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1、盾构始发和到达端头加固施工工艺工法1 前言1.1工艺工法概况盾构始发和到达时，工作面将处于开放状态且持续时间较长，工作面的稳定与否直接影响盾构始发和到达安全。对始发和到达端头地层加固，要使加固体的强度，均匀性和止水性满足长时间开放状况下洞门的稳定性要求，并满足设计和相关规范要求，防止出现工作面涌泥、涌砂，甚至坍塌等情况的发生，确保盾构施工安全顺利。盾构始发和接收端头加固常规采用的方法主要有：注浆法、深层搅拌桩、高压旋喷桩、冻结法、素砼地下连续墙（钻孔灌注桩）以及降低地下水位等工法。其主要目的是提高软弱地基的承载力，降低地下水位，保证地基的稳定，防止出现工作面涌泥、涌砂，甚至坍塌等情况的发生，确
2、保盾构施工安全顺利。1.2工艺原理由于盾构始发和接收时的荷载较大，端头所处地层土质又较软弱，强度不足或压缩性大，不能在天然地基上直接施工时，可针对不同情况，采取各种人工加固处理的方法，以改善地基性质，增加土体的稳定性，减少地基变形和基础埋置深度。地基加固的原理是：将土质由松变实，将土的含水量由高变低，起到固结、稳定、止水的效果，即达到地基加固的目的。2 工艺工法特点2.1根据盾构隧道所处的地层情况，结合现场实际情况，确定技术可行，经济合理的加固方案。2.2常规采用深层搅拌桩，加固体均匀性好，强度、止水性和抗渗性满足设计要求。2.3组合采用加固+降水的方案，在满足施工的前提下，大大降低了施工风险
3、。2.4采用监测信息化技术指导施工，使施工质量、安全始终处于受控状态。2.5提高土的抗剪强度，防止过大的剪切变形和剪切破坏，提高地基承载力；2.6降低土的压缩性，减小地基变形和不均匀沉降；2.7改善土的渗透性，减小渗流量，防止地基渗透破坏；2.8改善土的特性，减轻振动反应，防止土体液化。3 适用范围本工艺工法适用于盾构始发和到达施工。4主要引用标准4.1地下铁道工程施工及验收规范（GB50299）；4.2盾构法隧道施工与验收规范（GB50446）；4.3地基与基础工程施工及验收规范(GB50208)；4.4建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202）；4.5其他国家现行有关施工及验收规范
4、、质量技术标准。5 施工方法盾构端头加固体的强度、均匀性及止水性是施工控制的三个重要方面。加固效果应满足洞门破除后加固体能有效抵挡洞门处水土压力，有一定的强度，整体性和自稳能力，且能有效封堵地下渗水。端头土体加固方案设计应在对地质条件、地面环境和地下管线详细调查了解的基础上，充分考虑场地条件施工工期等要求，经技术、经济比较后确定安全可靠的加固方案。在加固方案的选择上，不论采用哪种方案进行加固，一定要考虑在加固体和围护结构之间设孔注浆，以封堵加固体与围护之间的施工冷缝，封堵可能存在的来水通道。5.1 端头加固范围为保证洞门破除的安全和盾构机始发进入加固体（或到达时破开洞门）时端头土体的自稳性和水
5、稳性，盾构始发和到达端头需进行加固处理，其加固范围一般为隧道上下左右各3m，加固长度始发端头为盾构机盾尾完全进入橡胶帘布时盾构机全部在加固体并且至少还有2m在加固体内，到达端头为盾构机破开土体露出刀盘时盾构机已经进入加固体2m。同时要求在加固体与围护结构之间设置一排注浆孔，在盾构始发前，需进行压密注浆，封堵可能产生的施工冷缝。5.2 端头加固方法目前常见的端头加固方法主要有：注浆法、深层搅拌桩、高压旋喷桩、冻结法、素砼地下连续墙（钻孔灌注桩）以及降低地下水位等工法，各工法见表1。表1 端头加固工法汇总表工法名称简述工法特点适用范围高压旋喷有单重管、二重管、三重管以及近几年出现的多重管法，在地基
