吊出井水平加固终版.doc

广州市轨道交通三号线北延段施工10标【高增-人和】盾构区间人和站吊出井端头加固方案编 制： 审 核： 审 批： 中铁十一局集团有限公司广州市轨道交通三号线北延段施工10标项目部二零零九年四月目 录1工程概况11.1位置和周边环境11.2人和站工程水文地质11.3原设计端头加固情况32原设计方案的施工难点和解决办法42.1旋喷桩加搅拌桩端头加固难点及缺点42.2优化端头加固方案42.3方案对比43吊出井端头水平加固方案53.1洞门的加固设计53.1.1加固的目的和应达到的效果53.1.2洞门水平加固设计53.2施工准备63.3施工工艺63.3.1导向管加工63.3.2导向管、止浆墙施工63.3.3钻孔、注浆73.4技术要点83.5加固效果的检测83.6施工安全技术措施84类似工程实例和注浆效果94.1天津地铁2号线盾构到达端加固实例94.2深圳地铁2号线盾构左右线始发实例104.3广州地铁观光线源天公司的端头加固1113人和站吊出井端头加固方案1 工程概况1.1 位置和周边环境人和站位于白云区人和镇交通要道G106国道之下，两侧建筑物大多为25层的商住楼房，距基坑2530m。人和站北端扩大端头区段设计为10标盾构机吊出井，左右线两台盾构机均在此到达终点吊出。人和站吊出井平面图1.2 人和站工程水文地质从上而下地层分布主要为。右线隧道掘进范围内主要层，左线隧道掘进范围内主要是层,详见图1.2-1、1.2-2。 图1.22左线吊出端头地层图1.21右线吊出端头地层各地层地质情况描述如下：人工填土层（Q4ml）：主要为杂填土和素填土，本地段地表为G106国道混凝土路面。素填土组成物主要为人工堆填的粉质粘土、中粗砂、碎石等，杂填土则含有砖块、砼块或生活垃圾，大部分欠压实稍压实，标贯击数为913击，平均9击。本层分布广泛，平均厚度2.0m。冲积洪积粉细砂层（Q4al+pl）：呈浅黄色、土黄色、灰白色等，组成物为粉砂、细砂，含粘粒，级配较差，饱和，主要呈松散稍密，局部中密状。标贯击数为529击，平均12击。厚度为0.8m，局部存在；冲积洪积中粗砂层（Q4al+pl）：呈灰白色、灰黄色、灰色等，组成物主要为中砂、粗砂、砾砂，含少量粘粒。局部为圆砾、卵石，呈稍密中密状，局部为松散状或密实状，标贯击数1317击，平均15击。本层分布较广泛，且厚度较大，钻孔揭露厚度为7.9m。砾砂层：呈灰色、浅灰色、灰白色、黄色等，组成物主要为砾砂及圆砾，含粘粒，级配较差，饱和，呈稍密密实状，局部松散状。标贯实测击数为1522击，平均19击。本层局部有分布，层厚1.36.00m。冲积洪积土层（Q4al+pl）：呈褐黄色、青灰色、灰白色等，主要由粉质粘土、粘土、粉土组成，含少量砂粒，粘性土呈可塑状，软塑状或硬塑状；粉土呈稍密状，局部中密状或密实状。标贯击数910击，平均击数为9击。本层分布广泛，层厚6.8m。岩石强风化带：岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂岩、泥岩，呈黄褐色、褐灰色、红褐色等，原岩组织结构已经大部分风化破坏，矿物成分已显著变化，风化裂隙很发育，岩石极破碎，岩块可用手折断。岩芯呈半岩半土状，岩芯遇水易软化崩解。本层分布广泛，层厚0.55.7m，平均揭露厚度1.96m，实测标贯击数5060击平均53级。1.3 原设计端头加固情况设计盾构吊出端头为人和站到达端头，端头地层采用600450水泥土搅拌桩结合外包800600旋喷桩进行加固。端头加固长度10m，宽度25m，深度19.043m，其中实桩12m（隧道及其上下各3m）。隧道顶埋深10.043m。设计人和站吊出井端头加固平剖面图2 原设计方案的施工难点和解决办法2.1 旋喷桩加搅拌桩端头加固难点及缺点u 成桩质量不易保证。设计旋喷桩及搅拌桩加固深度为19.043m，从地勘资料分析，加固桩施工范围地层标贯高达1628击，尤其是隧道底部标贯击数最高。加固深度大则成桩质量不易控制，土层标贯高则搅拌桩难以下钻。u 交通疏解影响作业场地。人和站位于G106国道道路正下方，车站主体结构施工之后还要继续施工车站出入口，由于交通疏解的需要，人和站每次只能提供半幅场地用于端头加固施工，桩基作业面狭小，施工组织极为不便，地面加固施工工期难以控制。u 对环境污染较大，现场文明施工较难保持。