盾构始发和到达端头加固施工工艺工法

1、盾构始发和到达端头加固施工工艺工法QB /ZTYJGYGF-DT-0405-2011城市轨道交通工程有限公司王联江1 1 前言1.11.1 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

2、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，确保盾构施工安全顺利。1.21.2 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 2 工艺工法特点2.12.1 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。2.22.

3、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。2.32.3 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。2.42.4 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。2.52.5 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;2.62.6 降低土的压缩性，减小地基变形和不均匀沉降；2.72.7 改善土的渗透性，减小渗流量，防止地基渗透破坏；2.82.8 改善土的特性，减轻振动反应，防止土体液化。3 3 适用范围本工艺工法适用于盾构始发和到达施工。4 4 主要引用标准4.14.1地下铁道工程施工及验收规范（G

4、B50299GB50299 ；4.24.2盾构法隧道施工与验收规范（GB50446GB50446 ；4.34.3地基与基础工程施工及验收规范 （GB50208GB50208）；4.44.4建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202GB50202 ；4.54.5 其他国家现行有关施工及验收规范、质量技术标准。5 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

5、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。5.15.1 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 3m3m 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 2m2m 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 2m2m 同时要求在加固体与围护结

6、构之间设置一排注浆孔，在盾构 始发前，需进行压密注浆，圭寸堵可能产生的施工冷缝。5.25.2 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 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、二重管以及 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。1可指定加固某一深度的土层。2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。3在间距狭小处可施工。4结合定喷法，可有效的形成垂直 向、水平向或封闭

7、式隔水墙。5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。1固化桩与原地基构成复合地基，改 善承载力和变形模量。2能自立支护挡土，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， 对周边建构筑物和地下管线影响小。5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

8、 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。1盾构工作井施工中， 防止井内涌泥 或产生流砂。2盾构隧道施工中，稳定开挖面土 体，防止盾尾漏泥漏水。3井点降水尤其适用盾构的进岀洞施 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，米用冻结法可取得较 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。1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%勺任何含水、松散，不 稳定地层均可采用冻结法施工技术；2冻土帷幕的形状和强

9、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；3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；4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。5.35.3 加固方案设计举例根据地质条件和以往设计、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

10、而定。举例如下：【例 1 1】苏州地铁 1 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,9.27m,经采用巾 600mr600mr300mn300mn 单重高压旋喷桩配合巾 850mr850mr 600mn600mn 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 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 1图 1 苏州会展中心盾构始发端头加固平面示意图【例 2 2】武汉地铁 4 4 号线工业四路站端头隧道范围内地层为粉质

11、粘土与粉土、粉 砂互层、粉细砂，承压水水头在地面以下2.992.991.22m1.22m，相当于绝对标高 18.2918.2919.18m,19.18m,承压水头标高年变化幅度在 3.03.04.0m4.0m 之间。经采用 巾 800mr800mr600mn600mn 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 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 3】广州地铁 3 3 号线客大区间大塘站北端头地层由上而下依次为：1 1杂填土、2-12-1淤泥及淤泥质土层、4-14-1冲洪积土层、5-15-1可塑或稍密状残积土层、 5-25-2硬塑或中密状残积土层、6 6

12、全风化泥岩、7 7强风化粉砂岩等地层。【例 4 4】南京地铁 2 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（-2b4-2b4）、粉砂（-2d3-2d3）、淤泥质粉质粘土（-3b3-4-3b3-4 ）和3c2-33c2-3 粉土，地下 水具有承压性，承压含水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 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，

13、经技术、经济比较后确定安全可靠的 加固方案。6.16.1 施工工艺流程3 3 注浆6.1.3冷冻法加固测量涌水量|布置注浆管图 8|冻结加固工艺流程图/压力试验_安装设备、调试6.26.2 操作要点J - J -目前常见的端头加固方法主要有：注浆法、深层搅拌桩置高压旋喷桩、冻结法、素砼地下连续墙（钻孔灌注桩注浆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 3 类：是旋洗注浆管拌、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6.2.16.2.1 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夯实，以确 保桩的质量。桩机行驶路轨和轨枕不得下沉，

