杂填土地质顶管施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种杂填土地质顶管施工方法。

背景技术

在城市更新项目中顶管施工作业较为常见，但因排水系统设计起点低又常年超负荷运行，导致地基长期被雨水侵蚀、冲刷，形成孔隙较大、含水率饱和。尤其是高填方段，多为无序一次性回填，且回填料以杂填土为主。在本工程中，根据地勘资料，杂填土的范围与顶管线路（3）轴线及上部受施工扰动影响的范围均重合，该段顶管管道大部分处于杂填地层中，只有少部分管道位于砾岩层中。由于杂填土的密实性较低，且地层中含有大量大块的砼碎块、块石、开山渣石、砾岩粗细骨料等以及难以破碎的建筑垃圾，严重影响顶管段的掘进施工。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决上述背景技术中存在的问题，提供一种杂填土地质顶管施工方法，通过在工作井与接收井之间建立并施工若干止水帷幕，并在止水帷幕内进行注浆作业形成注浆加固区，对杂填土地质进行加固，从而实现在杂填土地质条件下进行顶管施工作业。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：杂填土地质顶管施工方法，用杂填土地质的顶管施工，包括以下步骤：

SA1. 探测工作井与接收井之间地基情况，其中包括岩层情况和地下水情况；

SA2. 根据地基探测情况建立所述工作井与接收井之间的地质曲线；

SA3. 根据地质曲线以及地下水情况，在工作井与接收井之间建立并施工若干止水帷幕；

SA4. 在各止水帷幕内进行注浆作业形成注浆加固区；

SA5. 根据预设顶管线路进行顶管施工作业。

在SA2中，地质曲线的下侧为中风化砾岩层，地质曲线的上侧为杂填土层。

在SA3中，止水帷幕通过施工若干高压旋喷桩形成，若干高压旋喷桩采用单排桩重叠布置，并形成围堰。

所述高压旋喷桩的施工步骤如下：

SB1. 测量放线：根据设计图纸及试验段的实际情况测量放出施工轴线；

SB2. 确定孔位：在施工轴线上确定孔位，编上桩号、孔号、序号，依据基准点进行测量各孔口地面高程；

SB3. 钻机造孔：通过钻机进行造孔；其中，钻孔抽杆后孔内有塌方现象不能继续钻孔时，采用跟管钻进，随旋喷进度及时将根管拔出；

SB4. 测量孔深：钻孔终孔时测量钻杆钻具长度，孔深大于20m时，进行孔内测斜；

SB5. 喷射管：钻孔经验收合格后，进行高压喷射注浆，下喷射管前测量喷射管长度，测量喷嘴中心线是否与喷射管方向一致，喷射管应标识尺度；

SB6. 搅拌制浆：搅拌机的转速和拌和能力应分别与所搅拌浆液类型和灌浆泵的排浆量相适应，并应能保证均匀、连续地拌制浆液，保证高压喷射注浆连续供浆需量；按设计的水灰比拌制水泥浆液，常用水灰比为0.7~1.2；水泥浆的搅拌时间，使用高速搅拌机不少于60s；使用普通搅拌机不少于180s；纯水泥浆的搅拌存放时间，自制备至用完的时间应少于2.5h；

SB7. 供水供气：施工用高压水和压缩气的流量、压力应满足试桩要求，即高压浆30MPa、空压机压缩空气0.8MPa、提升速度10—20cm/min；

SB8. 喷射注浆：高压喷射注浆为自下而上连续作业，喷头采用双嘴管；当注浆管下至设计深度，喷嘴达到设计标高，即可喷射注浆；其中，喷射过程中拆卸喷射管时，应进行下落搭接复喷，搭接长度不小于0.2m；喷射过程中因故中断后，恢复喷射时，应进行复喷，搭接长度不小于0.5m；喷射中断超过浆液初凝时间，应进行扫孔，恢复喷射时，复喷搭接长度不小于1m；喷射过程中孔内漏浆，停止提升，直至不漏浆为止，继续提升；喷射过程中孔内严重漏浆，停止喷射，提出喷射管，采取堵漏措施；采用复喷来增加喷射长度和强度；喷射过程中，要记录每个高压喷射注浆孔施工时间全过程；

