盾构始发和到达端头加固施工工艺工法

PAGEPAGE18盾构始发和到达端头加固施工工艺工法QB/ZTYJJGYGF--DT-04405-20011城市轨道交通工工程有限公司司王联江1前言1.1工艺工法法概况盾构始发和到达达时，工作面面将处于开放放状态且持续续时间较长，工工作面的稳定定与否直接影影响盾构始发发和到达安全全。对始发和和到达端头地地层加固，要使加加固体的强度度，均匀性和和止水性满足足长时间开放放状况下洞门门的稳定性要要求，并满足足设计和相关关规范要求，防防止出现工作作面涌泥、涌涌砂，甚至坍坍塌等情况的的发生，确保保盾构施工安安全顺利。盾构始发和接收收端头加固常常规采用的方方法主要有：：注浆法、深深层搅拌桩、高高压旋喷桩、冻冻结法、素砼砼地下连续墙墙（钻孔灌注注桩）以及降降低地下水位位等工法。其其主要目的是是提高软弱地地基的承载力力，降低地下下水位，保证证地基的稳定定，防止出现工工作面涌泥、涌涌砂，甚至坍坍塌等情况的的发生，确保保盾构施工安安全顺利。1.2工艺原理理由于盾构始发和和接收时的荷荷载较大，端端头所处地层层土质又较软软弱，强度不足或或压缩性大，不能在天然地基上直直接施工时，可可针对不同情情况，采取各各种人工加固固处理的方法法，以改善地地基性质，增增加土体的稳定性性，减少地基基变形和基础础埋置深度。地地基加固的原原理是：将土土质由松变实实，将土的含水水量由高变低低，起到固结、稳稳定、止水的的效果，即达达到地基加固固的目的。2工艺工法特点点2.1根据盾构构隧道所处的的地层情况，结结合现场实际际情况，确定定技术可行，经经济合理的加加固方案。2.2常规采用用深层搅拌桩桩，加固体均均匀性好，强强度、止水性性和抗渗性满满足设计要求求。2.3组合采用用加固+降水的方案案，在满足施施工的前提下下，大大降低低了施工风险险。2.4采用监测测信息化技术术指导施工，使使施工质量、安安全始终处于于受控状态。2.5提高土的的抗剪强度，防防止过大的剪剪切变形和剪剪切破坏，提提高地基承载载力；2.6降低土的的压缩性，减减小地基变形形和不均匀沉沉降；2.7改善土的的渗透性，减减小渗流量，防防止地基渗透透破坏；2.8改善土的的特性，减轻轻振动反应，防防止土体液化化。3适用范围本工艺工法适用用于盾构始发发和到达施工工。4主要引用标准准4.1《地下铁铁道工程施工工及验收规范范》（GB502299）；4.2《盾构法法隧道施工与与验收规范》（GB50446）；4.3《地基与与基础工程施施工及验收规规范》(GB502208)；4.4《建筑地地基基础工程程施工质量验验收规范》（GB502202）；4.5其他国家家现行有关施施工及验收规规范、质量技技术标准。5施工方法盾构端头加固体体的强度、均均匀性及止水水性是施工控控制的三个重重要方面。加加固效果应满满足洞门破除除后加固体能能有效抵挡洞洞门处水土压压力，有一定定的强度，整整体性和自稳稳能力，且能能有效封堵地地下渗水。端端头土体加固固方案设计应应在对地质条条件、地面环环境和地下管管线详细调查查了解的基础础上，充分考考虑场地条件件施工工期等等要求，经技技术、经济比比较后确定安安全可靠的加加固方案。在在加固方案的的选择上，不不论采用哪种种方案进行加加固，一定要要考虑在加固固体和围护结结构之间设孔孔注浆，以封封堵加固体与与围护之间的的施工冷缝，封封堵可能存在在的来水通道道。