CN108930262A - 一种淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法，包括施工准备，具体为：包括周边环境地质条件调查、风险评估、根据三维仿真模拟结果制定总体规划、编织施工方案；上跨区域地基处理；淤泥层加固，具体为：包括旋喷桩加固和袖阀管加固；旋喷桩加固，盾构穿越土体层进行加固，把浆液通过高压旋喷与土体胶结；袖阀管加固，在高速地铁隧道上部1m范围内加固，具有胶凝和充填性能的混合浆液材料通过注浆器在高压作用下压入需要加固的局部软弱地层中；盾构施工参数调整，具体为：通过自动化检测、三维激光扫描高速地铁跟踪反馈，并调整盾构掘进参数。淤泥地层加固采用了旋喷桩联合袖阀管局部注浆技术，能长期发挥其加固效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法。
背景技术
对于沿线场地现状主要为填海空地、道路、在建工地的情况，该区间地下水主要是受大气降水渗入补给，并在一定条件下接受海水、河（沟）水的侧向补给，并与二者具较密切水力关系。根据已有勘察成果资料、原位测试、室内土工试验结果，区间线路主要从海陆交互相沉积层中穿越，该层含有大量触变性大、含水量高、强度低的淤泥，为了保证盾构施工能够安全稳定掘进，必须对地层进行处理，该区间盾构上跨地铁线路不同于一般地铁盾构上跨既有构筑物。首先，该盾构地铁线路所属于高含水量、触变性大的淤泥地层中，传统的组合钢架临时加固线路不确定因素多，沿海地区淤泥的含水量高，对钢架有一定的腐蚀作用，且钢架拆除难度大。
以上不足，有待改进。
发明内容
为了克服现有的技术的不足, 本发明提供一种淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法。
本发明技术方案如下所述：
一种淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法，包括
步骤S1：施工准备，具体为：包括周边环境地质条件调查、风险评估、根据三维仿真模拟结果制定总体规划、编织施工方案；
步骤S2：上跨区域地基处理；
步骤S3：淤泥层加固，具体为：包括旋喷桩加固和袖阀管加固；
旋喷桩加固，盾构穿越土体层进行加固，把浆液通过高压旋喷与土体胶结；
袖阀管加固，在高速地铁隧道上部1m范围内加固，具有胶凝和充填性能的混合浆液材料通过注浆器在高压作用下压入需要加固的局部软弱地层中；
步骤S4：盾构施工参数调整，具体为：通过自动化检测、三维激光扫描高速地铁跟踪反馈，并调整盾构掘进参数。
进一步地，所述步骤S3中，所述袖阀管加固包括：
步骤S31:钻孔，具体为：按照设计要求钻孔，并采用清水洗孔；
步骤S32:浇注套壳料，具体为：成孔后通过钻杆用套壳料置换孔内的泥浆；
步骤S33:安装袖阀管，具体为：袖阀管对中安装；
步骤S34:固管止浆，具体为：在孔口上部2m孔段压入止浆固管料，直至孔口返止浓浆为止；
步骤S35:开环注浆。
进一步地，所述步骤S35中，包括：
步骤S351：开环，具体为：注浆的前期阶段，使用稀浆或清水加压开环；
步骤S352：注浆，具体为：根据各组注浆参数表要求，从孔底自下而上进行注浆，每排孔眼作为一个注浆段。
进一步地，所述步骤S35之后还包括步骤S38：质量检验，具体为：加固完成后，对已施工的袖阀管注浆加固质量进行检验，应对不合格的注浆区实施重复注浆。
进一步地，在步骤S33和步骤S32之间还包括步骤S36：检查密封性：具体为：注浆段下注浆管，空段下隔离输浆管，地面预留高度0.20～0.30m，在管内充满清水，以检查密封性。
进一步地，在步骤S35和步骤S34之间还包括步骤S37：待凝，具体为：要待孔口段止浆料凝固后才能注浆，待凝时间控制在2～5天以内。
进一步地，在所述步骤S31中，钻孔的具体步骤包括：
步骤S311：钻机就位，具体为：将钻机就位于放样好的孔位上；
步骤S312：调整钻机高度，具体为：立轴对正孔位，将钻具放入孔口管内，使孔口管、立轴和钻杆在一条直线上；
步骤S313：测量立轴方向和倾斜角度，具体为：用罗盘、水平尺和辅助线检测立轴方向和倾斜角度。
进一步地，在所述步骤S32中，套壳料置换孔内的泥浆的方法为：将通过循环泥浆的管接到挤压式注浆机上，在注浆压力的作用下，通过钻杆将孔内泥浆置换成套壳料，套壳料在压力的作用下，通过钻杆进入钻孔底部，随着套壳料的进入，泥浆从地面孔口置换出来，置换出来的泥浆通过钻孔口的泥浆沟排到泥浆循环池。
