盾构端头旋喷桩加固施工工艺.docx
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盾构端头旋喷桩加固施工工艺
1．编制依据及原则
1.1编制依据
（1）哈尔滨地铁一号线一期工程9标相关设计图纸。
（2）哈尔滨地铁一号线一期工程沿线建、构筑物调查报告以及现场调查所采集的建筑物、管线资料。
（3）《建筑地基基础工程质量验收规范》（GB50202—2002）。
（4）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2002）。
（5）哈尔滨地铁一号线一期工程岩土工程详细勘察报告中的工程地质，水文地质资料。
1.2编制原则
（1）以成熟的施工技术及先进的设备和施工工艺，确保施工安全和工程质量，按期为后续工程提供一个优良基础平台。
（2）以成熟可靠的技术措施和先进设备，确保旋喷桩质量，达到设计加固指标。
（3）施工方案严格执行国家及哈尔滨市下发制订的法律、法规和各项管理条例，并做到规范、守法、文明施工。
（4）针对城市中心区施工的特点，科学安排、合理组织、严格管理、精心施工，以减少对周围环境及居民正常生活、城市交通、城市卫生、城市环境的影响。
2．工程概况
哈尔滨地铁一号线9标包含两站（南直路站、哈尔滨东站站），两区间（哈尔滨东站站～南直路站区间、南直路站～交通学院站区间），车站采用明挖顺做法施工，区间隧道采用盾构法施工。
哈～南区间盾构机由哈东站站西端井始发，在南直路站东端井接收并吊装出井；南～交区间盾构机由南直路站西端井始发，在交通学院站东端井接收并吊装出井，共四次始发，四次接收，盾构始发及接收端采用三重管高压旋喷结合冷冻法进行加固，始发端加固长度10米，接收端加固长度12米，如下图示。
3.气候状况
哈尔滨地处松花江中游，属中温带大陆季风气候，冬季漫长寒冷干燥，多西北风，夏季短暂温热多雨，春季多风，秋季凉爽。
全年平均气温3.5℃，一月最冷，七、八月最热，历史最高气温41℃，最低气温-41.4℃，全年无霜期150天左右，结冰期190天左右。
年平均降雨量530mm，多集中在七、八两个月。
多年平均蒸发量1501.4mm，季节性冻土发育，每年十月末开始结冻，至翌年三月中旬开始融化，六月初化透，最大冻结深度2.0m。
4.工程地质
4.1工程地质
根据地质勘察报告，本场地地层主要由人工杂填土层、全新统低漫滩冲积成因土层、下更新统东深井组冰水堆积层、下更新统猞猁组冰水堆积层构成。
盾构加固地层主要为
2、
3层，土层特性详见下表：
表4-1土层特性表
地层名称
成因类型
层号
地层
成分
层底埋深（m）
层厚（m）
土层描述
人工填土层（Q4ml）
1
杂填土
1.4～2.2
1.8～2.1
含灰渣、砖头、碎石、粘性土等，部分地段含路面
全新统低-高漫滩冲积成因土层（Q42al）
河谷侵蚀
1
粉质粘土
6.2～10.1
4.3～8.5
黄褐-黑褐-灰褐色，可-流塑，中-高压缩性，含淤泥质土、云母、铁质结核，底部部分孔含砂夹层、粉土及淤泥质土。
2
粉细砂
6.5～12.8
0～6.2
灰-灰绿色，稍密，饱和，含粉土及粘性土夹层。
3
中粗砂
21.2～22.5
9.6～11.4
灰色，中密-密实，饱和，局部含砾、卵石、圆砾及粘性土夹层，部分地段有泥砂互层。
下更新统东深井组冰水堆积层（Q12dfgl）
侵蚀堆积
粉质粘土
22.0～22.4
9.3～11.5
褐色-灰绿色，软-硬塑，中-高压缩性，含砂夹层，个别钻孔含腐殖质及淤泥，呈灰褐色。
下更新统猞猁冰水堆积层（Q11shal）
1
中粗砂
23.4～29.3
3.3～5.1
黄灰，灰色-灰绿色，个别钻孔呈褐灰色、黄色，中密-密实，饱和，含粘性土夹层，个别钻孔含砾砂夹层。
2
粉质粘土夹中粗砂
30.0～30.4
1.2～3.4
灰绿色-灰色，个别孔呈灰褐色，流塑-硬塑，中-高压缩性，含细砂及中粗砂层和云母。
3
中粗砂
37.6～39.2
7.5～9.6
灰色-灰绿色，密实，饱和，局部含砾石、卵石、角砾及粘性土夹层。
4.2水文地质
（1）地下水的类型
车站地下水主要为潜水和承压水，承压水又分为第一层孔隙微承压水和第二层承压水。
潜水含水层主要有
