盾构进出洞地基加固

第一章盾构进、出洞地基加固方法概述
一、盾构进、出洞地基加固土层描述
盾构进、出洞地基加固是指天然地层土不能满足工程施工需要而必须采取工程措施加以改良的一种工程技术，其目的利用各种工艺方法对地基土进行加固，用以提高地基的抗剪切强度，降低地基的压缩性同，改善地基的透水特性，改善地基的动力特性和改善特殊土的不良地基特性以确保盾构过出洞的安全性，降低盾构隧道施工的风险。

上海地区与城市建设直接有关的是上部70m左右的土层，自上而下分为三个压缩层，其主要特点如下：
表层人工填土下面，在不少地区有各种大、深度不同的暗浜，浜土大多是呈流塑状态的黑色淤泥，有臭味。

这种暗浜在市政地下工程与上部建筑施工前需认真勘测清楚并采用地基加固或其他方式来进行处理。

在大致20m深度范围内普通分布有层厚不同的淤泥质粘土层，这层土的塑性指数1p为20左右，液限W1＝40～50％，塑限W P=20~25%,r＝17～17.5KN/m3,孔隙比常大于1.3压缩系数a0.1～0.2在1MPa-1左右，不排水抗剪强度Su＝10～30KPa，灵敏度为3～5。

这层土的强度低、变形大，常造成工程的地基整体稳定性不够，产生过大的沉降或不均匀沉降上海地区的地基加固大都是针对这层土而进行的。

在大致35m深度范围内的淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土层中普遍夹有薄层粉砂或厚度不等的粉砂层，使上海地区土层的水平渗透系数比垂直向大二个数量级。

这个特点使其在暴露状态容易产生不同程度的流砂现象，也使得上海的粘性土层中进行井点降水成为可能。

其土层描述以及物理特征详见表1-01和表1-02。

上海地区土层描述
二、地基加固方法选择的因素
盾构进、出洞地基加固的核心是处理方法的正确选择与实施。

而对某一工程来讲，在选择处理方法时需要综合考虑各种影响因素，如地基土的类别、加固深度、周围环境条件、材料来源、施工工基、施工队伍技术素质与施工技术条件、设备状况和经济指标等。

对地基条件复杂、需要应用多种处理方法的重大项目还要详细调查施工区内地形及地质成因、地基成层状况、软弱土层厚度、不均匀性和分布范围、持力层位置及状况、地下水情况及地基土的物理和力学性质；施工中需考虑对场地及邻近建筑物可能产生的影响、占地大小、工期及用料等。

只有综合分析上述因素，坚持技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的原则拟定处理方案，才能获得最佳的处理效果。

三、盾构进、出洞常规地基加固方法
盾构进、出洞地基加固是隧道施工中不可缺少的一个组成部分，特别是在软土地铁隧道施工中，其选择加固的工艺和加固质量的好坏都关系着盾构进、出洞的安全。

只有洞门处土体能稳定自立相当长一段时间后，可安全拆除封门，盾构即可进出洞，但在施工时必须对加固处理后的土体实际性能作检测，确认其达到施工中所规定的要求，方可拆洞口土封门。

当前常用的土体稳定技术有井点降水法、高压旋喷桩、深层搅拌桩、灌浆法、冻结法有及SMW工法等。

本次交树根桩工法也收编至本典章，由于其不适合盾构进、出洞地基加固，但作为一种较为简单的围护以及托换工艺应用较广，因此在此也作为一个章节供各位相关人士参考。

工法详细情况表表1-03
四、地基处理工程的施工管理和环境保护
（1）施工管理
盾构进、出洞地基处理工程与其它建筑工程不同，一方面，大部分地基处理方法的加固效果并不是施工结束后就能全部发挥和体现，一般须经过一段时间才能逐步体现；另一方面，每一项地基处理工程都有它的特殊性，同一种方法在不同地区应用其施工工艺也不尽相同，对每一个具体的工程往往有些特殊的要求，此外地基处理大多是隐蔽工程，很难直接检验其施工质量。

因此，必须在施工中和施工后加强管理和检验。

应注意的是，有时虽然采取了较好的地处理方案，但由于施工管0善，也会失去采用良好处理方案的优越性。

地基处理技术的施工要尽量提早安排，因为地基加固后的强度提高往往需要有一定的时间，随着时间的延长，强度还会增长，变形模量也会提高，通过调整施工速度，以确保地基的稳定性和安全度。