SB9. 成桩成墙：高压喷射注浆凝固体形成设计所需要的止水帷幕形状；

SB10. 充填回灌：每一孔的高压喷射注浆完成后，孔内的水泥浆很快会产生析水沉淀，及时向孔内充填灌浆，直到饱满，注浆浆面不再下沉为止；终喷后，将输浆管插入孔内浆面以下2m，输入注浆时用的浆液进行充填灌浆；充填灌浆需多次反复进行，直到充填饱满，孔口浆面不再下沉为止；其中，对高压喷射注浆凝固体有强度要求时，严禁使用冒浆和回浆进行充填回灌；

SB11.清洗结束：每一孔的高压喷射注浆完成后，及时清洗灌浆泵和输浆管路，防止清洗不及时不彻底浆液在输浆管路中沉淀结块，堵塞输浆管路和喷嘴，影响下一孔的施工。

所述高压旋喷桩采用Φ600单排双管高压旋喷桩，若在杂填土范围内，且块石较多，不能形成桩，只要密实达到止水即可；最小水泥含量为20%，水泥浆水灰比0.7-1.2；处理范围以顶管线路中轴线为中心水平向两侧各平移3.0m作为单排高压旋喷桩的中线，单排桩重叠布置，重叠桩径200mm。

在SB8之前，还包括对顶管机头进行保护的步骤，用于防止水泥注浆液随杂填土缝隙流向顶管机头，经顶管机头的顶管刀盘缝隙流入机头舱，水泥凝固在机头刀盘内，对顶管机头造成损伤。

对顶管机头进行保护的步骤如下：

SC1. 首先在顶管机头的仓门上开孔焊接管接头；

SC2. 然后用搅拌机把膨润土搅拌成可流动的浓泥状态，再用二次结构泵通过高压管输送到顶管机头内仓内，高压管输与管接头连接，连续不间断的输入膨润土浓泥，使内仓压力稳定在0.6~0.8MPA kg/cm

SC3. 同时在顶管机头前方一端距离做高压注浆或做高压旋喷，一段时间后，转动顶管机头，如果有水泥浆也会随浓泥浆流出，继续注入浓泥浆，确保顶管机头不进入注浆浆液。

在SA4中，在止水帷幕内呈矩阵的布置若干高压注浆孔，通过向高压注浆孔内注浆，形成注浆加固区。

所述高压注浆孔内注浆的施工步骤如下：

SD1. 测量放样：根据已布设好的控制点坐标，计算引孔的坐标位置，使用全站仪放出孔位，用水准仪测量地面高程，确定引孔深度；

SD2. 钻孔：采用地质钻钻进成孔，钻进深度达到设计要求；钻进过程中要做好记录，为注浆作业提供参考数据；

SD3.下管：首先根据引孔深度连接袖阀管，袖阀管上口露出地面20cm，将连接好的袖阀管下口用尖底封好；然后，将袖阀管下入孔中，要确保袖阀管下到孔底；其中，袖阀管连接紧密，不得有断开现象；

SD4. 洗孔：用高压水对孔内进行清洗，减少孔内沉渣和泥浆比重；

SD5. 封口：在离顶管线路上方3.0m的距离范围内采用专用注浆封堵橡胶塞，以防止注浆过程中冒浆注入现状污水管网内；

SD6. 浆液制作：按设计提供的配合比拌制好浆液，浆液的比重符合要求，添加剂采用6%水玻璃，也可根据地下水的流量适当增加比例，经保证水泥浆液的配制质量；其中，双液注浆的浆液凝固时间控制在60~180s，根据注浆要求和作用的不同，通过调整浆液的配比和水泥液的浓度比重，来调整浆液的凝固时间；

SD7. 注浆：采取分段式注浆，每段注浆长度成为注浆步距, 每完成3~4m注浆长度，要拆掉一节注浆芯管，注浆结束后，在注浆管上口盖上闷盖，以便于复注施工。

所述高压注浆孔在地下水较丰富，土质空隙率较大的施工段，注浆浆液的流失量较大，注浆量辐射范围小，将注浆孔加密，横向间距0.5m，纵向间距1.0m，进行袖阀管注浆；同时为了加快施工进度，多台机械同时钻孔施工，防止泥浆液流向机头；

