一种盾构穿越地下连续墙施工方法与流程

1.本发明涉及地下结构技术领域，具体涉及一种盾构穿越地下连续墙施工方法。


背景技术：

2.随着中国城市化进程的加快和立体化交通设计的不断成熟，近年来，以地铁为主的地下空间网络逐渐成型，而盾构接收工作作为区间掘进的关键环节，操作不当将引起诸如结构损伤、盾构机破损等风险，进而产生影响施工工期和作业人员生命安全。
3.随着国内地铁市场的繁荣，多个机构和单位交叉作业的情况逐渐增多，对于车站建造单位，需要解决如何为区间盾构施工单位预留接收条件的问题，现有的接收方法，通常使用人工进入洞门位置后，手动凿除混凝土和钢筋，对作业人员的生命安全和工作效率带来考验，当墙后土体的加固措施不当，将直接引起严重后果，危险性高，同时现有的洞门处理方法也将引起环境污染，并伴随着人力和钢筋的浪费，使得成本过高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种盾构穿越地下连续墙施工方法，解决现有区间盾构施工单位预留接收方法危险性高，成本过高的问题，使盾构顺利掘进通过地下连续墙的同时，降低了人员及盾构机的作业风险，同时降低了环境污染，控制了施工成本。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种盾构穿越地下连续墙施工方法，具体步骤包括：
6.s1：将玻璃纤维筋与钢筋为u型螺栓扣件搭接；
7.s2：将玻璃纤维筋表面缠绕成型并喷砂；
8.s3：使用钻机钻进设计深度并注浆；
9.s4：拔出钻杆并将钻机移动位置。
10.优选的，所述步骤s1中玻璃限位筋的覆盖范围为0＜dr≤0.4d，其中dr为玻璃纤维筋超过接收洞门的最大铺设边界，d为洞门直径。
11.优选的，所述步骤s2中玻璃纤维筋表面缠绕深度不大于1mm。
12.优选的，所述步骤s3中注浆方式为高压喷射注浆，材料为p.042.5普通硅酸盐水泥。
13.优选的，所述步骤s3中径向注浆加固范围为dg＞0.4d，其中dg为加固区超过接收洞门的最大铺设边界。
14.优选的，所述步骤s3中纵深方向加固范围为la＝0.83d＜lg≤lb＝1.75d,其中la为掌子面处破坏区纵向长度，lb为土拱拱脚。
15.优选的，所述步骤s3中注浆全程对泥浆进行排出处理并分析返浆状态。
16.优选的，所述步骤s3中水泥浆液的水灰比的范围为1.0-1.5。
17.优选的，所述步骤s3中灌入水泥浆液的比重范围为1.5-1.6。
18.优选的，所述返浆比重范围为1.2-1.3。
19.由上述技术方案可知，本发明具有如下有益效果：
20.该盾构穿越地下连续墙施工方法，通过将玻璃纤维筋与钢筋为u型螺栓扣件搭接，将玻璃纤维筋表面缠绕成型并喷砂，使用钻机钻进设计深度并注浆，最后拔出钻杆并将钻机移动位置，注浆过程中，径向注浆加固范围为dg＞0.4d，dg为加固区超过接收洞门的最大铺设边界，纵深方向加固范围为la＝0.83d＜lg≤lb＝1.75d,la为掌子面处破坏区纵向长度，lb为土拱拱脚可以实现盾构顺利切削穿越地连墙，实现盾构接收，将玻璃纤维筋的铺设范围，控制在盾构破坏区及拱顶范围内，限制地连墙整体位移和地表位移，依据土拱效应和供体范围确定加固区厚度，工序的作业思路精简实用，便于现场施工，解决了现有的区间盾构施工单位预留接收方法，通常使用人工进入洞门位置后，手动凿除混凝土和钢筋，对作业人员的生命安全和工作效率带来考验，当墙后土体的加固措施不当，将直接引起严重后果，危险性高的问题以及现有的洞门处理方法也将引起环境污染，并伴随着人力和钢筋的浪费，使得成本过高的问题。
附图说明
21.图1为本发明方法流程示意图；
22.图2为本发明玻璃纤维筋覆盖范围示意图；
23.图3为本发明强周土体注浆加固范围示意图；
24.图4为本发明强周土体注浆加固技术路线图；
25.图5为本发明土拱作用范围示意图；
26.图6为本发明加固模型及加固范围有限元模型示意图；
