盾构进出洞洞门加固方案.docx

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盾构进出洞洞门加固方案

盾构进出洞洞门加固方案

盾构进出洞加固设计采用管棚注浆，可采用跟踪注浆技术，便于在施工过程中跟踪注浆，并每次注浆后及时冲洗袖阀管，以便下次注浆使用。

管棚注浆指标：

管棚注浆浆液为水泥浆液，初拟参数：

水泥浆液水灰比0.8:

1~1:

1，注浆压力：

采用0.2~0.4mPa，施工中应根据地质情况，并通过试验确定相关施工参数。

加固后地层的无侧限抗压强度应不小于1Mpa,若达不到要求，则需要进行补注浆液。

盾构洞门加固段采用Φ108大管棚作为加固的主要形式，利用车站或区间工作井明挖基坑作管棚工作室。

管棚工作室可根据施工机具设施及施工工艺要求调整设计。

盾构施工给前搭设管棚，管棚布置如图所示，管棚上边缘紧贴洞门钢环内侧，钢管环向中心间距400mm根据地质适当调整，以保证盾构机顺利出洞，外插角约1°。

钢管采用Φ108mm，壁厚6mm的无缝钢管，管棚分节为5m*3=15m。

两节之间用丝扣连接，丝扣螺纹长度段大于150mm。

相邻两根钢花管的接头要错接，其错接长度不小于1m。

钢管上钻注浆孔，孔径Φ10mm,孔间距200mm，呈梅花型布置。

钢管尾部（孔口段）2.0m，不钻花孔作为注浆段。

从管棚导向管按设计钻孔，钻孔时将钢管随钻头一起钻入地层中，当达到设计深度后停机，钻头用长约150mm的Φ121的钢管，并在钢管一端管口焊接合金制成。

钻头与钢管、钢管与钢管之间用丝扣连接。

向管棚钢管内注浆，注浆顺序先下后上，全孔可采用后退分段注浆方式。

1大管棚加固施工

1.1大管棚加固施工设计要求

1、管棚布置如图1-1所示范围。

管棚孔口位置沿隧道拱部开挖轮廓线外200mm布置，钢管环向中心间距400mm，外插角约1-2°。

设计要求需要进行19根大管棚钻孔、注浆施工，钻机平台位置可根据机具及工艺情况确定。

图1.1-1管棚打设布置图

2、钢管采用Φ108mm，壁厚6mm的无缝钢管，单个管棚长为15m，分节按照，管棚分节为：

3×5=15m。

两节之间用丝扣连接，丝扣螺纹段长度大于150mm，相邻两根钢花管的接头要错开不小于1.0m的距离。

注浆钢管上钻注浆孔，孔径Φ10mm，孔间距200mm，呈梅花型布置。

钢管尾部（孔口段）2.0m不钻孔，作为止浆段。

连接套钢管直径Φ121mm，壁厚6mm，长0.4m。

图1.1-2钢管构造图

3、管棚注浆采用水泥浆，注浆压力拟采用0.2～0.4MPa，施工中应根据实际地质情况，并通过试验再作调整。

4、管棚导向管采用Φ133mm，壁厚4mm，长1.2m钢管。

管棚导向管应严格定位，管棚钻进过程中应采用水平测斜仪经常量测管棚的偏斜度，发现偏斜出设计要求时，应及时纠偏。

图1.1-3管棚导向管图

5、钻孔水平偏距沿相邻钢管方向小于100mm，垂直偏距沿隧道内侧方向小于200mm。

1.2大管棚施工方法

根据工程设计，结合施工场区地面条件、工程地质与水文地质条件，选用“有线仪器定向，一次性跟管钻进工法”，即成孔和埋设棚管一次完成，在完成跟管钻孔深度后，撤出内部导向钻具，然后封闭管口向内部泵入水泥砂浆，直到管外返出水泥浆为止。

