卵石地层

卵石地层（精选8篇）

卵石地层 篇1

1 地质水文条件

成都地铁主要穿越砂卵石地层, 粒径30~100 mm的卵石含量65%~75%, 粒径100~130 mm的约占10%。地层岩体松散, 无胶结, 自稳能力差, 单个石块强度高, 卵石块在地层中起骨架作用。砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层, 颗粒之间空隙大, 没有黏聚力。在无水状态下, 颗粒间点对点传力, 地层反应灵敏, 地层很容易破坏原来的相对稳定或平衡状态而产生坍塌, 引起较大的地层损失和围岩扰动。

成都的地层富水, 成都地下水枯水期埋深一般在3~5 m, 丰水期埋深在1~3 m, 最小埋深为0.2 m。据成都前期基坑施工经验, 在开挖之前进行降水, 基坑壁自立性较好, 而且由于卵石的骨架作用, 降水引起的变形相对较小。但在有地下水的情况下, 掘进过程局部水压会很大, 会对盾构造成一定影响, 特别是影响开挖面的稳定。砂卵石地层, 围岩体整体强度较低, 但单个岩块块体强度非常高。

2 盾构施工过程中刀具存在的问题

成都地铁施工选用的盾构为海瑞克生产的泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机两种型式, 这两种盾构机刀盘面板结构及刀具配置基本相同。结合成都地铁施工实例, 盾构机刀具主要存在以下问题:

(1) 刀具磨损严重 (见图1) :砂卵石地层磨琢性大, 同时还存在包裹性大的问题, 造成对滚刀、齿刀刀具磨损和刀盘的严重磨损;

(2) 刀具磨损需要频繁换刀, 换刀作业给盾构施工带来很大问题, 特别是换刀地点的选择, 换刀方式的选择, 换刀时的加固措施, 使得换刀人员的安全风险提高, 施工效率降低, 施工成本增加;

(3) 刀盘中心的四幅臂结构存在渣土流动不畅问题, 在含泥量较大的情况下易结泥饼;

(4) 即使在降水条件下, 当刀盘搅动时, 砂卵石地层也存在着自稳性差, 拱顶部塌落严重的问题, 这就给更换刀具造成了困难;

(5) 清仓时, 需在刀盘开口处焊接挡板, 但挡板一转刀盘极易脱离。

3 刀具磨损情况

成都地铁开工至今, 已成功进行多次换刀作业, 下面仅选取几次有代表性的换刀情况进行说明。

盾构始发时刀具配置情况:刀盘为面板形结构 (见图2) , 焊有Hards400耐磨钢板, 开挖直径Φ6.28 m, 开口率28%, 刀盘开口能通过的卵砾石粒径240 m m, 8个泡沬 (膨润土) 喷口;配有32把单刃滚刀、4把双刃中心刀、28把正面铲刀、8把边部刮刀, 刀盘最大扭矩5 980 k N·m, 刀盘脱困扭矩7 150 k N·m。盾构始发至第一次换刀, 实际掘进距离103 m。

(1) 在YDK8+407处换刀。从刀具检查及换刀情况看, 刮刀磨损量小, 滚刀磨损量大, 其中刀盘中心位置及刀盘外圈刀具磨损严重, 最大磨损量达15 mm, 部分滚刀严重偏磨, 呈七棱角状。从此次磨损情况可以看出, 在砂卵地层中, 刀具普遍磨损严重, 一般掘进150 m左右就需更换一次刀具;滚刀主要功能为破除卵石, 磨损比较严重, 部分滚刀安装后, 不能转动, 或受大粒径卵石影响, 产生偏磨;在砂卵地层中, 刮刀主要作用为刮落滚刀松散后的土体, 磨损量较小。

此次换刀作业后实际掘进距离144 m, 并未更改刀具布置, 只是将磨损严重刀具进行了更换。

(2) 在YDK8+550处换刀。此次换刀时共有10把边滚刀发生偏磨, 其中6把磨损严重, 整把刀基本报废, 中心滚刀大部分为均磨。刮刀磨损也比较严重, 刮刀耐磨层全部磨光, 16把刮刀全部报废。上次更换的中心双刃齿刀的耐磨层已经全部磨完。刀盘背板磨损严重, 平均磨损量达40 mm, 整盘滚刀刀鼓磨损严重。

此次换刀作业后实际掘进距离220 m, 更换了磨损量大于8 mm和发生偏磨的刀具, 在中心双刃齿刀加焊耐磨焊条, 将其中4把单刃滚刀分别更换成2把双刃滚刀和2把正面齿刀。

(3) 盾构掘进220.3 m后, 在YDK14+077处换刀。开仓对刀具、刀盘进行检查, 发现所有刀具均磨损严重, 滚刀大部分为弦磨损坏, 还有少部分刀具为刀圈脱落造成刀体磨损。另外刀盘也有一定的磨损, 分别在距刀盘中心1.5 m处和2.4 m处磨出2道圆环沟槽。此次换刀情况:更换19把双刃滚刀, 24把边刮刀, 63把齿刀。

(4) 成都地铁盾构机现有刀具配置见图3。使用图3所示刀具, 一般可以掘进500 m左右, 再进行换刀作业。与始发配置相比, 增加了导流刀, 边部双刃滚刀。

4 结束语

结合成都地铁施工经验与教训, 虽然砂卵石地层为世界罕见, 盾构法施工困难, 但找到合适的刀具配置, 就可有效提高施工安全性、降低施工成本。成都地铁盾构刀具应具有如下功能:

(1) 卵石以排出为主, 刀盘采用小面板加幅条式结构, 刀盘开口率在35%~45%, 尤其加大刀盘中心的开口率, 刀盘开口呈长条矩形, 使直径小于500 mm的卵石全部进入土仓。

(2) 刀盘刀具选用耐磨先行刀和强力刮刀配置, 不再选用滚刀, 耐磨先行刀将刀盘前方的卵石层搅拌松散, 刮刀将其刮入土仓。

卵石地层 篇2

一、刀盘的磨损情况分析

1、磨损现象分析

在盾构隧道贯通后，需要检查、清洗盾构刀盘，这时，我们就可以发现有无磨损现象发生，通常情况下，盾壳和刀盘的间隙位置是最容易被磨损的，以整体角度出发，刀具和刀盘会展现出边缘侧板磨损和外周磨损大的情况，圆周中部和中心磨损小的情况。具体磨损案例如下：

首先，刀盘外圈周边容易出现磨损；其次，先行刀在刀盘辐板上容易被损坏，容易磨损先行刀安装基座，一旦这个部位没有注意，损坏会非常的严重；再次，通常会较深磨损刀盘面板，并且会有明显的凹陷存在于部分位置。

2、分析磨损因素

在盾构推力的影响下，刀具会将一定的压力带给开挖面土体，在刀盘的转动下，会有摩擦出现在刀盘前方土砂和刀盘及刀具之间，进而就会出现磨损情况。刀具磨损同刀具材质、地质条件、刀具的贯入度、时间等有关，并且随着不断增加的刀具掘削里程，在刀盘周边布置的刀具因为有较大的线速度、切削线路长，所以容折断、磨损快等情况。当外周边刀具和周边刀被磨损了之后，这样就会相应的磨损到边缘侧板和外周边。同时，在开挖时，会有将复杂的力施压到盾构刀盘刀具上面，恶劣工作环境以及盾构刀具所穿越的不同地层与磨损程度有着非常密切的联系，粉质砂土、粘质土和淤泥质砂土等地层不会过大的磨损刀具，而砂卵石土和砂土地层会加剧盾构刀具磨损，甚至还会造成盾构刀具崩齿，砂卵石地层在北京地区是一种分布非常广泛的地形地质，因此，在施工的过程中非常容易遇见，甚至还会夹杂着大粒径卵石和石块，所以，会较为严重的磨损到道具和刀盘。

