一种地铁隧道盾构端头的加固体和加固方法与流程

本发明涉及一种地铁隧道盾构端头的加固体和加固方法。

背景技术：

地下铁道交通用于解决城市交通问题的优越性十分明显，近年来地铁建设在全国范围内大面积铺开，地铁建设工程中盾构作为隧道施工的智能化施工机械被广泛应用。盾构工程施工过程中，盾构的始发和接收容易发生地表变形过大坍塌等事故，尤其是端头(又称洞口)加固体未能达到设计要求或加固失效时，极易发生安全事故。因此盾构的始发和接收为当今普遍认为的难点重点工程，也是盾构工程中重要的风险源之一，多数的盾构始发和接收工程事故发生在洞门的破除阶段，所以洞门及洞门后的土体维护措施十分重要。为确保盾构机顺利进出盾构井，必须事先对洞口一定范围的土体进行预加固，防止发生失稳坍塌、渗水或涌水。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种地铁隧道盾构端头的加固体和加固方法，它使加固后的土体具有良好的均匀性、自立性和止水性。

实现上述目的的一种技术方案是：一种地铁隧道盾构端头的加固体，设在地铁隧道的围护结构的后端；所述加固结构包括外侧围成凹形的地连墙和位于地连墙的内部的三轴搅拌桩加固结构，地连墙和三轴搅拌桩加固结构及三轴搅拌桩加固结构与围护结构之间采用高压旋喷桩搭接，在盾构隧道底部以下0.5米至3米的范围内采用袖阀管注浆加固；所述地连墙为C20素混凝土墙，深度至盾构隧道底部以下5m；三轴搅拌桩的加固深度从盾构隧道顶部向上3米，向下至卵石层；所述高压旋喷桩的加固深度至盾构隧道底部以下5m；所述三轴搅拌桩加固结构中还设有若干降水井，降水井插入盾构隧道底部以下3m。

实现上述目的的另一种技术方案是：一种地铁隧道盾构端头的加固方法，先进行地连墙施工，再进行三轴搅拌桩加固施工和袖阀管注浆加固施工，然后进行高压旋喷桩搭接施工；

所述地连墙施工包括测量放线工序、修筑导墙、建立泥浆系统、成槽施工、混凝土浇筑、顶拔锁扣管；

所述建立泥浆系统包括新鲜泥浆配制步骤、新鲜泥浆储存步骤和泥浆循环步骤；

进行新鲜泥浆配制步骤时，将每立方米采用130公斤的商品复合膨润土、1公斤的CMC增粘剂、4.5公斤的纯碱分散剂、950公斤的自来水配成护壁泥浆；

所述成槽施工包括槽段放样步骤、槽段开挖步骤、槽段检验步骤和安装混凝土导管步骤；

进行槽段开挖步骤时，采用液压抓斗成槽机抓土，三序成槽，先挖两边，再挖中间；成槽机工作过程中，当槽壁机上显示垂直偏差大于1/300时，要采取纠偏措施；

进行混凝土浇筑时，先安装导管，导管的底部至孔底之间的距离为200mm，导管的上口高出导墙的顶面0.5m并与料斗相连，导管和料斗由浇筑架上的卷扬机吊住并放置在指定标高，然后采用两根导管和两个料斗同时进行浇筑；浇筑前，先将两根导管分别用专用的钢卡子固定好，在料斗下放的导管处放一个隔水球，使混凝土与水隔开，接着向导管内灌混凝土；

