盾构隧道辅助工法施工工艺隧道工艺标准系列之二十三.docx

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盾构隧道辅助工法施工工艺隧道工艺标准系列之二十三

23辅助工法工艺

23.1总则

23.1.1适用范围

本标准适用于盾构法施工的隧道。

23.1.2编制参考标准及规范

23.1.2.1地下铁道工程施工及验收规范（GB50229－1999）

23.1.2.2盾构法隧道施工技术及应用.周文波编著.中国建筑工业出版社.2004年11月

23.1.2.3盾构隧道施工手册.张凤祥、傅德明、杨国祥、项兆龙编著.人民交通出版社.2005年6月

23.1.2.4盾构隧道.张凤祥、朱合华、傅德明编著.人民交通出版社.2004年9月

23.2术语

23.2.1辅助工法

在盾构施工过程中，稳定地层及保护环境的辅助施工措施。

23.2.2注浆工法相关术语

23.2.2.1可渗比。

当可渗比等于1时，浆液可以渗入地层土粒间隙，注入效果好；远大于1时，成为充填注浆；远小于1时，浆液很难进入土颗粒间隙，适于劈裂注浆。

23.2.2.2粒度级配。

指浆材主剂的粒度级配，是浆液可否渗入土体间隙和决定扩渗半径的关键，它直接影响到可渗比。

23.2.2.3粘度。

指浆液配制后的粘度，表示浆液的流动特性，它与浆液的浓度、温度及时间有关。

浆液的搁置时间越长、浓度越高、温度越低，其粘度就越大。

23.2.3冻结工法相关术语

23.2.3.1冻胀。

土层中的水结冰膨胀，导致土体积增大，可能使地表隆起。

23.2.3.2融沉。

因冻土层融化导致土体积缩小，可能使地表发生沉降。

23.3施工准备

23.3.1技术准备

23.3.1.1注浆工法

（1）调查土质条件和地下水状况。

调查地层各层的粒度分布，地下水在各层中的分布与水质情况。

（2）选择工法和注浆材料。

根据土质条件、注浆要求及环境要求选择注入工法和注浆材料。

（3）调查障碍物。

调查该范围内的埋设物、构造物的情况，及其对注浆工法可能的影响。

（4）布置钻孔。

确定钻孔的总孔数、钻孔的间距和分布。

（5）确定注浆参数。

注入量、注入压力、注入速度等。

（6）了解公用井水域的情况。

讨论公用水域受到注浆，尤其是化学注浆影响的可能性。

23.3.1.2冻结工法

（1）根据工程的具体情况，选择冻结方式。

隧道工程一般采用盐水方式，而较少采用液氮低温方式。

（2）调查土质条件和地下水状况。

（3）调查地下管线及其他地下构造物的分布状况。

（4）制定低温下混凝土浇筑质量保证措施。

（5）制定防止冻胀及融沉措施。

23.3.2材料准备

23.3.2.1注浆工法材料

（1）注浆材料的选择依据是地质条件、加固或止水的工程要求、周围环境条件以及价格。

图23.3.2.1表明了注浆材料大致的分类。

（2）注浆材料由浆材和助剂混拌而成。

常用的浆材有水泥、水玻璃、膨润土、粘土、有机物等；助剂有固化剂、催化剂、减水剂、速凝剂和悬浮剂等。

23.3.2.2冻结工法材料

（1）根据冻结方式准备相关材料，如制冷剂（氨）、冷媒剂（氯化钙，即工业用盐）。

（2）根据工程需要，准备注浆材料。

23.3.3主要机具

23.3.3.1注浆工法设备

（1）材料筒仓。

应注意的是，液态材料、粉体材料以及带腐蚀性的材料采用的筒仓有所不同。

如双液型浆液必须使用贮藏液态材料的罐，多为硅酸罐；如果不是硅酸性材料，而是其他腐蚀性材料，则可采用聚乙烯制的贮罐。

（2）计量设备：

通常粉体计量重量，液体计量容积。

（3）拌浆机：

用于将材料混拌成浆。

（4）贮浆槽：

带搅拌器的料仓，用于存放搅拌好的浆液。

（5）注浆泵：

有用于压送的泵和用于注入的泵两种。

（6）注入输浆管：

用于从制浆设备向注入现场运送浆液。

（7）注入装置：

注入管和操作盘，往地层中注浆，并用以控制浆液流量、注浆压力、注入量等操作。

23.3.3.2冻结工法设备

（1）制冷设备：

压缩机组，主机与辅机。

（2）盐水系统：

离心泵、盐水管路。

（3）冷却水系统：

清水泵、冷却塔。

（4）钻机。

23.3.4作业条件

23.3.4.1注浆工法作业条件

（1）施工机具简单。

（2）占地面积小，狭窄的场地、矮小的空间均可施工。

23.3.4.2冻结工法作业条件

（1）当地下水的流速超过一定值（1～5mm/d以上）时，会影响冻结效果。