二、具体的解决对策分析

通过上述的分析能够发现，在北京砂卵石地层中进行掘进的过程中，对盾构机的刀具会经常的带来损害，并且，一旦刀具损坏跟换维修起来就会非常的吃力，并且，所花费的费用和时间也较多，因此，采取有效的方式避免或者降低这种损耗是非常必要的，因此，我们可以从以下几个方面入手来降低对刀盘的损耗。

1、选择合适的刀盘形式

不同的刀具，就会有不同的切削机理，工程地质情况同盾构刀盘结构形式联系密切，有无合理的选择刀盘类型，同盾构的掘进效果有着很大的关系。所以，应该按照不同的水文地质情况将不同的刀盘型式应用到盾构机中，将类型不同的刀具配备到其中，开展有效的组合。将切削型刀具应用到软土层中，将双刃齿刀和双刃滚刀应用到软岩地层中，在对刀具配置时，可以考虑对刀具数量的增加，就是增加每一种的刀具数量，或是并用长短刀具来切削，对长短刀具不同的切削高度差进行考虑，进而能够将刀具的使用寿命提升，在磨损了长刀具之后，长刀具就可以被短刀具所取代，进而能够将刀具整体抗磨损性能提升上来，针对北京地区这种砂卵石地质构造而言，可以将双刃滚刀和切削型刀具配置到其中，也可以将刀具的数量适当的提升。

2、提升刀盘的抗磨性

在砂、卵石地层中，刀盘是极易被损坏的，尤其是辐条性刀盘外周表面、后面和前面最容易被损坏，所以，将刀盘的耐磨性提升上来，也是提升刀盘耐磨性的重要举措。提升刀盘的耐磨性，通常是选择将格栅状特别耐磨材料堆焊在刀盘板面上，在刀盘的边缘、周围也可以将格栅焊接上去，将加强钢板增加上去，提升刀盘四周及有关部位的硬度和强度，将其耐磨性提升上来，此外，应该使用抗剪性好、硬度大的钢材作为刀刃，尤其是对砂卵石层进行切削时，可以顺着刀具外表开展硬化堆焊，进而将刀具的耐磨性提升。

3、改良开挖的土体

一般在一定压力和转速下刀盘会开始挖掘土体，刀具要对极高的工作温度和压力进行承受，工作条件一旦恶劣，会将刀具的使用寿命降低。对适合的土地改良剂进行选择，并且按照地质情况，展开动态科学的管理，对土地的流塑性进行改善，不但能够降低对刀具和刀盘面的损害，同时，还能够避免切下来的碎石和泥沙对螺旋输送机和刀盘带来堵塞影响。此外，在添加了改良剂之后，对刀具会发挥出冷却和润滑的作用，将刀具的使用寿命会有效的提升上来。

4、对刀盘正反转进行使用

在掘进的过程中，盾构机应该相适应的交替应用刀盘的正反转，并且，努力确保也有着相同长度的正反转切削刀的切削长度，在一个方向上通常会长时间的转动盾构机，这样一来，不但会有偏离的现象出现在其中，同时会造成正在运行的刀具磨损到了相应的程度之后，开挖面和相反方向的刀具提升摩擦力度，从而就会引发严重磨损情况发生。所以，利用刀盘逆时针和顺时针方向的转换，这样就能够较为均匀的使用对称布置的主切削刀具，防止有相差过大的情况产生于边缘刀具磨损量中，进而才能够将切削刀具的应用寿命有效的提升上来。

结语

盾构机施工过程中，盾构刀盘刀具磨损的情况是不可避免的，然而，因为在盾构机掘进的过程中，盾构刀盘是其中的重要设备，所以，一定要应用有效的方式降低其在工作中的损耗，尤其是在北京砂卵石地层中进行施工作业时，就更应该根据当地的地质情况选择最为合理的盾构刀盘方式，定期对刀具进行检查，及时的更换不同类型的刀具，在施工前，对盾构刀盘的耐磨性进行改善，并且对于土体改良剂等措施也应该适情况而选择，从而将施工水平提升上来。

砂卵石地层钻孔桩施工技术 篇3

1 工程概况及地层特征

1.1 工程概况

潮河桥为京承高速公路 (三期) 工程, 位于北京市密云县东北方向, 横跨潮河, 为斜60度简支梁桥。钻孔灌注桩基础长为11~19 m。桩径分1.2 m和1.8 m两种。

1.2 地层特征

本桥位于两个地貌单元, 分别为剥蚀残丘和潮河河谷, 潮河河床内现况无地表径流。场地地层分布特征为:地表以下8~10 m范围内为砂卵石地层, 成分以卵石夹杂漂石为主, 漂石粒径为50~60 cm, 由于河床遭遇严重盗采和盗采后的填埋, 缺少细小颗粒;砂卵石以下为岩石, 本桥桩基均为嵌岩桩, 要求桩底进入弱风化岩2 m。由此可见:覆盖层松散易钻, 但孔壁稳定性差, 常出现塌孔、超径等等问题, 对泥浆性能要求较高, 需控制进尺;下层岩石坚硬, 冲击过程产生剧烈振动, 易造成上层卵石层失稳。

2 施工工艺

2.1 工艺原理及特点

为避免护筒下及周边卵石的稳定埋, 通过铺设混凝土及注浆等方法, 有效的连接卵石和护筒, 填充空隙, 固定上层松软层, 硬化深层松散卵石, 并对护筒周围进行加固, 防止因振动和机械等重物的压力引起坍孔。

本工艺具有以下特点。

(1) 注浆固化土体埋设护筒, 避免护筒根部及周边坍孔。

(2) 保证了钻机的稳定, 不容易出现偏位, 减少了纠偏的几率, 从而缩短了成孔时间。

(3) 在护筒和卵石层之间铺一层混凝土, 起到了很好的连接作用, 保证了护筒的稳定, 解决了护筒下卵石的不稳定问题。

2.2 施工工艺流程

钻孔灌注桩的施工, 因其所选护壁形成的不同, 有泥浆护壁方式法和全套管施工法两种, 但在施工中常用的是泥浆护壁方法。

该施工工艺流程是:挖基坑并底层铺筑混凝土→埋设护筒进行注浆→钻机就位→钻进施工→清孔→水下混凝土灌注。

2.3 施工操作要点

2.3.1 挖基坑并底层铺筑混凝土

基坑的大小根据桩径确定, 基坑的直径较护筒大1 m, 便于发挥混凝土对松散地层的凝结作用。铺筑混凝土工艺流程图如图1所示, 铺筑混凝土剖面图如图2所示。

为了达到良好的效果, 避免钻孔过程中出现塌孔现象, 提高成孔机率, 施工时注意以下事项。

(1) 混凝土的强度:根据养护的时间和条件, 当开始钻进时, 强度达到10 MPa。

(2) 混凝土的坍落度:较一般普通混凝土减少25%~30%粗骨料, 能够渗透到下层卵石中。

(3) 挖基坑的过程中, 基坑底不要被扰动, 用人工清理。

2.3.2 埋设护筒进行注浆

(1) 埋设注浆管。

由于砂卵石松散, 在钻头进入到岩石层后, 振动很大, 一层混凝土很难达到理想效果, 为了进一步加强对松散砂卵石的固结作用, 在埋设好的护筒四周进行注浆, 注浆管长度依据卵石层的松散厚度而定, 一般比护筒长0.5 m, 布置如图3所示。

