一种流砂地层超深盾构井出入端加固结构及其施工方法与流程

1.本发明涉及超深盾构井出入端加固领域，特别是涉及一种流砂地层超深盾构井出入端加固结构及其施工方法。


背景技术：

2.随着城市轨道交通事业的快速发展，过江、跨海隧道工程越来越多。一些临近江海的隧道施工中，盾构井深达40米。由于临近江海地层往往是流沙地层，主要以细沙为主，并且饱含水分，在外力作用下多会发生液化或流动现象。由于流砂地层的稳定性极差，盾构始发时，为了保持在地层稳定，防止盾构机完全进入地层前，盾体与洞门结构之间出现透水和涌沙，造成洞门周边地层下沉、构筑物沉降等现象，必须采取有效措施进行出入端加固处理，保证盾构机始发和到达的地层稳定，防止坍塌。
3.常用的端头加固工法有高压旋喷桩法、三轴搅拌工法、冻结法等。高压旋喷桩具有加固范围大的特点，但其工程造价高，并且可能会影响始发井结构变形，不适合临近江海施工；三轴搅拌工法对流沙地层有较好的加固效果，但其一般加固效果在20米范围内，对30-40米的超深盾构井出入端加固，可靠性差，不能保证安全性；冻结法可以实现超深盾构井出入端加固，缺点是施工成本太高。超深盾构井出入端合理有效的加固是临近江海流沙地层盾构井建设过程中比较突出的一项技术难题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种流砂地层超深盾构井出入端加固结构，所述流砂地层超深盾构井出入端加固结构具有造价较低、加固效果较好等特点，具有较好的适用性。
5.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种流砂地层超深盾构井出入端加固结构，用于加固盾构井的出入端，所述盾构井包括前地连墙，超深盾构井出入端加固结构包括：围墙，包括第一墙体、第二墙体和第三墙体，所述第一墙体、所述第二墙体、所述第三墙体与所述前地连墙之间相互咬合，构成一个封闭区域；搅拌墙，位于所述围墙和所述前地连墙之间，包括沿宽度方向相互咬合设置的a搅拌墙、
……
m搅拌墙，所述a搅拌墙包括沿长度方向相互咬合设置的a1搅拌墙单元、
……an
搅拌墙单元，
……
，所述m搅拌墙包括沿长度方向相互咬合设置的m1搅拌墙单元、
……mn
搅拌墙单元；在所述围墙和所述前地连墙所构成的封闭区域内，所述a1搅拌墙单元、
……
，所述an搅拌墙单元，
……
，所述m1搅拌墙单元、
……
，所述mn搅拌墙单元相互咬合，形成整体式的所述搅拌墙；其中，宽度方向为所述a搅拌墙的宽度方向，长度方向为所述a搅拌墙的长度方向。
7.优选地，所述盾构井还包括后地连墙、左地连墙、右地连墙和基底，所述前地连墙、所述左地连墙、所述后地连墙、所述右地连墙首尾相连，相互咬合，所述基底与所述前地连墙、所述左地连墙、所述后地连墙、所述右地连墙的中间部位连接；所述搅拌墙的深度比所述基底的深度大3-5米。
8.一种流砂地层超深盾构井出入端加固结构施工方法，包括所述的流砂地层超深盾构井出入端加固结构，所述流砂地层超深盾构井出入端加固结构施工方法包括以下步骤：
9.成槽，双轮铣搅拌机的两组铣轮以水平轴向旋转，实现地层铣削，直至到达预设的铣削深度；
10.注浆，双轮铣搅拌机的两组铣轮以水平轴向反向旋转并上升，同时，高压空气把水泥浆输送到双轮铣搅拌机的下侧，并进行搅拌，使水泥浆和槽内渣土相混合，在双轮铣搅拌机完全处于地面上侧后，水泥浆和渣土形成的混合物凝结并形成搅拌墙或围墙。
11.优选地，完成第一次成槽和第一次注浆后形成a1搅拌墙单元，完成第二次成槽和第二次注浆后形成a3搅拌墙单元，完成第三次成槽和第三次注浆后形成a2搅拌墙单元，完成第四次成槽和第四次注浆后形成a5搅拌墙单元，完成第五次成槽和第五次注浆后形成a4搅拌墙单元，
