CN110886614B - 采用三重管旋喷桩处置上软下硬地层的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用三重管旋喷桩处置上软下硬地层的施工方法，施工步骤包括：S1、确定上软下硬地层的处置区域，处置区域间隔设置于盾构机前方的地层内，且盾构机掘进至处置区域时可容纳于处置区域；S2、在处置区域上方的地面上进行三重管旋喷的多个桩基孔施工，直至整个处置区域完成旋喷施工；任一桩基孔分为上下两层，其下层旋喷软化材料，其上层旋喷弱硬化材料；S3、盾构机挖掘通过处置区域，完成隧道施工。本发明具有施工高效、环境影响小的特点，可广泛的应用于盾构隧道施工技术领域。

Description

采用三重管旋喷桩处置上软下硬地层的施工方法

技术领域

本发明涉及盾构隧道施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种采用三重管旋喷桩处置上软下硬地层的施工方法。

背景技术

随着我国经济建设不断加快，城市基础建设不断发展，盾构法施工已经成为地下工程中必不可少的部分。当地层出现上软下硬，地下水位高，尤其是在粉土与粉砂互层地层中，盾构机下部地层硬，上部存在软弱夹层，且地下水丰富。盾构机上部存在地层反力不足，盾构机浮力大的特征，盾构掘进过程中会出现上漂的现象，使得盾构姿态难以通过常规手段控制。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是针对粉土、粉砂互层的上软下硬富水地层引起的盾构姿态上漂，通过盾构掘进参数控制和注浆材料等常规方式无法解决盾构姿态的问题，提出一种上部地层加固，下部地层软化的地层处置方法。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种采用三重管旋喷桩处置上软下硬地层的施工方法，施工步骤包括：

S1、确定上软下硬地层的处置区域，处置区域间隔设置于盾构机前方的地层内，且盾构机掘进至处置区域时可容纳于处置区域；

S2、在处置区域上方的地面上进行三重管旋喷的多个桩基孔施工，直至整个处置区域完成旋喷施工；任一桩基孔分为上下两层，其下层旋喷软化材料，其上层旋喷弱硬化材料；

S3、盾构机挖掘通过处置区域，完成隧道施工。

优选地是，所述S2包括以下步骤：

S21、钻桩基孔至处置区域的最底端，将高喷台车的喷射管的一端接通注浆泵，另一端插入至桩基孔的底端并旋喷软化材料；

S22、喷射管的另一端在桩基孔底端旋喷8～12秒，待桩基孔的孔口冒浆正常后匀速缓慢提升喷射管；

S23、提升喷射管的另一端至该桩基孔的上层与下层分界面，喷射管另一端旋喷弱硬化材料并继续旋喷提升；

S24、喷射管的另一端提升到桩基孔的顶端时停止旋喷，拔出喷射管；

S25、在下一工位重复S21～S24直到整个处置区域完成旋喷施工。

优选地是，所述桩基孔的上层与下层分界面与盾构机的刀盘中心所在的水平面重合。

优选地是，所述注浆泵连通两个储浆池，其分别储存软化材料和弱硬化材料，且任一储浆池与注浆泵之间的连通管路上设置有止流阀。

优选地是，处置区域为立方体区域，其宽度比盾构机刀盘直径大0.8m～1.2m，且处置区域的宽度沿盾构机刀盘的轴线所在竖直面对称，处置区域的长度等于盾构机的长度，处置区域的深度为地面以下3m至盾构机底端下方1.3m～1.8m处；

所述处置区域靠近盾构机的一侧壁距离盾构机刀盘9～11m。

优选地是，任一三重管旋喷的桩基孔的材料渗透半径为0.5～0.6m，任意相邻的两个三重管旋喷的桩基孔的桩心距为0.8～0.9m。

优选地是，软化材料为膨润土浆液，其采用质量比1:16的膨润土和水拌制，且基底软化膨润土浆液按地层体积的13～15％喷入；弱硬化材料为水泥浆，其采用质量比为1:1的水与石灰拌制，且水泥浆按地层体积的16.5～18.5％喷入。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)针对富水粉土、粉砂地层中，地下水丰富，盾构机浮力大的问题，本发明可以有效加固上部土体，为盾构机提供足够的反力，可以有效克服由于浮力和上部地层反力不足引起的盾构机上漂现象；

(2)针对埋深较深的粉、细砂致密，承载力大，地层硬的问题，本发明可以有效的软化下部土体，削弱下部地层的承载力，可以有效克服由于盾构机下部地层硬引起的盾构机无法下压的现象；

(3)本发明的施工方法采用上部地层弱硬化，下部地层软化的方式，无需长时间等待地层加固，施工工期合理，在解决盾构掘进问题的同时，不影响工期；

(4)本发明的施工方法采用三重管旋喷桩机，下部旋喷软化，上部旋喷硬化，施工工序简单，对周围环境影响小。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的盾构机掘进至处置区域时的主视图；

