盾构始发接收端头旋喷加固施工技术

夏占波

 (中铁十八局集团第五工程有限公司,天津市滨海新区 ,300459 ）

单位地址：天津市滨海新区新北路3199号

摘 要：盾构机能否顺利安全的始发、接收是盾构施工中的关键。在始发、接收过程中，洞门塌方、渗漏水的现象时常发生，因此端头加固效果的好坏直接影响着盾构施工能否顺利的进行。以沈阳地铁9号线盾构区间端头加固施工为例，就旋喷加固工艺在始发、接收端头的加固技术要点进行探讨。
  关键词：盾构始发端头; 地层旋喷加固; 双重管注浆法;

分类号：U231.3

1工程概况

沈阳地铁九号线六标盾构区间全线基本位于规划路下方，盾构由吉力湖街站始发，沿细河路穿行，穿揽军路公铁桥，到滑翔站站，掉头折返（工期紧张时，可双盾构施工）。区间起点里程为DK8+844.400，终点里程为DK10+498.796，区间单线全长为1654.396m。区间线路线间距最大为21.61m（位于区间2号联络通道处），最小为13m（位于里程CK9+200.00处），在本区间中间设两处联络通道，1号联络通道位于右CK9+400.000处，二号联络通道位于右CK9+890.000处。盾构始发、到达端头土体的稳定是盾构施工的一个关键，端头土体加固的成功与失败直接影响到盾构机能否安全始发、到达，同时也影响到隧道上方施工区的安全^[1]。本文依据地铁区间盾构始发、接收为例进行阐述。

2工程地质及水文地质

2.1工程地质

根据钻探揭示，本工点勘察深度范围内的地层结构由第四系全新统人工填筑层（Q4ml）、第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层（Q42al）、第四系全新统浑河新扇冲洪积层（Q41al+pl）、第四系上更新统浑河老扇冲洪积层（Q32al+pl）组成。

2.2水文地质情况

沈阳市区在地貌上属浑河冲洪积扇，主要含水层位于冲洪积扇上部，岩性以砾砂、圆砾为主。冲洪积扇首部（市区东部）颗粒较大，向西沉积颗粒逐渐变细，至市区西部（冲洪积扇尾部）含水层中黏性土夹层逐渐增多，含水层由单层结构渐变为双层结构、多层结构。第一合同段位于冲洪积扇尾部，沉积的地层颗粒不均，局部沉积有黏性土层，分布不连续。因此本合同段沿线路仅存在一层地下水，赋存于圆砾、砾砂等强透水层中，按埋藏条件划分，属第四系孔隙潜水。局部地段存在由地下管道、工业及生活用水入渗形成的上层滞水。

3端头加固目的

为了保证盾构机进出洞的安全，隧道进出洞端头土体必须有良好的稳定性和防水性，使盾构机进出洞时端头土体不坍塌不渗漏。当洞门端头土体达不到要求时，就必须对临近端头一定范围内的土体进行加固。

1） 提高端头处土体强度，增强整体稳定性，防止盾构始发、到达时发生坍塌，确保盾构机顺利地进出洞，避免凿除过程中发生班塌以及因开挖面暴露时间过长而造成过大的地表沉降。

2） 提高重型机械作用时端头土体的承载力。

3） 止水，防止盾构进出洞门前凿除地下围护桩时发生涌水、涌砂等情况。

4） 经加固的土体应有很好的均质性、自立性，确保盾构安全始发、安全到达。

3.1端头加固方式和要求

（1）根据端头的地质情况，地层加固采用水泥旋喷加固，加固方式采用双重管旋喷桩。

（2）土层加固要求：

旋喷桩间距：车站洞门外3米内采用∅550@400，其余为∅550@600。

加固后土体要有良好的自立性、密封性及必要的强度，其无侧限抗压强度qu≥1.0Mpa，土体渗透系数≤1×10  cm/sec。隧道范围内加固土体无侧限抗压可适当降低^[2]。

（3）加固范围

本区间盾构始发、到达端头采用Ф800@600双重管旋喷桩加固，加固范围均为围护桩外侧8m，盾构衬砌管片外侧、上下均为3m。详见图1。

图1 端头加固范围示意图

4旋喷加固施工工艺

旋喷加固技术是使用旋喷钻机将带有特殊喷嘴的注浆管送到预定的深度，然后慢慢边提升钻杆、边旋转、通过喷嘴喷出一定压力的浆液，使浆液和土层能够很好的混合，凝结在一起，形成具有一定强度的固结体。

4.1施工工艺流程

旋喷桩采用双重管注浆法，旋喷桩施工工艺流程图如图2所示。

4.2主要施工工序

1） 场地平整

施工之前，对现场的建筑垃圾、建筑材料等进行清理，同时让测量班进行放样，标注出加固的范围，并完成悬空电线、地下电缆及管线等的改迁，要求地上、地下无障碍物，达到开钻要求。合理布置现场，规划现场水、电、钻机、钻机配套设备、水箱等的布置地点，画出现场布置平面图。

