盾构区间端头加固的设计探讨

盾构区间端头加固的设计探讨（共7篇）

篇1：盾构区间端头加固的设计探讨

结合工程实例,探讨了端头加固方案的选取,详细介绍了素混凝土墙端头加固的`设计计算方法,并对结果进行了分析,经实践证明该加固方法效果显著,确保了工程质量.

作 者：潘茜 王丽丽 PAN Qian WANG Li-li 作者单位：潘茜,PAN Qian(广州市地下铁道设计研究院,广东,广州,510010)

王丽丽,WANG Li-li(广州军区司令部建筑工程设计院,广东,广州,510515)

刊 名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：35(1)分类号：U455关键词：端头加固 素混凝土连续墙 盾构区间

篇2：盾构区间端头加固的设计探讨

赤岗塔站-海心沙站盾构始发端头加固补强措施

赤岗塔站-海心沙站盾构区间在始发段端头加固失效情况下,在始发井内设置钢筋混凝土箱体,将洞门、盾构机及负环管片包裹且封闭,并在箱体与盾构机及负环管片之间空隙充填黏土较好地解决了洞门涌水涌砂问题.

作 者：陈广道 CHEN Guang-dao 作者单位：中水珠江规划勘测设计有限公司,广东,广州,510610刊 名：人民珠江英文刊名：PEARL RIVER年，卷(期)：“”(6)分类号：V415.6关键词：盾构区间 端头加固 洞门密封 混凝土箱体

篇3：盾构区间端头加固的设计探讨

广州市轨道交通六号线天平架站—燕塘站—天河客运站区间, 由南向北分别经过天平架站、燕塘站、天河客运站。本标段是从燕塘站、天河客运站之间的中间风井兼盾构始发井由北向南掘进。加固范围为中间风井西端 (盾构出洞) 、燕塘站东端 (盾构进洞) 、燕塘站西端 (盾构出洞) 、天平架东端 (盾构进洞) 。其中以燕塘站西端土质及边界条件最为不利, 本篇仅对燕塘站西端头加固进行设计讨论。

2端头加固方案选取

端头加固方法主要有:注浆加固、深层搅拌桩、素混凝土墙、旋喷桩等化学加固方法, 还有井点降水、冻结等物理加固方法。

燕塘站西端头临近建筑物地面高程相对车站较高 (高差最大达6.4 m) , 围护结构外轮廓线距改迁电缆井最小距离为1.3 m、最大为3 m, 在现有场地条件下无法采用旋喷桩进行加固。土层主要为硬塑状花岗岩残积土层:花岗岩风化作用形成的砂质黏性土、砾质黏性土、黏性土, 呈硬塑状, 遇水易崩解, 也不宜采用注浆加固。素混凝土墙加固施工占地面积相对较小, 其承载力也较注浆加固高。因此燕塘站西端端头加固采用素混凝土连续墙方案。

3设计计算方法

盾构调试完成后, 在确保洞外土体加固效果良好的情况下开始拆除中间风井围护结构 (地下连续墙) 。整个作业过程中, 由专职安全员进行全过程监督, 杜绝安全事故隐患, 确保人身安全, 同时对洞口上的密封装置采取必要的保护措施。

出洞口加固土体达到设计强度, 盾构调试及地下连续墙拆除后, 盾构迅速贯入工作面进行加压掘进, 用盾构刀盘来破除素混凝土墙。盾构机出洞前要特别检查开挖面情况, 以确定没有钢材、木料、较大块的混凝土等异物以及洞口圈钢筋已清理干净。盾构切口进入洞口内, 通过螺旋输送机反转的方式向土仓加泥建立开挖面的初始稳定。

盾构机对素混凝土墙加压掘进之前, 盾构隧道范围内的围护结构已经凿除, 素混凝土墙临空, 水土压力及地面超载完全由素混凝土墙承担, 此时为盾构出洞施工过程中的最不利工况。

3.1 水土压力计算

土层为硬塑状花岗岩残积土层, 由花岗岩风化作用而形成风化残积土, 有黄褐色、红褐色、灰白色、灰褐色、黑褐色等, 组织结构已全部破坏, 矿物成分除石英外大部分已风化成土状, 可见较多细片状黑云母, 以粉粘粒为主, 含较多中粗砂、砾石。残积土遇水易软化崩解。根据室内颗粒分析试验结果和野外鉴别结果, 在本线路内, 其风化产物主要为砂质黏性土、砾质黏性土, 其中局部夹有黏性土。土层渗透系数较大, 宜采用水土分算进行计算。

3.2 确定土层厚度

关于砂性土体, 土体加固的厚度t可以使用弹性力学的厚板理论计算得出, 公式如下:

$t=k\sqrt{\frac{1.2Er{}^2}{\sigma {}_t}}$。

其中, σt为深层搅拌加固后土体的弯曲拉伸强度, kPa;k为安全系数, 取1.5;E为郎金土压力公式计算的水土侧压力和;r=D/2, D为盾构开挖土体的直径。

与砂性土体破坏形式不同, 利用黏性土体在洞口整体滑移失稳的计算理论可推导出相应加固土体的厚、高和宽。

3.3 分析计算

采用有限元软件对素混凝土墙进行分析。素混凝土连续墙用实体单元模拟 (见图1) , 侧墙土压力采用面荷载施加。墙水土压力及地面超载作用下素混凝土墙的侧移为0.278 mm, 最大拉应力为1.18 MPa, 均满足规范要求 (见图2, 图3) 。

4结语

盾构进出工作井前后是隧道用盾构法施工最困难的地段之一。从一定程度上说, 是盾构法施工的关键点。素混凝土墙在盾构区间端头加固中的应用有效地解决了施工场地限制等方面的问题, 广州地铁中应用尚不多见。若在素混凝土连续墙中添加适量的玻璃纤维能更好地提高墙体的抗侧压承载力。盾构区间端头加固方法较多, 需根据具体地质情况及施工场地条件等因素选择合适的加固方法, 使工程施工顺利进展, 工程质量得到保证。

参考文献

[1]张庆贺, 朱合华, 庄荣, 等.地铁与轻轨[M].北京:人民交通出版社, 2002.

篇4：盾构区间端头加固的设计探讨

摘要：盾构法是现今隧道开挖中经常应用的一类技术，具有着质量高、施工时间短以及安全系数强等特点。在本文中，将就地铁盾构隧道端头加固设计与施工技术应用进行一定的研究。

关键词：地铁盾构隧道；端头加固设计；施工技术应用

1 引言

盾构施工中，端头土体加固是非常重要的施工内容，是对整个施工控制的关键工程。在部分盾构施工中，洞门塌方可以说是一类经常出现的事故，洞门加固质量的高低，将直接对盾构机能产生影响。此外，在盾构接、收时，往往需要凿除洞门，在洞门凿除时，也可能因为加固体强度不足以及加固体渗漏情况的出现导致发生事故问题，对此，就需要对该项工作引起充分的重视，通过合理加固方式的应用保障施工质量。

2 设计方式

软土地层是施工活动开展中经常出现的一类问题，在加固方案中，需要对底层的地质条件以及水文地质条件做好选取，并做好以下设计内容的考虑：第一，在设计中，要做好地下水流失情况的控制；第二，要做好隧道外土体强度的提升，以此实现对地表沉降的科学控制，避免端头出现坍塌情况；第三，盾构机始发以及到达方面，需要在充分联系现场地质情况的基础上做好土体加固方面的总结，并在盾构接收以及始发方面通过混凝土素桩以及双重管旋喷桩方式的应用进行加固；第四，在重型机械设备应用时，要做好端头位置土体承载力的提升。

3 加固确定

3.1 要密切联系横向加固尺寸。在软土地区施工中，进行横向加固的目的就是起到止水以及地层的稳定作用，即对盾构壳同加固区间的结合作用起到对周围水土压力的一种抵抗。根据我国盾构施工经验，一般需要将盾构壳体以外2至3m作为横向加固范围。纵向加固尺寸方面，由于在端头位置底层往往存在一定的水层，在受到止水性长度控制时，在盾构始发时则需要在原有纵向加固长度的基础上再加上2m左右的止水长度，即整个纵向加固长度在10m左右。在加固工作开展中，加固土体就相当于一个具有临时特征的支档系统，且在自身强度满足后没有加固时，则可以在对水土压力进行施加的同时避免土体出现滑移情况。

3.2 要通过水平探孔以及竖直抽芯两者结合的方式对隧道端头位置的加固效果进行检查。在实际检查工作开展中，需要重点做好桩位置的检查，芯样获取方面，则需要保证其连续性能够达到90%以上，且水平坍孔方面需要科学的在隧道端头的周围进行布置，保证其深度在加固体深度的1m以上。在处理完成后，如果经过检查发现实际加固效果并没有对加固要求进行满足，则需要及时采取措施对其进行处理。

4 隧道端头加固建议

在盾构机到达位置时，由于洞门会帘布橡胶材料进行密封，具有着向着端头内翻的特点，该种特点的存在，则会使盾构机在始发情况下所具有的密封效果较差，再加上盾构机在掘进时，将会对上部土体产生一定的扰动，此时，外部水土则会通过上体通道以及盾构机壳体产生一定的流失情况。砂性底层方面，水土流失以及流砂等问题不可避免的出现，并会在端头外部在形成塌陷的同时度整个施工的稳定性产生影响。对此，则可以对加固尺寸进行适当的加长，并在其后部位置对加固土体进行应用，以此实现对土体的改良。