5.1端头加加固范围为保证洞门破除除的安全和盾盾构机始发进进入加固体（或或到达时破开开洞门）时端端头土体的自自稳性和水稳稳性，盾构始始发和到达端端头需进行加加固处理，其其加固范围一一般为隧道上上下左右各3m，加固长度度始发端头为为盾构机盾尾尾完全进入橡橡胶帘布时盾盾构机全部在在加固体并且且至少还有2m在加固体内内，到达端头头为盾构机破破开土体露出出刀盘时盾构构机已经进入入加固体2m。同时要求在在加固体与围围护结构之间间设置一排注注浆孔，在盾盾构始发前，需需进行压密注注浆，封堵可可能产生的施施工冷缝。5.2端头加加固方法目前常见的端头头加固方法主主要有：注浆浆法、深层搅搅拌桩、高压压旋喷桩、冻冻结法、素砼砼地下连续墙墙（钻孔灌注注桩）以及降降低地下水位位等工法，各各工法见表1。表1端头加加固工法汇总总表工法名称简述工法特点适用范围高压旋喷有单重管、二重重管、三重管管以及近几年年出现的多重重管法，在地地基加固、提提高地基承载载力、改善土土质进行护壁壁、挡土、隔隔水等起到很很好的作用。①可指定加固某某一深度的土土层。②可克服渗透系系数很小的细细颗粒土层中中无法进行灌灌浆的土体加加固。③在间距狭小处处可施工。④结合定喷法，可可有效的形成成垂直向、水水平向或封闭闭式隔水墙。⑤使用方便，移移动灵活。适用于砂土、粘粘性土、淤泥泥土及人工填填土等土质。深层搅拌桩通过深层搅拌机机器搅拌均匀匀，使水泥类类悬浊液在原原地层中与土土体反复均匀匀混合，水泥泥固结后，形形成水泥土加加固体。①固化桩与原地地基构成复合合地基，改善善承载力和变变形模量。②能自立支护挡挡土，③桩体连接成壁壁后有隔水帷帷幕作用。④施工中无振动动，无噪声、无无污染，对周周边建构筑物物和地下管线线影响小。⑤施工机具简单单，操作方便便，造价低。适用于粘性土、砂砂性土等地层层中施工。降水法人工降低地下水水位是在施工工范围内埋设设一定数量的的滤水管（井井），用抽水水设备抽其井井内水，降低低地下水位到到有利工程施施工，在过程程中保持不间间断抽水，使使工作面土体体始终保持干干燥，从根本本上防止流砂砂现象发生，同同时动水压力力减少或消除除，土体竖直直面更为稳定定。①盾构工作井施施工中，防止止井内涌泥或或产生流砂。②盾构隧道施工工中，稳定开开挖面土体，防防止盾尾漏泥泥漏水。③井点降水尤其其适用盾构的的进出洞施工工。适用土层为粉砂砂、砂质粉土土、粉质粘土土。冻结法当用其他方法难难以达到稳定定开挖面土体体时，采用冻冻结法可取得得较好的效果果，可使不稳稳定的含水地地层能形成强强度很高的冻冻土体，形成成完整的防水水屏蔽，起到到隔水和挡土土墙的作用。①可有效隔绝地地下水，其抗抗渗透性能是是其它任何方方法不能相比比的，对于含含水量大于10%的任何含水水、松散，不不稳定地层均均可采用冻结结法施工技术术；②冻土帷幕的形形状和强度可可视施工现场场条件，地质质条件灵活布布置和调整，冻冻土强度可达达5-10MMpa，能有效提提高工效；③冻结法是一种种环保型工法法，对周围环环境无污染，无无异物进入土土壤，噪音小小，冻结结束束后，冻土墙墙融化，不影影响建筑物周周围地下结构构；④冻结施工用于于桩基施工或或其它工艺平平行作业，能能有效缩短工工期。使用范围冻结法法适用于地下下水大，但流流动性较小的的地层；粉细细砂层厚度大大。目前在地地铁盾构隧道道掘进施工、双双线区间隧道道旁通道和泵泵房井施工、地下工程堵堵漏抢救施工工等方面得到到了广泛的应应用。5.3加固方案案设计举例根据地质条件和和以往设计、施施工经验，端端头加固方案案往往是几种种工法的单独独使用或组合合使用，根据据工程具体情情况而定。