高渗透富水地层盾构工作井端头加固斜孔注浆技术研究

来源:用户上传      作者:吴瑞涛　陈道伦　刘小文

　　摘   要：盾构工程是我国城市化建设中的重要组成部分，盾构工作井端头加固是盾构工程中的施工难点，严重影响工程质量。本文针对高渗透富水地层的复杂地质条件，对盾构工作井端头加固斜孔注浆技术进行研究，可为今后高渗透富水地层盾构工作井端头加固斜孔注浆施工提供参考。
　　关键词：高渗透富水地层  盾构工作井  端头加固  斜孔注浆
　　中图分类号：U455.43                              文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）03（c）-0054-04
　　Abstract： Shield engineering is an important part of China's urbanization construction. The reinforcement of shield working well ends is a difficult point in shield engineering， which seriously affects the quality of the project. Aiming at the complicated geological conditions of high-permeability water-rich formations， the research on the technology of inclined hole grouting at the end of shield working wells can provide a reference for the construction of inclined hole grouting at the end of shield working wells in high-permeability water-rich formations.
　　Key Words： High-permeability water-rich formation; Shield work well; Tip reinforcement; Oblique hole grouting
　　盾构法是近年来在国内地铁施工中兴起的一种先进、高效、安全的施工方法，特别是在软土地区的应用尤为广泛。在盾构始发与到达掘进时，随着工作井挡土墙的拆除，端头土体的结构、作用荷载和应力将发生变化，必须进行端头加固处理。因此，端头加固是指由于地层土体自稳能力较差而采取相应辅助工法对端头区域工作井周围一定范围的土体进行改良加固处理的过程。软土地区盾构施工中端头井土体加固的成功与否直接关系到盾构机能否安全始发、到达。盾构机在进出洞时，工作面处于开放状态，这种开放状态将持续较长时间。如果处理不当，地下水、流砂、涌泥等就会进入工作井，严重情况下会引起洞门塌方，对周边环境造成的影响及损失巨大。因此，为确保盾构始发与到达的顺利进行，选择合理的端头加固施工工法，是保证盾构顺利施工的非常重要的环节。
　　目前，高渗透富水地层现有工作井端头注浆管加固存在的问题主要有：（1）注浆管无法精确定位，钻孔时易发生注浆孔倾斜;（2）注浆加固时，注浆液的压力无法得到较好的控制，影响注浆加固的质量;（3）注浆加固时，注浆液的密封性无法得到控制，易发生注浆液外流。针对高渗透富水地层现有工作井端头斜孔注浆加固技术存在的问题，有必要开展一种用于高渗透富水地层盾构工作井端头复合加固的斜孔注浆导向管的开发，以保证盾构工作井端头斜孔注浆加固的效果。
　　1  工程概况
　　南通西站是沪通铁路第二座车站，站设于南通市通州区平潮镇。站区内共有国铁桥梁、国铁站房、下沉广场、地铁车站、站区配套开发等项目。依据站区规划，竖向共分为四层，从上至下依次为国铁站台层、国铁候车厅层、地铁站厅层与下沉广场结构层，地铁站台层。地铁站厅层设置于站房正下方，并置于下沉广场内;地铁车站中柱与国铁站厅层板共用，下沉廣场柱位与国铁站房结合设置，下沉广场作为国铁站房基础与结构嵌固端。地铁站厅层板与下沉广场底板接平处理，采用施工缝连接。
