水平式雙環塞灌漿工法 應用於台北捷運聯絡通道開挖之案例 主講人 : 楊國榮
簡報大綱 一 前言二 基地位置三 地層與地下水狀況四 地盤改良工法之選擇五 地盤改良範圍之決定六 地盤改良施工七 補灌與設計變更八 聯絡通道開挖九 結論與建議
一 前言
台北與高雄捷運聯絡通道開挖常 採用之地盤改良輔助工法 黏土或砂土層 JSG CJG 與 Super Jet-midi 等高壓噴射灌漿工法 卵礫石層或高壓噴射灌漿施作後之補灌 二重管鑽桿或雙環塞等藥液灌漿工法
砂土層中採用雙環塞灌漿工法案例介紹 - 台北捷運新店線 CH221 標 -
二 基地位置
CH221 標
聯絡通道 基地平面位置示意圖
地盤改良 GL-28m 下行隧道 聯絡通道 上行隧道 GL-25m 16.7m 聯絡通道剖面示意圖
地盤改良 GL-28m 下行隧道 聯絡通道 上行隧道 GL-25m 16.7m 施工順序示意圖
三 地層與地下水狀況
台北盆地地層與地下水狀況示意圖
-10.5m 地盤改良 SM 5-17.7m CL4-18.8m -28m 下行隧道 聯絡通道 上行隧道 -25m SM 3 (N=22) -29.5m 16.7m CL 2 水位 聯絡通道剖面 地層 聯絡通道地層與地下水狀況示意圖
四 地盤改良工法之選擇
基本考量 無法取得施工用地由地面施作高壓噴射灌漿 採用由潛盾隧道內施作藥液灌漿 所採用之藥液灌漿工法需達到強化地盤及止水效果外, 亦需具有高度之改良效果
何種藥液灌漿工法適用?
藥液灌漿工法之種類 二重管鑽桿工法 瞬結工法 (DDS) 複合工法 雙環塞灌漿工法
1) 鑽孔鑽孔到指定深度 2) ㄧ次灌漿開始鑽孔完成後, 切換成瞬結的藥液, 在鑽桿周邊形成堵封及對較大孔隙進行填充 3) 二次灌漿開始在同ㄧ個灌漿階段中用緩結的藥液進行滲透灌漿 二重管鑽桿複合工法施工順序 4) 灌漿完成隨灌漿階段之提昇進行 2) 3) 之灌漿作業直到改良結束為止
1) 鑽孔鑽孔到指定深度 2) 灌漿開始鑽孔完成後, 切換成瞬結的藥液開始灌漿 3) 灌漿完成依灌漿階段在改良區間內進行灌漿工程, 直到改良結束為止 二重管鑽桿瞬結工法 (DDS) 施工順序
二重管鑽桿工法之噴嘴
套管 灌漿管 33cm 或 50cm 管 33cm 或 50cm 灌漿外管橡膠封套 封堵材 (CB) 材 灌漿外管 灌漿外管 套 橡膠封套 橡膠封套 雙環塞 一次 CB 水 一次 CB 水 二次 SL 雙環塞灌漿工法施工順序
橡膠封套 PVC 灌漿外管 雙環塞
藥液灌漿工法之注入方式 灌漿方式膠凝時間混合方法 二重管鑽桿 雙環塞 瞬結 瞬 結 ( 以秒為單位 ) 複合全域 1 徑 - 藥液於攪拌機內混合 1.5 徑 - 藥液於鑽桿頂端混合 2 徑 - 藥液於噴嘴處混合 2 徑 2+2 徑 2+1.5 徑 2+1 徑 緩結 ( 十幾分鐘以上為單位 ) 1 或 1.5 徑
砂土層改良後之強度 160 改良之地盤黏著力,kN/m 2 140 120 100 80 60 40 20 0 雙環塞灌漿工法 二重管鑽桿工法 0 10 20 30 40 50 60 原地盤 N 值 ( 注入率 35% 以上 )
黏土層改良後之強度 ( 注入率 30% 以上 ) 現地地盤之黏著力 +10kN/m 2 但不得大於 40kN/m 2
砂土層改良後之透水性
雙環塞灌漿工法之優點 可於指定深度進行灌漿及灌漿成效之檢查 不須重新鑽孔而可重複灌漿 不論是提升強度或降低透水性, 效果較其它藥液灌漿工法為佳
