设计南京地铁某盾构隧道端头施工质量控制及盾构始发实测研究.docx

题目：南京地铁某盾构隧道端头施工质量控制及盾构始发实测研究摘要盾构始发端头地层的稳定性非常重要，这也是盾构始发风险所在。如何确定土体加固的范围，保证该阶段加固土体的强度和安全性，是盾构隧道施工中必须解决的问题。结合南京地铁绿博园站端头盾构始发工程，讨论软土地区常用加固方式，加固所采用的技术参数以及施工质量控制。通过查阅资料和初步研究，本文得出：对于软土地区，多采用水泥土深层搅拌桩+高压旋喷桩（或注浆）的加固方式，土体扰动极限平衡理论计算得出的横向加固尺寸小于构造要求，只要能够满足构造要求，土体在抵抗扰动上就有足够的安全系数。盾构始发是盾构隧道施工中的事故多发阶段，无论采取何种方法，土体加固和改良的效果是质量控制的关键，绿博园监测又在很大程度上指导着工程的进程，所以盾构隧道端头施工质量控制及盾构始发实测显得尤其重要，要特别注意盾构隧道端头加固的施工质量控制以及工程监测。关键词：盾构始发；加固土体；设计方法；安全性；质量控制；工程监测。ABSTRACTAbstract：Shield launching end formation stability is very important, this is also the shield launching risk. How to determine the soil reinforcement range, to ensure that the stage of reinforcing soil strength and safety of shield tunnel construction, is a problem that must be solved in.Combined with the shield machine launching engineering in lv bo yuan subway stations in Nanjing,its technical parameters，construction quality control and emergency measures of commom reinforcement methods used in soft soil area were discussedThrough access to information and preliminary research, this article comes to the conclusion that the reinforcement method which combined deep soil cement mixing pile and high-pressure jet grouting pile（or grouting）was most widely usedThe transverse reinforcement size calculated with the limit equilibrium theory of soil disturbance was less than construction requirements，and as long as it could satisfy the structural requirements，the soil would have enough safety coefficients in resisting disturbanceShield machine launching is accident-prone stage in shield tunnel construction and the problem must be solved in construction is how to ensure the safety and strength of the reinforced soil in order to determine the scope of soil reinforcementNo matter what method, soil reinforcement and improvement to quality control is the key.Monitoring