5 加固土体防水

在加固处理中，土体防水性能指标是非常重要的一项参数，即要保证渗透系数能够控制合理范围当中。而在很多工程实际开展中，该种指标经常会出现偏高的情况，且在实际施工中很难对其进行精确的检测。同时，防水性能也是施工中的一项重要指标，通过良好防水性能的实现，则能够使端头围护结构在去除之后，如果土体还没有完成加固，地下水也不会渗出而对后部土体的稳定性产生影响、避免出现水土流失问题。对此，在实际工作开展中则需要对施工经验进行密切的结合，在对盾构机到达、始发安全角度进行保证的基础上使土体在加固完成后能够对一定的合理要求进行满足，并保证检测手段具有更为直接以及方便的特征。在始发中，要保证推进的安全性，并在推进的同时做好始发洞门探孔的观察，在经过观察、没有发现异常情况之后再进行施工，而如果经过观察发现存在问题，则需要及时联系施工人员对其进行处理，如果再此过程中探孔存在漏水以及漏泥等情况，则可以通过以下方式的应用对其进行处理：第一，如果因周围环境的影响，不能够对降水深度进行进行保证，则需要对垂直冻结法进行应用，通过该种该方式的运用在原有加固区域中对其进行加固，而如果现场情况较为严重，则需要通过液氮方式的应用对其进行冻结处理；第二，在情况需要下，可以对端头位置的降水井进行启动，并对其进行应急处理。

6 施工技术应用

在施工过程中，要做好以下方面技术的把握：第一，通常情况下，在对加固技术进行应用时其所具有的加固强度会高出1.5MPa，根据此种情况，在实际工作开展中则需要对水泥用量进行适当的控制，并做好试桩工作；第二，在对抽芯方式进行应用时，所使用的检测方式获得的强度会稍微小于实际强度，这是因为在抽芯工作开展中，其在扰动过程中不可避免的会产生一定的应力释放，在对周围环境产生微小破坏的同时会使实测强度同实际强度相比稍小。而在实测强度在3MPa情况下，盾构设备在掘进时也将存在较大的阻碍。同时，在试验工作开展汇总，单轴所获得的抗压强度以及施工三轴能力在状态方面也存在一定的不同；第三，在施工活动开展中，可以将盾构机先进行掘进的部分保持在一个较高的状态当中，而在靠后土体强度方面则需要进行适当的降低。通过该种方式的应用，则能够在对施工安全进行保证的同时更有利于盾构机掘进控制工作的开展；第四，在对加固长度进行统一后，则能够以较为准确的方式对原状土同隧道加固土体间的位置进行设置，且在施工中也能够将伸缩缝间的弹性密封垫改变为复合式。

7 结束语

在现今隧道工程大量建设的今天，盾構端头加固工作也具有着更为重要的意义。在上文中，我们对地铁盾构隧道端头加固设计与施工技术应用进行了一定的研究，需要在实际工作开展中能够联系实际、把握重点，通过科学设计以及施工技术的应用保障工程加固质量。

参考文献：

[1]杨海东.粉细砂地层地铁盾构端头井加固方法的适用性分析[J].城市轨道交通研究.2011（05）：61-64.

篇5：盾构隧道端头加固设计与检测分析

一、盾构端头加固的基本要求

为了防止事故的发生, 在对端头进行加固时, 加固的土体必须满足以下四个方面的要求: (1) 强度要求; (2) 整体稳定性要求; (3) 止水和渗透性要求; (4) 变形特征的要求, 尤其是对于富水砂土地层。整体稳定性有包括静态稳定和在振动作用下的稳定两种, 静态稳定分为施工期稳定和长期稳定, 振动作用下的稳定是指在施工时破除洞门时对土体的影响, 变形特征主要是指盾构的土舱内土压建立之前。

二、盾构端头加固设计常见的问题

目前, 我国在进行盾构端头加固时, 常见的问题主要包括以下两类。

1. 端头加固范围设计不合理

国内目前对于端头加固范围的理论研究底子薄弱, 在具体进行施工加固的过程中通常根据之前的工程经验。对于加固范围设计没有科学性, 从而造成在始发和到达时出现渗水、淹井等意外事故。合理的端头加固范围设计应该根据具体的工程状况, 既要满足强度和稳定性的要求, 同时也要考虑盾构机的机体形状和渗透性的要求。