1、管棚工作平台：

花桥明挖段、B、A站端头井，能够满足施工要求。

2、钻进成孔：

采用FDP—15B型全液压钻机，按水平方向钻进成孔。

3、钢管加工及安装：

φ108钢管加工成2m和1m两种，两端加工成φ108×5mm梯形丝扣连接。

沿管壁钻孔，孔径Φ10mm，孔间距200mm，梅花型布置。

钢管前导端加工成尖形，以利于入孔；后部固定端2m范围不钻注浆眼，以利于封闭孔口进行压浆。

4、注浆工艺：

采用φ42注浆管下入至φ108钢管底部，先注入清水清除孔内残留岩屑和泥浆，然后封堵孔口进行压浆。

注浆压力为0.2-0.4Mpa。

1.3施工工艺

施工工艺流程见下图1-4。

图1.3-1管棚施工工艺流程图

1、安装导向管：

导向管在施作车站主体结构时埋设，导向管与主体结构主筋焊为整体，注意焊接前检查和校正角度，围护结构段采用钻机钻孔，其后钢管沿隧道周边以1°外插角直接打入围岩。

管棚导向管应严格定位，管棚钻进过程中应采用水平测斜仪经常量测管棚的偏斜度，发现偏斜出设计要求时，应及时纠偏。

2、搭设可调整高度的作业平台

管棚沿拱顶呈弧形布置，因此要搭设可调整高度的作业平台以满足钻机就位的需要。

图1.3-2管棚施工平台示意图

作业平台具体施工要求如下：

A、作业平台采用Φ48×3.5mm钢管搭设，并用管构件连接紧固。

上下设可调整高度的调节螺栓支撑，采用150×150木枋@1000×1000布置。

B、平台上面铺设1.8cm厚胶合板，以利于工作人员行走；机械底座垫20×30cm枕木，以利于棚架的均衡受力，并可利用枕木高速机台高度。

C、立柱和横拉均按@1.0×1.0m间距布置，斜拉和斜撑@2m布置。

D、平台面钢管加密至@50cm布置，以满足铺设胶合板的需要。

E、立柱必须支撑在砼表面或方木上。

3、钻机安装就位和对中

洞口管棚施工时利用吊车把机械设备垂直吊放至施工平台。

钻机安装前，先行测量布置管棚各个方向的后视点，可在后方的明挖支撑上作标记。

钻机安装底座水平，机身稳固可靠。

调整钻机高度，立轴对正孔位，将钻具放入孔口管内，使孔口管、立轴和钻杆在一条直线上，用罗盘、水平尺和辅助线检测方向和外插角。

4、成孔作业

成孔设备：

采用FDP—15B型全液压钻机，该钻机具有分体结构重量轻、钻进效率高、成孔质量好等特点。

采用Φ121mm，长度150mm的钢管做钻头。

全站仪量测，并在钻杆方向和角度满足设计要求后方可开钻。

钻孔开始时选用低档，待钻到一定深度后，退出、接钻杆，继续钻进。

钻孔过程中要始终注意钻杆角度的变化，并保证钻机不移位。

因为管棚长度不长，钻进3m时用仪器复核钻孔的角度是否正确，以确保钻孔方向。

5、钢管制作及安装入孔内

管棚采用外径φ108×5mm的垫轧无缝钢管，φ108钢管加工成5m～3.0m短节，两端车φ108×5mm梯形丝扣连接。

沿管壁钻两排φ20压浆孔@500梅花型布置。

钢管前导端加工成尖形，以利于入孔。

钢管在地面加工场加工成型后，按设计对每个钻孔的钢管进行配管和编号，保证相邻钢管的搭接错开1.0m。

6、安装注浆管及清孔

注浆管采用φ42mm镀锌管，加工成3.5m每节，采用丝扣连接，由钢管内安放至底端。

注浆前先注入清水进行洗孔，将孔内浓泥浆置换。

清孔时间不得超过15min，清孔后立即进行注浆。

7、管棚充填注浆

管棚施工完成一根，注浆一根，其目的是充填管棚，增加管棚的刚度。

注浆时钢管尾部设止浆塞，并在止浆塞上设注浆孔和排气孔，当排气孔出浆后，应立即停止注浆。

水泥浆水灰比为0.8:

1～1:

1。

注浆前应预先做好配合比试验。

采用高速拌浆机拌浆，并注意控制原材料用量及水灰比，使浆液既满足强度要求又有良好的泵送性能，注浆泵采用注浆泵KUBJ型或UB-3型注浆泵。

注浆施工流程如下：

浆液搅拌→储浆池→注浆泵→注浆管→注浆接头→棚管→钻头出水口→管外环状间隙→回水阀门出浆→关闭回水阀门→增压→保压→注浆终止。

1.4施工质量保证措施

1、安装孔口管：

必须测量准确及安装稳固，保证孔口管的方向、角度符合设计要求。

因为孔口管具有开孔阶段的导向作用，所以孔口管安装的好坏，对成孔质量有直接的影响。

孔口管安装位置偏差不大于1cm，方向偏差≤1%。

2、成孔防偏措施：

1）钻机安装要牢固、平稳；精确测量，准确对中，瞄准方向；

2）测量方向后视点，在钻进过程中多次复核方向和角度；

3）采用小压力慢转速钻进参数，控制进尺速度；

3、成孔深度：

钻孔深度应较管长或设计孔深多0.5～1.0m。

4、管棚安装：

钢管按编号依次安装入孔，丝扣联接应拧紧。

5、材料质检：

工程所用主要材料如水泥、钢材、砂等须抽样送检，检测合格后才能使用。

6、钢管与管箍丝扣必须上满，使各管节连成一体，受力后保证不脱开。

7、管棚钢管安装后进行注浆，并稳定15min，若注浆量超限，未达规定压力，仍需继续注浆，并调整浆液，直至符合注浆质量标准，方可终止注浆，确保管棚与围岩固结紧密，增强其整体性。

1.5施工安全保证措施

1、锚杆机由专业机长操作，严格按国家有关机械作业规程操作，并使用熟练工人操作。

2、作业平台上应注意防滑、防掉，作业平台外侧应设围栏和警示标记。

3、吊装钻机时应特别注意人员、机械安全，必须用可靠的钢丝绳绑扎牢固，吊装时慢提轻放，起吊物下方及起吊物前进方向上严禁站人。

4、注浆泵设专门场地摆设，搅拌机的皮带轮应有护罩，储油罐应设有隔离和消防措施。

5、注浆管路采用符合规定的多层橡胶钢丝管，防止突然爆裂发生。

6、钢管加工在地面加工场内完成，所用氧割、电焊等须作动火隔离和消防措施。

2地面袖阀管注浆施工

2.1地面袖阀管注浆施工设计要求

按照设计要求，在始发端头补充进行地面加固，加固方式为地面袖阀管加固，加固范围为盾构轮廓线外3m，深度范围为进入隧道底板下3m，注浆扩散半径为0.5m。

加固平面范围如下图2.1-1，加固深度范围见始发井地层加固纵剖面图2.1-2。

图2.1-1加固平面范围示意图

图2.1-2始发井地层端头加固纵剖面

2.2地面袖阀管注浆施工方法

1、袖阀管施工

袖阀管注浆技术是通过垂直钻孔，埋设注浆管路，采用循环注浆方式通过注浆泵将水泥浆液通过注浆管路均匀地注入土体中，以填充、渗透和挤密等方式，驱走砂层和粘土颗粒间的水分和气体，并填充其位置，通过水泥中所含矿物与土体中的水土分别发生水解、水化反应以及团粒作用等，形成悬浮胶体和团粒，硬化后形成强度大、压缩性小和抗渗性高、稳定性良好的水泥土。