and to a large extent, directs the engineering process.So the shield tunnel construction and quality control of shield launching test appears especially important, special attention should be paid to shield tunnel end reinforcement construction quality control and engineering monitoring.Key words：shield machine launching；reinforced soil；design method；safety；quality control； engineering monitoring.目录1盾构隧道技术的发展11.1国外盾构隧道技术发展11.2我国盾构隧道技术的发展21.3盾构隧道端头加固方法42高压喷射注浆法52.1高压喷射注浆技术的发展52.1.1起源52.1.2 国内外现状52.2 高压喷射注浆法分类62.3高压喷射注浆加固基本原理82.4高压喷射注浆工法适用范围及特征92.5工程实例123 深层搅拌桩法133.1深层搅拌法技术发展133.1.1起源133.1.2国内外现状133.2深层搅拌桩法加固型式的分类143.3深层搅拌桩法水泥加固土的原理153.4深层搅拌法的适用范围173.4.1对地质勘察的要求173.4.2适用土质与加固深度173.4.3适用工程对象173.5工程实例184盾构隧道端头加固施工质量控制194.1工程概况194.1.1工程位置194.1.2地质情况194.2 端头加固施工控制措施204.2.1绿博园站的端头井加固施工方法的选择204.2.2技术要求及工作量统计214.2.3加固强度检验方法224.2.4高压旋喷桩施工工艺及技术要求224.2.5搅拌桩质量通病防治244.2.6冻结加固方式及技术要求244.2.7施工质量控制措施265 绿博园站盾构始发实测275.1监测方案275.1.1监测目的275.1.2监测项目285.1.3测点布置285.1.4监测方法305.1.5监测频率325.1.6警报值335.1.7监测仪器335.1.8监测措施335.2始发监测结果分析345.2.1监测过程345.2.2监测情况分析355.2.3冻结计算公式395.2.4监测结论40小结411盾构隧道技术的发展1.1国外盾构隧道技术发展盾构施工技术自1823年由布鲁诺尔首创于英国伦敦的泰晤土河的水底隧道工程以来，已有170余年的历史。在这170余年的风风雨雨中，经过几代人的努力，盾构法已从一种只能在极少数欧美发达国家中才见应用的特殊技术，发展成为在发达国家中极为普通，在发展中国家中亦逐渐得到应用的隧道施工技术。 最早发明盾构法的思路是来自发明者的一个有趣的发现，英国的布鲁诺尔发现船的木板中，有一种蛀虫钻出孔道，并用它自己分泌的液体覆涂在孔壁上。1818年布鲁诺尔在蛀虫钻孔的启示下，最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并且在英国取得了该施工法的专利。1825年，布鲁诺尔用他自己的想法制成盾构，并第一次在泰晤士河施工了水底隧道。这条道路隧道的断面（11.4m6.8m）相当大，施工中遇到了坍方和水淹，加上隧道的损坏，当时处于难于进展的状态，由于初始未能掌握控制泥水涌入隧道的方法，隧道施工中两次被淹，后来在东伦敦地下铁道公司的合作下，经过对盾构施工的改进，用气压辅助施工，花了18年的时间才于1843年完成了全长458m的第一条盾构法隧道。 1865年巴尔劳首次采用圆形盾构，并用铸铁管片作为地下隧道衬砌。1869年，他用圆形盾构在泰晤土河底下建成了外径为2.21m的隧道。在盾构穿越饱和含水地层时，施加压缩空气以防止涌水的气压法最先是在1830年由口切兰斯爵士（LordCochrance）发明的。1874年，在英国伦敦地下铁道南线的粘土和含水砂砾地层中建造内径为3.12m的隧道时，格雷塞德（HenryGreathead）（18441896）综合了以往所有盾构施工和气压法的技术特点，较完整地提出了气压盾构法的施工工艺，并且首创了在盾尾后面的衬砌外围环形空隙中压浆的施工方法，为盾构法发展起了重大的推动作用。