2. 端头加固方法选择不合理

加固方法选择不科学, 对于不同地层的适应性较差, 致使整个加固效果不理想, 极易在破除洞口时出现塌陷。

为了避免工程事故的出现, 保证盾构机在施工过程中的安全始发和到达, 必须重视上述两点不足之处。同时在加固完成后, 还要进行取样检测, 以检测其加固效果。

三、盾构端头加固设计的具体方法

1. 土体稳定性的加固设计

对于土体稳定的加固设计, 可以建立比较理想的土体滑动破坏模型。同时根据土体的不同性质, 将其分为粘性土体和砂性土体, 同时分别建立两种不同的力学模型。通过模型对稳定性进行深入分析, 推导出土体失稳的破坏范围, 从而根据结果确定科学合理的加固范围。

对于粘性土体, 由于其自身的粘性力, 因此在设计时的力学模型计算时通常采用条分法。具体过程为:将滑动土体竖直分为若干条, 并将这些土条看作是刚体, 求出不同土条的滑动力矩和抗滑力矩, 求解过程为假设出土体的纵向破坏范围。根据静力学平衡的基本原理, 从而求出滑动力矩和抗滑力矩。

对于砂性土体, 由于其土体内没有聚力。根据统计资料可知, 破坏过程多为突发性, 滑裂面从顶到底形成直线型的滑裂面。通过土压力原理和离心实验可知, 砂性土体的破坏面是竖直滑动面。可以根据此建立相应的破坏力模型, 从而进行必要的计算。

2. 土体范围的确定

(1) 横向加固范围

为了进行隧道施工, 必须进行开挖, 土体开挖后原有的应力平衡状态被破坏, 对周围的土体也产生了一定的影响。在隧道的洞壁周围应力比较集中, 如果此时最大的剪应力超过了抗剪强度时, 周围的土体就会受到一定程度的破坏, 并逐步向四周深入扩散, 形成了一个塑性松动圈。塑性松动圈的存在导致附近周围的应力明显降低, 最大应力集中处发生偏移, 偏移到了塑性圈和弹性圈交界区域。因此, 为了保证横向土体的稳定性, 必须提前进行必要的加固工作。

(2) 纵向加固范围

如果施工土质属于无水土质, 在进行加固时只需考虑强度和稳定性的要求。而对于有水土质, 除了满足前述要求外, 还必须考虑盾构机的机体尺寸和止水要求。

1) 当隧道进行开挖后, 盾构刀盘对顶层开挖面还未进行施工时。此时进行加固的目的主要有以下两个:第一, 满足强度和稳定性的要求, 防止端头土体在水土压力的作用下发生受拉、剪切破坏及导致整体出现失稳的现象;第二, 满足止水的要求, 防止地层中的水渗入到施工区域和盾构工作井, 从而引发水土流失引起低层受到破坏, 从而导致地表出现塌陷或者沉降过大。

2) 当盾构机开始到端头底层进行施工时, 首先要根据强度和稳定性计算出相关的纵向加固范围。同时将其与盾构机的主机长度对比, 会出现以下两种情况。第一, 纵向加固范围小于盾构主机的长度, 当出现这种情况时, 可以根据几何准则的要求和实际的工程经验, 纵向加固范围可以根据以下公式进行计算:L=盾构长度+ (2-3) B, 式中B为管片的宽度。第二, 纵向加固范围小于盾构主机的长度。当出现这种情况时, 取计算得到的纵向加固范围即可。

3. 加固方法的地层适应性

通常土层包括以下种:第一, 填土层;第二部, 淤泥质土层;第三, 粘性土层;第四, 粉土层等, 需要进行加固的主要为填土层、硬塑粘性土层等。对于此种类型的地层, 进行加固的方法包括以下两种, 即水泥土搅拌桩和旋喷桩或者冻结法。

当土层性质为圆砾层地层时, 进行加固时主要解决的关键技术是加固体的止水作用。通常情况下, 采用可靠性较高的素砼连续墙进行止水。

当土层性质为泥岩层时, 通常采用的方法是在洞口外素砼桩挡土。

四、盾构端头加固设计的检测分析

为了检验加固设计的实际效果, 在进行加固完成后, 还要进行相应的检测。通常采用的检测方法主要包括以下两种:竖向取芯检测法和水平取芯检测法。检测过程通常分为两步进行:第一步, 现场对芯样进行观察;第二步, 在实验室内进行芯样的抗压强度试验。

五、结语

综上所述, 端头加固是一项复杂繁琐的工程。要进行有效的加固, 除了选择合理的加固方法, 还必须重视加固的范围。加固方法和范围应该按照工程的具体情况进行详细的分析对比, 确定出最科学、最合理的加固措施, 以保证整个工程的顺利实施。

摘要：要保证盾构施工的顺利进行, 隧道端头加固设计是施工过程的关键环节。本文首先阐述了盾构端头加固的基本要求和设计中常见的问题, 其次探究了加固设计的具体方法, 最后提出了检测的两种方法。

关键词：盾构法隧道,端头加固,检测分析

参考文献

[1]汪玉生等.盾构始发与到达—端头加固理论研究与工程实践[M].北京:人民交通出版社, 2011.

