广州地铁河沙站基底溶洞破碎带处理施工组织设计.doc

广州市轨道交通六号线【河沙站】土建工程 溶洞、破碎带处理施工组织设计目 录一、编制依据- 1 -二、工程概况- 1 -三、补勘地质水文情况- 1 -1地质情况- 1 -2水文情况- 5 -四、地质灾害分析及处理方案- 6 -五、注浆方案设计- 9 -1注浆孔布置设计- 9 -2注浆顺序原则- 10 -3注浆作业平台的搭设- 11 -4注浆压力要求- 12 -5终孔标准- 12 -6注浆主要材料- 12 -7注浆配合比设计- 13 -8主要机具设备- 13 -9劳动力组织- 13 -10工期安排- 13 -六、注浆工艺及方法- 13 -1工艺流程- 13 -2施工方法- 14 -3注浆效果检验- 16 -七、质量控制要求- 16 -八、安全控制要求- 17 -2中铁七局集团广州市轨道交通六号线河沙站项目经理部广州市轨道交通六号线【河沙站】土建工程 溶洞、破碎带处理施工组织设计广州市轨道交通六号线【河沙站】土建工程溶洞、破碎带处理施工组织设计一、编制依据1广州市轨道交通六号线工程河沙站补充岩土工程勘察报告（2008年2月）2河沙站地质断裂处理图（190180SJ）3建筑施工手册4建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2002）二、工程概况河沙站位于大坦沙规划区中心的规划路交叉口偏北处，车站呈“一”字型设置于规划主干道下方，车站采用地下两层结构，全长124.9m，标准段宽19.5m，标准段高14.52m，线间距13m，顶板埋深3m。其围护结构采用的是800mm地下连续墙，基坑采用明挖顺做法施工，平均开挖深度17.8米。河沙站主体结构共分七段，顺利施工完成六段。在开挖至北端最后一段基底时，从基岩内突然涌出大量地下水，造成正常施工无法进行。为查明事件发生的地质原因，在车站北侧基坑边线，按间距5.00米布设了26个地质钻孔，其中13个技术孔，13个鉴别孔；钻孔平均深度35.00m，同时钻至中风化岩层内，且不小于6m厚连续岩层。三、补勘地质水文情况通过补堪及区域地质描述，显示河沙站地质砂层厚，地下水丰富，补给充足，同时站址周围有清泉街断裂、广从断裂、海珠断裂等多条断裂带通过，岩石节理较发育，并且存在有溶洞是珠江水系冲积形成的岛屿，地质及水文条件较复杂。1地质情况1.1地层特点与岩性根据广州市地调所最新区域地质研究资料勘察范围的上覆土层为第四系(Q)，下卧基岩为白垩系上统地层（K2）。1.1.1第四系(Q)第四系包括全新统(Q4)和上更新统(Q3)，其下缺失中更新统和下更新统。上部为第四系人工填土，厚3.006.10m；全新统海陆交互相沉积的淤泥或淤泥质土、淤泥质砂，厚0.509.90m；下部为上更新统陆相冲积洪积形成的砂、土层，厚0.406.40m；底部为基岩残积形成的粘性土层，厚09.40m。1.1.2白垩系上统(K2)根据广州市地调所最新区域地质研究资料及钻探揭露情况河沙站范围内的基岩岩性主要为棕红色、红褐色砂砾岩和粉细砂岩、泥质粉砂岩，含砾粉砂岩，局部见浅灰色泥岩和泥灰岩、灰岩。1.2岩土分层及其特征1.2.1人工填土层(Q4ml)站位处人工填土层主要为杂填土和素填土及施工注浆及搅拌桩施工形成的水泥块等。颜色较杂，素填土的组成物主要为人工堆填的粘性土、中粗砂、碎石等；杂填土则含有砖块、砼块等建筑垃圾以及生活垃圾；大部稍压实，松散。本层广泛分布，本次补充勘察在所有钻孔均有揭露，层顶标高为7.808.54m，层底标高为-10.405.50m，厚度为3.006.10m，平均厚度3.49m，标贯击数N=1537击，平均25.4击。