(2) 注浆。

注浆材料为普通硅酸盐水泥P.O.32.5掺加10%~25%的粉煤灰, 水灰比1∶1。

注浆管采用Φ32 mm, L=2.5～3.0 m, 壁厚3.25 mm的无缝钢管。前端加工成锥形, 以便插打。前端1 m范围内钻Ф8～10 mm溢浆孔, 呈梅花形布置 (防止注浆出现死角) , 间距20 cm, 尾部1.5 m范围内不钻孔防止漏浆, 末端焊Ф6环形箍筋, 以防打设注浆管时端部开裂。

注浆量计算:

Q=πR2×h×n×α× (1+β)

式中:Q为注浆量 (m3) ;

R为扩散半径;

H为注浆段长;

N为地层空隙率;

α为地层填充率;

β为损失率。

2.3.3 钻机就位

施工过程中, 使用3台CZ-8型冲击钻, 6个钢护筒, 循环使用。

安装钻孔机的基础如果不稳定, 施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响, 因此要求安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基, 用推土机推平, 在垫上钢板或枕木加固。

为防止桩位不准, 施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机, 对有钻塔的钻孔机, 先利用钻机的动力与附近的地笼配合, 将钻杆移动大致定位, 再用千斤顶将机架顶起, 准确定位, 使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上, 以保证钻机的垂直度。钻机位置的偏差不大于2 cm。对准桩位后, 用枕木垫平钻机横梁, 并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。

2.3.4 钻进施工

(1) 泥浆护壁作用与配制。

泥浆的护壁机理主要表现在两个方面:隔水膜的形成及泥浆液态静压力。隔水膜的形成要求土层具有一定的渗透性, 否则, 很难在孔壁形成隔水膜。泥浆在液压作用下浸入土层, 在一定范围内, 泥浆凝胶体黏附在土颗粒上, 固定了土颗粒的相对位置, 在孔壁周围 (0～2 m) 形成较稳定的土层, 使土层抗剪强度增加, 从而维持了孔壁的稳定。泥浆的继续渗透使泥浆中的土颗粒逐渐填补了孔壁土层的空隙, 从而堵塞水道, 在孔壁形成泥皮即隔水膜。泥浆的液态静压力可以有效地作用在孔壁上, 且减少了渗透性, 保持了孔壁的稳定。泥浆的液态静压力可以抵抗作用在孔壁上的土压力和水压力, 并防止地下水的渗入。由此可见:泥浆具有稳定护壁作用, 首先表现为泥浆静水压力作用, 对地下水产生超压力, 起稳定平衡作用;其次表现为泥皮作用, 泥浆在孔壁上形成不透水泥皮薄膜, 阻止泥浆渗透至周围土中或者地下水侵入孔内与泥浆混合, 促进孔壁的稳定。同时, 泥浆具有抑制地层失稳的作用, 主要表现为泥浆的凝胶作用。

钻孔泥浆由水、黏土 (或膨润土) 和添加剂组成。泥浆原料宜尽可能使用膨润土, 膨润土具有密度低、黏度大、含砂量和失水量少、泥浆厚度小、稳定性强、固壁能力强、钻具回旋阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点。为了提高泥浆性能, 通常在制备泥浆时掺入少量的外加剂。外加剂一般有轻基纤维素 (CMC) 、铬铁木质素磺酸钠盐 (FcI) 、硝基腐植酸钠盐 (煤碱剂) 和Na2Co3 (纯碱) 。

不同类型的外加剂对钠膨润土泥浆滤失量的影响是不同的。根据试验配制, 不同的掺和量具有不同的粘度, 采用添加膨润土泥浆护壁, 并加入适当的纯碱。泥浆经多次试配如表1所示。

本工程中采用了水:膨润土:纯碱=100∶5∶1的比例, 施工效果比较理想。

(2) 钻孔。

钻孔是一道关键工序, 在施工中必须严格按照操作要求进行, 才能保证成孔质量, 首先要注意开孔质量, 为此必须对好中线及垂直度, 并压好护筒。在施工中要注意不断添加泥浆和抽渣, 还要随时检查成孔是否有偏斜现象。采用冲击式或冲抓式钻机施工时, 附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。所以钻好的孔应及时清孔, 下放钢筋笼和灌注水下混凝土。钻孔的顺序也应实事先规划好, 既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔, 又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。

2.3.5 清孔

钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成装置量与桩身曲直。为此, 除了钻孔过程中密切观测监督外, 在钻孔达到设计要求深度后, 对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求时, 立即进行孔底清理, 避免隔时过长以致泥浆沉淀, 引起钻孔坍塌。对于摩擦桩当孔壁容易坍塌时, 要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30 cm;当孔壁不易坍塌时, 不大于20 cm。对于柱桩, 要求在射水或射风前, 沉渣厚度不大于5 cm。清孔方法是使用的钻机不同而灵活应用。通常可采用正循环旋转钻机、反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔, 所需设备不多, 操作方便, 清孔也较彻底, 但在不稳定土层中应慎重使用。其原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。本工程采用掏渣筒清孔。

2.3.6 水下混凝土灌注

清完孔之后, 就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内, 定位后要加以固定, 然后用导管灌注混凝土, 第一车混凝土灌注时, 用较大漏斗, 并用比导管直径略小的皮球封底, 保证桩底部质量。

3 资源节约及效益

此工艺保证了桩基的成孔质量, 避免塌孔造成反复回填和钻进, 只采用少量混凝土和水泥浆, 避免了使用全护筒, 降低了施工成本约200万, 取得很好的经济效益;采用注浆加固, 保证了钻机的稳定, 减少了纠偏的机率, 从而缩短了成孔时间, 加快了施工进度, 取得了很好的社会效益;只采用少量混凝土和水泥浆, 把能源消耗降到最低, 节能环保效果好。

4 质量评述与结语

潮河桥钻孔桩施工开始, 6根桩钻孔施工过程出现了两次坍孔。针对此情况, 充分分析原因, 根据此工法施工, 克服了孔壁坍塌现象, 钻孔桩灌注质量得到有效控制。潮河桥钻孔桩施工共计72根, 经北京市质量监督站对桩的完整性检测均为Ⅰ类桩。

本研究很好的解决了在砂卵石地层冲击钻孔桩施工技术问题, 为以后类似工程积累了经验, 但必须在地质勘探基础上, 准确的判断地层结构, 才能决定具体的施工方法。

参考文献

[1] (JTJ041-2000) .公路桥涵施工技术规范[S].

砂卵石地层盾构穿越铁路施工技术 篇4

随着城市地铁建设的快速发展, 地铁穿越各式城市建构筑物的情况屡见不鲜, 作为城市之间交通铁路线路四通八达, 然而如何解决地铁线路正下穿铁路运营线路是困扰着地铁施工的一大难题。在绝大多数的情况下, 采取在线路规划许可阶段调整线路走向避让铁路。

2 工程概述

2.1 概况

成都地铁7号线东区医院站—八里小区站区间里程Y (Z) DK3+954.200—Y (Z) DK5+127.280, 线路沿八里庄路, 穿越青龙场立交桥, 在府青路站到达。左线全长1174.982 m, 右线全长1171.529 m, 最大设计坡度29.437‰。在Y (Z) DK5+761.938里程设1个联络通道兼泵房。

成都煤件厂煤专线从青龙场立交桥下穿过, 专用线和桥下公路相交处设置一宽为25m的平交道口, 既有平交道口线路中心里程为K0+350, 桥下平时车流、人流量较大。该处专用线平时行车密度较小, 一般每天1~2趟, 专用线平时行车速度较慢, 一般在40km/h以下。

