1、地铁车站端头前进式水平注浆施工工法1.前言在软土地区的地铁隧道施工中，盾构进出洞前对端头土体的加固是施工中的重要环节，也是施工控制的重点。车站端头注浆加固作为一项临时工程，其目的就是保证盾构进出洞时土体的稳定，因此要求加固后的土体能有良好的自稳性、防水性、匀质性。广州市轨道交通六号线盾构8标【天河客运站长湴站盾构区间】土建工程，盾构到达端头加固时，根据洞门深度、加固要求和水文地质情况，选择了前进式水平注浆作为端头加固方式，取得了较好的技术和经济效益。2.工法特点2.1施工占用场地小，且由地面转入地下，对施工场地要求不高。 2.2针对中粗砂层、含砂率较高的风化岩土层，注浆效果较好;在含水地层中施2、工，止水效果较好。2.3后一次注浆对前一次的钻进注浆部位有复注作用，有效保证加固体质量，还可以控制孔内涌水，有效防止塌孔和成孔困难。2.4在紧急加固施工中具有较高的灵活性。3.适用范围本工法适用于地铁施工中的中粗砂层、含砂率较高的风化岩土层的预加固。加固对象包括区间隧道端头加固、联络通道加固，以及洞门施工加固。4.工艺原理端头前进式水平注浆是通过在洞门外边缘附近按一定角度布设导向管，在导向管内分段向前钻进施工，成孔后退出钻杆，安装法兰盘及注浆管进行注浆，待浆液凝固后拆除法兰盘，再进行钻孔如此循环，直到钻进和注浆深度达到设计要求。通过由外向内循环反复跟进式向前钻进注浆，可以保证钻机钻进时都在已经3、加固的土体内钻孔，有效防止塌孔和成孔困难。钻进到孔内出水就开始注浆，控制孔内涌水。注浆时，水泥-水玻璃双液浆通过双液注浆泵、注浆孔道均匀渐进地注入土体中，以填充、渗透和挤密等方式，驱走砂层和黏土颗粒间的水分和气体，并填充其位置，硬化后形成强度大、压缩性小和抗渗性高、稳定性良好的水泥土。通过反复钻进注浆，将端头土体不断进行填充挤密，后一次注浆对前一次的钻进注浆部位有复注作用，提高土体加固的整体性，并将汇水通道封堵，将水阻隔在洞身加固区域外。在盾构进出洞时，洞门端头土体具有较好的自稳性，且通过注浆止水，有效防止土体遇水崩解，保证盾构进出洞安全。5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程施工准备4、平台搭设测量定位导向管施工止浆墙施工配浆钻孔注浆（换孔位钻孔注浆）。图5.1 施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 前进式水平注浆施工的准备工作1、配齐钻机、搅拌机、注浆泵、管路、储浆桶，以及各种应急材料。2、按每循环使用量配齐水泥、水玻璃等注浆材料。3、连接好注浆管路、电路等，并对注浆泵进行试运转。4、对注浆施工人员进行技术交底、技术培训以及安全教育。5.2.2 平台搭设为了保证全断面钻孔和注浆，在洞口采用钢管脚手架搭设作业平台，平台满足钻机和施工人员承重及高度要求，按照有关安全要求搭设护栏并挂安全网，上面满铺25mm以上厚度木板。5.2.3 测量定位根据设计图纸进行施工放样，将注浆孔位5、用红油漆在车站洞门处维护结构上标注出来，钻孔时根据标记进行钻设。5.2.4 导向管施工导向管采用外径89mm、壁厚3.5mm的焊缝钢管，长度1.5m。按照测量定位的注浆孔位置，在维护结构上进行导向管开孔施工。导向管开孔采用抽芯钻机成孔，钻孔时按照设计图纸注浆角度，调整钻机钻杆角度，斜孔钻进1.15m。导向管外部涂抹植筋胶，用铁锤夯入维护结构。在导向管外端焊接法兰盘，法兰盘距维护结构外表面35cm，方便在浇筑止浆墙后拆卸连接螺丝。