盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)端頭加固理論與實(shí)踐

1、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）江玉生Tel:13601257487Email:yusheng.jiang@263.net,盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)端頭加固理論與實(shí)踐專 題 討 論,1.為什么要進(jìn)行端頭加固？2.端頭加固的理論計(jì)算方法是什么？3.端頭加固的基本要求是什么？4.常用的加固方法及其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。,討論的主要內(nèi)容,端頭加固的目的與意義⑴滿足土體強(qiáng)度的要求⑵滿足土體穩(wěn)定性的要求 ①加固土體的靜態(tài)穩(wěn)定，包括施工期穩(wěn)定性和

2、長期穩(wěn)定性。 ②加固土體的擾動影響，破洞門振動過大對土體的擾動等。⑶滿足加固（土體）的滲透性要求（特別是水+沙+壓力的情況）⑷滿足加固（土體）的變形特征的要求 （土壓建立前和土壓消失后）,1、為什么要進(jìn)行端頭加固？,需要注意的問題強(qiáng)度和穩(wěn)定性 ⑴參數(shù)的選取，特別是土體的抗拉強(qiáng)度和水土壓力； ⑵穩(wěn)定性驗(yàn)算只適合于粘性土（滑移失穩(wěn)理論）； ⑶長期穩(wěn)定性問題沒有解決； ⑷加固土體的擾動問題沒有解決；

3、滲透性問題 ⑴滲透系數(shù)10-7的根據(jù)？ ⑵水+沙+壓力對加固長度的要求變形特征 保持在土壓建立起來之前（盾構(gòu)始發(fā)）和消失之后（盾構(gòu)到 達(dá)）的一段時間里，上覆土體變形的可控。,1.為什么要進(jìn)行端頭加固？,傳統(tǒng)的端頭加固計(jì)算方法新的研究結(jié)果,2.端頭加固的理論計(jì)算方法,加固土體強(qiáng)度要求：薄板彎曲理論計(jì)算加固體厚度,傳統(tǒng)端頭加固的理論計(jì)算方法,,薄板理論計(jì)算模型圖,加固土體,強(qiáng)度計(jì)算公式國外: 日本JET G

4、ROUT 協(xié)會（JJGA）規(guī)范的計(jì)算公式，加固厚度為：其中： P :洞門中心處的水土合力； D ：封門直徑； σt ：加固土體的極限抗拉強(qiáng)度； 安全系數(shù)KO 取1.5～2.0，計(jì)算系數(shù)β取1.2。,,傳統(tǒng)端頭加固的理論計(jì)算方法,國內(nèi)：（靜力學(xué)理論）最大彎曲應(yīng)力（中心處）： 最大剪力（支座處）：,,,傳統(tǒng)端頭加固的理論計(jì)算方法,強(qiáng)度驗(yàn)算要求,,,整體穩(wěn)定性驗(yàn)算圖,傳統(tǒng)端頭加固的理論計(jì)算方法,穩(wěn)

5、定性計(jì)算公式縱向加固范圍（粘性土滑移失穩(wěn)理論）抗滑安全要求：其中： M： 滑動力矩； M抗：抗滑力矩； C： 加固前土體的粘結(jié)力； △C：加固后土體的粘結(jié)力； H： 上覆土體的厚度； P1： 地面荷載,,,傳

6、統(tǒng)端頭加固的理論計(jì)算方法,橫向加固范圍（土體擾動極限平衡理論） 式中 R:松動圈半徑； a:盾構(gòu)隧道半徑。,傳統(tǒng)端頭加固的理論計(jì)算方法,,松動圈,隧道,,橫向加固范圍計(jì)算公式,傳統(tǒng)端頭加固

7、的理論計(jì)算方法,加固范圍的確定,端頭加固計(jì)算方法的新結(jié)果,,,,計(jì)算模型,,水土合力梯形荷載,,,,,矩形均布荷載,,三角形反對稱荷載,,,彈性薄板理論,彈性薄板理論,,,,,疊加后梯形荷載作用下加固土體內(nèi)力,,加固土體縱向加固厚度,剪應(yīng)力理論,,拉應(yīng)力理論,,荷載等效,,,內(nèi)力疊加,加固計(jì)算示意圖：端頭土體縱向加固厚度：,,端頭加固計(jì)算方法的新結(jié)果,最大拉應(yīng)力理論徑向彎曲應(yīng)力當(dāng)

8、 時， 取縱向加固厚度：,端頭加固計(jì)算方法的新結(jié)果,,,,,,最大拉應(yīng)力理論環(huán)向彎曲應(yīng)力當(dāng) 時， 取縱向加固厚度：,端頭加固計(jì)算方法的新結(jié)果,,,,,,,,,最大剪應(yīng)力理論當(dāng) 時縱向加固厚度：,端頭加固計(jì)算方法的新結(jié)果,,,,,,端頭土體

9、縱向加固長度要求盾構(gòu)始發(fā) ⑴無水 ⑵有水（特別是水+沙+壓力）盾構(gòu)到達(dá) ⑴無水 ⑵有水（特別是水+沙+壓力）,3.端頭加固基本的設(shè)計(jì)要求,滿足條件：強(qiáng)度+穩(wěn)定性+變形特征（土壓建立前）,盾構(gòu)始發(fā)端頭加固長度（無地下水）,無水始發(fā),滿足條件：強(qiáng)度+穩(wěn)定性+變形特征（土壓建立前）+滲透性（水+沙+壓力）,盾構(gòu)始發(fā)端頭加固長度（有地下水）,有水始發(fā)