2.2 工程地质

地下水无承压水存在, 主要为赋存于黏土层之上的上层滞水、第四系孔隙水和基岩裂隙水, 工程周边范围无较大地表径流存在。水位高度在地表以下7~10m。隧道上方覆土主要为:人工杂填土、黏土、中密卵石土、局部含有透镜状中砂层;隧道断面范围主要有:透镜状中砂层、强风化泥岩、中风化泥岩;下卧层主要为:中风化泥岩。

3 穿越铁路技术

3.1 地面加固

1) 盾构穿越施工前, 针对盾构影响范围内地层进行地面注浆加固, 用于控制盾构穿越施工引起地面沉降。

2) 地层为密实砂卵石地层, 地层内空隙小, 为保障浆液能较好渗透进入地层, 采用的注浆材料为超细水泥。

3) 注浆时按先灌入稀浆后灌入浓浆的原则逐渐调整水灰比。正常注浆压力为0.5~2MPa。注浆压力控制在2.0MPa以内, 并由下而上逐渐减小, 视具体情况分别采用或作适当调整。平面注浆次序, 每次都跳开一个孔进行注浆, 以防止发生窜浆现象。

间歇注浆:全孔段注浆完成后, 间歇一段时间再进行第二次注浆, 间歇时间控制在10~30min之内。

终灌标准: (1) 每孔至少进行两轮注浆; (2) 注浆孔内平均每延米累计注浆量不小于0.75m3; (3) 当注浆压力≥2MPa, 吸浆量<2.5L/min, 稳定时间≥10 min。

3.2 D型托换的基本原理

对于铁路轨道, 在轨道下方采用“板凳” (钢横梁) 将其托起。“板凳”由横梁、纵梁和托换桩基组成。

托换桩采用C20人工挖孔桩, 挖孔桩尺寸为4根2m×1.6m和2根3m×2.5m, 桩顶搭设纵梁。

3.2.1 成桩工艺

由于D型梁桩基靠近运营铁路线路, 采用旋挖钻孔、冲击钻孔对地层扰动太大, 结合成都地区的施工经验, 选择人工挖孔桩成桩。

鉴于成都地层的特殊性, 局部存在透镜体砂层, 且砂卵石下方为强风化泥岩, 水位无法直接降至泥岩下, 因此易发生流水流沙现象。在施工过程中采取高压旋喷注浆加固人工挖孔周边的流砂层, 具体是先对桩底用混凝土封底, 再对人工挖孔桩护壁周边钻孔, 深入到泥岩层中1m, 孔径148mm, 间距约0.4m, 对每一个孔进行高压旋喷注浆, 注浆压力约20MPa, 每孔注浆量约1m3。同时利用群井效应, 减少各个孔位的水流量。在开挖过程中将开挖进尺缩短 (约20~30cm) , 用长约1.5m的钢筋 (准20mm) 沿着护壁周边插入流沙层中, 钢筋间距7~10cm, 在钢筋两侧编制稻草堵砂, 每开挖20cm, 立即绑上箍筋, 安装模板浇筑速凝混凝土。通过多次循环作业, 最终将人工挖孔开挖完成。桩身混凝土采用水下混凝土灌注。

桩顶标高控制。桩身混凝土灌注至桩顶时必须控制好承台顶面标高, 并且整平承台顶面, 标高及中线误差≤±10mm。桩顶标高由以下计算式确定:承台顶面标高=既有线钢轨顶面标高-钢轨高度-横梁顶面距纵梁底面的距离。

3.2.2 抽换轨枕

清点封锁施工2h, 将主梁运到工地, 用滑车横移主梁到枕木垛上, 横移使主梁就位。

按计划位置, 先将一片主梁就位, 安装好下牛腿。另一片主梁垫高出枕木0.35m以上, 以便抽换枕木。

扒除道床, 单根抽换枕木, 安装横梁的位置应与枕木位置大体一致, 抽换枕木应按工务规则要求“六抽一”。由主梁两端向中心排列抽换, 抽一根枕木, 塞一根横梁, 钢轨下垫适当的绝缘胶板, 防止轨道电路短路, 影响信号和行车, 塞入横梁时, 要对准梁肋, 安装下牛腿和夹板, 垫好胶垫。

3.2.3 安装纵梁, 联结扣件

将横梁两端头及以外的道渣清除, 分别将纵梁安装, 并安装连接板及牛腿, 此时钢轨扣件可以临时松开, 待纵梁与横梁连接完毕后再固定钢轨扣件。安装斜杆及所有联结系统、挡渣件等。

3.3 隧道掘进控制措施

3.3.1 设备维修保养

在盾构距离铁路专线约100m时停机, 对设备进行维修保养, 确保施工时顺利通过铁路地段。维修保养的项目主要有:检查主驱动系统、人仓系统、推进剂铰接系统、油脂系统、泡沫系统、盾尾密封情况、拼装机、螺旋机、清洗注浆及膨润土管路、空气系统、液压系统、水系统等。对全部控制线路检查并紧固连接端子, 全面清理保养皮带机, 通过检查更换有隐患的部件, 确保设备的可靠运行。除此之外还要做好电瓶车、龙门吊、砂浆拌合站等全部配套设备的维修保养工作。

3.3.2 设立试验段

在距离铁路100m处设立试验段, 通过试验取得相关掘进参数, 保证盾构穿越铁路期间铁路的运营安全。

3.3.3 隧道穿越施工过程中采取的措施

(1) 合理设置土压力, 土仓压力控制在0.6~0.8MPa, 并保证出土量控制在56m3以内。 (2) 降低推进速度, 严格控制推进方向, 偏差最大不能超过正负20mm, 尽量避免纠偏, 特别是大量值纠偏。推进速度控制在10~20mm/min。 (3) 刀盘转速为0.5转/min。 (4) 注浆:推进过程中合理控制注浆压力, 以保障盾构穿越地层注浆密实;盾构推进过后进行二次注浆, 二次注浆压力为0.35~0.5 MPa。 (5) 控制好盾构姿态, 确保盾尾间隙均匀, 加大盾尾油脂压注量来防止浆液通过盾尾流失, 实际盾尾油脂量比正常推进每环多20kg。

4 结语

成都地铁7号线八里小区站—东区医院站区间在穿越成都煤件厂煤铁路专线施工过程中, 根据现场情况的变化, 不断地对施工技术方案进行优化, 合理组织施工, 有效地控制铁路专线的位移、沉降等质量问题, 满足设计及施工规范要求。为盾构穿越铁路, 提供宝贵的经验, 对同类条件下的施工提供了参考和借鉴。

参考文献

[1]刘英城.盾构机穿越高速铁路的施工[J].隧道建设, 2006 (S2) :12-13.

浅谈卵石泥岩地层桩基施工技术 篇5

1工程地质概况

1.1工程概况

该桥梁全长336.98m, 总宽24.4m, 桥面为双向四车道, 桥梁主跨采用5～55m预应力混凝土承式系杆拱桥, 基础采用ф1.2m, 1.6m钻孔灌注桩, 每墩台下8～12根, 共计72根。

1.2区域构造

本场地处于鄂尔多斯盆地地台, 场地以西2km左右具有平铜逆断层通过, 该断层为区域性断裂, 走向NNM, 倾向SW, 倾角70°, 断径为1000MC以上, 延展250多km。从区域构造角度分析, 本地区平铜逆断屋自第三系以来并没有明显活动, 上第三系地层连续沉积在两大构造单元体之间, 并没有发现构造影响痕迹, 对本工程影响不大。

1.3地质情况

场地横跨泾河河床和河漫滩, 大桥西侧桥头分别位于泾河南北岸的一级阶地, 场地平坦开阔, 最大高差3.49m。桥位区地层为上部第四系全新统第二段人工填土其下为全新统第二段冲洪积, 卵砾地层, 基底为上第三系甘肃群泥岩。