14、桩机垂直偏差不大于1%1%水泥宜采用 P Po42.542.5 级普通硅酸盐水泥，参入比 8%-16%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 24h24h,若超过，应在第二根桩施工时增加 20%20%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。6.2.26.2.2 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 0.5m0.5m 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

15、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 0.30.30.5m0.5m 处，重新开机作业，以避免 固结体出现新层。6.2.36.2.3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 1010 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

16、比和注浆压力，要求扩散半径0.40.4 0.6m0.6m。图 5 旋喷桩施6.1.26.1.2 降水施工扌aSL并钻到设计深度水工艺流程图6.2.46.2.4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。6.2.56.2.5 冻结法施工要点开孔间距误差控制在土 20mm20mm 内。在打钻设备就位前，用仪器精确确定开孔孔 位，

17、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3m3m 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 孔仍然超出设计规定，则进行补孔。冻结管（含测温管）采用丝扣联接加焊接。管子端部采用底盖板和底锥密封。冻 结管安装完，进行水压试漏，初压力 0.8MPQ0.8MPQ 经 3030 分钟观察，降压w0 0. 05MPa05MPa 再 延长 1515 分钟压力不降为合格，否就近重新钻孔下管。为确保冻结施工顺利进行，冷冻站安装足够的备用制冷机组。冷冻站运转期 间，要有两套的配件，备用设备完好，确保冷冻机运转正常，提高制冷效率。冷冻机组的蒸

18、发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和盐水干管用50mm50mm 厚的聚苯乙烯泡沫塑料板保温。设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等各 状态参数，使机组在有关工艺规程和设备要求的技术参数条件下运行。7 7 劳动力组织一般根据加固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15注：冷冻法施工时，需要配合人员较多，一般为48 人。8 8 主要机具设备8.18.1 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

19、泥浆泵台24电焊机台25发电机台18.28.2 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18.38.3 冷冻法施工机具表 5 冷冻法主要施工机具编号项目单位数量备注1冷冻机 W-YSLGF3O0I 型台22IS150-125-315 水泵台2盐水泵3IS125-100-215C台2清水泵4真空泵（或抽氟机）台15经纬仪台16测温仪台17NBL-50 冷却塔台28MD-50 钻机台19XY-2 型钻机台110电焊机台29 9 质量控制9.19.1 高压旋喷加固9.1.19.

20、1.1 易出现的质量问题1 1 先进行试桩施工，确定使用的施工配合比。2 2 桩的垂直度控制不够导致桩底分叉、侵限等。3 3 喷浆量不足导致搅拌不均匀。4 4 水泥浆拌制时间过长，导致浆液不能使用。5 5 旋喷过程中，注意对注浆压力的控制。9.1.29.1.2 保证措施1 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10102525%。相邻两桩施工时间间隔不超过 4848 小时，间距不小于 2m2m2 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 100mm100mm3 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

21、采 取措施补救，排除故障后复喷高度不得小于500mm500mm4 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 值大于土 10m10mm m寸，应暂停施工，根据实际情况调整压力参数后，再行施工。9.29.2 搅拌桩施工9.2.19.2.1 易出现的质量问题1 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 2 桩的垂直度控制不够导致桩底分叉、侵限等。3 3 喷浆量不足导致搅拌不均匀。4 4 水泥参量不足，达不到设计要求的承载力。922922 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 1 垂直度：根据要求，基坑

22、围护结构允许垂直度偏差必须控制在3/10003/1000 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 2 水泥用量：水泥掺入量暂按 35%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 杆提升完毕时，设计水泥浆液全部注完。3 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 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

