论文部分内容阅读
【摘 要】当前我国各地地铁建设大规模采用盾构工法，盾构隧道里程不断增加。与此同时，盾构工程端头加固失效案例不时发生。端头加固是盾构始发、到达技术的一个重要组成部分，端头加固的成败直接影响到盾构能否安全始发、到达。而盾构始发、到达是最容易发生事故的，端头加固的失败又是造成事故多发的最主要原因。因此，加强端头加固施工控制，是保证盾构顺利施工的重要的环节。本文介绍了几种盾构施工端头加固技术，并以实际工程为例探讨了端头加固技术要点。
【关键词】盾构；端头加固；旋喷桩
一、盾构施工端头加固技术
盾构自工作井始发进入隧道地层或自隧道末端推出进入工作井，首当盾构工作井周围地层为自稳能力差、透水性强的松散砂土或饱和含水粘土时，如不对其进行加固处理，则在工作井围护结构后，必将会有大量的土体和地下水向工作井内塌陷，导致洞周大面积地表下沉，危及地下管线和附近建筑物。因此，在盾构机进出洞前必须对洞门处地层进行加固处理，即端头加固。端头加固技术种类很多，主要技术有：
（一）高压旋喷法
高压旋喷法适用砂层、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。在砂层特别是含水的砂层中成桩效果相当差。一般不采用单一的施喷桩加固方案。
（二）搅拌桩加固
软土地层常用的端头加固方法，主要适用于淤泥、粘土层和砂层，在砂层加固时深度受国产设备性能限制，处理深度一般小于15m，大于15m深度，由于钻头摇摆幅度加大，垂直度较难控制，下部易开叉，止水效果很差。一般不单独使用，与旋喷桩等工法配合使用时经济效益较好。优点是工程造价相对较低。
（三）素混凝土人工挖孔桩、素混凝土钻孔桩、素混凝土地下连续墙
适用于强度较高，旋喷桩难以施工的地层。施工时要注意做好连续墙、钻孔桩、挖孔桩上部的充填；素混凝土连续墙、钻孔桩、挖孔桩与围护结构形成离壁式的双层结构，加固体与围护结构之间的夹层需要处理，可采用旋喷桩加固将夹层的两端头封闭。
（四）注浆加固
注浆法是将某些能固化的浆液注入岩土地基的裂缝或孔隙中，以改善其物理力学性质的方法。注浆法工艺种类较多，在端头加固施工中应用较多的是水平注浆加固和WSS工法（无收缩注浆工艺）。现重点介绍一种较为先进的工法——WSS工法。WSS工法适用范围广，基本可用于各种土层，尤其是含水流砂层（高压旋喷桩和搅拌桩成桩困难的地层）。水平加固深度大于6m后效果相对变差，在砂卵石层和存在大粒径漂石的地层施工较困难。
（五）SEW 工法加固
SEW工法是在盾构机需要穿过连续墙或钻孔桩的部分装入玻璃纤维材料（FFU）来代替钢筋，在盾构始发或到达时，盾构机的刀盘直接对采用FFU材料做成的围护结构进行切削，避免了洞门凿除。
该工法相对于从地面进行搅拌桩和旋喷桩加固而言，会更经济、更安全，施工进度更快；对于埋深较深的盾构法隧道更具有经济性。工期短、无污染。该工法不太适合泥水盾构始发端头加固，更适用于土压盾构和泥水盾构到达的端头加固；另，以刮刀为主的盾构不宜采用。在软弱地层中需配合其他加固技术使用。
二、盾构施工端头加固技术应用
（一）工程概况
某地铁车站站北端盾构到达端头地层加固在车站结构变形稳定，盾构到达前进行端头加固作业。端头加固采用1排三重管高压旋喷桩后接三轴搅拌桩，旋喷桩桩径800mm，咬合200mm，三轴搅拌桩桩径850mm，咬合250mm。加固长度4m，宽度为洞圈延伸3m，强加固区搅拌桩深度为洞圈向上4m，向下3m；弱加固区自洞圈上部4m至地面。
（二）高压旋喷桩
1.施工准备
施工前，必须将现场管线调查清楚，采用人工开挖探沟的方式将管线暴露，对信息安装套管并标记后进行保护，防止在施工中破坏管线。然后进行场地平整，清除施工区域的表层硬物和地下障碍物，回填素土并分层夯实，现场道路的承载力应满足桩机平稳行走的要求。