导向管大样如图5.2.5导向管大样图。图5.2.4 导向管大样图5.2.5 止浆墙施工导向管植入后，在维护结构外侧立模，浇筑30cm厚的C30混凝土作为止浆墙。施做止浆6、墙时，需注意留足导向管长度，在注浆前需用棉纱及双快水泥封堵导向管与止浆墙的空隙，以防漏浆。5.2.6 配浆前进式水平注浆采用水泥-水玻璃双液浆。1、浆液浓度初始浓度： 单液浆 水灰比1.5:1正常注浆浓度： 双液浆 水泥浆水灰比1:1；水泥浆水玻璃体积比3:1；水玻璃浓度3035波美度处理跑浆： 双液浆 水泥水玻璃体积比2:1 2、浓度调整原则具体配比根据注浆时的具体地质状况调节。一般原则为：先稀后浓，根据进浆量和注浆压力的变化，及时调整浆液浓度。若长时间不上压力，进浆量大，则调浓一级，压力上升快，则调稀一级，以达到注浆压力控制要求。5.2.7 钻孔在导向管内采用风动潜孔钻机进行钻孔，钻孔直径7、76mm，一次钻进长度12m，开孔时调整钻杆适度上扬以抵消长距离钻孔的钻杆下垂度。先钻单号孔，后钻进双号孔，左右对称、从上部向下部进行，同时要保证邻近区域在纵向上要错开施工。钻杆顶进时，注意保护管口不受损、变形，以便与注浆管路连接。在导向管内分段向前钻注施工，每一循环钻孔进尺一般控制在12m，也可根据地质情况及注浆效果适当加大每循环钻孔和注浆长度，如果地下水丰富可以在导向管安装好后先注浆后钻进。钻孔速度一般为0.1m/min，可根据地层钻进难易程度进行调整。成孔后退出钻杆，安装法兰盘及注浆管进行注浆，待浆液凝固后拆除法兰盘，再进行钻孔如此循环，直到钻进和注浆深度达到设计要求。5.2.8 注浆18、注浆前的准备工作1）安装注浆法兰头；2）检修和调试注浆设备； 3）配置浆液及注浆材料的准备；4）洗孔：用注浆泵向孔内注清水，不少于5分钟，以提高注浆效果，同时测取钻孔吸水率，以确保浆液初始浓度；2、注浆注浆准备工作就绪后，关闭孔口阀门，将注浆泵吸管放入浆液中（吸头有D80滤网包紧），开启注浆泵，进行正式注浆，注浆时通过控制注浆压力来控制注浆量。设计注浆扩散距离为：顶部及两侧水平方向，扩散35m，底部24m；正常注浆浆液浓度为：水泥浆水灰比1:1，水泥浆水玻璃体积比3:1，水玻璃浓度3035波美度。开始注浆时，采取低压力中流量（3bar，20L/min）注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐步减9、少，当压力升至注浆终压23MPa时，继续注浆5min，即可结束注浆；当注浆压力较小，而注浆量较大时增大水泥浆的浓度，直至终压达到23MPa停止，继续钻进注浆至设计孔位深度。根据不同的地质情况，每米钻孔进尺，注浆达到注浆终压23MPa时，水泥用量约为1.52t。 3、注浆中注意的事项1） 严格按注浆参数进行注浆，确保注浆效果；2） 每次注浆前检修好设备，确保管路连接牢固和压力表正常，防止注浆过程中爆管事故；3） 及时观察注浆压力表，并做好注浆压力及浆液记录，以便注浆结束时分析毎孔注浆情况；4） 注浆结束后要高档位冲洗注浆管路，防止注浆管路堵塞。5） 钻注时间：钻孔时，只要出水或者出砂中水泥浆含量10、较少就注，依次往复。5.3监测确保前进式水平注浆加固施工安全的关键是全过程监测端头地表、地下管线、车站结构、端头周边建筑（构）物的变化情况，及时测量因施工引起的动态沉降数值，并与分析计算值比较，及时反馈指导设计和施工。主要的监测内容参见表5.2.5监测项目汇总表。