所述高压注浆孔在地下水较小的施工段，横向间距按1.0m，纵向间距按1.0m布孔，进行袖阀管注浆。

本发明有如下有益效果：

1、本发明通过探测工作井与接收井之间地基情况，并根据地基探测情况建立所述工作井与接收井之间的地质曲线，在工作井与接收井之间建立并施工若干止水帷幕， 在各止水帷幕内进行注浆作业形成注浆加固区，之后再根据预设顶管线路进行顶管施工作业。通过在工作井与接收井之间建立并施工若干止水帷幕，并在止水帷幕内进行注浆作业形成注浆加固区，对杂填土地质进行加固，从而实现在杂填土地质条件下进行顶管施工作业。

2、本发明止水帷幕通过施工若干高压旋喷桩形成，若干高压旋喷桩采用单排桩重叠布置，并形成围堰。形成围堰的止水帷幕起到稳固杂填土层的作用，便于后续形成稳定的注浆加固区。

3、本发明还包括对顶管机头进行保护的步骤，用于防止水泥注浆液随杂填土缝隙流向顶管机头，经顶管机头的顶管刀盘缝隙流入机头舱，水泥凝固在机头刀盘内，对顶管机头造成损伤。

4、本发明注浆加固区的作用是确保顶管线路断面及两侧杂填土层加固处理的效果，确保加固后土体强度达到顶管要求，解决顶管掘进刀盘仓前方掌子面不坍塌和达到封水要求。

附图说明

图1为本发明流程图。

图2为本发明工作井与接收井之间地质情况示意图。

图3为本发明止水帷幕布置俯视状态示意图。

图4为本发明高压旋喷桩及高压注浆断面图。

图中：工作井1，接收井2，顶管线路3，顶管机头4，地质曲线5，杂填土层6，中风化砾岩层7，止水帷幕8，高压旋喷桩81 ，注浆加固区9，高压注浆孔91。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例一：

参见图1-4，杂填土地质顶管施工方法，用杂填土地质的顶管施工，包括以下步骤：

SA1. 探测工作井1与接收井2之间地基情况，其中包括岩层情况和地下水情况；

SA2. 根据地基探测情况建立所述工作井1与接收井2之间的地质曲线5；

SA3. 根据地质曲线5以及地下水情况，在工作井1与接收井2之间建立并施工若干止水帷幕8；

SA4. 在各止水帷幕8内进行注浆作业形成注浆加固区9；

SA5. 根据预设顶管线路3进行顶管施工作业。

通过在工作井与接收井之间建立并施工若干止水帷幕，并在止水帷幕内进行注浆作业形成注浆加固区，对杂填土地质进行加固，从而实现在杂填土地质条件下进行顶管施工作业。

参见图2，在SA2中，地质曲线5的下侧为中风化砾岩层7，地质曲线5的上侧为杂填土层6。

优选地，参见图3，在SA3中，止水帷幕8通过施工若干高压旋喷桩81形成，若干高压旋喷桩81采用单排桩重叠布置，并形成围堰。形成围堰的止水帷幕8起到稳固杂填土层6的作用，便于后续形成稳定的注浆加固区9。

具体的，所述高压旋喷桩81的施工步骤如下：

SB1. 测量放线：根据设计图纸及试验段的实际情况测量放出施工轴线。

SB2. 确定孔位：在施工轴线上确定孔位，编上桩号、孔号、序号，依据基准点进行测量各孔口地面高程。

SB3. 钻机造孔：通过钻机进行造孔；其中，钻孔抽杆后孔内有塌方现象不能继续钻孔时，采用跟管钻进，随旋喷进度及时将根管拔出。

SB4. 测量孔深：钻孔终孔时测量钻杆钻具长度，孔深大于20m时，进行孔内测斜。

SB5. 喷射管：钻孔经验收合格后，进行高压喷射注浆，下喷射管前测量喷射管长度，测量喷嘴中心线是否与喷射管方向一致，喷射管应标识尺度。

SB6. 搅拌制浆：搅拌机的转速和拌和能力应分别与所搅拌浆液类型和灌浆泵的排浆量相适应，并应能保证均匀、连续地拌制浆液，保证高压喷射注浆连续供浆需量；按设计的水灰比拌制水泥浆液，常用水灰比为0.7~1.2（重量比）；水泥浆的搅拌时间，使用高速搅拌机不少于60s；使用普通搅拌机不少于180s；纯水泥浆的搅拌存放时间，自制备至用完的时间应少于2.5h。