……
完成倒数第三次成槽和倒数第三次注浆后形成第a
n-2
搅拌墙单元，完成倒数第二次成槽和倒数第二次注浆后形成第an搅拌墙单元，再完成最后一次成槽和最后一次注浆后形成第a
n-1
搅拌墙单元，至此完成所述a搅拌墙的施工。
12.优选地，其特征在于，完成所述a1搅拌墙单元和所述a3搅拌墙单元后，在完成所述a2搅拌墙单元时，双轮铣搅拌机向下铣削的同时，对所述a1搅拌墙单元和所述a3搅拌墙单元进行咬合切削，形成长边咬合区域。
13.优选地，所述长边咬合区域的尺寸为150mm。
14.优选地，完成所述a搅拌墙的施工后，再完成c搅拌墙的施工，接着完成b搅拌墙的施工，
……
最后倒数第二完成m搅拌墙的施工，最后完成m-1搅拌墙的施工；所述b搅拌墙的施工方向与所述a搅拌墙的施工方向相反，所述c搅拌墙的施工方向与所述b搅拌墙的施工方向相反，
……
所述m搅拌墙的施工方向与所述m-1搅拌墙的施工方向相反。
15.优选地，施工所述b搅拌墙时，双轮铣搅拌机向下铣削的同时，对所述a搅拌墙和所述c搅拌墙进行咬合切削，形成宽边咬合区域。
16.优选地，所述宽边咬合区域的尺寸为60mm。
17.优选地，在成槽之前，所述流砂地层超深盾构井出入端加固结构施工方法还包括：
18.清场备料，平整压实施工场地，清理周边施工障碍；
19.场地布局，根据施工要求和场地情况，确定施工范围，规划双轮搅拌机工作区域，规划注浆系统以及高压空气系统的布局位置；
20.测量放线，根据设计要求，定好结构水平尺寸线、施工轴线；
21.设备安装调试，根据布局要求，在施工地点安装调试好双轮铣搅拌机、注浆系统及高压空气系统；
22.双轮铣搅拌机定位，根据开槽及计要求，确定双轮铣搅拌机到达指定工作位置。
23.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
24.上述技术方案中所提供的一种流砂地层超深盾构井出入端加固结构，通过围墙由第一墙体、第二墙体和第三墙体组成，所述第一墙体、所述第二墙体、所述第三墙体和所述前地连墙相互咬合，构成一个封闭区域；搅拌墙包括沿宽度方向依次贴合设置a搅拌墙、
……
m搅拌墙，所述a搅拌墙包括沿长度方向依次贴合固定的a1搅拌墙单元、
……an
搅拌墙单元，所述m搅拌墙包括沿长度方向依次贴合固定的m1搅拌墙单元、mn搅拌墙单元，所述围墙和所述搅拌墙共同作用，可起到加固超深盾构井出入端的作用，且造价较低，加固效果较
好。
附图说明
25.图1为本发明实施例提供的流砂地层超深盾构井出入端加固结构的示意图。
26.图2为本发明实施例提供的搅拌墙的示意图。
27.图3为本发明实施例提供的a1搅拌墙单元、a2搅拌墙单元咬合示意图。
28.1、盾构井；11、前地连墙；12、后地连墙；13、左地连墙；14、右地连墙；15、基底；2、围墙；21、第一墙体；22、第二墙体；23、第三墙体；3、搅拌墙。
具体实施方式
29.以下将结合附图，对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，下参照附图对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。
30.说明：本技术中出现的字母m和n，仅仅代表不确定的数值，即长度方向和宽度方向的搅拌墙单元的数量是不做限定的，可以根据实际需求进行改变。
31.请参阅图1-3，本发明实施例中提供了一种流砂地层超深盾构井出入端加固结构，包括：围墙2和搅拌墙3。
