盾构始发与到达端头加固理论与实践PPT课件

1、 端头加固的目的端头加固的目的与意义满足土体强度的要求满足土体强度的要求满足土体稳定性的要求满足土体稳定性的要求 加固土体的静态稳定，包括施工期稳定性和长期稳定性。加固土体的静态稳定，包括施工期稳定性和长期稳定性。 加固土体的扰动影响，破洞门振动过大对土体的扰动等。加固土体的扰动影响，破洞门振动过大对土体的扰动等。满足加固（土体）的渗透性要求满足加固（土体）的渗透性要求（特别是水（特别是水+ +沙沙+ +压力的情况）压力的情况）满足加固（土体）的变形特征的要求满足加固（土体）的变形特征的要求 （土压建立前和土压消失（土压建立前和土压消失后）后）第1页/共45页 需要注意的问题需要注意的问题l强

2、度和稳定性强度和稳定性 参数的选取，特别是土体的抗拉强度和水土压力； 稳定性验算只适合于粘性土（滑移失稳理论）； 长期稳定性问题没有解决； 加固土体的扰动问题没有解决；l渗透性问题渗透性问题 渗透系数10-7的根据？ 水+沙+压力对加固长度的要求l变形特征变形特征 保持在土压建立起来之前（盾构始发）和消失之后（盾构到 达）的一段时间里，上覆土体变形的可控。第2页/共45页 传统的端头加固计算方法传统的端头加固计算方法 新的研究结果新的研究结果 第3页/共45页加固土体强度要求：薄板弯曲理论计算加固体厚加固土体强度要求：薄板弯曲理论计算加固体厚度度土压 水压简化薄板理论计算模型图第4页/共45页

3、强度计算公式强度计算公式l国外国外: : 日本日本JET GROUT JET GROUT 协会（协会（JJGAJJGA）规范的计算公式，加固厚度）规范的计算公式，加固厚度为：为：其中：其中： P : P :洞门中心处的水土合力；洞门中心处的水土合力； D D ：封门直径；：封门直径； t t ：加固土体的极限抗拉强度；：加固土体的极限抗拉强度； 安全系数安全系数K KO O 取取1.51.52.02.0，计算系数，计算系数取取1.21.2。20124tkPDt第5页/共45页l国内：（静力学理论）国内：（静力学理论）最大弯曲应力（中心处）最大弯曲应力（中心处）： 最大剪力（支座处）：最大剪力（

4、支座处）： 2max211.3238tpDtkmax24cPDtk第6页/共45页强度验算要求强度验算要求第7页/共45页整体稳定性验算图第8页/共45页稳定性计算公式稳定性计算公式l纵向加固范围（粘性土滑移失稳理论）纵向加固范围（粘性土滑移失稳理论）抗滑安全要求：抗滑安全要求：其中：其中： M： 滑动力矩；滑动力矩； M抗抗：抗滑力矩；：抗滑力矩； C： 加固前土体的粘结力；加固前土体的粘结力； C C：加固后土体的粘结力；：加固后土体的粘结力； H： 上覆土体的厚度；上覆土体的厚度； P1： 地面荷载地面荷载31.5MkM抗32()sink MMradc DtD 抗第9页/共45页l横向加

5、固范围（土体扰动极限平衡理论）横向加固范围（土体扰动极限平衡理论）l l 式中式中l R: R:松动圈半径；松动圈半径；l a: a:盾构隧道半径。盾构隧道半径。2sin1 sin1cotmRaCar cos() ()42acaH第10页/共45页l横向加固范围计算公式横向加固范围计算公式() cosLa Ha1Hk Ra第11页/共45页加固范围的确定加固范围的确定第12页/共45页第13页/共45页第14页/共45页加固计算示意图：加固计算示意图：端头土体纵向加固厚度：端头土体纵向加固厚度：NoImage331 122123max, ,1616ttckkktt t t梯形荷载加固土体ayx

6、oatxzqabq极坐标转化第15页/共45页最大拉应力理论最大拉应力理论l径向弯曲应力径向弯曲应力当 时， 取纵向加固厚度：纵向加固厚度： 2111111042BBACA1021122max13 3(5)16abbaaqqaqqta1 1116tkt第16页/共45页最大拉应力理论最大拉应力理论l环向弯曲应力环向弯曲应力当 时， 取纵向加固厚度：纵向加固厚度： 202222222042BBA CA 2222222222max351 33(1 3 )(1 5 )16163abbaqq aqqatata 22216tkt第17页/共45页最大剪应力理论最大剪应力理论当当 时时纵向加固厚度：纵向加

7、固厚度：2max35416243babaabqqqq aqqaattt0a333ckt第18页/共45页端头土体纵向加固长度要求端头土体纵向加固长度要求盾构始发 无水 有水（特别是水+沙+压力）盾构到达 无水 有水（特别是水+沙+压力）第19页/共45页管片帘布橡胶板车站内衬围护结构加固土体长度同步注浆液无水始发 第20页/共45页加固土体长度挡土墙车站内衬帘布橡胶板管片盾构长度+1.5-2管片帘布橡胶板车站内衬挡土墙加固土体长度沙子+水同步注浆液同步注浆液有水始发 第21页/共45页管 片挡 土 墙车站内衬帘布橡胶板加 固 土 体 长 度地层条件较差：必须加固端头土体，加固土体满足强度+稳定