进一步地，在所述步骤S32中，套壳料用量的计算方法：套壳用量（m3）=1.3*π*R（钻孔半径2—袖阀管半径2）×H注浆段高度。
进一步地，在所述步骤S34中，止浆固管料采用速凝水泥浆，水:水泥=1：1.5，可采用水玻璃或氯化钙作速凝剂。
根据上述方案的本发明，其有益效果在于：
（1）旋喷桩联合袖阀管注浆加固具有扰动小、场地条件要求低，适用于上跨各种已运营地铁线土体加固，一方面保证了地铁线路的正常运营，另一面，盾构施工能够安全稳定的掘进。
（2）袖阀管注浆加固有效的替代了组合钢架临时措施，对线路起到了长期的保护效果。
（3）利用旋喷桩对土层加固，提高了土体的强度、降低了土体的渗水速率。
（4）地面袖阀管注浆加固主要是针对上跨旋喷桩未加固1m范围内的软弱地层，既提高了周围土体强，又减少了机械对已有线路的扰动。
（5）旋喷桩联合袖阀管注浆技术、三维激光扫描、自动化检测保证了地层加固及监控量测有理论可依，从而使得淤泥层加固效更加科学，且更加牢固。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法的流程示意图一；
图2为本发明实施例提供的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法的流程示意图二；
图3为本发明实施例提供的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法的流程示意图三；
图4为本发明实施例提供的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法的流程示意图四；
图5为本发明实施例提供的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法的流程示意图五；
图6为本发明实施例提供的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法的流程示意图六；
图7为本发明实施例提供的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法的流程示意图七；
图8为本发明实施例提供的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法的流程示意图八；
图9为隧道断面收敛测点布设图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
图1至图9为本实施例提供的一种淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法的结构示意图。
请参阅图1、图7，一种淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法，包括
步骤S1：施工准备，具体为：包括周边环境地质条件调查、风险评估、根据三维仿真模拟结果制定总体规划、编织施工方案、质量保证措施、安全保证措施；
步骤S2：上跨区域地基处理；
步骤S3：淤泥层加固，具体为：包括旋喷桩加固和袖阀管加固；
旋喷桩加固，盾构穿越土体层进行加固，把浆液通过高压旋喷与土体胶结；
袖阀管加固，在高速地铁隧道上部1m范围内加固，具有胶凝和充填性能的混合浆液材料通过注浆器在高压作用下压入需要加固的局部软弱地层中；
步骤S4：盾构施工参数调整，具体为：通过自动化检测、三维激光扫描高速地铁跟踪反馈，并调整盾构掘进参数。
本实施例提供的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法的工艺原理如下：首先进行施工准备，包括周边环境地质条件调查、风险评估、根据三维仿真模拟结果制定总体规划、编织施工方案；然后上跨区域地基处理，方便了后续施工，并提高了淤泥层加固效果；淤泥层加固，包括旋喷桩加固和袖阀管加固，能长期发挥其加固效果，有利于稳定盾构姿态及已有线路结构安全，控制地面沉降、减小对高速地铁的相互影响；旋喷桩加固，盾构穿越土体层进行加固，把浆液通过高压旋喷与土体胶结，以提高穿越层的土体强度，从而控制地表沉降；袖阀管加固，在高速地铁隧道上部1m范围内加固，具有胶凝和充填性能的混合浆液材料通过注浆器在高压作用下压入需要加固的局部软弱地层中，经过一段时间的凝胶硬化后充填堵塞地层中的空隙，从而减小局部软弱地层的渗水系数及隧道开挖时的渗水量，以达到固结软弱和松散土体、提高地层强度和自稳能力的目的；通过自动化检测、三维激光扫描高速地地铁跟踪反馈，并调整盾构掘进参数来保证上跨过程中地铁线结构安全，减少地表沉降及控制差异沉降。