1杂填土层，A1层粉质粘土层，A1T2淤泥质粉质粘土层构成，稳定水位埋深在地面下3.00m～3.60m，水位起伏基本和地形起伏基本一致，潜水主要接受大气降水、地下管线渗漏补给，亦和松花江、马家沟河水呈互补关系，以蒸发和侧向径流排泄为主，地下水位年变化幅度在1.00m～2.00m左右。
孔隙微承压水含水层由A2层粉砂、A3层中砂、A3T2粉砂构成，相对隔水底板为
层粉质粘土，微承压含水层水头埋深在地面下4.0m～4.8m。
承压水含水层由
1层中砂、
2层粉质粘土、
3层中砂构成，相对隔水顶板为
层粉质粘土，相对隔水底板为11层强风化粉砂质泥岩，承压含水层水头埋深在地面下4.93m～5.95m，承压水头高度为16.6m—18.0m。
5.施工部署
5.1施工组织安排
哈东站站端头井加固计划工期为60天，盾构井加固采用三重管高压旋喷桩结合冷冻法进行加固。
综合考虑车站站位以及施工进度的要求，施工流程及施工组织安排如下：
（1）接入施工用水、用电，及作业面平整，做好施工前的准备工作。
（2）组织设备，材料进场，进行旋喷桩施工。
（3）待旋喷桩施工完毕，施工冻结加固，本方案仅为旋喷桩施工方案，冻结施工方案另详。
5.2资源配置
5.2.1人员配置
本工程计划进场的主要管理及专业技术人员有：
现场施工负责1人，安全管理1人，质检技术人员3人，施工测量3人，专业操作人员12，力工20人。
图5-1旋喷桩地基加固施工管理组织机构
表5—1劳动力配置表
工种
人数（人）
备注
工班长
1
水泥工
4
吊车司机
2
力工
20
5.3.2主要进场设备
表5—2要机械设备配置表
机械设备名称
规格型号
单位
数量
备注
泥浆搅拌机
MVT—400
台
2
地质钻机
XY—300
台
4
注浆机
PH—15
台
2
汽车吊
25t
台
2
电动空压机
LGD-12-X
台
2
潜水泵
JQB15-6
台
4
泥浆泵
SLN—33
台
2
旋喷台车
GS500-4
台
2
高压清水泵
台
2
5.3.3工程所用主要材料
P.C32.5复合硅酸盐水泥，7000t；
氯化钙，140t
6.盾构井加固施工工艺及质量保证措施
6.1施工说明
三管旋喷管为分别输送水、气、浆三种介质的三重灌浆管。
高压水射流和外围环绕的气流同轴喷射冲切破坏土体，在高压水射流的喷嘴周围加上圆筒状的空气射流，进行水、气同轴喷射，可以减少水射流与周围介质的摩擦，避免水射流过早雾化，增强水射流的切割能力。
喷嘴边旋转喷射，边提升，在地基中形成较大的负压区，携带同时压入的浆液充填空隙，就会在地基中形成直径较大、强度较高的固结体，起到加固地基的作用。
根据以往旋喷施工经验以及设计图纸地基加固强度指标，本方案旋喷桩采用900mm桩径，间距600mm，多排咬合，由外向内逐排施工，并且保证相邻桩孔旋喷注浆间隔不得超过72小时。
旋喷加固最大深度定为18.5米，最大实桩长度12.5米，最小深度17.5米，最小实桩长度10.5米。
旋喷注浆加固范围横向为盾构掘进隧道外边线以外3米，纵向为车站围护结构外边线10米范围，如上图所示。
6.2、施工流程及施工步骤
6.2.1施工流程
管线探査
测量放样
钻孔
高压旋喷台车就位
搅拌水泥浆
地面试喷
下入喷杆
旋喷灌浆
终止旋喷灌浆
封孔
6.2.2施工步骤
6.2.2.1管线探查
施工前对加固场地内地下管线进行探查，如有地下管线，及时沟通产权部门进行管线改迁工作。
6.2.2.2测量放样
旋喷加固施工前，测量人员应根据测量基准点对桩轴线、孔位、孔口高程进行测量放样，将各轴线的基准点投影到安全可靠且便于观察的位置，用水泥钉在原混凝土路面标出孔位，并清除周围杂物，用喷漆标记，随后对钻孔按轴线进行统一编号。
6.2.2.3钻孔
孔位测量放样后，钻孔采用地质钻机钻孔。
钻孔方法及注意事项如下：
1）钻孔就位前，将场地修理平整，钻机就位后安装稳固在设计的孔位上，用水平尺进行校正。
然后调整钻机的立轴和天车，使它们与孔位中心三点成一线，保证孔位偏差≤+5cm，钻孔倾斜度≤1%；
2）钻孔前应编制每一轴线孔深表，并对施工作业班组进行交底，钻孔孔深误差≤+5cm。
3）开孔时，轻压慢转，钻进过程中随时用水平尺校正钻孔倾斜，发现偏斜及时进行纠偏。
