第16章施工工艺

第16章主要施工工艺16.1超前小导管注浆技术由于暗挖车站穿越地层富含粉细砂、中粗砂层,开挖期间极易产生坍塌,故在遇到砂层时,开挖施工前应先进行小导管超前注浆加固土层,防止出现塌方事故。根据不同的部位和不同的土质采用不同的方法注浆。一般暗挖结构拱部采用普通超前小导管注浆施工方法，对于中下部的粉细砂层和拱顶部饱和粉土层将采用分段注浆技术进行注浆。16.1.1普通超前小导管注浆施工工艺在导洞作业面开挖前,喷射混凝土封闭掌子面，沿结构拱部初支内轮廓线通过已安装好的钢格栅腹部打入带孔小导管,然后通过小导管向围岩压注浆,对砂层进行加固封堵，防止施工时涌水、涌砂、坍塌，并在结构轮廓线外形成一个0.4～1.0m厚的弧型加固圈，在此加固圈的保护下安全地进行开挖作业。小导管注浆分单液浆和双液浆两种，本标段以单液浆为主。小导管采用φ42mm，L=3～3.5m，壁厚3.25mm的普通焊接钢管,一端封闭并制成锥状,以便减小打入的阻力。小导管尾端采用φ6钢筋焊一圈加强箍,防止施工时导管尾端变形。为了便于浆液扩散，在小导管中部钻φ6@100、梅花形布置的小孔。小导管沿拱部环向布置,搭接长度≥1米。小导管形状见图16-1。图16-1小导管形状图1.注浆材料选用普通P32.5硅酸盐水泥浆，水灰比为0.8:1～1.5:1，施工时根据地质情况和试验确定施工配合比。2.注浆工艺(1)小导管安设采用引孔打入法，安设步骤如下：1）用FS电钻开孔，开孔直径为60mm，并用吹管将砂石吹出（风压0.5～0.6MPa）钻孔深度为3.5m。2）用带冲击的YT-28风锤将小导管顶入孔中，然后检查导管内有无充填物，如有充填物，用吹管吹出或掏勾勾出，也可直接用锤击插入钢管。3）用塑胶泥（40Be’水玻璃拌合P32.5水泥）封堵导管周围及孔口。4）严格按设计要求打入导管，管端外露20cm，外露部分焊接在钢格栅上，并可以安装注浆管路。(2)注浆浆液配制、搅拌：1）水泥浆采用拌合机搅拌，根据拌合机容量大小，严格按要求投料，水泥浆浓度根据地层情况和凝胶时间要求而定，控制在0.8:1～1.5:1。2）搅拌水泥浆的投料顺序为:在加水的同时将缓凝剂一并加入并搅拌,待水量加够后继续搅拌1min,最后将水泥投入并搅拌3min.3）缓凝剂掺量根据所需凝胶时间而定,控制在水泥用量的2%～3%.4）制备水泥浆时,严防水泥包装纸及其它杂物混入,注浆时设置滤网过滤浆液,未经滤网的浆液不进入泵内。(3)注浆施工时注意以下几点：1）注浆口最高压力严格控制在0.5MPa以内，以防压裂工作面。2）进浆速度控制每根导管浆液总进量在30L/min以内。3）导管注浆采用定量注浆，可按地层吸浆量计算，如达不到定量浆液，但孔口压力已达到0.5MPa时，即结束注浆。4）注浆结束后及时清洗泵，阀门和管路，保证机具完好，管路畅通。小导管注浆施工工艺流程见图16－2，小导管注浆机械配备见表16-1。图16-2小导管注浆施工工艺流程图喷射砼凝土备料钻孔配浆施工前准备安设小导管安设注浆管路注浆记录分析管路压水试验结束顶入机具设备检查制小导管定孔位吹管小导管注浆机械配备表表16-1序号名称规格型号单位数量备注1电钻FS台42风钻YT-28台23吹管20mm钢管长3.5m根1自制4掏勾8mm钢筋长3.5m根1自制5注浆泵台26分浆器个2自制7球阀11SA-40DG-25个17备用三个8高压胶管PG-40DG-25m根据工作面距离而定9高压接头配高压胶管个根据工作面距离而定10钢管32m远距输浆管11强制式搅拌机JZC500台212水箱1m3个313普通胶管25mmm根据工作面距离而定16.1.2分段注浆技术超前预注浆的目的，主要是加固地层，防止施工时涌水、涌砂、坍塌。对于渗透系数大的地层，可采用普通超前小导管注浆施工方法。对于含水粉细砂层和拱顶部饱和粉土层来说，颗粒细，颗粒之间的间隙很小，浆液不容易扩散，根据以往的经验，使用普通的超前小导管全段一次性灌注，很难注均匀，固结和堵水效果很不理想。