旋喷桩、搅拌桩施工，产生大量泥浆、渣土和污水，对周边环境污染严重。2.2 优化端头加固方案为解决以上问题，我部通过多方了解和实地考察，综合比较分析，借鉴其它项目成功经验，现提出人和站端头加固方案采用洞内全断面水平深孔注浆的施工方案。该方案注浆加固原理是：在打孔后安装注浆孔口管，由孔口管向内进行注浆，整个注浆过程是在一个封闭体系中进行的，浆液通过孔口注浆管进入封闭状态的被注地层（流砂层、粉质粘土层、粘土层等），通过注浆泵产生的压力，使浆液在被注地层中向四周扩散，达到充填、挤压、密实的作用，从而使松散含水砂层或粘土层变为密实的坚固地层，达到注浆堵水的目的。水平注浆加固与高压旋喷桩、搅拌桩的根本区别在于旋喷桩和搅拌桩是打孔后在孔内旋喷、搅拌，孔口是敞开的，孔口返浆后视为成桩，其范围和成桩体积受压力影响变化较大；而水平注浆加固是在一个封闭体系中进行注浆。目前，端头水平加固方案应用较多，天津、深圳、广州各地均有成功经验。2.3 方案对比两方案成本、工期、优缺点比较图原设计加固方案水平加固方案工期2009年5月1日7月31日，共3个月，施工工期长2009年5月1日6月30日，共2个月，工期短成本107万元103万元质量1、加固深度大则成桩质量不易控制，土层标贯高则搅拌桩难以下钻。成桩质量不易保证1、水平加固在广州的工程中的应用相对不多，注浆前应进行注浆试验，确定最佳的注浆压力、扩散半径、单孔注浆量及合适的浆液配合比环境1、占用作业场地大，影响交通2、排碴、排污量大。对环境污染较大，现场文明施工较难保持1、工作面小，与人和站平行施工相互干扰小2、排污量很小，对环境污染小，现场文明施工容易保持安全大型设备，安全注意事项多设备相对简单，安全容易保证3 吊出井端头水平加固方案3.1 洞门的加固设计3.1.1 加固的目的和应达到的效果（1）洞门土体的加固设计。洞门土体加固强度能保证洞门破除后隧道掌子面土体的稳定。同时，盾构能够顺利切割加固体。（2）洞门加固体的抗渗性能。防止严重的涌砂、涌水现象（特别是水+砂+压力同时存在的情况下）。（3）洞门加固范围。到达洞门的加固范围必须保证一定的加固体长度、宽度和高度，确保土体的止水需要。3.1.2 洞门水平加固范围本次水平加固的范围是：沿隧道轴线方向为10m（按照设计要求），断面范围为洞门圈以外1.0m（根据天津、深圳等地的地铁端头加固中的成功经验）。加固范围如图所示。水平注浆加固平面图水平注浆加固剖面图3.1.3 布孔设计沿洞门圈周边布设水平钻孔23个（图示空心圆孔），环向间距0.7m；洞门下部布设斜孔19个（图示实心圆孔），对底部注浆加强。水平钻孔深度为10m。注浆管布置立面图注浆管布置注浆角度图3.2 施工准备(a)配齐钻机、搅拌机、注浆泵、管路、储浆桶，各种应急材料。主要机械设备包括： YT-2428风动凿岩机、ZTGZ-120/150型注浆泵。(b)对注浆泵进行试运转，并对操作人员进行上岗培训。(c)按每循环使用量配齐所有注浆材料。(d)对注浆施工人员进行技术交底、技术培训以及安全教育。3.3 施工工艺3.3.1 施工方法在已完成的吊出井主体结构内，沿洞门周边向需要加固的土体内，全断面施做水平钻孔和斜孔，顺导向管内一边钻孔一边注浆堵水，逐段推进注浆加固到设计深度；水泥浆/双液浆在砂层中扩散与周边孔注浆区域相互渗透融合，在洞门周边固化形成桶状加固体，满足盾构机到站出洞掌子面不坍塌、不漏水涌砂的安全要求。3.3.2 导向管加工导向管长度70cm，采用内径65，壁厚3.5mm钢管加工而成。一端焊接内径65的法兰盘，另一端端头植于掌子面上。植入深度为30cm，止浆墙施工后埋入30 cm，最终外露10 cm。3.3.3 导向管、止浆墙施工注浆工作开始之前，按注浆角度和位置布设图，在连续墙上进行导向管开孔施工。开孔直径120，采用钻孔取芯机进行施工，钻孔深度30cm。用快干水泥植入导向管，待快干水泥凝固后，在连续墙外侧立模，浇注30cmC30混凝土作为止浆墙。（如果连续墙质量好，可直接埋设导向管，不需施工止浆墙。）A 导向管连接大样图3.3.4 钻孔、注浆1、钻孔：采用风动凿岩机从止浆墙上埋设的导向管进行钻孔，成孔直径50。钻杆顶进时，注意保护管口不受损、变形，以便与注浆管路连接。