北京南站盾构端头 土体注浆加固施工方案
审批:
审核:
编制:
北京中地大工程勘察设计研究院有限公司
二OO五年九月
第一章 编制依据及编制原则
1.1编制依据
1.1.1根据甲方提供资料及盾构隧道施工组织设计。
1.1.2我单位设备物资资源,经济技术实力及类似工程施工经验。
1.1.3国家、北京市和建设部等相关行业颁发的施工规范、规程和标准。 1.1.4依据实地调查情况和相关部门提供的信息、资料等。 1.2编制原则
1.2.1在充分理解招标文件的基础上，细致学习图纸，在充分进行实地考察和交通调查的基础上，合理的编制施工方案，使其科学适用且着重考虑施工的经济性等因素,其方案做到科学、经济、实用、安全。
1.2.2施工总体部署合理，施工计划可行、高效，确保总体工期要求。 1.2.3采用先进的设备和科学的管理方式确保工程质量及施工安全。响应业主的要求，发挥自身优势，争创精品工程。
1.2.4在施工全过程中采用周密的环境保护措施及文明施工措施。 1.3国家、北京市现行有关规范、规程及标准 1、建筑地基处理技术规范 （JGJ79-2002） 2、地基与基础工程施工及验收规范（GB50202-2002） 3、施工现场临时用电安全技术规程（JGJ46-88） 4、建筑机械使用安全技术规程（JGJ33-86）
5、北京市建筑施工现场管理基本标准（91）京建施字第124号
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第二章 工程概况
2.1工程及设计概况
由中国建筑总公司第一工程局承建的北京市地铁四号线角门口北路站—北京南站区间隧道，采用盾构法施工，隧道结构断面为圆形，断面尺寸为Φ6.37m，隧道底板埋深约为20m。依据盾构施工要求，接受和始发前需要进行盾构接受和始发洞口范围车站结构的钢筋混凝土结构的凿除，为盾构进、出洞掘进提供条件。在盾构机刀盘密贴开挖面之前，为确保盾构洞口的稳定，防止盾构洞口开挖面失稳造成水土坍塌涌入基坑，有效控制盾构初始掘进阶段的地表沉降及盾构机姿态控制，需对盾构井的端头土体进行加固。
采用二重管无收缩双液注浆工法对隧道围岩土体进行注浆加固处理，是解决暗挖工程中出现塌方最有效的保障措施之一。通过注浆，密实土体间隙，疏干过量水分，从而使浆液与土体形成复合地基，且有一定的抗压强度和支承保护能力，确保隧道施工安全。
2.2工程地质及水文地质条件
根据北京城建勘察设计研究院有限公司提供岩土工程勘察报告，该工程地质及水文地质条件如下：（以JB48号探孔为例） 2.2.1工程地质条件
1层：标高40.74—38.34,厚度为2.4米,黄褐色。 粉土填土○
2层：标高38.34—33.54,厚度为4.8米,黄褐色 粉土○
24层：标高33.54—32.74,厚度为0.8米,黄褐色。 中粗砂土○
25层：标高32.74—31.94,厚度为0.8米,杂色。 圆砾○
23层：标高32.74—31.94,厚度为0.8米,杂色。 粉细砂○
23层：标高31.94—31.24,厚度为0.7米，黄褐色。 粗细砂○
62层：标高31.24—29.74,厚度为3.2米，褐色—棕黄色。 粘土○
71层：标高26.54—23.34,厚度为2.2米，褐黄色。 中粗砂○
7层：标高24.34—12.94,厚度为11.4米，杂色。 卵石圆砾○
8层：标高12.94—10.24,厚度为2.7米，褐黄色。 粉质粘土○
9层：标高10.24—10.24,厚度为6.5米，杂色。 卵石圆砾○
详情见：附后地层概况—览表及地质柱状图： 2.2.2 水文地质条件： 1. 沿线地下水概况
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本次在42m勘察深度范围内，实际量测到二层地下水，第一层水上层滞水，仅在JB29# 和JB37#孔中观测到该层水；第二层水为层间潜水，在整个区间线路稳
定
分
布
。
各
层
水
具
体
情
况
见
表
5
：
地下水状况一览表 表 5
水位(水地下水性水位(水头) 头) 质 埋深(m) 标高(m) 上层滞水29.25～9.2～10.6 （一） 29.63 层间潜水16.8～17.2～（三） 21.8 22.75 含水层及其特征 观测时间 岩性名称 渗透系数） 100 2005.6.26～圆砾②5层 （m/d2005.7.4 细砂②3 5 2005.6.26～卵石⑦层 180 2005.7.4 2．地下水补径排条件
