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1、地鐵車站端頭前進式水平注漿施工工法1.前言在軟土地區的地鐵隧道施工中，盾構進出洞前對端頭土體的加固是施工中的重要環節，也是施工控制的重點。車站端頭注漿加固作為一項臨時工程，其目的就是保證盾構進出洞時土體的穩定，因此要求加固后的土體能有良好的自穩性、防水性、勻質性。廣州市軌道交通六號線盾構8標【天河客運站長湴站盾構區間】土建工程，盾構到達端頭加固時，根據洞門深度、加固要求和水文地質情況，選擇了前進式水平注漿作為端頭加固方式，取得了較好的技術和經濟效益。2.工法特點2.1施工占用場地小，且由地面轉入地下，對施工場地要求不高。 2.2針對中粗砂層、含砂率較高的風化巖土層，注漿效果較好;在含水地層中施2、工，止水效果較好。2.3后一次注漿對前一次的鉆進注漿部位有復注作用，有效保證加固體質量，還可以控制孔內涌水，有效防止塌孔和成孔困難。2.4在緊急加固施工中具有較高的靈活性。3.適用范圍本工法適用于地鐵施工中的中粗砂層、含砂率較高的風化巖土層的預加固。加固對象包括區間隧道端頭加固、聯絡通道加固，以及洞門施工加固。4.工藝原理端頭前進式水平注漿是通過在洞門外邊緣附近按一定角度布設導向管，在導向管內分段向前鉆進施工，成孔后退出鉆桿，安裝法蘭盤及注漿管進行注漿，待漿液凝固后拆除法蘭盤，再進行鉆孔如此循環，直到鉆進和注漿深度達到設計要求。通過由外向內循環反復跟進式向前鉆進注漿，可以保證鉆機鉆進時都在已經3、加固的土體內鉆孔，有效防止塌孔和成孔困難。鉆進到孔內出水就開始注漿，控制孔內涌水。注漿時，水泥-水玻璃雙液漿通過雙液注漿泵、注漿孔道均勻漸進地注入土體中，以填充、滲透和擠密等方式，驅走砂層和黏土顆粒間的水分和氣體，并填充其位置，硬化后形成強度大、壓縮性小和抗滲性高、穩定性良好的水泥土。通過反復鉆進注漿，將端頭土體不斷進行填充擠密，后一次注漿對前一次的鉆進注漿部位有復注作用，提高土體加固的整體性，并將匯水通道封堵，將水阻隔在洞身加固區域外。在盾構進出洞時，洞門端頭土體具有較好的自穩性，且通過注漿止水，有效防止土體遇水崩解，保證盾構進出洞安全。5.施工工藝流程及操作要點5.1 施工工藝流程施工準備4、平臺搭設測量定位導向管施工止漿墻施工配漿鉆孔注漿（換孔位鉆孔注漿）。圖5.1 施工工藝流程圖5.2 操作要點5.2.1 前進式水平注漿施工的準備工作1、配齊鉆機、攪拌機、注漿泵、管路、儲漿桶，以及各種應急材料。2、按每循環使用量配齊水泥、水玻璃等注漿材料。3、連接好注漿管路、電路等，并對注漿泵進行試運轉。4、對注漿施工人員進行技術交底、技術培訓以及安全教育。5.2.2 平臺搭設為了保證全斷面鉆孔和注漿，在洞口采用鋼管腳手架搭設作業平臺，平臺滿足鉆機和施工人員承重及高度要求，按照有關安全要求搭設護欄并掛安全網，上面滿鋪25mm以上厚度木板。5.2.3 測量定位根據設計圖紙進行施工放樣，將注漿孔位5、用紅油漆在車站洞門處維護結構上標注出來，鉆孔時根據標記進行鉆設。5.2.4 導向管施工導向管采用外徑89mm、壁厚3.5mm的焊縫鋼管，長度1.5m。按照測量定位的注漿孔位置，在維護結構上進行導向管開孔施工。導向管開孔采用抽芯鉆機成孔，鉆孔時按照設計圖紙注漿角度，調整鉆機鉆桿角度，斜孔鉆進1.15m。導向管外部涂抹植筋膠，用鐵錘夯入維護結構。在導向管外端焊接法蘭盤，法蘭盤距維護結構外表面35cm，方便在澆筑止漿墻后拆卸連接螺絲。