32.在优选的实施例中，所述盾构井1设置于临近江海地层，所述盾构井1包括前地连墙11、后地连墙12、左地连墙13、右地连墙14、基底15。所述前地连墙11、所述后地连墙12、所述左地连墙13、所述右地连墙14首尾咬合，形成基坑四壁。所述基底15位于所述前地连墙11、所述后地连墙12、所述左地连墙13、所述右地连墙14之间，且与所述前地连墙11、所述后地连墙12、所述左地连墙13、所述右地连墙14的中间部位相连，在深度方向满足基坑深度设置。
33.在优选的实施例中，所述围墙2包括第一墙体21、第二墙体22和第三墙体23。所述第一墙体21的两端分别与所述第二墙体22和所述第三墙体23相互咬合，所述第二墙体22和所述第三墙体23的另一端均与所述前地连墙11相互咬合。
34.更为优选地，所述围墙2的长度可与所述盾构井1的长度相同。且值得注意的是，主要先施工所述搅拌墙3，再施工所述围墙2。
35.在优选的实施例中，所述搅拌墙3位于所述围墙2和所述前地连墙11构成的封闭区域内，且所述围墙2和搅拌墙3接底设置(等深)。所述搅拌墙3的深度比所述基底15的深度大3-5米。
36.在优选的实施例中，所述搅拌墙3包括a搅拌墙、b搅拌墙、c搅拌墙、
……
m搅拌墙，所述a搅拌墙、所述b搅拌墙、所述c搅拌墙、
……
所述m搅拌墙沿宽度方向依次咬合，形成一个具有一定强度和刚度、连续完整、无接缝的整体式的搅拌墙3。
37.值得注意的是，所述a搅拌墙、所述b搅拌墙、所述c搅拌墙、
……
所述m搅拌墙的具体结构是完全相同的，但是施工的方式和顺序是不同的。且根据实际情况，所述搅拌墙3包括的所述a搅拌墙、所述b搅拌墙、所述c搅拌墙、
……
所述m搅拌墙的数量是可以改变的，同理，下述的所述a搅拌墙包括a1搅拌墙单元、a2搅拌墙单元、
……an
搅拌墙单元的数量也是可根据实际情况改变的。
38.其中，所述a搅拌墙包括a1搅拌墙单元、a2搅拌墙单元、
……an
搅拌墙单元，所述a1搅拌墙单元、所述a2搅拌墙单元、
……
所述an搅拌墙单元均沿长度方向依次咬合，形成一个完整的a搅拌墙。值得注意的是，所述a1搅拌墙单元、所述a2搅拌墙单元、
……
所述an搅拌墙单元的尺寸、结构等均相同，施工的顺序遵循跳打原则，同时最后施工的搅拌墙单元两端的咬合尺寸量需要在满足咬合要求的情况下进行具体调整。
39.所述a1搅拌墙单元、所述a2搅拌墙单元、
……
所述an搅拌墙单元的尺寸跟双轮铣搅拌机的双铣轮尺寸有关。例如，双铣轮尺寸为2800mm*1000mm，即所述a1搅拌墙单元水平截面尺寸为2800mm*1000mm；所述a1搅拌墙单元的深度为双铣轮的成槽深度。
40.其中，宽度方向为所述a搅拌墙的宽度方向，长度方向为所述a搅拌墙的长度方向。
41.同理，所述m搅拌墙包括m1搅拌墙单元、m2搅拌墙单元、
……mn
搅拌墙单元，所述m1搅拌墙单元、所述m2搅拌墙单元、
……
所述mn搅拌墙单元均沿长度方向依次咬合，形成一个完整的m搅拌墙。
42.为了进一步增强对超深盾构井出入端的加固作用，所述搅拌墙3的高度大于所述基底15的深度，且差值优选为5米。
43.综上，所述超深盾构井出入端加固结构包括围墙2和搅拌墙3，所述围墙2与所述前地连墙11形成用于容纳所述搅拌墙3的空间，所述搅拌墙3和所述围墙2共同实现对超深盾构井出入端的加固作用，使得在临近江海地层设置的超深盾构井出入端具有较好的稳固作用，且造价较低，实用性较好。
44.本发明还公开了流砂地层超深盾构井出入端加固结构的施工方法，包括以下步骤：
45.成槽，双轮铣搅拌机的两组铣轮以水平轴向旋转，实现地层铣削，直至到达预设的铣削深度；
46.注浆，双轮铣搅拌机的两组铣轮以水平轴向反向旋转并上升，同时，高压空气把水泥浆输送到双轮铣搅拌机的下侧，并进行搅拌，使水泥浆和槽内渣土相混合，在双轮铣搅拌机完全处于地面上侧后，水泥浆和渣土形成的混合物凝结并形成搅拌墙3。