表5.3 监 测 项 目 汇 总 表 序号监 测 项 目监 测 仪 器 监 测 频 率监 测 目 的1端头地表沉降徕卡DNA03精密水准仪，铟钢尺初期： 2次/天，后期：12次/2天掌握注浆施工对地表及周边环境的影响程度和范围2端头周边建筑物沉降与倾斜3地下管线沉降4车站结构收敛JSS30A型数显收敛仪初期： 2次/天，后期：12次/11、2天掌握注浆施工过程中车站结构变形情况及规律注：可根据施工条件和沉降情况增加或减少观测次数，随时将监测信息报告给技术负责人。5.4劳动力组织前进式水平注浆加固施工采取滚动交替作业方式，即：钻孔-注浆-钻孔-注浆，依次往复，24小时不间断作业。劳动力组织见表5.4劳动力组织情况表。表5.4劳动力组织情况表序号单项工程所需人数备注1管理人员22技术人员23钻孔班组64注浆班组105安全员26杂 工4合 计26人6.材料与设备本工法施工设备和部分材料见表6材料设备表。表6材料设备表序号名称型号单位数量用途1空压机1.05/12.5台1注浆施工2高压风管直径70mm米60连接风动设备3潜孔钻机QZJ112、00B台2导向管内钻进4抽芯钻机Z1Z-130B台2导向管成孔5单液压浆机KBY-50/70台1注浆6双液压浆机YSB-250/120台2注浆7搅浆桶60m3/h台1拌合水泥浆8电焊机BX-300台1焊接9高压输浆管12MPa米100连接注浆设备，运输浆液10焊接钢管长度1.5米，外径89mm,壁厚3.5mm根50导向管施工11法兰盘配套D89mm钢管个50导向管施工12小孔法兰盘D89法兰盘，内孔直径D32mm个50导向管施工13注浆小管D32镀锌管,长度10cm,单端车丝个50注浆14球阀D25球阀个50注浆施工7.质量控制7.1工程质量控制标准前进式水平注浆施工质量执行地下工程防水技术规13、范、建筑地基处理技术规范。注浆加固施工按表7.1注浆加固质量控制表执行。表7.1 前进式水平注浆加固质量控制表序号项 目控制标准检查频率检验方法1孔位偏差孔深10m100mm每个孔位用钢尺孔深10m50mm2钻孔偏斜率孔深10m1%用全站仪孔深10m0.5%3孔深30mm钢卷尺4加固效果按设计要求抽芯个数抽芯取样7.2质量保证措施7.2.1根据地层的地质情况进行浆液材料配合比试验，保证注浆材料的强度、耐久性满足技术规范要求。7.2.2严格按照前进式水平注浆施工工艺流程的施工程序实施注浆作业。7.2.3为防止浆液混入杂质堵塞管路，搅拌机出灰口及吸浆带口应设置过滤网。7.2.4及时准确地分析注浆压14、力、注浆量、注浆时间之间的关系曲线，对各种参数进行调整，并结合地表沉陷监测结果进行综合分析。7.2.5注浆过程中当压力突然发生变化，堵塞管路或浆液漏泄远方、跑浆时，要进行及时处理或调整浆液浓度。7.2.6钻孔过程中如未出现水泥浆块或者有涌水现象，立即停止钻进，进行注浆。7.2.7加固效果检测情况若不理想，则在加固薄弱区域补充注浆。8.安全措施8.1通过在人行疏解通道处的围蔽外贴安全警示牌，通道指示牌等。8.2将施工机械如钻孔机，空压机等都设置在远离人行通道的一侧。8.3现场施工人员统一戴反光背心，安全帽。加强安全教育，提高安全意识，做到科学文明施工。现场施工工序由专业技术工程师进行指导施工，禁15、止违规操作，违法必究。8.4施工用电根据相关法规要求，对通往施工现场的电线进行保护，并派安全人员每天进行巡察。8.5高压注浆时，要使用高压球阀，并连接牢注浆管路，作好耐压试验，防止注浆管路接头、阀门崩裂而出现事故。