8、性+变形特征要求（土压消失后）。地层条件较好：可以不加固或者局部加固端头土体，但必须采取相应措施，如合理控制盾构到达时掘进参数，增加封门处喷射混凝土厚度，待盾构刀盘顶至围护桩时再破除洞门等。无水到达 第22页/共45页管片挡土墙车站内衬沙子+水沙子+水帘布橡胶板帘布橡胶板车站内衬挡土墙管片加固土体长度盾构长度+1.5-2有水到达 第23页/共45页 直径/m范围/mD11D33D55D8简图B1.01.01.52.0H11.01.52.02.5H21.01.01.01.0端头土体横向加固要求土体横向加固最小尺寸表第24页/共45页旋喷桩加固旋喷桩加固袖阀管注浆加固袖阀管注浆加固水平注浆加固水平

9、注浆加固4.典型加固方法及其优缺点和适用范围第25页/共45页关于旋喷和搅拌加固问题关于旋喷和搅拌加固问题 旋喷加固提高土体的强度: 0.8-1.2Mpa，0.5-1.0Mpa，旋喷范围内是没有问题的； 土体的标惯值N：目前的旋喷技术很难达到设计的旋喷加固范围！ 旋喷垂直度误差问题 - 1%：建筑桩基技术规范垂直度1% （适合于设计和施工）20米0.2米建筑基坑支护技术规程 垂直度0.5% （适合于设计和施工）20米 0.1米旋喷加固降低土体的渗透系数,理论上可以,由于上述误差的存在，实施起来困难， 因此不建议在深度超过20米时还采用旋喷或搅拌加固方法，深度在15-20 米之间应慎用！ 盾构开

10、挖引起的震动仍能对加固土体的渗透系数和强度产生劣化影响；当水沙压力大于1.5Bar时，目前土压平衡盾构采用的普通橡胶帘布和压板 在下部有可能损坏的情况下，是很难发挥作用的！ 关于冻结法关于冻结法：是一种不得已的办法，但仍需充分考虑盾构设备本身的要求。 搅拌加固的问题与旋喷类似，在此不再赘述搅拌加固的问题与旋喷类似，在此不再赘述第26页/共45页旋喷桩加固效果图（搭接良好）第27页/共45页旋喷桩加固效果图（搭接一般）第28页/共45页旋喷桩加固效果图（无搭接）第29页/共45页第30页/共45页第31页/共45页 优点：优点：l设用地层较广、设备轻便机动性强。设用地层较广、设备轻便机动性强。l

11、旋喷加固范围较大，最大可达到旋喷加固范围较大，最大可达到1010倍孔径。倍孔径。l加固体本身止水效果明显。加固体本身止水效果明显。 缺点：缺点：l操作不当容易造成桩与桩间搭接不连续，不紧密，操作不当容易造成桩与桩间搭接不连续，不紧密，达不到理想的止水效果，整体止水效果欠佳。达不到理想的止水效果，整体止水效果欠佳。l有些土体不容易旋喷成桩。有些土体不容易旋喷成桩。旋喷加固优缺点和适用范围第32页/共45页第33页/共45页第34页/共45页 优点：优点：l根据需要可分段式注浆，重复注浆；根据需要可分段式注浆，重复注浆；l冒浆液、串浆可能性小；冒浆液、串浆可能性小；l一根注浆管内可采用不同的注浆材

12、料一根注浆管内可采用不同的注浆材料 , ,选用不同选用不同的注浆参数进行注浆施工。的注浆参数进行注浆施工。 缺点：缺点：l注浆工法封孔工艺复杂注浆工法封孔工艺复杂 ；l控制不当容易堵孔、卡管，而且是端头加固中最控制不当容易堵孔、卡管，而且是端头加固中最常见的弊病，加固效果差，导致始发与到达失败。常见的弊病，加固效果差，导致始发与到达失败。适用地层：适用地层： 砂层、粉土、淤泥层，广深地区应用较多。砂层、粉土、淤泥层，广深地区应用较多。袖阀管注浆加固优缺点和适用范围第35页/共45页水平注浆加固第36页/共45页前进式水平注浆流程图(a)第一注浆段(b)第二段注浆过程(c)第三段注浆过程第37页

13、/共45页后退式水平注浆流程图(a)打 孔(b)下 注 浆 管(c)第 一 注 浆 段(d)第 二 注 浆 段第38页/共45页 优点：优点：l施工设备简单、成本较低；施工设备简单、成本较低；l工期短、见效快；工期短、见效快；l对施工场地要求低、对环境影响较小；对施工场地要求低、对环境影响较小；l注浆深度可深可浅，容易控制。注浆深度可深可浅，容易控制。 缺点：缺点：l控制不好容易出现漏浆、串浆现象。控制不好容易出现漏浆、串浆现象。水平注浆加固优缺点和适用范围第39页/共45页几个水平注浆的例子（水+沙+压力共同作用下）天津地铁2号线（铁三局）盾构始发天津地铁2号线（铁三局）盾构到达天津地铁2号线第40页/共45页天津快轨线天津快轨线深圳地铁深圳地铁2号线号线天津快轨线盾构到达（铁一局）天津快轨线盾构到达（铁一局）深圳地铁深圳地铁2号线盾构始发（铁六局）