[2]竺维彬, 鞠世健等.复合地层中的盾构施工技术[M].北京:中国科学技术出版社, 2006.

篇6：盾构到达端头加固失效再处理技术

1 工程概况

深圳地铁5号线(环中线)是深圳大运会重要工程之一，是深圳市近期线网的骨干线路。临海站～宝华站盾构区间属5号线中施工难度较大、工期较紧的工程项目，采用两台德国海瑞克Ø6 250mm土压平衡盾构施工。隧道内径5 400mm，外径6 000mm，区间右线长585.702m，左线长607.707m，区间总长1 193.409m。盾构线路从临海站始发西行，到达宝华路后沿宝华路北上，到达宝华站南端盾构吊出井。

宝华站南到达端头地层主要为填土、淤泥、粉质粘土，隧道埋深17.5m。隧道底部以下以砾砂、粉砂层为主，洞身周围为全断面砂层，属软弱地层，地下水丰富，稳定性很差，存在涌砂、坍塌危险。该端头原先采用Ø600旋喷桩进行加固处理，且在洞门镜面进行了水平注双液浆。加固后进行了地面取芯和洞门水平探孔检查，加固效果良好。但当左线盾构碰壁后，再次在洞门处打水平探孔检查，出现大量水夹带中细砂喷出，且压力较大。说明加固体已失效，必需采取再加固处理措施。

2 工程地质

1)水文地质地下水补给来源主要为大气降水、海水等地表水的渗透，地下水与海水存在互补。由于地层的渗透性差异，砂层中的水略具承压性，与海水形成连通性。因南端头属填海区，且靠近海边，地下水极其丰富，前期已经施作的降水井，在不间断抽水的情况下，只能将水位降至16m左右，无法降至洞门范围以下。

2)地层类别根据地质勘察报告以及地质纵断面图，到达端头隧道拱顶及洞身范围主要为：(1)1填土、(2)1淤泥、(3)5粉质粘土，隧道底板以下以(3)11砾砂、(3)7粉砂层为主，洞身周围为全断面砂层属软弱地层。淤泥、砂层厚，地下水丰富，稳定性很差，存在涌砂、坍塌危险(如图1)。

3 原加固方案

到达端头井外地层原采用密排∅600旋喷桩进行加固处理，左线加固平面尺寸为12.1m×6m，右线加固平面尺寸为12.1m×5.1m，旋喷桩深至隧道底部以下2.5m;在地面设置3个降水井，到达期间进行降水，将地下水位降低至洞门范围以下，确保施工安全(见图2)。

由于加固效果不理想，左线盾构碰壁后，洞门处底部探孔出现流水涌砂现象，加上地下水位过高，水量大，不具备正常破除洞门条件。

4 再加固处理技术措施

4.1 再加固处理方案

由于到达端头原有加固体失效，洞门与地下水已连通，而且地下水源补给丰富，因此盾构顺利进洞到达的关键在于隔断洞门与地下水的连接通道，同时采用的再处理措施以不能破坏已成形的管片隧道为原则。

根据以上思路，在左线实施了以连续墙+钢板桩+袖阀管注浆+降水井组合形成止水帷幕的再加固处理方案，即在原加固体四周施作一道素混凝土连续墙+钢板桩的框架，钢板桩在盾构隧道正上方位置，钢板桩与隧道管片间的间隙采用隧道内袖阀管注浆封堵。右线因盾构未到达加固区，则采用连续墙+降水井组合形成止水帷幕。

因为左线盾构已经顶到车站端头连续墙，为了将盾构全部包在止水帷幕中，连续墙+钢板桩形成的框架为13.3m×22.4m，而右线盾构还未到达端头位置，则全部采用连续墙为止水帷幕，尺寸为10.4m×9.9m。具体布置如图3所示。连续墙透过(3)11砾砂层，深度约为22.7m。

左线隧道上方位置使用的钢板桩加固区域长度为7m，每根钢板桩需要打入的深度应经严格计算，保证钢板桩与成型管片保持300mm的距离，以防对成型隧道造成破坏。素混凝土连续墙、钢板桩与隧道关系如图4所示。

4.2 施工重难点

4.2.1 钢板桩、管片、素混凝土连续墙的搭接

要严格控制好三者之间的尺寸，特别是钢板桩、素混凝土两者与管片之间的尺寸，保护好成型隧道。在钢板桩与管片之间、钢板桩与素混凝土连续墙之间、管片与素混凝土连续墙之间或多或少存在空隙，而这些空隙就是本方案实施的最大风险所在，所以需要把这些空隙通过深孔注浆进行封堵，以达到止水的效果。