图2为本发明的盾构机掘进至处置区域时的左视图；

图3为本发明的盾构机未掘进时处置区域的俯视图；

图4为本发明的处置区域内的相邻桩基孔的排布示意图；

图5位本发明的施工工艺流程图。

附图标记说明：1、上层(处置区域)；2、下层(处置区域)；3、盾构机；4、刀盘；5、地面；6、处置区域；7、桩基孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供一种采用三重管旋喷桩处置上软下硬地层的施工方法，施工步骤包括：

S1、确定上软下硬地层的处置区域6，处置区域6间隔设置于盾构机3前方的地层内，且盾构机3掘进至处置区域6时可容纳于处置区域6；

S2、在处置区域6上方的地面5上进行三重管旋喷的多个桩基孔7施工，直至整个处置区域6完成旋喷施工；任一桩基孔7分为上下两层，其下层2旋喷软化材料，其上层1旋喷弱硬化材料；

S3、盾构机3挖掘通过处置区域6，完成隧道施工。

在该种技术方案中，上软下硬的地层情况为，上层1地层的孔隙率较大，且具有较大的压缩性和灵敏性，而盾构机3的实际掘进路线为连续折线，对软土扰动较大，从而会引起盾构姿态不良、盾构机3上漂的情况；因此考虑对盾构机刀盘4前方的该种地层做上层1硬化，下层2软化的地层处置，实现上软下硬地层变为均质地层，可以有效避免盾构机3掘进过程种发生偏斜的风险，使盾构的姿态可以通过本发明的施工方法进行调节，保证施工的质量。

在另一种技术方案中，采用三重管旋喷桩处置上软下硬地层的施工方法的S2包括以下步骤：

S21、钻桩基孔7至处置区域6的最底端，将高喷台车的喷射管的一端接通注浆泵，另一端插入至桩基孔7的底端并旋喷软化材料；

S22、喷射管的另一端在桩基孔7底端旋喷8～12秒，待桩基孔7的孔口冒浆正常后匀速缓慢提升喷射管；

S23、提升喷射管的另一端至该桩基孔的上层1与下层2分界面，喷射管另一端旋喷弱硬化材料并继续旋喷提升；

S24、喷射管的另一端提升到桩基孔的顶端时停止旋喷，拔出喷射管；

S25、在下一工位重复S21～S24直到整个处置区域完成旋喷施工。

在另一种技术方案中，所述桩基孔7的上层1与下层2分界面与盾构机3的刀盘4的中心所在的水平面重合。

在该种技术方案中，盾构机3开挖处理后的上软下硬地层时，地层经过弱硬化处理后会对盾构机3的刀盘4产生较大磨损，且出渣时上层1弱硬化地层的出渣颗粒较大，会影响泥水站颗粒筛分系统，所以应尽量减少盾构机3掘进方向上的弱硬化地层处理的范围，同时为了使盾构机3的刀盘4切削的地层材料均匀，保证盾构机3掘进过程中的重心平衡，故设置桩基孔7的上层1与下层2分界面与盾构机3的刀盘4的中心所在的水平面重合，使盾构机3掘进方向的地层材料上下均匀，且上层1弱硬化地层处理的范围减小到极限。

在另一种技术方案中，所述注浆泵连通两个储浆池，其分别储存软化材料和弱硬化材料，且任一储浆池与注浆泵之间的连通管路上设置有止流阀。

在该种技术方案中，当高喷台车的喷射管的另一端位于桩基孔7的底端时，注浆泵连通装有弱硬化材料的储浆池，控制止流阀阻断装有软化材料的储浆池与注浆泵的连通；当高喷台车的喷射管的另一端旋喷提升至桩基孔7的上层1与下层2分界面时，注浆泵连通装有软化材料的储浆池，控制止流阀阻断装有弱硬化材料的储浆池与注浆泵的连通；

在另一种技术方案中，处置区域6为立方体区域，其宽度比盾构机3的刀盘4直径大0.8m～1.2m，且处置区域6的宽度沿盾构机3的刀盘4的轴线所在竖直面对称，处置区域6的长度等于盾构机3的长度，处置区域6的深度为地面5以下3m至盾构机3底端下方1.3m～1.8m处；

所述处置区域6靠近盾构机3的一侧壁与盾构机3的刀盘4间隔9～11m。

在该种技术方案中，为了提高施工的效率，处置区域6的范围应控制的尽量小，使盾构机3掘进至处置区域6时，能包容于处置区域6内即可；

上软下硬地层主要的问题集中在上层1的软弱地层会导致盾构机3上漂，故下层2的较硬地层处置深度略低于盾构机3的底端，上层1的较软地层的处置深度应设计较深，缩小地层的孔隙率、压缩性和灵敏性，从而避免盾构机3的掘进过程姿态不良。

