北环端头加固方案.docx
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北环端头加固方案
1、编制目的
提高国基路站～北环路站、北环路站～东风路站区间盾构进洞、出洞地基抗剪强度，确保盾构机进洞、出洞掘进施工过程安全，防止盾构机在进洞、出洞掘进时地下水过量流失，提高地层的自立性、均匀性。
2、编制依据
（1）《地基处理手册》。
（2）国基路站～北环路站、北环路站～东风路站区间端头加固图及设计交底、图纸会审相关资料。
（3）国基路站～北环路站、北环路站～东风路站盾构区间平、纵断面设计图及设计交底、图纸会审相关资料。
（4）地下铁道工程施工及验收规范。
（5）盾构法隧道施工与验收规范。
3、工程概况
3.1加固设计
北环路站盾构进洞、出洞加固设计采用三重管旋喷加固方式进行地层加固，旋喷桩直径800mm，间距500mm，搭接300mm，旋喷桩成梅花形布置。
南端头土体加固设计范围为盾构外径外侧及顶部3m、底部4m范围内为加固区，即加固高度为13m，加固宽度为线间距25m，加固长度为9.5m；北端头土体加固设计范围为盾构外径外侧及顶部3m、底部3m范围内为加固区，即加固高度为12m，加固宽度为线间距24m，加固长度为9.5m。
旋喷桩加固区域平面布置见图1、图2所示：
图1南端头加固区域平面布置图图2北端头加固区域平面布置图
3.2工程地质
根据地质报告显示本车站端头加固区地貌形态为黄河冲洪积平原地貌，场地地形较平坦。
各层地质岩性特征见表1、表2所示，具体分布情况见图3、图4：
表1南端头地质岩性特征表
序号
地层
岩性
层厚
层底高程
备注
（1）
填土层
呈欠压实～稍压实
1.1～8.5m
81.96～89.18m
（2-1）
粉土层
稍密状
2.7～9.2m
79.82～85.97m
（2-4）
粉质粘土层
可塑状
1.1～5.6m
77.42～83.06m
（3-1）
粉土层
稍密状
0.9～5.7m
73.72～80.92m
（3-2）
粉质粘土层
可塑状
1.1～6.7m
73.16～81.53
（4-1）
粉土层
稍密～中密状
2.4～3.3m
69.01～73.60m
（4-4）
中砂层
中密～密实状
5.0～13.1m
60.62～62.98m
图3南端头加固区域剖面图
表2北端头地质岩性特征表
序号
地层
岩性
层厚
层底标高
备注
（1）
填土层
杂色、稍湿、稍密
0.70～4.80m
84.10～88.16m
（2-1）
粉土
褐黄色，稍湿，稍密，干强度低，韧性低，摇振反应中等，无光泽反应
1.5～11.3m
81.01～85.04m
（2-3）
细砂
褐黄色~饱和，中密-密实
0.8～1.3m
76.44～78.31m
（2-4）
粉质粘土
褐黄色，可塑，含少量铁猛质斑点、小粒姜石，干强度中等，韧性中等，稍有光泽，无摇振反应
0.8～6.5m
76.38～85.49m
（3-1）
粉土
灰色，湿，稍密，干强度低，韧性低，摇振反应中等，无光泽反应
0.6～4.9m
71.29～76.4m
（3-2）
粉质粘土
灰色～灰黑色，软塑～可塑，干强度中等，韧性中等，稍有光泽，无摇振反应
1.1～4.4m
72.59～76.66m
（4-3）
细砂
灰黄色～灰色，饱和，密实，主要成分为石英长石
0.7～12.9m
51.91～71.95m
（4-4）
中砂
灰黄色～灰色，饱和，密实，主要成分为石英长石
1.8～11.2m
58.9～64.35m
（4-5）
粉土
浅灰色，湿，密实，干强度低，韧性低，摇振反应中等，无光泽反应
1.0～7.4m
52.0～62.96m
（4-6）
粉质粘土
黄褐色，硬塑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，稍有光泽，含有钙质结核