水泥土结硬后，土体的孔隙率和含水率降低，密度加大，同时由于水泥土挤压土体，使土体变形能力增加，提高了变形模量，从而防止或减少洞门端头土体坍塌。

土体孔隙率降低后还提高了土体的抗渗能力，减少地下水和周围水系对端头土体的水波动压力影响。

所以根据设计要求采用水泥浆压密注浆的施工方法来解决卵石地层加固止水的难题。

注浆可以改善土体，快速形成止水帷幕，使其遏制土体运动；注浆还可以形成强度较高的水泥土，提高端头土体的变形能力，从而达到加固止水目的。

2.3施工工艺流程及操作要点

1、地面袖阀管施工工艺流程如下图2.3-1。

图2.3-1袖阀管注浆施工工艺流程图

2、施工操作要点

（1）钻孔

成孔设备和钻进方法的选择：

地面注浆选用XY-100型钻机，针对较软土层采用合金钻具回转钻进方法成孔，该钻机重量轻，利于迁移，并有较高的钻进效率。

钻机安装：

底座水平，机身稳固可靠。

调整钻机高度，立轴对正孔位，将钻具放入孔口管内，使孔口管、立轴和钻杆在一条直线上，用罗盘、水平尺和辅助线检测立轴方向和倾斜角度。

钻孔护壁：

采用优质稀泥浆护壁。

当砂层较厚、孔内塌孔时，用φ108mm套管护孔，待孔内注入套壳料并下入袖阀管后，才将φ108mm套管提出孔外。

钻孔顺序：

钻孔和注浆顺序先外围，后内部，从外围进行围、堵、截，内部进行填、压，同一排间隔施工。

注意事项：

钻孔布置注意避开管线，并不得破坏既有的基础。

（2）安装袖阀管、浇注套壳料及固管止浆

钻孔至设计深度并采用清水洗孔后，立即将套壳料通过钻杆泵送至孔底，自下而上灌注套壳料至孔口溢出符合浓度要求的原浆液为止。

依次下入按注浆段配备的袖阀花管和芯管，下管时及时向管内加入清水，克服孔内浮力，顺畅下入至孔底。

（3）灌入封闭泥浆（即套壳料）

套壳料一般以膨润土为主，水泥为辅组成，主要用于封闭袖阀管与钻孔孔壁之间的环状空间，防止灌浆时浆液到处流窜，在橡胶套和止浆塞的作用下，迫使在灌浆段范围内挤破套壳料（即开环）而进入地层。

套壳料浇注的好坏是保证注浆是保证注浆成功与否的关键，它要求既能在一定的压力下，压开填料进行横向注浆，又能在高压注浆时，阻止浆液沿孔壁或管壁流出地表。

套壳料要求其脆性较高，收缩性要小，力学强度适宜，即要防止串浆又要兼顾开环。

套壳料采用粘土和水泥配制，配比范围为水泥：

粘土：

水=1:

1.5:

1.88，浆液比重约为1.5，漏斗粘度24-26s；实际施工时应通过多组室内及现场试验，选取最佳配比。

根据工程中的要求，套壳料凝固时间和强度增长速率应控制在2-5d内可灌浆。

套壳用量（m3）=1.3×π×R（钻孔半径2-袖阀管半径2）×H注浆段高度。

套壳料浇注方法：

成孔后，将钻杆下到孔底，用泥浆泵将拌好的套壳料经钻杆注入孔内注浆段。

固管止浆：

在袖阀管外花管与孔壁之间的环状间隙处下入注浆管，在孔口上部2米孔段压入止浆固管料，直至孔口返止浓浆为止。

止浆固管料采用速凝水泥浆，水:

水泥=1：

1.5。

可采用水玻璃或氯化钙作速凝剂。

图2.3-2袖阀管法施工程序图

3、待凝

要待孔口段止浆料凝固后才能灌浆。

待凝时间控制在2天以内。

4、开环灌浆

开环：

灌浆的前期阶段，使用稀浆（或清水）加压开环。

在加压过程中，一旦出现压力突降，进浆量剧增，表示已经“开环”。

开环后即按设计配比开始正式注浆。

灌浆：

采用双栓塞芯管进行灌浆。

根据各组注浆参数表要求，从孔底自下而上进行注浆，每排孔眼作为一个灌浆段，其段长为50cm。

注浆液采用PO42.5普硅硅酸盐水泥，注浆时按先灌入稀浆后灌入浓浆的原则逐渐调整水灰比。

开环压力为0.25mpa左右，具体数值根据现场实验调整。

正常注浆压力为0.2-0.4Mpa。

注浆压力控制在0.6MPa以内，并由下而上逐渐减小，视具体情况分别采用或作适当调整。

注浆次序：

每次都必须跳开一个孔进行注浆，以防止发生窜浆现象。

间歇注浆：

全孔段注浆完成后，间歇一段时间再进行第二次注浆，间歇时间控制在10~30min之内。

5、终灌标准：

当注浆压力≥0.6Mpa，吸浆量<2.5L/min，稳定时间25min。

发现地面有上抬的趋势时，立即停止注浆。

发生窜浆或浆液漏失严重时，立即停止注浆。

6、压力注浆时的监测措施

在注浆过程中，要密切监测地面及建筑物的沉降情况，如发现被加固建筑物有上抬的趋势，立即停止注浆，严格控制注浆前后建筑物的上抬量不得超过2mm。

7、灌注材料及配比

用PO42.5普通硅酸盐水泥作灌注主料，确定各种灌注材料的合理配比，在施工中使用的材料配比（重量比）如下：

袖阀管套壳料：

水泥：

粘土：

水——1：

1.5：

1.88（重量比，配方由现场试验最后确定）；

固管料为单液水泥浆，配比为

水：

水泥——1：

1.5；

袖阀管注浆的浆液配比

水泥：

水——0.8～1：

1，先稀浆后稠浆。

8、注浆效果检查

注浆完成后，在开挖轮廓线范围内打设检查孔，检测注浆效果，检查孔5个，其中2个上部，左右侧各1个，底部1个，检查孔直径110mm，长度约7m，平均出水量＜0.2L/min，也可采用任1孔出水量＜5L/min,；压力检查，在1Mpa压力下，吸水量＜2L/min,；加固土体抗压强度不小于1Mpa，岩体RQD指标达到75~80，渗透系数1×10-5cm/s，满足上述条件，则认为注浆效果达到后方可进行掘进，同时应注意，加固后土体应具有良好的均匀性和整体性，完成检查后，应及时用M10的水泥砂浆进行全孔封堵。

2.4施工质量保证措施

制定技术管理制度和岗位制度，加强全面质量管理，建立健全全面质量检查监督机制和施工过程质量保证体系，采用“信息管理、动态施工”的科学施工方法，确保工程保质、保量，按时完成。

①按施工方案做好各项施工前的准备工作；

②做好技术交底工作。

工程项目技术负责人对施工员、机组队长进行技术交底，确保施工按方案要求进行；

③做好各种施工机械设备的保养、检修工作，保证施工过程中机械设备的正常运转；

④按方案提供的控制轴线和控制点，根据设计图纸测放出注浆孔位，开工前专人复核检查注浆孔位；

⑤袖阀管套壳料配方由现场试验最后确定，应严格控制，套壳料施工质量

的高低决定注浆施工的成败。

⑥钻孔机对准孔位，调整垂直度，保证垂直钻孔机对准孔位，调整垂直度，保证垂直成孔；

⑦严格控制注浆压力，开环压力为0.35mpa左右，正常注浆压力为0.4-0.8Mpa。

注浆压力控制在1.0MPa以内，并由下而上逐渐减小，注浆压力过小则效果不明显，注浆压力过大则造成浆液浪费。

2.5施工安全技术措施

1、进场施工人员必须配戴安全帽。

按规定配齐其他安全防护装置。

严格按照操作规程和安全规程进行施工，确保施工安全。

2、每日收工时必须清理好现场，施工工具要摆放整齐，施工机械要及时清洗和检修，尽力搞好文明施工。

3、搞好消防安全。

努力协调好场地周围相关单位的关系等。

4、做好工人的安全教育工作，安全员要经常检查执行措施，做好事故预防性工作，保障施工工作顺利进行。

5、对注浆泵及钻机应专人负责使用及保养，防止危害他人。

6、经常检查所有电源线路，杜绝漏电触电事故发生。

搞好夜间施工照明。

3辅助降水施工

因本标段端头所处车站均设有降水井，盾构端头加固完成后，详细查看每个端头的降水井能否正常降水，如果需要补充加设降水井数量，具体布置根据车站降水井及现场实际布置，降水井施工详见《盾构区间降水井施工专项施工方案》。

4地面袖阀管及大管棚注浆加固效果的检测

1、地面袖阀管注浆效果检查

注浆完成后，在开挖轮廓线范围内打设检查孔，检测注浆效果，检查孔5个，其中2个上部，左右侧各1个，底部1个，检查孔直径110mm，长度约7m，平均出水量＜0.2L/min，也可采用任1孔出水量＜5L/min,；压力检查，在1Mpa压力下，吸水量＜2L/min,；加固土体抗压强度不小于1Mpa，岩体RQD指标达到75~80，渗透系数1×10-5cm/s，满足上述条件，则认为注浆效果达到后方可进行掘进，同时应注意，加固后土体应具有良好的均匀性和整体性，完成检查后，应及时用M10的水泥砂浆进行全孔封堵。

2、大管棚注浆效果检查

加固土体抗压强度不小于1Mpa，岩体RQD指标达到75~80，渗透系数1×10-5cm/s，满足上述条件，则认为注浆效果达到后方可进行掘进，同时应注意，加固后土体应具有良好的均匀性和整体性，完成检查后，应及时用M10的水泥砂浆进行全孔封堵。