在另一种技术方案中，任一三重管旋喷的桩基孔7的材料渗透半径为0.5～0.6m，任意相邻的两个三重管旋喷的桩基孔7的桩心距为0.8～0.9m。

在该种技术方案中，如图4所示，任意相邻的两个三重管旋喷的桩基孔7的材料的渗透范围交错啮合，从而实现上软下硬地层处置区域6的完整处置。

在另一种技术方案中，软化材料为膨润土浆液，其采用质量比1:16的膨润土和水拌制，且基底软化膨润土浆液按地层体积的13～15％喷入；弱硬化材料为水泥浆，其采用质量比为1:1的水与石灰拌制，且水泥浆按地层体积的16.5～18.5％喷入。

在该种技术方案中，软化材料不仅限于膨润土浆液，可以为多种能起到软化地层的材料；弱硬化材料不仅限于水泥浆，可以为多种能起到弱硬化地层的材料；

如图5所示，实施例1

步骤1，测量桩基孔7的位置并标记，打桩机就位于标记处，并使打桩机的轴线与桩基孔7的中心轴线重合；

步骤2，打桩机试运转并向下钻桩基孔7，钻孔产生的废浆排放至沉淀池，钻完孔后进行终孔检查；

步骤3，撤离打桩机至下一桩基孔的标记处，移动高喷台车至已完成桩基孔7处，,将高压清水泵和空压机与高喷台车连接，调试高喷台车就位；

步骤4，软化材料弱和硬化材料的灰浆进行搅拌、过滤，并连接至注浆泵的进浆口，注浆泵的出浆口与高喷台车的喷射管连接，将喷射管下放至桩基孔7的底部；

步骤5，控制高喷台车的喷射管旋喷软化材料和弱硬化材料并提升，并将废浆排放至沉淀池，当喷射管提升至设计桩顶标高时停止旋喷；

步骤6，清洗注浆泵和喷射管，并将高喷台车移至下一桩基孔。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种采用三重管旋喷桩处置上软下硬地层的施工方法，其特征在于，施工步骤包括：

S1、确定上软下硬地层的处置区域，处置区域设置于盾构机前方的地层内、且处置区域与处置区域之间相互间隔，且盾构机掘进至处置区域时可容纳于处置区域；

S2、在处置区域上方的地面上进行三重管旋喷的多个桩基孔施工，直至整个处置区域完成旋喷施工；任一桩基孔分为上下两层，其下层旋喷软化材料，其上层旋喷弱硬化材料；

S3、盾构机挖掘通过处置区域，完成隧道施工；

其中，所述S2包括以下步骤：

S21、钻桩基孔至处置区域的最底端，将高喷台车的喷射管的一端接通注浆泵，另一端插入至桩基孔的底端并旋喷软化材料；

S22、喷射管的另一端在桩基孔底端旋喷8～12秒，待桩基孔的孔口冒浆正常后匀速缓慢提升喷射管；

S23、提升喷射管的另一端至该桩基孔的上层与下层分界面，喷射管另一端旋喷弱硬化材料并继续旋喷提升；

S24、喷射管的另一端提升到桩基孔的顶端时停止旋喷，拔出喷射管；

S25、在下一工位重复S21～S24直到整个处置区域完成旋喷施工。

2.如权利要求1所述的采用三重管旋喷桩处置上软下硬地层的施工方法，其特征在于，所述桩基孔的上层与下层分界面与盾构机的刀盘中心所在的水平面重合。

3.如权利要求1所述的采用三重管旋喷桩处置上软下硬地层的施工方法，其特征在于，所述注浆泵连通两个储浆池，其分别储存软化材料和弱硬化材料，且任一储浆池与注浆泵之间的连通管路上设置有止流阀。

4.如权利要求1所述的采用三重管旋喷桩处置上软下硬地层的施工方法，其特征在于，处置区域为立方体区域，其宽度比盾构机刀盘直径大0.8m～1.2m，且处置区域的宽度沿盾构机刀盘的轴线所在竖直面对称，处置区域的长度等于盾构机的长度，处置区域的深度为地面以下3m至盾构机底端下方1.3m～1.8m处；

所述处置区域靠近盾构机的一侧壁距离盾构机刀盘9～11m。

5.如权利要求1所述的采用三重管旋喷桩处置上软下硬地层的施工方法，其特征在于，任一三重管旋喷的桩基孔的材料渗透半径为0.5～0.6m，任意相邻的两个三重管旋喷的桩基孔的桩心距为0.8～0.9m。

6.如权利要求1所述的采用三重管旋喷桩处置上软下硬地层的施工方法，其特征在于，软化材料为膨润土浆液，其采用质量比1:16的膨润土和水拌制，且膨润土浆液按下层硬地层体积的13～15％喷入；弱硬化材料为水泥浆，其采用质量比为1:1的水与石灰拌制，且水泥浆按上层软地层体积的16.5～18.5％喷入。

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