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1、19:12盾构施工端头加固技术19:12前 言v端头加固的概念。是盾构始发、到达技术的一个重要组成部分，端头加固的成功失败直接影响到盾构能否安全始发、到达。而盾构始发、到达是最容易发生事故的，端头加固的失败又是造成事故多发的最主要原因。因此，合理选择端头加固施工工法，是保证盾构顺利施工的非常重要的环节。19:12v一、端头加固的目的v二、端头加固方案确定前的准备工作v三、几种主要端头加固方法的原理及计算v四、端头加固的施工方法及其适用性v五、端头加固效果检测v六、事故多发因素v七、监理在端头加固中应做的工作19:12一、端头加固目的v改良端头土体，提高端头土体强度，堵塞颗粒的间隙和地层的水，确
2、保盾构机始发和到达的安全。v与一般地基加固的不同之处是不仅仅要有强度要求，还要有抗渗透性要求。19:121、控制地表沉降，端头不坍塌。v始发、到达前往往需要凿除洞口井壁的混凝土，割断钢筋，以满足盾构顺利进出洞，而洞口的井壁混凝土有时要达到800mm或更厚，凿除时间长，要避免凿除过程发生坍塌，更要避免因开挖面暴露时间过长而坍塌或造成过大地表沉降。19:122、控制水土流失。v盾构始发进入加固体，或盾构到达穿过加固体时，在含水量较高、水平渗透系数大的含砂层、卵石层等地层，盾构进出洞容易造成水土流失。v采用泥水盾构时，泥水压力的作用也会使加固体发生水土流失，导致无法达到泥水平衡状态，如果土体不具备一
3、定强度，很容易坍塌。19:123、重型机械作用时土体的承载力v由于盾构吊装或拆卸时，重型吊机往往作用在端头位置，为防止重型机械作用在软弱土体上起吊时发生失稳、坍塌，或对已成形隧道安全造成不利影响，对地表的软弱地层进行加固。19:124、周边建、构筑物安全v当端头有房屋、管线和道路时，必须采取保护措施，如果具备改移条件的，尽量改移，对于房屋一定要进行鉴定，并进行录像、拍照等获取第一手资料。19:125、经济性v加固长度、宽度、加固方法的选择，还必须考虑经济合理，加固方法是否风险性过大，或过于保守，加固范围过大，等等。目前大多数的承包商往往在端头加固的一项的报价较低，如何采取经济合理、安全可靠的加
4、固方法，是我们共同面对的一个课题。19:12二、加固前的准备工作 v盾构始发或到达前，必须充分理解工作井洞口周围地层的土质情况，掌握各层土的主要物理力学性能指标。根据各种土层的特性，认真分析不同的施工方法，预测可能发生出洞和进洞施工时的复杂变化，对于盾构工作井施工期间所引起洞口周围的变化更是不能掉以轻心，必须认真分析和检查，避免因此而导致施工险情及不利于工程质量局面的情况发生。环境调查19:12调查方法 v1、除了工程地质勘探报告外，采用补充勘探的方法对端头土体的以下特性进行了解：土体强度（c、N值）、渗透系数（水平、竖直），土质情况（砂粒、粘粒、粉粒含量）v2、盾构工作井施工期间暴露的全断面
5、土体情况，观察和详细了解，掌握土壤分类分层的确切位置，为盾构进、出洞施工方案提供可靠的工程地质依据。19:12v3、所影响区域的地面、地下建筑物、构筑物、公众设施、地下管线等。通过实地调查了解，并与相关单位密切联系，以控制沉降量和制定相应监护措施。（危房的鉴定工作）。v4、非正常性的地下水来源v 非正常性的地下水源对洞口土体稳定不利，会引起土体流失。主要是由于地下上下水道管线破裂及非正常的地面排水系统所致。要提前发现并及时封堵。19:12v5、洞口处的地下障碍物v如桥台、木桩、钢筋混凝土桩、回填的大石块、废钢材等。这些障碍物埋深大小不等，如果在盾构通过的位置上，则必须人工进入盾构开挖面将其排除