上层滞水补给来源为大气降水和管线渗漏补给，以侧向径流、向下越流补给潜水或层间潜水及大气蒸发的方式排泄。
层间潜水补给来源为大气降水和侧向径流补给，以侧向径流、向下越流补给承压水及人工开采的方式排泄。
地下水位年变幅与区域地下水动态变化相近，地下水流向总体方向为自西向东。
3．历年最高水位
1959年水位标高为40m；
1971-1973年水位标高为37.50；
近年最高水位标高为27.00m（取自1996年最高潜水水位，高于区间结构设计底板）；
2.2.3本工程特点及重点分析
1、本工程地处北京市丰台区繁华地段，是北京市的窗口，工程的安全与文明施工至关重要。
2、工程所处地质环境复杂，隧道拱顶上部覆盖层为粉土及中粗砂、圆砾、粉细砂层，并穿越粉细砂、卵石、圆砾层，土质松散，稳定性差，极易形成流砂，造成土体流失及塌方事故，严重危及隧道周边管线及建筑物的安全和盾构施工的安全。工程技术难度极大，施工风险大，必须依靠严密的施工方案及技术措施，确保施工安全及施工质量，这同时也是工程控制的重点。
3、本工程是地铁四号线工程的重要组成部分，同时也是施工难度较大的地段，很大程度上控制整个工程的工期，所以，在进行地质处理的工期控制上，必须严格控制，确保按时竣工。
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第三章 施工方案设计
3.1主要设计内容
本工程区间隧道底板位于卵石及圆砾层，且穿越粉细砂，卵石圆砾土层，拱顶上部覆盖层从下至上分别为，粉细砂、圆砾、中粗砂、粉土、粘土填土层，自稳性极差。在破除车站围护结构（护坡桩）及开挖洞口时极易形成流砂，造成坍塌，危及上部管线及地表建筑物和构筑物的安全。故需对该地层进行地质改良，使松散土体得到充分填充及密实，形成且有一定支撑保护能力的复合地基，达到加固之目的，确保洞口稳定，防止开挖面失稳造成水土坍塌涌入基坑，有效控制盾构初始掘进阶段的地表沉降及盾构机姿态的控制，从而确保盾构施工的顺利进行。 3.2施工方法
根据本工程注浆加固范围及地面施工条件等因素，结合我单位处理类似工程中的成功经验（在地铁五号线区间隧道盾构法施工中多次采用）制定如下施工方法。
3.2.1地面施工方法
a、方法<一>（垂直钻杆回抽注浆法）
在地面无障碍时采用此方法，其特点：均匀布孔，垂直钻孔，易操作及控制，浆液扩散分布比较均匀，加固止水效果好。 b、方法<二>（扩散式倾斜钻杆回抽注浆法）
在隧道穿越管线及地表建筑物，不能垂直钻孔时采用，其特点：孔位分布均匀性较方案<一>差，倾斜钻孔难度较大，且浆液扩散分布均匀度较方法<一>差，故须采用增加注浆孔数来确保加固止水效果。 3.3注浆材料
3.3.1其特性对地下水而言，不易溶解； 3.3.2对不同地层，凝结时间可调节； 3.3.3高强度、止水；
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3.3.4注浆材料配比：
A 液 硅酸钠 100L 水 100L B 液 C 液 Gs剂 8.5% 水 泥 42% P剂 4.5% H 剂 4.6% H剂 6.7% C 剂 3.2% C剂 7.1% 水 水 200L 200L 200L 注：溶液由A、B液组成；悬浊液由A、C液组成 注浆时，将根据现场实际地质情况选择不同的浆液类型及根据注浆部位不同的强度要求，选择不同的配合比，并适当加入特种材料以满足盾构施工的技术要求及甲方的特殊要求。 3.4注浆范围的设计
根据北京城建勘测设计研究院有限责任公司提供该地段地质情况，参考有关工程参数，并经分析和验算，本工程盾构始发端头土体注浆加固范围初定为：隧道轴线方向（纵向）长8米，宽11米，厚度12米，即拱顶以上3米，洞底以下3米，左右2.5米，详情见后附示意图。（实际加固范围可根据甲方特殊要求执行）。
3.5注浆孔的布置及注入顺序原则
根据注浆扩散半径计算，孔距一般为1～1.5米，本工程拟采用1.2米,平面布孔采用交联等边三角形布置原则，实施时以有关管线勘察部门提供并遵循布孔原则合理布置注浆孔位。
