本發(fā)明涉及地下鐵路隧道施工，具體為一種地下鐵路隧道開挖區(qū)間端頭加固施工方法。
背景技術(shù)：
1、在地下鐵路隧道工程建設(shè)中，盾構(gòu)區(qū)間端頭加固是確保施工安全與質(zhì)量的核心環(huán)節(jié)，近年來，隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，盾構(gòu)法隧道施工因其對(duì)地面交通和周邊環(huán)境影響較小而被廣泛應(yīng)用。然而，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞口時(shí)的端頭地層穩(wěn)定性問題一直是施工中的難點(diǎn)。端頭地層若未得到有效加固，易導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞時(shí)發(fā)生涌水、涌砂甚至塌方等事故，嚴(yán)重影響施工安全和進(jìn)度。
2、傳統(tǒng)單一加固方式(如單排旋噴樁或普通地下連續(xù)墻)難以應(yīng)對(duì)軟硬不均地層、高滲透性砂層或富水?dāng)鄬拥葟?fù)合地質(zhì)條件，易出現(xiàn)加固盲區(qū)或止水失效，導(dǎo)致盾構(gòu)始發(fā)/接收時(shí)端頭滲漏、坍塌風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，目前，行業(yè)內(nèi)普遍采用高壓旋噴樁、地下連續(xù)墻等方法進(jìn)行端頭加固，但這些技術(shù)的適用性和效果受地質(zhì)條件、施工工藝等因素制約較大。此外，城市中心區(qū)域施工常面臨地下管線密集、建筑物鄰近等復(fù)雜環(huán)境，進(jìn)一步增加了盾構(gòu)端頭加固與止水的技術(shù)難度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種地下鐵路隧道開挖區(qū)間端頭加固施工方法，解決統(tǒng)施工方法在復(fù)雜地質(zhì)條件下盾構(gòu)端頭加固與止水效果不理想的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種地下鐵路隧道開挖區(qū)間端頭加固施工方法，包括以下步驟：
3、加固方案選擇：根據(jù)端頭地質(zhì)條件選擇加固組合方式，大里程端頭采用直徑600mm的高壓旋噴樁配合直徑600mm鋼管降水井，小里程端頭采用800mm厚c20素混凝土地下連續(xù)墻配合高壓旋噴樁和降水井，區(qū)間風(fēng)井端頭采用雙層高壓旋噴樁配合降水井；
4、確定加固范圍：縱向?yàn)樗淼理斠陨?m至隧道底以下3m的實(shí)樁段，以及地面至隧道頂以上3m的空樁段，橫向?yàn)樗淼雷笥腋?m，縱向延伸10m，豎向?yàn)榈叵逻B續(xù)墻底端與高壓旋噴樁底端形成階梯式嵌固結(jié)構(gòu)，高差≥1m；
5、高壓旋噴樁施工：采用雙重管高壓旋噴樁形成咬合樁體，實(shí)施分層壓力控制，上層15mpa，中層18mpa，下層20mpa，提升速度控制在每分鐘10至15cm，旋轉(zhuǎn)速度控制在每分鐘10至15轉(zhuǎn)；
6、降水井布設(shè)：在盾構(gòu)推進(jìn)方向10m范圍內(nèi)布設(shè)壁厚5mm的鋼質(zhì)降水井，井群采用環(huán)形與放射狀組合布局，實(shí)施盾構(gòu)到達(dá)前3天的預(yù)降水啟動(dòng)；
7、成槽質(zhì)量控制：采用雙系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成槽垂直度，配合納米級(jí)硅溶膠注入確保沉渣厚度達(dá)標(biāo)；施工前處理：對(duì)端頭已硬化部分進(jìn)行混凝土破除，施工中同步實(shí)施周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)。
8、通過采用上述技術(shù)方案：通過差異化加固方案(高壓旋噴樁+降水井/地下連續(xù)墻組合)精準(zhǔn)匹配不同地質(zhì)條件，通過階梯式嵌固結(jié)構(gòu)形成立體止水帷幕，適應(yīng)復(fù)雜地層滲透性差異，確保加固效果；分層壓力控制的高壓旋噴樁(15-20mpa分級(jí))結(jié)合石墨烯改性水泥漿液，使樁體28天抗壓強(qiáng)度≥8mpa；地下連續(xù)墻與旋噴樁形成階梯式嵌固結(jié)構(gòu)(高差≥1m)，配合降水井系統(tǒng)(預(yù)降水3天)，有效阻斷地下水滲透路徑，進(jìn)而達(dá)到了在復(fù)雜地質(zhì)條件下實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)端頭的高效加固與止水的效果。
9、優(yōu)選的，素混凝土地下連續(xù)墻施工包括：
10、分段澆筑c20素混凝土，每段長度控制在18至28m，跳槽施工間隔不小于0.5m；
