一种地铁隧道盾构端头加固方法与流程

本发明涉及一种地铁隧道盾构端头加固方法。

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。

盾构机在进出洞时，工作面将处于开放状态，这种开放状态将持续较长时间。如果处理不当，地下水、涌砂、涌水等就会进入工作井，严重情况下会引起洞门塌方。因此端头加固工作在盾构施工中显得极为重要。

江汉路站～大智路站区间大智路端头在地表下1.7m存在一根直径1.4m自来水管，横穿盾构端头加固区域，此区域加固难度较大，如处理不当，则盾构始发存在很大困难；在距离盾构端头15m处存在1号线轻轨桥墩基础，其中桥墩基础桩基距离盾构右线最近为3.4m，左线1m，桥墩桩基础桩长52m，嵌入风化岩中，施工难度较大。

因此，提供一种合适的加固方法和范围，以确保施工安全，是十分必要的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种地铁隧道盾构端头加固方法，使得加固后土体具有良好的均匀性、自立性、止水性，加固土体无侧限抗压强度不小于1mpa，渗透系数小于1.0×10^-5cm/s。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种地铁隧道盾构端头加固方法，包括盾构端头加固、给水管加固和桥墩加固，所述盾构端头加固方法分为始发井加固和接收井加固；所述始发井加固方法为采用φ800@600的高压旋喷桩加固，加固区边缘施工1000mm地连墙用于封闭端头加固；接收井加固方法为采用φ800@600的高压旋喷桩，其中加固长度为9m，宽度为盾构洞圈延伸3m，深度范围为洞圈向上3m，向下3m强加固，区域范围弱加固；

所述给水管加固和桥墩加固均采用袖阀管加固；所述给水管加固方法为在管线两侧外50cm外每隔50cm施工一排袖阀管，共三排，袖阀管横向间隔为60cm，其中最外排倾斜角度为61度，内侧两排施工角度为81度；所述桥墩加固方法为采用两排袖阀管加固，加固深度为桩深度52m，在承台外侧施工，施工角度为90.8度。

上述一种地铁隧道盾构端头加固方法，其中，所述高压旋喷桩加固包括测放桩位、引孔钻、钻进成孔、清孔、移钻、插入高喷管、高喷作业、回灌和搬迁；

进行引孔钻时，应对对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆应与桩位一致，偏差应在10mm以内，钻孔垂直度误差小于0.3%；钻孔前应调试空压机、泥浆泵，使设备运转正常；校验钻杆长度，并用红油漆在钻塔旁标注深度线，保证孔底标高满足设计深度；

进行钻进成孔步骤时，应首先在地面进行试喷，在钻孔机械试运转正常后,开始引孔钻进；引孔采用泥浆护壁，钻孔过程中要详细记录好钻杆节数，保证钻孔深度的准确；

插入高喷管时，为防止泥砂堵塞喷嘴，要边射水边插管，水压不得超过1mpa，以免压力过高，将孔壁射穿，高压水喷嘴要用塑料布包裹，以防泥土进入管内；

进行高喷作业时，当高喷管插入设计深度后，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，先应达到预定的喷射压力、喷浆后再逐渐提升高喷管，以防扭断高喷管；当喷嘴下沉到设计深度时，在原位置旋转10秒钟左右，待孔口冒浆正常后再旋喷提升，在旋喷提升过程中，可根据不同的土层，调整旋喷参数。

上述一种地铁隧道盾构端头加固方法，其中，所述袖阀管加固包括测放孔位、钻进成孔至设计深度、注入套壳料、下入袖阀管、安装止浆环、注入固管止浆料、待凝、下入芯管、开环注浆、分段间歇注浆、冲洗袖阀管；

进行钻进成孔至设计深度步骤时，地面注浆选用锚索钻机，针对较软土层采用合金钻具回转钻进方法成孔；针对硬土层和破碎岩层采用风动潜孔锤冲击钻进；

当注入套壳料时，将套壳料通过钻杆泵送至孔底，自下而上灌注套壳料至孔口溢出符合浓度要求的原浆液为止；

下入袖阀管时，及时向管内加入清水，克服孔内浮力，顺畅下入至孔底；

进行安装止浆环、注入固管止浆料步骤时，在袖阀管的外花管与孔壁之间的环状间隙处下入注浆管，在孔口上部2米孔段压入固管止浆料，直至孔口返止浓浆为止；

下入芯管、开环注浆时，采用双栓塞芯管进行灌浆，从孔底自下而上进行注浆，每排孔眼作为一个灌浆段，其段长为0.4m；注浆液采用p.o42.5普硅水泥，注浆时按先灌入稀浆后灌入浓浆的原则逐渐调整水灰比，开环压力为0.35mpa，注浆压力控制在0.6-0.8mpa，并由下而上逐渐减小，每次都必须跳开一个孔进行注浆，以防止发生窜浆现象。