0.8～8.4m
24.7～35.0m
（6-1）
粉质粘土
棕黄色，硬塑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，稍有光泽
4.0m
48.0m
（6-2）
粉土
黄褐色，湿，密实，强度低，韧性低，摇振反应中等，无光泽反
揭露最大厚度9.5m
揭露最大深度50m
图4北端头加固区域剖面图
3.3水文地质
本区浅层含水层以粉土、粉细砂为主，局部为中砂。
含水层属中等透水层，富水性中等。
根据区域资料，郑州市东北郊地下水水位年变幅为2.0m，场地3～5年最高水位高程为89.93m，平均84.40m，地下水受城市开采影响，地下水位变化受人为控制，历史最高水位高程为88.0m。
4、旋喷桩施工工艺
旋喷桩加固原理：
利用钻机把带有喷嘴的注浆管，钻入土层的预定位置，然后将水以高压流的形式从喷嘴里射出，冲击破坏土体形成桩孔，通过不断向桩孔内注浆与钻杆360°回转，土层被搅动呈颗粒分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与浆液搅拌混合，随着浆液搅拌混合，喷浆管不断以360°回转提升，随着浆液的凝固，组成具有一定的强度和抗渗能力作用的加固体。
根据工程情况,旋喷桩采用三重管旋喷钻机,桩径为800mm,桩中心间距500mm,采用PO.42.5级普通硅酸盐水泥,水泥掺入量255kg/延米.具体施工参数根据实际调整；高压旋喷桩施工工艺流程见图5。
5、施工方法
三重管高压旋喷是利用钻机先钻孔，然后把带有喷嘴的注浆管下至预定位置，以高压设备把水变成高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，采用高压气低压浆的办法，将大量细小的颗粒土随着浆液排出，其余少量的土粒在喷射液流的冲击力、离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的比例和质量大小有规律的重新排列。
浆液凝固后，便在土中形成一个固结体。
5.1施工准备
5.1.1管线调查、探测
根据现有资料，施工范围内已知地下管线情况详见下表3：
表3施工范围地下既有管线汇总表
序号
管线名称
规格（mm）
管线材质
埋深（m）
备注
1
路灯
10KV
PE
0.2
南北走向，横跨基坑
2
给水
DN600
铸铁
1.6
南北走向，横跨基坑
DN1400
钢砼
3.3
南北走向，沿东侧桩位
3
雨水
1000×800
砖砌箱涵
1.65
南北走向，沿东侧桩位
施工前，除对已知管线进行确认外，还应人工开挖探槽，调查未知管线，并明确地下管线与桩位的位置关系，及时与业主和管线单位协调，做好迁改和保护工作。
5.1.2技术准备
（1）组织相关人员熟悉图纸和分项工程施工工艺，了解施工现场地上和地下建筑物及管线现状，作好充分的技术准备工作。
（2）根据施工进度编制材料、设备进场计划，完备有关报验手续和技术资料。
（3）在施工中，施工员应随着设计和施工条件等因素的变化调整和补充完善施工方案。
（4）根据图示坐标尺寸及业主单位提供的控制点进行定位，并设轴线控制点，根据国家水准引测相对标高，确保放线定位准确。
5.2钻机定位
旋喷桩施工前，按照设计图纸将旋喷加固区域进行实际放样定位，并对地面标高进行实测以控制有效旋喷桩长，确保加固质量符合设计要求，然后将钻架安放平稳牢固，定位准确，钻机底部需找平，钻杆倾斜度不大于1%（现场可用水平尺进行控制），桩心偏差不大于5cm。
5.3施工主要技术参数
旋喷桩正式施工前先进行试喷，根据下表旋喷桩施工参数来进行试桩施工控制，试喷完成后对试桩进行抽芯检验，是否能达到设计要求，旋喷桩加固强度应大于1.0MPa，渗透系数≤1.0×10-7cm/s的性能指标。