2.测量放线
根据设计提供的坐标基准点，按照设计图进行放样定位及高程引测工作，并做好永久及临时标志。为放样定线后做好测量技术复核单，提请监理进行复核验收签证。确认无误后方可进行搅拌施工。
3.安装旋喷桩机及钻机就位
安装旋喷钻机操作规程安装旋喷钻机，调试后报监理工程师验收。现场根据测量放样，移动钻机，使钻杆对准孔位中心，同时为使钻杆达到设计的垂直度，钻机就位后必须做水平校正，使钻杆轴线垂直对准孔位中心。
4.钻孔及拌制水泥浆
钻机就位后，启动钻机使钻杆旋转开始钻进，钻进时为防止泥沙堵塞钻头喷嘴，采用边喷水边钻进的方式进行钻进。同时按照设计要求拌制水泥浆。
5.搅拌提升
当钻进至设计标高后停止钻进，开始喷射水泥浆提升钻杆。钻杆提升需注意提升速度满足设计要求，如提升速度过快将出现旋喷桩不连续的现象，提升速度较慢，将产生过大的冒浆现象，浪费材料。
6.拔管移机
施工完成一根桩后，将钻杆提升出地面，清洗注浆管，以防止注浆管堵塞，移机，按照以上步骤施工下一根桩。
（二）三轴搅拌桩
1.桩机就位
钻机就位应满足图纸要求，垂直度偏差不大于1.0%（垂球法检测），为确保垂直度控制良好，在钻机四个支座处加设较大面积的钢垫箱，使钻机在钻进中保持平稳，钻进时要经常检查垂直度，如发现偏差则边钻进边调整，对于设计长度较长的水泥搅拌桩，在开始时保持较慢的钻进速度，待机身稳定后再加快钻进速度。桩的孔位置与图纸偏差不得大于50mm。 2.制备水泥浆液及浆液注入
开钻前对拌浆工作人员做好交底工作，在施工现场配备电脑计量的自动搅拌系统和散装水泥罐，以确保浆液质量的稳定。水泥浆液的水灰比为1.5～2.0，水泥掺量不小于20%，即每立方米被搅拌土体中水泥掺入量至少为360Kg（被搅拌土体密度以1800Kg/m3计）。
水泥浆配制好后，停滞时间不得超过2小时，因故搁置超过2小时以上的拌制浆液，应作废浆处理，严禁再用。搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过12小时。注浆时通过2台注浆泵2条管路同Y型接头在H口进行混合，注浆压力为1.5Mpa～2.5Mpa，注浆流量为80～120L/min/每台。
3.加固深度、标高控制
施工前根据水准基点进行标高引测，地面标高为+2.97，端头井盾构到达加固土体深约为17.8m，标高+0.97m～ -4.642为空桩部分（深度5.612m），-4.642m～-16.842m为实桩（深度12.2m），施工前先在桩机立柱上用明显的标识标清楚钻头到达实桩顶和桩底的标高位置，并控制搅拌速度及注浆流量，以保证加固喷浆的深度符合设计要求。
4.桩机垂直度控制
通过桩机井架上自带的两个正交方向上的垂直导向装置及后安装的悬挂线锤来控制，桩机移动要及时用水平尺检查桩机底盘水平，线锤下方置于半径小于3cm铁圈内，保证桩机垂直度，采取双控措施，防止垂直度偏差与平面位置偏差累积，确保成桩质量，防止桩与桩之间不满足搭接要求。
5.钻进搅拌提升
三轴水泥搅拌桩止水帷幕采用两喷两搅的施工工艺，水泥和原状土须均匀搅拌，下沉和提升过程中均为注浆搅拌，同时严格控制下沉和提升速度：下沉速度为0.5～1.0m/min，提升速度为1.0～1.5m/min，在桩底部分宜重复搅拌注浆。
另外，按照三轴搅拌桩的施工工艺，三轴搅拌机在下钻时，注浆的水泥用量占总数的70%～80%，而提升时为20%～30%。按照技术交底要求均匀、连续注入拌制好的水泥浆液，钻杆提升完毕时，设计水泥浆液全部注完。
6.桩机移位
施工完一根桩后，移动桩机至下一根桩位，重复以上步骤进行下一根桩的施工。
参考文献：
[1]张瑞芬.盾构施工中端头井加固技术[J].国防交通工程与技术，2011年1期.