27.图7为本发明加固前后盾构施工引起的地层竖向位移变化有限元模型示意图；
28.图8为本发明加固前后盾构施工引起的管片内力变化有限元模型示意图；
29.图9为本发明加固前后盾构施工引起的地连墙及墙周土体位移变化有限元模型示意图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.如图1-图4所示，一种盾构穿越地下连续墙施工方法，具体步骤包括：
32.将玻璃纤维筋和钢筋为u型螺栓扣件搭接；
33.将玻璃纤维筋表面缠绕成型并对玻璃纤维筋表面喷砂；
34.利用钻机钻进设计深度并进行注浆；
35.将钻杆并移动钻机位置。
36.其中，本方法方法主要围绕盾构掘进段的地墙钢筋搭设方法、钢筋材料布置、钢筋布置范围，以及围绕盾构掘进段地墙的地基加固施工设置加固材料、加固范围、加固参数，前两个步骤属于对底下连续墙纤维筋的布置设计技术，后两个步骤为对强周土体的注浆加固技术，对玻璃限位筋表面进行喷砂，目的是加强筋体和混凝土的握裹力，玻璃限位筋的覆
盖范围为0＜dr≤0.4d，其中dr为玻璃纤维筋超过接收洞门的最大铺设边界，d为洞门直径，玻璃纤维筋表面缠绕成型的缠绕深度最高不大于1mm，注浆方式采用高压喷射注浆，注浆的材料为p.042.5普通硅酸盐水泥，在径向注浆过程中径向注浆加固范围为dg＞0.4d，其中dg为加固区超过接收洞门的最大铺设边界，纵深方向加固范围为la＝0.83d＜lg≤lb＝1.75d,其中la为掌子面处破坏区纵向长度，lb为土拱拱脚，钻进到设计深度后进行高压喷射注浆，注浆全程对泥浆进行排出处理并分析返浆状态，水泥浆液的水灰比的范围为1.0-1.5，灌入水泥浆液的比重范围为1.5-1.6，返浆比重范围为1.2-1.3，强周土体注浆加固技术先要对原地面进行处理，然后测量放样，钻机就位，进行组件，当钻进至设计深度后对泥浆进行排出处理，然后进行高压喷射注浆，喷射结束后对泥浆还进行排出处理，最后拔管，对钻机进行移位，本施工方法基于地连墙玻璃纤维筋技术和墙周土体注浆加固技术，可以实现盾构顺利切削穿越地连墙，实现盾构的接收，玻璃纤维筋抗剪强度较低，将玻璃纤维筋的铺设范围，控制在盾构破坏区及拱顶范围内，为类似工程提供理论参考，有利于盾构切削通过，同时不影响墙体强度，墙周土体注浆加固有利于限制地连墙整体位移和地表位移，该方法可以替代传统洞门凿除方法，有利于提高盾构接收作业效率，降低相关作业人员安全风险和环境噪音污染，整个工序的作业思路精简实用，便于现场施工。
37.提供一个具体的实施过程，在深圳滨海大道项目总部基地段交通综合改造工程中，首先，进行场地整理：
38.正式进场施工前，进行管线调查后，清除施工场地地面以下2m以内的障碍物，不能清除的做好保护措施，然后整平、夯实。合理布置施工机械、输送管路和电力线路位置，确保施工场地的“三通一平”；
39.然后测量放样，施工前用全站仪测定旋喷桩施工的控制点，埋石标记，经过复测验线合格后，用钢尺和测线实地布设桩位，并用木桩钉紧，一桩一位，保证桩孔中心移位偏差小于20mm；
40.修建排污和灰浆拌制系统，旋喷桩施工过程中将产生10-20％返浆量，将废浆液引入沉淀池中，沉淀后的清水根据场地条件可进行无公害排放，沉淀的泥土则在开挖基坑时一并运走。沉淀和排污统一纳入现场污水处理系统；
41.钻机就位，钻机就位后，对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆与桩位偏差在
±
10mm以内，钻杆垂直度误差小于0.3％。钻孔前应调试空压机、泥浆泵，使设备运转正常。校验钻杆长度，并用红油漆在钻塔旁标注深度线，保证钻进后孔底标高满足设计深度；
42.钻进，钻机就位并试运转正常后，开始钻进。钻孔过程中要详细记录好钻杆节数，保证钻孔深度的准确；钻孔采用泥浆护壁、回旋钻进的方法；钻孔直径一般为80mm；大于喷射管外径20mm以上。在卵石土、碎石土和角砾土等较硬的土层中，应采用直径为100mm的钻机引孔；钻孔施工时采取预防孔斜的措施；钻机安放要平稳牢固，加长岩芯管长度，钻进中每加一次钻具找平一次。做到孔位偏差≤5cm，孔斜率≤1％；采用优质黏土作为制浆用主要材料，钻孔时孔上上返出的冒浆经沉淀重新利用，当泥浆中的含砂量超过要求时，予以废弃，以防孔内事故发生；