一般可用注浆方法来截断地下水流，使其不再流动。

（2）冻土强度与温度有关，随温度下降而增大；强度还与地层含水率有关，当含水率＜10%时，冻土强度较低。

23.3.5劳动力组织

根据施工工艺需要，编制劳动组织计划，一般每工班20人左右。

23.4工艺设计和控制要求

23.4.1技术要求

23.4.1.1注浆工法技术要求

（1）按土质条件选定浆液

由土质条件选定浆液的大致标准见表23.4.1。

（2）由周围环境选定浆液

主要应考虑浆液对公共水源和植物的影响。

①中性水玻璃粒状浆液。

适用于周围环境要求浆液无毒性的情形。

②除中性水玻璃粒状浆液以外的各种浆液。

适用于周围环境对浆液毒性无要求的情形。

（3）加固强度要求

选用超细水泥、硅粉等超细粒状浆液或有机高分子类浆液可提高加固强度。

（4）耐久性要求

选用凝胶时间长、渗透性好、无硅石淋液、凝固收缩率小、均凝强度高的硅溶胶浆液、硅粉浆液等。

（5）对地下水的要求

通常情况地下水是中性或接近中性的，对浆液的凝结没有影响。

如果地下水的pH值呈酸性或碱性，浆液的凝结将受到影响，应制定相应的措施_______________________________________________________________________________________________________________________________。

23.4.1.2冻结工法技术要求

（1）冻结孔的孔位、孔间距及孔深须严格按设计要求进行。

（2）钻孔深度不能小于设计深度，也不能大于+0.5m。

（3）测温孔的深度、质量要求同冻结孔。

（4）地层冻结温度必须达到设计要求，否则不能开始隧道掘进。

23.4.2材料质量要求

各种材料均应符合设计与规范的要求。

23.4.3职业健康安全要求

作业现场条件必须符合国家劳动卫生部门相关规定。

注浆施工时，大多数浆液均不同程度地具有一定毒性和腐蚀性，施工时必须按规定采取防范措施。

23.4.4环境要求

浆液固结后的析出水中往往具有毒性和腐蚀性，因而要注意检测地下水和当地水域是否受到污染。

23.5施工工艺

23.5.1工艺流程

23.5.1.1注浆工艺流程

见图23.5.1.1。

23.5.1.2冻结工艺流程

见图23.5.1.2。

23.5.2操作工艺

23.5.2.1注浆工艺

根据注浆工法的不同，注浆工艺也有所不同，下面介绍几种常用的工法。

（1）双重钻杆过滤管注浆工法

①单液双重钻杆过滤管注浆工法

这里所谓的“单液”并非指只能采用A液，或是只能采用B液，而是指它只能注入短凝（凝胶时间以秒为量级）浆液，而不适于“中凝”（凝胶时间以分为量级）浆液和“长凝”（凝胶时间几十分钟以上）浆液。

先用短凝浆液将注入范围的边缘固化，以防止浆液外溢，然后再开始范围内的注浆。

见图23.5.2.1-1。

该法采用双重钻杆把两种浆液分别送到钻杆地下尖头部位的过滤枪中，使它们在过滤枪中混合，然后喷射到地层中。

这是一种能较好地限定固结范围的工法。

[]______________________________________________________________________________________________________________________________

②双液双重钻杆过滤管注浆工法

见图23.5.2.1-2，该法不仅可以注入短凝浆液，还可以注入中凝浆液和长凝浆液以及它们的组合液，故而得名双液。

它可以先注入短凝浆液，将容易跑浆的部位封闭起来；然后再注入长凝浆液，这样有利于浆液向土颗粒间隙中渗透。

（2）双层管双栓\______________________________________________________________________________________________________________________________塞法

该方法主要用于长凝注浆，在钻孔成形后，拔出钻杆撤走钻机，然后向钻孔中插入一根外套管，外套管的节长为330～500mm，管壁开有注浆小孔，孔口外侧用橡胶胀圈包好。

胀圈的作用是当孔内加压注浆液时，胀圈胀开，浆液从小孔中喷出进入土层，不注浆时胀圈封闭喷射口，以免土颗粒和地下水进入。

注浆时，把两端都装有密封栓塞的注浆芯管插入外套管内，由于注桨压力的作用，浆液从两组栓塞的中间经喷射口挤开胀圈进入土层中，逐次提升（或下降）芯管，即可实现逐段分层注浆。