18801890年间，在美国和加拿大间的圣克莱河下用盾构法建成一条直径6.4m，长1800余m的水底铁路隧道。二十世纪初，盾构施工法已在美、英、德、苏、法等国开始推广。3040年代在这些国家已成功地使用盾构建成内径自3.09.5m的多条地下铁道及过河公路隧道。仅在美国纽约就采用气压法建成了19条重要的水底隧道，盾构施工的范围很广泛，有公路隧道、地下铁道、上下水道以及其他市政公用设施管道等。苏联40年代初开始使用直径为6.09.5m的盾构先后在莫斯科、列宁格勒等市修建地下铁道的区间隧道及车站。 从20世纪60年代起，盾构法在日本得到迅速发展，除了大量在东京、大阪、名古屋等城市的地下铁道建设中外，更多地是用在下水道等市政公用设施管道建设中。70年代，日本及联邦德国等国针对在城市建设区的松软含水地层中由于盾构施工所引起的地表沉陷、预制高精度钢筋混凝土衬砌和接缝防水等技术问题，研制了各种新型的衬砌和防水技术及局部气压式、泥水加压式和土压平衡式等新型盾构及相应的工艺和配套设备。 值得一提的是日本的盾构发展情况。日本是欧美国家以外第一个引进盾构施工技术的国家。1939年的关门隧道是日本首次采用盾构施工技术的隧道工程。由于战争及战后困难时期的缘故，此项技术一直没有得到发展。直到1957年东京地铁的丸之内线采用盾构施工技术修建了一段区间隧道，1961年名古屋地铁采用此法修建了觉王山区间隧道取得圆满成果之后，盾构施工技术在日本有了飞速的发展。在短短的20余年之内共制造了2000余台盾构，在世界上处于领先地位。日本的机械式盾构是和手掘式盾构同时研究发展起来的。1963年，大阪市上水道大淀送水管工程（总长227m）首次应用了外径2.592m（隧道外径2.35m）的机械式盾构。1964年，大阪市地下铁道2号线谷町工区（总长447m）的区间隧道中，采用了外径6.97m（隧道外径6.8m）的大断面机械式盾构。同年，在东京都下水道局神谷3丁目2区（总长668.4m）采用了外径3.4m的（隧道外径3.30m）机械式盾构，标准施工月进度达360m。1967年，日本近畿铁道难波线上本町难波间1488m区间采用了外径为10.041m（隧道内径9.90m）的机械式盾构。从此，人们对机械式盾构更为关注，使能够用于日本那样复杂地层的各种机械盾构进一步得到了发展。特别是小断面盾构，在缩短工期的研究中也取得了很大的进步。同时在软弱地基中还研制了挤压式盾构。 1993年建成的、连接英法两国的英吉利海峡隧道，全长48.5km，海底段长37.5km，隧道最深处在海平面下100m。这条隧道全部采用盾构法技术施工，英国一侧共用6台盾构，3台施工岸边段，3台施工海底段，施工海底段的盾构要向海峡中单向推进21.2km，与从法国侧向英国方向推来的盾构对接。法国侧共用6台盾构，2台施工岸边段，3台施工海底段。海峡隧道由2条外径8.6m的单线铁路隧道及1条外径为5.6m的辅助隧道组成。由于海底段最大深度达100m，因此无论盾构机械还是预制钢筋混凝土管片衬砌结构均要承受10个大气压的水压力，又由于单向推进21.2km，盾构推进速度必须达到月进1000m的速度才能在3年左右的时间内完成，因此盾构的构造及其后续设备均须采用高质量的耐磨耗及腐蚀的材料。所以该隧道的修建标志着盾构施工技术的最新水平。 近年来，日本把机械式盾构作了改进，研制出了用加压泥浆稳定开挖面的泥水加压盾构和利用开挖出的土体作平衡开挖面的土压平衡盾构。1.2我国盾构隧道技术的发展盾构隧道技术即是盾构隧道掘进技术，是随着盾构掘进机不断发展创新而不断发展的。 盾构掘进机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。 我国的盾构掘进机制造和应用始于1963年，上海隧道工程公司结合上海软土地层对盾构掘进机、预制钢混凝土衬砌、隧道掘进施工参数、隧道接缝防水进行了系统的试验研究。研制了1台直径4.2m的手掘式盾构进行浅埋和深埋隧道掘进试验，隧道掘进长度68m。 1965年，由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的2台直径5.8m的网格挤压型盾构掘进机，掘进了2条地铁区间隧道，掘进总长度1200m。 