43.旋喷提升，当喷射注浆管插入设计深度后，接通泥浆泵，然后由下向上旋喷，同时将泥浆清理排除；喷射时，应先达到预定的喷射压力，后在逐渐提升旋喷管，以防扭断旋喷
管；为保证桩底质量，喷嘴下沉到设计深度时，在原位置旋转10秒钟左右，待孔口冒浆正常后再旋喷提升；钻杆的旋转和提升应连续进行；为保证桩底质量，在桩底部1.0m范围内因适当增加钻杆喷浆旋喷时间；在旋喷提升过程中，可根据不同的土层，调整旋喷参数。
44.如图5所示，该方法的理论依据在于“土拱效应”，土拱效应指由于地层中部分土体卸载，使得土颗粒发生相对移动，随着土体内部颗粒间摩阻力的产生，出现了移动土体与稳定土体间的滑动面，此时，向下移动的土体将自身的自重应力通过滑动面的剪应力传递至稳定土体，使稳定区域土体应力增加，而移动土体的竖向应力减少，将这一应力重分布现象称为土拱效应。
45.盾构的掘进过程，伴随着土体的扰动和破坏，同时，地层的卸载作用，使掌子面上方及纵深方向的一定范围内土体处于破坏区和土拱作用区。土体破坏区内，土体完全丧失结构性作用，随着盾构开挖排出地表；而土体破坏区外，土拱范围内将产生应力重分布现象，土颗粒自重由拱体范围外稳定区域土体承担，因此土体位移及沉降减小，土拱作用范围可作为土体产生显著扰动的阈值之一。
46.图中为土拱的作用范围，pu为极限支护应力，由模型试验得出；λv和λh分别为隧道开挖后土体竖向和水平向应力与初始应力之比，λv＝σv/σ
v0
,λh＝σh/σ
h0
。拱顶处应满足λv＜1，λh＞1；拱脚处应满足λv＞1，λh＜1；破坏区应满足λv＜1，λh＜1。
47.因此，围绕盾构接收端加固区，即需满足盾构穿越地连墙要求同时应尽量减小地连墙洞门处的破坏范围，玻璃纤维筋的铺设范围不宜过大，故将铺设范围确定为0＜dr≤0.4d，dr为玻璃纤维筋超过接收洞门的最大铺设边界。
48.加固区范围围绕土拱和破坏区位置建立，径向加固范围dg应大于破坏区高度0.4d，以充分满足穹顶加固要求，减小因地层损失引起的沉降，即dg＞0.4d；纵向加固范围lg应超过破坏区纵向长度la＝0.83d，约束掌子面前方结构物变形，由于拱脚土体对地层位移具有一定限制作用，因此加固区纵向范围可以不超过掌子面与拱脚间距lb＝1.75d,即0.83d＜lg≤1.75d。
49.如图6-图9所示，进行理论验证，
50.(1)加固体纵向范围验证
51.根据日本jet grout协会(jjga)规范的计算公式，加固体纵向深度如下：
[0052][0053]
式中：
[0054]
p为洞门中心处土水压力合力；
[0055]
d为洞门直径；
[0056]
σ
t
为加固土体极限抗拉强度；
[0057]
k0为安全系数，取值范围1.5-2.0；
[0058]
β为计算系数，取1.2。
[0059]
洞门上部以粉质粘土为主，粘聚力38.1kpa，内摩擦角12.7
°
，天然密度1.91g/cm3，埋深22.6m。基于朗肯土压力理论：
[0060][0061][0062]
洞门处土水压力合力取350kpa。
[0063]
加固体90d无侧限抗压强度为1mpa，加固土体极限抗拉强度取单轴抗压强度的10％～15％，σ
t
＝0.133mpa。
[0064]
经计算，h＝9.53m，0.83d＜h＜1.75d，故基于土拱效应的纵向加固深度满足要求。
[0065]
(2)加固体环向范围验证
[0066]
环向加固范围采用有限元方法验证，土的物理力学参数如上所示，加固范围取实际施工的dr＝0.41d，lg＝1.48d，如图2所示。加固区密度为2.20g/cm3，泊松比0.23，杨氏模量2gpa；地连墙密度为2.40g/cm3，泊松比0.2，杨氏模量23.4gpa；管片密度为2.40g/cm3，泊松比0.23，杨氏模量29gpa。验证结果如图所示。