11、采用液壓抓斗、沖擊錘與銑槽機(jī)聯(lián)動(dòng)的復(fù)合成槽工藝，巖層以上使用液壓抓斗，巖層以下切換沖擊錘，極硬巖層采用銑槽機(jī)；
12、泥漿系統(tǒng)配置新漿比重為1.05至1.10，循環(huán)泥漿含砂率低于7％，廢棄泥漿ph值超過14時(shí)進(jìn)行固液分離；
13、混凝土澆筑時(shí)植入分布式光纖傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度場與應(yīng)力分布，導(dǎo)管間距不超過3m，距槽端距離不大于1.5m，埋深控制在1.5至3m，澆筑速度不低于每小時(shí)2m，塌落度范圍為18至22cm。
14、優(yōu)選的，高壓旋噴樁施工包括：
15、現(xiàn)場試樁確定參數(shù)：漿量70l/min，每米水泥用量93-124kg，隧道底以上2m范圍采用30％水泥摻量，以下區(qū)域提升至35％；
16、使用初凝時(shí)間4h且28天抗壓強(qiáng)度≥8mpa的石墨烯改性水泥漿液；
17、漏漿時(shí)暫停提升注漿堵漏，冒漿不可回收；
18、采用泥漿分離器處理廢漿，處理能力為每小時(shí)200m3，分離粒度為0.074mm，廢漿處理系統(tǒng)集成ph值自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊，維持處理過程ph值為7±0.5
19、凈化后泥漿含砂率低于2％，循環(huán)利用率達(dá)到80％以上。
20、優(yōu)選的，降水井施工包括：
21、井底設(shè)置6mm厚鋼板封底，井周交替回填厚度30cm的0.5-1mm礫石層與厚度20cm的鈉基膨潤土球?qū)樱?/p>
22、濾水管采用孔徑2mm、孔距50mm的螺旋狀激光打孔技術(shù)；
23、配備雙回路200kva供電系統(tǒng)及水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，配置流量波動(dòng)≤5％的變頻控制水泵系統(tǒng)；
24、根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽水井開啟數(shù)量；
25、成井工藝流程依次為井位測(cè)放、上部混凝土破除、沖擊成孔、濾水管包扎、下井管、填礫粘土球、洗井試抽水。
26、優(yōu)選的，成槽垂直度控制包括：
27、每進(jìn)尺2m測(cè)量鋼絲繩偏移量，通過三角函數(shù)計(jì)算傾斜率，超標(biāo)時(shí)回填粘土或混凝土糾偏；
28、基于bim-施工聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)生成三維糾偏方案；
29、異型槽段采用“l(fā)”形分幅直挖工藝，轉(zhuǎn)角處導(dǎo)墻延伸30cm輔助成槽；
30、軟弱地層槽段采用“先注漿后開挖”工藝：預(yù)注水灰比0.8的超細(xì)水泥漿，注漿壓力0.3-0.5mpa，穩(wěn)定時(shí)間≥2h；
31、槽段劃分時(shí)縮短軟弱地層單槽長度至18m。
32、優(yōu)選的，導(dǎo)墻施工包括：
33、采用翼緣寬200mm的倒l型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)置間距6m的溫度應(yīng)力釋放縫；
34、鋼筋綁扎前預(yù)澆筑100mm厚c15素混凝土翼部，主筋間距偏差±10mm；
35、應(yīng)用內(nèi)置應(yīng)變片的自感知智能模板監(jiān)測(cè)混凝土膨脹壓力，采用2×6m鋼模板與木方組合支撐，間距1m；
36、混凝土終凝后采用光伏驅(qū)動(dòng)霧化系統(tǒng)維持養(yǎng)護(hù)濕度≥90％且溫度梯度≤3℃/m，養(yǎng)護(hù)≥7天；拆除后采用100×100mm方木雙層支撐，間距1500mm防變形；
37、導(dǎo)墻制作流程依次為測(cè)量放線、探溝開挖、導(dǎo)墻溝槽開挖、溝底夯實(shí)、鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑。
38、優(yōu)選的，還包括施工階段動(dòng)態(tài)調(diào)整措施：
39、根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整高壓旋噴樁注漿壓力，波動(dòng)范圍控制在±5％以內(nèi)；
40、建立地層損失率超過0.5‰時(shí)觸發(fā)多參數(shù)調(diào)控的耦合模型；
41、部署傳感器間距5m的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，震動(dòng)速度超過2mm/s時(shí)暫停施工并注漿加固；
42、成槽過程中若遇軟弱夾層，立即注入膨潤土漿液穩(wěn)定槽壁；
43、盾構(gòu)切口預(yù)埋泥水壓力波動(dòng)值不超過0.02mpa的壓力平衡管；