本层层序号为“”。1.2.2海陆交互相沉积层(Q4mc)本层根据土的性质和沉积层序，分为二个亚层。(1)海陆交互相淤泥质土层呈深灰灰黑色，主要由粘粒及有机质组成，局部地段含少量粉细砂及贝壳碎片，偶见水泥块，饱和，软塑状。本层在本站沿线局部区域有分布，本次补充勘察在8个钻孔揭露，层顶标高为3.805.00m，层底标高为2.505.00m，厚度为0.501.90m，平均厚度0.96m，本层层序号为“”。(2)海陆交互相淤泥质砂层本层主要为淤泥质粉砂、淤泥质细砂，呈深灰色、灰色、灰黑色等，组成物为粉砂、细砂，局部为中粗砂，含淤泥质及少量有机质，局部有贝壳碎片，饱和，松散稍密状。本层分布广泛，本次补充勘察在20个钻孔有揭露，层顶标高为-0.405.34m，层底标高为-5.00-1.40m，厚度为2.409.90m，平均厚度6.47m，标贯击数N=216击，平均8.7击。本层层序号为“”。1.2.3冲积洪积砂层(Q3al+pl)本层根据土的性质和沉积层序，分为三个亚层。(1)粉细砂层呈浅黄色、灰色、深灰色等，组成物主要为粉砂、细砂，饱和，呈松散中密状。本层局部区域有分布，本次补充勘察在9个钻孔有揭露，层顶标高为-8.50-5.00m，层底标高为-10.55-6.30m，厚度为0.403.00m，平均厚度1.95m，标贯击数N=1322击，平均18击。本层层序号为“”。(2)中粗砂层呈灰白色、浅黄色、灰色等，组成物主要为中砂、粗砂，饱和，呈稍密密实状。本层大部区域分布，本次补充勘察在24个钻孔有揭露，层顶标高为-6.30-1.40m，层底标高为-9.20-3.60m，厚度为0.806.40m，平均厚度2.85m，标贯击数N=828击，平均17击。本层层序号为“”。(3)砾砂层呈灰白色、浅黄色、灰色等，组成物主要为粗砂、砾砂，饱和，呈稍密密实状。本层局部区域有分布，本次补充勘察在3个钻孔有揭露，层顶标高为-4.70-3.20m，层底标高为-7.20-6.10m，厚度为2.352.90m，平均厚度2.58m，标贯击数N=1316击，平均14击。本层层序号为“”。1.2.4冲积洪积土层(Q3al+pl)呈黄褐色、浅灰色、杂白色、杂黄色等，主要由粉质粘土、粉土，含少量砂粒；粉质粘土呈可塑状，局部为软塑状或硬塑状；粉土呈中密密实，局部稍密状。本层大部分区域分布，本次补充勘察在17个钻孔有揭露，层顶标高为-7.203.20m，层底标高为-9.90-4.80m，厚度为1.004.40m，平均厚度2.58m。标贯击数N=323击，平均11.7击。本层层序号为“”。1.2.5残积土层(Qel)主要由石炭系碎屑岩风化作用形成，岩性主要为粉质粘土、少量为粉土。按残积土层的状态和密实度可分为二个亚层。(1)可塑或稍密中密状残积土层：本层主要为碎屑岩风化作用形成的粉质粘土、粉土，呈褐红色、棕红色等。粉质粘土呈可塑状，粉土呈稍密状，本层局部区域分布，本次补充勘察在9个钻孔有揭露，层顶标高为-10.55-7.80m，层底标高为-17.20-8.80m，厚度为0.709.40m，平均厚度3.69m。标贯击数N=216击，平均5.8击。本层层序号为“”。(2)硬塑或密实状残积土层：本层主要为碎屑岩风化作用形成的粉质粘土、粉土组成，呈褐红色、暗紫红色等，粉质粘土呈硬塑状，粉土呈密实状，局部夹全风化岩碎屑，本层局部分布，本次补充勘察在3个钻孔有揭露，层顶标高为-10.40-7.60m，层底标高为-11.80-8.90m，厚度为0.301.60m，平均厚度1.04m。