1966年，上海打浦路越江公路隧道工程主隧道采用由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的我国第一台直径10.2m超大型网格挤压盾构掘进机施工，辅以气压稳定开挖面，在黄浦江底顺利掘进隧道，掘进总长度1322m。 70年代，采用1台直径3.6m和2台直径4.3m的网格挤压型盾构，在上海金山石化总厂建设1条污水排放隧道和2条引水隧道，掘进了3926m海底隧道，并首创了垂直顶升法建筑取排水口的新技术。 1980年，上海市进行了地铁1号线试验段施工，研制了一台直径6.41m的刀盘式盾构掘进机，后改为网格挤压型盾构掘进机，在淤泥质粘土地层中掘进隧道1230m。 1985年，上海延安东路越江隧道工程1476m圆形主隧道采用上海隧道股份设计、江南造船厂制造的直径11.3m网格型水力机械出土盾构掘进机。 1987年上海隧道股份研制成功了我国第一台4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机，用于市南站过江电缆隧道工程，穿越黄浦江底粉砂层，掘进长度583m，技术成果达到80年代国际先进水平，并获得1990年国家科技进步一等奖。 1990年，上海地铁1号线工程全线开工，18km区间隧道采用7台由法国FCB公司、上海隧道股份、上海隧道工程设计院、沪东造船厂联合制造的6.34m土压平衡盾构掘进机。每台盾构月掘进200m以上，地表沉降控制达+1-3cm。1996年，上海地铁2号线再次使用原7台土压盾构，并又从法国F米T公司引进2台土压平衡盾构，掘进24千米区间隧道。上海地铁2号线的10号盾构为上海隧道公司自行设计制造。 90年代，上海隧道工程股份有限公司自行设计制造了6台3.86.34m土压平衡盾构，用于地铁隧道、取排水隧道、电缆隧道等，掘进总长度约10km。在90年代中，直径1.53.0m的顶管工程也采用了小刀盘和大刀盘的土压平衡顶管机，在上海地区使用了10余台，掘进管道约20km。1998年，上海黄浦江观光隧道工程购买国外二手7.65m铰接式土压平衡盾构，经修复后掘进机性能良好，顺利掘进隧道644m。 1996年，上海延安东路隧道南线工程1300m圆形主隧道采用从日本引进的11.22m泥水加压平衡盾构掘进机施工。 1998年，上海隧道股份成功研制国内第1台2.2m泥水加压平衡顶管机，用于上海污水治理二期过江倒虹管工程，顶进1220m。 1999年5月，上海隧道股份研制成功国内第1台3.8m3.8m矩形组合刀盘式土压平衡顶管机，在浦东陆家嘴地铁车站掘进120m，建成2条过街人行地道。 2000年2月，广州地铁2号线海珠广场至江南新村区间隧道采用上海隧道股份改制的2台6.14米复合型土压平衡盾构，在珠江底风化岩地层中掘进。 2000年，南京地铁一号线开工，南京第一台盾构机开始上线工作。 2002年3月，南京第二台盾构机土压平衡式盾构机在南京地铁一号线张府园站下井施工。 2004年12月，最大规模的盾构水下公路隧道上海崇明隧道采用超大型泥水平衡盾构，隧道长28955m，采用盾构法施工，其中盾构段长7470m，盾构隧道直径15m，内径13.7m，是世界上最大直径的盾构隧道，也是世界上最长的水底隧道之一。 2005年4月，南京长江隧道使用泥水平衡盾构，代表我国当今水下隧道建设最高水准，隧道将在水下60多米深处穿越长江，水压达到每平方厘米6.5公斤，也是全球隧道承受压力最高记录。 2010年10月，南京地铁10号线DA10-TA03标施工采用泥水平衡盾构。 中国的地铁和轨道交通历经近40年的发展，从无到有、从慢到快，已建成了一定数量的地铁，取得了显著的成就，积累了比较丰富的经验，修建技术也得到了迅速的发展和进步，但在规划、设计、施工和管理、运营等方面也有一些深刻的教训。 在修建技术上与发达国家相比也有相当的差距，有许多尚待解决的问题。我国已建和在建的城市地铁数量仅为现状规划数量的10多，远远不能满足我国经济迅速发展和人民群众日益加大的交通需求，未来地铁和轨道建设任务十分艰巨，这对我们广大地铁工作者既是大好机遇，也是严峻的挑战。 我国地域广阔，地质多样，环境各异，加之人们对地铁建设的安全、环保、质量、速度和经济要求的日益提高，对地铁建设提出了全方位的更高的要求，需要继续努力。