富水砂卵石地層盾構始發(fā)端頭加固技術探討

文 / 劉 翻

一、國內(nèi)外現(xiàn)狀

為確保盾構始發(fā)安全必須嚴格始發(fā)端頭土體加固質量，遏制始發(fā)突涌、沉陷等安全事故。故富水砂卵石地層獨具強水流和空隙多特殊性，在選擇合理降水加固方式和范圍尤為重要。

通常采用單一注漿法，旋噴樁加固以及凍結法或聯(lián)合加固如地連墻為主輔以降水等。本文以成都地鐵17號線明九區(qū)間1號風井端頭加固為例，探討砂卵石富水地層加固技術。

二、工程概況

（一）項目概況

成都地鐵17號線一期明九區(qū)間1#中間風井～2#風井左線1896．458m，右線1914．49m，共設聯(lián)絡通道3處。盾構始發(fā)端埋深約10．8m，采用2臺中交天和Φ8580mm復合土壓盾構機從1號中間風井始發(fā)，到2號風井接收。在地面井點降水達到要求后，采用φ108大管棚和袖閥管加固技術。

（二）地質水文

依據(jù)地勘報告，1#中間風井端頭地處川平岷江水系Ⅰ級階地第四系（Q）地層，由人工填土、黏土、砂卵石組成，砂卵石粒徑大多20～120mm，局部普遍粒徑達150mm，卵石質量比占60%～70%。

三、端頭加固方案

（一）加固原理

改變土體含水量和空隙，起到固結、穩(wěn)定、止水效果，達到加固地基目的。針對盾構始發(fā)和接收處軟弱易壓縮地層的不同情況采取多種加固方法，改變土體穩(wěn)定性，減少地基變形。

（二）加固特點

1．借助于提高地基承載力、土體抗剪強度手段，達到土體防止過大剪切變形和破壞，降低地基不均勻沉降變形概率。

2．以改善土的滲透性特性，防止土體液化滲透破壞，減小滲流量，防止土體液化為目的。

3．因地制宜制定安全、可行、經(jīng)濟的專項加固方案。

4．選擇合理方法。如單深層攪拌樁法，加固體強度、止水和抗?jié)B性均滿足設計要求。加固+降水組合方案，在滿足能施工前提下，也大大降低了安全風險。

5．應用監(jiān)測信息化技術手段，管控施工安全質量進度。

（三）加固范圍

端頭加固有利于提高土體自穩(wěn)性和水穩(wěn)性，確保了破除洞門安全與盾構順利始發(fā)。對受水流和空隙影響的富水砂卵石地層，應結合監(jiān)測增加加固范圍和注漿量，或多次注漿。

加固范圍一般為隧道上下左右各3m，加固長度始發(fā)端頭為盾構機盾尾完全進入橡膠簾布時盾構機全部在加固體并且至少還有2m在加固體內(nèi)，到達端頭為盾構機破開土體露出刀盤時盾構機已經(jīng)進入加固體2m。同時要求在加固體與圍護結構之間設置一排注漿孔，盾構始發(fā)前壓密注漿，封堵可能產(chǎn)生的施工冷縫。

（四）技術方法；袖閥管注漿

1．注漿要求。端頭地面15m×30．9m和隧道中心線以上8．3m深度范圍用Φ80袖閥管注漿加固。

2．施工方法。結合洞門處地質，地面φ80袖閥管注漿加固區(qū)域為32m×16m×89m，梅花形布置管孔，中心間距和擴散半徑分別為2m和1．5m。

（1）鉆孔。選用xY-100型鉆機合金鉆具回轉鉆成孔。按“先外圍，后內(nèi)部”，從外圍圍堵截，內(nèi)部填壓，同排隔孔鉆孔，隔孔注漿。

（2）安管。鉆孔深度達設計，清孔，灌注套殼料。套殼料用量V=1．25×π×R×HR為鉆孔半徑減袖閥管半徑差H為注漿段高度。

（3）開環(huán)灌漿。開環(huán)壓力約0．25Mpa，應根據(jù)現(xiàn)場實驗調(diào)整具體數(shù)值，以達最佳效果。開環(huán)后正式注漿。采用PO42．5普硅硅酸鹽水泥注漿液，正常注漿壓力 0．35 ～ 0．55Mpa，且在 0．6MPa以內(nèi)。吸漿小于2．6L/min，穩(wěn)壓30 min終漿。

（4）灌注料及配比。各種灌注材料配比（重量比）試驗確定，實施優(yōu)化調(diào)整。

（五）注漿監(jiān)測及異常處理

竄漿和漿液漏失嚴重等情況，都應立刻停漿，分析查找原因。

建（構）筑物上抬量不大于2mm，否則立刻停止注漿。

（六）大管棚加固施工

1．加固要求。在拱部開挖輪廓線外200mm布置管棚孔口，環(huán)向左右鋼管間距300mm，外插角1～2°范圍，洞門中心點向拱部方向120°的范圍內(nèi)為管棚加固區(qū)。注水泥漿，初擬參數(shù)：水灰比0．8∶1～1∶1，注漿壓力：0．2～0．4MPa。施工誤差：鉆孔水平容許偏距沿相鄰管方向不應大于100mm，垂直偏距沿隧道內(nèi)側方向不應大于200mm。