举举例如下：【例1】苏州地地铁1号线会展中中心站端头隧隧道范围内地地层为粉砂层层，为良好的的赋水、透水水底层，隧道道埋深为9.27m，经采用ф600mm＠300mm单重高压旋旋喷桩配合ф850mm＠600mm三轴深层搅搅拌桩进行端端头加固施工工，其中单重重高压旋喷桩桩在车站顶板板完成后施工工。在加固体体外侧和中部部设置共3个降水井备备用（围护桩桩背后漏水检检测中若发现现有漏水、漏漏砂现象，进进行降水作业业）。降水作作业在盾构始始发时进行。见见图1。图1苏州会会展中心盾构构始发端头加加固平面示意意图【例2】武汉地地铁4号线工业四四路站端头隧隧道范围内地地层为粉质粘粘土与粉土、粉粉砂互层、粉粉细砂，承压压水水头在地地面以下2.99～1.22m，相当于绝绝对标高18.29～19.188m,承压水头标标高年变化幅幅度在3.0～4.0m之间。经采采用ф800mm＠600mm三重高压旋旋喷桩配合水水平注浆，辅辅助以降水进进行加固。见见图2。图2武汉工工业四路站盾盾构始发端头头加固平面示示意图【例3】广州地地铁3号线客～大大区间大塘站站北端头地层层由上而下依依次为：<1>杂填土、<2-1>淤泥及淤泥泥质土层、<4-1>冲洪积土层层、<5-1>可塑或稍密密状残积土层层、<5-2>硬塑或中密密状残积土层层、<6>全风化泥岩岩、<7>强风化粉砂砂岩等地层。【例4】南京地地铁2号线集庆门门大街站端头头隧道范围内内地层为淤泥泥质粉质粘土土（②-2b4）、粉砂（②-2d3）、淤泥质质粉质粘土（②-3b3--4）和②3c2-3粉土，地下下水具有承压压性，承压含含水层中地下下水与长江及及秦淮河均有有一定的水力力联系。盾构构接收有涌砂砂涌水的风险险。由于一期期的常规法端端头加固失效效后，经专家家评审，采用用冷冻法进行行端头加固。图3南京集集庆门大街站站站盾构接收收端头加固平平面示意图6工艺流程及及操作要点端头土体加固方方案设计应在在对地质条件件、地面环境境和地下管线线详细调查了了解的基础上上，充分考虑虑场地条件施施工工期等要要求，经技术术、经济比较较后确定安全全可靠的加固固方案。6.1施工工艺艺流程6.1.1地地基土加固1搅拌桩构筑导墙构筑导墙施工完毕残土处理制作试块搅拌、提升、喷浆水泥浆拌制报监理工程师报监理工程师三轴搅拌机定位设置机架移动导轨水泥材质检验图4搅拌桩桩施工工艺流流程图eq\o\ad(测量定位eq\o\ad(测量定位,)eq\o\ad(钻孔,)旋喷机就位插入双重管旋喷提升移至下一桩位钻机就位冲洗图5旋喷桩桩施工工艺流流程图开孔安装孔口管开孔安装孔口管扫孔并钻到设计深度测量涌水量压力试验注浆结束注浆清洗注浆管路布置注浆管安装设备、调试配置浆液图6注浆加固工工艺流程图6.1.2降降水施工图7轻型井点降降水工艺流程程图6.1.3冷冷冻法加固图8冻结加固工工艺流程图6.2操作要点点目前常见的端头头加固方法主主要有：注浆浆法、深层搅搅拌桩、高压压旋喷桩、冻冻结法、素砼砼地下连续墙墙（钻孔灌注注桩）以及降降低地下水位位等工法。根根据施工原理理和施工方法法一般分为3类：一是旋喷喷、搅拌、素素墙等地基土土加固类型；；二是降水固固结类型；三三是冷冻法加加固。6.2.1搅拌拌桩施工要点点开机前必须探明明和清除一切切地下障碍物物，须回填的的部位要分批批回填夯实，以以确保桩的质质量。桩机行驶路轨和和轨枕不得下下沉，桩机垂垂直偏差不大大于1%。水泥宜采用P0042.5级普通硅酸酸盐水泥，参参入比8%～16%，可根据情情况参入不同同类型外加剂剂。桩与桩搭接时间间不应大于24h，若超过，应应在第二根桩桩施工时增加加20%注浆量，同同时减慢提升升速度；若相相关时间太长长，第二根无无法搭接，应应在设计认可可下采取局部部补桩或注浆浆措施。