相信，只要广大地铁工作者携手合作、不断创新，一定能够不辱使命，创造出我国地铁事业的美好明天。1.3盾构隧道端头加固方法盾构法就是利用盾构机械在地下进行隧道开挖的一种施工方法，它振动小、噪声低、施工速度快、劳动强度低，而且对周围环境影响小。在整个隧道开挖过程中，盾构始发和到达技术是其中的重要内容。端头塌方在盾构施工事故中极为常见，端头土体的稳定是主要影响因素，这就需要对端头进行加固，端头土体加固的成功与失败直接影响到盾构机能否安全始发达到。盾构隧道端头封门拆除后掌子面暴露时，端头土体容易产生滑坡坍塌和涌水。因此，必须对封门后一定范围的土体进行加固，使其强度提高，渗透性减弱。盾构隧道端头常用的加固方式有高压喷射注浆法、深层搅拌法、SMW 工法、人工冻结法、注浆法、素砼灌注桩法和降水法等。土体加固可以采用一种工法或多种工法相结合的加固手段，加固方式选择的主要依据有：土质种类（粘性土，砂性土，砂砾土，腐植土等）；加固深度和范围；加固的主要目的（防水或强度提高）；土体渗透系数和贯入次数；工程的规模和工期等。加固方式可以分为以下二大类：（1）化学加固方法（高压喷射注浆法、深层搅拌法、素砼灌注桩法等）；（2）物理加固方式（冻结法、降水法等）。对于软土地区，常用的加固方式有水泥土深层搅拌桩+高压旋喷桩，素SMW 工法桩（三轴搅拌桩）+高压旋喷桩，高压旋喷桩等。采用最多的是素SMW工法桩（三轴搅拌桩）+高压旋喷桩（或注浆）的加固方式,当受地面环境限制或具有含水砂层时，可采用水平冻结法进行加固。本文主要研究内容为：高压喷射注浆法、深层搅拌法、冻结法。2高压喷射注浆法2.1高压喷射注浆技术的发展2.1.1起源高压喷射注浆法创始于日本，它是在静压注浆法的基础上，采用高压水射流切割技术而发展起来的。它彻底改变了化学注浆法的浆液配方和工艺措施的传统做法，以水泥为主要原料。高压喷射注浆就是利用钻机钻孔，把带有喷嘴的注浆管插至土层的预定位置后，使浆液成为20Mpa以上的高压射流，从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体。部分细小的土料随着浆液冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力，离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体与桩间土一起构成复合地基，具有增加地基强度、提高地基承载力、减少地基的变形、止水防渗、减少支挡建筑物土压力、防止砂土液化和降低土的含水量等多种功能，达到地基加固的目的。120世纪60年代末，日本N，IUT公司（NakanishilnstituteTechn010gyCo，LTD）在承建日本大阪地下铁道的开挖工程中，先用冻结法因冻冰融化而改为静压注浆法，由于浆液多从土层交界而溢走，仍不能达到地基加固和止水目的，中西涉先生成功地将水力采煤技术原理应用到静压注浆中，以高压水泥浆喷射冲击土体把土打碎，浆液与土粒自行拌和，在土层中形成一圆柱状固结体，当联成群体后地基便具有了良好的加固和截水效果；虽然当时旋喷柱直径仅03035m，可它的意义重大，从此发明了高压喷射注浆法，定名为CCP工作法（ChemicalCharningPileOrPattern），我国称单管法。1973年它得到在莫斯科召开的第八届国际土力学会议（1SSMFE）各国代表的注目与好评。2.1.2 国内外现状为了不断满足大直径、低成本和快施工的需求，在20世纪70年代中期，日本又开发出JSC工作法（JumboSi）ecialGrouting工作法，我国现称二重管法），其旋喷柱直径051.0m，继而又开发出CJG工作法（ColumnJetGrouting工法，我国现称三重管法）；从20世纪；80年代开始，开发出的都是较大直径旋喷柱或者能够控制桩形的SSSMAN工作法、RJP工作法、MJS（九重管）工作法和有搅拌作用的喷射注浆的工作法，如CCPV工作法、CCPH工作法和JMM；工作法，形成了纯喷射注浆和搅拌注浆两大并列体系。；其中+以RJP工作法技术先进且设备较少，易于操作。日本始终保持着高压喷射注浆的世界领先地位，先后向欧美和亚洲许多国家作了技术输出，带动了意大利、法国、德国、美国、瑞典、俄罗斯、泰国、新加坡、韩国等国家高压喷射注浆技术的发展，虽然这些国家起步晚于我国，但发展较快在生产建设中效果很好。