资料盾构施工端头加固技巧讲座.ppt

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1、22:49盾构施工端头加固技术22:49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。22:49v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22:49一、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。22:491、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。22:492、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。22:493、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。22:494、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。22:495、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。22:49二、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22:49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。22:49v3、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。22:49v5、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。22:49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22:49三、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。22:49v(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。22:49v(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。22:49v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22:49v2、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ln22lncHcRRtt22:49v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pw22:49vmax=*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.22:49v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、CHWC022:49v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,22:49v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。22:49 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 22:49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。ffDf22:49v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。22:49四、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。22:49v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22:49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 22:492、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。22:49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 3.00BDX222:49v 22:49三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22:49v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

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