4）在钻进过程中，为防止出现垮孔现象，采取泥浆护壁或跟管钻进的施工工艺，以确保旋喷灌浆时的喷杆顺利到达钻孔底部。
5）钻进时要进行详细的现场原始记录以及不同地层钻速变化和孔内的变异情况。
6）各单孔钻孔完毕后，机组操作人员先对钻具钻杆进行测量自检，然后报请现场施工员及监理进行复检，经验收合格后方可停钻终孔。
6.2.2.4旋喷台车就位
首先将台车移位到达钻孔的大概位置后，调整旋喷台车的转盘和天车，使喷杆能自然垂直通过转盘中央与钻孔孔口对齐。
6.2.2.5地面试喷
钻孔验收合格后，准备向钻孔内下入喷头和喷杆之前，须进行地面试喷，以检查高压泵运行是否良好，输浆管路是否密封通畅，喷杆、喷嘴有无泄漏。
6.2.2.6下入喷具
地面调试好后，设法将喷嘴加以保护（先用透明胶包扎浆气水嘴，再用现场废弃的水泥包装袋包裹喷头。
），防止喷具在下入孔内过程中泥砂进入喷嘴。
6.2.2.7搅拌水泥浆液
灌浆材料采用32.5普通硅酸盐水泥，水泥浆液的水灰比采用1：
0.6～1：
0.8，搅拌水泥浆所用的水，应符合〈混凝土拌和用水〉（JGJ63-89）的规定。
制浆采用高速搅拌机搅拌，首先按规定的水灰比向搅拌桶中投放水和水泥，经过充分搅拌后，用比重计测量水泥浆液的比重，符合要求后方可使用，禁止使用配制后时间超过4h的浆液。
6.2.2.8高压旋喷灌浆
1）开始旋喷灌浆时，应按照浆、气、水的先后顺序启动机械设备，先由注浆泵向钻孔中输送水泥浆，再用空气压缩机输送气体，最后用高压泵输送清水；停止旋喷灌浆时，则按照水、气、电、浆的先后顺序关停。
如果先后顺序颠倒，泥砂很容易进入喷杆中的浆管而导致堵杆现象。
2）喷具到达孔底后，尽快调整好压力，使之迅速达到正常施工所需的压力。
开始时，保持喷杆停留在孔底不断的旋转，当孔口冒出水泥浆液时，再按照施工技术参数开始提升喷具；
3）操作人员和供浆系统由现场施工员统一指挥，各方人员密切配合，并做好现场原始记录；
4）灌浆机操作人员做到熟练掌握有关技术参数，在现场施工员和技术员的指导下，根据孔深和孔内情况变化，及时调整有关技术参数，定时测量进浆和回浆比重；
5）随时做好压力和流量的观测工作，按要求如实记录高压灌浆的各项参数和出现的异常现象。
高压旋喷桩施工技术参数见表
序号
项目
单位
参数值
1
空气
气压
MPa
0.7
气量
m3/min
10
2
水
水压
MPa
35
水量
L/min
90
3
浆液配比
水：
水泥：
氯化钙=1：
（0.6～0.8）；0.015
4
提升速度
cm/min
8～12
5
喷嘴直径
mm
10（两个），14（一个）
6
注浆压力
MPa
1
7
注浆量
l/min
100
6.2.2.9终止旋喷灌浆
当喷头达到设计桩顶高程时,停止灌浆作业。
6.2.2.10封孔
确认旋喷桩的桩顶高程达到设计标高后，采用水泥浆回填旋喷桩以上的空洞。
6.3旋喷施工质量控制
6.2.3.1水泥进场前要求对厂家进行考察，每一批水泥进场时随车提供水泥出厂质量检测报告和合格证，水泥到场后，不同批次或者同一批次每200吨做一次抽样检测。
抽样工作必须在监理工程师现场监督下进行。
水泥的储藏和保管应做到防湿、防潮;
6.2.3.2在正式施工之前进行原位旋喷取芯试验，选择合理的施工方法和技术参数;
6.2.2.3灌浆施工前检查高压设备和管路系统，其压力和流量是否满足设计要求，注浆管和喷嘴内不得有任何杂物，注浆管的接头密封必须良好;
6.2.2.4在下入喷具和灌浆过程中，要注意防止堵塞喷嘴，在拆卸和安装喷杆时动作要快。
浆液的压力和流量要符合设计值，否则，应拔出喷杆进行检查，处理好后重新进行灌浆施工;
6.2.2.5灌浆时，现场施工员和技术员要注意检查浆液初凝时间、浆液压力、浆液流量、提升速度、冒浆量等参数，并随时记录;
6.2.2.6灌浆时，喷头提升须保证连续不断，中途如遇排除故障或拆管，动作要快，在重新开喷之前要求将喷头插入原来位置以下50cm进行复喷，以确保桩体搭接。
6.4质量检验
（1）高压喷射注浆根据工程要求采用取芯（常规取芯或软取芯）试验方法进行检验，并结合工程测试、观测资料及实际效果综合评价加固效果。
（2）检验点应布在下列部位：
A、有代表性的桩位；
B、施工中出现异常情况的部位；