（2）环境保护
随着社会的发展，环境污染问题日益严重，公民的环境保护意识也逐步提高，在地基处理设计和施工中一定要注意保护环境，处理好地基处理与环境保护的关系。

常见的与地基处理方法有关的环境污染主要是噪声、地下水质污染、地面位移、振动、大气污染以及施工场地泥浆污水排放等。

在地基处理施工中就根据施工现场条件，合理安排施工工艺，以减少甚至消除对周围环境的不良影响。

五、地基处理技术的发展
自20世纪90年代以后以来。

在轨道交通建设中遇到需要进行加固的不良地基也越来越多，对地基提出了愈来愈高的要求，地基处理已成为盾构进、出洞必不可少的手段。

各种地基处理技术也得了飞速发展，其最新发展反映在地基处理技术的普及与提高，施工队伍的状大，地基处理机械、设计计算理论、施工工艺、现场检测技术以及地基处理新方法的不断发展和多种地基处理方法综合应用等各个方面。

（1）地基处理技术的普及与提高
对各种地基处理方法的适用性和优缺点都有了进一步的认识，因地制宜地选用技术先进、质量保证、经济合理的地基处理方案。

同时，引进和发展了多种地基处理新技术。

（2）地基处理队伍不断状大
从事地基处理施工的专业队伍不断增加，从事地基处理机械生产的企业也不断发展。

从科研、设计到施工、检测几个环节的专业技术队伍已经形成，并发展状大。

（3）地基处理能力的提高
一方面，已有的地基处理技术本身有了较大提高，加固理论有了较大发展；另一方面施工机械的开发也得到进一步发展，如深层搅拌机由单轴、双轴发展到三轴式深层搅拌机，由陆域搅拌机发展到深层水泥拌和般，由竖向搅拌机械发展到搅拌斜桩的机械，加固深度得到了大大提高。

高压旋喷出现了不少新的高压旋喷设备和水平旋喷机械，提高了喷射压力，增加了对地层的冲切搅拌能力。

振冲器的生产也已走向系列化、标准化。

（4）地基处理理论的发展
复合地基理论得到迅速发展，逐步形成复合地基承载力和沉降计算理论。

除复合地基理论处，在探讨地加固机理、改进施工机械和施工工艺、发展检测手段、提高处理效果、改进设计方法等方面，每一种地基处理方法都取得了不少进展。

除了针对一类或单项地基处理方法的理论得到发展外，对一些共同性规律研究也取得了不少成果。

如：地基处理方法选用的人工智能辅助系统、地基处理方法选用多因素分析法等。

（5）地基处理检测的发展
地基处理的检测日益得到人们的重视。

在地基处理施工过程中和施工后进行监测，用以指导施工、检查处理效果、检验设计参数。

检测手段愈来愈多，检测精度日益提高。

地基处理逐步实行信息化施工，有效地保证了施工质量，取得了较好的经济效益。

六、地基处理发展中存在的问题
二十多年来，我国地基处理技术得到很大发展，但还存在着下述几个方面的问题：
（1）选用的处理方法不合理和不优化
我国目前的设计体制使一个本应是统一的过程被人为分割，很多环节相互脱节，在合理选用地基处理方法时由于受经济与人为因素的影响，有时存在着一定的盲目性和随意性。

（2）不能正确评价每种地基处理方法的适用性
每一项地基处理工程都有它的特殊性，同一种方法在不同地区应用，基施工工艺也不尽相同，具体的工程也往往有特殊的要求。

由于不能正确评价每种地基处理方法的适用性，由此导致地基处理失败的例子屡见不鲜。

（3）施工单位素质差影响地基加固质量
由于地基处理大多是隐蔽工程，很难直接检验其施工质量，其效果在一定程度上取决于施工队伍的素质。

由于地基处理施工队伍的快带膨胀，大多数施工队伍缺乏必要的技术培训，缺乏熟练的技术工人，再加上管理水平的限制，难以形成熟练的专业化施工队伍。

（4）施工机械简陋影响地基处理水平和质量
我国地基处理施工机械发展虽然很快，许多也已形成系列化产品，但应看到与我国工程建设需要相比较，差距还很大。

施工机械的自动化程度较低，“信息化”施工的实现还有待进一步努力。

（5）市场的混乱影响地基处理的施工质量
由于施工行业相互竞争和业主片面追求低价甚至超低价，造成施工收费远远低于定额标准，施工单位在激烈竞争中常以低价中标，往往无法保证施
工质量，偷工减料现象严重，施工中的技术含量越来越低，施工管理水平差，施工机械设备简陋、自动化程度代，严重影响地基处理的进一步发展。