注入顺序：隧道加固区域将从外围到中心进行施工。 3.6主要注浆参数 3.6.1注浆深度：23m。 3.6.2注浆孔直径Φ46mm。 3.6.3浆液扩散半径：1m。 3.6.4浆液凝结时间：20s～30min。 3.6.5注浆压力0.3～1Mpa。
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3.7 注浆加固主要工程量（始发端两处以其中一处计算如下） 3.7.1注浆量计算 (1)改良土体土方量： V= 8×11×12=1056 m3 (2)注入率：25～65％
根据岩土工程勘测资料分析，并结合类似工程注浆数据，以提高土体密实度。
综合以上情况，本工程取注入率为40%（含损失率）。注：可根据实际注入来计量。
(3)浆液注入量： 1056×40=422.4 m3
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第四章 施工部署
4.1施工总体目标
4.1.1工程质量目标：优良。
4.1.2工程进度目标 ，连续施工30天(完成两处)。 4.1.3安全生产目标
严格按照国家安全制度和规定，达到“五无”、“一杜绝”及“一创建”的目标。
4.1.4文明施工目标
以《北京市建设工程现场文明施工管理办法》及公司有关安全文明要求为标准，确保“达标工地”，为公司赢得声誉，为业主增光添彩，为环保工作做出贡献。
4.1.5协调目标
做好内外关系协调，结合工程情况充分发挥项目优势，主动争取各方的支持与配合，做到施工一项工程，交一方朋友。 4.1.6内业管理目标
技术管理责任明确，技术档案管理微机化，确保内业资料完备、及时、美观、先进和符合各方要求，并做到工程竣工时竣工资料即交验完。 4.2组织机构如图4-1所示
项目副经理
技术负责人
项目经理
生产安全经营水电测量质量计量试验 图4-1 项目经理部组织机构图
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第五章 劳动力组织及设备配备
5.1劳动力组织
定位观测 3人 配 浆 3人 布孔 钻机就位 注浆 拔管洗管 检验开挖
3人 5人 5人 5人 钻孔 3人 5.2主要施工设备配置
[机械] [器具]
[其他]
TXU—75A型钻机 3 台 旋转二重管 排水处理装备 SYB—60/50型注浆泵3 台 注浆液混合器 测定器具 SJY—双层立体式搅拌机1台 喷头 凝胶时间测定仪 逆止阀 消音器
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5.2 铁路下方注浆加固措施
5.2.1 注浆加固工法的选择
盾构过铁路施工过程中，为进一步保证京山铁路的正常运行和盾构施工的安全顺利进行，特在线路穿越的铁路线下方采取注浆加固措施。
根据本工程注浆加固范围及地面施工条件等因素，结合处理类似工程中的成功经验，采用二重管无收缩双液注浆工法对隧道上方、铁路下方围岩土体进行注浆加固处理。通过注浆，密实土体间隙，从而使浆液与土体形成复合地基，具有一定的抗压强度和支承保护能力，确保盾构施工安全和京山线正常安全运营。
此工程地层加固拟采用地面垂直钻杆回抽注浆法加固和地面倾斜钻杆回抽注浆法。垂直钻杆回抽注浆法其特点：均匀布孔，垂直钻孔，易操作及控制，浆液扩散分布比较均匀，加固止水效果好。扩散式倾斜钻杆回抽注浆法其特点：孔位分布均匀性和倾斜钻孔较难控制。其中倾斜式钻杆的倾斜角度为60-90度。 5.2.2 注浆材料及配比
注浆材料特性：对地下水而言，不易溶解；对不同地层，凝结时间可调节；高强度、止水。注浆材料配比见下表： A 液 硅酸钠 100L 水 100L B 液 Gs剂 8.5% P剂 4.5% H剂 6.7% C剂 7.1% 水 200L 200L 200L C 液 水泥 42% H剂 4.6% C剂 3.2% 水 注：溶液由A、B液组成；悬浊液由A、C液组成 注浆时将根据现场实际地质情况选择不同的浆液类型及根据注浆部位不同的强度要求，选择不同配合比，并适当加入特种材料以满足盾构施工的技术要求。 5.2.3注浆参数设计、孔位布置原则及布置、注浆顺序
（1）依据现场实际情况和地质情况，注浆参数设计如下：