图2-1 旋喷固结体我国是在日本之后，研究开发和应用都较早的国家。1972年开始试验研究，70年代中期开始施工了。自1972年以来，我国近几百项工程实践均取得了良好的社会效益和经济效果，高压旋喷地基处理技术已列入我国现行的建筑地基处理技术规范 （11GJ79-2002）。高压喷射注浆法的概况所谓高压喷射注浆，就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20MPa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体。当能量大、速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时，土粒便从土体剥落下来。一部分细小的土粒随着浆液冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆上比例和质量大小有规律的重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体。固结体形状和喷射移动方向有关，一般分为旋转喷射（简称旋喷）和定向喷射（简称定喷），两种注浆形式，旋喷时，喷嘴-面喷射-面旋转和提升，固结体呈圆柱状，如图2-1所示 旋喷主要用于加固地基、提高地基的抗剪强度、改善土的变形性质，使其在上部结构荷载直接作用下不产生破坏或过大的变形；也可以组成闭合的帷幕，用于截阻地卜水流和治理流砂。定喷寸，喷嘴一面喷射一面提升，喷射的方向固定不变，冈结体形如壁状，通常用于基础防渗、改善地基上的水流性质和稳定边坡等工程。我国的绝大多数单位拥有CJG三重管的技术，拥有CCP单管和JSO二重管的单位较少。高压喷射注浆在我国垃用较广，解决了一批其他施工方法难以奏效的困难地基和复杂的工程问题，已成为我国常用的施工方法之一，列入了我，国国家标准地基与基础工程及验收规范（CB202-1983）和国家行业标准建筑地基处理技术规范（JGJ792002）和部分省市的地基处理规范中。2.2 高压喷射注浆法分类作为地基加固，通常采用旋喷注浆形式，使加固体在土中成为均匀的圆柱体或异形圆柱体。当前，高压喷射注浆法的基本种类有：单管法、二重管法、三重管法和多重管法等四种方法。它们各有特点，可根据工程要求和土质条件选用。图2-2单管旋喷注浆示意图（1）单管法，单管旋喷注浆是利用钻机等设备，把安装在注浆管（单管j底部侧面的特殊喷嘴，置人土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置，以320MPa左右的压力，把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升运动，使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合，经过一定时间凝固，便在土中形成圆柱状的固结体，如图2-2所示。日本称之为CCP工作法。图23二重管旋喷注浆示意图（2）二重管法，使用双通道的二重注浆管。当二重注浆管钻进到土层的预定深度后，通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴；同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体，即以高压泥浆泵等高压发生装置喷射出20MPa左右压力的浆液，从内喷嘴中高速喷出，并用0，7MPa左右压力把压缩空气从外喷嘴中喷出，在高压浆液流和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，喷嘴一面喷射一面旋转和提升，最后在土中形成圆柱状固结体。固结体的直径明显增加，如图2-3所示，日本称这种方法为JSG工作法。 图24三重管旋喷注浆示意图（3）三重管法，使用分别输送水、气、浆三种介质的三重注浆管。在以高压泵等高压发生装置产生20MPa左右的高压水喷射流的周围，环绕一股0.7MPa左右的圆筒状气流，进行高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再另由泥浆泵注入压力为25MPa的浆液填充，喷嘴作旋转和提升运动，最后便在土中凝固为直径较大的圆柱状固结体，如图2-4，日本称这种方法为CJP工作法。