CN107514266A - 盾构进出洞锚杆加固土体施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构进出洞锚杆加固土体施工方法，包括以下步骤：1）测量放线；2）开挖梁体雏形，按照放样轴线开挖，挖槽时转角处挖直，竖向面必须保持垂直；3）锚杆钻孔；4）锚杆杆体的制作与安放；5）锚固段注浆；6）框架制作，7）混凝土浇筑及养护。本发明用锚杆代替传统地下连续墙，可以在地面上直接施工，操作简便，极大地降低了工程成本，方便性与经济性是该方法优于其它加固方式的主要特点。使洞门土体直接暴露出来，刀盘可以直接切削土体，使之适用于TBM、盾构等机械化施工而不会损坏刀具，锚杆两侧以倾斜方式打入，控制了洞口两侧的水平位移，洞口上方以垂直打入为主，控制了洞口上部土体的水平位移。

Description

盾构进出洞锚杆加固土体施工方法

技术领域

本发明涉及一种土建技术，尤其是一种盾构进出洞锚杆加固土体施工方法。

背景技术

盾构进出洞是盾构隧道施工中的关键环节，具有很大的工程施工风险。在盾构进出洞时，一般采用的施工方法是先完成盾构井主体结构，再对盾构隧道端头土体进行改良加固，然后凿除洞门处钢筋混凝土围护结构，进而完成盾构机始发或到达。其中，洞门破除要求的时间非常紧，施工难度大，造价成本高昂。洞门破除后对加固体强度要求很高，加固效果不佳时，在洞门破除时极易出现坍塌现象，进而危及附近地下管线和建筑物的安全。目前，对于端头加固的处理方案有旋喷桩和搅拌桩联合方式、SMW工法、冻结法以及钻孔桩加固方法。旋喷桩和搅拌桩联合方式虽然成本相对较低，但是往往容易出现漏水漏泥现象，而且加固强度较低。SMW工法缺点是施工场地较大，影响地面建筑物和地下管线。冻结法是加固方式灵活，水平加固和竖向加固均可，但是其加固成本高，操作复杂。钻孔桩适用于各土层，同时，它施工场地要求大，需要专门的泥浆处理设备。因此，如何选择合理的盾构隧道端头加固处理方案，或者是选择合理的盾构进出洞施工方法，是目前需要解决的关键技术问题。

锚杆加固技术已是岩土工程领域的一个重要分支。自1890 年英国北威尔士露天页岩矿首次应用锚杆加固边坡以来, 锚杆支护技术至今已有一百多年的历史。最初锚杆加固技术均应用于岩石中, 由于其具有设计方法简洁、施工简单、造价低廉、对土层适应强以及占用空间小利于施工等特点, 于1957 年德国Bauer 公司开始采用土层锚杆,20 世纪80年代初, 我国也开始在高层建筑深基坑支护中运用这项技术。

土层锚杆就是在稳定土层内部的钻孔中, 用水泥砂浆将钢筋(或钢绞线)与土体粘接在一起的拉结挡土结构。它由外锚具、自由段和锚固段组成。外锚具是指连接支挡结构, 固定拉杆的锁定结构；自由段是指将锚头处的拉力传至锚固体的区段, 其功能是对锚杆施加预应力；锚固段是指粘结材料将预应力筋与土层粘结的区段, 其功能是通过锚固体与土层的粘结摩阻作用或锚固体的承压作用, 将自由段的拉力传至土层深部。目前，如何将土层锚杆运用到隧道盾构进出洞的土体加固中，仍然处于空白，因此，这也是一项重要的任务。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种盾构进出洞锚杆加固土体施工方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种盾构进出洞锚杆加固土体施工方法，包括以下步骤：

1）测量放线，包括：测定孔位点，锚杆深度均打入到盾构机开挖区外围1m的位置，开挖区的正上方锚杆竖直打入，锚杆间距在1.5m-2m；最边处的锚杆以与水平成30角打入，然后再以15度角的改变量逐渐垂直；