所述三轴搅拌桩加固施工包括开挖沟槽、桩机就位及调直、拌制水泥浆液及注浆、置换土外运、停机清洗和移位；

进行开挖沟槽时，采用挖掘机沿轴线开挖沟槽，沟槽深为1～1.5m，宽为1.0m；

进行桩机就位及调直时，就位误差不大于50mm，采用水平尺将平台调平，并调直机架；

进行拌制水泥浆液及注浆时，采用42.5的普通硅酸盐水泥；加固区水泥掺量20％，水灰比1.5；加固体至地面为弱加固，水泥掺量7％，水灰比1.5；

采用跳槽式双孔咬合成桩连接，注浆时，先开动灰浆泵，待纯水泥浆到达搅拌头后，持续搅拌注浆时间大于30秒，按计算要求的速度提升搅拌头，边注浆、边搅拌、边提升，使水泥浆和原地基土充分拌和，直至提升到离地面50cm处或桩顶设计标高后再关闭灰浆泵；

所述高压旋喷桩搭接施工包括钻机就位、引孔钻进、插入注浆管、旋喷提升、旋喷施工和钻机移位；

进行引孔钻进时，采用泥浆护壁、回转钻进的钻孔方法；钻孔直径为80mm,大于喷射管外径20mm以上；在卵石层中，采用直径为100mm的钻机引孔；钻孔施工时要采取预防措施防止孔斜；

进行插入注浆管时，引孔至设计深度后，拔出岩芯管，再换上喷射注浆管并插入预定深度，在插管过程中，边射水边插管，水压不超过0.7Mpa；

进行旋喷提升时，当喷射注浆管插入设计深度后，接通泥浆泵，然后由下向上旋喷，同时将泥浆清理排出；喷射时，应先达到预定的喷射压力，后再逐渐提升旋喷管；喷嘴下沉到设计深度时，在原位置旋转30秒钟，待孔口冒浆正常后再旋喷提升；钻杆连续进行旋转和提升；

进行旋喷时，先进行地面试喷，再将喷射管下到设计深度后，拌制水泥浆液，供浆、供水开喷，等各种压力参数和流量参数均达到要求，且孔口已返出水泥浆液时，即可按设计的提升速度进行旋转喷射灌浆；相邻两桩施工间隔的时间不小于48h，间距不小于4～6m；

所述袖阀管注浆加固施工包括放线定位、钻机就位及钻孔、制备和置换套壳料、安装袖阀管、制浆、注浆和封孔；

进行制备和置换套壳料时，采用膨润土现场配制套壳料；将通过循环泥浆的管接到挤压式注浆机上，在注浆压力的作用下，通过钻杆将孔内泥浆置换成套壳料，套壳料在压力的作用下，通过钻杆进入钻孔底部，随着套壳料的进入，泥浆从地面孔口置换出来，置换出来的泥浆通过钻孔口的泥浆沟排到泥浆循环池；

进行安装袖阀管时，袖阀管采用外径φ52mm钻有直径为6mm的泄浆孔的PVC管；袖阀管插入前根据深度要进行连接，采用长度为20cm的套管连接相邻的两节袖阀管，并采用胶合剂将袖阀管和套管粘牢；第一节袖阀管安装好堵头，再对管中注入清水；连接好每节袖阀管后，依次下放每节连接好的袖阀管到钻孔中，直到孔底；

进行制浆时，等到套壳料具有一定的强度后，进行注浆施工；制浆材料采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为1:1；

进行注浆时，先注外围，后注中部；结束时，保持注浆压力0.5～1.0MPa下,注入量<1～2L/min，并稳压20分钟，即可结束注浆；

进行封口时，采用闷盖将孔口封闭并保护好。

上述的地铁隧道盾构端头的加固方法，其中，所述建立泥浆系统还包括回收槽内泥浆步骤、分离泥浆步骤、净化泥浆加料拌制再生泥浆步骤和再生泥浆储存步骤。

上述的地铁隧道盾构端头的加固方法，其中，所述纠偏措施有两种，第一种是将槽段用砂土或碎石土回填，再利用槽壁机挖槽；第二种是根据槽壁机上的垂直度显示装置，特别在偏差大于1/300开始位置，逐步向下抓或空挖修整槽壁的倾斜。