6.2.2旋喷喷桩施工要点点设备安装平稳对对正，开孔前前须严格检查查桩位和开孔孔角度。确保引孔深度达达到设计要求求。保持引孔泥浆性性能，孔壁完完整，不坍孔孔，确保高喷喷管顺利下至至孔底。高喷管下至距孔孔底0.5m时，应先启启支浆泵送浆浆，同时旋转转下放，下到到孔底（开喷喷深度）后，再再启动高压泵泵和空压机，各各项参数正常常后方可提升升。高喷作业中，必必须注意观察察气、浆压力力和流量达到到设计要求，发发现异常，要要立即停止提提升，查明原原因，及时处处理。分节拆卸高喷管管时，动作要要快，尽量缩缩短停机时间间。因故停机机（卸管或处处理故障）时时，需将近高高喷管下放至至超过原高喷喷深度0.3～0.5m处，重新开开机作业，以以避免固结体体出现新层。6.2.3注浆浆法施工要点点注意测量钻孔中中的涌水量，并并做好记录。注浆时必须观测测井壁变化，发发现有漏浆时时，根据现场场情况采取切切实可靠措施施。当达到规定注浆浆压力时，持持续10分钟即停止止注浆。注浆间歇或注浆浆结束必须冲冲洗注浆管路路。注浆加固实施前前，应进行工工艺性试验，调调整水灰比和和注浆压力，要要求扩散半径径0.4～0.6m。6.2.4降水水法施工要点点成孔用泥浆护壁壁，孔口设置置护筒，以防防孔口塌方，并并在一侧设排排泥沟、泥浆浆坑。安装水泵前，用用压缩空气洗洗井法清洗滤滤井，冲除尘尘渣，直到井井管内排出的的水由浑变清清，达到正常常出水量为止止。水泵安装后，对对水泵本身和和控制系统作作一次全面细细致的检查，合合格后进行试试抽水，满足足要求后转入入正常工作。观测井中地下水水位变化，作作好详细记录录。6.2.5冻结结法施工要点点开孔间距误差控控制在±20mm内。在打钻钻设备就位前前，用仪器精精确确定开孔孔孔位，以提提高定位精度度。按要求钻进、用用灯光测斜，偏偏斜过大则进进行纠偏。钻钻进3m时，测斜一一次，如果偏偏斜不符合设设计要求，立立即采取调整整钻孔角度及及钻进参数等等措施进行纠纠偏，如果钻钻孔仍然超出出设计规定，则则进行补孔。冻结管（含测温温管）采用丝丝扣联接加焊焊接。管子端端部采用底盖盖板和底锥密密封。冻结管管安装完，进进行水压试漏漏，初压力0.8MPPa，经30分钟观察，降降压≤0．05MPa，再延长15分钟压力不不降为合格，否否就近重新钻钻孔下管。为确保冻结施工工顺利进行，冷冷冻站安装足足够的备用制制冷机组。冷冷冻站运转期期间，要有两两套的配件，备备用设备完好好，确保冷冻冻机运转正常常，提高制冷冷效率。冷冻机组的蒸发发器及低温管管路用棉絮保保温，盐水箱箱和盐水干管管用50mm厚的聚苯乙乙烯泡沫塑料料板保温。设备安装完毕后后进行调试和和试运转。在在试运转时，要要随时调节压压力、温度等等各状态参数数，使机组在在有关工艺规规程和设备要要求的技术参参数条件下运运行。7劳动力组织一般根据加固工工程量及现场场场地情况，进进行人员安排排。表2单工作作面作业劳动动组织表编号工种名称数量（人）备注1土木技术人员32机械技术人员23技术工人44普通工人6合计15注：冷冻法施工工时，需要配配合人员较多多，一般为48人。