　　地铁车站垂直正穿国铁沪通铁路，位于沪通铁路正线34#～35#桥墩正中间，为地下二层岛式车站。车站长度213.15m，宽度21.7m，基坑开挖深度约为15.74m，车站采用明挖顺筑法施工，车站主体围护基坑采用放坡+坑中坑形式，坑中坑形式采用地下连续墙+内支撑体系，主体为单柱双跨结构型式。
　　2  技术原理
　　本技术在盾构开挖洞门下端采用斜孔注浆的方法，通过水平向下呈一定角度倾斜注浆补强，与外围止水帷幕交接形成加固区的底部密封，弥补了地面注浆存在盲区的弊端，可有效防止盾构开挖时高渗透富水层的渗水破坏。在洞门下端斜孔注浆时，采用带有主闸阀、旁通闸阀和密封装置等结构的导向管，便于钻孔和注浆，注浆完毕后可以有效对孔口进行密封，在保证洞门密封性的前提下达到加固端头土体的目的。
　　本技术采用一种用于盾构工作井端头复合加固的斜孔注浆导向管（见图1），包括孔口管、减压闸阀、单向闸阀、密封装置、导向管、钻杆、地下连续墙、外围止水帷幕、强加固区、弱加固区、盾构、洞门和工作井。
　　本技术中孔口管用于插入地下连续墙后的土体，方便钻杆进行钻孔作业;减压闸阀用于调节注浆液的注浆压力，单向闸阀用于桩基周围土体的回填，密封装置用于注浆时管道的密封，防止注浆液外流;导向管用于钻杆的方向引导，防止钻杆作业时发生偏离;钻杆可用于钻孔作业;地下连续墙可用于盾构工作井端头侧面区域的加固，并与底部斜孔注浆加固连成整体;外围止水帷幕可用于盾构工作井端头后部区域的加固，并与底部的斜孔注浆加固连成整体;强加固区用于土体强加固区域;弱加固区用于土体弱加固区域;盾构用于土体盾构作业区域;洞门用于盾构机始发与到达时的工作面;工作井用于盾构机始发与到达的区域。 　　3  技术特点
　　（1）本技术所用减压闸阀包括透气孔、透气材料、闭合筒和阀门，能在注浆时动态调节注浆液的压力，将注浆液的压力控制在安全范围内，保证注浆液的灌入质量满足设计要求;阀门可通过推拉控制闭合筒前后移动，进而控制透气孔的开闭。
　　（2）本技术所用透气材料能透过空气但不能透出浆液，布置在减压阀的圆形透气孔上，既能保证管道内外部进行空气交换调节注浆压力，又能阻止注浆液流出管道。
　　（3）本技术所用闭合筒侧壁均匀布置圆形孔洞，孔洞大小与透气孔大小相同，闭合筒外径与减压阀内径相同，紧贴在管道内壁上，可紧贴管道内壁前后移动，当闭合板孔洞与透气孔重合时减压阀打开，反之减压阀关闭。
　　（4）本技术所用单向闸阀包括单向筏瓣和筏瓣限位环，使钻杆插入时单向闸阀能轻松打开，钻杆拔出时又能自动关闭，既保证了管道的密闭性，又提高了工作效率，使斜孔注浆加固的质量得到了标准化的控制;单向筏瓣由两个半圆形片拼装而成，放置在单向闸阀中部，可沿半圆形拼缝开闭;筏瓣限位环紧贴单向阀内壁上，可限制单向筏瓣只能向内打开，当钻杆插入导向管时能自动打开，钻杆拔出时能自动关闭;导向管能对插入土体的钻杆进行导向，防止钻杆作业时发生偏离。
　　4  技术流程
　　4.1 安放孔口管
　　（1）确定安放位置。
　　在工作井地下连续墙上，根据盾构开挖轮廓线，在洞门下端确定孔口管需要安放的位置，并在相应位置放线做好标记。
　　（2）孔口管埋入。
　　先将孔口管放到事先标记好的指定位置，用钻机向外侧呈30°将孔口管打入地下连续墙后的土体中，方便钻杆进行钻孔，当钻孔至一定长度时，抽离钻杆。
　　4.2 连接减压闸阀
　　通過螺纹连接将减压闸阀连接在孔口管上（见图3）。
　　4.3 连接单向闸阀
　　通过螺纹连接将单向闸阀连接在孔口管上（见图4）。
　　4.4 连接导向管
　　待单向闸阀连接完成后，通过螺纹连接将导向管连接在单向闸阀上，并关闭减压闸阀（见图2）。
　　4.5 钻孔
　　连接完成后将钻杆置入导向管内，继续钻孔直至与外围止水帷幕交接。
　　4.6 注浆
　　钻孔完成后，进行斜孔注浆加固洞门下端土体，通过减压闸阀的阀门，动态调节孔内注浆压力，防止浆液外流（见图5）。
　　4.7 密封
　　注浆结束后，检查减压闸阀和单向闸阀是否处于关闭
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15256131.htm