如果达到则按照表4中参数进行旋喷加固施工，如果达不到设计要求则进行参数改进，确保满足设计要求。
表4北环路站盾构进洞、出洞端头地层加固旋喷桩施工参数表
项目
控制参数
水泥浆
水泥用量
255kg/m
水灰比
0.8-1.2
提升速度
粘性土30㎝/min、砂性土15㎝/min
钻杆转速
粘性土30r/min、砂性土15r/min
注浆压力
0.5-1Mpa
浆液流量
37-40L/min
浆液密度
1.44-1.6g/cm3
回浆密度
≥0.8g/cm3
压缩空气
水压
大于20Mpa
气压
0.3～0.5MPa
5.4制作浆液
浆液制作时，水灰比要按设计进行严格控制，不得随意改变。
在旋喷过程中，应防止泥浆沉淀、浓度降低，材料要求水泥应采用P·O42.5强度等级普通硅酸盐水泥，要求新鲜无结块，不得使用受潮或过期水泥。
一般泥浆水灰比为0.8-1.2。
浆液宜在旋喷前1h以内配制，浆液搅拌完毕后送至吸浆桶时，应有滤网进行过滤，过滤筛孔以小于喷嘴直径1/2为宜。
搅拌时间不得小于30S，防止浆液未充分搅拌导致堵管现象的产生。
5.5端头加固试桩
根据北环路站盾构进洞、出洞端头地层、地下水情况，选择在左、右线加固之间的间隙内打2根直径800mm的旋喷桩，桩体长度6米，平面位置如图6所示。
图6端头加固旋喷桩试验桩位置图
5.6施工注意事项
（1）现场工作人员严禁随意浪费水泥等原材料。
（2）旋喷机由专人负责操作，同时确保施工用电安全；及时进行旋喷机的维修保养，确保加固施工顺利进行。
（3）值班工程师现场24小时值班，并在值班过程中每0.5m对施工起控制作用的各主要参数和相关记录表格进行及时记录，相关记录表见附件二：
高压旋喷桩施工记录表。
（4）对作业人员要进行必要的岗前培训，让其树立起安全施工质量意识。
（5）现场作业人员必须正确配戴安全帽、穿工作服以及其他必要的安全防护措施。
（6）配电箱以及其它供电设备不得置于水中或者泥浆中，输电线路必须设有漏电开关。
5.7加固效果检查
5.7.1强度、质量检查
待端头加固土体达到28天龄期后，按1%孔数对其钻孔取芯，且不能少于3点，检查点应布置在有代表性的桩位上、施工中出现异常情况的部位及地基情况复杂有可能对高压旋喷桩注浆量产生影响的部位。
并通过试验手段确定加固后土体的强度是否达到国家规范和设计要求强度，如未达标则采取措施进行补充，具体检验控制项目见表5。
表5旋喷（高压喷射）注浆地基质量检验标准
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主控项目
1
水泥及外掺剂质量
符合出厂要求
查产品合格证书或抽样送检
2
水泥用量
255kg/m
查看流量表及水泥浆水灰比
3
桩体抗压强度及完整性检验
设计要求
按规定方法
4
地基承载力
设计要求
按规定的方法
一般项目
1
钻孔位置
mm
≤50
用钢尺量
2
钻孔垂直度
%
≤1
经纬仪测钻杆或实测
3
孔深
mm
不得小于设计值
用钢尺量
4
注浆压力
按设定参数指标
查看压力表
水压
按设定参数指标
查看压力表
6
桩体搭接
mm
≤500
用钢尺量
7
桩体直径
mm
≤50
开挖后用钢尺量
8
桩身中心允许偏差
≤0.2D
开挖后桩顶下500mm处用尺量，D为设计桩径
5.7.2防水检查
对于端头加固来讲，从端头洞门处水平打3-6个检查孔，检查孔“米”字型布置，钻孔深度为深入加固体1.5-2m，若出现有泥沙大量流出或者有水带压喷出现象，说明未达到盾构机进洞、出洞掘进条件，则采取措施对地层进行再次加固。
5.8地下既有管线探测及保护
5.8.1地下既有管线探测
施工进场前，根据北环路站盾构端头区域内管线分布图，联系有关管线单位相关负责人到场，首先进行地层加固区域内开挖管线探槽探明管线，探明既有管线具体位置，了解既有管线材质、埋深、走向。
5.8.2管线保护措施