6、。遇到形状大、重量重、长度长的障碍物，地面挖孔人工处理困难的，还需在开挖后人工进仓处理。19:12加固体设计还要考虑的因素 v（1）加固体强度不能过高，主要考虑到盾构机刀盘的配置，能否保证盾构机顺利切割加固体。v（2）加固土体的抗渗性能。v 抗渗指标、水流量v（3）承载能力要求：要保证盾构机吊装的地基承载力。v（4）盾构类型，泥水or土压19:12三、几种主要端头加固方法的原理及计算v1、注浆加固：将浆液注入地层改善地基强度和止水性。该方法对强度的改良有限，主要是增强凝聚力，注浆材料的种类多种多样，按浆液固结状态分类主要有填充注浆、渗透注浆、劈裂注浆、压密注浆等。19:12v（1）渗透注浆：浆
7、液在压力作用下，渗入土的孔隙和岩石裂隙中，将孔隙中自由水和空气排挤出去，但不改变土体结构和原状。浆液凝固后将土颗粒粘结在一起，使土层的抗压强度和抗渗性提高，只适用于中砂以上的砂性土和有裂隙的岩石。固结状态是球形。v（2）劈裂注浆：浆液在较高压力作用下，劈入土层（通常土颗粒粒径小于0.01mm），浆液的劈裂路线呈纵横交叉的脉状网络。固结形态呈扁平球体和板状固结。19:12v（3）压密注浆：v用一定的压力注入粘稠的不易流动的浆液取代并挤压周围土体，凝固形状多为柱体或球体占据一定的空间，同时压密土体。v对于注浆加固，由于不能形成高强度土体，作为惯用的计算方法，是以改良后地基的抗剪阻力阻挡拆除临时墙时
8、有可能进入竖井的土块的计算模型来研究的。19:12v盾构始发注浆加固计算模型pt：改良土厚度c：粘着力p:侧压力C注浆范围C盾构机19:12v2、旋喷桩、搅拌桩施工v由于采用旋喷桩、搅拌桩可以获得均质、高强度的加固体，因此，可以通过土质和结构力学计算，确定加固土体厚度。vC：加固体凝聚力vR：到塑性范围外的距离vH：隧道中心深度vt：土比重 改良断面的研究塑性领域ln22lncHcRRtt19:12v将加固体看作是作用竖井挡土墙支撑的圆板来进行结构计算，确定加固体宽度t。v水平土压力考虑为静态土压力或主动压力，水压以调查结果为主，砂土中进行水土分算，透水性差的粘土进行水土合算。nW=p +pw
9、W土压p水压pw19:12vmax=*w*r2/t2t/k1v=3/8*（3+）vmax=3*w*r/4/tc/k2v其中：r工作井端墙开洞的半径，r=D/2；v t加固土体的长度；v t加固土体的极限抗拉强度，一般可取其极限抗压强度的10%，即t=qu/10；v k1、k2安全系数，一般取K=1.5；v w作用于洞门中心处的侧向水土压力；v 加固后土体的泊桑比；v c加固后土体的极限抗剪强度.19:12v加固土体在地面荷载p和上部土体作用下可能沿某滑动面向洞内整体滑动，假定滑动面是以端墙开洞外顶点O为圆心，开洞直径D为半径的圆弧面.v假定拆除临时挡土墙时形成圆弧滑动面来检验加固体整体稳定性。
10、CHWC019:12v滑动力矩M=M1+M2+M3v其中：M1地面荷载P引起的下滑力矩M1=P*D2/2；v M2上覆土体自重引起的下滑力矩，M2=Q上*D/2；vM3滑移圆环线内土体的下滑力矩，M3=t*D3/3，t为加固后土体的重度，一般可取t=20kN/m3；v抵抗下滑力矩为M=M1+M2+M3vM1滑移圆弧线AB段的抗滑力矩，M1=Cu*H*D；vM2滑移圆弧线BC段的抗滑力矩M2=Cu*D2*(/2-)vM3滑移圆弧线CD段的抗滑力矩；M3=Cut*D2*，v =sin-1(t/D)v其中，Cu加固前土体的粘结力；H上覆土体的高度；Cut加固后土体的粘结力，19:12v加固范围：v主
11、要根据加固方法和地层情况、始发或到达端头决定。v采用一般搅拌桩等加固方法的情况下，始发加固厚度t一般不小于6m，到达加固长度一般不小于3m。但在特殊地层始发时，考虑到抗渗等因素，加固宽度须增加，如在粉细砂层中始发增加为10m，到达增加为9m。加固深度一般是洞门上部3m和下部2m范围，砂层中底部深度还应增加，防止出现管涌。19:12 加固高度 说明图 4.2.3 地基加固范围实例（出发到达）出发部 GL 到达部 地基加固 2 排 最小厚度：2.5m 加固高度 地基加固（设计上需要的厚度）盾构外径 最小厚度：1.5m 加固厚度=t 加固厚度 2 排 切去四角的加固方法 最小厚度：2.0m 最小厚度