地盤改良工法選擇 - 採用雙環塞灌漿工法施作 - 另採用止水箱與 DDS 工法, 抑制雙環塞灌漿工法鑽孔與 PVC 灌漿外管安裝所導致之沉陷
五 地盤改良範圍之決定
改良範圍 採用日本藥液注入協會 (1991) 建議之計算式推估而得 計算參數 黏著力採用 100kN/m 2 透水係數小於 10-5 cm/sec 安全係數採用 1.5
16.7m 2.1m 2.6m 5.4m4.4m 2.2m 3.75m 5.5m 3.75m A B 地盤改良聯絡通道 B A 1.5m 6.1m 3.7m 2.9m 1.3m 下行隧道 2.5m 地盤改良 聯絡通道 上行隧道 2.5m 6.1m 3.7m 1.1m 0.6m 5m 地盤改良 聯絡通道 13m 下行隧道 上行隧道 A-A 斷面 B-B 斷面 CH221 標聯絡通道地盤改良範圍示意圖
地盤改良 SM 5-17.7m CL4-18.8m -28m 下行隧道 聯絡通道 上行隧道 -25m SM 3 (N=22) -29.5m 16.7m 1m CL 2 聯絡通道地盤改良範圍與地層狀況相關圖
六 地盤改良施工
6.1 灌漿管配置
PVC 灌漿外管間距 1.5m(max) ( 垂直潛盾隧道方向 ) 1m ( 沿潛盾隧道方向 )
247 支 200 支 (2.5m~9.5m 長 ) 灌漿管剖面配置示意圖
6.2 施工步驟與考量
內支撐架設 止水箱安裝 DDS 灌漿 PVC 灌漿外管安裝 一次 CB 灌漿 雙環塞灌漿 二次 SL 灌漿 三次 SL 檢查灌漿 施工步驟
內支撐架設 確保環片之安全 (a) 架設範圍 (b) 架設方式
背填灌漿 環片 止水箱 SL 灌漿鑽桿 封堵灌漿 鑽孔外管 PVC 灌漿外管 (1) 止水箱安裝 (2)DDS 灌漿 (3)PVC 灌漿外管安裝後進行止水與封堵灌漿 止水灌漿 CB SL SL (4) 鑽孔外管拔除, 並進行管口止水灌漿 (5) 一次 CB 灌漿 (6) 二次 SL 灌漿 (7) 三次 SL 檢查灌漿 雙環塞灌漿工法各鑽孔施作順序示意圖
雙環塞灌漿工法之施灌順序 各灌漿管 不論 CB 或 SL, 皆由管底施作至管口 (0.5m/ 階 )
整體地盤改良區 一次 CB 由外至內 二次 SL 由內至外 三次 SL 檢查灌漿 壓力偏低或異常處 平均分佈於地盤改良範圍內 (20%~25% 灌漿孔 )
雙環塞灌漿工法灌漿材料配比與灌注率一覽表 注入材料 配比 灌注率 (%) 備註 水泥 200~250kg CB 皂土 50kg 10 q u =600~700kN/m 2 水 901L SL SL 水玻璃 250L SL 反應劑 40~60L 水 690~710L 30 於地中之膠凝時間約 60 分鐘左右
灌漿施工時程一覽表 施作項目 10 月 11 月 12 月 1 月 DDS 灌漿 ( 下行隧道 ) ( 上行隧道 ) 鑽孔 PVC 設置與 DDS 灌漿 CB 灌漿 SL 灌漿 ( 含檢查灌漿 ) 說明 : 環片拆除前之填充灌漿於上行隧道 SL 檢查灌漿施作完成後 1.5 個月開始施作, 費時 10 日完成
填充灌漿 施作目的 降低施工風險 施作時機 於聯絡通道洞口環片拆除及開挖前施作 施作範圍 聯絡通道開挖區四周 2m 至 3m 範圍
6.3 施工管理
