1、地铁工程盾构始发和到达端头加固施工工艺工法地铁工程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，
2、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。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+
3、降水的方案，在满足施工的前提下，大大降低了施工风险。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（GB
4、50202）；4.5其他国家现行有关施工及验收规范、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
5、入加固体（或到达时破开洞门）时端头土体的自稳性和水稳性，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
6、管、二重管、三重管以及近几年出现的多重管法，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
7、响小。施工机具简单，操作方便，造价低。适用于粘性土、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
8、蔽，起到隔水和挡土墙的作用。可有效隔绝地下水，其抗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
9、用。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 施工工艺流程地基土加固1 搅拌桩 图4 搅拌桩施工工艺流程图2 旋喷桩 图5 旋喷桩施工工艺流程图3 注浆图6 注浆加固工艺流程图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旋喷、搅拌、素墙等地基土加固类型。6.2.1 搅拌桩施工要点开机前必须探明和清除一切地下障碍物，须回填的部位要分批回填
10、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，再启动高压泵和空压机，各项参数
11、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。7 劳动力组织一般根据加固
12、工程量及现场场地情况，进行人员安排。表2 单工作面作业劳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158 主要机具设备8.1 搅拌桩施工机具表3 搅拌桩主要施工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 旋喷桩施工机具表4 旋喷桩主要施工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19质量控制9.1高压旋喷加固9.1.1 易出现的质量问题1先进行试桩施工，确定使用的施工配合比。2桩的垂直度控制
13、不够导致桩底分叉、侵限等。3喷浆量不足导致搅拌不均匀。4水泥浆拌制时间过长，导致浆液不能使用。5旋喷过程中，注意对注浆压力的控制。9.1.2 保证措施1水泥浆宜在旋喷前一小时内搅拌，喷浆过程中冒浆应控制在1025。相邻两桩施工时间间隔不超过48小时，间距不小于2m。2成桩过程中钻杆的旋转和提升必须连续不中断，拆卸钻杆续喷时，注浆管搭接长度不得小于100mm。3在高压喷射注浆过程中出现异常情况时，应及时会同监理工程师查明原因并采取措施补救，排除故障后复喷高度不得小于500mm。4施工过程中应对附近防汛墙、地面、地下管线的标高进行监测，当标高的变化值大于10mm时，应暂停施工，根据实际情况调整压力
14、参数后，再行施工。9.2 搅拌桩施工9.2.1 易出现的质量问题1关于施工用配合比，应先进行试桩施工，确定使用的施工配合比。2桩的垂直度控制不够导致桩底分叉、侵限等。3喷浆量不足导致搅拌不均匀。4水泥参量不足，达不到设计要求的承载力。9.2.2 保证措施施工中除了加强施工参数的控制外，还需从以下几个方面进行质量控制。1垂直度：根据要求，基坑围护结构允许垂直度偏差必须控制在3/1000以内，对桩位放样、桩机垂直度校正都必须严格控制，按照规范要求进行施工。2水泥用量：水泥掺入量暂按35%考虑，水泥掺入量的大小直接影响到端头加固的强度是否满足设计要求，在施工中要求均匀、连续的注入拌制好的水泥浆液，钻
15、杆提升完毕时，设计水泥浆液全部注完。3搅拌水泥土的均匀性：为了达到搅拌水泥土的均匀混合，开动灰浆泵待水泥浆液到达搅拌头时，边注浆、边搅拌、边提升（下沉），使得水泥浆和原地基土充分拌和，提升到桩顶设计标高后再关闭灰浆泵。4施工深度：施工中必须严格控制，利用桩机钻杆长度以及型钢顶标高来控制。5搅拌桩的咬合施工：三轴搅拌桩搭接施工以是依靠搅拌桩套钻一孔来实现的，为保证端头加固的作用，采用单侧挤压式施工。10 安全措施在整个土体加固的过程中，针对各项工艺，有不同的安全注意事项和相应的保证措施，具体如下：10.1 旋喷桩10.1.1 主要安全风险分析旋喷桩施工的安全风险主要有以下几个方面1压力阀的失效，
16、空压机的安全性检查。2设备所在施工区的地基承载力满足要求。3在装、拆钻杆过程中的掉落伤人等。10.1.2 保证措施1对加固范围内的管线、障碍物仔细调查，防止出现意外管线损坏。2桩机通过场区前，对软弱地段进行适当处理，防止桩机陷入。3桩机移动过程中，一定要平稳；钻进过程中要尽量打开斜撑。严防设备倾倒。4施工前，对施工区域做好标识，防止无关人员进入造成意外伤害。5浆液拌制过程中，各个环节需严密配合。10.2 搅拌桩10.2.1 主要安全风险分析一般采用的三轴或双轴搅拌桩机由于设备大，高度高，对施工场地的要求相对较高，主要安全风险有以下几点：1三轴或双轴设备的倾覆，特别是在有台风的地区施工，应有有效
17、的设备加固措施。2三轴配套使用的水泥罐，由于高度高，自重大，应在加强基础的同时，做好拉结（防风）。3三轴高压输送的浆液，应有专人负责对管路进行维修、保养，防止过程中浆管的破损伤人。10.2.2 保证措施1对加固范围内的管线、障碍物仔细调查，防止出现意外管线损坏。2桩机通过场区前，对软弱地段进行适当处理，防止桩机陷入。3桩机移动过程中，一定要平稳；钻进过程中要尽量打开斜撑。严防设备倾倒。4施工前，对施工区域做好标识，防止无关人员进入造成意外伤害。5浆液拌制过程中，各个环节需严密配合。11 环保措施端头加工过程中，容易出现扬尘、地下水污染、市政管井堵塞、道路污染等情况。为将因端头加固带来的环境污染降到最低，特从以下几个方面着手：11.1粉尘治理、噪音治理和水浆污染治理三同时。特别是噪音控制，计划分时段施工。尽量在夜间做辅助工作，大型机械设备不起动，以减少扰民。11.2需采用发电机的加固部位，需增设隔音棚，将噪声尽量降到最低。11.3泥浆及置换土及时清理，归并泥浆池，尽量缩短污染时间。11.4保持现场平面整洁，各种材料、机具、操作台按平面图位置堆摆整齐。11.5定时对现场进行撒水，以防起风扬尘。11.6加固设计方案采用的浆液必须经过检测，对地下水等无污染。11.7定期对加固端头周边的管井进行检查，防止加固过程中出现串浆等现象堵塞管井。
