盾构施工端头易发事故与加固技术

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盾构施⼯端头易发事故与加固技术
2019-08-01
摘要:盾构法隧道施⼯中,隧道端头是盾构机始发和到达事故频发地段。

端头加固是否成功,是否满⾜强度和稳定性要求,将直接关系着盾构机能否顺利完⼯,因此必须加强端头加固控制。

本⽂分析了盾构施⼯端头易发事故,介绍了已经加固技术,并探讨了加固技术在盾构端头施⼯中的应⽤。

关键词:盾构;端头;加固
⼀、盾构施⼯端头易发事故
盾构始发和到达洞门破除后,端头⼟体暴露,端头地层受⼒平衡状态被破坏,⼟体结构、作⽤荷载和应⼒发⽣了变化,端头⼟体有可能发⽣潜在滑移破坏。

盾构机始发、到达⾯临的风险有:加固体失稳、洞门涌⽔涌砂、地⾯坍塌、建筑物及管线损坏等,在诸多风险中加固体失稳、洞门涌⽔涌砂是主要风险,往往发⽣这两中情况会引起地⾯坍塌、建筑物及管线损坏等次⽣风险。

因此盾构机始发、到达中加固体质量的好坏直接影响盾构机能否顺利始发、到达。

⼆、盾构施⼯端头加固技术
(⼀)⾼压旋喷法
⾼压旋喷法加固法适⽤砂层、淤泥、淤泥质⼟、流塑、软塑或可塑粘性⼟、粉⼟等地层,但在砂砾层和粘着⼒⼤的粘⼟中成桩效果较差。

对于地下⽔流速过⼤的地层,⽆填充物的岩溶地段永冻⼟和对⽔泥有严重腐蚀的⼟质加固效果差,另外施⼯深度⼤于25m时,因桩位垂直度⽆法保证造成加固效果较差。

(⼆)深层搅拌桩法
深层搅拌桩是是利⽤钻搅设备将地基⼟与⽔泥、⽯灰等固化剂搅拌均匀,使地基⼟与固化剂之间产⽣⼀系列物理―化学反应,硬凝成具有整体性、⽔稳定性和⼀定强度的优质地基。

该加固⽅法主要适⽤适⽤于饱和软黏⼟、淤泥质亚黏⼟、新填⼟、沼泽地带炭⼟、沉积粉⼟等⼟层的地层加固,特别是淤泥类⼟,加固效果显著。

在砂层中加固效果差。

(三)素混凝⼟墙法
素混凝⼟墙加固法是通过在围护结构和衬砌外侧浇注素混凝⼟墙,⽤来维持围护结构端头墙破除洞门后的⼟层平衡,保证端头地层上体的稳定。

素混凝⼟墙⾃⾝强度⾼,能承受来⾃振动产⽣的较⼤⽔⼟压⼒,有效解决了旋喷桩加固法在卵⽯层加固时遇到的问题。

(四)冻结加固法
冻结加固法适⽤于各种地层,特别是地下管线分布密集、施⼯条件困难的地段,可与其它加固法平⾏作业,有效缩短施⼯⼯期。

其原理是利⽤⼈⼯制冷,将低温冷媒送⼊地层,将开挖体周围地层封冻来抵抗地压并隔绝地下⽔。

(五)注浆加固法
注浆加固可以从洞门处钻孔插⼊地层,然后把浆液在⼀定压⼒条件下较均匀地压⼊地层,浆液能将⼟体填充密实,从⽽提⾼⼟体强度。

注浆形式多种多样,其中袖阀管注浆是⼀种只能向管外出浆,不能向管内返浆的注浆⽅式。

灌浆时,压⼒将塑料阀管⼩孔外的橡⽪套冲开,浆液进⼊地层,如管外压⼒⼤于管内时,⼩孔外的橡⽪套⾃动闭合。

袖阀管注浆⼯艺以其独具的特点不仅可以满⾜现场的可操作性,还能较好地保证注浆效果:(1)注浆深度⼤、可注性好;(2)可分段注浆,从⽽解决不同地层吸浆能⼒不同的问题;(3)可根据需要进⾏重复注浆;(4)注浆过程中发⽣冒浆和串浆的可能性⼩;(5)钻孔、注浆可平⾏作业,有利于提⾼⼯作效率。