（4）多重管法,这种方法首先需要在地面钻一个导孔，然后置人多重管，用逐渐向下运动的旋转超高压水射流（压力约40MPa）切削破坏四周的土体，经高压水冲击下来的土和石，随着泥浆立即用真空泵从多重管中抽出。如此反复的冲和抽，便在地层中形成一个较大的空间。装在喷嘴附近的超声波传感器及时测出空间的直径和形状，最后根据工程要求选用浆液、砂浆、砾石等材料填充之。于是在地层中形成一个大直径的柱状固结体，在砂性上中最大直径可达4m，如图2-5所示，日本称之为SSSMAN工作法。图2-5多重管旋喷示意图以上四种高压喷射注浆法中，前三种属于半置换法，即高压水（浆）携带一部分土颗粒流出地面，余下的土和浆液搅拌混合凝固，成为置换状态；后一种属于全置换法，即高压水冲击下来的土全部被抽出地面而在地层中形成一个空洞；（空间），以其他材料充填之，成为全置换状态。高压喷射注浆固结体的形状及作用见图2-1。表2-1高压喷射注浆固结体的形状及作用加固方法喷射方法形状高压喷射注浆法截水墙法（定喷）垂直墙状（纵向截水墙）水平板状（横向截水墙）桩法（旋喷）柱列状（截水墙、挡土墙）群状（地基加固）2.3高压喷射注浆加固基本原理（2-1）高压水喷射流的性质高压冰喷射流是通过高压发生设备，使它获得巨大能量后，从一定形状的喷嘴，用一种特定的流体运动方式，以很高的速度连续喷射出来的、能量高度集中的一股液流。从流体力学知道，高压连续射流的速度和功率可按下列公式计算：（2-2）式中 v0喷嘴出口流速（m/s） p喷嘴入口压力(Pa) p0喷口出口压力(Pa) r水的重度（N/m3） g重力加速度（9.8m/s2） 喷嘴流速系数，良好的圆锥形喷嘴约0.97高压水喷射流的流量计算公式为(2-3)式中 Q流量（m3/s） u流量系数 A0喷嘴出口面积(m3) p喷嘴入口压力（Pa）r水的重度（N/m3） g重力加速度（9.8m/s2）在高压高速的条件下，喷射流具有很大的功率，即在单位时间内从喷嘴中射出的喷射流具有很大的能量。若某个力在时间t内做的功是W，则它的功率P为 （2-4） （2-5）喷射压力所做的功A，如图2-6所示，表示作用在活塞上的总压力P总pA（A为活塞承压面积）推动活塞移动距离L，即Wp总L=pAL=pV，喷射流的功率为 图26喷射流做功示意图将式（2-3）代入式（25），整理得出喷射功率计算公式：（2-6）式中 P喷射流的功率（kW） d0喷嘴直径(cm) p泵压（Pa）如果喷射流的压力分别为10106Pa、20106pa、30106Pa、40106pa和50106Pa，喷嘴出口孔径为3.0mm，喷射压力为10MPa、20MPa、30MPa、40MPa和50MPa，以136ms、192ms、243ms、280ms和313ms的速度连续不断地从喷嘴中喷射出来，则它们携带了85kW、24kW、44kW、68kW和95kW的巨大能量。2.4高压喷射注浆工法适用范围及特征高压喷射注浆主要特征以高压喷射流直接冲击破坏土体，浆液与土以半置换或全置换凝固为固结体的高压喷射注浆法，从施工方法、加固质量到适用范围，不但与静压注浆法有所不同，而且与其他地基处理方法相比，亦有独到之处。高压喷射注浆法的主要特征如下： （l）适用的范围较广旋喷注浆法以高压喷射流直接破坏并加固土体，固结体的质量明显提高。它既可用于工程新建之前，也可用于工程修建之中，特别是用于工程落成之后，；显示出不损坏建筑物的上部结构和不影响运营使用的长处。高压旋喷注浆加固地基技术，主要适用于软弱土层，如第四纪的冲（洪）积层、残积层及人工填土等。这些正是建筑物地基常出现病害需要进行处理的地层。我国的实践证明，砂类土、粘性土、黄土和淤泥都能进行喷射加固，效果较好，解决了小颗粒土不易注浆加固的难题。但对于砾石直径过大、砾石含量过多及有大量纤维质的腐植土，喷射质量稍差，有时甚至还不如静压注浆的效果。对于地下水流速过大喷射浆液无法在浆管周围凝固、无填充物的岩溶地段、永冻土和对水泥有严重腐蚀的地基，均宜采用高压喷射注浆法。从固结体的目前性质来看，喷射注浆法宜作为地基加固和基础防渗之用。按用途，可分为增加地基强度、挡土围堰及地下工程建设、增大土的摩擦力及粘聚力、减小振动防止砂土液化、降低土的含水量、防渗帷幕、防止洪水冲刷等七类工程二十个方面，实用旋喷的工程种类见表2-2。