常见的洞门结构形式及进出洞土体加固技术

常见的洞门结构形式及进出洞土体加固技术天津地铁2号线第14合同段一、常见的洞门结构形式盾构的进出洞施工中要确保洞口暴露后正面土体的稳定，必须对洞口状况进行调查，然后采取有效的技术措施，使洞口处的土体不流失、不坍塌。工作井一般用沉井法施工，但建筑密集地区或大型结构的工作井是采用地下连续墙、钻孔灌注桩、SMW工法等建造的，围护结构的不同，洞口的封门形式也不同。洞口的封闭方法与盾构进出洞口是否方便、安全、可靠的关系极大。用沉井法施工，在制作沉井时已预留了洞口（下沉前必须将洞口封闭），因此封门形式应按实际工况条件（工程埋深、洞口处土层、水文条件等）综合考虑选定，但还必须兼顾到拆封门的方便。当前常用的洞门结构形式有外封门形式、内封门形式、特殊封门（井内外封门）等。1、外封门形式（如下图）当工作井采用沉井法施工时，洞口封门一般采用钢板桩（常用槽钢组合），一种方法是在沉井下沉施工时，将封门安装在洞口（封门板桩与沉井洞口的固定连接均设于井内的洞圈内，出洞施工时要能方便拆除），然后与沉井一起下沉到位，封门安置要牢固，不应在沉井下沉施工时遭到破坏；另一种方法是待沉井下沉到位后再紧贴井外壁打入封门板桩，但沉井预留洞口在沉井下沉施工时须临时封闭，待洞门板桩打入后再拆除临时封闭。盾构出洞时先进入井壁洞圈内，安装好推进施工时的洞口密封装置，然后拔除封门板桩，盾构出洞。外封门形式一般用于出洞施工，其因受到钢板桩长度、构造及拔桩等影响，当洞口埋深较深时不宜采用。2、内封门形式盾构进洞的封门一般采用内封门形式。封门可用型钢组合（有竖封门及横封门两种形式），固定在井内壁洞口处（在沉井下沉施工时，洞圈内用粘土填封密实），当盾构最前端离封门50mm时停止推进施工，拆除封门，尽快将盾构推入井内的接收基座上，并及时封堵管片与洞圈之间的空隙，防止泥水从间隙处渗漏。当洞口埋深较深、洞口处土质较好，自立性能强或洞口土体进行加固处理，内封门形式也可用于出洞施工中，但洞圈内必须用粘土夯填密实，使洞圈内土体起到一个土塞作用，用以平衡井外土体的侧向压力。3、特殊封门（井内外封门）当工程埋深深、井外砂性土渗透系数大、地下水位高，要平衡地下水压力较为困难时，则盾构出洞时可采用另一种“外”封门形式，即在井内筑一定长度的筒套（采用钢筋混凝土结构或钢结构），内径与井壁预留洞口相同，筒套与井壁连成一体，筒套后端设有密封装置，在筒套与井壁内面间用密排竖向钢板桩封闭洞口，沉井下沉前在井壁洞圈内填粘土，盾构先进入筒套内。出洞施工时，逐根拔除钢板桩，每拔除l根，须及时封住上开口。该封门形式具有如下特点：（l）盾构出洞前已建立正面平衡体系，在出洞过程中能较好地控制正面平衡压力，使洞口外土体流失能控制在允许范围内，有效地保护环境；（2）井壁洞口内及筒套内均用粘土填充，土塞效应长度大，洞口间隙密封效果好，土体不易流失；（3）洞口封门板桩由于设在井内，板桩长度略大于洞口直径，只需用推进施工用的行车即可方便、迅速拔除，不需另行配置大型设备；（4）筒套构造设计时，考虑了出洞时可能出现的问题，降低了施工难度。4、SMW工法施工洞口封门形式

当工作井采用围护开挖施工工艺时，可在工作井进出洞口处用SMW工法作结构施工围护，在进出洞施工时，先拔除SMW桩内的H型钢，利用掘进设备刀盘切削SMW桩的水泥土，逐步完成进出洞施工。5、地下连续墙施工洞口封门

当工作井制作时，采用地下连续墙围护，在进出洞施工时，先行凿除地下连续墙，逐步完成进出洞施工。所谓地下连续墙的施工方法，即在地面上用一种特殊的挖槽设备，沿着工程周边（地下结构的边墙），开挖一定槽段长的沟槽，并用泥浆来支护槽壁土体，然后将预制好的钢筋笼（钢筋骨架）放入槽内。采用导管在充满稳定液体的沟槽内进行混凝土浇筑。混凝土是由沟底逆行向上筑高，直至充满沟槽，即在浇捣施工时把稳定泥浆置换出来。相邻的槽段由特殊接头连接，这样把分段的槽壁连成一整体成为埋于地下的一条钢筋混凝土墙。6、钻孔灌注桩施工洞口封门隧道工作井洞门前方土体围护也可采用钻孔灌注桩施工，在进出洞施工时，先行凿除钻孔灌注桩，逐步完成进出洞施工。人工挖孔灌注桩于1893年在美国问世，至今已有100多年的历史。而钻孔灌注桩是在人工挖孔灌注桩的基础上，在20世纪40年代初随着大功率钻孔机具的研制成功，首先在美国问世。钻孔灌注桩具有承载力大、施工快、造价低和适用范围广等优点。二、进出洞土体加固技术盾构进出洞时需采取土体稳定措施。洞门外土体能稳定自立相当长一段时间后，可安全拆除封门，盾构即可进出洞，但在施工时必须对加固处理后的土体实际性能作检测，确认其达到施工所规定的要求，方可拆洞口封门。当前常用的土体稳定技术有SMW工法、高压旋喷桩、深层搅拌桩、降水法、分层注浆法、冻结法等。1、SMW工法（深层搅拌桩