10、,滿足條件：⑴地層條件較差：必須加固端頭土體，加固土體滿足強(qiáng)度+穩(wěn)定性+變形特征要求（土壓消失后）。⑵地層條件較好：可以不加固或者局部加固端頭土體，但必須采取相應(yīng)措施，如合理控制盾構(gòu)到達(dá)時掘進(jìn)參數(shù)，增加封門處噴射混凝土厚度，待盾構(gòu)刀盤頂至圍護(hù)樁時再破除洞門等。,盾構(gòu)到達(dá)端頭加固長度（無地下水）,無水到達(dá),滿足條件：強(qiáng)度+穩(wěn)定性+變形可控特征（土壓消失后）+滲透性（水+沙+壓力）,盾構(gòu)到達(dá)端頭加固長度（有地下水）,有水到達(dá),端頭土體

11、橫向加固要求土體橫向加固最小尺寸表,3、端頭加固設(shè)計(jì)基本要求,旋噴樁加固袖閥管注漿加固水平注漿加固,4.典型加固方法及其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍,,,,,垂直袖閥管,水平袖閥管,,,,,前進(jìn)式注漿,后退式注漿,關(guān)于旋噴和攪拌加固問題,旋噴加固提高土體的強(qiáng)度: 0.8-1.2Mpa，0.5-1.0Mpa，旋噴范圍內(nèi)是沒有問題的； 土體的標(biāo)慣值N＞２０－２５：目前的旋噴技術(shù)很難達(dá)到設(shè)計(jì)的旋噴加固范圍！ 旋噴垂直度誤差問題 -- &

12、lt;1%：建筑樁基技術(shù)規(guī)范?。〈怪倍?lt;1% （適合于設(shè)計(jì)和施工）20米—0.2米建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程 – 垂直度<0.5% （適合于設(shè)計(jì)和施工）20米– 0.1米旋噴加固降低土體的滲透系數(shù),理論上可以,由于上述誤差的存在，實(shí)施起來困難， 因此不建議在深度超過20米時還采用旋噴或攪拌加固方法，深度在15-20 米之間應(yīng)慎用！ 盾構(gòu)開挖引起的震動仍能對加固土體的滲透系數(shù)和強(qiáng)度產(chǎn)生劣化影響；

13、當(dāng)水沙壓力大于1.5Bar時，目前土壓平衡盾構(gòu)采用的普通橡膠簾布和壓板 在下部有可能損壞的情況下，是很難發(fā)揮作用的！ 關(guān)于凍結(jié)法：是一種不得已的辦法，但仍需充分考慮盾構(gòu)設(shè)備本身的要求。 攪拌加固的問題與旋噴類似，在此不再贅述,,,旋噴樁加固效果圖（搭接良好）,旋噴樁布置圖,搭接詳圖,,,旋噴樁加固效果圖（搭接一般）,旋噴樁布置圖,搭接詳圖,,,旋噴樁加固效果圖（無搭接）,旋噴樁布置圖,搭接詳圖,掉落的旋噴樁,盾構(gòu)到達(dá)時的旋噴樁

14、,盾構(gòu)始發(fā)時的旋噴樁,優(yōu)點(diǎn)：設(shè)用地層較廣、設(shè)備輕便機(jī)動性強(qiáng)。旋噴加固范圍較大，最大可達(dá)到10倍孔徑。加固體本身止水效果明顯。缺點(diǎn)：操作不當(dāng)容易造成樁與樁間搭接不連續(xù)，不緊密，達(dá)不到理想的止水效果，整體止水效果欠佳。有些土體不容易旋噴成樁。,旋噴加固優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍,垂直袖閥管,,,,漿液,土體,漿液,底部注漿,二次注漿,,注漿,,水平袖閥管,,,,,,一次注漿,二次注漿,,,,優(yōu)點(diǎn)：根據(jù)需要可分段式注漿，重復(fù)注漿；

15、冒漿液、串漿可能性??；一根注漿管內(nèi)可采用不同的注漿材料 ,選用不同的注漿參數(shù)進(jìn)行注漿施工。 缺點(diǎn)：注漿工法封孔工藝復(fù)雜 ；控制不當(dāng)容易堵孔、卡管，而且是端頭加固中最常見的弊病，加固效果差，導(dǎo)致始發(fā)與到達(dá)失敗。適用地層： 砂層、粉土、淤泥層，廣深地區(qū)應(yīng)用較多。,袖閥管注漿加固優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍,水平注漿加固,注漿孔,注漿孔布置示意圖,前進(jìn)式水平注漿流程圖,,,后退式水平注漿流程圖,,,,優(yōu)點(diǎn)：施工設(shè)備簡單、成本較低；

16、工期短、見效快；對施工場地要求低、對環(huán)境影響較??；注漿深度可深可淺，容易控制。缺點(diǎn)：控制不好容易出現(xiàn)漏漿、串漿現(xiàn)象。,水平注漿加固優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍,幾個水平注漿的例子（水+沙+壓力共同作用下）,天津地鐵2號線（鐵三局）盾構(gòu)始發(fā),天津地鐵2號線（鐵三局）盾構(gòu)到達(dá),天津地鐵2號線,天津快軌線,深圳地鐵2號線,天津快軌線盾構(gòu)到達(dá)（鐵一局）,深圳地鐵2號線盾構(gòu)始發(fā)（鐵六局）,深圳地鐵2號線,深圳地鐵2號線盾構(gòu)到達(dá)（鐵六局）,深圳地鐵2