[2]马世兵.盾构机始发与到达端头土体加固技术研究[J].农家科技（下旬刊），2014年2期.
【关键词】盾构；端头加固；旋喷桩
一、盾构施工端头加固技术
盾构自工作井始发进入隧道地层或自隧道末端推出进入工作井，首当盾构工作井周围地层为自稳能力差、透水性强的松散砂土或饱和含水粘土时，如不对其进行加固处理，则在工作井围护结构后，必将会有大量的土体和地下水向工作井内塌陷，导致洞周大面积地表下沉，危及地下管线和附近建筑物。因此，在盾构机进出洞前必须对洞门处地层进行加固处理，即端头加固。端头加固技术种类很多，主要技术有：
（一）高压旋喷法
高压旋喷法适用砂层、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。在砂层特别是含水的砂层中成桩效果相当差。一般不采用单一的施喷桩加固方案。
（二）搅拌桩加固
软土地层常用的端头加固方法，主要适用于淤泥、粘土层和砂层，在砂层加固时深度受国产设备性能限制，处理深度一般小于15m，大于15m深度，由于钻头摇摆幅度加大，垂直度较难控制，下部易开叉，止水效果很差。一般不单独使用，与旋喷桩等工法配合使用时经济效益较好。优点是工程造价相对较低。
（三）素混凝土人工挖孔桩、素混凝土钻孔桩、素混凝土地下连续墙
适用于强度较高，旋喷桩难以施工的地层。施工时要注意做好连续墙、钻孔桩、挖孔桩上部的充填；素混凝土连续墙、钻孔桩、挖孔桩与围护结构形成离壁式的双层结构，加固体与围护结构之间的夹层需要处理，可采用旋喷桩加固将夹层的两端头封闭。
（四）注浆加固
注浆法是将某些能固化的浆液注入岩土地基的裂缝或孔隙中，以改善其物理力学性质的方法。注浆法工艺种类较多，在端头加固施工中应用较多的是水平注浆加固和WSS工法（无收缩注浆工艺）。现重点介绍一种较为先进的工法——WSS工法。WSS工法适用范围广，基本可用于各种土层，尤其是含水流砂层（高压旋喷桩和搅拌桩成桩困难的地层）。水平加固深度大于6m后效果相对变差，在砂卵石层和存在大粒径漂石的地层施工较困难。
（五）SEW 工法加固
SEW工法是在盾构机需要穿过连续墙或钻孔桩的部分装入玻璃纤维材料（FFU）来代替钢筋，在盾构始发或到达时，盾构机的刀盘直接对采用FFU材料做成的围护结构进行切削，避免了洞门凿除。
该工法相对于从地面进行搅拌桩和旋喷桩加固而言，会更经济、更安全，施工进度更快；对于埋深较深的盾构法隧道更具有经济性。工期短、无污染。该工法不太适合泥水盾构始发端头加固，更适用于土压盾构和泥水盾构到达的端头加固；另，以刮刀为主的盾构不宜采用。在软弱地层中需配合其他加固技术使用。
二、盾构施工端头加固技术应用
（一）工程概况
某地铁车站站北端盾构到达端头地层加固在车站结构变形稳定，盾构到达前进行端头加固作业。端头加固采用1排三重管高压旋喷桩后接三轴搅拌桩，旋喷桩桩径800mm，咬合200mm，三轴搅拌桩桩径850mm，咬合250mm。加固长度4m，宽度为洞圈延伸3m，强加固区搅拌桩深度为洞圈向上4m，向下3m；弱加固区自洞圈上部4m至地面。
（二）高压旋喷桩
1.施工准备
施工前，必须将现场管线调查清楚，采用人工开挖探沟的方式将管线暴露，对信息安装套管并标记后进行保护，防止在施工中破坏管线。然后进行场地平整，清除施工区域的表层硬物和地下障碍物，回填素土并分层夯实，现场道路的承载力应满足桩机平稳行走的要求。
2.测量放线
根据设计提供的坐标基准点，按照设计图进行放样定位及高程引测工作，并做好永久及临时标志。为放样定线后做好测量技术复核单，提请监理进行复核验收签证。确认无误后方可进行搅拌施工。