2）开挖梁体雏形，按照放样轴线开挖，挖槽时转角处挖直，竖向面必须保持垂直；

3）锚杆钻孔，锚杆钻孔应尽量选择干钻成孔，若选择水钻，应以清水为好；锚杆水平、垂直方向的孔距误差不应大于100mm；钻头直径不应小于设计钻孔直径3mm；

4）锚杆杆体的制作与安放，钢筋锚杆的制作，首先按锚杆要求的长度采用切割机切割钢筋，在杆体上每隔1.5～2.0m 应设置一个对中支架，使杆体处于钻孔中心；杆体接长采用焊接时，焊接采用绑焊或对焊，双面焊接的焊缝长度不应小于5d，d表示杆体直径；

锚杆杆体要求钻孔完后立即插入杆体，安装锚杆时，应防止扭压和弯曲，杆体放入孔内应与钻孔角度一致；安装锚杆时，不得损坏防腐层；

5）锚固段注浆，常压注浆作业从孔底开始，实际注浆量要大于理论的注浆量或以孔口不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准；如一次注不满或注浆后产生沉降要补充注浆直至注满为止；注浆压力为不小于0.2MPa，注浆量不得少于计算量，压力注浆时充盈系数为1.1-1.3；注浆材料用水灰质量比为0.45-0.5、灰砂质量比为1：0.5-1的M35水泥砂浆；

6）框架制作，框架采用C40砼浇筑，框架梁深35cm，采用人工开挖，石质地段使用风镐开凿，超挖部分采用C40砼调整至设计坡面；梁基础先采用人工清底调平，再进行钢筋制作安装；钢筋接头需错开，同一截面钢筋接头数不得超过钢筋总根数的1/2，且有焊接接头的截面之间的距离不得小于1m；模板采用钢模板，框架主筋的保护层厚度不能少于80mm，箍筋净保护层厚度不得小于60mm；

7）混凝土浇筑及养护。

所述步骤1）中，轴线测定使用J2经纬仪，水准点测量用DS3水准仪。

所述步骤1）中，孔位误差不得超过±30mm，测定的孔位点，埋设半永久性标志。

所述步骤3）中，锚杆孔开钻就位钻孔倾角允许误差位±1.0°，方位允许误差±2.0°。

所述步骤4)中，锚杆使用钢丝或钢铰线。

本发明的有益效果是：

本发明用锚杆代替传统地下连续墙，锚杆应用于盾构进出洞施工的特点：①无需人工凿除洞门，节省大量工期；②工作井靠洞门一侧的基坑可以减少支护措施，降低工程造价；③破除洞门后，土中锚杆无需再次挖除。锚杆打入角度按照一定规律进行，以满足不同部位摩擦力要求，地面部位以刚性梁连接成整体，安全得到很大保证。

本发明可以在地面上直接施工，操作简便，极大地降低了工程成本，主要应用在地质条件较好的粘性土盾构进出洞工程中，方便性与经济性是该方法优于其它加固方式的主要特点。使洞门土体直接暴露出来，刀盘可以直接切削土体，使之适用于TBM、盾构等机械化施工而不会损坏刀具，能够广泛应用在盾构始发与到达施工中。锚杆两侧以倾斜方式打入，控制了洞口两侧的水平位移，洞口上方以垂直打入为主，控制了洞口上部土体的水平位移。本发明可以在工作井开挖之前施工，给工作井的基坑有着一定的支护，减少工作井开挖成本。

附图说明

图1是本发明锚杆施工工艺流程图；

图2是锚杆加固洞口主视图；

图3是锚杆加固洞口俯视图；

其中，1.锚杆，2.盾构开挖区，3.混凝土梁，4.盾构机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

盾构进出洞锚杆加固土体施工方法，是一种新的盾构进出洞施工方法。本工法第一步为完成盾构隧道端头锚杆施工，主要施工流程如图1所示，锚杆施工主要由成孔、插入锚杆和注浆三部分组成。

