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TRD工法与MJS工法在盾构端头加固中的应用研究

MJS-RJP·TRD工法 2022年5月11日 项敏 52


摘 要

摘要:针对杭州地区复杂地层中盾构接收期间可能不同程度出现涌水涌沙等安全事故的情况下,研究了TRD与MJS组合式端头加固技术,解决了端头井柔性接头易出现夹泥夹沙引发渗漏水,端头存在管线等问题,有效的保证了盾构接收处端头加固质量,达到了止水和防微扰动目的。同时,该技术的研究为类似盾构端头加固也提供了借鉴和参考,综合效益显著。


关键词:超深富水砂层;盾构端头井加固;TRD工法;MJS工法


1 工程概况


水澄桥站为地下三层车站,总净长157m,标准段总净宽19.9m,盾构井段结构外皮宽27.8m~30.35m,底板埋深23.70m~25.5m。基坑范围存在较厚的富水砂质土层,且紧邻钱塘江(直线距离500m)地下水位高,周边建筑物及管线情况复杂。东、西端头在盾构隧道范围内的地连墙采用锁口管柔性接头,在地连墙施工完成后对锁口管接缝位置采用Φ800@600双重管高压旋喷桩止水,而对旋喷桩取芯试验结果显示成桩效果很差,均存在夹沙、断桩等缺陷。因此,考虑到水澄桥站为超深基坑且地质复杂、水量丰富,尤其是在两端头井处柔性接头地下连续墙接缝处难以得到保障,为避免后期基坑开挖阶段可能存在的地连墙接缝处渗漏水风险且考虑后期盾构出洞涌水涌沙风险,同时周边管线、建筑物均距离基坑较近减小加固对周边建筑物、管线影响,因此对东、西端头井采用外包TRD水泥土搅拌墙封闭,搅拌墙与地连墙接缝位置采用MJS桩止水。


2 技术原理


在端头井范围内施工止水帷幕进行隔离,隔断地下水,防止车站开挖过程中端头柔性地连墙接头发生涌水涌沙事故;在盾构接收阶段,盾构进入到止水帷幕后,注浆封闭盾构通过墙体形成建筑空隙,通过该止水帷幕隔断外界水源利于洞门破除工作,达到盾构顺利进洞接收条件;同时在该工法实施过程中有着微扰动特性,能有效控制对周边环境影响。


3 端头加固组合技术


3.1 微扰动注浆MJS技术

TRD工法与MJS工法在盾构端头加固中的应用研究


(1)MJS工法设备就位

MJS工法设备就位,连接钻头和地内压力监测显示器,确认在钻头无荷载的情况下清零。对接钻杆和钻头,对接时,认真检查密封圈情况,看是否缺失或损坏,地内压力是否显示正常。


(2)钻杆安装

MJS钻杆采用多孔管,设备设有精密检测控制仪器,安装时确保通讯、测量电缆接头、液压控制、浆道、气道、回浆孔密封完好并调试确认完好后下钻。


(3)钻头钻进

动力头360°旋转,将钻头自外套管中下放至设计深度,若套管内有部分沉渣造成钻头无法下放至标定值,由MJS钻机启动在钻头端部切割水,切洗PVC套管内的沉渣,至钻头下放至标定值。


(4)MJS施工

钻头到达预定深度后,先开回流气和回流高压水泵,在确认排浆正常后,打开钻头排泥阀门,开启高压水泥浆泵和空压机。在达到指定地内压力并确认地内压力正常后,开始喷射水泥浆,在压缩空气与钻头旋转扫射水泥浆搅拌中步进成桩直至设计标高。


(5)施工过程监控

施工时密切监测显示控制器步进,确保水泥掺量、地内压力等各技术参数,当地内压力或其他参数不正常时,必须及时调整。


(6)拆卸钻杆

当提升一根钻杆后,对钻杆进行拆卸,注意在拆卸钻杆的过程中,认真检查密封圈和数据线的情况,看是否损坏,地内压力显示是否正常,若问题及时排除,拆卸钻杆后,需及时对钻杆进行冲洗及保养。


(7)再次放置MJS工法钻杆并施工

重复3-6步骤,施工至设计标高。


3.2 TRD止水帷幕施工技术

(1)根据坐标基点,按设计图放出桩位,并设临时控制桩。


(2)开挖沟槽,施做导向钢板。

导槽起定位和导向作用,TRD工法桩垂直度偏差的控制尤为关键,施工中垂直度偏差控制在5‰以内,为确保设备能准确定位,施工时,先开挖导向槽,再进行TRD桩施工。导向槽根据内边控制线,采用挖掘机开挖,并清除地下障碍物,开挖沟槽余土及时处理。