注浆深度：约12-13m，有效长度4m；注浆孔直径：Φ46mm；浆液扩散半径：1m；浆液凝结时间：20s～30min；注浆压力0.3～1Mpa。
（2）设计布孔位置原则：根据注浆计算扩散半径，孔距一般为1.2米，平面布孔采用交联等边三角形布置原则，但由于受运行铁路的限制，只能在铁路外围布置斜孔进行施
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工，保证设计注浆体成一整体。具体位置见下平面图和剖面图。
（1） 注浆顺序：加固区域将从外围到中心进行施工。 5.2.4 注浆加固工程量
（1）改良土体土方量：70（长）×18.2（宽）×12.5（高）＝15925m3 （2）注入率：一般工程采取25～65％的注入率，根据本工程岩土工程勘测资料分析，并结合类似工程注浆数据，以提高土体密实度。注入率暂按40%（含损失率）确定。注：可根据实际注入来计算。
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（3）浆液注入量： 15925×40=6370 m3 5.2.5 施工部署 （1）劳动力组织
定位观测 1人 配 浆 2人 布孔 钻机就位 注浆 拔管洗管 检验开挖 2人 5人 5人 5人 钻 孔 3人
（2）施工工期
本工程工期暂按30天计划。 （3）主要施工设备配置（见下表） 序号 分类 1 2 3 4 5
主要设备示意见下图： 器具 其他 机械 设备名称 钻机 注浆泵 搅拌机 型号 TXU—75A SYB—60/50 SJY—双层立体式 数量 2 台 2 台 1 台 旋转二重管、注浆液混合器、喷头、逆止阀 排水处理装备、测定器具、凝胶时间测定仪、消音器 11
（2） 工艺流程 施工工艺流程见下图。
（5）工程质量措施：
A、钻孔施工：开钻前，严格按照施工布置图，布好孔位。钻机定位要准确，开钻前的钻头点位与布孔点之距相差不得大于5cm。一定要按照设计倾斜角度对钻杆角度进行调整。
B、配料：根据现场不同地质情况选择由A、B液组成的溶液型浆液或A、C液组成悬浊液浆液，应采用准确的计量工具，严格按照设计配方配料施工。
C、注浆：注浆一定要按程序施工，每段进浆要准确，注浆压力一定要严格控制在0.3MPa～1MPa之间，专人操作。当压力突然上升或从孔壁溢浆，应立即停止注浆，每段注浆量应严格按设计进行，跑浆时，应采取措施确保注浆量满足设计要求。
D、注浆完成后，应采用措施保证不溢浆跑浆。 E、每道工序均要安排专人，负责每道工序的操作记录。 F、建立健全各种岗位责任制，严格执行现场交接制度。 （6）安全技术措施
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A、钻机注浆泵及高压管路必须试运转，确认机械性能和各种阀门管路、压力表完好后，方准施工。
B、每次注浆前，要认真检查安全阀、压力表的灵敏度，并调整到规定注浆压力位置。 C、安装高压管路和泵头各部件时，各丝扣的联接必须拧紧，确保联接完好。 D、注浆过程中，禁止现场人员在注浆孔附近停留，防止密封胶冲式阀门破裂伤人。 E、注浆时不得随意停水停电，必要时必须事先通知，待注浆完成并冲洗后方可停水停电。
F、注浆施工期间，必须有专门机电修理工，以便出现机械和电器故障时能及时处理。 G、注浆现场操作人员必须佩戴安全帽、防护眼镜、口罩和手套等劳保用品，方可进行注浆施工。 （6）注浆效果检测
A、注浆施工结束后，在注浆土体内钻孔，用压水、注水或抽水等办法测定地基的流量及渗透系数，达不到要求的需进行补充注浆。检查孔的数目约为总注浆孔数的1%-5%，布孔的重点是铁路正下方处以及注浆质量较差或有疑问的部位。在防渗注浆工程中，这类检测是一种重要的、基本的手段。对加固注浆而言上述水力物理性虽不能直接反映加固效果，但至今仍旧被广泛的当作一种参考指标，因为吸水量大小与地基的密度和强度之间存在着一定的关系。
B、通过钻孔，从注浆土体内取出原状样品，送实验室进行必要的试验研究。实践经验证明，通过这类检测可得出下述几项重要的物理力学性能指标，据此能对注浆效果作出比较确切的评价:样品的密度；结石的性质；浆液充填率及剩余孔隙率；无侧限抗压强度及抗剪强度；渗透性及长期渗流稳定性；
C、采用挖探或其他方法检验止水效果和渗水的情况。
第六章 工程质量保证体系