成孔是为了确保从开钻起到灌浆完成全过程保持成孔形状，不发生塌孔事故，应根据地质条件、设计要求、现场情况等，选择合适的成孔方法和相应的钻孔机具。

成孔机械有三大类：

①冲击式钻机。靠气动冲凿成孔,适用于砂卵石、砾石地层。

②旋转式钻机。靠钻具旋转切削钻进成孔。有地下水时，可用泥浆护壁或加套管成孔；无地下水则可用螺旋钻杆直接排土成孔。旋转式钻机可用于各种地层,是用得较多的钻机,但钻进速度较慢。

③旋转冲击式钻机。兼有旋转切削和冲击粉碎的优点，效率高，速度快，配上各种钻具套管等装置，适用于各种硬软土层。针对不同的土层，可选用翼型、十字型、管型、螺旋型或牙轮钻头。

为加强锚杆的承载力，在成孔的锚固段应该进行局部扩孔，办法有机械扩孔、射水扩孔和爆炸扩孔。插入锚杆是土层锚杆受拉力的关键部件。采用强度高、延伸率大、疲劳强度高、稳定性好的材料，如高强钢丝、钢绞线、螺纹钢筋或厚壁无缝钢管。为防止土壤对锚杆的腐蚀作用，锚杆应进行防腐处理，或用抗腐蚀的特殊钢制作锚杆。锚杆插到孔内预定位置后,即可灌浆。灌浆是使锚杆和浆液、浆夜和土层紧密结合成一体，从而抗拒拉力的最重要工序。所有锚杆都锚固在地表上的混凝土梁上，增加了整体性。

土层锚杆就是在稳定土层内部的钻孔中, 用水泥砂浆将钢筋(或钢绞线)与土体粘接在一起的拉结挡土结构。它由外锚具、自由段和锚固段组成。外锚具是指连接支挡结构, 固定拉杆的锁定结构；自由段是指将锚头处的拉力传至锚固体的区段, 其功能是对锚杆施加预应力；锚固段是指粘结材料将预应力筋与土层粘结的区段, 其功能是通过锚固体与土层的粘结摩阻作用或锚固体的承压作用, 将自由段的拉力传至土层深部。

锚杆在盾构进出洞加固中的应用思路：在围护结构作为临时结构的地铁车站中，在盾构穿越地连墙槽壁的洞门部位，直接从地面打入锚杆，并且按照不同的角度打入，替代地下连续墙在该部位的加固作业。

根据锚杆的受力特点，由于其锚固段提供了较大的摩擦力，阻止了土体和锚杆间的相对滑动，从而在盾构井基坑开挖阶段就能满足基坑安全需要，充当了基坑支护结构。在盾构掘进阶段，无需在围护结构外侧加固土体，直接用盾构机切削洞门土体，可减少凿除洞门过程中因洞门暴露而造成坍塌事故的发生。

本工法可以在工作井开挖之间进行施工，同时在地面施工非常方便，相对于地下连续墙而言，成本较低。因此它既节约了成本，又缩短了工期。本工法比较适合粘性土。

本工法平面布置图如2和图3所示。

一种盾构进出洞锚杆加固土体施工方法与注意事项如下：

（1）施工工艺流程

测量定位→开挖梁体雏形→钻机就位→钻孔、清孔→安装锚杆→注浆→制作框架梁→浇筑混凝土→养护。

（2）测量放线

按设计立面图和平面图要求，在锚杆施工范围内，起止点用仪器设臵固定桩中间视条件加密，并应保证在施工阶段不得损坏。全段统一放样，孔位误差不得超过±30mm。测定的孔位点，埋设半永久性标志，严禁边施工边放样。

锚杆深度均打入到盾构机开挖区外围1m左右的位置，开挖区的正上方锚杆竖直打入，锚杆间距在1.5m-2m。最边处的锚杆以水平30角打入，然后再以15度角的改变量逐渐垂直。如遇既有刷方坡面不平顺或特殊困难场地时，需经设计监理单位认可，在确保坡体稳定和结构安全的前提下适当放宽定位精度或调整锚孔定位。