为此，本车站含水砂层和拱顶部饱和粉土层的超前预注浆将采用分段注浆技术。分段注浆需将普通小导管，经过特殊加工，使其能在粉细砂层中分段精细注浆，解决以往全段灌注的浆液扩散不均匀的难题。1.注浆材料及配合比选择为了应对各种情况，在注浆材料选择上准备了几种方案，开挖后如果无水，可考虑使用改性水玻璃浆，如果粉细砂和粉土层被水浸泡，在拱顶部位考虑使用一部分超细水泥、水玻璃浆液；在中下部位置考虑使用普通水泥水玻璃浆液，并在水泥浆中加少量膨润土，以增强可灌性，总的原则是浆液要满足固结地层，防止涌水、涌砂、坍塌的需要。浆液的配合比选择：(1)水泥-水玻璃浆超细水泥浆水灰比：1：1～1.2：1，在施工中依据现场情况调节；普通水泥浆水灰比：1：1～1.5：1，在施工中依据现场情况调节；膨润土掺入量(占水泥重量)：5%；水玻璃浆浓度：35Be’；水泥浆与水玻璃浆双液比在施工中依据现场情况配制。(2)改性水玻璃浆水玻璃原浆浓度：35Be’；改性剂的浓度：20%；改性水玻璃浆液的酸碱度：PH=3～4。2.注浆的参数选取注浆管尺寸：直径42mm、长为3500mm；注浆管间距：250mm；注浆分段长度：≤600mm；浆液扩散半径：400-450mm；注浆压力：0.8-1.5MPa，可视具体情况调节；注浆速度：10-30L/min，开始可以快一些，临近结束时慢一些；水泥水玻璃双液浆的凝胶时间：40-90S；改性水玻璃浆的固结时间：30-50min。3.注浆结束标准每一个注浆段的结束标准主要有两条，一是看注入量，二是看注浆压力，二者兼顾。为此，要根据地层的孔隙率，估算每一个孔、每一段的吸浆量，作为施工时的参考标准，注浆过程中如果达到或接近预计值，并且压力也有所升高，即可以结束该段注浆。如果进浆量虽没有达到预计值，检查压力已接近上限，可能因为该段已被上一段注浆时串浆或地层有变化注不进，也可以结束该段的注浆。一个孔的每一段都注好了，就可以结束该孔的注浆。4.分段注浆技术的工艺流程超前预注浆使用的分段注浆管与普通小导管注浆管规格完全一样，为直径Φ42焊接管，长度按设计要求，这样便于备料加工。分段注浆管的细部构造略有不同，加工质量要求比较高，需要对加工人员进行严格的技术交底或岗前培训。对加工好的成品要经过严格的质量检验，以保证注浆质量。为了能与注浆协调进行，可提前安排加工。分段注浆管的安装方法与普通小导管相同。超前预注浆作为一种辅助方法，其主要工艺流程见图16-3：超前预注浆工艺流程图。图16-3超前预注浆工艺流程图5.超前预注浆的主要机具设备(1)注浆管加工设备：金属材料切割机、小型钻床、管螺纹套丝机、电焊机、钻头、铣刀等；(2)钻孔设备:T28风钻及配套工具等；(3)制浆机具：搅拌机、储浆桶、滤网、波美比重计等；(4)注浆机具：注浆泵及其管路、混合器、球阀、专用管接头等；(5)其他工具：管路扳手、活动扳手、螺丝刀、钢丝钳等。16.1.3超前预注浆的劳动力组织(每个工班)工班长：1人；拌浆工：3人；注浆工：2人；司泵：1人；机电维修工：1人。16.1.4注浆效果分析与检查超前预注浆的效果直接关系着后续开挖工序的顺利与否，对工期和成本的影响很大。只有这道工序做好了，开挖施工才容易。计划从以下这两个方面着手，进行注浆效果的分析与检查。一是根据砂层的孔隙率，分析各孔各段的注浆量(注浆时要严格记录)，计算填充率。一般情况下，孔隙的填充率不低于75%，填充率太低，说明浆液注进去的少，固结率就低，开挖时容易产生坍塌。二是根据以上分析计算结果，寻找注浆薄弱部位，选取若干个点进行钻孔检验。钻孔深度要大于开挖段长。钻孔后发现涌水涌砂者，下管进行补注。然后再次钻孔检查，直到不出现涌水、涌砂、坍塌时才进行开挖。上道工序封闭掌子面钻孔、安装分段注浆管孔口密封管路连接试验分段注浆全面检查开挖检验注浆管加工制浆原材料试验机具检修备料16.2钻孔灌注桩施工车站出入口明挖段基坑和风井护壁采用Φ600@1000mm，出入口桩桩长8～27.4m，风井桩长36.3m，车站中洞导洞内钻孔桩采用Φ800@1200mm，桩长15m。