上述的地铁隧道盾构端头的加固方法，其中，所述三轴搅拌桩加固施工采用的桩径为Φ850mm，咬合250mm。

上述的地铁隧道盾构端头的加固方法，其中，所述高压旋喷桩搭接施工采用三重管旋喷桩，桩径为Φ800mm，咬合200mm；

上述的地铁隧道盾构端头的加固方法，其中，进行所述高压旋喷桩搭接施工中的旋喷提升时，开始时，先送高压水，再送水泥浆和压缩空气，压缩空气晚送30s；在桩底部边旋转边喷射1min后，再进行边旋转、边提升、边喷射。

上述的地铁隧道盾构端头的加固方法，其中，在所述袖阀管注浆加固施工之后还要进行管井降水施工；所述管井降水施工包括成孔、下井管和洗井；所述管井包括井管、外围滤料及封底三部分；

进行成孔时，采用泥浆护壁，保持泥浆面高度在井口以下0.5～1m；采用清水固壁法造孔；

进行下井管时，先在井口处安设高1.5m的井架，保持井架竖直；下第一根管时，管径四周均匀分布四根长度为2～3m的竹笓，用8#铁丝绑扎牢固，留出三根竖向铁丝，用于控制井管的下降速度；根据不同地质条件在孔壁与管壁之间填不同的滤料；

进行洗井时，采用3kW的潜水泵抽水，抽水自上而下在不同的高度进行，水位降幅不应过快。

上述的地铁隧道盾构端头的加固方法，其中，所述井管采用内径为25cm的PVC管。

上述的地铁隧道盾构端头的加固方法，其中，进行所述管井降水施工中的下井管时，对井底非完整透水层的管井，先在井底填两层反滤料，第一层与管壁周围的滤料相同，第二层滤料粒径为前一层滤料粒径的五倍；完整井底应先填0.5m厚的砂，再填0.5m厚的碎石。

本发明的地铁隧道盾构端头加固体和加固方法，采用高压旋喷桩加固和旋转桩加固相结合的方法，使加固土体强度均匀，加固体的整体防水性能好、自稳定性好，土体加固后底面无较大隆起或沉降，施工工期短，较好地稳定了围护结构外侧的土体，使得盾构始发、接收时，破除洞门更加安全。

附图说明

图1是本发明的地铁隧道盾构端头的加固体的平面图；

图2是图1中的A-A向剖面图；

图3是本发明的地铁隧道盾构端头的加固方法中进行地连墙施工的流程图；

图4是本发明的地铁隧道盾构端头的加固方法中进行三轴搅拌桩施工的流程图；

图5是本发明的三轴搅拌桩施工成桩示意图；

图6是本发明的地铁隧道盾构端头的加固方法中进行高压旋喷桩工的流程图；

图7是本发明的地铁隧道盾构端头的加固方法中进行地面袖阀管注浆加固施工的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1和图2，地铁隧道盾构端头的加固体，设在地铁隧道的围护结构100的后端，加固体包括外侧围成凹形的地连墙10和位于地连墙10的内部的三轴搅拌桩加固结构30，地连墙10和三轴搅拌桩加固结构30及三轴搅拌桩加固结构30与围护结构100之间采用高压旋喷桩20搭接，在盾构隧道300底部以下0.5米至3米的范围内采用袖阀管注浆加固40；地连墙10为C20素混凝土墙，总高度为20.845米，深度至盾构隧道300底部以下5m；三轴搅拌桩加固结构30的宽度至围护结构500mm，加固深度从盾构隧道300顶部向上3米，向下至卵石层；高压旋喷桩20的加固深度至盾构隧道300底部以下5m；所述三轴搅拌桩加固结构30中还设有若干降水井50，降水井50插入盾构隧道300底部以下3m。

再请参阅图3至图7并结合参阅图1和图2，本发明的地铁隧道盾构端头的加固方法，先进行地连墙施工，接着进行三轴搅拌桩加固施工、再进行袖阀管注浆加固施工，然后进行高压旋喷桩施工，最后进行管井降水施工。