表2-2旋喷的工程种类用途喷射注浆法用途效果增加地基强度提高地基承载力整治局部地表下沉桩基础应力扩散挡土围堰及底下工程保护临近构筑物地下工程建设市政排水管道工程防止基坑底部隆起增大土的摩擦力防止小型坍方滑坡锚固基础减小振动防止液化减小设备基础振动防止砂土液化降低土的含水率整治路基翻浆冒泥防止地基冻胀防渗帷幕水库坝基防渗矿山井巷帷幕防止管道漏气地下连续墙的补缺防止涌砂冒水防止洪水冲刷防止桥渡、河堤及水工建筑物基础的冲刷（2）施工简便旋喷施工时，只需在土层中钻一个孔径为50mm或300mm的小孔，便可在土中喷射成直径为0.44.0m的固结体，因而能贴近已有建筑物基础建设新建筑物。此外能灵活地成型，它既可在钻孔的全长成柱型固结体，也可仅作其中一段，如在钻孔的中间任何部位。（3）固结体形状可以控制为满足工程的需要，在旋喷过程中，可调整旋喷速度和提升速度、增减喷射压力，可更换喷嘴孔径改变流量，使固结体成为设计所需要的形状。高压喷射注浆法所形成的固结体形状与喷射流移动方向有关，一般分为旋转喷射（简称旋喷）、定向喷射（简称定喷）和摆动喷射（简称摆喷）三种型式，如图27所示。旋喷法施工时、喷嘴面喷射一面旋转并提升，固结体呈圆柱状。图27高压喷射注浆的三种型式a）圆柱形b）壁板形c）扇形1一桩 2一射流 3一冒浆 4一喷射注浆 5一板 6一墙主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度、改善土的变形性质，也可组成闭合的帷幕，用于截阻地下水流和治理流砂。旋喷法施工后，在地基中形成的圆柱体称为旋喷桩。定喷法施工时，喷嘴一面喷射一面提升，喷射方向固定不变，固结体形如板状或壁状。摆喷法施工时，喷嘴一面喷射一面提升，喷射的方呈较小角度来回摆动，固结体形如较厚墙状。定喷及摆喷再种方法通常用于基坑防渗、改善地基土的水流性质和稳定边坡等工程。（4）既可垂直喷射亦可倾斜和水平喷射一般情况下，采用在地面进行垂直喷射注浆，而在隧道、矿山井巷工程、地下铁道等建设中，亦可采用倾斜和水平喷射注浆。（5）有较好的耐久性在一般的软弱地基加固中，浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的，能预期得到稳定的加固效果并有较好的耐久性能可用于永久性工程。（6） 料源广阔价格低廉喷射的浆液是以水泥为主十化学材料为辅，除了在要求速凝超早强时使用化学材料以外，一般钓地基工程的使层材料广阔，般使用价格低廉的425号普通硅酸盐水泥。若处于地下水流速快或含有腐蚀性元素、土含水量大或固结强度要求高的场合下，则可根据工程需要，在水泥中掺人适量的外加剂，以达到速凝、高强、抗冻、耐蚀和浆液不沉淀等效果。此外，还可以在水泥中加入一定数量的粉煤灰，这不但利用了废材，又降低了注浆材料的成本。（7）浆液集中，流失较少喷浆时，除一小部分浆液由于采用的喷射参数不适用等原因，沿着管壁冒出地面外，大部分浆液均聚集在喷射流的破坏范围内，很少出现在土中流窜到很远地方的现象。（8）设备简单，管理方便高压喷射注浆全套设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少，能在狭窄和低矮的现场施工。施工管理简便，在单管、二重管、三重管喷射过程中，通过对喷射的压力、吸浆量和冒浆情况的量测，即可间接地了解旋喷的效果和存在的问题，以便及时调整旋喷参数或改变工艺，保证固结质量。在多重管喷射时，更可以从屏幕上了解空间形状和尺寸后再以浆材填充之，施工管理十分有效。（9）生产安全高压设备上有安全阀门或自动停机装置，当压力超过规定时，阀门便自动开启泄浆降压或自动停机，不会因堵孔升压造成爆破事故。此外高压胶管（5619mm的三层钢丝裹绕高压胶管安全使；用压力达40MPa，爆破压力120MPa）是不易损坏的，只要按规定进行维护管理，可以说是安全的。（10）无公害施工时机具的振动很小，噪声也较低，不会对周围建筑物带来振动影响及噪声、公害，更不存在污染水域、毒化饮用水源的问题。2.5工程实例以广州市轨道交通三号线北延线二标盾构始发洞门端头土体加固工程三重管法为例。该工程为地铁盾构始发洞门端头土体加固工程,地点位于广州市广州大道北路段,施工项目有钻孔桩档土,还要在桩与桩之间进行止水。根据设计,止水桩必须进入粉质粘土,施工形式、旋喷采用三重管桩施工法、三重管桩施工时的深