双重管旋喷桩在地铁端头地层加固中的应用

【摘 要】结合某隧道盾构掘进施工实例,采取双重管旋喷桩对临近端头一定范围内的土体进行相应的加固处理,有效地确保地层的稳定以及防止在盾构机完全进入地层之前或出洞后其周围大量涌入地下水和泥砂,可为同类工程提供参考.

【关 键 词】地铁施工；端头地层；地层加固；双重管旋喷桩

1引言

盾构工程中的盾构机的始发与到达是整个盾构施工中相当重要的环节.为了有效地确保盾构机进出洞的安全,确保在拆除洞口临时围护结构时保持地层的稳定以及防止在盾构机完全进入地层之前或出洞后其周围大量涌入地下水和泥砂,以及降低盾构施工、吊装等对始发和吊出井地层、围护结构的影响,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相应的加固处理,而双重管旋喷桩就是其中一种有效的加固处理技术之一,现将深入探讨该技术在工程中的应用.

2工程概况

根据招标设计图纸的要求,本工程端头加固采用φ800@650双重管旋喷桩结合φ1000@850三轴搅拌桩,加固宽度为从隧道左侧3m到隧道右侧3m范围,纵向范围均取10m,加固深度为隧道拱顶以上3m,仰拱以下2m.要求加固后的地基,应有良好的均匀性和自立性,其无侧限抗压强度取不小于1.8MPa,渗透性≤1.0x10-6cm/s.

3双重管旋喷桩施工技术

3.1施工技术要求

双管高喷法其施工机理是采用压缩空气包裹高压喷射水流冲切破坏土体,水泥浆流与被搅动土体混合形成圆柱状固结体的土体加固方法.在设备进场施工前需先清除地表下各种障碍物,探明标识已知的管线的具体位置及埋深,将施工场地填垫平整,挖好排浆沟、排浆池等临时设施.根据管线所影响范围和已施工的搅拌桩位置,合理布置旋喷桩位,做好桩位标示,并设置护桩控制点.在保证现有的管线不被破坏的前提下满足旋喷桩与搅拌桩体间相互咬合搭接.组织材料进场,进场水泥必须具备出厂合格证,并经现场取样送试验室复检合格,存放场地要充分满足施工需要,现场布局合理.同时通过采用旋喷桩代替管线周边的三轴搅拌桩进行端头土体加固,保证旋喷桩与搅拌桩体间相互咬合搭接,使加固范围的软弱地层固结成稳定的整体.旋喷桩设计桩长等同于原设计搅拌桩桩长,实桩部分为隧道顶以上3m至隧道底以下2m地层,或桩底嵌入〈6Z〉强风化花岗岩地层1m.水泥应采用42.5强度等级普通水泥,要求新鲜无结块,一般泥浆浆液宜在旋喷前1h以内配制,使用时滤去硬块、砂石等,以免堵塞管路和喷嘴.喷射凝结体28天凝期的无侧限抗压强度不小于1.0Mpa.根据地质情况合理设计旋喷桩径和选择施工参数,如工期允许,需提前进行试验桩,以确定相关参数指导施工.

3.2施工工艺

3.2.1布置孔位：按施工设计图纸测放高喷孔轴线,然后按规定的序号和孔间距布置桩位,设立桩位标志.

3.2.2钻机就位并采取钻孔：将钻机安放到选定的孔位上,使钻头对准孔位,调平并加以固定.钻杆垂直度应小于1%.钻机就位调试完毕即可开钻.钻孔孔径根据喷管直径选择为φ130～150mm.钻进过程使用优质泥浆护壁,避免出现塌孔及埋钻现象,泥浆比重控制在1.2～1.3,粘度18～23s,胶体率≥90%,含砂率≤5%,正循环钻进.钻孔的孔深依据不同部位达到设计要求.

3.2.3安放喷射管：下入喷射管前,应用有一定强度的防水材料封堵出浆口,以防孔内泥浆流入管内堵塞喷管,喷管接头应保证密封良好,喷管垂直,喷射管的安放应保证出浆口的位置低于设计桩底.

3.2.4注浆：高压旋喷注浆其喷射管下入到预定深度后启动高压注水泵、空气压缩机、注浆机等,根据设定的参数开始转动提升喷射.注浆范围从孔底开始,一旦达到设计高程立刻停止喷射注浆,拔出注浆管.喷射注浆结束后,因旋喷桩固结体析水收缩,为保证桩顶高程及桩体有效直径满足设计要求,必须及时进行静压回填灌浆,补充浆液,直至水泥浆液液面不下沉为止.