4.2.2 新旧连续墙的搭接

新旧连续墙之间很难达到紧密搭接。通过采用方锤对接头部位进行修刷，把旧连续墙该部分尽可能的冲刷平整，使新旧连续墙的搭接尽可能紧密的搭接，防止该处渗漏。

4.2.3 降水井的布置

已经施工的素混凝土连续墙、隧道上方的钢板桩围幕，都是减少水源的措施。在保留原有3个降水井的基础上增加5个降水井(见图3)。在素混凝土连续墙加固区内外各有4个降水井，8个降水井同时进行降水，以加固区外侧降水为主，内侧降水为辅的方针，将水位降至隧道底以下。

4.2.4 隧道内注浆

钢板桩、管片、素混凝土连续墙之间缝隙采用注浆封堵。首先计算钢板桩位置对应的管片环号，然后对该环及相邻环管片进行整环隧道内袖阀管注浆。注浆时应注意以下事项。

1)控制注浆压力对隧道的影响此工艺只是对隧道周围地层进行加固，不需太大的压力，而且可以多次重复注浆，能够确保注浆加固的效果。根据以往管片补充注浆经验，注浆压力一般设定为外界水压+0.5～1MPa。注浆加固时每次只作单孔注浆，严格控制在外界水压+1MPa以下。实践经验证明，在该压力以下进行管片补充注浆对管片结构无影响，不会造成管片变形，但注浆时必须要有专人观察，并定期监测管片。

2)防止注浆施工过程喷涌由于隧道埋深大，而且加固区地层主要以粉砂、粗砂层为主，因此在隧道内成孔时，须防止管内产生喷涌。注浆时采用特制的复合袖阀钢管，钢管底部为圆锥型的封闭，确保砂层或地下水不能从管底进入注浆管内。复合袖阀钢管上的注浆孔用橡胶皮套箍住，确保注浆的单向性，即在压力作用下注浆液通过注浆孔撑开橡皮套，将浆液注入地层，而外边的砂或地下水则不能通过注浆孔进入注浆管内。特制复合袖阀钢管构造见图5。

5 加固效果

在止水帷幕及降水井施作完毕后在止水帷幕内外同时进行降水。当水位降至隧道以下1m后，在洞门处打水平探孔检查，无水流出，凿除洞门后也无渗水流出，说明加固效果良好，结果两台盾构均安全顺利到达接收井。

参考文献

[1]　何小玲,张帆.上海翔殷路隧道盾构进洞口地基处理技术[J].地下工程与隧道,2006,(3):30-32.

篇7：盾构区间端头加固的设计探讨

随着我国城镇化的推进, 以地铁为代表的地下工程更是发展迅猛, 其中盾构始发中遇到软弱富水地层等不良地质, 需要加固的情况也日趋增多, 其相关技术也需要进一步总结提高。目前地铁施工中广泛应用的冻结加固法, 是利用低温盐水循环降低地层温度形成冻土帷幕, 其冻结加固体的形状、大小、可以根据需要灵活设计, 冻结体强度通常能达到5~10MPa, 具有阻水效果好、适应性广[1]。

本文依托地铁盾构始发井端头冻结加固工程实践, 提出软弱富水地层条件下冻结加固方案、施工工艺、关键控制措施, 可供类似工程参考。

2 工程概况

某地铁工程盾构始发端头井宽24.4m, 长16.0m, 车站内衬墙厚度为0.8m, 地下连续墙宽度为1m, 位于含水层厚度较大的软弱地层, 为确保盾构始发施工安全, 防止坍方、流砂、涌水等, 在对始发端头进行高压旋喷加固的同时, 在端头洞门处进行水平冻结加固、进行补强封水, 提高盾构始发井的安全度。

3 冻结加固方案

3.1 方案的制定

盾构始发施工前洞门处地基采用旋喷桩和水平冻结法加固, 使盾构机外围及开洞口范围内土体与外部隔离的同时产生冻结, 形成强度高且封闭性好的冻结层, 提高止水效果。

3.2 冻结孔布设

根据冻结帷幕设计, 冻结孔按4周, 每周中相邻12°的规则绕弧长布置, 深度均为3.0m, 测温孔12个, 深度与冻结管一致。

3.3 冻结参数及机型选择

3.3.1 冻结参数

(1) 积极冻结期盐水温度-28℃。 (2) 维护冻结期温度-25~-28℃; (3) 外围冻结孔终孔间距小于1 000mm, 按发展速度每天25mm计算, 冻结帷幕交圈时间为20d, 达到设计厚度时间为40d。 (4) 冻结孔布置53个, 冻结管总长度为329.5m (单个) 。 (5) 测温孔9个, 深度为3.0m, 设置于终孔间距较大的位置。