1）在加固施工范围内人工开挖纵向、横向贯通探沟各一条，使管线暴露出来，并做出明显标志，加固施工过程中避开地下管线，如不能避开则进行悬吊、迁移等保护措施，确保不能破坏既有管线，同时探沟开挖过程中应注意开挖力度，提高施工警惕，防止开挖过程中造成管线破坏。
2）如需管线悬吊保护，施工时应首先施作离管线近的旋喷桩。
3）做好信息化施工，在管线上方加布监测点，加强监测频率，及时反馈监测结果，并结合监测成果及时进行施工参数调整，确保管线变形控制在要求范围内。
4）对管线异常变形前做出早期预警，确保施工过程安全。
5.8.3场地内路面恢复
北环路站进洞、出洞端头地层加固施工完毕后，须按照国家相关市政公路施工规范要求，将加固区域内混凝土路面破除部分进行回填，确保恢复路面原状。
6、人员及设备配置
根据具体施工的情况，安排人员16人，其主要包括现场施工的人员、技术指导和后勤保障人员。
具体配置详见表6：
表6北环路站端头加固人员配置
序号
工种
人/班
职责
1
工班长
2
做好施工管理工作，负责劳动力安排
2
值班工程师
2
负责现场技术指导和管理
3
机械维修
2
负责排除机械故障和管路的清洗
4
桩机操作手
4
负责机械的操作
5
水泥浆制备
2
负责浆液的配置
6
注浆机操作
4
负责注浆机操作和压力控制
端头加固施工所用设备见图7：
图7三重管高压旋喷配套设备表
GZB-40C高喷台车1台
GZB-40C 高压注浆泵1台
W3/7空气压缩机1台
JT系列三重管喷杆1套
JB400/43灰浆搅拌机1个
4S19高压胶管若干
主要机械设备性能：
（1）高压注浆泵是关键的设备，通过它的高压才能使水切割土体，达到要求的喷射范围，形成一定直径的桩体，GZB-40C高压注浆泵注浆压力20-40MPa，注浆量70-120L/min。
（2）高压胶管为内径Φ21的橡胶钢丝软管或内径Φ21的钢管，能够承受45MPa以上的压力。
它的主要作用是连接高压泵与旋喷钻机输送浆液。
（3）三重喷管一般使用Φ89钻杆，底部带有特制的喷嘴，喷嘴直径为一般为1.8mm，钻杆长度2.5-3m/根
（4）空压机空气压缩功率为6m3/min。
（5）引孔地质钻机一台，型号为汽车地质钻。
7、施工进度计划
北环路站端头加固全天24小时不间断施工，计划进度为旋喷成桩20~24根／天，计划东、西每端头各用50个工作日，施工中根据工期情况调整设备和人员的投入，保证端头加固施工保质保量及时完工。
8、质量保证措施
（1）对现场施工人员进行岗前安全技术、技术交底，提高施工安全、质量控制，加强施工人员施工质量保证观念。
（2）严格进行原材料质量检查，使用的水泥必须具有合格证，并经检验合格后方可用于工程，严禁使用不合格的材料。
（3）严格按照设计要求施工，执行施工规范。
按照设计、监理审批的施工方案和要求进行作业。
（4）施工中自觉接受设计、监理的检查、监督，发现问题及时更改。
（5）质量检查中，严格执行“三检”程序。
（6）注意材料的节约，严禁出现水泥潮湿、未使用时水泥袋已经破损情况以及使用这些水泥进行搅拌注浆。
（7）施工时必须注意桩机的各项密封性能，确保浆液实际压力能够达到设计要求。
（8）在插管旋喷过程中，要防止喷嘴被泥砂堵塞，一旦堵塞，要拔管及时清洗干净，再重新插管和旋喷。
插管时应采取边射水边压力控制在1Mpa。
（9）高压泵、桩机、浆液搅拌机等要密切联系配合协作，一旦某部发生故障，要及时停浆停机，排除故障；高压胶管在使用时不得超过容许压力范围，使用时屈弯应不小于规定的弯曲半径，防止高压管爆裂伤人。
高压喷射旋喷注浆是在高压下进行，高压射流的破坏较强，浆液应过滤，使颗粒不大于喷嘴直径；高压泵必须有安全装置，当超过允许泵压后，应能自动停止工作；因故需较长时间中断旋喷时，应及时地用清水冲洗输送浆液系统，以防硬化剂沉淀管路内。