地连墙施工包括测量放线工序、修筑导墙、建立泥浆系统、成槽施工、混凝土浇筑、顶拔锁扣管；

建立泥浆系统包括新鲜泥浆配制步骤、新鲜泥浆储存步骤和泥浆循环步骤；还包括回收槽内泥浆步骤、分离泥浆步骤、净化泥浆加料拌制再生泥浆步骤和再生泥浆储存步骤。

进行新鲜泥浆配制步骤时，将每立方米采用130公斤的商品复合膨润土、1公斤的CMC增粘剂、4.5公斤的纯碱分散剂、950公斤的自来水配成护壁泥浆；泥浆搅拌采用高速回转式搅拌机拌制；先配制CMC溶液并静置5小时，接着按配比在搅拌桶内加自来水，加膨润土，搅拌3分钟后，再加入CMC溶液，搅拌10分钟，然后加入纯碱，搅拌均匀后，放入储浆池内，待24小时后，膨润土颗粒充分水化膨胀，即可泵入循环池。

成槽施工包括槽段放样步骤、槽段开挖步骤、槽段检验步骤和安装混凝土导管步骤；

进行槽段开挖步骤时，采用液压抓斗成槽机抓土，三序成槽，先挖两边，再挖中间，抓斗工作宽度2.7m；成槽机工作过程中，当槽壁机上显示垂直偏差大于1/300时，要采取纠偏措施；纠偏措施有两种，第一种是将槽段用砂土或碎石土回填，再利用槽壁机挖槽；第二种是根据槽壁机上的垂直度显示装置，特别在偏差大于1/300开始位置，逐步向下抓或空挖修整槽壁的倾斜。

进行混凝土浇筑时，先安装导管，导管的底部至孔底之间的距离为200mm，导管的上口高出导墙的顶面0.5m并与料斗相连，导管和料斗由浇筑架上的卷扬机吊住并放置在指定标高，然后采用两根导管和两个料斗同时进行浇筑；浇筑前，先将两根导管分别用专用的钢卡子固定好，在料斗下放的导管处放一个隔水球，使混凝土与水隔开，接着向导管内灌混凝土。

三轴搅拌桩加固施工包括开挖沟槽、桩机就位及调直、拌制水泥浆液及注浆、置换土外运、停机清洗和移位；

进行开挖沟槽时，采用挖掘机沿轴线开挖沟槽，沟槽深1～1.5m，宽1.0m；

进行桩机就位及调直时，就位误差不大于50mm，采用水平尺将平台调平，并调直机架；

进行拌制水泥浆液及注浆时，采用42.5的普通硅酸盐水泥；加固区水泥掺量20％，水灰比1.5；加固体至地面为弱加固，水泥掺量7％，水灰比1.5；每幅桩的水泥用量＝搅拌桩的计算面积×有效桩长×土体密度×水泥掺入量；

三轴搅拌桩的桩径为Φ850mm，咬合250mm；为了减少各幅桩施工之间的相互影响，采用跳槽式双孔咬合成桩连接(见图5)；注浆时，先开动灰浆泵，待纯水泥浆到达搅拌头后，持续搅拌注浆时间大于30秒，按计算要求的速度提升搅拌头，边注浆、边搅拌、边提升，使水泥浆和原地基土充分拌和，直至提升到离地面50cm处或桩顶设计标高后再关闭灰浆泵；

高压旋喷桩施工采用三重管旋喷桩，桩径为Φ800mm，咬合200mm，高压旋喷桩施工包括钻机就位、引孔钻进、插入注浆管、旋喷提升、旋喷和钻机移位；

进行引孔钻进时，采用泥浆护壁、回转钻进的钻孔方法；钻孔直径为80mm,大于喷射管外径20mm以上；在卵石层中，采用直径为100mm的钻机引孔；钻孔施工时要采取预防措施防止孔斜，即钻机安放要平稳牢固，加长岩芯管长度，钻进中每加一次钻具找平一次，做到孔位偏差≤5cm，孔斜率≤1.5％；