導向管大樣如圖5.2.5導向管大樣圖。圖5.2.4 導向管大樣圖5.2.5 止漿墻施工導向管植入后，在維護結構外側立模，澆筑30cm厚的C30混凝土作為止漿墻。施做止漿6、墻時，需注意留足導向管長度，在注漿前需用棉紗及雙快水泥封堵導向管與止漿墻的空隙，以防漏漿。5.2.6 配漿前進式水平注漿采用水泥-水玻璃雙液漿。1、漿液濃度初始濃度： 單液漿 水灰比1.5:1正常注漿濃度： 雙液漿 水泥漿水灰比1:1；水泥漿水玻璃體積比3:1；水玻璃濃度3035波美度處理跑漿： 雙液漿 水泥水玻璃體積比2:1 2、濃度調整原則具體配比根據注漿時的具體地質狀況調節。一般原則為：先稀后濃，根據進漿量和注漿壓力的變化，及時調整漿液濃度。若長時間不上壓力，進漿量大，則調濃一級，壓力上升快，則調稀一級，以達到注漿壓力控制要求。5.2.7 鉆孔在導向管內采用風動潛孔鉆機進行鉆孔，鉆孔直徑7、76mm，一次鉆進長度12m，開孔時調整鉆桿適度上揚以抵消長距離鉆孔的鉆桿下垂度。先鉆單號孔，后鉆進雙號孔，左右對稱、從上部向下部進行，同時要保證鄰近區域在縱向上要錯開施工。鉆桿頂進時，注意保護管口不受損、變形，以便與注漿管路連接。在導向管內分段向前鉆注施工，每一循環鉆孔進尺一般控制在12m，也可根據地質情況及注漿效果適當加大每循環鉆孔和注漿長度，如果地下水豐富可以在導向管安裝好后先注漿后鉆進。鉆孔速度一般為0.1m/min，可根據地層鉆進難易程度進行調整。成孔后退出鉆桿，安裝法蘭盤及注漿管進行注漿，待漿液凝固后拆除法蘭盤，再進行鉆孔如此循環，直到鉆進和注漿深度達到設計要求。5.2.8 注漿18、注漿前的準備工作1）安裝注漿法蘭頭；2）檢修和調試注漿設備； 3）配置漿液及注漿材料的準備；4）洗孔：用注漿泵向孔內注清水，不少于5分鐘，以提高注漿效果，同時測取鉆孔吸水率，以確保漿液初始濃度；2、注漿注漿準備工作就緒后，關閉孔口閥門，將注漿泵吸管放入漿液中（吸頭有D80濾網包緊），開啟注漿泵，進行正式注漿，注漿時通過控制注漿壓力來控制注漿量。設計注漿擴散距離為：頂部及兩側水平方向，擴散35m，底部24m；正常注漿漿液濃度為：水泥漿水灰比1:1，水泥漿水玻璃體積比3:1，水玻璃濃度3035波美度。開始注漿時，采取低壓力中流量（3bar，20L/min）注入，注漿過程中壓力逐步上升，流量逐步減9、少，當壓力升至注漿終壓23MPa時，繼續注漿5min，即可結束注漿；當注漿壓力較小，而注漿量較大時增大水泥漿的濃度，直至終壓達到23MPa停止，繼續鉆進注漿至設計孔位深度。根據不同的地質情況，每米鉆孔進尺，注漿達到注漿終壓23MPa時，水泥用量約為1.52t。 3、注漿中注意的事項1） 嚴格按注漿參數進行注漿，確保注漿效果；2） 每次注漿前檢修好設備，確保管路連接牢固和壓力表正常，防止注漿過程中爆管事故；3） 及時觀察注漿壓力表，并做好注漿壓力及漿液記錄，以便注漿結束時分析毎孔注漿情況；4） 注漿結束后要高檔位沖洗注漿管路，防止注漿管路堵塞。5） 鉆注時間：鉆孔時，只要出水或者出砂中水泥漿含量10、較少就注，依次往復。5.3監測確保前進式水平注漿加固施工安全的關鍵是全過程監測端頭地表、地下管線、車站結構、端頭周邊建筑（構）物的變化情況，及時測量因施工引起的動態沉降數值，并與分析計算值比較，及時反饋指導設計和施工。主要的監測內容參見表5.2.5監測項目匯總表。