2桩基础施工工艺流程

根据本工程地质构造特点, 基础钻孔以冲击钻钻孔为主, 基础施工工艺流程如下。

2.1测量定位

对基桩中心进行放样, 差控制在10mm以内。

2.2护筒埋设

护筒采用8mm钢板卷制而成, 直径2m;高度2m计, 护筒项部高于地面30cm, 护筒埋设采用挖埋法, 护筒吊入基坑定位完成后, 外围底脚应对称, 均匀地回填黏土, 并分层夯实, 夯填时要防止护筒偏斜。

2.3冲击钻孔

在埋设好护筒后, 备足黏土, 片石 (卵石) 钻架定位并使钻锥中心对准桩位中心后, 就可以开始冲击钻进, 由于地表面土比较松散, 孔口常会坍塌, 因此在开孔阶段应低锺轻打, 孔内应多加一些黏土, 以利造浆和护壁, 必需时应重复回填, 冲击2～3遍。钻进深度超过钻锥全程后才能正常冲击, 在钻进过程中应及时排出钻渣, 并记录, 使钻锥经常冲击新鲜地层, 并根据钻渣反映的不同地质情况采用不同的冲进方法, 同时应经常添加黏工造浆护壁, 并保持孔位水头。由于在冲击钻进过程中不可避免地发生扩孔现象, 因此钻锥直径一般等于或略小于设计桩径 (1.2～1.6m) 。钻锥刃口在冲击过程中不断磨损, 特别当冲击卵、漂石时磨损更快, 要定时检查钻锥, 当钻锥磨损至比原来直径小1～2cm或刃口磨钝时, 就应及时堆焊补强, 焊补后的钻锥重新使用时, 为防止卡钻, 要先用小冲程慢慢冲击一段时间, 将孔扩大一些后, 方可用较大冲程钻进, 钻架基础不均匀下沉, 孔内有探头石, 较大孤石或遇到地层交界处, 都有可能使孔位中心偏移, 因此每个台班应检查孔位钻锥居中情况, 如发生钻锥偏斜现象, 应及时纠正, 必要时顺回填黏土和片石 (卵石) 重新钻进。

2.4清孔

当钻孔达到设计孔底标高后, 应采用检孔器检查孔径和孔的垂直度, 孔径不小于设计桩径, 孔的倾斜度小于1%, 合格后应迅速清孔, 不得停歇过久。清孔采用排浆法, 用3PN泵泥浆管沉入孔底 (加配重) , 用细捞笊把粗砂排净, 然后上部续加清水通过清砂器, 把孔内细毛砂排干净, 清孔后孔内泥浆比重为1.05～1.2;粘度17～20s;含砂率小于4%为合格。清孔过程必须始终保持孔内原有水头高度。

2.5沉放钢筋笼

清孔后应尽量沉放钢筋笼体。钢筋笼体采用分节制作, 现场拼接, 钢筋笼体运输时应保持骨架不变形, 沉放时应保持笼体在孔内居中, 焊接应满足规范要求, 同时应保持钢筋笼体标高与设计一致。

2.6灌注水下混凝土

钢筋笼沉放后, 如果孔内沉淀厚度满足设计要求, 应在最短时间内灌注混凝土, 如沉淀厚度不满足设计要求要二次清孔, 达到设计要求为止, 水下混凝土用导管进行灌注。导管用钢管制成, 内经为30cm, 导管使用前应进行水压浅验, 导管在放次使用都应对各节丝扣处涂抹润滑黄油, 更换破损“0”形密封圈, 桩基混凝土设计标号为C25, 配制强度为33.2MPa, 采用二级配混凝土为保证混凝土拌和物具有良好的和易性和延长初凝时间, 掺加了高效减水剂。为保证混凝土拌和物具有足够的流动性, 其坍落度控制在18～20cm, 灌注前导管底部应距孔底约50cm, 以保证隔水拴和首批混凝土顺利下落, 隔水栓采用袋装球形干拌水泥砂子混合物, 灌前将球置于导管内水面经上30cm左右, 用铁系牢并人工拉紧, 盖紧密封盖, 混凝土灌注采用两辆10m3混凝土运输车运料, 一小型漏斗集料。随着首批混凝土灌入的节奏, 提出密封盖, 绞断用铁丝系着的隔水栓, 这样隔水栓和首批混凝土排走导管内的泥浆至孔底, 由于是拌和运输车运料首批混凝土速度较快且体积较大, 均能成功封底, 不会出现孔内泥浆进入导管的事故, 在灌注过程中, 应该常探测孔内混凝土面位置, 探测采用双人双测的方法并据此及时调整导管埋深, 导管埋深一般不小于2m或不大于6m;拆除导管应准确记录该导管长度, 以计算导管埋深, 当灌至设计桩顶标高后, 应再超灌80cm以保证混凝土质量。待灌注完成后, 及时清除孔内残余泥浆及混凝土, 保留设计桩顶30cm以上部分, 以便在后期凿出合格桩头, 在混凝土灌注过程中, 应随机取样检查混凝土拌和物的坍落度, 和易性, 并按出基桩上、中、下3个部位取样3组试块, 1组R7、2组R8;以检查灌注混凝土的强度是否满足设计要求。

2.7基桩测试

在桩头凿除以及混凝土达到一定强度后, 即可对每根基桩进行超声波检测, 通过预埋在基桩内的3根等距声测管, 观察和分析声波在混凝土中的传播速率、振幅、频率等声学参数来检测基础的匀质性, 并用来发现工程中出现的问题。

3施工时注意事项

1) 由于地下土层有卵石层且透水性强, 冲击钻孔不宜在相邻墩位上同时进行;

2) 冲击成孔时应注意冲程与进尺的协调, 排渣的配合, 否则工程进度极其缓慢;

3) 备足片石、黏土、等材料, 特别是当钻进卵石层时, 必须加大黏土用量, 以保证排渣, 当钻进到泥岩时, 应加入片石 (卵石) 以改进进尺;

4) 做好孔口周围的防护与安全, 以防异物掉入孔内, 防止掉锥, 如掉锥应迅速打捞。

4结论与展望

桩基是桥梁工程中的关键环节, 其质量的好坏直接关系到桥梁的安全与否。桥梁桩基施工通常在地下进行, 施工过程中常常出现多种不可预见的问题。所以, 在进行桥梁桩基施工时, 除了采用正确的施工方法外, 还要求我们结合先进的施工技术和丰富的施工经验, 及时处理施工过程中出现的各种问题, 避免工程质量事故的发生。

参考文献

[1]JTG TF50-2011, 公路桥涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2011.

[2]JGJ94-2008, 建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社出版, 2008.