3.3.2 需冷量和冷冻机选型

冻结需冷量按下式计算:

式中, H为冻结总长度, 329.5m;d为冻结管直径, 89mm;K为冻结管散热系数, 取1046.7k J/hm2 (250kcal/hm2) 。

由此得到单个冻结站的需冷量为1262.7388k J/h (301.6kcal/h) 。据此, 选用W-YSLGF300Ⅱ型螺杆机组1台套 (额定制冷量3809.988k J/h (910 kcal/h) 、功率为110k W) , 满足要求。

3.3.3 冻结系统辅助设备

本工程冻结系统相应的辅助设备见表1。

3.3.4 管型选择

各种管型均采用无缝钢管, 尺寸和连接方式如表2所示。

3.3.5 用电负荷

冻结期间总用电负荷约213k W/h (见表3) 。冷冻施工时另配备盾构施工用备用发电机组, 以应对停电的发生。

4 冻结加固施工工艺

4.1 水平冻结孔施工

4.1.1 钻孔施工

钻孔施工包括6个步骤, 工序如下:定位开孔→孔口管安装→密封装置安装→钻孔→测量→打压试验。

1) 定位开孔及孔口管安装

根据设计在槽壁上标出孔位, 用配有金刚石钻头取芯装置的开孔器按设计角度开孔 (孔径150mm为宜) , 当开到深度1 000mm时停止150mm孔的取芯钻进。安装孔口管方法如下: (1) 凿平孔口, 安装膨胀螺丝; (2) 在孔口管的鱼鳞扣上缠绕麻丝、涂抹密封材料; (3) 安装孔口管, 用膨胀螺丝连接固定后, 安装闸阀; (4) 在墙体上用开孔器从闸阀内开孔 (如地层内的水砂流量大, 及时封闭闸阀) 。

2) 密封装置安装

密封垫片定位准确后, 将孔口装置固定在闸阀上。

3) 冻结孔施工

按照设计位置, 调整钻机方位角和俯仰角后将旁通阀和密封装置安装在孔口上。先采用无泥浆钻进法进行冻结孔的钻设;当钻进缓慢时, 打开孔口装置上旁通阀门, 改用泥浆法钻进。

4) 测斜

利用经纬仪结合灯光测定冻结孔的倾斜率, 偏斜控制在150mm以内从而避免内偏, 为提高冻结效果, 最大终孔间距要小于1.5m。

5) 密封试验

通过注水试验检查冻结管的密封性, 注水压力控制在0.8MPa左右。合格标准:注水后30min压力变化小于50k Pa, 30~45min压力稳定无变化。

4.2 冻结施工

4.2.1 准备工作

1) 冻结站布置与设备安装

根据总体设计和施工图要求, 按照先设备后管路的顺序安装冻结站的相应设备, 其中, 3大循环系统应分别进行安装, 并按《井巷工程施工及验收规范》 (GBJ213—90) 要求试压、检查验收。

2) 管路、保温及相关测试仪表

盐水和冷却水管路用法兰连接, 固定于管架上, 其中盐水管路要远离, 避免浸水和高低起伏。用高压胶管连接集配液圈与冻结管 (每1~2个间隔串联) , 以每组冻结孔总长度相近或每路盐水循环阻力接近为原则;用2个控制冻结器盐水流量的阀门连接配液圈与冻结器。在冷冻机进出水管、去回路盐水管、分别安装温度计、压力表、温度传感器和控制阀门;在盐水管出口、盐水箱上分别安装流量计、液面传感器;在去路盐水干管、盐水管管路高出分别安装单向阀和气压调节阀。必要时, 在低温气体经过的相应管道和设备上覆盖保温材料。

3) 机组充氟加油

完成制冷系统的检漏和氮气冲洗, 确保系统无渗漏后再充氟加油。先在设有过滤网的盐水箱内注入少量清水 (约占箱体体积的1/5~1/4) , 随后启动水泵, 逐步加入配置设计盐水浓度的固体氯化钙。特别注意, 盐水箱内的盐水要避免因高于箱口冻结管导致盐水回流时溢出盐水箱。

4.2.2 正式冻结与终止冻结

1) 试运转与积极冻结

在试运转时, 通过调节并记录状态参数, 如压力、温度、制冷量等, 使机组的运行参数达到有关工艺规程和设计要求;同时, 适时监测盐水温度、流量和孔壁冻土扩展深度及速率, 并依此为依据, 调整冻结系统的运行参数, 使冻结进程满足设计和进度要求。在正式冻结阶段, 定期检测测温孔温度, 并依此估算冻结壁的扩展速度、厚度和冻结壁达到设计厚度时间。