本层层序号为“”。1.2.6岩石强风化带主要为白垩系地层，呈棕红色、褐红色等，岩性主要为泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩，岩石组织结构已大部分破坏，但尚可清晰辨认，矿物成分已显著变化，风化裂隙很发育，岩体破碎，岩芯呈密实状或半岩半土状，岩质较软本层分布广泛，本次补充勘察在23个钻孔有揭露，层顶标高为-32.90-7.90m，层底标高为-34.20-9.50m，厚度为0.407.60m，平均厚度2.05m，本层层序号为“”。1.2.7岩石中等风化带为白垩系地层，呈褐红色、棕红色等，岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂岩、含砾粉砂岩、砂砾岩、砾岩等，陆源碎屑结构，中厚层厚层状，岩石组织结构部分破坏，矿物成分基本未变化，有风化裂隙，局部地段有空洞，泥质、钙质胶结，岩芯较完整，呈短柱状柱状，岩质稍硬。砾石以灰岩为主，本层分布广泛，本次补充勘察在15个钻孔有揭露，层顶标高为-28.90-8.80m，层底标高为-31.70-10.00m，厚度为0.5010.30m，平均厚度2.96m，本层层序号为“”。1.2.8岩石微风化带为白垩系碎屑岩，岩性为泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、含砾粉砂岩、砾岩、角砾岩等，呈红褐色、棕褐色等，陆源碎屑结构，中厚厚层状构造，泥质、钙质胶结，胶结紧密，局部有少量风化裂隙，岩芯完整，以长柱状为主，岩质较硬，锤击声响，岩石质指标RQD值一般6595%，局部地段有空洞，砾石以灰岩为主，本层所有钻孔均有揭露，层顶标高为-34.20-9.60m，层底标高为-40.70-13.70m，厚度为0.5017.00m，平均厚度5.24m，本层层序号为“”。2水文情况2.1地下水位河沙站地下水水位埋藏较浅，稳定水位埋深为0.003.13m，标高为4.677.80m，地下水位的变化与地下水的赋存、补给及排泄关系密切，每年510月为雨季，大气降雨充沛，水位会明显上升，而在冬季因降水减少，地下水位随之下降，年变化幅度为2.53.0m。2. 2地下水的类型、地层富水性及渗透系数地下水按赋存方式分为第四系松散土层孔隙水，块状基岩裂隙水及空洞水。(1)第四系孔隙水第四系孔隙水与地表水具有水力联系，由大气降雨及珠江水补给。主要赋存于第四系的海陆交互相沉积砂层淤泥砂层、冲洪积中细粗砂层、和砾砂层中，含水性能与砂的形状、大小、颗粒级配及粘粒含量等有关，本车站的第四系砂层，颗粒介于粉细砂中粗砾砂，级配较好，本层水量较丰富。其它第四系中河湖相淤泥质土层基本处于饱水状态，但透水性差；冲洪积土层相对不饱水，其透水性较弱。全风化、残积土层相对不饱水，属于相对隔水层，且透水性也较弱。第四系孔隙水一般具有统一的地下水位，为潜水，局部上部分布有不透水的淤泥质地层时，具有微承压。(2)基岩裂隙水和空洞水主要分布在风化裂隙发育的岩石强风化带和中风化带，微风化带岩层节理裂隙稍发育且密闭，一般可视为不透水层，基岩内裂隙水为承压型裂隙水。局部裂隙发育，裂隙连通性较好，渗透性较强。本场地基岩发育有空洞和溶洞，其往往为地下水的通道，在MFZ3-HS-14D号钻孔钻探时，遇空洞漏水，泥浆水从基坑中涌出。空洞和溶洞在空间上分布变化较大，不排除局部地下水沿连通的地下空洞大量涌出。