超深隧道水平注浆及水平冻结盾构推进施工技术-怎么

论文导读：控制在15~20升/分钟。注浆结束标准：单孔单次注入量及注浆压力达到设计值时，持续10分钟注浆。施工时以压力和注浆量双控，考虑浆液扩散及串流损失，实际注入基本为每延米注入0.5~1.0m3浆液。3.3浆液类型和配比选用双液注浆：水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥。水玻璃浆浓度：35Be0。水泥浆：水玻璃（体积比）=1:0.53.
【摘要】：本文通过天津地铁3号线金狮桥站~天津站盾构区间超深隧道接收端头加固工程，在地层较深及地面环境差的条件下，阐述了超深隧道盾构采用水平注浆及水平冻结法进行加固，及盾构推进施工成功应用的施工技术。
【关键词】：超深隧道；端头加固；水平注浆；水平冻结；盾构到达段推进施工

引言：盾构法隧道施工由于盾构始发及接收（盾构进出洞）端头位置土体加固效果不理想等原因，造成盾构机始发及接收施工阶段出现各种不良事故，尤其是盾构接收（进洞）阶段较盾构始发（出洞）阶段对风险更加不容易控制，容易发生洞门周边涌水、涌砂等不良现象，造成地表下沉，管片错台、破碎，纵环缝开裂，甚至因接缝张开太大造成涌水，危及盾构隧道及周边建筑物的安全。

1、工程概况

天津市地铁3号线第11合同段天津站～金狮桥站盾构区间隧道工程，全长1211.496m，盾构在天津站地下四层到达接收，区间为单线单洞圆形区间隧道,盾构从金狮桥站始发最后到达天津站。到达站中心埋深为2

5.61m，盾构底深28.7m。盾构直径φ6340mm，盾构为直线到达。

盾构接收处主要地层为⑦1粉质粘土、⑦4粉砂层，其中⑦4为主要含水层，为微承压水，水体含盐量较高（5191mg/L），地质条件差。

图1-1盾构到达端头井地质柱状图

2、施工方案的确定

根据地质条件和盾构施工的特点、难点，针对天津站地下四层承压砂层盾构接收端的现场、地质水文情况，最终决定采用地下水平注浆+水平冻结加固形式，同时制定科学合理、针对性及操作性强的加固实施方案。
天津站地下四层承压砂层超深隧道水平注浆及水平冻结盾构接收端土体加固施工工艺的重点环节：（1）超深承压砂层水平注浆及水平冻结钻孔过程风险较大，易出现涌水、涌砂。（2）前期水平注浆作为水平冻结前改良土体、控制后期融沉的有效手段需确保施工质量。（3）使用有效的检验方法，验证加固效果并提出针对性的处理方案。（4）分析接收端头土体加固过程中各环节可能出现的不良情况，并提出有针对性的应对措施等。

3、水平注浆加固施工

为防止冻结解冻过程冻胀融沉对车站结构及地面沉降的影响，在冻结施工前需对冻结加固区采用水平注浆法进行土体加固改良。

3.1水平注浆参数

水平注浆加固区AZ圈纵向长度为8.6m，BZ圈纵向长度为12.0m，CZ圈纵向长度为5.2m、DZ、EZ圈纵向长度为5.0m，采用双液注浆形式加固，加固后强度达到QU28=0.8～1.0Mpa，渗透系数≤1.0×10-7cm/s。单洞门注浆孔共计布置65个。单隧道注浆孔总长度515.8米。注浆布置图如下：

图3-1 注浆孔布置平面图

图3-2 注浆孔布置剖面图

3.2注浆量及注浆压力

根据以往经验注浆体积不小于加固土体体积的30~60%时，能有效的改良土体，减少后期的冻胀、融沉。
注浆压力控制在0.5-1.0MPa。进浆流量控制在15~20升/分钟。注浆结束标准：单孔单次注入量及注浆压力达到设计值时，持续10分钟注浆。施工时以压力和注浆量双控，考虑浆液扩散及串流损失，实际注入基本为每延米注入0.5~1.0m3浆液。