（10）旋喷过程中，钻杆旋转和提升必须连续不中断，拆卸钻杆或中途因故停机，重新开始下钻时要进行复喷，复喷高度不小于50cm。
（11）返浆（内有土粒、水及浆液）量小于注浆量20%者为正常现象。
若地层中有较大空隙引起的不冒浆，则可以在浆液中掺加适量的速凝剂（加入氯化钙、三乙醇胺等），缩短固结时间。
另外还可以在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续正常施工。
冒浆过大时，一般是有效喷射范围与注浆量不相应，注浆量大大的超过旋喷加固所需的浆量所致，减少冒浆的措施有三种：
①提高喷射压力；②适当缩小喷嘴孔径；③加快提高和旋转速度。
9、安全文明施工保证措施
9.1安全管理措施
（1）进行安全岗前培训。
工人上岗前，结合高压旋喷施工特点，对工人进行针对性安全教育，让工人树立起安全施工的意识观念。
（2）建立安全责任制。
每班配备一名专业安全员负责施工现场安全，工班长负责全工班的安全，落实三工制度（即坚持工前讲话制度，工中检查制度，工后评议制度）。
（3）施工机械专人负责，严禁非机械操作人员进行作业，电力、电线由电工专人负责，严禁非电工人员进行操作。
（4）严格按照安全操作规程进行作业，严禁违反安全操作规程，擅自更改安全操作程序。
（5）施工作业中，戴好个人防护用具，特别是在注浆作业中，以防止化学材料腐蚀及高压系统伤人。
9.2安全保证措施
（1）认真贯彻执行国家安全生产法律法规和郑州市政工程建设安全生产管理规定，严格执行有关施工规范和安全技术规则，对施工人员进行安全教育培训，全体施工人员树立“安全第一，预防为主”的思想。
（2）成立工区领导小组，现场值班工程师实行24小时值班制度。
（3）保证现场材料供应，确保施工过程的有效运转。
（4）每班配备1名专业安全施工员对现场施工安全进行监督。
（5）施工前做好构筑物调查、管线探测工作，保证加固施工安全。
（6）施工过程中应加强对周边环境的监测，特别是对桩间渗漏情况的监测，发现渗水、漏浆立即调整注浆压力。
（7）在施工过程中，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。
（8）另外需要特别注意，加固施工过程中废弃泥浆池须做明显警戒标示，防止有人、物掉入池中，靠近车站端头区域施工严格注意防止坠物落进基坑伤人，保证各方施工人员的施工安全。
9.3文明施工管理措施
（1）进行岗前文明施工培训，教育职工文明施工，维护企业的良好形象。
（2）合理布置施工场地，机械、材料及工具摆放整齐，严禁乱摆乱放。
（3）现场施工用水做到排水顺畅，施工废水经过滤后排放，施工废料按要求堆放，并定期及时运出。
（4）施工中严禁大声喧哗，吵闹，特别是夜间施工期间，要尽量减小施工噪音。
9.4环境保护措施
（1）教育职工增强环保意识。
（2）严格按照注浆量要求进行施工，对地面冒浆应及时处理，保持施工场地清洁。
（3）废弃浆液临时存放处理
高压旋喷加固施工过程中将会有大量废弃泥浆泛出，为了保护现场施工环境须将废弃泥浆进行临时收集，及时集中处理，不得随意排放。
根据北环路站盾构端头加固现场实际施工场地情况，由于端头加固施工场地有限，在旋喷加固施工中废弃泥浆只能在加固区域内开挖弃浆池进行临时收集处理，左右线加固区域场地交替使用，即：
加固右线端头时在左线加固区域内开挖一处，长7m×宽4.5m×深1.2m的临时弃浆池，加固左线端头前先将临时弃浆池回填，在右线加固范围内开挖一处长7m×宽4.5m×深1.2m的临时弃浆池，施工过程中废弃浆液经沉淀后，先将表面清水用水泵抽出，沉淀淤泥用碴车运输至弃碴场，这样端头加固施工过程中废弃泥浆能够集中排放处理，既节省空间又不会造成环境污染。
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