本实施例提供的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法有益效果为：
（1）旋喷桩联合袖阀管注浆加固具有扰动小、场地条件要求低，适用于上跨各种已运营地铁线土体加固，一方面保证了地铁线路的正常运营，另一面，盾构施工能够安全稳定的掘进。
（2）袖阀管注浆加固有效的替代了组合钢架临时措施，对线路起到了长期的保护效果。
（3）利用旋喷桩对土层加固，提高了土体的强度、降低了土体的渗水速率。
（4）地面袖阀管注浆加固主要是针对上跨旋喷桩未加固1m范围内的软弱地层，既提高了周围土体强，又减少了机械对已有线路的扰动。
（5）旋喷桩联合袖阀管注浆技术、三维激光扫描、自动化检测保证了地层加固及监控量测有理论可依，从而使得淤泥层加固效更加科学，且更加牢固。
请参阅图2，优选地，步骤S3中，袖阀管加固包括：
步骤S31:钻孔，具体为：按照设计要求钻孔，并采用清水洗孔；
步骤S32:浇注套壳料，具体为：成孔后通过钻杆用套壳料置换孔内的泥浆；
步骤S33:安装袖阀管，具体为：袖阀管对中安装；对中安装以利其周边同一断面上套壳料厚度的均匀，有利于开环质量，且施工中应注意保护袖阀管出浆孔外橡皮套不移位和脱落，避免错位浆液倒灌，防止杂物进入管内。
步骤S34:固管止浆，具体为：在孔口上部2m孔段压入止浆固管料，直至孔口返止浓浆为止；
步骤S35:开环注浆。
请参阅图3，优选地，步骤S35中，包括：
步骤S351：开环，具体为：注浆的前期阶段，使用稀浆或清水加压开环；在加压过程中，一旦出现压力突降，进浆量剧增，表示已经开环，开环后即按设计配比开始正式注浆。
步骤S352：注浆，具体为：根据各组注浆参数表要求，从孔底自下而上进行注浆，每排孔眼作为一个注浆段。
优选地，注浆采用双栓塞芯管进行注浆。
优选地，注浆液采用42.5普通硅酸盐水泥。
优选地，注浆时按先注入稀浆后注入浓浆的原则逐渐调整水灰比。
优选地，开环压力为0.3MPa左右。应当理解的是，开环压力的具体数值根据现场实验调整。
优选地，注浆压力控制在0.3～0.4MPa。注浆过程通过注浆泵出浆口处仪表读数控制注浆压力，注浆过程中要控制好浆液比重，防止因浆液过浓导致注浆芯管堵塞
优选地，注浆次序：每次都必须跳开一个孔进行注浆，以防止发生窜浆现象。
优选地，采用间歇循环小压力注浆：全孔段注浆完成后，间歇一段时间再进行第二次注浆，间歇时间控制在10～30min之内。循环注浆压力控制在0.3～0.4MPa以内。
优选地，注浆次数为2～3次，应当理解的是，由于袖阀注浆一次性注浆难以均匀，据实际施工情况而定次数。
优选地，在注浆过程中，应观察相邻注浆孔的排气、返水、串浆、冒浆等情况，及时做好记录。若周围注浆孔有冒浆、串浆时，应停止注浆，12 小时后重新注浆；若周围注浆孔仍没有反应，注浆量过大并超过本身的容积时，应采取间歇定量分序注浆法注浆，以控制浆液流失过大，做好注浆的原始记录，及时报送监理、业主单位审批签字。
优选地，注浆加固应连续进行，因故中断时，间断时间应小于浆液的初凝时间。
终止注浆标准：
1）当注浆压力≥（启动压力+0.4）Mpa，吸浆量<2.5L/min，稳定时间25 min。
2）发现被加固建筑物有上抬的趋势时，立即停止注浆。
3）发生窜浆或浆液漏失严重时，立即停止注浆。
后备注浆措施
每个孔注浆后，用Ф20水管插入袖阀管内，泵入清水把袖阀管内残留水泥浆冲洗干净。袖阀管冲洗干净后用保护套封闭，以便进行重复注浆。
请参阅图4、图7，优选地，步骤S35之后还包括步骤S38：质量检验，具体为：加固完成后，对已施工的袖阀管注浆加固质量进行检验，应对不合格的注浆区实施重复注浆。
请参阅图5、图7，优选地，在步骤S33和步骤S32之间还包括步骤S36：检查密封性：具体为：注浆段下注浆管，空段下隔离输浆管，地面预留高度0.20～0.30m，在管内充满清水，以检查密封性。
请参阅图6、图7，优选地，在步骤步骤S35和步骤S34之间还包括步骤S37：待凝，具体为：要待孔口段止浆料凝固后才能注浆，待凝时间控制在2～5天以内。
请参阅图8，优选地，在步骤S31中，钻孔的具体步骤包括：
步骤S311：钻机就位，具体为：将钻机就位于放样好的孔位上，底座水平，机身稳固可靠；
步骤S312：调整钻机高度，具体为：立轴对正孔位，将钻具放入孔口管内，使孔口管、立轴和钻杆在一条直线上；