＋H型钢）SMW工法是指通过深层搅拌机器搅拌，使水泥类悬浊液在原地层中与土体反复均匀混合，并根据一定的间隔插入H钢或板桩等作为加强基材，待水泥土固结后，形成复合的连续挡土墙的技术。2、高压旋喷桩

高压旋喷桩法有单管法、二重管法、三重管法以及近年出现的多重管法。它在地基加固、提高地基承载力、改善土质进行护壁、挡土、隔水等方面起到了很好的作用。（l）特点①高压旋喷桩法可指定加固某一深度的土层；②可以克服渗透系数很小的细颗粒土层中无法进行灌注浆液的土体加固，并且浆液灌注均匀，范围可调节控制；③在上方公用管线间距狭小或构筑物仅有小狭缝的场合，可进行加固土体；④结合定喷法，可有效地形成垂直向隔水墙、水平向隔水墙或封闭式的隔水帷幕；⑤使用方便，移动灵活。既可形成单排桩体，又可形成多排桩体，桩径可适当调节；⑥对排出泥浆可回收利用，改善施工环境，节省外运费用；（2）适用范围适用于砂土、粘性土、淤泥土及人工填土等土质。（3）工艺原理利用工程钻机钻孔到设计深度，将一定压力的水泥浆液和空气，通过其端部侧面的特殊喷嘴同时喷射，并强制与喷射出来的浆液混合，胶结硬化。喷射的同时，旋转并以一定速度提升注浆管，即在土体中形成直径明显的拌和加固体。桩间叠合就成了隔水、挡土的护壁墙。（4）施工流程钻机就位：主要是指需要钻孔后才能安放注浆管的，若直接打入或沉下注浆管就不必钻孔，但必须保证其垂直度。插管务必在钻孔后立即进行，不宜间隔太长时间。旋喷提升：必须同时喷射浆液和气体。提升速度与浆液流量密切配合，以免桩径及桩体质量达不到设计要求。同时提升速度还必须与旋转速度相配合。机具清理：务必冲洗注浆管。全部完毕或阶段性停顿时，要对拌浆、注浆设备作清理。（5）施工要求①水泥：视浆液类型（普通型、早强型、抗渗型等）进行选用，但要求不受潮、不结块、新鲜及各项指标符合国家规定。有抗渗要求的不宜采用矿渣水泥。②拌浆用水：要求清洁无劣质、无侵蚀性、酸碱度适中。一般可饮用的河水、井水及其他清洁水均可。③外掺剂：为改善浆液性能，促使其早强，提高抗渗及可喷性。可用外掺剂如下：a．促凝、早强，可外掺2％-4％氯化钙或3％-5％三乙醇胺，食盐1％及氯化钙2%-3%；b．提高抗渗性能，初凝快，终凝时间长，可外掺2％-4％水玻璃，10％-50％膨润土。④浆液：要求搅拌均匀，可喷性好，不得有堵塞管道及喷嘴的块状物。要控制在初凝时间内使用，不得超时。（6）质量标准①开挖检查：待浆液达到一定强度，即可开挖土体检查成桩的垂直度、桩间结合状况及桩径大小；②钻孔检查：在已旋喷好并固结完成的桩体中取芯样，做成标准试件进行室内物理力学性能试验；③进行压力注水或抽水试验，测定桩体渗透系数；④标准贯入试验：在旋喷固结体中部进行标准贯入试验；⑤荷载试验：作垂直或水平的载荷试验，测定其承载能力。3、深层搅拌桩深层搅拌桩是软土地基加固和深基坑开挖侧向支护常用的方法之一。早在20世纪70年代日本首创用在钢铁厂港口码头岸壁、高速公路等工程。我国自1977年开始试验研制和试用，后于1980年由冶金部主持通过部级技术鉴定，推广应用于地基加固工程。（l）特点①固化桩与原地基构成复合地基，改善了地基的承载力和变形模量；②能自立支护挡土，不需要支撑和拉锚；③桩体连接成壁后有隔水帷幕作用；④施工中无振动、无噪声、无污染，对周围建筑物和地下管线影响小；⑤施工机具简单，操作方便，造价低，为文明施工创造了较好条件。尤其在施工场地较小的地方，采用更为合理。（2）适用范围①软土地基加固，包括盾构进出洞土体加固；②侧向挡土支护结构，而且对临近建筑物等有良好的保护作用；③隔水、防流砂的帷幕工程。4、降水法

在软土的含水地层中建造隧道，用降水法排除地下水，稳定开挖面的土体，是防止地下施工流砂产生的有效措施，与其他疏干水方法比较是最经济的。人工降低地下水位是在施工范围内埋设一定数量的滤水管（井），用抽水设备抽其井内水，降低地下水位到有利工程施工，而在施工过程中仍保持不断抽水，使工作面土体始终保持干燥，从根本上防止流砂现象的发生，同时，由于抽去土中水后，动水压力减少或消除，土体竖直面更为稳定。采用降水法一般为地面向下打井点，所以其使用的范围、地区受到了限制，但是在盾构施工进出洞阶段，这是一个主要方法，并经常使用。用人工降低地下水位方法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点等。而具体采用哪一种方法应根据土的渗透系数，要求降低水位的深度、工程特点、设备条件及现场施下条件而选择。降水法的适用范围：（1）盾构工作井施工中，防止井内涌泥或产生流砂；盾构隧道施工中，稳定开挖面土体，亦防止盾尾漏泥漏水，井点设于盾构轴线的两侧；井点降水