2、按设计顺序依次对每个孔进行钻孔注浆，其原则是：钻孔时每次长度不宜超过2米就进行注浆，有砂有水时，不管长度多少，出砂出水就注。依此往复循环，直至设计终孔为止。注浆顺序如下：17-18-16-19-15-20-14-21-13-22-12-23-11-24-10-25-9-26-8-27-7-28-6-1-5-2-4-3-29-30-31-32-33-35-37-34-36-38-40-42-39-41。钻孔布置详见“注浆管布置立面图”、“注浆管布置注浆角度图”。在“注浆管布置立面图”中显示黑色实心孔为斜孔。导向管采用内径65、壁厚3.5mm的钢管。注浆角度和长度为：1、5号的埋设角度为8713,长度为10.02m2、4号的埋设角度为8839,长度为10.01m3号的埋设角度为8885,长度为10.01m2932号的埋设角度为8316,长度为7.54m3337号的埋设角度为7542,长度为5.17m3842号的埋设角度为5276,长度为3.14m628/4348号的埋设角度为000,长度为10.000m3、注浆时，严格控制浆液浓度及压力，根据压力变化，及时调整浆液浓度，直到达到设计终压为止。原则上，开始只注单液水泥浆，如果注浆压力上不去且浆液用量大，则逐步改用双液浆，以达到注浆压力控制要求。采取低压力中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐渐减少，当压力升至注浆终压时，继续压注5min，即可结束注浆。注浆时通过控制注浆压力控制注浆量。当注浆压力较小，而注浆量较大时增大水泥浆的浓度，直至终压达到1.52.0MPa，持续注浆至设计孔位深度。4、注浆参数：u 注浆扩散距离：35米。已有的实践经验证明，加固土体在设计的洞门圈以外达到1.01.5米是完全有保障的，同时也满足土体加固的要求。u 注浆浆液浓度：水泥浆水灰比为0.5:1，水波璃浓度为20-25波镁度，水泥浆和水玻璃的体积比为3:1。u 注浆终压：1.5-2.0Mpa安装注浆泵站等设备。注浆前，先关闭孔口阀门，开启注浆泵，进行管路压水试验，如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆终压。然后将注浆泵吸管放入浆液中（吸头有D80滤网包紧），进行正式注浆。3.4 技术要点导向钢管外插角必须严格照图施工，保证注浆管外插角度。注浆前在地连墙外侧浇注30cm止浆墙封闭洞门以防漏浆。各孔注浆时，间隔进行，以保证浆液扩散效果。3.5 加固效果的检测经检查注浆效果达到设计要求后，即可破洞门进行始发。竖向抽芯检测。根据加固体抽芯情况，目测判断加固体强度可否满足设计要求，是否连续；试验判断加固体强度、抗渗性能。在砂层中，特别要注意加固体连续性和整体性是否良好。每个端头24根。水平抽芯检测。沿洞门圈内加固体范围内打9个水平探孔，观察渗水情况。3.6 施工安全技术措施（1）注浆泵应全面检查和清洗干净，防止泵体的残渣和铁屑存在，各密封圈完整无泄漏，安全阀中的安全销要进行试压检验，确保能在额定最高压力时断销卸压。（2）压力表应定期检查，保证正常使用，并要求将压力表检测证书送项目部试验室。（3）一旦发生故障，要停泵停机排除故障。（4）司钻人员需熟练操作技能，了解注浆全过程及钻机旋喷注浆作用。（5）高压胶管不能超过压力范围使用，使用时屈弯不小于规定的弯曲半径，防止高压胶管破裂。（6）严格控制注浆量和注浆压力，地表要埋设观测点，在注浆时加强地面监测，防止地表隆起影响路面及基础管线、建筑物等。4 类似工程实例和注浆效果4.1 天津地铁2号线盾构到达端加固实例隧道埋深11-13米，地面以下依次为回填土、淤泥质粉土、粉土、粉细砂、淤泥质粉土、粉细砂、中细砂层，洞门圈内的地层为：上部1.5米左右的粉细砂（其上仍有1.0 米左右粉细砂），中部2-3米的淤泥质粉土，再下部是2.5-1.5米不等的粉细砂中细砂，地下水的压力1.6-1.8bar，无法降低水位。水平注浆加固获得成功。天津地铁2号线盾构到达端头加固实例4.2 深圳地铁2号线盾构左右线始发实例深圳地铁2202标段盾构始发端头加固的地层情况：隧道埋深11米左右，地表以下地层依次为：回填土、淤泥、粉质粘土、中粗砂（乳白色）、砾砂层、粘土层、砾砂层、花岗岩风化层等；隧道洞门圈内的地层从上到下依次为：中粗砂（乳白色）、砾砂层、粘土层（1.5