[0067]
图为盾构掘进至地连墙时，地层竖向沉降变形结果，加固前，隧道底部隆起近7cm，管片顶部土体沉降近4cm；加固后，隧道底部隆起约3mm，顶部沉降约0.8mm，加固效果显著，因此，加固范围dr＝0.41d满足实际施工过程的竖向沉降控制要求；
[0068]
图为盾构掘进过程中，加固区的设立对管片应力的影响，加固前管片侧壁受地层作用影响的mises应力最大为7.78mpa，且遍布整个隧道模型；加固后仅初始开挖段管片应力较高，为5mpa，随着盾构的掘进，管片受到加固区dr＝0.41d的保护作用，应力逐渐减小至约为0.29mpa，这对管片的变形和损伤均起到限制作用；
[0069]
当盾构掘进至地连墙处，未加固地层地连墙将随土体产生沿纵深方向约1～5mm位移；加固后仅掌子面墙体伴随着最大0.76mm位移，隧道顶部土体受dr＝0.41d加固区限制作用，纵深向位移仅为0.02～0.4mm。
[0070]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种盾构穿越地下连续墙施工方法，其特征在于，具体步骤包括：s1：将玻璃纤维筋与钢筋为u型螺栓扣件搭接；s2：将玻璃纤维筋表面缠绕成型并喷砂；s3：使用钻机钻进设计深度并注浆；s4：拔出钻杆并将钻机移动位置。2.根据权利要求1所述的一种盾构穿越地下连续墙施工方法，其特征在于：所述步骤s1中玻璃限位筋的覆盖范围为0＜d
r
≤0.4d，其中d
r
为玻璃纤维筋超过接收洞门的最大铺设边界，d为洞门直径。3.根据权利要求1所述的一种盾构穿越地下连续墙施工方法，其特征在于：所述步骤s2中玻璃纤维筋表面缠绕深度不大于1mm。4.根据权利要求1所述的一种盾构穿越地下连续墙施工方法，其特征在于：所述步骤s3中注浆方式为高压喷射注浆，材料为p.042.5普通硅酸盐水泥。5.根据权利要求1所述的一种盾构穿越地下连续墙施工方法，其特征在于：所述步骤s3中径向注浆加固范围为d
g
＞0.4d，其中d
g
为加固区超过接收洞门的最大铺设边界。6.根据权利要求1所述的一种盾构穿越地下连续墙施工方法，其特征在于：所述步骤s3中纵深方向加固范围为l
a
＝0.83d＜l
g
≤l
b
＝1.75d,其中l
a
为掌子面处破坏区纵向长度，l
b
为土拱拱脚。7.根据权利要求1所述的一种盾构穿越地下连续墙施工方法，其特征在于：所述步骤s3中注浆全程对泥浆进行排出处理并分析返浆状态。8.根据权利要求1所述的一种盾构穿越地下连续墙施工方法，其特征在于：所述步骤s3中水泥浆液的水灰比的范围为1.0-1.5。9.根据权利要求1所述的一种盾构穿越地下连续墙施工方法，其特征在于：所述步骤s3中灌入水泥浆液的比重范围为1.5-1.6。10.根据权利要求1所述的一种盾构穿越地下连续墙施工方法，其特征在于：所述返浆比重范围为1.2-1.3。

技术总结
本发明公开了一种盾构穿越地下连续墙施工方法，具体步骤包括S1：将玻璃纤维筋与钢筋为U型螺栓扣件搭接，S2：将玻璃纤维筋表面缠绕成型并喷砂，S3：使用钻机钻进设计深度并注浆，S4：拔出钻杆并将钻机移动位置；该盾构穿越地下连续墙施工方法，实现盾构接收，限制地连墙整体位移和地表位移，依据土拱效应和供体范围确定加固区厚度，解决了现有的区间盾构施工单位预留接收方法，通常使用人工进入洞门位置后，手动凿除混凝土和钢筋，对作业人员的生命安全和工作效率带来考验，当墙后土体的加固措施不当，将直接引起严重后果，危险性高的问题以及现有的洞门处理方法也将引起环境污染，并伴随着人力和钢筋的浪费，使得成本过高的问题。题。题。


技术研发人员：沈道旭 韩辉 许岩 冯金 文家连 许博浩 何达 钟浪 陈子豪
受保护的技术使用者：中铁四局集团第五工程有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/31