8.6高空钻孔注浆作业时，需佩戴安全带，施工平台脚手架需固定牢靠。9.环保措施9.1施工产生的建筑垃圾随时清理,当天运走,不用的料具和机械及时清退出场,保持场内清洁。9.2施工场界噪声控制按建筑施工场界噪声限值（GB12523-90）要求。9.3施工场地、运输道路定时洒水降尘。9.4严禁燃烧各种垃圾废弃物。9.5施工完成后,按要求及时拆除所有工地围蔽、安全防护设施和其他临时设施,并将16、工地及周围环境清理整洁,做到工完、料清、场地净。9.6对注浆施工过程中，钻孔流出的泥沙、注浆泄漏的浆液及清洗管路的废水等及时进行清理，保持场地整洁。10.效益分析10.1本工法针对地铁施工中砂层、粘性土层等软土地层，以及岩土交界地层，特别是在地层含水的情况下，加固止水效果较好，取得较好的技术效益。10.2施工场地由地面转到地下，避免了地面施工产生的大量场地占用，对地面施工、交通、居民生活影响小，且避免了需借地带来的协调问题，取得较大的社会效益。10.3减少了因返浆造成的大量泥浆排放，周围环境未受到污染，也减少了处理泥浆的费用，取得了较好的经济效益。11.施工实例广州市轨道交通六号线盾构8标土建17、工程11.1 工程概况广州市轨道交通六号线盾构8标土建工程包含【长湴站天河客运站】、【天河客运站洒水车队吊出井】两个盾构区间， 左右线全长3260.183m，隧道埋深928m，线间距1015m，隧道主要穿越硬塑坚硬状花岗岩残积土。左右线盾构自长湴站始发，到达天河客运站后，过站并二次始发，至洒水车队吊出井后分解吊出。天河客运站到达端头隧道拱顶以上主要由人工填土层、冲积-洪积土层、中粗砂层、可塑状花岗岩残积土层、硬塑-坚硬状花岗岩残积土层构成、全风化花岗岩层构成；隧道洞身主要由全风化花岗岩层、强风化花岗岩层构成；隧道底部主要由强风化花岗岩层构成。隧道洞顶埋深24.7m，该段地层土体含砂率较高（大于18、65%），裂隙水非常发育，洞身土体遇水易崩解。11.2施工情况天河客运站到达端头地层加固方式为：洞门水平高压深孔前进式注浆，加固深度为围护结构背后沿隧道方向8m，垂直范围为隧道顶板上5m至隧道底板下3m。前进式注浆中在半径3050mm和半径2550mm位置施工两圈注浆管进行注浆，注浆管布置间距为外层13,内层26；在洞门下部设向下斜孔5个，对底部加强注浆。端头加固平面图、剖面图见图11.2-1天河客运站到达端头加固平面布置图及图11.2-2天河客运站到达端头加固剖面图：图11.2-1天河客运站到达端头加固平面布置图图11.2-2天河客运站到达端头加固剖面图注浆管布置见图11.2-3天河客运站到19、达端头加固注浆管布置详图：图11.2-3天河客运站到达端头加固注浆管布置详图施工照片见下图： 图11.2-4 导向管成孔 图11.2-5 导向管埋设图11.2-6 导向管内钻孔 图11.2-7 注浆11.3工程监测与结果评价在天河客运站到达端头注浆加固施工中，根据监测情况显示，地表最大累计沉降值为+14mm，连续墙累计收敛变形值为-6mm。加固完成后抽芯检查效果，芯样呈柱状或短柱状水泥土（抗压强度1.5MPa，满足设计要求1.0MPa），局部夹杂花岗岩残积土，探孔无明显水流或砂漏出。前进式水平注浆施工占用场地少，对环境污染小，加固、防水效果好，在含水的花岗岩残积土层中足以保障加固效果，可以减少开挖面失水、增加掌子面稳定、控制地面下沉，确保隧道施工和周边建筑物的安全。施工完成后，区间左右线盾构顺利出洞，得到了各方的好评。图11.3-1 加固效果取样图11.3-2 盾构顺利出洞