上述一种地铁隧道盾构端头加固方法，其中，所述钻进成孔时车站部分成孔直径100mm，区间加固部分成孔直径120mm；钻孔垂直度小于1.0%，孔位偏差小于50毫米；钻孔时采用优质稀泥浆护壁，当砂层较厚、孔内塌孔时，用φ108mm套管护孔。

上述一种地铁隧道盾构端头加固方法，其中，所述套壳料采用粘土和水泥配制，配比范围为水泥：粘土：水=1:1.5:1.88，浆液比重约为1.5，漏斗粘度24-26s。

上述一种地铁隧道盾构端头加固方法，其中，所述固管止浆料采用速凝水泥浆，其中质量比为水：水泥=1：1.5。

上述一种地铁隧道盾构端头加固方法，其中，分段间歇注浆的间歇时间控制在10~30min之内。

本发明的有益效果体现在：采用本发明提供的加固方法，使得加固后土体具有良好的均匀性、自立性、止水性，加固土体无侧限抗压强度不小于1mpa，渗透系数小于1.0×10^-5cm/s，土体加固后地面无较大隆起或沉降，施工工期短，确保了后续施工的安全。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1本发明江汉路站~大智路站区间轻轨桥墩桩基础加固示意图。

图2本发明高压旋喷桩施工流程示意图。

图3本发明袖阀管施工流程示意图。

图4本发明给水管沉降检测埋设示意图。

图5本发明桥墩沉降观测点平面布置图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

请参阅图1-图3，本发明实施例中，一种地铁隧道盾构端头加固方法，包括盾构端头加固、给水管加固和桥墩加固，所述盾构端头加固方法分为始发井加固和接收井加固；所述始发井加固方法为采用φ800@600的高压旋喷桩加固，加固区边缘施工1000mm地连墙用于封闭端头加固；接收井加固方法为采用φ800@600的高压旋喷桩，其中加固长度为9m，宽度为盾构洞圈延伸3m，深度范围为洞圈向上3m，向下3m强加固，区域范围弱加固；

所述给水管加固和桥墩加固均采用袖阀管加固；所述给水管加固方法为在管线两侧外50cm外每隔50cm施工一排袖阀管，共三排，袖阀管横向间隔为60cm，其中最外排倾斜角度为61度，其目的为加固管线周围土体，避免后期钻进、注浆过程翻浆等扰动管线产生不均匀沉降。内侧两排施工角度为81度；所述桥墩加固方法为采用两排袖阀管加固，加固深度为桩深度52m，在承台外侧施工，施工角度为90.8度。

具体地，所述高压旋喷桩加固包括测放桩位、引孔钻、钻进成孔、清孔、移钻、插入高喷管、高喷作业、回灌和搬迁；

进行引孔钻时，应对对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆应与桩位一致，偏差应在10mm以内，钻孔垂直度误差小于0.3%；钻孔前应调试空压机、泥浆泵，使设备运转正常；校验钻杆长度，并用红油漆在钻塔旁标注深度线，保证孔底标高满足设计深度；

进行钻进成孔步骤时，应首先在地面进行试喷，在钻孔机械试运转正常后,开始引孔钻进；引孔采用泥浆护壁，钻孔过程中要详细记录好钻杆节数，保证钻孔深度的准确；

引孔至设计深度后，拔出岩芯管，并换上喷射注浆管插入预定深度。插入高喷管时，为防止泥砂堵塞喷嘴，要边射水边插管，水压不得超过1mpa，以免压力过高，将孔壁射穿，高压水喷嘴要用塑料布包裹，以防泥土进入管内；

进行高喷作业时，当高喷管插入设计深度后，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，先应达到预定的喷射压力、喷浆后再逐渐提升高喷管，以防扭断高喷管；当喷嘴下沉到设计深度时，在原位置旋转10秒钟左右，待孔口冒浆正常后再旋喷提升；正常后再旋喷提升。钻杆的旋转和提升应连续进行，不得中断，钻机发生故障，应停止提升钻杆和旋转，以防断桩，并立即检修排除故障，为提高桩底端质量，在桩底部1.0m范围内应适当增加钻杆喷浆旋喷时间；在旋喷提升过程中，可根据不同的土层，调整旋喷参数。

旋喷提升到设计桩顶标高时停止旋喷，提升钻头出孔口，清洗注浆泵及输送管道，然后将钻机移位；最后需进行成桩质量检查，检验方法为：旋喷桩的检验采用全长取芯法对成桩质量进行检测和水平取芯。钻孔取芯的过程中要注意钻孔的垂直度控制，取芯完成后应采取可靠措施回填钻孔，避免破坏桩体的整体性。

具体地，所述袖阀管加固包括测放孔位、钻进成孔至设计深度、注入套壳料、下入袖阀管、安装止浆环、注入固管止浆料、待凝、下入芯管、开环注浆、分段间歇注浆、冲洗袖阀管；

进行钻进成孔至设计深度步骤时，地面注浆选用锚索钻机，针对较软土层采用合金钻具回转钻进方法成孔；针对硬土层和破碎岩层采用风动潜孔锤冲击钻进；所述钻进成孔时车站部分成孔直径100mm，区间加固部分成孔直径120mm；钻孔垂直度小于1.0%，孔位偏差小于50毫米；钻孔时采用优质稀泥浆护壁，当砂层较厚、孔内塌孔时，用φ108mm套管护孔。