轴线测定使用J2经纬仪，水准点测量用DS3水准仪。

工程测量所设置桩位、标志要求总包、监理复测，并做好护桩工作。

测量定位所用的经纬仪、水准仪及控制质量检测设备须经过鉴定合格，在使用周期内的计量器具按二级计量标准进行计量检测控制。

（3）开挖梁体雏形

在开挖前，要清除地表层垃圾，按照放样轴线开挖，挖槽时转角处挖直，清理干净，竖向面必须保持垂直，这是保证连续墙垂直精度的重要环节。

（4）锚杆钻孔

锚杆成孔是锚杆施工过程中一项很重要的工序，锚杆的成孔应满足设计要求的孔径、深度和倾角，采用适宜的钻孔方法确保精度，确保锚杆孔开钻就位钻孔倾角和方向符合设计要求，倾角允许误差位±1.0°，方位允许误差±2.0°。

钻机安装要求水平、稳固。施钻过程中应随时检查，使其后续杆体插入和注浆作业能顺利进行。

锚杆钻孔应尽量选择干钻成孔，因钻孔用水会对地层有不良影响，成孔壁坍塌或降低孔壁摩阻力。若选择水钻，应以清水为好，因泥浆水等都会降低孔壁摩阻力。锚杆水平、垂直方向的孔距误差不应大于100mm；钻头直径不应小于设计钻孔直径3mm，钻头直径应经常检查，钻头磨损后应及时更换，因钻孔直径减小会减少锚固体的侧面积，降低锚杆的锚固力。

钻孔内岩粉和土屑应清洗干净，因孔壁有岩粉和土屑附着，会降低锚杆锚固力。因此，当钻孔钻至预计深度后应继续清洗一段时间，确保岩粉和土屑清洗干净。钻孔完成后应盖住孔口防止泥土掉入，若孔壁宜坍塌或孔内有水渗出，应尽快安放锚杆并注浆。同时应做好钻孔记录，包括钻孔时间、深度、岩土界面、孔内异常情况等。

（5）锚杆杆体的制作与安放

锚杆的杆体材料有普通钢筋、精轧螺纹钢筋、高强钢丝束、钢铰线等。短锚杆的制作与安放都较简单，长锚杆就比较困难。因此，长锚杆最好使用钢丝或钢铰线，柔性好，不受钻孔深度、钻孔方向及操作平台大小的控制。

钢筋锚杆的制作，首先按锚杆要求的长度采用切割机切割钢筋。钢筋应平直、除油和除锈，以确保钢筋与锚固体的有效粘结。在杆体上每隔1.5～2.0m 应设置一个对中支架，使杆体处于钻孔中心，保证杆体保护层厚度符合要求。杆体接长采用焊接时，焊接可采用绑焊或对焊，双面焊接的焊缝长度不应小于5d。

锚杆杆体要求钻孔完后立即插入杆体，安装锚杆时，应防止扭压和弯曲，杆体放入孔内应与钻孔角度一致。安装锚杆时，不得损坏防腐层，不得随意碰撞，悬挂重物等，若孔壁坍塌，应重新清孔后再安放锚杆。

（6）锚固段注浆

常压注浆作业从孔底开始，实际注浆量一般要大于理论的注浆量或以孔口不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。如一次注不满或注浆后产生沉降要补充注浆直至注满为止。注浆压力为不小于0.2MPa，注浆量不得少于计算量，压力注浆时充盈系数为1.1-1.3。注浆材料宜选用水灰比0.45-0.5、灰砂比为1：0.5-1的M35水泥砂浆。注浆压力、注浆数量和注浆时间根据锚固体的体积及锚固地层情况确定。注浆结束后，将注浆管、注浆枪和注浆套管清洗干净，同时做好注浆记录成槽前必须先对导墙进行验收，并做好记录。