在本工程注浆施工中，应以严格组织管理体系和科学严谨的质量体系来保证工程质量。 6.1质量控制：
6.1.1工程质量严格按照本工程制定，并经甲方和监理工程师认可的施工方案执行，严格按国家有关技术规范、规程、标准控制施工。
6.1.2根据施工程序，严把钻孔深度、配料注浆压力、注浆量关，每一道工
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序均安排专人负责，并记录好每一道工序的原始数据。 6.2工程质量保证制度：
6.2.1成立工程项目经理为责任的质量管理小组，完善质量保证体系，严格按照质量体系中规定的责权要求运行。
6.2.2定期召开质量分析会议，组织质量教育，严格执行“三检”制度，加强技术交底工作，强化工序控制，由责任心强经验丰富的工程师担任质量控制人员，实行监督检查，保证工程质量。
6.2.3加强现场施工材料管理，严格执行进料检验制度，保证施工材料满足设计和规范要求，不合格材料不得进场使用，确保工程质量。
6.2.4配备好施工机具和计量工具以满足施工要求，建立健全各种资料、原始记录、作为评价工程质量的重要依据。
6.2.5加强与甲方、监理的配合，认真接受指导和监督。 6.3工程质量措施：
6.3.1钻孔施工：开钻前，严格按照施工布置图，布好孔位。钻机定位要准确，开钻前的钻头点位与布孔点之距相差不得大于5cm。钻杆度不得大于1°。钻孔时，密切观察钻孔进度，如发生涌水情况，应立即停止钻孔，先进行注浆止水 (压力应达到0.3～1Mpa) ，并确认止水效果后，方可停止注浆，向前继续钻孔施工。
6.3.2配料：根据现场不同地质情况选择由A、B液组成的溶液型浆液或A、C液组成悬浊液浆液，应采用准确的计量工具，严格按照设计配方配料施工。
6.3.3注浆：注浆一定要按程序施工，每段进浆要准确，注浆压力一定要严格控制在0.3MPa～1MPa之间，专人操作。当压力突然上升或从孔壁溢浆，应立即停止注浆，每段注浆量应严格按设计进行，跑浆时，应采取措施确保注浆量满足设计要求。
6.3.4注浆完成后，应采用措施保证注浆不溢浆跑浆。 6.3.5每道工序均要按排专人，负责每道工序的操作记录。
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第七章 安全措施
7.1建立健全各种岗位责任制，严格执行现场交接制度。
7.2钻机注浆泵及高压管路必须试运转，确认机械性能和各种阀门管路，压力表完好后，方准施工。
7.3每次注浆前，要认真检查安全阀、压力表的灵敏度，并调整到规定注浆压力位置。
7.4安装高压管路和泵头各部件时，各丝扣的联接必须拧紧，确保联接完好。
7.5注浆过程中，禁止现场人员在注浆孔附近停留，防止密封胶冲式阀门破裂伤人。
7.6注浆时不得随意停水停电，必要时必须事先通知，待注浆完成并冲洗后方可停水停电。
7.7注浆施工期间，必须有专门机电修理工，以便出现机械和电器故障时能及时处理。
7.8注浆现场操作人员必须佩戴安全帽、防护眼镜、口罩和手套等劳保用品，方可进行注浆施工。
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第八章 注浆效果检测
8.1注浆施工结束后，通过注浆土体内钻孔，用压水、注水或抽水等办法测定地基的流量及渗透系数，不合格者需进行补充注浆。检查孔的数目约为总注浆孔数的5～10%，布孔的重点是地质条件不好的地段以及注浆质量较差或有疑问的部位。
在防渗注浆工程中，这类检测是一种重要的和基本的手段。对加固注浆而言上述水力物理性虽不能直接反映加固效果，但至今仍旧被广泛的当作一种参考指标，因为吸水量大小与地基的密度和强度之间存在着一定的关系。 8.2通过钻孔，从注浆土体内取出原状样品，送实验室进行必要的试验研究。实践经验证明，通过这类检测可得出下述几项重要的物理力学性能指标，据此能对注浆效果作出比较确切的评价:
(1)、样品的密度； (2)、结石的性质；
(3)、浆液充填率及剩余孔隙率； (4)、无侧限抗压强度及抗剪强度； (5)、渗透性及长期渗流稳定性；
8.3采用挖探或其他方法检验止水效果和渗水的情况。
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