3.安装旋喷桩机及钻机就位
安装旋喷钻机操作规程安装旋喷钻机，调试后报监理工程师验收。现场根据测量放样，移动钻机，使钻杆对准孔位中心，同时为使钻杆达到设计的垂直度，钻机就位后必须做水平校正，使钻杆轴线垂直对准孔位中心。
4.钻孔及拌制水泥浆
钻机就位后，启动钻机使钻杆旋转开始钻进，钻进时为防止泥沙堵塞钻头喷嘴，采用边喷水边钻进的方式进行钻进。同时按照设计要求拌制水泥浆。
5.搅拌提升
当钻进至设计标高后停止钻进，开始喷射水泥浆提升钻杆。钻杆提升需注意提升速度满足设计要求，如提升速度过快将出现旋喷桩不连续的现象，提升速度较慢，将产生过大的冒浆现象，浪费材料。
6.拔管移机
施工完成一根桩后，将钻杆提升出地面，清洗注浆管，以防止注浆管堵塞，移机，按照以上步骤施工下一根桩。
（二）三轴搅拌桩
1.桩机就位
钻机就位应满足图纸要求，垂直度偏差不大于1.0%（垂球法检测），为确保垂直度控制良好，在钻机四个支座处加设较大面积的钢垫箱，使钻机在钻进中保持平稳，钻进时要经常检查垂直度，如发现偏差则边钻进边调整，对于设计长度较长的水泥搅拌桩，在开始时保持较慢的钻进速度，待机身稳定后再加快钻进速度。桩的孔位置与图纸偏差不得大于50mm。 2.制备水泥浆液及浆液注入
开钻前对拌浆工作人员做好交底工作，在施工现场配备电脑计量的自动搅拌系统和散装水泥罐，以确保浆液质量的稳定。水泥浆液的水灰比为1.5～2.0，水泥掺量不小于20%，即每立方米被搅拌土体中水泥掺入量至少为360Kg（被搅拌土体密度以1800Kg/m3计）。
水泥浆配制好后，停滞时间不得超过2小时，因故搁置超过2小时以上的拌制浆液，应作废浆处理，严禁再用。搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过12小时。注浆时通过2台注浆泵2条管路同Y型接头在H口进行混合，注浆压力为1.5Mpa～2.5Mpa，注浆流量为80～120L/min/每台。
3.加固深度、标高控制
施工前根据水准基点进行标高引测，地面标高为+2.97，端头井盾构到达加固土体深约为17.8m，标高+0.97m～ -4.642为空桩部分（深度5.612m），-4.642m～-16.842m为实桩（深度12.2m），施工前先在桩机立柱上用明显的标识标清楚钻头到达实桩顶和桩底的标高位置，并控制搅拌速度及注浆流量，以保证加固喷浆的深度符合设计要求。
4.桩机垂直度控制
通过桩机井架上自带的两个正交方向上的垂直导向装置及后安装的悬挂线锤来控制，桩机移动要及时用水平尺检查桩机底盘水平，线锤下方置于半径小于3cm铁圈内，保证桩机垂直度，采取双控措施，防止垂直度偏差与平面位置偏差累积，确保成桩质量，防止桩与桩之间不满足搭接要求。
5.钻进搅拌提升
三轴水泥搅拌桩止水帷幕采用两喷两搅的施工工艺，水泥和原状土须均匀搅拌，下沉和提升过程中均为注浆搅拌，同时严格控制下沉和提升速度：下沉速度为0.5～1.0m/min，提升速度为1.0～1.5m/min，在桩底部分宜重复搅拌注浆。
另外，按照三轴搅拌桩的施工工艺，三轴搅拌机在下钻时，注浆的水泥用量占总数的70%～80%，而提升时为20%～30%。按照技术交底要求均匀、连续注入拌制好的水泥浆液，钻杆提升完毕时，设计水泥浆液全部注完。
6.桩机移位
施工完一根桩后，移动桩机至下一根桩位，重复以上步骤进行下一根桩的施工。
参考文献：
[1]张瑞芬.盾构施工中端头井加固技术[J].国防交通工程与技术，2011年1期.
[2]马世兵.盾构机始发与到达端头土体加固技术研究[J].农家科技（下旬刊），2014年2期.