44、混凝土澆筑時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整導(dǎo)管埋深，確保連續(xù)澆筑無斷層。
45、優(yōu)選的，應(yīng)急處理措施包括：
46、建立三級(jí)沉降響應(yīng)機(jī)制，ⅰ級(jí)沉降速率＞3mm/d時(shí)啟動(dòng)雙液注漿及備用井群，ⅱ級(jí)2-3mm/d時(shí)實(shí)施單液注漿與降水方案調(diào)整，ⅲ級(jí)＜2mm/d時(shí)執(zhí)行局部封堵與監(jiān)測(cè)加密；
47、塌孔時(shí)立即注入泥粉并加大供漿量；地下連續(xù)墻滲漏采用速凝水泥回灌封堵；降水引發(fā)沉降超標(biāo)時(shí)啟動(dòng)備用注水井回灌；
48、采用定位精度±5cm的智能注漿機(jī)器人自適應(yīng)調(diào)節(jié)0.3-1.2mpa注漿壓力；高壓旋噴樁施工中斷超30min時(shí)需復(fù)打搭接1m。
49、優(yōu)選的，材料控制標(biāo)準(zhǔn)包括：
50、泥漿采用優(yōu)質(zhì)泥粉為主、粘土為輔，添加2％納米二氧化硅，控制比重1.05-1.15，粘度18-25s，ph值8-10，剪切強(qiáng)度25pa·s且濾失量8ml/30min；
51、混凝土添加緩凝劑使初凝時(shí)間≥6h，摻入0.8％鋼纖維，相鄰墻幅強(qiáng)度≥70％方可跳槽施工，抗裂性能提升50％；
52、地聚合物基注漿材料實(shí)現(xiàn)28天強(qiáng)度15mpa及滲透系數(shù)＜1×10-8cm/s。
53、優(yōu)選的，綠色施工技術(shù)包括：
54、施工場地周邊設(shè)置截水溝和沉淀池，構(gòu)建三級(jí)廢漿處理系統(tǒng)生成再生建材；
55、噪聲敏感區(qū)采用低噪聲設(shè)備并設(shè)置隔音屏障，應(yīng)用自適應(yīng)有源降噪技術(shù)控制30m處等效聲級(jí)≤55db(a)；
56、每日監(jiān)測(cè)周邊建筑物沉降，累計(jì)沉降超預(yù)警值立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案；
57、施工后回填厚度≥1m種植土并實(shí)現(xiàn)30天植被覆蓋率≥80％。
58、本發(fā)明提供了一種地下鐵路隧道開挖區(qū)間端頭加固施工方法。具備以下有益效果：
59、1、本發(fā)明中，通過針對(duì)不同地質(zhì)條件采用差異化的加固組合，通過階梯式嵌固結(jié)構(gòu)形成立體止水帷幕，適應(yīng)復(fù)雜地層滲透性差異；通過高壓旋噴樁精準(zhǔn)控制，通過分層壓力控制與石墨烯改性水泥漿液結(jié)合，確保樁體咬合密實(shí)性；隧道底以下水泥摻量提升至35％，強(qiáng)化底部抗?jié)B性能；在盾構(gòu)到達(dá)前3天啟動(dòng)環(huán)形+放射狀井群降水，配合濾水管激光打孔及鈉基膨潤土球?qū)踊靥?，有效降低地下水位，減少施工滲流風(fēng)險(xiǎn)；進(jìn)而達(dá)到了在復(fù)雜地質(zhì)條件下實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)端頭的高效加固與止水的效果。
60、2、本發(fā)明中，通過部署微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及三級(jí)沉降響應(yīng)機(jī)制，結(jié)合智能注漿機(jī)器人實(shí)時(shí)封堵滲漏，最大限度控制地表沉降；同時(shí)軟弱地層采用“先注漿后開挖”及l(fā)形分幅直挖技術(shù)，轉(zhuǎn)角導(dǎo)墻延伸30cm輔助成槽，減少槽壁失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。通過將地聚合物基注漿材料替代傳統(tǒng)水泥漿，降低注漿對(duì)地下水的污染風(fēng)險(xiǎn)；泥漿系統(tǒng)含砂率<7％，廢棄泥漿經(jīng)固液分離后ph值可控，減少環(huán)境負(fù)擔(dān)；達(dá)到了減少加固施工對(duì)周邊管線及建筑物的影響的效果。
61、3、本發(fā)明中，其中素混凝土地下連續(xù)墻采用液壓抓斗+沖擊錘+銑槽機(jī)聯(lián)動(dòng)成槽，極硬巖層施工效率提升40％；異型槽段通過bim生成三維糾偏方案，減少返工率；泥漿分離器處理能力200m3/h，凈化后泥漿循環(huán)利用率>80％；三級(jí)廢漿處理系統(tǒng)將廢漿轉(zhuǎn)化為再生建材，降低材料消耗成本；通過實(shí)時(shí)調(diào)整注漿壓力與導(dǎo)管埋深，結(jié)合盾構(gòu)切口壓力平衡管，避免因參數(shù)失誤導(dǎo)致的停工返修，整體工期縮短15％-20％，達(dá)到了優(yōu)化施工流程以縮短工期并降低成本的效果。