表5.3 監 測 項 目 匯 總 表 序號監 測 項 目監 測 儀 器 監 測 頻 率監 測 目 的1端頭地表沉降徠卡DNA03精密水準儀，銦鋼尺初期： 2次/天，后期：12次/2天掌握注漿施工對地表及周邊環境的影響程度和范圍2端頭周邊建筑物沉降與傾斜3地下管線沉降4車站結構收斂JSS30A型數顯收斂儀初期： 2次/天，后期：12次/11、2天掌握注漿施工過程中車站結構變形情況及規律注：可根據施工條件和沉降情況增加或減少觀測次數，隨時將監測信息報告給技術負責人。5.4勞動力組織前進式水平注漿加固施工采取滾動交替作業方式，即：鉆孔-注漿-鉆孔-注漿，依次往復，24小時不間斷作業。勞動力組織見表5.4勞動力組織情況表。表5.4勞動力組織情況表序號單項工程所需人數備注1管理人員22技術人員23鉆孔班組64注漿班組105安全員26雜 工4合 計26人6.材料與設備本工法施工設備和部分材料見表6材料設備表。表6材料設備表序號名稱型號單位數量用途1空壓機1.05/12.5臺1注漿施工2高壓風管直徑70mm米60連接風動設備3潛孔鉆機QZJ112、00B臺2導向管內鉆進4抽芯鉆機Z1Z-130B臺2導向管成孔5單液壓漿機KBY-50/70臺1注漿6雙液壓漿機YSB-250/120臺2注漿7攪漿桶60m3/h臺1拌合水泥漿8電焊機BX-300臺1焊接9高壓輸漿管12MPa米100連接注漿設備，運輸漿液10焊接鋼管長度1.5米，外徑89mm,壁厚3.5mm根50導向管施工11法蘭盤配套D89mm鋼管個50導向管施工12小孔法蘭盤D89法蘭盤，內孔直徑D32mm個50導向管施工13注漿小管D32鍍鋅管,長度10cm,單端車絲個50注漿14球閥D25球閥個50注漿施工7.質量控制7.1工程質量控制標準前進式水平注漿施工質量執行地下工程防水技術規13、范、建筑地基處理技術規范。注漿加固施工按表7.1注漿加固質量控制表執行。表7.1 前進式水平注漿加固質量控制表序號項 目控制標準檢查頻率檢驗方法1孔位偏差孔深10m100mm每個孔位用鋼尺孔深10m50mm2鉆孔偏斜率孔深10m1%用全站儀孔深10m0.5%3孔深30mm鋼卷尺4加固效果按設計要求抽芯個數抽芯取樣7.2質量保證措施7.2.1根據地層的地質情況進行漿液材料配合比試驗，保證注漿材料的強度、耐久性滿足技術規范要求。7.2.2嚴格按照前進式水平注漿施工工藝流程的施工程序實施注漿作業。7.2.3為防止漿液混入雜質堵塞管路，攪拌機出灰口及吸漿帶口應設置過濾網。7.2.4及時準確地分析注漿壓14、力、注漿量、注漿時間之間的關系曲線，對各種參數進行調整，并結合地表沉陷監測結果進行綜合分析。7.2.5注漿過程中當壓力突然發生變化，堵塞管路或漿液漏泄遠方、跑漿時，要進行及時處理或調整漿液濃度。7.2.6鉆孔過程中如未出現水泥漿塊或者有涌水現象，立即停止鉆進，進行注漿。7.2.7加固效果檢測情況若不理想，則在加固薄弱區域補充注漿。8.安全措施8.1通過在人行疏解通道處的圍蔽外貼安全警示牌，通道指示牌等。8.2將施工機械如鉆孔機，空壓機等都設置在遠離人行通道的一側。8.3現場施工人員統一戴反光背心，安全帽。加強安全教育，提高安全意識，做到科學文明施工。現場施工工序由專業技術工程師進行指導施工，禁15、止違規操作，違法必究。8.4施工用電根據相關法規要求，對通往施工現場的電線進行保護，并派安全人員每天進行巡察。8.5高壓注漿時，要使用高壓球閥，并連接牢注漿管路，作好耐壓試驗，防止注漿管路接頭、閥門崩裂而出現事故。8.6高空鉆孔注漿作業時，需佩戴安全帶，施工平臺腳手架需固定牢靠。