47.其中，本发明采用的是跳打施工顺序，因此注浆的具体步骤为：先施工a搅拌墙，再施工c搅拌墙，接着施工b搅拌墙，接下去依次为e搅拌墙、d搅拌墙、
……
最后倒数第二个施工的是m搅拌墙，最后施工的是m-1搅拌墙。该施工方法的好处一为可形成一体化的搅拌墙3，增强所述搅拌墙3的加固作用，二为可严格控制所述搅拌墙3的尺寸，因为在该方式下，会优先施工首尾两侧的所述a搅拌墙、所述m搅拌墙，所述a搅拌墙、所述m搅拌墙可直接限制两侧的尺寸。
48.更为优选地，当所述a搅拌墙和所述c搅拌墙施工完成后，就需要施工所述b搅拌墙，此时，当双轮铣搅拌机的双铣轮实现地层铣削，直至到达预设的铣削深度的同时，双铣轮可以对所述a搅拌墙和所述c搅拌墙进行一定咬合尺寸的切削，形成宽边咬合区域，且宽边咬合区域的尺寸为60-200mm，优选为60mm。设置宽边咬合区域有利于所述a搅拌墙、所述b搅拌墙、所述c搅拌墙、
……
所述m搅拌墙形成一个整体，并增强施工后所述搅拌墙3的结构强度和防渗透性。值得注意的是，宽边咬合区域指的是沿宽度方向切削的区域。
49.可以想到的是，所述a搅拌墙、所述m搅拌墙需要单边切削形成宽边咬合区域，而所述b搅拌墙、
……
所述m-1搅拌墙需要双边切削形成宽边咬合区域。
50.综上，所述搅拌墙3包括沿宽度方向排列的所述a搅拌墙、所述b搅拌墙、所述c搅拌墙、
……
所述m搅拌墙，且施工顺序为先施工所述a搅拌墙，再施工所述c搅拌墙，接着施工所述b搅拌墙，
……
倒数第二施工所述m搅拌墙，最后施工所述m-1搅拌墙。且在施工过程中，需要对相邻的搅拌墙进行切削形成60mm的长边咬合区域。
51.更为优选地，所述a搅拌墙、所述b搅拌墙、所述c搅拌墙、
……
所述m搅拌墙结构均相同，因此现以所述a搅拌墙进行举例说明具体的施工顺序。
52.此处也采用跳打施工顺序，因此所述a搅拌墙的施工顺序为先施工所述a1搅拌墙单元，再施工所述a3搅拌墙单元，接着施工所述a2搅拌墙单元，接下去依次为所述a5搅拌墙单元、所述a4搅拌墙单元、
……
倒数第二施工的是所述an搅拌墙单元，最后施工的是所述a
n-1
搅拌墙单元。且该施工方法的作用等同于上述作用。
53.更为优选地，当所述a1搅拌墙单元和所述a3搅拌墙单元施工完成后，就需要施工所述a2搅拌墙单元，此时，当双轮铣搅拌机的双铣轮实现地层铣削，直至到达预设的铣削深度的同时，双铣轮可以对所述a1搅拌墙单元和所述a3搅拌墙单元进行一定咬合尺寸的切削，形成长边咬合区域，且长边咬合区域的尺寸为60-200mm，优选为150mm。设置长边咬合区域的作用等同于宽边咬合区域的作用，也是有利于所述a1搅拌墙单元、a2搅拌墙单元、
……an
搅拌墙单元形成一个整体，并增强施工后所述a搅拌墙的结构强度和防渗透性。值得注意的是，长边咬合区域指的是沿长度方向切削的区域。
54.值得注意的是，若所述a搅拌墙的施工方向为从左至右，那么所述b搅拌墙的施工方向为从右至左。具体的，所述b搅拌墙的施工顺序为先施工所述b1搅拌墙单元，再施工所述b3搅拌墙单元，接着施工所述b2搅拌墙单元，
……
最后第二施工所述bn搅拌墙单元，最后施工所述b
n-1
搅拌墙单元。
55.同理，若所述b搅拌墙的施工方向为从右至左，那么所述c搅拌墙的施工方向为从左至右。
56.本发明提供的流砂地层超深盾构井出入端加固结构的施工方法还包括清场备料、场地布局、测量放线、设备安装调试、双轮铣搅拌机定位等。具体步骤如下：
57.清场备料：平整压实施工场地，清楚周边施工障碍，满足施工场地和环境要求。
58.场地布局，根据隧道盾构井位置和端头加固结构设计要求，结合施工要求和场地情况，设计施工布局，确定双铣轮搅拌机工作区域，注浆系统以及高压空气系统的安放位置。