（7）框架制作

各钢筋、砂石材料需要试验抽检合格，各施工机具已进场并满足施工生产要求，各作业人员已进场并进行技术交底培训，根据工程需要及工程划分的技术人员、管理人员及其他人员均已到位。

框架采用C40砼浇筑，框架梁深35cm，采用人工开挖，石质地段使用风镐开凿，超挖部分采用C40砼调整至设计坡面。梁基础先采用人工清底调平，再进行钢筋制作安装。钢筋接头需错开，同一截面钢筋接头数不得超过钢筋总根数的1/2，且有焊接接头的截面之间的距离不得小于1m。若锚杆与箍筋相干扰可局部调整箍筋的间距。模板采用钢模板，用短锚筋固砼浇注时，尤其在锚孔周围钢筋较密集一定要仔细振捣，保证质量。框架主筋的保护层一定要满足设计要求，最小不能少于80mm，箍筋净保护层不得小于60mm。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种盾构进出洞锚杆加固土体施工方法，其特征是，包括以下步骤：

1）测量放线，包括：测定孔位点，锚杆深度均打入到盾构机开挖区外围1m的位置，开挖区的正上方锚杆竖直打入，锚杆间距在1.5m-2m；最边处的锚杆以与水平成30角打入，然后再以15度角的改变量逐渐垂直；

2）开挖梁体雏形，按照放样轴线开挖，挖槽时转角处挖直，竖向面必须保持垂直；

3）锚杆钻孔，锚杆钻孔应尽量选择干钻成孔，若选择水钻，应以清水为好；锚杆水平、垂直方向的孔距误差不应大于100mm；钻头直径不应小于设计钻孔直径3mm；

4）锚杆杆体的制作与安放，钢筋锚杆的制作，首先按锚杆要求的长度采用切割机切割钢筋，在杆体上每隔1.5～2.0m 应设置一个对中支架，使杆体处于钻孔中心，保证杆体保护层厚度符合要求；杆体接长采用焊接时，焊接采用绑焊或对焊，双面焊接的焊缝长度不应小于5d，d表示杆体直径；

锚杆杆体要求钻孔完后立即插入杆体，安装锚杆时，应防止扭压和弯曲，杆体放入孔内应与钻孔角度一致；安装锚杆时，不得损坏防腐层；

5）锚固段注浆，常压注浆作业从孔底开始，实际注浆量要大于理论的注浆量或以孔口不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准；如一次注不满或注浆后产生沉降要补充注浆直至注满为止；注浆压力为不小于0.2MPa，注浆量不得少于计算量，压力注浆时充盈系数为1.1-1.3；注浆材料用水灰质量比为0.45-0.5、灰砂质量比为1：0.5-1的M35水泥砂浆；

6）框架制作，框架采用C40砼浇筑，框架梁深35cm，采用人工开挖，石质地段使用风镐开凿，超挖部分采用C40砼调整至设计坡面；梁基础先采用人工清底调平，再进行钢筋制作安装；钢筋接头需错开，同一截面钢筋接头数不得超过钢筋总根数的1/2，且有焊接接头的截面之间的距离不得小于1m；模板采用钢模板，框架主筋的保护层厚度不能少于80mm，箍筋净保护层厚度不得小于60mm；

7）混凝土浇筑及养护。

2.如权利要求1所述的盾构进出洞锚杆加固土体施工方法，其特征是，所述步骤1）中，轴线测定使用J2经纬仪，水准点测量用DS3水准仪。

3.如权利要求1所述的盾构进出洞锚杆加固土体施工方法，其特征是，所述步骤1）中，孔位误差不得超过±30mm，测定的孔位点，埋设半永久性标志。

4.如权利要求1所述的盾构进出洞锚杆加固土体施工方法，其特征是，所述步骤3）中，锚杆孔开钻就位钻孔倾角允许误差位±1.0°，方位允许误差±2.0°。

5.如权利要求1所述的盾构进出洞锚杆加固土体施工方法，其特征是，所述步骤4)中，锚杆使用钢丝或钢铰线。