6、加固、提高地基承载力、改善土质进行护壁、挡土、隔水等起到很好的作用。可指定加固某一深度的土层。可克服渗透系数很小的细颗粒土层中无法进行灌浆的土体加固。在间距狭小处可施工。结合定喷法，可有效的形成垂直向、水平向或封闭式隔水墙。使用方便，移动灵活。适用于砂土、粘性土、淤泥土及人工填土等土质。深层搅拌桩通过深层搅拌机器搅拌均匀，使水泥类悬浊液在原地层中与土体反复均匀混合，水泥固结后，形成水泥土加固体。固化桩与原地基构成复合地基，改善承载力和变形模量。能自立支护挡土，桩体连接成壁后有隔水帷幕作用。施工中无振动，无噪声、无污染，对周边建构筑物和地下管线影响小。施工机具简单，操作方便，造价低。适用于粘性土
7、、砂性土等地层中施工。降水法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，在过程中保持不间断抽水，使工作面土体始终保持干燥，从根本上防止流砂现象发生，同时动水压力减少或消除，土体竖直面更为稳定。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，防止盾尾漏泥漏水。井点降水尤其适用盾构的进出洞施工。适用土层为粉砂、砂质粉土、粉质粘土。冻结法当用其他方法难以达到稳定开挖面土体时，采用冻结法可取得较好的效果，可使不稳定的含水地层能形成强度很高的冻土体，形成完整的防水屏蔽，起到隔水和挡土墙的作用。可有效隔绝地下水，其抗
8、渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10%的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术；冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10Mpa，能有效提高工效；冻结法是一种环保型工法，对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构；冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业，能有效缩短工期。使用范围冻结法适用于地下水大，但流动性较小的地层；粉细砂层厚度大。目前在地铁盾构隧道掘进施工、双线区间隧道旁通道和泵房井施工、地下工程堵漏抢救施工等方面得到了广泛的应用。5.3加固方案设计举例根据地质条件和以往设计、
9、施工经验，端头加固方案往往是几种工法的单独使用或组合使用，根据工程具体情况而定。举例如下：【例1】苏州地铁1号线会展中心站端头隧道范围内地层为粉砂层，为良好的赋水、透水底层，隧道埋深为9.27m，经采用600mm300mm单重高压旋喷桩配合850mm600mm三轴深层搅拌桩进行端头加固施工，其中单重高压旋喷桩在车站顶板完成后施工。在加固体外侧和中部设置共3个降水井备用（围护桩背后漏水检测中若发现有漏水、漏砂现象，进行降水作业）。降水作业在盾构始发时进行。见图1。图1 苏州会展中心盾构始发端头加固平面示意图 【例2】武汉地铁4号线工业四路站端头隧道范围内地层为粉质粘土与粉土、粉砂互层、粉细砂，承
10、压水水头在地面以下2.991.22m，相当于绝对标高18.2919.18m,承压水头标高年变化幅度在3.04.0m之间。经采用800mm600mm三重高压旋喷桩配合水平注浆，辅助以降水进行加固。见图2。图2 武汉工业四路站盾构始发端头加固平面示意图 【例3】广州地铁3号线客大区间大塘站北端头地层由上而下依次为：杂填土、淤泥及淤泥质土层、冲洪积土层、可塑或稍密状残积土层、硬塑或中密状残积土层、全风化泥岩、强风化粉砂岩等地层。【例4】南京地铁2号线集庆门大街站端头隧道范围内地层为淤泥质粉质粘土（-2b4）、粉砂（-2d3）、淤泥质粉质粘土（-3b3-4）和3c2-3粉土，地下水具有承压性，承压含水