3.3浆液类型和配比

选用双液注浆：水泥采用P.O4

2.5普通硅酸盐水泥。水玻璃浆浓度：35Be0。

水泥浆：水玻璃（体积比）=1:0.5

3.4水平注浆设备

（1）采用KQJ-100型电动潜孔钻和WLM30全液压水平钻机各两台。
（2）采用SYB-50/50型注浆泵4台。

3.5注浆施工

（1）工艺流程
为避免注浆钻机钻进过程出现大量涌水、涌砂情况，单孔注浆采用前进式注浆，即钻孔1米，注浆1米。在注浆孔开孔布置图中，各孔的注浆顺序是：先上后下、先两侧后中间、采用间隔跳孔进行压密注浆。这样随着加固的扩展，出现涌水、涌砂的几率逐渐降低。
（2）注浆孔施工
○1开孔及孔口处理：钻机采用低压力、慢钻速进行开孔。开孔完成后，在孔口上安装孔口管及高压球阀，注浆孔钻进前必须在孔口管上安装高压球阀，在高压球阀上安装防喷装置后才允许钻进。
○2注浆浓度一般是先注稀浆后注浓浆，源于：大学论文格式范文www.7ctime.com
当该孔单次注浆量达到设计值一半，注浆压力还没有上升时， 可适当的调浓度浆液，直至注入量，注浆压力均为设计值时，持续10分钟再停注浆。
○3当注浆压力达到设计值，注入量还未达到时，可采用间歇注浆，直至注入量达到设计值范围即可。
○4当地面隆起或地面跑浆时，立即停止注浆，后退注浆点，增加浆液浓度，降低注浆流量，降低注浆压力，可预防地面隆起和地面跑浆。
（3）注浆效果检查
①对注浆量小压力大的注浆孔或注浆量大压力小的注浆孔，要在其附近布置检查孔。
②检查孔要求不漏泥，涌沙，检查孔出水量小于0.2L／min•m，否则应补注浆。

4、水平冻结加固施工

到达端头采用水平冻结法进行加固，并进行了专项冻结设计。冻结孔布置及冻结范围如下图示：

图3-3冻结帷幕设计剖面
冻结孔数53个（洞圈外侧布置31个冻结孔，洞圈内侧布置22个冻结孔）。

图3-4冻结孔布置立面图

4.1冻结孔施工

（1） 冻结孔开孔位置误差不大于50mm。
（2） 外圈孔孔最大允许偏斜不大于150mm（冻结孔成孔轨迹与设计轨迹之间的距离），且不得向内偏斜；内圈孔最大偏斜不大于50mm。
（3） 冻结孔有效深度（连续墙表面以下冻结管循环盐水段长度）不小于冻结孔设计深度，不大于设计冻结深度0.5m。
（4） 冻结管采用20＃（Q235B）的φ89×8mm的低碳无缝钢管。冻结管耐压不低于0.8Mpa，并且不低于冻结工作面盐水压力的1.5倍。
（5） 冻结管接头抗压强度不低于母管的75％。
（6） 施工冻结孔时的土体流失量不得大于冻结孔体积，否则应及时进行注浆控制地层沉降。

4.2冻结时间及效果

（1) 在积极冻结期间，冻结系统不得超过连续24小时以上的间断。
（2) 根据测温孔温度推算，所有冻结孔之间论文导读：　3）剩余约200mm混凝土后，将洞圈内冻结管拔除。4）待洞圈内冻结管全部拨除后，再全断面破除剩余地连墙砼。4.4冻结管的拔除冻结管拔除工作与上述洞门破除工作需紧密衔接，凿至连续墙最后一道钢筋时，对洞门范围内的冻结管进行强制解冻和拔管施工。冻结壁积极冻结达到20天，且通过测温孔测温确定冻结壁厚度、平均温度达
已全部交圈。
（3) 冻结壁厚度、强度和平均温度均符合设计要求。
（4) 在冻结薄弱区打探孔进行温度检测，实际验证冻结壁的厚度和强度是否达到设计要求。
（5) 在确认冻结壁的厚度和强度达到设计要求后，在洞门内部不同方位打探孔，进一步确认洞门轴线方向有无漏水，若有漏水，则需要对洞门轴线方向注浆封堵。
当实际冻结效果只要有一个或若干个不能满足开凿洞门条件时，不可贸然进行下一工序施工。

4.3洞门混凝土的凿除

根据以往盾构施工经验，为保证各工序衔接紧凑，同时避免盾构于冻土加固区内过长时间的滞留，需提前着手洞门凿除，由于本工程盾构到达端地连墙厚度为1.2m，凿除工作计划工期为10工作日，积极冻结30天后，且盾构机距离加固区60m时，两个条件同时具备时开始洞门的凿除工作。
1）先凿除车站围护结构（地连墙）内侧约100mm厚的混凝土，以全部凿出第1排钢筋为宜。
2）割去第1排钢筋，再凿除900mm厚的围护结构混凝土并暴露第二排钢筋。
3）剩余约200mm混凝土后，将洞圈内冻结管拔除。
4）待洞圈内冻结管全部拨除后，再全断面破除剩余地连墙砼。

4.4冻结管的拔除

冻结管拔除工作与上述洞门破除工作需紧密衔接，凿至连续墙最后一道钢筋时，对洞门范围内的冻结管进行强制解冻和拔管施工。冻结壁积极冻结达到20天，且通过测温孔测温确定冻结壁厚度、平均温度达到设计要求,冻结壁与连续墙完全胶结,胶结点处测点温度小于-5℃,以上条件满足时，洞圈内的冻结管可以拔除。