8主要机具设设备8.1搅拌桩施施工机具表3搅拌桩桩主要施工机机具编号设备名称单位规格型号数量备注1挖掘机台1开槽2三轴深搅机台13泥浆泵台24电焊机台25发电机台18.2旋喷桩施施工机具表4旋喷桩桩主要施工机机具编号设备名称单位规格型号数量备注1高压旋喷桩钻机机台XP-3012高压注塞泵台13注浆泵台23空压机台14搅拌机台65电焊机台18.3冷冻法施施工机具表5冷冻法法主要施工机机具编号项目单位数量备注1冷冻机W-YSSLGF3000Ⅱ型台22IS150-1125-315水泵台2盐水泵3IS125-1100-215C台2清水泵4真空泵（或抽氟氟机）台15经纬仪台16测温仪台17NBL-50冷冷却塔台28MD-50钻机机台19XY-2型钻机机台110电焊机台29质量控制9.1高压旋喷喷加固9.1.1易易出现的质量量问题1先进行试桩施施工，确定使使用的施工配配合比。2桩的垂直度控控制不够导致致桩底分叉、侵侵限等。3喷浆量不足导导致搅拌不均均匀。4水泥浆拌制时时间过长，导导致浆液不能能使用。5旋喷过程中，注注意对注浆压压力的控制。9.1.2保保证措施1水泥浆宜在旋旋喷前一小时时内搅拌，喷喷浆过程中冒冒浆应控制在在10～25％。相邻两两桩施工时间间间隔不超过过48小时，间距距不小于2m。2成桩过程中钻钻杆的旋转和和提升必须连连续不中断，拆拆卸钻杆续喷喷时，注浆管管搭接长度不不得小于100mm。3在高压喷射注注浆过程中出出现异常情况况时，应及时时会同监理工工程师查明原原因并采取措措施补救，排排除故障后复复喷高度不得得小于500mm。4施工过程中应应对附近防汛汛墙、地面、地地下管线的标标高进行监测测，当标高的的变化值大于于±10mm时，应暂停停施工，根据据实际情况调调整压力参数数后，再行施施工。9.2搅拌桩施施工9.2.1易易出现的质量量问题1关于施工用配配合比，应先先进行试桩施施工，确定使使用的施工配配合比。2桩的垂直度控控制不够导致致桩底分叉、侵侵限等。3喷浆量不足导导致搅拌不均均匀。4水泥参量不足足，达不到设设计要求的承承载力。9.2.2保保证措施施工中除了加强强施工参数的的控制外，还还需从以下几几个方面进行行质量控制。1垂直度：根据据要求，基坑坑围护结构允允许垂直度偏偏差必须控制制在3/10000以内，对桩桩位放样、桩桩机垂直度校校正都必须严严格控制，按按照规范要求求进行施工。2水泥用量：水水泥掺入量暂暂按35%考虑，水泥泥掺入量的大大小直接影响响到端头加固固的强度是否否满足设计要要求，在施工工中要求均匀匀、连续的注注入拌制好的的水泥浆液，钻钻杆提升完毕毕时，设计水水泥浆液全部部注完。3搅拌水泥土的的均匀性：为为了达到搅拌拌水泥土的均均匀混合，开开动灰浆泵待待水泥浆液到到达搅拌头时时，边注浆、边边搅拌、边提提升（下沉），使使得水泥浆和和原地基土充充分拌和，提提升到桩顶设设计标高后再再关闭灰浆泵泵。4施工深度：施施工中必须严严格控制，利利用桩机钻杆杆长度以及型型钢顶标高来来控制。5搅拌桩的咬合合施工：三轴轴搅拌桩搭接接施工以是依依靠搅拌桩套套钻一孔来实现的的，为保证端端头加固的作作用，采用单单侧挤压式施施工。9.3冷冻法加加固施工9.3.1易易出现的质量量问题1在管路连接时时，对管路的的密封性的检检查。2加入盐水后，及及时对盐水的的比重进行复复查。3运行过程中，注注意对盐水液液面的观察并并做好记录。4运行过程中，注注意对盐水温温度的检查。5开挖前，应先先施工探孔，结结合测温的情情况综合分析析加固质量。6打孔时，如果果孔位偏差过过大，应在旁旁比补打加强强孔。7过程中注意对对测温孔、泄泄压孔的保护护。9.3.2保保证措施1认真分析该工工程地质资料料，精心编制制施工技术设设计和施工组组织设计。2控制冷冻孔和和冻结器施工工质量，确保保冻结质量符符合要求。3严控冷冻站安安装质量，提提高制冷效率率，确保盐水水降温符合要要求。4测温孔布置在在相邻冻结孔孔终孔间距较较大的界面上上。具体位置置由现场技术术负责人和项项目经理共同同商定。