11、层中地下水与长江及秦淮河均有一定的水力联系。盾构接收有涌砂涌水的风险。由于一期的常规法端头加固失效后，经专家评审，采用冷冻法进行端头加固。图3 南京集庆门大街站站盾构接收端头加固平面示意图 6 工艺流程及操作要点端头土体加固方案设计应在对地质条件、地面环境和地下管线详细调查了解的基础上，充分考虑场地条件施工工期等要求，经技术、经济比较后确定安全可靠的加固方案。6.1 施工工艺流程6.1.1 地基土加固1 搅拌桩 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 搅拌桩施工工艺流程图旋喷机就位插入双重管旋喷
12、提升移至下一桩位钻机就位冲洗2 旋喷桩图5 旋喷桩施工工艺流程图 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3 注浆图6 注浆加固工艺流程图6.1.2 降水施工图7 轻型井点降水工艺流程图 6.1.3 冷冻法加固图8 冻结加固工艺流程图 6.2 操作要点目前常见的端头加固方法主要有：注浆法、深层搅拌桩、高压旋喷桩、冻结法、素砼地下连续墙（钻孔灌注桩）以及降低地下水位等工法。根据施工原理和施工方法一般分为3类：一是旋喷、搅拌、素墙等地基土加固类型；二是降水固结类型；三是冷冻法加固。6.2.1 搅拌桩施工要点开机前必须探明和清除一切地
13、下障碍物，须回填的部位要分批回填夯实，以确保桩的质量。桩机行驶路轨和轨枕不得下沉，桩机垂直偏差不大于1%。水泥宜采用P042.5级普通硅酸盐水泥，参入比8%16%，可根据情况参入不同类型外加剂。桩与桩搭接时间不应大于24h，若超过，应在第二根桩施工时增加20%注浆量，同时减慢提升速度；若相关时间太长，第二根无法搭接，应在设计认可下采取局部补桩或注浆措施。6.2.2 旋喷桩施工要点设备安装平稳对正，开孔前须严格检查桩位和开孔角度。确保引孔深度达到设计要求。保持引孔泥浆性能，孔壁完整，不坍孔，确保高喷管顺利下至孔底。高喷管下至距孔底0.5m时，应先启支浆泵送浆，同时旋转下放，下到孔底（开喷深度）后
14、，再启动高压泵和空压机，各项参数正常后方可提升。高喷作业中，必须注意观察气、浆压力和流量达到设计要求，发现异常，要立即停止提升，查明原因，及时处理。分节拆卸高喷管时，动作要快，尽量缩短停机时间。因故停机（卸管或处理故障）时，需将近高喷管下放至超过原高喷深度0.30.5m处，重新开机作业，以避免固结体出现新层。6.2.3 注浆法施工要点注意测量钻孔中的涌水量，并做好记录。注浆时必须观测井壁变化，发现有漏浆时，根据现场情况采取切实可靠措施。当达到规定注浆压力时，持续10分钟即停止注浆。注浆间歇或注浆结束必须冲洗注浆管路。注浆加固实施前，应进行工艺性试验，调整水灰比和注浆压力，要求扩散半径0.40.6m。6.2.4 降水法施工要点成孔用泥浆护壁，孔口设置护筒，以防孔口塌方，并在一侧设排泥沟、泥浆坑。安装水泵前，用压缩空气洗井法清洗滤井，冲除尘渣，直到井管内排出的水由浑变清，达到正常出水量为止。水泵安装后，对水泵本身和控制系统作一次全面细致的检查，合格后进行试抽水，满足要求后转入正常工作。观测井中地下水位变化，作好详细记录。6.2.5 冻结法施工要点开孔间距误差控制在20mm内。在打钻设备就位前，用仪器精确确定开孔孔位，以提高定位精度。按要求钻进、用灯光测斜，偏斜过大则进行纠偏。钻进3m时，测斜一次，如果偏斜不符合设计要求，立即采取调整钻孔角度及钻进参数等措施进行纠偏，如果钻