当注入套壳料时，将套壳料通过钻杆泵送至孔底，自下而上灌注套壳料至孔口溢出符合浓度要求的原浆液为止；所述套壳料采用粘土和水泥配制，配比范围为水泥：粘土：水=1:1.5:1.88，浆液比重约为1.5，漏斗粘度24-26s。套壳料主要用于封闭袖阀管与钻孔孔壁之间的环状空间，防止灌浆时浆液到处流窜，在橡胶套和止浆塞的作用下，迫使在灌浆段范围内挤破套壳料（即开环）而进入地层。

下入袖阀管时，及时向管内加入清水，克服孔内浮力，顺畅下入至孔底；

进行安装止浆环、注入固管止浆料步骤时，在袖阀管的外花管与孔壁之间的环状间隙处下入注浆管，在孔口上部2米孔段压入固管止浆料，直至孔口返止浓浆为止；固管止浆料采用速凝水泥浆，其中质量比为水：水泥=1：1.5；可采用水玻璃或氯化钙作速凝剂。

待凝：要待孔口段止浆料凝固后才能灌浆，待凝时间控制在2~5天以内。

下入芯管、开环注浆时，采用双栓塞芯管进行灌浆，从孔底自下而上进行注浆，每排孔眼作为一个灌浆段，其段长为0.4m；注浆液采用p.o42.5普硅水泥，注浆时按先灌入稀浆后灌入浓浆的原则逐渐调整水灰比，开环压力为0.35mpa，注浆压力控制在0.6-0.8mpa，并由下而上逐渐减小，每次都必须跳开一个孔进行注浆，以防止发生窜浆现象。

全孔段注浆完成后，间歇一段时间再进行第二次注浆，分段间歇注浆的间歇时间控制在10~30min之内。

后备注浆措施：每孔注完浆后，用φ20水管插入袖阀管内，泵入清水把袖阀管内残留水泥浆冲洗干净，以备复注。浆管口用胶布封上，以备在以后开挖过程中，地面出现沉降时，进行重复注浆。

在注浆过程中，要密切监测地面及建筑物的沉降情况，严格控制注浆前后建筑物的上抬量不得超过2mm。

隧道施工引起的地表沉降和隆起均应控制在环境允许的范围内。根据施工情况，监测组在施工期间对给水管和桥墩进行了沉降检测。

其中，给水管检测（参照图4）：先在管线上方点位上用水钻钻直径10cm的孔，用一硬塑料管或金属管打设或埋设于所测管线顶面和地表之间，插入φ12的光圆钢筋，底部与管顶接触，钢筋顶部略微隆起。钢筋长度视实际情况截取。埋设时将管顶砼表面清除干净，灌入砂浆插入钢筋使钢筋头低于砼地表面5～10cm。并在旁边用红色油漆标注点号，点号与平面布置图中点号一一对应。采用徕卡数字水准仪进行了15天的给水管沉降检测，数据显示变形数值在-0.77mm-0.31mm，完全满足施工设计要求。

桥墩沉降测量：埋设3个水准基点，至少有一个水准点埋设应远离隧道5倍埋深深度的位置，并定期检查稳定性。另布设一定数量的工作基点，以方便观测。沉降监测点埋设在隧道两边的桥墩上，每个桥墩上布置4个沉降监测点（参照图5）。用电锤在桥墩上钻孔，然后用环氧树脂植入φ20钢筋，钢筋外漏端磨成球状作为沉降观测点，观测点应与桥墩牢固连接。桥墩监测采用三维沉降监测，4个墩面同时监测来反映桥墩的三维沉降。桥墩的沉降量测主要采用精密水准仪，采用往返线路测量，最终符合或者闭合在水准基点，施测精度满足国家二等水准测量要求。量测各测点与基准点之间的相对高程差，本次所测高差与上次所测高差相比较，差值即为本次沉降值，本次所测高差与初始高差相比较，差值即为累计沉降值。然后，根据各测点累计沉降值，对桥墩的沉降进行判断。采用徕卡数字水准仪进行了8个月的桥墩沉降检测，数据显示变形数值在-4.50mm~-3.32mm，完全满足施工设计要求。

采用本发明提供的加固方法，使得加固后土体具有良好的均匀性、自立性、止水性，加固土体无侧限抗压强度不小于1mpa，渗透系数小于1.0×10^-5cm/s，土体加固后地面无较大隆起或沉降，施工工期短，确保了后续施工的安全。

应当指出的是，具体实施方式只是本发明比较由代表性的例子，显然本发明的技术方案不限于上述实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员，以本发明所明确公开的或根据文件的书面描述毫无异议的得到的，均应认为是本专利所要保护的范围。