卵石漂石地层灌注桩施工技术 篇6

全套管护壁桩较前两种桩应用范围更广,可适用于各种土层,而且施工环境好,对周边环境无泥浆污染,特别适合于城区施工,只是其造价较高,可能两倍于泥浆护壁桩。全套管钻机是最适宜用于城市繁华地区卵石漂石地层成桩的机械,能满足城市施工对施工环境的高要求。

一、工程地质及水文地质条件

本工程为地下地铁车站,场地土层分布较为稳定,自上而下依次为人工填土、新近沉积土层、第四纪晚更新世冲洪积地层,场地存在粒径大于200mm的漂石,其分布随机性较强,漂石最大粒径不小于650mm。钻孔灌注桩尖进入砂土及碎石土的深度较大。

勘察阶段探井揭露卵石地层中最大粒径510mm。粒径大于500mm的卵石埋置深度18.8~19.9m,该层厚度为1.1m,分布状态为1个/1.2m,地层中纵向分布总量为1个,百分含量为0.1%。粒径大于300mm的卵石埋置深度13.1~23.6m,该层厚度为10.5m,分布状态为2~3个/1.2m;地层中纵向总量16个,百分含量为7.9%。粒径大于200mm的卵石埋置深度10.7~25m,该层厚度为14.3m,分布状态18个/1m,其中17.6~18.8m范围内43个,22.3~23.6m范围内39个,地层中纵向总量273个,百分含量为51.8%。

二、旋挖钻机泥浆护壁试验

根据勘察报告中的地质情况,首先考虑选用旋挖钻机进行钻孔实验,钻头选用专用于砂卵石地层的合金钻头。在东侧围护桩南端、北端各取一棵Φ1000桩作为试验桩,使用旋挖钻机泥浆护壁进行施工。选用的旋挖钻机主要参数如下:

第一根桩初次钻进深度8.5m,泥浆比重1.2;钻进速度4m/小时,出现问题:漏浆严重,泥浆供应不及,出现塌孔。现场经与监理、业主代表协商后,将钻孔回填,以防塌孔。在驻地监理主持下,项目部对初步试桩漏浆原因进行了总结,对施工参数进行了优化:泥浆比重加大到1.4;钻进速度放缓,不超过2m/小时;联系水车,保证泥浆供应。

再次试桩,钻进深度:1 3.5 m(包括初次钻进8.5m)。10m以上地层钻进较为容易,渣土中卵石粒径多为10cm以下;钻进至10m左右时,钻机进尺困难,扭矩增大,钻杆抖动加重,渣土中卵石粒径达到20~25cm,并偶见卵石断裂碎块(据此判断卵石粒径30~40cm);钻进至13.5m时,钻机采用浮动加压(自动加压)已无法进尺,改为动力图加压(强制加压)时,钻杆反弹上浮,无法钻进。钻头提出后,斗内只有少量岩石碎块,同时发现钻头侧齿已崩角。现场经与监理、业主代表协商后,将钻孔用砂土回填。召开了首棵试验桩施工分析会,综合考虑地勘报告及现场试桩情况,初步判定遇到大块漂石。

第二根桩钻进深度12.6m,泥浆比重1.6;10m以上地层钻进较为容易,每钻耗时5~6min,渣土中卵石粒径多为10cm以下;钻进至10m~12m时,钻机进尺困难(15~20min一钻),渣土中有卵石断裂碎块(据此判断卵石粒径30cm以上);钻进至12~12.6m时,钻机采用浮动加压(自动加压)已无法进尺,改为动力图加压(强制加压)时,钻头卡死,无法钻进。钻头提出后,发现钻头侧齿已崩落。

三、本工程单桩施工工艺流程

由于试验表明旋挖钻机泥浆护壁的方法不能成桩,存在较大困难。且全套管护壁成桩施工的环保效果好,渣土含水量较低,方便外运,成孔和成桩质量高,可避免采用泥浆护壁法的钻、冲击成孔时产生的泥膜和沉渣对灌注桩承载力削弱的影响,还可避免钻、冲击成孔灌注桩可能发生的缩颈、断桩及混凝土离析等质量问题及流砂问题,工程采用全套管护壁施工,施工工艺流程如下:

1.钻机就位:定位放样桩中心位置,制作井圈,作为钻机定位控制点。移动套管钻机至正确位置,使套管钻机抱管器中心对应桩位中心。

2.取土成孔:钻机就位后,将第一节管吊装在桩机钳口中,找正桩管垂直度后,磨桩下压桩管,压入深度约为1.5m~2.5m,然后用抓斗从套管内取土,一边抓土、一边下压套管,始终保持套管底口与取土深度同步进行。第一节套管全部压入土中后(套管高出导墙面1.2m~1.5m,便于接管),检测垂直度,合格后安装第二节套管继续下压取土,如此继续,直至达到设计孔底标高。检查孔底,将孔底的虚土全部清除,然后测量孔深、垂直度,直至满足设计要求。

3.钢筋笼制作和吊放:成孔检测合格后,围护桩需吊放钢筋笼:钢筋笼吊放标高,根据套管顶端标高来计算,吊放时必须保证桩顶的设计标高,允许误差为±100mm。钢筋笼下放时,对准孔位中心,采用正、反旋转慢慢地逐步下放,放至设计标高后立即固定。

4.灌注砼:砼灌注采用干孔法灌注,钢筋笼吊放完成后,安装导管(直径250mm)。无水时采用干孔浇注砼,导管距离孔底的距离≤1.5m,若孔底有水应采用水下砼浇注。

5.拔管成桩

一边浇注砼一边拔管,始终保持套管底低于砼面≥2.5m,桩顶标高误差0~50mm,钢筋笼标高误差±10㎝。

四、全套管钻孔桩的施工要点

1.孔口定位误差的控制,为了有效地提高孔口的定位精度,在地面上制作钢筋混凝土井圈,井圈定位孔的直径比桩径大20~30mm。根据现场实际情况,支护桩需分片区施工,施工范围内场地必须平整夯实,确保吊机、桩机的施工、移位,在老路面上施工,可在路面上切割出井圈即可,在绿化带及其他软地基施工时则需要另行制作井圈,必要时还需配筋(配筋量根据实际情况而定),钻机就位后,将第一节套管插入定位孔并检查调整,使套管周围与定位孔之间的空隙保持均匀。

2.桩垂直度的控制,施工前在平整地面上进行套管顺直度的检查和校正,施工时在地面选择两个相互垂直的方向采用经纬仪或线锤监测地面以上部分的套管的垂直度,发现偏差随时纠正。

3.克服钢筋笼上浮,由于套管内壁与钢筋笼外缘之间的空隙较小,在上拔套管的时候,钢筋笼有可能被套管带着一起上浮,克服方法有:钢筋砼桩砼的骨料粒径应尽量小一些;在钢筋笼底部设置钢筋砼与φ20十字型加强筋封板,以增加其抗浮能力;成孔垂直度必须达到设计要求;钢筋笼制作必须满足设计规范要求,直径应≤840mm;砼塌落度、和易性必须达到设计规范要求;浇砼时,若孔底水位较高情况下导管密封必须完好,且导管不能拔出砼面,保证导管在砼内埋深2m以上。

4.抓土装置,在卵石(孤石)直径小于30cm时可以用冲抓斗直接取出,当遇到>30cm<80cm的卵石(孤石大于1m)或孤石,在套管内外各一部分时采用“十字”冲锤破碎后取出。

五、结语

卵石地层 篇7

1 工程概况

武夷山某一项目, 地下室设计为抗浮锚杆, 抗拔力N1﹦110k N, 锚杆孔 Ф150, 锚杆1Ф28 精轧螺纹钢, 砂浆采用M30 水泥砂浆, 岩石锚杆要求进入4 层卵石层不少于2.5m, 且总长度不少于4.5m。设计锚杆总数为1270 根。工期合同规定为一个月。

2 场地工程地质及水文地质

根据地质勘察报告显示, 场地土层性质自上而下分述:

场地内地下水主要为:埋藏于 (1) 素填土、 (2) 粉土、 (3) 粉细砂、 (4) 卵石中的孔隙型潜水, (1) 素填土、 (2) 粉土、 (3) 粉细砂透水性弱, 富水性差; (4) 卵石透水性强, 富水性好。主要受大气降水、人工用水补给, 雨季接受崇阳溪水补给, 自东北向西南排泄。常水位变化幅度为2.00~4.00m。根据地区经验参数, (1) 素填土的渗透系数K=0.5 m/d, (2) 粉土的渗透系数K=0.1m/d, (3) 粉细砂的渗透系数K=1.0m/d, 据抽水试验成果, (4) 卵石的渗透系数K=20.92m/d。基坑开挖时, 地表水易于汇集, 对基础施工产生不利影响。崇阳溪现有水位约183.00m, 近5 年最高洪水位约189.20m, 地下室底板标高约186.30m, 永久抗浮水位可取最高洪水位标高189.20m。