2) 探孔与停止冻结

通过测温孔确定冻结帷幕交圈、冻结壁与槽壁完全胶结, 并达到设计强度、厚度后, 探孔观测无水、泥砂流出, 且孔内温度在0℃以下已结冰, 经过验收合格后方可破槽壁盾构机始发, 在始发前拔出洞圈内冻结管。

4.3 拔管

当盾构靠近洞门后, 利用冻结器里的热盐水循环, 使冻结管周围的冻土融化厚度达到5~8cm时开始拔管。

1) 盐水加热:用足够数量的电热丝加热进行盐水箱内的盐水, 温度控制在50~80℃为宜

2) 盐水循环:用盐水泵循环盐水, 边循环边试拔。拔管过程中, 对冻结管的热循环应适量, 防止冻结壁过度融化造成周边沉降。

3) 冻结管拔起0.5m左右时, 停止循环热盐水, 用空压机压风将管内盐水排出。拔管时要常转动冻结管, 如拔不动时, 要继续循环热盐水解冻, 直至拔起冻结管。当裂缝数量较多时, 可用局部钢筋网外抹水泥砂浆加固 (见图1) 。

4.4 槽壁凿除

通常冻结15d后便可开始部分破除槽壁, 在此过程中, 要及时封堵渗水点, 防水土流失, 影响冻土墙交圈。破壁宜分层剥离 (分2~3层) , 槽壁保留厚度不小于300mm, 并保留外排钢筋, 以保护冻土墙。槽壁破除时应在下部冷冻管上方搭设钢板以及安装防坠网, 避免大块混凝土块砸裂或砸坏冷冻管, 引起盐水流失。

在槽壁混凝土全部清除后, 盾构靠上洞门, 刀盘鼻尖与冻土表面宜保持20cm以上的距离, 防止因刀盘对土体的挤压造成拔管困难。盾构机穿越冻结区时, 停留时间尽量短, 在拼装管片及发生故障时, 每隔10~15min将刀盘转动3~5min, 避免冻结卡盘现象。

4.5 关键控制措施

4.5.1 土层冻胀控制

冻结施工中, 土层冻胀是普遍现象, 一般土层冻胀量的大小与土层力学性、周围约束条件 (冻结层深度) 、土层冻结速度、土层含水量及水分迁移的多少有关[2]。施工中为防止冻胀作用对地面产生较大影响, 可设置适量设置的泄压孔减小冻胀作用。

4.5.2 跟踪注浆控制融沉

冷冻结束后的融沉主要是冻土融化时排水固结引起[3]。冻土融化后, 土体体积要明显小于原体积, 从而出现地表沉降, 进而对地面、高压线塔、周边管线及建筑物等产生影响, 因此冻土融沉控制是施工重点。

在土体强制解冻后, 对土体进行压密注浆, 利用其对土体的抬升效应抵消融化沉降。同时, 通过采集的现场参数, 计算出相应的融沉后, 根据理论公式推算出注浆参数[4]。注浆抬升宜分三阶段进行:

1) 注浆加固注浆区底部, 形成满足设计范围、厚度, 且具有足够承载力的持力层;

2) 径向的挤密加固, 减小土体的径向变形空间, 以提高土体的稳定性;

3) 注浆抬升, 利用浆液的向上压力抬升地表。

5 结语

冻结法是处理软弱富水地层条件下盾构始段加固的有效手段。在实施过程中, 为保证盾构始发的安全, 需严格控制各关键工艺。另外, 要在结构内衬达到设计强度后才能开始冻结孔的施工及土体冻结作业;通过探孔检测试验, 确认冻结帷幕达到设计强度、厚度, 并与槽壁完全胶结后, 才能进行槽壁破除, 拔管, 并进行盾构始发施工。

摘要：应用冻结法地层加固技术原理, 结合某盾构始发井端头加固的工程实践, 提出软弱富水地层条件下盾构始发端头冻结加固方案、施工工艺及关键性控制措施。工程实践表明, 所提方案切实可行、经济合理, 可供类似工程参考。

关键词：软弱富水地层,盾构始发,冻结加固,施工工艺

参考文献

[1]杨太华.越江隧道工程大型泥水盾构进出洞施工关键技术[J].现代隧道技术, 2005 (2) :6-7.

[2]杨永新, 王保文, 岳丰田, 等.大直径盾构出洞冻结法技术研究[J].施工技术, 2006 (11) :67-70.

[3]英旭, 蒋岳成, 李曦.杯型水平冻结工法在盾构进洞施工中的应用[J]中国市政工程, 2006 (2) :52-55.