盾构始发与到达端头加固理论与实践_江玉生

中国矿业大学（北京）江玉生Tel:13601257487Email:[e-mail]盾构始发与到达端头加固理论与实践专题讨论1.为什么要进行端头加固？2.端头加固的理论计算方法是什么？3.端头加固的基本要求是什么？4.常用的加固方法及其优缺点和适用范围。讨论的主要内容端头加固的目的与意义⑴满足土体强度的要求⑵满足土体稳定性的要求①加固土体的静态稳定，包括施工期稳定性和长期稳定性。②加固土体的扰动影响，破洞门振动过大对土体的扰动等。⑶满足加固（土体）的渗透性要求（特别是水+沙+压力的情况）⑷满足加固（土体）的变形特征的要求（土压建立前和土压消失后）1、为什么要进行端头加固？需要注意的问题强度和稳定性⑴参数的选取，特别是土体的抗拉强度和水土压力；⑵稳定性验算只适合于粘性土（滑移失稳理论）；⑶长期稳定性问题没有解决；⑷加固土体的扰动问题没有解决；渗透性问题⑴渗透系数10-7的根据？⑵水+沙+压力对加固长度的要求变形特征保持在土压建立起来之前（盾构始发）和消失之后（盾构到达）的一段时间里，上覆土体变形的可控。1.为什么要进行端头加固？传统的端头加固计算方法新的研究结果2.端头加固的理论计算方法加固土体强度要求：薄板弯曲理论计算加固体厚度传统端头加固的理论计算方法土压水压简化薄板理论计算模型图加固土体强度计算公式国外:日本JETGROUT协会（JJGA）规范的计算公式，加固厚度为：其中：P:洞门中心处的水土合力；D：封门直径；σt：加固土体的极限抗拉强度；安全系数KO取1.5～2.0，计算系数β取1.2。20124tkPDt传统端头加固的理论计算方法国内：（静力学理论）最大弯曲应力（中心处）：最大剪力（支座处）：2max211.3238tpDtkmax24cPDtk传统端头加固的理论计算方法强度验算要求整体稳定性验算图θ传统端头加固的理论计算方法稳定性计算公式纵向加固范围（粘性土滑移失稳理论）抗滑安全要求：其中：M：滑动力矩；M抗：抗滑力矩；C：加固前土体的粘结力；△C：加固后土体的粘结力；H：上覆土体的厚度；P1：地面荷载31.5MkM抗32()sinkMMradcDtD抗传统端头加固的理论计算方法横向加固范围（土体扰动极限平衡理论）式中R:松动圈半径；a:盾构隧道半径。传统端头加固的理论计算方法2sin1sin1cotmRaC松动圈隧道arcos()()42acaH横向加固范围计算公式()cosLaHa1HkRa传统端头加固的理论计算方法加固范围的确定端头加固计算方法的新结果计算模型水土合力梯形荷载矩形均布荷载三角形反对称荷载弹性薄板理论弹性薄板理论叠加后梯形荷载作用下加固土体内力加固土体纵向加固厚度剪应力理论拉应力理论荷载等效内力叠加加固计算示意图：端头土体纵向加固厚度：331122123max,,,,1616ttckkktttt梯形荷载加固土体ayxρφoatxzqabq极坐标转化端头加固计算方法的新结果最大拉应力理论径向弯曲应力当时，取纵向加固厚度：端头加固计算方法的新结果2111111042BBACA1021122max133(5)16abbaaqqaqqta11116tkt最大拉应力理论环向弯曲应力当时，取纵向加固厚度：端头加固计算方法的新结果202222222042BBACA2222222222max35133(13)(15)16163abbaqqaqqatata22216tkt最大剪应力理论当时纵向加固厚度：端头加固计算方法的新结果2max35416243babaabqqqqaqqaattt0a333ckt端头土体纵向加固长度要求盾构始发⑴无水⑵有水（特别是水+沙+压力）盾构到达⑴无水⑵有水（特别是水+沙+压力）3.