3 施工情况

该项目在前期施工中首先选择普通的施工设备, 采用常规的钻进下套管施工工艺。由于该项目是属于全卵石钻进, 卵石层厚度大, 含量高、粒径大, 充填为泥砂显稍密- 密实状态, 地下水位高, 施工过程出现进尺难, 提钻过程塌孔的现象, 无法施工, 在更换几个地点施工后均出现这种现象。经研究考察, 最后选择MZ- 400 型液压式履带钻机潜孔锤偏心跟管钻进施工工艺。该设备进场施工后特点为:移机方便快速、钻进快、操作简单、配置人员少。

经过试验后, 根据项目的工期要求, 现场投入2 套设备施工, 套管施工深度为5m, 约每小时施工套管1 根, 由于该项目孔深较浅, 可以实行流水化和集中化作业, 成孔设备可以连续的施工, 把套管留置于锚杆孔内, 后续跟着注浆设备施工, 最后拔管设备施工。每台每天施工为20 根, 一个月施工完毕。

4 潜孔锤跟管钻进施工原理

潜孔锤偏心跟管钻进系统主要由潜孔冲击器、偏心跟管钻具、管靴、套管等构成, 主要是在潜孔锤的下端加接一偏心钻具, 当钻具下到孔底后, 顺时针方向旋转时, 扩孔器从中心偏离出来, 钻头同步旋转, 结果钻出的孔径套于套管外径, 因此套管随着钻头的前进而随之下降, 即实现跟管钻进。当钻进至稳定地层, 套管已隔住坍塌地层时, 需要提升偏心钻具, 此时将钻具逆时针方向旋转一下, 扩孔器在钻头中心轴偏心的作用下向中心收拢, 即可通过套管而将偏心钻具提出孔外。

5 施工工艺

5.1 定位

测放孔位, 采用经纬仪与红外仪结合使用的方法进行孔位测放定位。严格检测开孔钻具与设计孔位轴线方位保持一致。

5.2 钻机就位

为使孔位在施工过程中及成孔后其轴线的俯角、方位角符合设计要求, 必须保证钻机就位的准确性和稳固性。因此, 钻机安装平台要平整、坚实、不变形、不振动等。并严格检测开孔钻具的轴线与设计锚孔轴线方位是否保持一致。

(1) 准确性。 (1) 调整钻机立轴轴线和边坡岩面的接触点的高程与标定孔位一致。 (2) 调整钻孔立轴的轴线, 使其与锚孔设计中心轴线的俯角及方位角保持一致。 (3) 由技术人员测校开孔钻具轴线, 使其与孔位中心轴线方向一致, 然后才能开孔。

(2) 稳固性。 (1) 用卡固管件使钻机牢固卡牢紧稳。 (2) 试运转钻机, 再次校测开孔钻具轴线与锚孔中心轴线, 使其保持一致, 拧紧紧固螺杆。 (3) 必须随时保证施钻过程中钻机的稳固性。 (4) 设置孔口导向管或小型导向桩, 以保证施工的锚孔顺直、倾角、方位角符合设计要求。

(3) 作业前的检查。 (1) 开始作业前, 应仔细检查供气管路是否连接牢固, 不准有漏风现象。 (2) 检查油雾器内是否已装满机油。 (3) 检查各部分螺钉、螺帽、接头等是否拧紧, 钻机安装是否稳固、周正、水平。 (4) 开孔前, 反复倒置潜孔锤, 检查活塞运动是否灵活。如果活塞运动受阻, 应查明原因, 排除故障后, 才能使用。 (5) 检查供风管路及钻杆内孔是否有杂物, 并及时清除干净, 防止堵塞潜孔锤。

(4) 钻进工艺参数。钻进技术参数的选择是潜孔锤钻进的一项关键问题。其合理与否将直接影响钻进效率和经济效益的高低。主要钻进技术参数包括风量、风压、钻压与转数等。

(1) 风量。根据所选用的空压机和潜孔锤的性能, 合理确定风量。为使潜孔锤正常工作而又能排除岩粉, 要求钻杆和套管内壁环状间隙之间的最低上返风速为15m/s。如风量较小, 就难以排除孔内岩粉, 从而影响钻进效率。

(2) 风压。潜孔锤的冲击频率和冲击功能都与风压有密切关系, 潜孔锤钻进常用风压是钻进参数重要指标之一。据美国研究资料表明, 钻速和风压几乎是成正比的。风压从0.6MPa提高到1.30MPa时, 钻进效率可提高一倍。国内室内试验, 也得到类似结论。 国内生产的潜孔锤有两种:低压潜孔锤, 所需风压为0.5~0.7MPa;高压潜孔锤, 所需风压为0.8~1.5MPa。在潜孔锤钻进时, 除正常工作所需风压外, 还要加上孔深时沿程压降及克服水位以下的水柱压力。

(3) 冲击频率。当潜孔锤额定风量和额定风压均达到规定要求时, 都能达到额定冲击频率。潜孔锤一般的额定冲击频率为800~1500 次/min。

(4) 钻压。从潜孔锤破碎岩石的原理来看, 岩石主要是在冲击功作用下破碎的。潜孔锤钻进效率的高低, 主要取决于冲击功的大小和冲击频率的多少, 而钻压是保证冲击功充分发挥作用的辅助力。对某一直径的潜孔锤来说, 钻压有一个合理的范围。钻压过大, 不仅不会提高钻进效率, 反而会加速钻头磨损。例如, 使用200mm的潜孔锤, 钻压在13~16k N时钻进效率最佳。使用90mm潜孔锤, 钻压在5~6k N时钻进效率最佳。

(5) 转数。为使潜孔锤的冲击功有效地传到孔底, 钻具的转数应按潜孔锤的冲击频率和所钻岩石的性质来确定, 它存在最优冲击间隔。钻具的转数和冲击频率的配合, 应使切削具在最优冲击间隔的条件下工作, 此时钻进效率最高。

6 结论

6.1 经济效益比较

(1) 采用传统的下套管施工方法, 无法施工, 不但没有经济效益, 反而影响工程的进度, 这种工艺的施工方法无经济效益。

(2) 采用跟管钻进施工方法, 方便快捷, 进尺快, 每小时可完成一根桩, 每天每台钻机可完成20 根桩, 取得较好地经济效益和社会效益

6.2 成果

该项目设计工程量为1270 根抗浮锚杆桩。实际施工完成1270 根, 根据设计要求, 同一场地同一岩层中的锚杆试验不得少于总锚杆数的5%, 且不少于6 根。工程完成后, 经设计单位、建设单位和监理部门随机抽取64 根进行抗拔试验, 锚杆抗拔力均满足设计要求。

摘要：以武夷山的项目为例, 通过不同的施工工艺比较, 探讨在大粒径卵石地层抗浮锚杆的施工方法, 阐述跟管钻进的施工原理, 分析在大粒径卵石地层抗浮锚杆施工钻进的主要技术参数。

卵石地层 篇8

2.中铁隧道集团隧道设备制造有限公司,河南洛阳471009)

]根据成都地铁1号线盾构施工实践经验,总结了含水砂卵石地层带压进舱的技术要点。

成都地铁砂卵石地层石英含量高,刀具磨损快,据施工统计,每掘进130~200m就需进行刀具的检查与更换。由于砂卵石地层含水丰富且气密性差,很难实现敞开式检查和维修保养及刀具更换,通过人舱进行带压作业可以安全快速地解决这一难题。