SB7. 供水供气：施工用高压水和压缩气的流量、压力应满足试桩要求，即高压浆30MPa、空压机压缩空气0.8MPa、提升速度10—20cm/min。

SB8. 喷射注浆：高压喷射注浆为自下而上连续作业，喷头采用双嘴管；当注浆管下至设计深度，喷嘴达到设计标高，即可喷射注浆；其中，喷射过程中拆卸喷射管时，应进行下落搭接复喷，搭接长度不小于0.2m；喷射过程中因故中断后，恢复喷射时，应进行复喷，搭接长度不小于0.5m；喷射中断超过浆液初凝时间，应进行扫孔，恢复喷射时，复喷搭接长度不小于1m；喷射过程中孔内漏浆，停止提升，直至不漏浆为止，继续提升；喷射过程中孔内严重漏浆，停止喷射，提出喷射管，采取堵漏措施；采用复喷来增加喷射长度和强度；喷射过程中，要记录每个高压喷射注浆孔施工时间全过程。

SB9. 成桩成墙：高压喷射注浆凝固体形成设计所需要的止水帷幕8形状。

SB10. 充填回灌：每一孔的高压喷射注浆完成后，孔内的水泥浆很快会产生析水沉淀，及时向孔内充填灌浆，直到饱满，注浆浆面不再下沉为止；终喷后，将输浆管插入孔内浆面以下2m，输入注浆时用的浆液进行充填灌浆；充填灌浆需多次反复进行，直到充填饱满，孔口浆面不再下沉为止；其中，对高压喷射注浆凝固体有强度要求时，严禁使用冒浆和回浆进行充填回灌。

SB11.清洗结束：每一孔的高压喷射注浆完成后，及时清洗灌浆泵和输浆管路，防止清洗不及时不彻底浆液在输浆管路中沉淀结块，堵塞输浆管路和喷嘴，影响下一孔的施工。

具体的，高压旋喷桩81采用Φ600单排双管高压旋喷桩，若在杂填土范围内，且块石较多，不能形成桩，只要密实达到止水即可；最小水泥含量为20%，水泥浆水灰比0.7-1.22(一般取1)；处理范围以顶管线路3中轴线为中心水平向两侧各平移3.0m作为单排高压旋喷桩的中线，单排桩重叠布置，重叠桩径200mm。单根注浆有效深度约6.4m，引孔钻孔深度11.0m-20.0m。

由于注浆时压力过大，水泥注浆液随杂填土缝隙流向顶管机头，经过顶管刀盘缝隙流入机头舱内，水泥凝固在机头刀盘内，对机头造成大的损伤，后期无法顶进施工，须对机头进行保护。因此，在SB8之前，还包括对顶管机头4进行保护的步骤，用于防止水泥注浆液随杂填土缝隙流向顶管机头4，经顶管机头4的顶管刀盘缝隙流入机头舱，水泥凝固在机头刀盘内，对顶管机头4造成损伤。

具体的，对顶管机头4进行保护的步骤如下：

SC1. 首先在顶管机头4的仓门上开孔焊接50铜管接头。

SC2. 然后用搅拌机把膨润土搅拌成可流动的浓泥状态，再用7.5型二次结构泵通过φ50高压管输送到顶管机头内仓内，高压管输与管接头连接，连续不间断的输入膨润土浓泥，使内仓压力稳定在0.6~0.8MPA kg/cm

SC3. 同时在顶管机头4前方15.0米左右范围做高压注浆或做高压旋喷，结束4小时左右，转动顶管机头4，如果有水泥浆也会随浓泥浆流出，继续注入浓泥浆，确保顶管机头4不进入注浆浆液。

参见图3、4，在SA4中，在止水帷幕8内呈矩阵的布置若干高压注浆孔91，通过向高压注浆孔91内注浆，形成注浆加固区9。注浆加固区9的作用是确保顶管线路3断面及两侧杂填土层加固处理的效果，确保加固后土体强度达到顶管要求，解决顶管掘进刀盘仓前方掌子面不坍塌和达到封水要求。