四、地质灾害分析及处理方案本次钻孔补充勘察过程中，26个钻孔，8个钻孔中揭露到地质空洞和溶洞，如表1：空洞与溶洞的洞顶及洞底深度和标高情况一览表 表1钻孔孔号洞顶埋深(米)洞顶标高(米)洞底埋深(米)洞底标高(米)洞高(米)充填情况岩性备注MFZ3-HS-03D24.80-17.0025.20-17.400.40无填充物,漏水粉砂岩空洞MFZ3-HS-04D24.80-17.0025.30-17.500.50无填充物,不漏水粉砂岩空洞MFZ3-HS-05D22.60-14.8023.50-15.700.90充填有可塑状粉质粘土,漏水粉砂岩空洞MFZ3-HS-09D29.10-21.3029.30-21.500.20无填充物,漏水砾岩空洞MFZ3-HS-14D26.90-19.1027.40-19.600.50无填充物,漏水粉砂岩空洞29.60-21.8029.80-22.000.20无填充物,漏水粉砂岩空洞MFZ3-HS-15D22.00-14.2023.80-16.001.80填充碎岩块,软塑状粉质粘土粉砂岩空洞MFZ3-HS-16D39.50-31.7040.00-32.200.50无填充物,漏水石灰岩溶洞MFZ3-HS-21D37.60-29.8038.00-30.200.40无填充物,漏水泥质粉砂岩空洞从表1可看出，本场地空洞与溶洞的洞顶埋深为22.0039.50m，洞顶标高为-31.70-14.20m，洞底埋深为23.5040.00m，洞底标高为-32.20-15.70m，洞高为0.201.80m，平均洞高0.60m。洞顶埋深大多数位于20.0030.00m之间,局部发育较深。在13个钻孔钻探时存在漏水现象，同时在2个钻孔揭露到完整的灰岩岩芯段，具体见下表2：其它漏水位置及揭露灰岩情况一览表 表2钻孔孔号洞顶埋深(米)洞顶标高(米)洞底埋深(米)洞底标高(米)洞高(米)备注MFZ3-HS-04D29.00-21.20少量漏水MFZ3-HS-10D19.60-11.80漏水MFZ3-HS-11D29.10-21.30少量漏水MFZ3-HS-12D31.10-23.30漏水MFZ3-HS-13D31.00-23.20漏水MFZ3-HS-17D31.50-23.70漏水MFZ3-HS-13D32.60-24.8033.30-25.500.70完整灰岩MFZ3-HS-16D24.20-16.4024.60-16.800.40完整灰岩40.00-32.2040.70-32.900.70完整灰岩场地内地质钻孔在施钻时13个钻孔发生漏水现象，在MFZ3-HS-14D钻至26.90-29.80m揭露到2个地质空洞时漏水比较严重，钻探的泥浆水从基坑内冒出，表明基岩中存在连通的过水通道。经过多次专家会诊，初步认为是一条次生断裂经过河沙站北端。如图1所示：图1 破碎带走向平面图河沙站基坑采用地下连续墙支护，连续墙进入强、中风化岩层，能有效阻隔第四系松散土层孔隙水，基坑涌水主要是基岩裂隙空洞水，但基坑北侧钻孔揭露场地发育有大量空洞，在钻探过程中多数钻孔发生漏水，同时亦发生钻孔泥浆从基坑中冒出，所以，局部地质空洞连通性较好，已形成地下水通道，且基岩裂隙水为承压型地下水，不排除沿着连通的地下水通道从基坑大量涌出。根据上述地质条件，从技术、经济、施工安全等方面经过比较，选择了化学注浆法、灌注双液浆、水泥浆、聚氨酯浆液的方法，来处理溶洞及破碎带，以达到止水加固的效果。五、注浆方案设计考虑到堵水主要以堵水源和堵通道两种方法，所以河沙站注浆采用基坑外注浆与基坑内注浆结合的方案，基坑外侧对破碎带走向方向进行封堵，即以求封堵漏水来源；基坑内侧对出水点进行封堵，即以求封堵过水通道。