测温温管的下放及及焊接严格按按冻结孔的质质量要求施工工，并及时绘绘制偏斜平面面图。5钻进时，应按按深度及地层层情况的需要要，及时增减减钻铤，要求求作到均匀、匀匀速钻进，严严禁忽快忽慢慢，压力忽大大忽小。6冻结管应进行行地面配组，丈丈量全长，做做好记录，下下管时应清除除管内异物，保保持清洁，试试压封口后，应应及时将冻结结管周围的空空隙用土填实实，防止泥浆浆串孔。7偏斜。冻结孔孔平均偏斜率率不得大于0.5%，冻结孔终终孔间距不大大于设计值，否否则应予以补补孔，冻结深深度应满足设设计要求，下下管长度应不不小于设计冻冻结深度。8测斜。冻结孔孔施工过程中中使用灯光经经纬仪进行终终孔和成孔测测斜并及时绘绘制冻结孔偏偏斜平面图。10．安全措施施在整个土体加固固的过程中，针针对各项工艺艺，有不同的的安全注意事事项和相应的的保证措施，具具体如下：10.1旋喷桩桩10.1.1主主要安全风险险分析旋喷桩施工的安安全风险主要要有以下几个个方面1压力阀的失效效，空压机的的安全性检查查。2设备所在施工工区的地基承承载力满足要要求。3在装、拆钻杆杆过程中的掉掉落伤人等。10.1.2保保证措施1对加固范围内内的管线、障障碍物仔细调调查，防止出出现意外管线线损坏。2桩机通过场区区前，对软弱弱地段进行适适当处理，防防止桩机陷入入。3桩机移动过程程中，一定要要平稳；钻进进过程中要尽尽量打开斜撑撑。严防设备倾倾倒。4施工前，对施施工区域做好好标识，防止止无关人员进进入造成意外外伤害。5浆液拌制过程程中，各个环环节需严密配配合。10.2搅拌桩桩10.2.1主主要安全风险险分析一般采用的三轴轴或双轴搅拌拌桩机由于设设备大，高度度高，对施工工场地的要求求相对较高，主主要安全风险险有以下几点点：1三轴或双轴设设备的倾覆，特特别是在有台台风的地区施施工，应有有有效的设备加加固措施。2三轴配套使用用的水泥罐，由由于高度高，自自重大，应在在加强基础的的同时，做好好拉结（防风风）。3三轴高压输送送的浆液，应应有专人负责责对管路进行行维修、保养养，防止过程程中浆管的破破损伤人。10.2.2保保证措施1对加固范围内内的管线、障障碍物仔细调调查，防止出出现意外管线线损坏。2桩机通过场区区前，对软弱弱地段进行适适当处理，防防止桩机陷入入。3桩机移动过程程中，一定要要平稳；钻进进过程中要尽尽量打开斜撑撑。严防设备倾倾倒。4施工前，对施施工区域做好好标识，防止止无关人员进进入造成意外外伤害。5浆液拌制过程程中，各个环环节需严密配配合。10.3冷冻法法10.3.1主主要安全风险险分析冷冻法加固一般般的安全风险险主要有以下下几个方面：：1冻结孔施工时时孔位偏差较较大，导致不不能达到冻结结交圈的要求求。2冻结过程中的的盐水损失严严重，盐水渗渗入土体中，导导致土体不能能被加固。3冻结过程中，盐盐水进出的温温度变化不稳稳定，导致冻冻结效果不能能达到设计要要求。4探孔中的涌水水涌砂，应立立即加强冷冻冻，必要时可可采用液氮加加强冻结。10.3.2保保证措施1冷冻孔开钻前前应提前查明明地下管线及及地下建（构构）筑物，对对有影响的应应及时提出改改移和保护措措施，切记没没有查明不得得进行施工。2机械移位，必必须切断电源源，必须有专专人照管电缆缆。3在危险地段设设立安全标志志。4联络通道在开开挖前制定相相关应急预案案，确保万无无一失。5钻孔过程中出出现涌水、涌涌砂时，及时时进行二次补补偿注浆。6钻进过程中，遇遇到不明气体体时，先探测测其成分和浓浓度，安全后后方可继续施施工。11环保措施端头加工过程中中，