1 工程概况

成都地铁1号线盾构4标段起于省体育馆站南端,止于火车南站北端,共分为省体育馆路-倪家桥-桐梓林-火车南站3个区间。左线隧道长2 328.2m,采用1台德国海瑞克土压平衡盾构施工;右线隧道长2 572.23m,采用1台德国海瑞克泥水盾构施工;2台盾构均从火车南站始发。

本标段内地表多为第四系全新统人工填土覆盖,其下为全新统冲积层黏性土、粉土、砂土、卵石土,其下为第四系上更新统冰水、冲积层为卵石土夹砂层透镜体;下伏基岩为白垩系上统灌口组紫红色泥岩。

据初勘钻探及探井揭露,漂石最大粒径为270mm;一般含量为5%~10%,局部富集成层高达20%~30%;漂石分布随机性较强,但主要分布于卵石层中下部,一般埋深6.5m以下;漂石单轴极限抗压强度最大值9 4.3 M P a,最小值92.8MPa,平均值93.7MPa。

左线土压平衡盾构在切口里程到达ZDK13+630(582环),掘进里程到达ZDK13+630.60停机,准备带压进舱换刀。本次采用带压0.8bar进舱检查更换刀具。盾构始发后至此次带压换刀时累计掘进了582环,前一次换刀后掘进了90环。

2 带压进舱原理

经过对刀盘前方地层进行处理后,在保证刀盘前方周围地层和土舱满足气密性要求的条件下,通过在土舱建立

合理的气压来平衡刀盘前方的水、土压力,达到稳定掌子面和防止地下水渗入的目的,为在土舱内进行检查刀盘刀具和更换刀具创造工作条件。其工作原理如图1所示。

3 准备工作

3.1 设备及材料准备

成都地铁砂卵石地层的气密性差,为保证土压平衡盾构带压进舱气压的稳定,除了要确保保压系统设备的完好外,还应具备大容量空压机和膨润土泥浆。

1)大容量空压机准备较大容量的空气机,以加强压缩空气的供给。成都地铁在带压进舱前准备了30m3/h的空压机。

2)地层封堵用泥浆对盾构土舱周围的土体采用泥浆进行封堵,以减少气体逃逸。封堵地层间隙的材料应严格按相关要求进行进货检验,并按要求搅拌均匀。成都地铁盾构带压进舱用于封堵的材料为泥浆,其配合比见表1。

3.2 注浆封堵

带压进舱主要应保证刀盘前方周围地层和土舱满足气密性要求,因此封堵效果及进行封堵的位置至关重要,带压进舱前主要应对以下几个部位进行注浆封堵:(1)利用盾构中体、前体上四周的润滑孔,对盾构主机周围进行注浆封堵,以防止压缩空气从盾壳与地层之间逃逸。(2)利用盾构上的加泥系统,对掌子面进行封堵。在掘进进舱里程前5环(第578~582环)时,加入泥浆对开挖碴土进行改良,以便在盾构开挖直径的四周能渗透一定厚度的泥浆,从而填充带压进舱时土舱周围土体的空隙。

3.3 碴土置换

带压进舱前确保加泥系统做好注浆准备(需要注浆口和排浆口),确保准备的膨润土泥浆量至少为土舱容量的70%。

掘进到进舱里程后,停止掘进,这时土舱内充满已得到很好改良的碴土。用泥浆置换土舱内的砂卵石,通过螺旋输送机将土舱内的碴土排空。在排碴的同时,通过加泥系统向土舱的顶部泵送膨润土稠泥浆。泥浆的压力必须高于预定的进舱气压,泥浆的压力可通过土舱内的土压传感器进行持续监测,应比地下水压力高1.2~1.4bar。当螺旋输送机出来的碴土中砂卵石含量非常少时,停止出碴,继续向土舱内注入泥浆,让泥浆充分渗透到地层,形成泥膜。为防止刀盘面板前的掌子面无泥浆渗透,可慢速转动刀盘5°~10°。

3.4 泥浆置换

启动自动保压系统,用气体置换泥浆。缓慢打开进气阀,土舱内的压力上升,气压开始上升时,启动螺旋输送机排空土舱。为保证土舱内压力的稳定,一定要将螺旋输送机的舱门开度放小,缓慢置换。

3.5 土舱气密性试验

当土舱内的膨润土泥浆排完且土舱气压稳定后,可以开始进舱作业。带压作业时,通过土舱气压来抵抗掌子面的水土压力,土舱气压的设定至关重要。过低则不能有效抵抗水土压力,泥膜将被破坏,地下水将渗入土舱内,并同时带入大量的流沙,使掌子面不稳定,易造成坍塌事故;过高则压缩空气将冲开封堵的泥膜从地层中会逃逸,易造成地面喷发事故。

进舱压力根据地下水位和地质条件确定,一般进舱压力至少应比地下水压高0.6bar。为确保带压作业人员的安全,必须合理设定土舱的气压,进舱前应进行气密性试验。成都地铁盾构4标施工时,带压进舱前进行了3小时气密性试验,见表2。开始时气压设为1bar,发现气体逃逸太快,达20m3/h;后降低至0.85bar时,气体逃逸减慢,气体补充量小,约10m3/h;降至0.8bar时,补气量较小,土舱压力最为稳定;因此进舱压力设定为0.8bar。

4 带压进舱

4.1 人舱气密性试验

人舱是作业人员出入土舱进行维修和检查的转换通道,出入土舱的工具和材料也由此通过,通常情况下人舱处于无压模式,带压作业时处于加压模式,而气密性试验是通过升压、降压试验来检查人舱门、土舱门、舱壁上各种管路是否漏气。根据现场经验,从0升压(不装消音器)至设计值不超过10min即为合格;降压操作过程中通常会出现土舱门漏气现象,造成气压降不到0,现场实践得出若降压后气压能小于0.3bar则为安全,若气压降不到0.3bar以下,则需要带压进行土舱门密封的处理。

4.2 带压进舱检查

为了进一步判断掌子面的地质情况和刀盘刀具磨损情况,首先由专业工程技术人员带压进舱对掌子面的地质情况和稳定性进行检查、确认,同时对刀盘、刀具磨损情况进行检查,确定换刀方案和各种带压换刀前的各项准备工作。

4.3 带压进舱作业

先将作业所需工具、刀具等物品全部运入主舱,以免动用准备舱。作业人员进入主舱室。带压作业中应注意作业的上部有没有孤石,如果有,要及时做出处理。成都砂卵石地层,泥膜对土舱的密闭性起着非常重要的作用。进舱做业注意不要破坏泥膜,如果破坏,应及时调泥浆修复。要经常观察泥膜有无龟裂现象,如严重,要退出再次进行泥浆置换,形成泥膜。

一般情况下,每组有效带压作业时间为3h左右(带压作业,人体很容易疲劳),工作结束后按既定的减压方案进行减压、出舱,下一组人员进舱。

换刀工作完成后,作业人员要将土舱内所有的铁制工具拿出舱外,机电技术人员要对所有的刀具安装质量进行检查,确认无误后关闭土舱门恢复推进。

5 结语

成都地铁带压进舱的技术要点主要有两方面,一是通过气压抵抗地下水土压力,阻止地下水向土舱内流动,以确保砂卵石地层的自稳;二是通过泥膜渗透来提高砂卵石地层的气密性。防止开挖面坍塌和确保开挖面地层的气密性是含水砂卵石地层带压作业安全的关键,是成都地铁带压进舱作业成功的关键。

成都地铁1号线大部分线路在成都市南北主干道下,为减少地铁施工对城市交通的影响,在成都地铁施工中进行刀具的检查与更换时,应尽量不采用对地面环境造成不良影响和严重影响地面交通的降水常压进舱作业法,而宜采用带压进舱作业。

参考文献

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