鋼管采用Φ108mm，壁厚0．6cm的無縫鋼管，單個管棚長為18m，分節(jié)安裝，相鄰鋼管接頭錯開大于1．0m。注漿鋼管孔口段2．0m為止?jié){段。

導向鋼管壁厚0．4cm，Φ13．3cm，長120cm。導向管應精確定位，及時糾偏。

管棚注水泥漿應結合實情及時調(diào)整，水灰比控制在 0．7 ∶1～ 1 ∶ 2 內(nèi)，注漿壓力控制 0．3 ～0．5MPa范圍。

2．施工方法。

（1）安裝導向管。導向管埋設，圍護結構段采用鉆機鉆孔，其后鋼管沿隧道周邊以1°～2°外插角直接打入圍巖。嚴格定位，發(fā)現(xiàn)偏斜及時糾偏。

（2）搭設作業(yè)平臺。管棚沿拱頂呈弧形布置，為滿足鉆機就位的需要，要搭設可調(diào)整高度的作業(yè)平臺。

（3） 鉆機安裝就位和對中。利用平臺先測量定位，再安裝鉆機。鉆孔采取跳躍鉆孔，由下到上，隔一打一。鉆孔中應確保鉆機不移位，及時監(jiān)測鉆桿角度，如有變化及時糾偏。

（4）鋼管制安。用外徑φ108×6mm熱軋無縫鋼管，分3m、4m、5m加工，兩節(jié)直接用絲扣連接。每個鉆孔的鋼管單獨配管和編號，并保證相鄰鋼管錯開搭接量不小于1．0m。用速凝水泥及其他材料堵塞鋼管與導向管間隙嚴密，進漿孔和排氣孔設置合理。

（5）清注漿管。注入清水將孔內(nèi)濃泥漿置換洗孔后注漿。清孔時間控制在15min內(nèi)，清孔合格立刻注漿。

（6）注漿充填。鉆孔先下后上，成孔注漿，全孔后退式分段注漿方式，漿液擴散半徑應大于0．5m。正式注漿前先做試驗段，取得施工配比與參數(shù)。注漿開始時漿液濃度稍低，逐漸加濃到規(guī)范設計值。注漿初終壓值分別為 0．2MPa，0．4Mpa，水灰比為0．8∶1～1∶1，進漿量20～25L/min。

3．注漿效果檢查。24h后用預留孔核檢注漿效果以便采取補救措施。如被加固土體達到1Mpa抗壓強度，小于1×10-5cm/s滲透系數(shù)，巖體RQD指標達到74～82，就達到注漿加固效果。

4．質量措施。

（1）安裝孔口管。安裝應牢穩(wěn)固準確、方向角度符合規(guī)范設計。孔口管位置偏差不大于1cm，方向偏差≤1%。

（2）成孔防偏。安機鉆進：要穩(wěn)固精確，鉆進中勤復核方向角度。宜小壓力慢速鉆進，合理控制進尺；成孔深度：應較管長或設計孔深大于0．5～1．0m鉆孔深度。注漿加固：鋼管安裝完畢驗收合格后注漿，注漿量和壓力滿足要求，穩(wěn)壓15min。當注漿超量，但仍未達到規(guī)定值，則應調(diào)漿續(xù)注至合標，方可結束注漿。材料質檢：所用主材如水泥、鋼材、砂等須抽樣送檢，檢測合格后才能使用。

5．輔助降水。編制《降水井施工專項施工方案》，完善相關審批手續(xù)。

通過將降排水檢算，布設井范圍、位置、深度和數(shù)量達到將排水效果。降水井應保持不間斷抽水，水位始終位于隧道底以下1m。

始發(fā)前一個月開始抽水，可通過洞門水平探孔判斷增降水井效果。

6．監(jiān)控量測。監(jiān)檢控制注漿加固質量，凡不達質量效果，采取二次加固手段，確保盾構安全始發(fā)。

始發(fā)前編制完善專項監(jiān)測方案和手續(xù)，采集初始數(shù)據(jù)。掘進中及時采集各點位數(shù)據(jù)。應實時監(jiān)測，如有危險事故征兆，啟動預案，采取針對性措施，直到變形數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定時，經(jīng)相關方同意后才可停止監(jiān)測。

四、結束語

通過成都地鐵盾構施工，要充分認識砂卵石、富水區(qū)地層端頭加固特殊性，要充分考慮水和卵石空隙對注漿加固效果的影響，合理調(diào)整加固范圍、深度和方式，確保盾構始發(fā)安全。