9.環保措施9.1施工產生的建筑垃圾隨時清理,當天運走,不用的料具和機械及時清退出場,保持場內清潔。9.2施工場界噪聲控制按建筑施工場界噪聲限值（GB12523-90）要求。9.3施工場地、運輸道路定時灑水降塵。9.4嚴禁燃燒各種垃圾廢棄物。9.5施工完成后,按要求及時拆除所有工地圍蔽、安全防護設施和其他臨時設施,并將16、工地及周圍環境清理整潔,做到工完、料清、場地凈。9.6對注漿施工過程中，鉆孔流出的泥沙、注漿泄漏的漿液及清洗管路的廢水等及時進行清理，保持場地整潔。10.效益分析10.1本工法針對地鐵施工中砂層、粘性土層等軟土地層，以及巖土交界地層，特別是在地層含水的情況下，加固止水效果較好，取得較好的技術效益。10.2施工場地由地面轉到地下，避免了地面施工產生的大量場地占用，對地面施工、交通、居民生活影響小，且避免了需借地帶來的協調問題，取得較大的社會效益。10.3減少了因返漿造成的大量泥漿排放，周圍環境未受到污染，也減少了處理泥漿的費用，取得了較好的經濟效益。11.施工實例廣州市軌道交通六號線盾構8標土建17、工程11.1 工程概況廣州市軌道交通六號線盾構8標土建工程包含【長湴站天河客運站】、【天河客運站灑水車隊吊出井】兩個盾構區間， 左右線全長3260.183m，隧道埋深928m，線間距1015m，隧道主要穿越硬塑堅硬狀花崗巖殘積土。左右線盾構自長湴站始發，到達天河客運站后，過站并二次始發，至灑水車隊吊出井后分解吊出。天河客運站到達端頭隧道拱頂以上主要由人工填土層、沖積-洪積土層、中粗砂層、可塑狀花崗巖殘積土層、硬塑-堅硬狀花崗巖殘積土層構成、全風化花崗巖層構成；隧道洞身主要由全風化花崗巖層、強風化花崗巖層構成；隧道底部主要由強風化花崗巖層構成。隧道洞頂埋深24.7m，該段地層土體含砂率較高（大于18、65%），裂隙水非常發育，洞身土體遇水易崩解。11.2施工情況天河客運站到達端頭地層加固方式為：洞門水平高壓深孔前進式注漿，加固深度為圍護結構背后沿隧道方向8m，垂直范圍為隧道頂板上5m至隧道底板下3m。前進式注漿中在半徑3050mm和半徑2550mm位置施工兩圈注漿管進行注漿，注漿管布置間距為外層13,內層26；在洞門下部設向下斜孔5個，對底部加強注漿。端頭加固平面圖、剖面圖見圖11.2-1天河客運站到達端頭加固平面布置圖及圖11.2-2天河客運站到達端頭加固剖面圖：圖11.2-1天河客運站到達端頭加固平面布置圖圖11.2-2天河客運站到達端頭加固剖面圖注漿管布置見圖11.2-3天河客運站到19、達端頭加固注漿管布置詳圖：圖11.2-3天河客運站到達端頭加固注漿管布置詳圖施工照片見下圖： 圖11.2-4 導向管成孔 圖11.2-5 導向管埋設圖11.2-6 導向管內鉆孔 圖11.2-7 注漿11.3工程監測與結果評價在天河客運站到達端頭注漿加固施工中，根據監測情況顯示，地表最大累計沉降值為+14mm，連續墻累計收斂變形值為-6mm。加固完成后抽芯檢查效果，芯樣呈柱狀或短柱狀水泥土（抗壓強度1.5MPa，滿足設計要求1.0MPa），局部夾雜花崗巖殘積土，探孔無明顯水流或砂漏出。前進式水平注漿施工占用場地少，對環境污染小，加固、防水效果好，在含水的花崗巖殘積土層中足以保障加固效果，可以減少開挖面失水、增加掌子面穩定、控制地面下沉，確保隧道施工和周邊建筑物的安全。施工完成后，區間左右線盾構順利出洞，得到了各方的好評。圖11.3-1 加固效果取樣圖11.3-2 盾構順利出洞