23、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。9.39.3 冷冻法加固施工9.3.19.3.1 易出现的质量问题1 1 在管路连接时，对管路的密封性的检查。2 2 加入盐水后，及时对盐水的比重进行复查。3 3 运行过程中，注意对盐水液面的观察并做好记录。4 4 运行过程中，注意对盐水温度的检查。5 5 开挖前，应先施工探孔，结合测温的情况综合分析加固质量。6 6 打孔时，如果孔位偏差过大，应在旁比补打加强孔。7 7 过程中注意对测温孔、泄压孔的保护。9.3.29.3.2 保证措施1 1 认真分析该工程地质资料，精心编制施工技

24、术设计和施工组织设计。2 2 控制冷冻孔和冻结器施工质量，确保冻结质量符合要求。3 3 严控冷冻站安装质量，提高制冷效率，确保盐水降温符合要求。4 4 测温孔布置在相邻冻结孔终孔间距较大的界面上。具体位置由现场技术负责人 和项目经理共同商定。测温管的下放及焊接严格按冻结孔的质量要求施工，并及时 绘制偏斜平面图。5 5 钻进时，应按深度及地层情况的需要，及时增减钻铤，要求作到均匀、匀速钻 进，严禁忽快忽慢，压力忽大忽小。6 6 冻结管应进行地面配组，丈量全长，做好记录，下管时应清除管内异物，保持 清洁，试压封口后，应及时将冻结管周围的空隙用土填实，防止泥浆串孔。7 7 偏斜。冻结孔平均偏斜率不得

25、大于 0.5%0.5%,冻结孔终孔间距不大于设计值，否 则应予以补孔，冻结深度应满足设计要求，下管长度应不小于设计冻结深度。8 8 测斜。 冻结孔施工过程中使用灯光经纬仪进行终孔和成孔测斜并及时绘制冻结 孔偏斜平面图。1010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：10.110.1 旋喷桩10.1.110.1.1 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 1 压力阀的失效，空压机的安全性检查。2 2 设备所在施工区的地基承载力满足要求。3 3 在装、拆钻杆过程中的掉落伤人等。10.1.210.1.2 保证措施1 1 对加固

26、范围内的管线、障碍物仔细调查，防止出现意外管线损坏。2 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 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 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 5 浆液拌制过程中，各个环节需严密配合。10.210.2 搅拌桩10.2.110.2.1 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 1 三轴或双轴设备的倾覆，特别是在有台风的地区施工，应有有效的设备加固措 施。2 2 三轴配套使用的水泥罐，由于高度高，自重大，应

27、在加强基础的同时，做好拉 结（防风）。3 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。10221022 保证措施1 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 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 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 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 5 浆液拌制过程中，各个环节需严密配合。10.310.3 冷冻法10.3.110.3.1 主要安全风险分析冷冻法加固一般的安全风险主要有以下几个方面：1 1 冻结孔施工时孔

28、位偏差较大，导致不能达到冻结交圈的要求。2 2 冻结过程中的盐水损失严重，盐水渗入土体中，导致土体不能被加固。3 3 冻结过程中，盐水进出的温度变化不稳定，导致冻结效果不能达到设计要求。4 4 探孔中的涌水涌砂，应立即加强冷冻，必要时可采用液氮加强冻结。10.3.210.3.2 保证措施1 1 冷冻孔开钻前应提前查明地下管线及地下建（构）筑物，对有影响的应及时提 出改移和保护措施，切记没有查明不得进行施工。2 2 机械移位，必须切断电源，必须有专人照管电缆。3 3 在危险地段设立安全标志。4 4 联络通道在开挖前制定相关应急预案，确保万无一失。5 5 钻孔过程中出现涌水、涌砂时，及时进行二次补偿注浆。6 6 钻进过程中，遇到不明气体时，先探测其成分和浓度，安全后方可继续施工。 1111 环保措施端头加工过程中，容易出现扬尘、地下水