2） 技术准备

对进场人员进行三级安全教育，并做施工技术、安全交底。同时对进场设备、材料提前报检，检验合格后方可施工。

3） 测量定位

根据现场测量基准点，用全站仪放出地面隧道中心线及加固范围边界线，然后在使用钢卷尺排好旋喷桩的桩位位置，并进行编号标记。

4） 机具就位：利用桩机底部步覆装置，缓慢移动至施工部位，由专人指挥，用水平尺和定位测锤校准桩机，使桩机水平，导向架和钻杆应与地面垂直，垂直度不得大于1%。对不符和垂直度要求的钻杆进行调整，直到钻杆的垂直度达到要求。

5） 喷浆成桩：旋喷采用双重管高压喷射法施工，喷嘴作360°旋转并利用压缩空气在喷嘴处形成同轴高速射流切割土体、砂层，同时由泥浆泵注入水泥浆。喷嘴在桩底部边旋转边喷浆I_mi_n后，再边旋转、边喷浆、边提升。喷浆时应先达到预定的喷射压力、喷浆量后再逐渐提升注浆管。中间发生故障时应停止提升和旋转，以防桩体中断，同时立即排查故障；如发现浆液喷射不足影响桩径时，应进行复喷。

喷射时，值班技术人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力，旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并且随时做好记录。

6） 冲洗：喷射施工完成后，应把注浆管等机具设备采用清水冲洗干净，防止凝固堵塞。管内、机内不得残存水泥浆，通常把浆液换成清水在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。

7） 重复以上操作，进行下一根桩的施工。

4.3施工技术要点

1）在正式施工前需要先进行试桩，以进一步确定适合于地层的参数。

试桩施工参数：

（1） 水灰比：1:1

（2） 压缩空气压力：0.5～0.7Mpa,风量：0.8～1.Om³/min

（3）喷浆压力：20～30MPa,喷浆量：70～80L∕min

（4）提升速度：10～2Ocm/min，旋转速度：10～20r∕min_o

选定4根旋喷桩进行测试，1、2号桩水泥浆喷射压力为20MPa，3、4号桩为25MPa,成桩达到抗压强度后，作抗压强度检验，确定最终施工参数。施工参数详见表1，试桩设备详见表2。

名称	参数
水灰比	1:1
空气压力	0.5〜0∙7Mρa
风量	0.8〜1.Om3/min
喷浆压力	25〜30MPa
喷浆量	70〜80L∕min
提升速度	10〜15Cm∕min
旋转速度	10〜15r∕min

表1施工参数表2主要机具、设备一览表

2）钻机定位时，使钻头对准孔位中心，纵横向偏差不得大于20mm；当到达预定深度，旋喷过程中严格按照试桩后确定的参数进行施工，不得随意更改，并做好记录。

3）在施工过程中，如遇停电、设备故障或缺浆等原因导致不能继续旋喷时，记录好深度，待故障恢复，要对当前桩进行复喷，且搭接长度不得小于500mm，必要时可进行多次复喷。

4）当桩顶接近标高时，为保证桩头的施工质量，旋转提杆至设计标高以下1m时，采用慢速喷浆。

5）成桩检测

质量检验宜在成桩28天后钻取芯样，作抗压强度检验，旋喷桩成桩质量检验点的数量不少于施工注浆孔数的2%,并不少于6点。加固体指标qu28不小于0.8MPa，渗透系数不大于1×10^_6cm/s。桩体28d取芯无侧限抗压强度标准值不小于设计规定。在钻取芯样时，要遵循以下原则：（1）有代表性的桩位，（2）施工中出现异常情况的部位，（3）地基情况复杂，可能对旋喷桩质量产生影响的部位。

通过本次试验检验施工设备以及施工工艺的适用性、钻杆提升速度、注浆压力、喷浆流量、压缩空气的压力、每米水泥用量和成桩强度等参数为下步大面积施工提供依据；积累现场施工组织与管理经验，磨合施工队伍与施工机械设备_。