现以风井灌注桩为例说明施工工艺16.2.1钻孔灌注桩施工方法及技术措施钻孔灌注桩施工流程见图16-4：钻孔灌注桩施工流程图。图16-4钻孔灌注桩施工流程图开钻前验收安装钢筋笼清孔放线定桩位埋设护筒制作护筒桩位校核钻机就位钻机成孔二次清孔下入灌注导管水下砼浇注钻孔移位桩头处理检测配备钻探设备终孔验收测孔底沉渣制作优质泥浆制作钢筋笼监理工程师签认配备灌注导管设置泥浆循环系统混凝土输送混凝土搅拌砼材料试验商品砼测灌注高度设置隔水塞施工准备16.2.2施工方法1.地下管线确定及标定桩位钻孔桩定位的同时，应进行地下管线的调查。一般采用地质探测仪和人工开挖探坑来确定地下管线。如遇到与地下管线平面相互冲突时，应立即与有关部门取得联系，采取合理有效的办法进行处理。桩位的确定依据基坑开挖深度H和施工误差来确定放样外放量。一般按照3～5‰H确定开挖后的边坡稳定变形量，施工误差根据钻孔深度和施工水平确定，一般选取5cm。两项之和作为施工放样外放数值。确定外放量后，采用全站仪确定钻孔灌注桩的施工轴线，最后确定每个桩的桩位。桩位确定后插上木桩并标明桩号，对控制点和桩位要反复测量、校核，测量放样人员和校核人员必须分开，以便互相查对监督，确保桩位准确无误。2.埋设护筒护筒用厚度4～6毫米的钢板卷制焊接而成,埋置深度视桩位所处的水文地质情况和工程情况条件而定,护筒顶要高出地下水位1.5～2.0m,部分区段要埋入杂填土层以使钻机容易钻进。在护筒的顶部开设１～2个溢浆口,埋设护筒同时要用十字交叉线控制钢护筒埋设位置,使其准确定位,护筒中心与桩位中心的偏差不得大于30mm,护筒的坑壁之间要用无杂质的粘土填实,以保证护筒的稳定。3.钻机选择车站出入口明挖段和风井灌注桩穿过土层的地质差异较大，根据该段土层选用反循环钻机成孔，以提高钻孔进度，确保成孔质量。钻进选用泵吸反循环钻进，型号SZ-50。中洞在导洞内施工钻孔桩，由于操作空间狭小，导洞内钻孔桩采用改制孔桩钻机K-100。4.钻机就位钻机安装就位必须符合规范要求，做到平整、稳固、安全可靠，确保施工过程中不发生倾斜、移动等现象。钻机就位后要由技术人员校正转盘中心与护筒中心偏差，校正转盘是否水平，防止钻孔偏斜。5.钻孔及护壁泥浆制备在钻机开钻之前必须先制备护壁泥浆，建立泥浆循环系统。根据规范要求，泥浆采用膨润土制备，膨润土要先浸水再搅拌。因场地所限，泥浆池不可能做得很大，拟准备分段设置泥浆池和沉淀池，用完后马上回填，以保持现场清洁。泥浆池设临时防雨棚，避免雨水稀释泥浆。泥浆制备好后就可进行钻进，在钻进过程中要保持孔内泥浆和泥浆池的泥浆正常循环，循环方法采用反循环法，其稠度应当适宜，注入干净泥浆的比重控制在1.1～1.15左右，排出泥浆的比重控制在1.2～1.4之间。人工填土和卵石层要重点防护，必要时适当提高注入泥浆的稠度。钻进过程中每隔20分钟测量一次泥浆的比重，在现场试验室内定期测定泥浆的粘度、含砂量、稳定性和胶体率等指标。如发现泥浆比重偏低，要及时投入膨润土，直到达到要求为止。在钻进过程中要及时做好钻孔记录；记录的内容应包括孔位、孔口高程、开钻时间、钻进速度、累计钻进深度、泥浆比重，加钻杆时间及长度、地质情况的描述等参数以备查验。沉淀池的沉碴要及时挖除并运至雇主批准的弃碴场。6.清孔当达到设计深度后，经工程师代表查验，桩底处岩性、桩长符合设计要求，即可开始采用反循环工艺进行清孔。其方法为将钻头提离孔底20～50cm,维持冲洗液正常反循环流动。清孔时要使孔内浆面高出地下水位１米以上，避免塌孔。直至孔底沉碴厚度小于设计要求为止。在钢筋笼和导管放入孔之后，再一次测量孔深和沉碴厚度，如不满足设计要求再用导管进行二次清孔。7.对钻孔进行检验，最终达到下列质量标准：桩径容许偏差±50mm(负值指个别断面)垂直度容许偏差1%孔底沉碴或虚土厚度≤100mm桩位容许偏差：沿垂直轴线方向150m,沿平行轴线