施工管理一覽表 灌漿工法 灌漿材料 灌漿速率 (L/min) 施灌間距 (cm) DDS SL (8~10)x2 50 雙環塞 一次 CB 10~15 50 二次 SL 8~10 50 三次 SL 8~10 50 SL 填充灌漿 8~10 50 灌漿管控標準 採用定量灌漿 (100~200 升 / 階 ) 或壓力較初始壓力大 100~200kN/m 2 即停止灌漿採用定量灌漿 (CB 為 45 升 / 階, SL 為 140 升 / 階 ) 或壓力較初始壓力大 50kN/m 2 即停止灌漿 施灌壓力較二次 SL 灌漿壓力為大時即不再施灌採用定量灌漿 (40 升 / 階 )
各灌漿工法施作孔數與灌漿量一覽表 環雙塞 灌漿工法 下行隧道上行隧道孔數灌漿量,L 孔數灌漿量,L DDS 182 271,944 60 122,494 一次 CB 200 274,018 247 151,707 二次 SL 200 255,982 247 431,997 三次 SL 49 7,047 52 28,448 SL 填充灌漿 98 44,600 101 50,435 合計 853,591 785,081
鑽孔機設置狀況
止水箱設置狀況
鑽孔狀況
套管長檢定狀況
PVC 灌漿外管長度檢查
PVC 灌漿外管設置狀況
套管拔除狀況
灌漿狀況
6.3 效果確認
三次 SL 檢查灌漿施作完成後施行現場透水試驗 地盤強度則待開挖後取樣進行強度試驗
6.4 沉陷監測結果
依以往之經驗, 採用雙環塞灌漿工法所導致之沉陷量主要發生於鑽孔階段 施工初期因鑽孔所導致之沉陷量約 3cm 採用 DDS 工法, 此部份之沉陷量控制在 1cm 以內
七 補灌與設計變更
原因及考量 因通風豎井發生災變, 導致工期延誤一年左右, 考慮 SL 之耐久性, 而進行補灌 降低施工風險, 縮減開挖斷面
藥液之耐久性 1000 1.E-08 單軸壓縮強度,kN/m 2 800 600 400 200 透水係數,cm/sec 1.E-07 0 1 10 100 1000 試體養護時間, 日 1.E-06 1 10 100 1000 試體養護時間, 日
16.7m 2.1m 2.6m 5.4m 4.4m 2.2m 3.75m 5.5m 3.75m A B 地盤改良聯絡通道 B A 1.5m 6.1m 3.7m 2.9m 1.3m 原設計開挖線 下行隧道 2.5m 地盤改良上行聯絡通道隧道 修正後之開挖線 2.5m 6.1m 3.7m 1.1m 0.6m 5m 地盤改良聯絡通道 4.45m 4.1m 4.45m 2.5m 4.1m 6m 下行隧道 上行隧道 A-A 斷面 B-B 斷面 縮減後之開挖斷面示意圖
八 聯絡通道開挖
聯絡通道施工剖面示意圖 聯絡通道施工斷面示意圖
頂導坑開挖
頂導坑開挖至上行隧道環片處
台階與仰拱開挖
開挖貫通後
結構體構築
結構體構築完成
九 結論與建議
監測儀器之安裝有其必要性, 可藉由量測結果瞭解施工狀況, 以便適時修正施作方式與步驟, 符合設計所需 減少 PVC 灌漿外管時所導致之地表與結構物沉陷為本施工案例之施工重點之一 本案例所採用之 DDS 工法可達到一定之成效
施工品質之檢驗有其重要性, 本聯絡通道地盤改良之成效除進行現場透水試驗確認透水性外, 並於開挖區採取樣品確認其強度 採用雙環塞灌漿工法時並無法有效提升黏土層之強度為此工法之限制, 或可考量以增加 PVC 灌漿外管之強度作為對策, 即採用鋼管或於管內加設鋼筋以作為加勁之用
採用藥液灌漿須將材料之耐久性納入考量 進行聯絡通道開挖時可藉由開挖順序之調整 設置備用抽水井或於聯絡通道與潛盾隧道銜接處設置安全閘門以降低施工風險
報告完畢 敬請指教