4.4施工注意事项

1） 施工前，对施工范围内的地下管沟、构筑物查明其准确位置，在钻孔施工时，如遇到不明硬物，必须马上停钻，待探明以后，方可进行继续作业，以免施工原因造成破坏。

2） 引孔施工时应及时调整桩机水平，防止因机械振动或地面湿陷造成钻孔垂直度偏差过大。

3） 喷射注浆前要检查高压设备和管路系统。设备的压力和排量必须满足要求，管路系统的密封圈必须良好，各通道和喷嘴内不得有杂物。

4） 喷射时，要求气、浆满足一定参数规定，喷射l～3min,待注入浆液冒出时，按要求开始缓慢提升直至设计高度。

5） 喷射完毕后，及时清洗浆液系统，以免残留浆液凝结堵塞管路。

6） 在钻孔和注浆施工过程中，要做好各种机械设备和电路的检查工作，消除各种不安全因素的存在。

7） 在拆除管路及注浆操作时应戴防护眼镜，以免浆液溅入人眼，并做好劳动防护，作业人员必须佩带胶手套。

8） 回浆浆液必须严格进行沉淀处理，澄清水排入附近排水管网，沉渣按余泥进行处理，及时清除。

9） 做好现场的文明施工，及时做好泥浆清理工作，工完场清。

4.5常见通病处理

1） 钻孔通病处理

钻孔斜度偏大，下钻杆和提钻杆困难，钻孔深度不足。

解决办法：应控制钻孔深度，及时纠正孔斜，用水平尺或线锤来检查钻杆的垂直度。钻孔深度要大于设计深度0.5～lm,以保证钻孔深度。

2） 注浆通病处理

（1） 高压注浆设备与钻孔的距离太大，会导致压力损失，压力表的读数高于实际喷射孔的出口压力，使得成桩半径小于设计半径。

解决办法：注浆设备的摆放位置与孔位的距离不得大于40m。

（2） 注浆液搅拌不均，浆液有稠有稀，造成桩体强度不一。

解决办法：浆液搅拌时间不得小于3min,且储浆罐需不断搅拌。

3） 压力上不去或压力突然上升

一般常见的压力低的情况有：旋喷钻杆接头泄漏、喷嘴损坏、吸浆管路或接头漏气等原因。压力高的主要原因是管路、喷嘴、吸浆管路等堵塞造成的。

解决办法：经常检修管路及设备，损坏的配件及时更换。

4） 车站围护桩与旋喷加固中间存在空隙，导致加固效果不好

解决办法：a.在靠近围护桩的一排旋喷桩加密布设，保证旋喷桩与车站围护桩良好的接触；b.在盾构洞门处水平打孔注浆，保证空隙中的土层得到良好的加固。

5质量控制措施

1）在开始施工之前，一定要进行技术、安全交底工作，并对施工所有的材料、设备进行严格检查和报审，在注浆过程中做好施工记录。

2） 严格把控注浆材料的进场质量，并保存好，防止水泥结块，坚决不能使用结块和过期的水泥。

3） 在旋喷过程中，如出现机械故障或断电情况，应重新钻至桩底设计标高，重新旋喷。

4） 不得随意更改配合比，严格按照要求制浆，用比重计来检查拌制的水泥浆是否符合要求，旋喷使用的水泥浆要进行严格的过滤，防止喷射作业时堵塞。

5） 现场24h派专人负责盯控，随时了解各种设备的工作、运转状况以及水、气、浆的压力和流量，喷射的提升速度，进冒浆比重；对各项参数进行测量、记录，并整理分析；并检查钻孔深度是否满足要求。

6） 设备必须制定专人操作，定期检修保养设备，以保证正常工作。

7） 每次喷射完毕后，须随即在喷孔内进行静压充填灌浆，直至孔口浆面不再下降为止，防止顶部出现凹陷现象。

6结语

在本工程中，盾构端头地层主要以粉质黏土为主，存在少量粗砂，在施工前采取对洞门进行水平探孔，检查是否有渗漏水，以进一步确认加固体效果的好坏。通过检验取芯强度、水平探孔未见渗漏水现象以及盾构机的顺利始发和接收，充分说明了旋喷技术在盾构端头加固过程中得到了很好的运用。同时旋喷加固工艺适用地层广、造价低、材料来源广、施工简便，加固体强度高、土体均匀、具有良好的抗渗作用等优点，被广泛的应用于地铁施工中，为盾构始发、接收的顺利进行提供了保障。

参考文献：

[1]刘会霞.地铁盾构始发端头地层旋喷加固的施工技术[J].建材与装饰,2016(11):233-234.

[2]连长江,李建平.盾构始发端头的硬岩处理技术探析[J].现代隧道技术,2014,51(02):140-146.

Construction Technology of Spin Spray Reinforcement of Receipt End of Shield

Xia Zhanbo

(China Railway 18th Bure, au Group Fifth Engineering Co., Ltd., Tianjin Binhai New Area, 300459)

Unit Address: No. 3199 Xinbei Road, Binhai New Area, Tianjin

Abstract:  whether the shield machine can start and receive smoothly and safely is the key to shield construction. In the process of origin and reception, cave door collapse and leakage of water often occur, so the effect of end head reinforcement directly affects whether the shield construction can proceed smoothly. Taking the construction of the end end of shield section of Shenyang metro line 9 as an example, this paper discusses the main points of the reinforcement technology of the starting and receiving end.

Key words: shield originating end; The formation is reinforced by rotary injection; Double tube grouting method;

Classification number: U231.3