59.加固的整体式搅拌墙结构施工单元规划设计，施工采用sc40双轮铣搅拌机，其截面尺寸为2800mm*1000mm。长边咬合区域尺寸为150mm,宽边咬合区域尺寸为60mm。
60.测量放线：根据隧道盾构井位置和出入端加固结构设计方案，确定加固结构的搅拌墙单元施工规划，包括水平尺寸线、施工轴线，施工单元顺序等。
61.设备安装调试：根据布局设计，在施工地点安装调试好双铣轮搅拌机，注浆系统及高压空气系统。
62.双铣轮搅拌机定位：操作人员根据出入端加固结构搅拌墙单元施工顺序的位置要求，严格控制双铣轮搅拌机到达工作位置和姿态要求。
63.成槽：双铣轮搅拌机根据所述搅拌墙3设计要求进行铣削成槽工作，进行所述a1搅拌墙单元的成槽施工，其中下沉速度为0.85m/min，直到到达成设计成槽深度要求，即完成
所述a1搅拌墙单元的成槽施工。
64.注浆：双铣轮反转，开启高压空气系统和水泥浆注浆系统，喷浆压力为2.0mpa，然后双铣轮搅拌机按照一定的速度提升，提升速度为0.5m/min，直到完全提出地面，从而完成所述a1搅拌墙单元的施工。
65.其中，水泥浆配比：要求配出的水泥浆具有较好的流动性、和易性。水泥浆液要严格按照设计控制水灰比，通过试桩工艺试验，试块28天抗压强度和渗透系数满足设计要求，确定水灰比为1.25。施工中可用泥浆比重计控制水泥浆稠度以保证最佳的水灰比。当水灰比确定下来后，不应随便更改，每桶水泥浆液通过体积比计量注入清水，添加水泥、外加剂，经充分搅拌后方能使用。该配方能形成密实度高，抗渗透性好，强度适中的搅拌墙，并且具有成本低的优点，既能方便后续咬合单元施工时对前序单元的切削，又能保证后续盾构施工安全。
66.在完成所述a1搅拌墙单元的基础上，遵循“跳打施工顺序”原则，依次完成长度方向上的所述a3搅拌墙单元、所述a2搅拌墙单元、
……
所述an搅拌墙单元、所述a
n-1
搅拌墙单元的施工，从而形成了一幅相互咬合的连续的所述a搅拌墙。
67.在完成长度方向的所述a搅拌墙的基础上，遵循“跳打施工顺序”原则，依次完成所述c搅拌墙、所述b搅拌墙、所述e搅拌墙、所述d搅拌墙、
……
所述m搅拌墙、所述m-1搅拌墙的施工，从而实现整体式所述搅拌墙3的施工。
68.在相邻a搅拌墙、b搅拌墙、
…
、m搅拌墙的施工中，搅拌单元施工顺序反向原则，即若所述a搅拌墙的施工方向为从左至右，则所述b搅拌墙的施工方向为从右至左。
69.围墙2的施工：所述搅拌墙3施工完成后，再进行围墙2施工。第一墙体21、第二墙体22、第三墙体23和所述前地连墙11一起形成一个封闭截面区域，包围所述搅拌墙3。在围墙2施工中，采用截面尺寸为6000mm*1000mm的双轮铣搅拌机，所述围墙2深度和所述搅拌墙3深度一致，所述围墙2与所述搅拌墙3、所述前地连墙11之间咬合区域尺寸为150mm，并遵循跳打顺序原则，完成所述围墙2的施工。
70.本发明提供的流砂地层超深盾构井出入端加固结构的施工方法，可以保证搅拌墙单元的垂直性，同时各搅拌墙单元相互咬合形成连续的搅拌墙，最终形成一道整体式的搅拌墙地连墙，有效提高了盾构井出入端加固结构的安全性和可靠性。
71.本发明提供的流砂地层超深盾构井出入端加固结构已经或可在在临近江海流沙地层实现超深盾构井出入端的加固，加固深度可达45米。
72.双轮铣深层搅拌机的双铣头上有多排刀具，土体通过铣轮高速旋转被切削，同时切削过程中注入高压空气，使其具有非常良好的搅拌性能，注浆后，水泥浆和渣土充分搅拌融合，凝结形成的地连墙强度、防渗透性能和稳定性好，成本较低且效率较高。
73.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。