（6）地基处理理论落后于实践
对地基处理各种工法及一般理论缺乏深入、系统的研究，影响地基处理技术的发展。

（7）不少工法缺乏完善的质量检测手段
不少工法缺乏完善的检测手段，对加固状况无法通过有效手段检测，使加固效果和施工质量带有很大的盲目性，从而对地基处理的理论研究也带来极大的影响。

第二篇深层搅拌桩施工工艺
深层搅拌桩是软土地基加固，尤其是盾构Array进、出洞地基加固和深基坑开挖侧向支护常用
的方法之一。

早在70年代日期首创用在钢铁厂
港口码头岸壁、高速公路等工程。

我国自1977
年开始试验研制和试用，后于1980年由冶金部
主持通过部级技术鉴定，推广应用于地基加固工
程。

目前该施工技术已在深基坑开挖作为挡土、
防水、保护临近建筑物等方面得到广泛应用，取
得了良好的技术效益和社会效益。

深层搅拌机械根据搅拌轴数分为单轴和多轴深层搅拌桩机。

其各种型号深
层搅拌机技术参数及附属设备参见表2-01和表2-02。

无论单轴琮是多轴深层搅
拌机械其施工原理和工艺一致，国产水泥土搅拌机的搅拌头大都采用双层（或
多层）十字杆形或叶片螺旋形，本章节主要针对该施工工艺进行阐述。

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-. 深层搅拌机械技术参数汇总表（1）
.
深层搅拌机械技术参数汇总表（2）
一、特点
（1）加固深度一般不超过15m。

（2）水泥材料所占比例相对较大。

（3）搅拌和喷浆工艺有待改善，须配套有效地监控系统。

（4）施工中无振动、无噪音、无污染，对周围建筑物和地下管线影响小。

（5）施工机具简单，操作方便，造价低，为文明施工创造了较好条件，尤其在施工场地较小的地方，采用更为合理。

二、适用范围
（1）软土地基加固，包括盾构进、出洞地基加固。

（2）侧向挡土支护结构，而且对临近建筑物等有良好的保护作用。

隔水、防流砂的帷幕工程。

三、工艺原理
利用深层搅拌机械，用水泥等材料作为固化剂与地基土进行原位的强制粉碎拌和，在产生的一系列物理-化学瓜后软土硬结成具有整体性、稳定性和一定的水泥加固土，从而提高地基强度的增大变形模量。

基计算理论按重力坝式刚性挡土墙计算，同时按刚性计算挡土墙计算方法验算变形。

四、施工流程
施工工艺流程见图2-02和图2-03。

图2-02施工工艺流程图
施工现场应进行平整、碾压或夯实，以保证桩机定位移动，钻孔垂直。

（1
）深层搅拌机就位。

（2）搅拌下沉：启动电动机，根据土质情况按计算速率，放松卷扬机使搅拌头自上而下切土拌和下沉，直到设计深度。

（3）注浆搅拌提升：待水泥浆到达搅拌头后，按计算要求的速度提升搅拌头，边注浆、边搅拌、边提升，使水泥浆和原地基土充分拌和，直到提升到桩机设计标高后再关闭泵。

（4）重复搅拌下沉：再次将搅拌机边搅拌边下沉至设计标高。

（5）重复提升（不注浆）：边搅拌边提升至自然地面，关闭搅拌机即完成1根桩的成桩。

五、施工要点：
（1）开机前必须探明和清除一切地下障碍物，须回填土的部位，必须分批回填夯实，以确保桩的质量。

（2）桩机行驶路轨和轨枕不得下沉，桩机垂直偏差不大于1%，桩位布置偏差不得大于50mm，见图2-04。

（3）水泥宜采用42.5＃普通硅酸盐水泥，水泥掺入比宜选用8%～16%范围，
图2－03 深层搅拌工法施工流程
水灰比一般选用0.45～0.5，根据不同地质情况和工期要求可掺加不同类型外加剂。

（4）桩机预搅下沉应根据原土情况，保证充分破碎原状土的结构，使之利于同水泥浆均匀拌和使之表面密实、平整。

（5）施工前应确定搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间的起吊设备提升速度等施工参数，宜用流量泵控制输浆速度，使注浆泵出口压力保持在0.4～0.6MPa，并应使搅拌提升速度与输浆速度同步，防止出现夹心层或断浆情况，提升速度基本控制在2.5～3min/m。

