析[J].地下工程與隧道,2000,27(1):21225劉建航,候?qū)W淵.盾構(gòu)法隧道[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,1991:4

6、3250.[1]3結(jié)論[2]橋墩摩擦樁基對(duì)近接隧道施工的反應(yīng)十分敏感,近接施工擾動(dòng)摩擦樁基周圍的土體,使得樁基發(fā)生大幅度下沉,甚至發(fā)生傾斜,在施工過(guò)程中可以通過(guò)預(yù)先注漿加固及適當(dāng)增加盾構(gòu)同步注漿可以減免事故發(fā)生鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)RAILWAYSTANDARDDESIGN2008(11)[3][4]79張建升—流沙地區(qū)水工隧洞負(fù)壓真空輻射排水固沙施工技術(shù)·隧道/地下工程·別降低是其中的反應(yīng)之一,其二影響了砂、土層中洞室開挖后的應(yīng)力狀態(tài),圍巖中有水時(shí),洞室開挖后將破壞原來(lái)的賦存環(huán)境及水利路徑,必然導(dǎo)致洞室周圍土壓力狀態(tài)與設(shè)計(jì)不同。在水中,沙質(zhì)圍巖的內(nèi)摩擦角降低,圍巖的

7、視強(qiáng)度降低,粒子間的有效應(yīng)力減小,土的抗剪強(qiáng)度減小,這都是造成掌子面不穩(wěn)定的原因。施工中砂土體會(huì)暫時(shí)處于流動(dòng)狀態(tài),極易形成流沙,動(dòng)輒出現(xiàn)坍塌,雖施工中采取了傳統(tǒng)施工中的超前構(gòu)件支護(hù)(管棚、錨桿)、加密拱架、鋼插板、預(yù)襯砌穩(wěn)定掌子面等施工措施,但大量地下水的存在仍無(wú)法滿足開挖要求,往往出現(xiàn)邊開挖邊坍塌的現(xiàn)象。本隧洞砂土的工程性質(zhì)主要取決于其結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物成分、粒度成分及孔隙中水溶液的性質(zhì)等,另一方面也取決于生成年代的長(zhǎng)短、地理?xiàng)l件的變遷等。土體的固體顆粒之間及顆粒與水之間的相互作用,使土的物理力學(xué)性質(zhì)很復(fù)雜。在地下洞室開挖以前,土層中的各點(diǎn)均處于三向受力的平衡

8、狀態(tài),但這種平衡狀態(tài)并不是一成不變的,當(dāng)?shù)叵露词议_挖