进行插入注浆管时，引孔至设计深度后，拔出岩芯管，再换上喷射注浆管并插入预定深度，在插管过程中，要边射水边插管，水压不超过0.7Mpa；

进行旋喷提升时，当喷射注浆管插入设计深度后，接通泥浆泵，然后由下向上旋喷，同时将泥浆清理排出；喷射时，应先达到预定的喷射压力，后再逐渐提升旋喷管；喷嘴下沉到设计深度时，在原位置旋转30秒钟，待孔口冒浆正常后再旋喷提升；钻杆连续进行旋转和提升；

进行旋喷时，先进行地面试喷，再将喷射管下到设计深度后，拌制水泥浆液，供浆、供水开喷，等各种压力参数和流量参数均达到要求，且孔口已返出水泥浆液时，即可按设计的提升速度进行旋转喷射灌浆；开始时，先送高压水，再送水泥浆和压缩空气，压缩空气晚送30s；在桩底部边旋转边喷射1min后，再进行边旋转、边提升、边喷射；要保持全孔连续一次作业，作业中拆卸喷射管等停顿后，重复喷射灌浆深度不小于0.3m；相邻两桩施工间隔的时间不小于48h，间距不小于4～6m；

袖阀管注浆加固施工包括放线定位、钻机就位及钻孔、制备和置换套壳料、安装袖阀管、制浆、注浆和封孔；

进行制备和置换套壳料时，采用膨润土现场配制套壳料；将通过循环泥浆的管接到挤压式注浆机上，在注浆压力的作用下，通过钻杆将孔内泥浆置换成套壳料，套壳料在压力的作用下，通过钻杆进入钻孔底部，随着套壳料的进入，泥浆从地面孔口置换出来，置换出来的泥浆通过钻孔口的泥浆沟排到泥浆循环池；

进行安装袖阀管时，袖阀管采用外径为φ52mm且钻有直径为6mm的泄浆孔的PVC管；袖阀管插入前根据深度要进行连接，采用长度为20cm的套管连接相邻的两节袖阀管，并采用胶合剂将袖阀管和套管粘牢；第一节袖阀管安装好堵头，再对管中注入清水，目的是减小袖阀管的弯曲直；连接好每节袖阀管后，依次下放每节连接好的袖阀管到钻孔中，直到孔底，下放时尽量保证袖阀管的中心与钻孔中心重合；

进行制浆时，等到套壳料具有一定的强度后(等待时间不得少于24h)，可进行注浆施工；制浆材料采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为1:1；

进行注浆时，先注外围，后注中部；结束时，保持注浆压力0.5～1.0MPa下，注入量<1～2L/min，并稳压20分钟，即可结束注浆；

进行封口时，采用闷盖将孔口封闭并保护好。

管井降水施工包括成孔、下井管和洗井；管井包括井管、外围滤料及封底三部分；井管采用内径25cm的PVC管；

进行成孔时，采用泥浆护壁，保持泥浆面高度在井口以下0.5～1m；采用清水固壁法造孔；

进行下井管时，先在井口处安设高1.5m的井架，保持井架竖直；下第一根管时，管径四周均匀分布四根长度为2～3m的竹笓，用8#铁丝绑扎牢固，留出三根竖向铁丝，用于控制井管的下降速度；根据不同地质条件在孔壁与管壁之间填不同的滤料；对井底非完整透水层的管井，先在井底填两层反滤料，第一层与管壁周围的滤料相同，第二层滤料粒径为前一层滤料粒径的五倍；完整井底应先填0.5m厚的砂，再填0.5m厚的碎石。

进行洗井时，采用3kW的潜水泵抽水，抽水自上而下在不同的高度进行，水位降幅不应过快。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。