步骤S313：测量立轴方向和倾斜角度，具体为：用罗盘、水平尺和辅助线检测立轴方向和倾斜角度。
优选地，在步骤S31中，采用CH-90型油压钻探机进行钻孔。
优选地，在步骤S313中，钻孔孔斜应小于1％，孔位偏差小于10cm。
优选地，在步骤S32中，套壳料置换孔内的泥浆的方法为：将通过循环泥浆的管接到挤压式注浆机上，在注浆压力的作用下，通过钻杆将孔内泥浆置换成套壳料，套壳料在压力的作用下，通过钻杆进入钻孔底部，随着套壳料的进入，泥浆从地面孔口置换出来，置换出来的泥浆通过钻孔口的泥浆沟排到泥浆循环池；在发现排出的泥浆中含有套壳料时，停止置换。
优选地，套壳用量的计算方法：套壳料用量（m3）=1.3*π*R（钻孔半径2—袖阀管半径2）×H注浆段高度。
套壳料一般以膨润土为主，水泥为辅组成，主要用于封闭袖阀管与钻孔孔壁之间的环状空间，防止注浆时浆液到处流窜，在橡胶套和止浆塞的作用下，迫使在注浆段范围内挤破套壳料（即开环）而进入地层。
在一个实施例中，套壳料采用粘土和水泥配制，配比范围为水泥：粘土：水=1:1.5:1.88，浆液比重约为1.5，漏斗粘度24～26s；应当理解的是实际施工时应通过多组室内及现场试验，选取最佳配比。
优选地，在步骤S34中，止浆固管料采用速凝水泥浆，水:水泥=1：1.5，可采用水玻璃或氯化钙作速凝剂。
旋喷桩加固：
（1）施工参数
端头加固、软弱地层加固及联络通道加固旋喷桩均为Ф600mm@450mm的双管旋喷桩，施工参数主要为：
1）水灰比为1：1～1.5，采用42.5级普通硅酸盐水泥。
2）旋喷桩要求28天无侧限抗压强度qu≥1.0MPa、渗透系数小于10～6cm/s。
3）每米水泥用量不小于200kg，浆液喷射压力25～30Mpa，气流压力不小于0.7MPa，提升速度不大于10～25cm/min，透水层需复喷，复喷提升速度为100cm/min。
（2）区间软弱地层加固
采用Φ600双重管高压旋喷咬合桩（格栅状）加固淤泥地层。上跨线路隧道区域加固原则为旋喷桩孔底高程与线路隧道最小保持净距1m。
（3）隧道拱腰位置的加固方式由沿线路方向的两排旋喷桩增加至三排旋喷桩（靠近隧道内增设一排），将加固土体的抗力区扩大，增加的一排旋喷桩加固深度至隧道底标高。
（4）隧道全断面位于淤泥层，隧道加固范围扩大至隧道外侧4.95m，内侧3.6m，外侧采用格栅状加固，内侧增设一排。隧道半断面以上位于淤泥层，隧道加固平面范围维持3m不变。
（5）隧道拱腰部位新增的旋喷桩加固深度至隧道底，全断面位于淤泥地层的隧道新增加固范围内的旋喷桩加固深度与同里程段的加固深度相同。
自动化检测：
（1）进场监测前，调查既有工后沉降监测点、基准点，联测既有工后沉降监测点，普查项目段隧道沉降成果；逐环系统调查项目段隧道水平直径收敛、结构表观病害（崩边、裂缝、渗漏、错台等），标记具体的里程（盾构区间同时标记环号）及位置，绘制平面展开图。
（2）请参阅图9，自动化测量包括竖向位移、水平位移、隧道收敛（水平、竖向）三个测项。
通过自动全站仪可观测出断面上A、B、C、D棱镜的坐标值，通过A点高程值可获取竖向位移，B点平面坐标可获取隧道腰部的水平位移，通过A点与C点的垂直距离可获取隧道竖向收敛变化，通过B点与D点的水平距离可获取隧道水平收敛变化。在重叠区段加密到每3环布设一个断面，其余区段每隔6环布设一个断面。
三维激光扫描：
（1）现场勘察，做测量前的详细规划
根据隧道现场地形及建筑物布置条件，选取多个合适的扫描架站点，力求扫点，力求扫描范围涵盖区域内详尽的形态特征，争取最短的时间采用最少的架站点完成现场扫描工作。此次隧道形变检测采用的是高精度三维激光扫描仪 P20，其点位精度为线性误差1mm，最大测程 200～300m 。根据现场实际情况采用10m@3mm的分辨率，以此来保证扫描区域的数据采集质量和点云精度。
（2）扫描数据的拼接
采用与该扫描仪的型号相配具有较强反射率并且明显几何特征的标靶，保证不同站点之间包含三个或以上的标靶。最后运用全局优化拼接算法对所获得的扫描点云数据进行拼接，使得所有扫描数据拼接精度平均为1mm，满足数据分析的基本要求。
（3）点云数据预处理
接下来的工作是对三维点云数据进行预处理，运用接下来的工作是对三维点云数据进行预处理，运用大规模点云数据处理算法将所获取的点云数据进行去噪。
（4）管片点云数据分析