根据以上原则设计出如下方案：先对基坑外侧进行注浆，待局部或全部注浆孔完成后，对基坑内进行少量试抽水，同时观察水面上升情况，判断漏水通道的封堵情况。根据封堵的效果，在基坑顶搭设作业平台，下长套管进行水下注浆。1注浆孔布置设计坑外采用三排孔注浆，排拒1.5m，孔距1m，引孔深度应不小于35m。坑外第3排注浆孔，采用双液注浆（在分区范围根据需要也可采用水溶性聚氨脂注浆，如在、分区引孔时发现较大的空洞或破碎带，也可考虑水溶性聚氨脂的注浆）；坑外第1排注浆孔采用双液注浆，第2排采用单液（水泥）注浆或双液注浆。坑内在第一施工段范围内，采用满布注浆，以单液浆或双液浆为主，由内到外注浆，注浆孔采用梅花型布置，间距1.5m。注浆孔布置示意图如图2： 图2 注浆孔布置示意图注浆孔数量见表3（根据河沙站地质断裂处理图计算）河沙站注浆孔数量表 表3位置孔 数注浆深度基坑外侧410个18.1米基坑内侧220个8米2注浆顺序原则注浆采用“围、挤、压”及“从已知到未知”的原则，即先施工基坑外注浆孔，后施工基坑内注浆孔。对于每个孔的施工，即把注浆孔编号分为单数工序孔，双数工序孔，先对单数工序孔施工，再对双数工序孔施工。同时对单个孔采用分段分层自上而下的注浆方法。坑外为地面（地面为0.0，相当于规划路面绝对标高7.80）以下16.90m（主体结构底板顶面）至35.00m，在该范围内以6m为一段自上而下分段注浆；坑内为地面以下18.50m（垫层底面）至26.50m。坑外注浆先注第3排孔，再注第1排孔，最后注第2排孔。每排中按间隔跳灌原则，先从分区开始，再到、分区的顺序进行；坑外注浆完成后坑内进行注浆，先从已知涌水范围开始，逐渐向未知范围扩展，以便尽快判明涌水路径，如遇空洞或较大过水通道应先进行水溶性聚氨脂注浆。注浆过程除按、区划分外，每个区段由于范围较大，可在每个区内以8m9m长度，划分成若干个小区段进行注浆，相邻区段间隔施工。如图3注浆孔区段划分示意图所示，基坑内外共划分为27个小区段。图3 注浆孔区段划分示意图3注浆作业平台的搭设 由于河沙站基坑内蓄水影响，坑内注浆采用水上搭设注浆作业平台，在平台上进行水下注浆。1）平台搭设规模及形式作业平台长24m（垂直基坑方向），宽18.8m（平行基坑方向），自北端起，搭设至第一、二段施工段分界处（3轴南侧3m）。平台采用单排单层贝雷梁，每三榀采用“花窗”连接为一片梁，每片梁通过角钢连接为一个平台。平台上层铺设10cm10cm的方木，间距30cm，方木上层满铺木胶板。2）作业平台施工方法施工平台前，先将北端基坑内原有龙门吊走行梁吊出，在基坑外按3m一节，预先拼成三榀一片的梁（每片梁平均重量7吨）。然后端头部分可采用25吨吊车，站在端头进行吊装，端头以南，25吨吊车无法安全吊装的，采用80吨吊车，站在基坑东侧进行吊装。贝雷梁架设完成后，采用角钢将每个梁整体连接起来，铺设方木、木胶板，安装护栏、防护网。4注浆压力要求地面以下至16.90m（土层）深如需注浆则注浆压力为0.10.15MPa，16.90m至35.00m（岩层）深范围内自上而下各分段注浆压力分别为0.60.7MPa，0.70.8MPa，0.81.0Mpa。5终孔标准达到注浆压力稳压15min后终止注浆。6注浆主要材料1清水。2水溶性聚氨脂。332.5R普通硅酸盐水泥。4水玻璃（波美度40，初凝时间23min；凝固强度34MPa2h） 。5其他添加剂（减水剂、稳定剂、早强剂） 。6袖阀注浆管7注浆配合比设计1）双液浆：水：水泥=1：1，水：水玻璃=1：1，水泥浆：水玻璃=1：12）单液浆：水：水泥=0.6：18主要机具设备主要机械设备有：双液压浆泵PH25型，液压注浆机HYB60/50-1型，150型地质钻机，泥浆搅拌机和贮浆槽，高压灌浆管及其配件。