(3)钻机就位与钻进。

竖直方向切割土体刀具的安装比较费时,除浅墙(小于3.5m)以外都必须一节一节地进行现场组装。TRD主机在作业点定位以后,在旁边预先挖掘一个刀箱存放井。作业时,首先利用竖向导杆将驱动轮升起,安装最底部的带有尖端导轮的刀箱,驱动轮转动并开始向下掘进,加入5%的膨润土浆液,此时,另一节准备组装的刀箱被吊入存放井中,当第一节刀箱完全下降到与地面(工作面)平齐时,停机脱开驱动轮与刀箱的连接,升起驱动轮,安装并取走第二节刀箱,再回到作业点开机向下掘进,如此反复直至达到设计深度为止。

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(4)水平切割成墙

开始水平切割时,刀具的底部同时灌入水泥浆液等,不断与运动着的土体相互搅拌、混合,在经过的地段形成“水泥土”地下连续墙。TRD施工分“一步法、二步法、三步法”三种施工形式,为保证成墙加固及止水效果,本工程施工采用三步法:即施工顺序自一端向另一端往复前进,往复三次成墙。第一次成墙采用膨润土搅拌渣土、第二次成墙采用3:2水灰比水泥浆搅拌(水泥掺量占总掺量的30%)、第三次成墙采用3:2水灰比水泥浆搅拌(水泥掺量占总掺量的30%),达到充分搅拌、水泥浆混合均匀的目的。


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(5)切割箱拆除

待墙体施工完成后,开始上提切割箱,并重复循环注浆,当提起一节切割箱高度时,可将其拆除然后转移至临时预埋箱体中,并转放堆放位置,TRD主机继续上提切割箱并重复循环注浆,重复上述步骤直至箱体全部拆除完毕。



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4 应用效果


该技术成功应用于此工程,基坑开挖完成无渗漏,周边沉降控制良好,妥善解决了超深富水砂层端头加固困难易造成渗漏水的问题,避免了基坑开挖渗漏水风险和确保了盾构安全接收,同时也减小了对周边地层以及建筑物的扰动,有利于控制周边沉降,避免了对周边环境(自来水管、燃气管、压力污水管等)的影响,环保效益和社会效益明显,另外该技术已推广应用到类似施工中,综合效益显著。


5 结束语

通过在端头井处采用端头外包TRD与MJS相结合的施工工艺对端头进行加固,有效规避了常规加固手段受地质条件、加固深度质量难以保证及对周边管线、建筑物的影响的风险,形成稳定的止水帷幕,保证了基坑开挖顺利进行及盾构安全进洞,从工期、成本、安全等各方面产生了良好的社会、经济效益。


技术优势主要体现在:


⑴采用该技术综合基坑开挖柔性接头易渗漏水风险和盾构接收端头加固考虑,降低了施工成本。


⑵采用该技术微扰动特点,对周边管线、建筑物达到了良好的保护效果,避免了管线迁改节约了施工工期。


⑶该技术相结合的方式设计,具有良好加固效果的同时对盾构机适应性也做了充分考虑,软土盾构机能顺利通过该加固体。


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来源:《技术应用》

作者:周坤

编辑整理:项敏

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TRD工法


TRD工法(Trench-Cutting & Re-mixing Deep Wall Method),又称等厚度水泥土地下连续墙工法,其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中,然后作水平横向运动,同时由链条带动刀具作上下的回转运动,搅拌混合原土并灌入水泥浆,形成一定强度和厚度的墙。

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TRD工法通过水平横向运动成墙,可形成没有接口的等厚连续墙体,其止水防渗效果远远优于柱列式地下连续墙和柱列式搅拌桩加固,其主要特点是环境污染小、成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好、防渗性能好、施工安全,与传统柱列式地下连续墙相比隔渗,经济性好。 


TRD工法适应粘性土、砂土、砂砾及砾石层等地层,在标贯击数达50~60击的密实砂层、无侧限抗压强度不大于5MPa的软岩中也具有良好的适用性。可广泛应用于超深隔水帷幕、型钢水泥土搅拌墙、地墙槽壁加固等领域。


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