长距离水平冻结孔施工技术在广州地铁的应用

长距离水平冻结孔施工技术在广州地铁的应用 长距离水平冻结孔施工技术在广州地铁的应用 摘 要:广州市轨道交通三号线天河客运站折返线及风道位于广州市天河区广汕公路。折返线斜穿广汕公路和沙河立交桥。折返线隧道为五心圆拱双线隧道,长为147.8m,冻结管单管长度达72m。而目前国内外水平冻结孔施工长度仅为62m。水平超长距(100m)、大断面(直径10m),在国内、外均无此工程先例。文章结合广州地区气候特点和工程地质特点,详尽了水平冻结孔施工技术在广州地铁折返线斜穿广汕公路和沙河立交桥的应用可行性。关键词:广州地铁;区间隧道;水平冻结孔折返线设计起始里程为SK0+102.60,终点里程支SK0+250.40,长为147.8m,双线隧道净断面为马蹄形,隧道净高9146mm,净宽11400mm。冻结孔预计工程量为南端3495m、北端3490m。2 工程地质概况2.1 地质条件 区内上覆土层为第四系:基岩为酸性岩浆岩体,据钻孔碎屑分析应为斑状花岗岩。 冻结孔所穿土层,上部以冲~洪积砂层为主,砂层(3-2)主要为粗砂,其次为中砂、细砂、砾砂。冲积粉质黏土(4-1)次之。 隧道中、下部冻结孔所穿土层为:由花岗岩风化残积土(5H-1)(5H-2)和全风化岩(6H)、强风化岩(7H)。残积层与风化带、不均匀风化现象明显,钻进中所能见到的最大碎屑粒径为3.7mm。碎屑成分以长石为主,石英次之。 残积土层与风化带具有较强的透水性,遇水易软化崩解的特征。是冻结孔钻进中出砂量多(控制困难)、抱钻(埋钻)现象频繁发生的主导因素。2.2 水文地质 广州市区 属亚热带季风性气候。降水量大于蒸发量,大气降水是地下水的主要地处南亚热带, 补给来源,区内稳定水位为 1.25~3.10m,平均埋深为 1.76m。 冻结管打设范围内的地下水为第四系空隙水。储存条件属于贫水~中等富水地层。其中沙层(3-2)为主要含水层,强透水、富水性好,渗透系数K为15m/d;(5H-2)(6H)具有一定的透水性,富水性一般。2.3 不良地质与特殊地质 (1)砂层。属于富含水层,涌水量大,主要含粗纱,局部含砾石,稳定性差,护壁困难,易坍塌;孔偏斜难控制。 (2)花岗岩残积土。全风化带,遇水易软化崩解,并且含沙量较多,对泥浆护壁形成不利影响;由于风化程度不均匀性,或者有球状风化,钻进中难免碰上风化程度较低的硬块,对孔斜造成较大影响。 (3)冻结孔终孔端距地面仅5.00?(最浅处),距淤泥质土(4-2)非常近。 (4)冻结管打设施工工期正处于广州地区雨季,降水量大,是地下水补给期,不利于施工。3 工程水平冻结孔施工设计3.1 工程概况 冻结工程全长隧道147.8m,单断面冻结管数为46个(见图1),单根冻结管长度为72m(中间相互搭接5m)。本区段冻结孔分为南、北两段,由南、北两工作井内错位对打。3.2 冻结钻孔施工设备 根据该工程隧道段地层复杂、岩石破碎严重、具有一定硬度等特点,采用HW-4型可移动升降式平台,根据国内水平孔钻机的情况,采用专门为打设水平孔设计的HW-4型水平液压钻机。 该钻机是一种低转速、大扭矩、能够钻进大直径的全液压钻机,可用牙轮钻头、潜孔钻进、人造金刚石复合片等钻进工艺,完全可满足本工程水平孔钻进的工期及质量需要。 本工程选择了HW-4型钻机4台,保证了折返线隧道能在同一工作面左右交叉同时施工。4 水平冻结孔施工及技术方案和措施[2,3]4.1 水平冻结孔施工的技术要求和特点 水平冻结孔施工过程中:一要控制冻结钻孔的偏斜;二要确保密封丝堵安装的密封性能达到质量要求。 在常规竖井冻结施工规范中,偏率控制取决于深度和岩性,一般要求在表土层内的垂直钻孔偏斜率小于3‰,到达基岩段的钻孔偏斜率为5‰。本项目根据工期、质量和安全要求,结合国内目前水平钻孔的技术水平,确定冻结孔偏斜率控制在10‰以内(并尽量避免向内偏斜);最大相邻孔间距2m,必要时进行补孔;冻结管试压管内压力不小于1MPa,前30min压降小于0.05MPa,后15min压力无变化为合格。