这种工法注浆不受时间限制，可进行多次注浆以提高加固效果，且注浆不受深度限制，可深可浅，还可据不同地层，有选择地进行分层注浆。

23.5.2.2冻结工艺

在钻孔中设置特殊金属管（冷冻管），将冷媒剂（冷却盐水等）注入管中、经过一段时间的连续循环，吸走周围地层的热量，从而使地层冻结。

以冻结管为中心，冻土区域逐渐扩大，形成一定厚度的冻土壁，然后在其保护下，安全地进行隧道施工。

地层的冻结性能视其物理力学性质、水量、水的流速及化学成份而定。

其中，土壤的热学性质、孔隙的总体积及孔隙的大小起着主要的作用。

冻结的速度随着土壤的导热率而增加，并随着土壤的热容量的增加而降低。

在孔隙大的土壤中存在着的自由水会加快冻结过程，而在孔隙小的土层中，冻结过程则进行得缓慢。

根据揭露出来的地层情况，应在软土或粘土中预留注浆孔，以备在冻结壁融化时，视融沉发展情况，及时跟踪压密注浆控制融沉。

23.6质量标准

23.6.1注浆工法

23.6.1.1注浆的效果是衡量注浆质量的唯一标准，所谓的效果是指浆液在地层中的实际分布状态与预定注入范围的吻合程度，以及注浆后土质参数（抗剪强度、承载力、密度、渗透系数等）的提高状况。

以及地表变形量测等。

23.6.1.2注浆效果调查方法：

电探法、声波法、弹性波法、地质雷达法、钻孔取芯、触探法、标准贯入试验以及渗水系数测定法等。

23.6.1.3如经确认注浆未达到预期效果，应予二次注浆。

23.6.2冻结工法

23.6.2.1冻结土层的强度标准依工程需要而定。

参考值：

在温度为-9℃左右时，砂层的冻结极限抗压强度可达11.0～15.0MPa，土层达6.0～8.0Mpa，淤泥达2Mpa。

冻结壁的平均温度一般可定在-8℃。

23.7成品保护

23.7.1注浆工法

注浆成功后，对注浆区域并不需要有专门的保护，关键在精心施工。

尤其在注浆

过程中应注意对注浆压力、浆液配比及凝结时间的控制，以保证注浆效果达到要求。

23.7.2冻结工法

23.7.2.1钻孔全部施工完毕后，应立即检查，如发现孔间距超标，必须补孔，以确保冻结壁的连贯。

23.7.2.2对冻结区的温度不间断地进行监控，如发现温度有高于设定温度的趋势，应立即采取措施。

23.8安全环保措施

23.8.1注浆

23.8.1.1注浆工法中使用的浆液不允许含剧毒物或氟化物。

23.8.1.2注浆施工必须保证注浆地点周围的水域（含地下水）能维持在表23.8.1.2的水质标准。

23.8.1.3注入机器的清洗水、浆液注入地点的涌水等废水排向公共水域时，其水质必须符合表23.8.1.3的标准。

23.8.1.4为了防止注浆造成的地下水和公共水域的水质污染，施工单位必须监视注浆地点周围的地下水和公共水域的水质污染状况。

23.8.2冻结工法

23.8.2.1采用冻结法时，必须严格制定对邻近构造物防护措施,如可采用往建筑物基桩设置热水循环管等方式。

23.8.2.2地下管线的保护除了防冻外，还要注意防止在冻结孔钻进时受到损害。

为此，应严格责任制，在关键孔位实行专机、专人负责开孔，钻进责任到人。

23.8.2.3冻胀与冻融可能产生对地表的不良影响，可采取以下措施：

（1）加强冻结壁温度与厚度的监测，并尽可能采用间隔制冷措施。

（2）在隧道开挖过程中，适当预留注浆孔，在冻结壁融化时，视融沉发展情况及时跟踪压密注浆控制融沉。

（3）冻结停冻后及时回收供液管和冻结管，并用水泥浆充填其留下的空隙。

23.9质量记录

23.9.1注浆工法

23.9.1.1应详细做好钻孔记录，如钻孔进尺、起止深度、地质条件、出水量、出水位置、事故处理等。

23.9.1.2每日做好注浆记录，表23.9.1.2为注浆实例记录。

23.9.2冻结工法

23.9.2.1做好钻孔记录。

23.9.2.2地层冻结期的温度控制记录。

23.9.2.3冻结维持期的温度控制记录。