12、：2.0m 盾构机外径 RL GL 加固宽度 n t n 19:12采用旋喷或搅拌桩的最小加固厚度DD(1.0)1D3 3D5 5DD/5，则认为满足周围固定条件，但在实际设计中，考虑到竖井墙背面地基扰动，临时墙施工时对竖井墙体有加热影响等，所以对冻土厚度T，取fT/2，冻结附着长度取f2.5m。ffDf19:12v冻结管直径及埋设间距：冻结管直径根据钻孔直径和施工特性采用，多为3寸或4寸管，埋设间距根据施工特性和经济性一般定位60cm100cm。v始发多采用从地面垂直冻结的方式，到达多采用从竖井水平冻结的方式。19:12四、端头加固的施工方法及其适用性v端头加固可以单独采用一种工法或多种工法
13、相结合的加固手段，主要取决于地质情况、地下水、覆盖层厚度、盾构机直径、盾构机型、施工环境等因素。同时考虑安全性、施工方便性、经济性、进度等。19:12v软土地层最常用的端头加固方法之一。通过搅拌桩使端头土体凝聚力和内摩擦角改变，主要适用于淤泥、粘土层和砂层，但在砂层加固效果差，须与旋喷桩等工法配合使用。v该方法受国产设备性能限制，一般在14m深度以下加固效果即很差。它的优点是工程造价低。v易出问题：加固不连续，加固体强度偏低，吊钻头1、搅拌桩施工工法19:12南京地铁玄武门站端头加固实例v地质情况：上半断面淤泥质粉质粘土，下半断面粘土。v 始发加固厚度t=6m，到达加固厚度3m，为了防止角部发
14、生涌水等事故，在两端头施工了两根挖孔桩，回填砂浆。v 19:122、旋喷桩施工工法 v对于砂层改良效果好，也适用于淤泥、粉土、粘土层，但砂砾地基和粘着力大的粘土有时不能形成满意的改良桩，施工深度在40m以下时，效果较差。由于其造价偏高，施工单位往往不愿采用，但在围护结构与加固体的间隙加固以及角部加固经常被采用。v有三种主要工法选择：单、双、三重管。19:12许府巷站南端头到达加固v 18.5018.0015.00 9.5014.0012.7011.0019.0014.2011.2010.3310.18 3.20 6.50f 0.60 1.50 3.20f 2.30 0.50BWX30BWX33
15、10.27 1.10 3.00BDX219:12v 19:12三山街站南端头进站加固v 原加固：旋喷桩6m，土体加固强度在1.2Mpa以上，水平探孔无水v 地质条件：全断面粉细砂层，上部有粉土，粘粒含量极少，且水流动性很高。v 进站事故的发生、处理19:12v张府园站南端头176175177127006563 6466626112700620019 202178141343 4431 32383725 2655 5649 5021 22 232461218543101691511175460303642484745 46344028333927354129585257515953建 邺路143
16、141 142144139 140103 10479 8073 7467 6897 98868591 92121 122109115110116127133128134107105 10610810278849096728381 82767075697771100949987931018995126132138114120123 124 1251121181111171131191301361291351311373300155 156154145 146151148152149174171165162159168166 167160163157161164158172169173170盾构施工孔216214 215197196198195189186183192180185184181178182179193187190194188191213210207201204205 2061992022002032082112092123200盾构施工孔深层搅拌桩加固区域说明：1.本图单位：mm（除非特别注明）。2.深层搅拌桩每根桩截面积0.71m2,桩长 12.7m，桩顶（绝对）标高4.2