3.2.5冲洗：高压喷射注浆施工完毕后,及时把注浆设备冲洗干净,摆放整齐以备使用.移动机具,进行下一桩位施工.双管旋喷桩的施工工艺流程见图1所示：

图1旋喷桩施工工艺流程图

3.3加固效果检查及问题处理措施

每端头加固施工完毕后,对旋喷桩进行抽芯检测,检查旋喷桩搭接以及单桩成桩质量,保证整个加固区旋喷质量满足要求.采取钻孔取芯试验对其强度检查,钻孔取芯试件无侧限抗压强度应≥1.0MPa；对于软弱地层加固完整性检查,在洞顶按1%比例钻孔取芯检查旋喷胶结情况.端头加固渗水量检查：在盾构到达前,在洞门钻水平孔检查渗水量,孔深保证进入加固地层1.0m以上,以检查加固土体的止水效果.如水量较大时,要求量测出水量,以便对加固的效果做评价,要求加固后地层的渗透系数小于渗透性≤1.0x10-6cm/s.如果加固效果不满足要求,根据检查结果和地层条件采取补注浆或补桩措施补救.

4施工质量控制技术

4.1技术措施

4.1.1开工前,必须根据施工详图测量放样,把桩位编号图报送给监理单位,经过监理工程师检查确认后方可开工.旋喷桩使用的水泥品种、规格必须满足设计要求,进场水泥应按建材试验规定提前送检,合格后方可使用,并确保整个施工过程使用同一种品牌的水泥,禁止混用.严禁使用受潮、结块、变质的水泥.

4.1.2钻机就位应平整、稳固,确保施工中不发生倾斜、移动.钻机钻杆垂直偏差不得大于1%,孔位偏差不应大于50mm；钻孔深度不小于设计深度,桩体无侧限抗压强度不得小于设计规定.钻进过程严格控制泥浆比重,根据不同地层采取不同比重进行钻进.成孔后必须对成孔质量进行检查,孔斜率严格控制在1%以内,对孔斜率大于1%的钻孔,应采取扫孔等措施进行纠偏,直到满足设计要求.

4.1.3喷射管必须下至设计孔深,否则应重新扫孔.注浆开始,应待到施工参数正常后方可提升.施喷过程必须连续,短时间中断正常后应对中断处以下0.3m进行复喷,长时间中断必须重新扫孔,重新下入喷射管注浆.另外,当孔口没有反浆时,应停止提升喷射管,直至孔口反浆在继续提升喷射管.旋喷桩施工完毕必须进行静压回填灌浆.

4.2管理措施

4.2.1成孔质量管理：严格控制钻孔深度,使之大于设计深度,孔位偏差不大于5cm,为保证成孔的垂直度,经常检查钻杆的垂直度,控制好钻机的转速压力与地层的关系,若发现孔斜过大,则需重新扫孔或钻孔.保证护壁泥浆的浓度,做好钻渣的清理工作.

4.2.2喷灌过程控制：喷灌前下管深度达不到设计钻孔深度时,应作清孔处理,喷灌过程中,气压、水泥浆注入压力、提升速度等各技术参数由专人观察记录,要求每10分钟记录一次,发现问题及时更正；当气、浆有一管路出现故障时,即时停止喷灌、提升,待排除障碍后再将喷管下放至已喷墙体内0.3m,各机械正常运转,技术参数满足设计要求时,再喷灌提升,否则重新扫孔.在高喷提升作业前,气、浆各参数必须正常3分钟后才能进行；若发现孔口无回浆,则需立即停止提升,继续灌浆直至孔口有回浆,方可继续提升喷灌.

4.2.3在施工过程中,必须建立完善的“三检”制度,并加强施工监督.工程完成后,进行单元质量评定,逐孔评定工程质量及工程质量等级,作为竣工验收依据.

5结论

文章结合实例,为了有效地确保盾构机进出洞的安全,确保在拆除洞口临时围护结构时保持地层的稳定以及防止在盾构机完全进入地层之前或出洞后其周围大量涌入地下水和泥砂,以及降低盾构施工、吊装等对始发和吊出井地层、围护结构的影响,采取双重管旋喷桩对临近端头一定范围内的土体进行相应的加固处理,工程实践效果显著,可值得为同类工程参考借鉴.