高压注浆孔91采用地质钻设备，钻孔直径76mm，孔深约11~20m孔洞，人工放入直径Φ48mm袖阀注浆管，处理范围以顶管管道中轴线为中心，根据每段不同间距地质情况进行布孔。袖阀管注浆成孔深度至管道底外壁下不小于1.0 m，有岩石部分注浆到岩石层面，注浆仅对即有管道底部至杂填土层底部段进行，注浆段成型高度按6.4m。

具体的，高压注浆孔91内注浆的施工步骤如下：

SD1. 测量放样：根据已布设好的控制点坐标，计算引孔的坐标位置，使用全站仪放出孔位，用水准仪测量地面高程，确定引孔深度。

SD2. 钻孔：采用地质钻钻进成孔，钻进深度达到设计要求；钻进过程中要做好记录，为注浆作业提供参考数据。

SD3.下管：首先根据引孔深度连接袖阀管，袖阀管上口露出地面20cm，将连接好的袖阀管下口用尖底封好；然后，将袖阀管下入孔中，要确保袖阀管下到孔底；其中，袖阀管连接紧密，不得有断开现象。

SD4. 洗孔：用高压水对孔内进行清洗，减少孔内沉渣和泥浆比重。

SD5. 封口：在离顶管线路3上方3.0m的距离范围内采用专用注浆封堵橡胶塞，以防止注浆过程中冒浆注入现状污水管网内。

SD6. 浆液制作：按设计提供的配合比拌制好浆液，浆液的比重符合要求，添加剂采用6%水玻璃（水泥重量比），也可根据地下水的流量适当增加比例，经保证水泥浆液的配制质量；其中，双液注浆的浆液凝固时间控制在60~180s，根据注浆要求和作用的不同，通过调整浆液的配比和水泥液的浓度比重，来调整浆液的凝固时间。双液浆是在注浆机的混合器处混合的，理论上浆液比例是1：1，但有时由于注浆机原因会造成比例相差较大。所以现场要经常做试验，必要时从混合器处取浆液来做试验，以保证合理的浆液凝固时间。

SD7. 注浆：采取分段式注浆，每段注浆长度成为注浆步距。在一切工作都做好后方可开注浆机进行注浆，注浆过程中主要通过听声音、看压力、看注浆量来判断注浆的实施效果；听声音是否有异常，看压力是否过高，看注浆量是否符合顶管实际施工要求；这个过程主要靠注浆司机来控制，另外注浆司机还要做好注浆记录，并保证记录的真实性。对于砂层，注浆步距宜采用低值；对卵石或破碎岩层，注浆步距宜采用高值。注浆过程中，每段注浆完成后，向上或向下移动一个步距的芯管长度。每完成3~4m注浆长度，要拆掉一节注浆芯管。注浆结束后，在注浆管上口盖上闷盖，以便于复注施工。

高压注浆孔91在地下水较丰富，土质空隙率较大的施工段，注浆浆液的流失量较大，注浆量辐射范围小，将注浆孔加密，横向间距0.5m，纵向间距1.0m，进行袖阀管注浆；同时为了加快施工进度，多台机械同时钻孔施工，防止泥浆液流向机头；高压注浆孔91在地下水较小的施工段，横向间距按1.0m，纵向间距按1.0m布孔，进行袖阀管注浆。

本工程高压旋喷桩施工期间可能由于注浆压力过大导致冒浆等问题，从而对街道路面薄弱处造成影响。

袖阀管注浆可能因距离房屋过近、或既有混凝土管道接缝处渗漏（浆液流入管道）、或高压旋喷桩龄期强度不足而导致施工期间浆液未按设想的规律扩散，对街道路面、两侧渗流和排水管道造成不利影响。

施工期间，在街道路基、重要建（构）筑物附近设置监测点，对可能受影响的重要建（构）筑物进行地表变形监测。

空孔部分处理和路面恢复。钻孔后由于不需要注浆到路面面层位置，引孔后存在空孔部分，先用人工填土，再用高压水冲，待达到自沉降密实状态（比相应地面低15cm），再用1：2水泥砂浆抹平。局部损坏较严重位置和原开挖探坑位置将原道路结构层破除重新按现状路面恢复。