（6）根据实际施工经验，在施工到顶端0.3～0.5m范围时，由于上覆压力较小，搅拌质量较差，因此，施工时根据需要多施工0.3～0.5m。

（7）施工时如因故停浆，宜浆搅拌机下沉至停浆点以下0.5m处，待恢复供浆时再喷浆提升。

若停机超过三小时，为防止浆液硬结堵管，宜先拆卸输浆管，妥为清洗。

（8）桩与桩须搭接的工程应注意下列事项。

●桩与桩搭接时间不应大于24h。

●如超过24h，应在第二根桩施工时增加注浆量，可增加20%，同时减慢
提升速度。

●如相隔时间太长，第二根桩无法搭接，应在设计认可下采取局部补桩或
注浆措施。

（9）采用标准水箱，严格控制水灰比，水泥浆搅拌时间不小于2～3min，滤浆后倒入集料池中，随后不断的搅拌，防止水泥离析，压浆应连续进行，不可中断。

六、质量标准及其监控
该工艺标准按现行的国家标准、《地基与基础工程施工及验收规范》（GBJ202-83）及上海市的标准《上海市地基与基础设计规范》（DBJ08-11-99）、《上海市地基处理技术规范》（DBJ08-40-94）以及本公司的质量手册、程序文件等有关规定进行施工和验收，以市或区质检验部门检验结果为准。

还应着重注意以下几点：
（1）搅拌头翼片的枚数、宽度、与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度应相互匹配，以确保加固深度范围内土体的任何一点均能经过20次以上的搅拌。

（2）成桩垂直度偏差不超过1%。

（3）喷浆量及搅拌深度除人工记录外还必须采用国家计量部门认证的监测仪器进行记录。

（4）桩与桩的搭接长度不得小于设计及规范要求长度。

（5）村顶标高和桩深应满足设计要求。

（6）成桩后试块强度不得小于设计要求值。

（7）如加固效果未达到或满足出洞要求，应要求立即进行补加固。

补加固强度达到设计要求，满足盾构出洞要求。

七、机具设备
施工机具设备详见表2-03。

施工机具设备表表2-03
八、安全和环境
（1）组装拆卸桩架及桩架转向、移位，遇六级以上大风时必须设好缆风绳等加强稳定的措施。

（2）电动机械及照明灯具，必须有良好的安全保护罩和接地装置，桩架设好避雷措施。

（3）经常检查各传动、升降、电器系统以及吊臂、吊绳、吊钩等关键部位的安全性、牢固性。

（4）经常清洗钻机平台，擦洗各类设备，保证设备清洁、干净，提高整体形象。

九、常见问题和处理方法
常见问题和处理方法以详见表2-04
常见问题和处理方法表
表2-04
十、施工过程控制表式
1.初搅成孔施工记录表
2.水泥土深层搅拌桩供灰记录表
3.水泥土深层搅拌桩施工记录表
初搅成孔施工记录表
表2-05 工程名称：施工单位：年月日
施工负责人：质量员：记录：
水泥土深层搅拌桩供灰记录表
工程名称：施工单位：日期：年月日
施工负责人：质量员：记录：
水泥土深层搅拌桩施工记录表表2-07钻机型号：钻机转速：水泥标号及批号：气温：
工程名称：施工单位：日期：年月日
施工负责人：质量员：记录：
第三篇高压旋喷施工工艺
高压旋喷法20世纪60年代后期创始于日期日本，目前其基本工艺
有单管法、二重管法、三重管法和多
重管法等四种方法。

它在地基加
固、提高地基承载力、改善土质
进行护壁、挡土、隔水等方面起
到了很好的作用。

一、特点
（1）高压旋喷桩法既可指定加固某一
深度的土层，又可调节钻杆年度下达到
深层土体中加固土体。

（2）
可以克服渗透系数很小的细颗粒土层中无法进行灌注浆液的土
体加固，并且浆液灌注均匀，范围可调节控制。

（3）在上方公用管线间距狭小或构筑物仅有小狭缝的场合，可进行
加固土体，不需要搬迁公用管线及拆除构筑物。

（4）使用方便，移动灵活。

既可形成单排桩体，又可形成多排桩体，
桩径可适当调节。

（5）对排出泥浆可回收利用，改善施工环境，节省外运费用。

二、适用范围
适用于处理软土地区的淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、人
工填土等土类。

该工艺可应用于：
（1）作为基础承重桩。

（2）用于基坑防渗、挡土支护和坑底加固。

（3）建造地下和防渗帷幕。

（4）对既有建构物进行地基的托换加固。

（5）配合盾构等管道施工，如盾构进出洞地基加固。

三、工艺原理
它是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20～40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土堆栈，同时钻杆以一定速度逐渐向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，经一系列物理化学作用待浆液凝固后，在土中形成一个固结体，其渗透系数一般为1×10-7cm/s。