C、地基情况复杂，可能对高压旋喷射注浆质量产生影响的部位。
根据本工程实际情况，可在加固区随机抽取桩位进行取芯。
（3）检验点的数量为孔数的1%，并不应少于3点。
（4）质量检验宜在高压喷射注浆结束28天后进行。
（5）荷载试验必须在桩身强度满足试验条件时，并宜在成桩28天后进行。
检查数量为桩总数的1%,且每项单体工程不应少于3点。
7.施工应急措施
根据经验：
孔口冒浆量小于注浆量的20%为正常现象，若超过20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应措施。
若因地层中有较大空隙引起的不冒浆，则可在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短时间，使浆液在一定土层范围内凝固。
另外还可在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再后继续正常旋喷。
冒浆过大的主要原因一般是：
有效喷射范围与注浆不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆量所致，减少冒浆的措施有三种：
①提高旋喷压力。
②适当缩小喷嘴孔径。
③加快提升旋喷速度。
8．现场安全保证措施
8.1安全制度及安全检查
（1）贯彻“安全第一，预防为主”方针，管生产必须管安全，做到安全工作与生产任务同时计划、同时布置、同时检查、同时总结、同时评比。
（2）加强安全生产的宣传教育，工人报到后，按在册人数三级教育，由安全长与每个人签定《安全生产合同书》，未经教育培训和签定合同书的人员不准上岗作业。
（3）每个分部分项工程，按工种由施工员或安全员，向班组做安全交底，交底要求具体、明确，要有正式的书面记录和签字。
（4）每月安全领导小组作一次工地的安全检查，平时，针对存在的问题，及时分片或分组开会教育，令其整改。
（5）旋喷施工的动力泵采用高压喷射为主的手段，安全措施尤为重要。
①．高压泥浆泵应全面检查和清洗干净，防止泵体的残渣和铁屑存在，各密封圈完整无泄漏，安全阀中的安全销要进行试压检验，确保能在额定最高压力时断销卸压，压力表应定期检查，保证正常使用，一旦发生故障，要停泵停机排除故障。
②．人员需熟练操作技能，了解注浆全过程及钻机旋喷注浆作用。
③．浆液材料不要受潮或变质。
不能使用受潮、结块或过期水泥；对外加剂要分别存放。
浆液材料及外加剂均应采用无毒材料。
高压胶管不能超过压力范围使用，屈弯使用时不能出现打折，防止高压胶管破裂，延长使用时间。
④如果高压旋喷机出现故障，需高空作业的，必须佩戴安全带等防护措施。
⑤高压旋喷后台的水泥工须佩戴口罩等防护措施。
8.2现场临时用电安全措施
（1）编制临时用电施工组织设计和制定安全用电技术措施及电气防火措施。
（2）外电线路的安全距离，必须符合JGJ46—99《施工现场临时用电安全技术规范》的具体规定。
（3）接地与接零保护系统采用TN－S系统。
保护零线与工作零线不能混接。
（4）配电箱开前箱符合“三级配电两极保护”的要求，做到“一机、一闸、一漏、一箱”的要求，电箱要有门、有锁、有防雨措施。
（5）照明专用电路要有漏电保护，潮湿作业作用36V以下安全电压。
（6）配电线路的电线不得老化、破皮。
（7）不能用其它金属丝代替熔丝。
（8）电焊机外壳必须接地良好，其电源的装卸由电工进行。
（9）电焊机要设单独的开关，开关应放在防雨的箱内，拉合时戴手套侧向操作。
（10）焊钳与把线必须绝缘良好，连接牢固，更换焊条应戴手套，在潮湿地点工作时，站在绝缘胶板上。
（11）严禁在带压力的容器或管道上施焊，焊接带电的设备必须先切断电源。
9.文明施工
（1）工地应保持场容场貌整洁卫生，弃渣弃物应集中倾倒入垃圾桶和垃圾坑内。
（2）施工污水必须两次澄清（1～1.5m3沉沙井两个）后排入沟内。
（3）出场运渣车辆必须冲洗后上公路，不准带泥行驶。
（4）库房及民工住房、厨房应有防火宣传标语，应设置防火灭火和其他消防装置。
附：
哈东站站盾构井旋喷注浆加固示意图
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