端头加固基本的设计要求管片帘布橡胶板车站内衬围护结构加固土体长度同步注浆液满足条件：强度+稳定性+变形特征（土压建立前）盾构始发端头加固长度（无地下水）无水始发加固土体长度挡土墙车站内衬帘布橡胶板管片盾构长度+1.5-2管片帘布橡胶板车站内衬挡土墙加固土体长度沙子+水同步注浆液同步注浆液满足条件：强度+稳定性+变形特征（土压建立前）+渗透性（水+沙+压力）盾构始发端头加固长度（有地下水）有水始发管片挡土墙车站内衬帘布橡胶板加固土体长度满足条件：⑴地层条件较差：必须加固端头土体，加固土体满足强度+稳定性+变形特征要求（土压消失后）。⑵地层条件较好：可以不加固或者局部加固端头土体，但必须采取相应措施，如合理控制盾构到达时掘进参数，增加封门处喷射混凝土厚度，待盾构刀盘顶至围护桩时再破除洞门等。盾构到达端头加固长度（无地下水）无水到达管片挡土墙车站内衬沙子+水沙子+水帘布橡胶板帘布橡胶板车站内衬挡土墙管片加固土体长度盾构长度+1.5-2满足条件：强度+稳定性+变形可控特征（土压消失后）+渗透性（水+沙+压力）盾构到达端头加固长度（有地下水）有水到达直径/m范围/mD＜11＜D＜33≤D＜55＜D＜8简图B1.01.01.52.0H11.01.52.02.5H21.01.01.01.0端头土体横向加固要求土体横向加固最小尺寸表3、端头加固设计基本要求旋喷桩加固袖阀管注浆加固水平注浆加固4.典型加固方法及其优缺点和适用范围垂直袖阀管水平袖阀管前进式注浆后退式注浆关于旋喷和搅拌加固问题•旋喷加固提高土体的强度:0.8-1.2Mpa，0.5-1.0Mpa，旋喷范围内是没有问题的；•土体的标惯值N＞２０－２５：目前的旋喷技术很难达到设计的旋喷加固范围！•旋喷垂直度误差问题--1%：建筑桩基技术规范－－垂直度1%（适合于设计和施工）20米—0.2米建筑基坑支护技术规程–垂直度0.5%（适合于设计和施工）20米–0.1米旋喷加固降低土体的渗透系数,理论上可以,由于上述误差的存在，实施起来困难，因此不建议在深度超过20米时还采用旋喷或搅拌加固方法，深度在15-20米之间应慎用！•盾构开挖引起的震动仍能对加固土体的渗透系数和强度产生劣化影响；•当水沙压力大于1.5Bar时，目前土压平衡盾构采用的普通橡胶帘布和压板在下部有可能损坏的情况下，是很难发挥作用的！•关于冻结法：是一种不得已的办法，但仍需充分考虑盾构设备本身的要求。•搅拌加固的问题与旋喷类似，在此不再赘述旋喷桩加固效果图（搭接良好）旋喷桩布置图搭接详图旋喷桩加固效果图（搭接一般）旋喷桩布置图搭接详图旋喷桩加固效果图（无搭接）旋喷桩布置图搭接详图掉落的旋喷桩盾构到达时的旋喷桩盾构始发时的旋喷桩优点：设用地层较广、设备轻便机动性强。旋喷加固范围较大，最大可达到10倍孔径。加固体本身止水效果明显。缺点：操作不当容易造成桩与桩间搭接不连续，不紧密，达不到理想的止水效果，整体止水效果欠佳。有些土体不容易旋喷成桩。旋喷加固优缺点和适用范围垂直袖阀管浆液土体浆液底部注浆二次注浆注浆水平袖阀管一次注浆二次注浆优点：根据需要可分段式注浆，重复注浆；冒浆液、串浆可能性小；一根注浆管内可采用不同的注浆材料,选用不同的注浆参数进行注浆施工。缺点：注浆工法封孔工艺复杂；控制不当容易堵孔、卡管，而且是端头加固中最常见的弊病，加固效果差，导致始发与到达失败。适用地层：砂层、粉土、淤泥层，广深地区应用较多。袖阀管注浆加固优缺点和适用范围水平注浆加固注浆孔注浆孔布置示意图前进式水平注浆流程图(a)第一注浆段(b)第二段注浆过程(c)第三段注浆过程后退式水平注浆流程图(a)打孔(b)下注浆管(c)第一注浆段(d)第二注浆段优点：施工设备简单、成本较低；工期短、见效快；对施工场地要求低、对环境影响较小；注浆深度可深可浅，容易控制。缺点：控制不好容易出现漏浆、串浆现象。水平注浆加固优缺点和适用范围几个水平注浆的例子（水+沙+压力共同作用下）天津地铁2号线（铁三局）盾构始发天津地铁2号线（铁三局）盾构到达天津地铁2号线天津快轨线深圳地铁2号线天津快轨线盾构到达（铁一局）深圳地铁2号线盾构始发（铁六局）深圳地铁2号线深圳地铁2号线盾构到达（铁六局）深圳地铁2号线（联络通道）深圳地铁2号线联络通道（铁六局）广州地铁3号线北延线浅埋暗挖注浆加固（铁一局）袖阀管注浆的问题（铁一局）汇报结束！谢谢！