工程上就是利用旋喷后的加固体具有一定强度且渗透系数小而主
图3-01 高压旋喷施工工艺
要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善土的变形性质，也可组成闭会的帷幕，用于截阻地下水流和治理流砂。

旋喷法施工后，在地基中形成的圆柱体，称为旋喷桩。

下面就常见的几种工艺按类型叙述：
（1）单管法：单管旋喷注浆法是利用钻机把安装在注浆管（单管）
底部侧面的特殊喷嘴置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置，以
20MPa左右的压力，把浆液比喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，使浆液从
从土体上崩落下来的土搅拌混合，经过一定时间凝固，便在土中形成一
定形状的固结体。

这种方法日本成为CCP工法。

（2）二重管法：使用双通道的二重注浆管。

当二重注浆管钻进到土
层的预定深度后，通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴，同时喷射出
高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体。

即以高压泥浆泵等高
压发生装置喷射出20MPa左右压力的浆液，从内喷嘴中调整喷出，并用
0.7MPa左右压力把压缩空气从外喷嘴中喷出。

在高压浆液和它外圈环绕
气流的共同作用下破坏土体的能量显著增大，最后在土中形成圈套的固
结体。

固结体的范围明显增加。

这种方法日本成为JSG工法。

（3）三重管法：使用分别输送水、气、浆三种介质的三重注浆管。

在以高压泵等高压发生装置产生20～30MPa左右的高压水喷射流的周围，环绕一股0.5～0.7MPa左右的圆筒状气流，进行高压水喷射流和气流同轴喷射的周围，形成较大空隙，再另由泥浆泵注入压力为0.5～3MPa的浆液填充，喷嘴做旋转和提升运动，最后便在土中凝固为较大的固结体。

这种方法日本为CJP 工法。

（4）多重管法：这种方法首先需要在地面钻一个导孔，然后置入多重管，用逐渐向下运动的旋转超高压力水射流（压力约为40MPa），切削破坏四周的土体，经高压水冲击下来的土和石成为泥浆后，立即用真空泵从多重管中抽出。

如此反复地冲和抽，便在地层中形成一个较大地空间。

装在喷嘴附近地超声波传感器及时测出窨地直径和形状，最后根据工程地要求选用浆液、砂浆、砾石等材料进行填充。

于是在地层中形成一个大直径地柱状固结体，在砂性土中最大直径可达4m。

这种方法日本称为SSS-MAN工法。

四、施工流程
以下为常用的二重管法和三重管法的施工工艺流程图
图3-02高压旋喷桩施工流程
（1）定孔位：根据给定基准点测量放线，定出设计孔位，用木桩做记号。

（2）铺设钻机平台：定出孔位后，沿孔位线用木板铺设钻机工作平台，
上加轻轨，以便钻进导孔和旋喷。

（3）钻导孔：主要是的指需要钻孔后才能安放注浆管的，若直接打入或
沉下注浆管就不必钻孔。

导孔垂直度控制在1％以内（用水平尺调平），
孔位误差小于5cm，钻至设计深度。

（4）下旋喷管：导孔钻进完成后，移走导孔钻机，插入旋喷管射水成孔
至设计深度。

插管务必在钻孔后立即进行，不宜间隔时间太长。

（5）喷射成桩：旋喷管下孔底后，依次开动压风机（或和高压水泵）、
泥浆泵，旋喷机按设计值开始旋转，在各泵压达到设计值并在孔口返出
泥浆后，开始按设计值提升钻具，提升到设计桩顶标高以上0.5m，完成
旋喷，提出钻具移到下一孔位。

（6）回灌：浆液在凝固时析出清水，桩顶回落，桩顶达不到设计标高，
除了在施工时多施喷0.5m外，施工24小时以后必须对旋喷桩用返浆（必
要时用较浓纯水泥浆）进行回灌，以充填回落部分，保证桩体质量和长
度。

（7）机具清理：务必冲洗注浆管。

全部完毕或阶段性停顿时，要对拌浆、
注浆设备作清理。

五、施工要点
（1）桩体直径的确定
桩体直径大小要取决于下列因素：土的类别及其密实程度、高压喷射注浆方法（注浆管的类型）、喷射技术参数（喷射压力及流量、喷嘴直径与个数、压缩空气的压力、流量与喷嘴间隙、注浆管的提升速度与旋转速度）。

在无试验资料的情况下，盾构进出洞加中根据经验选用表3-01数值（特殊重要工程需另定）：
经验数值表表3-01
（2）其它施工参数见表3-02（此处仅列出上海地区二重管施工参数，
其它工艺参数与之区别详见“三、工艺原理”）。