9劳动力组织 现场钻孔注浆工人60人，现场总负责1人，施工员3人，技术员4人，质检员1人，安全员1人，合计总人数70人。10工期安排 河沙站计划注浆开始时间2008年6月10日，结束时间2008年9月10日，预计工期92天。其中预计钻孔85天，自6月10日至9月2日（因在基坑内注浆需搭设平台，搭设平台时间预计为10天）；预计注浆91天，自6月12日至9月10日。六、注浆工艺及方法1工艺流程注浆施工工艺流程框如图4所示：定孔位第一次扫孔第二次注浆钻 孔第二次扫孔洗孔、压水试验第三次注浆安袖阀管配置套壳料灌套壳料封 孔第一次注浆配置注浆液图4 注浆施工工艺流程框图2施工方法1）根据施工图现场进行布孔。2）钻孔采用地质钻钻孔，基坑外侧钻至地面以下35m，基坑内侧钻至基底以下8m，考虑到注浆效果，可采用分段成孔，分段自上而下注浆的原则进行施工，分段长度暂定为6米。钻孔过程中，对注浆孔地质情况进行判定，如遇到空洞或破碎带，探明上下起止位置，并做好记录。由于河沙站基底以上有10m左右厚的砂层，钻孔过程根据需要可下钢套管至基岩顶部，防止钻穿溶洞后，造成大面积塌陷，顶部3-5m处灌注孔口管，避免重复钻孔使地层表面劈裂。3）钻孔完成后，由于钻孔过程中的泥浆、磨碎的石屑堵塞了基岩内的空洞，需用高压水冲洗孔洞，同时进行压水试验，确定空洞的连通性，选定准确的注浆方法，保证注浆效果。4）用套壳料将空洞或破碎带下部的钻孔封牢，向孔内下入注浆袖阀管毛管（毛管即管身不打小孔不带橡皮套的PVC管）至空洞或破碎带上部10-20cm，将直管固定好，孔内管头用盖头堵住，同时，在距离空洞或破碎带上部30cm位置用橡胶带或胶带绑扎袖阀管毛管增大外径至100-105cm，作为止浆带，在止浆带的上部位置用水泥袋纸、水泥+水玻璃（双液浆）封牢，止浆带以上用套壳料封牢。5）套壳料凝固后（1013h），即可开始注浆。6）配制浆液（1）浆液材料有： 双液浆：水：水泥=1：1，水：水玻璃=1：1，水泥浆：水玻璃=1：1单液浆：水：水泥=0.6：1（2）将配制拌和好的浆液分别送入搅拌式贮浆桶内备用。7）注浆、封孔，启动注浆泵，通过一台（注水泥单液浆或聚氨酯），或者两台（注双液浆）注浆泵，同时接上Y型接头从孔口管混合注入孔底充填扩散到空隙空洞；开启或关闭注浆泵时必须先开化学注浆泵，后关化学泵，以免堵塞管路。注浆压力不宜过大，控制在0.20.3MPa左右，在考虑到连续墙的安全情况下，也可根据现场试验进行调整。8）.如要注水溶性聚氨脂时，由于聚氨脂遇水会以极快的速度膨胀堵塞孔道，所以注水溶性聚氨酯之前，需要在孔内压入一定量的丙酮（25L左右）洗孔。用丙酮将注浆孔内的水置换掉，紧接着压入聚氨酯浆液，使聚氨酯浆液顶着丙酮浆液顺利压入孔底。9）注浆孔单孔全部施工结束后，采用单液进行全孔封孔，封孔采用机械封孔法，上部余留空腔采用人工封填至孔口平。3、注浆效果检验注浆完成后，进行注浆效果检验。检验方法为：对基坑内进行试抽水，使水位下降1m，然后停止抽水，观察基坑内水位变化情况。根据试验情况，请专家组评判注浆效果，指导下步工作。七、质量控制要求1灌浆钻孔应采用钻机成孔，钻机应安装牢固，定位稳妥、固定。2各类设备应就近安装固定管线，不宜搞得过长，以防压力和流量损失。3钻机成孔插入注浆管后应封堵孔口及附近的地面裂缝以防冒浆。4选定浆液及其配合比，初凝时间长短及浆液强度要求应按止水目的确定。并应考虑地质，地基，土体空隙大小及地下水等情况