三、盾构施⼯端头加固技术应⽤
结合当前国内地铁建设规模较⼤城市的典型地质状况,与实例对实施的端头加固⽅案进⾏阐述。

(⼀)案例⼀
⼴州地铁3号线汉溪站~市桥站盾构区间。

主要地质条件描述:珠江三⾓洲平原,地层由元古界震旦系,中⽣界侏罗系组成,上覆第四系。

始发端地质条件从上到下依次为:(1)⼈⼯填⼟层(Q4ml)〈1〉以填⼟为主,局部杂填⼟,部分填⼟下部为耕植⼟。

素填⼟为⼈⼯堆积的粘性⼟,局部砂⼟;平均厚1.48m,标准值N=6.9击。

(2)冲洪积上层(Qal+PL)、〈4-1〉以粉质粘⼟,粘⼟及粉⼟为主,局部夹粉细砂薄层,标准值N=10.6击。

(3)河湖相淤泥质⼟层(Q3al),<4-2>淤泥质⼟(淤泥),流~软塑状,局部含粉细砂层,含较多腐植质,标准值N=1.5击。

(4)混合岩硬塑状残积⼟(Qel)〈5Z-2〉砂质粘性⼟。

厚度10~12m。

标准值N=20.5击。

(5)混合岩全风化带(Z)<6z-2>混合岩剧烈风化成。

标准值N=38.8击。

采⽤的端头加固⽅案:该始发端头主要采⽤⽔泥搅拌桩对端头⼟质进⾏置换、固结。

由于埋深较浅,隧道上部采⽤⽔泥搅拌桩进⾏全部置换、固结。

洞门采⽤700mm厚C10素混凝⼟封堵。

进洞⽅向左侧11⽶处有⼀排洪渠,常年有⽔,加固范围按照有
⽔地层处理。

(⼆)案例⼆
某地铁盾构区间⼯程位于⼴州北部岩溶发育地区,溶(⼟)洞发育,地下⽔丰富,上覆深厚砂层,线路区间从A车站始发,沿花都区重要⼲道,穿越河流、⾼速公路路基后到达B车站。

经综合⽐选,采⽤两台泥⽔平衡盾构机进⾏施⼯。

为了确保盾构始发(到达)的安全,需对相应端头进⾏加固处理。

该⼯程位于⼴花盆地,地貌上属于河流冲击洪积平原,地势平坦。

岩⼟⼯程勘察报告显⽰:该场地主要为⼈⼯填⼟层,厚度2.2~3.2m;冲积~洪积砂层,厚度5.5~17.0m,分别为粉细砂层<3-1>、中粗砂层<3-2>及砾砂层<3-3>;冲积~洪积⼟层,厚度为3.0~4.3m,主要为:流塑~软塑状冲积~洪积粘性⼟层<4N-1>,可塑状冲积~洪积粘性⼟层<4N-2>;残积⼟层<5>,厚度1.55~5.7m,泥灰岩、炭质灰岩微风化带<9C-1>,厚度为0.80~13.50m,⽯灰岩微风化带<9C-2>,厚度0.10~40.60m;下覆基岩主要为⽯炭系岩层。

岩溶主要发育在⽯炭系⽯灰岩中。

盾构始发(到达)端头加固范围内均揭露有溶洞,共5个,⾼度分别是1.0m~2.8m不等。

由于地质条件较为复杂,为保证盾构始发(到达)安全,经综合⽐选,选⽤外包素砼连续墙+双管旋喷桩+降⽔井的⽅式,进⾏全断⾯加固法处理。

即:加固范围为车站端头外10m,左右线隧道中⼼线外扩5m,外包600mm厚的素砼连续墙,并从地⾯施⼯⾄隧道底下3m,连续墙包围内设置Φ800mm的双管旋喷桩,桩间间距650mm,咬合150mm,旋喷桩加固深度从盾构隧道结构顶砂层以上0.5m到进⼊微风化岩0.5m。

(三)案例三
南京地铁某⼯地盾构始发端头隧道拱顶埋深约9.7⽶,洞门断⾯内的主要地层为②-1d2-3层稍密~中密状粉砂层,地下⽔主要为孔隙潜⽔,地下⽔稳定⽔位埋深0.8m-3.94m。

根据盾构始发端的地质及⽔⽂情况,该⼯程盾构始发及到达端头加固采⽤三轴搅拌桩+旋喷桩的加固措施。

洞门外地基采⽤∮800@600×600三轴搅拌桩加固,同时在端头加固体两侧各设置2⼝降⽔井,共设置6⼝降⽔井。

加固完成后为了进⼀步检查端头加固的情况,在距洞门上部打设了三处⽔平探孔,⽔平探孔内出现流砂情况,证明端头加固效果达不到设计要求。

后采取了以及措施进⾏补救:
1、对端头薄弱区域进⾏⼆次加固
因端头旋喷桩加固质量不理想,在原有旋喷桩的区域内施做⼆次加固。

主要采⽤旋喷注浆加固的⽅法,孔位布置采⽤两排梅花型,孔深20⽶,孔距1⽶,排距0.5⽶。

2、增加降⽔井,加强降⽔
由于原设计⽅案设置的降⽔井数量较少,不能满⾜现场降⽔需求,所以在原有降⽔的基础上⼜增加了5⼝降⽔井,加强了降⽔效率。

采取的上述注浆加固和增加降⽔井的辅助措施,取得了良好的效果,最终盾构机顺利始发。

参考⽂献
[1]段志宏.⽔平深孔注浆在地铁盾构端头加固中的应⽤[J].铁道标准设计,2010年10期.
[2]苗⽴新,齐修东,邹超.冻结法在盾构接收端头⼟体加固中的应⽤[J].铁道⼯程学报,2011年9期.
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