将大规模点云数据运用隧道管片截面分析算法进行准确的提取，通过超算中心快速计出各个管片水平最大宽度值、45度方向宽度值、135度方向宽值以及中心高等指标信息，进而了解各个管片度方向宽值以及中心高等指标信息。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法，其特征在于：包括
步骤S1：施工准备，具体为：包括周边环境地质条件调查、风险评估、根据三维仿真模拟结果制定总体规划、编织施工方案；
步骤S2：上跨区域地基处理；
步骤S3：淤泥层加固，具体为：包括旋喷桩加固和袖阀管加固；
旋喷桩加固，盾构穿越土体层进行加固，把浆液通过高压旋喷与土体胶结；
袖阀管加固，在高速地铁隧道上部1m范围内加固，具有胶凝和充填性能的混合浆液材料通过注浆器在高压作用下压入需要加固的局部软弱地层中；
步骤S4：盾构施工参数调整，具体为：通过自动化检测、三维激光扫描高速地铁跟踪反馈，并调整盾构掘进参数。
2.如权利要求1所述的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法，其特征在于：所述步骤S3中，所述袖阀管加固包括：
步骤S31:钻孔，具体为：按照设计要求钻孔，并采用清水洗孔；
步骤S32:浇注套壳料，具体为：成孔后通过钻杆用套壳料置换孔内的泥浆；
步骤S33:安装袖阀管，具体为：袖阀管对中安装；
步骤S34:固管止浆，具体为：在孔口上部2m孔段压入止浆固管料，直至孔口返止浓浆为止；
步骤S35:开环注浆。
3.如权利要求2所述的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法，其特征在于：所述步骤S35中，包括：
步骤S351：开环，具体为：注浆的前期阶段，使用稀浆或清水加压开环；
步骤S352：注浆，具体为：根据各组注浆参数表要求，从孔底自下而上进行注浆，每排孔眼作为一个注浆段。
4.如权利要求2所述的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法，其特征在于：所述步骤S35之后还包括步骤S38：质量检验，具体为：加固完成后，对已施工的袖阀管注浆加固质量进行检验，应对不合格的注浆区实施重复注浆。
5.如权利要求2所述的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法，其特征在于：在步骤S33和步骤S32之间还包括步骤S36：检查密封性：具体为：注浆段下注浆管，空段下隔离输浆管，地面预留高度0.20～0.30m，在管内充满清水，以检查密封性。
6.如权利要求2所述的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法，其特征在于：在步骤S35和步骤S34之间还包括步骤S37：待凝，具体为：要待孔口段止浆料凝固后才能注浆，待凝时间控制在2～5天以内。
7.如权利要求2所述的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法，其特征在于：
在所述步骤S31中，钻孔的具体步骤包括：
步骤S311：钻机就位，具体为：将钻机就位于放样好的孔位上；
步骤S312：调整钻机高度，具体为：立轴对正孔位，将钻具放入孔口管内，使孔口管、立轴和钻杆在一条直线上；
步骤S313：测量立轴方向和倾斜角度，具体为：用罗盘、水平尺和辅助线检测立轴方向和倾斜角度。
8.如权利要求2所述的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法，其特征在于：
在所述步骤S32中，套壳料置换孔内的泥浆的方法为：将通过循环泥浆的管接到挤压式注浆机上，在注浆压力的作用下，通过钻杆将孔内泥浆置换成套壳料，套壳料在压力的作用下，通过钻杆进入钻孔底部，随着套壳料的进入，泥浆从地面孔口置换出来，置换出来的泥浆通过钻孔口的泥浆沟排到泥浆循环池。
9.如权利要求2所述的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法，其特征在于：
在所述步骤S32中，套壳料用量的计算方法：套壳用量（m3）=1.3*π*R（钻孔半径2—袖阀管半径2）×H注浆段高度。
10.如权利要求2所述的淤泥层中盾构上跨高速地铁线路施工工法，其特征在于：在所述步骤S34中，止浆固管料采用速凝水泥浆，水:水泥=1：1.5，可采用水玻璃或氯化钙作速凝剂。
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