盾構(gòu)端頭水平加固施工技術(shù)研究

李月文

（中鐵二十二局集團(tuán)軌道工程有限公司，北京 100000）

1 工程概況

江嶺站-東縱站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。區(qū)間最小線間距10.1 m。區(qū)間縱斷面采用“V”字坡，出江嶺后左右線以分別以4.389‰、4.406‰上坡接入東縱站。區(qū)間最低點(diǎn)至江嶺站采用水溝反坡將廢水排至車站內(nèi)部集水坑。區(qū)間穿越的地層主要有：6-3-5卵石層、6-3-2中粗砂、6-3-3礫砂、6-6含礫粉質(zhì)黏土。區(qū)間覆土厚度為4.7～11.43 m，其中下穿赤坳河段段覆土最小。區(qū)間左右線均從江嶺站大里程端始發(fā)，東縱站小里程端接收。為保證盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞的安全、正常的掘進(jìn)方向、洞口的止水要求，在盾構(gòu)進(jìn)出洞前應(yīng)在一定范圍內(nèi)的地層進(jìn)行加固和止水。本區(qū)約間江嶺站為盾構(gòu)始發(fā)端頭，在車站內(nèi)實(shí)施TSS后退式水平注漿，長(zhǎng)度6 m。本區(qū)間東縱站為盾構(gòu)接收端頭，采用?600@450雙管旋噴樁加固方式，加固長(zhǎng)度L為8 m，隧道頂以上3 m，隧道底以下2 m。具體加固范圍如下圖：

圖 1 江東區(qū)間始發(fā)端端頭加固平面圖

圖 2 江東區(qū)間始發(fā)端端頭加固剖面圖

1.1 盾構(gòu)區(qū)間端頭加固的目的

盾構(gòu)始發(fā)和接受。斷裂破壞結(jié)束半年后，土壤應(yīng)力暴露作用結(jié)束，地層應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生平衡化破壞，土體結(jié)構(gòu)、荷載作用和應(yīng)力分布變化，端部段土體還可能同時(shí)發(fā)生應(yīng)力滑移或破壞。對(duì)于含松散的砂土、粉土、飽和細(xì)軟土塊等自失穩(wěn)性時(shí)間一般較圍巖短一些的軟弱土，必須采取措施加強(qiáng)軟弱地基體系的加固。最后一步的地層爆破加固法的成功實(shí)施，是為了有效防止臨時(shí)圍護(hù)巖體結(jié)構(gòu)造成的地層爆破的振動(dòng)破壞效應(yīng)，土壓力的合理建立，可以改善使開(kāi)挖圍巖具有自身結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定性能和有效防止巖溶地下水層的大量流失，防止開(kāi)挖巖面崩塌、地面沉降、塌陷等。結(jié)束加固工作的一個(gè)主要目的可達(dá)到以下幾點(diǎn)：（1）加固土的整體穩(wěn)定性滿足要求，其中包括：加固土的整體穩(wěn)定作用下的振動(dòng)穩(wěn)定性，即當(dāng)振動(dòng)干擾對(duì)洞門破壞土的影響。土體的靜力穩(wěn)定性，包括施工周期的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。（2）加固土以滿足強(qiáng)度要求。（3）加固土以滿足堵水和滲透的要求，特別是對(duì)富水砂土層。（4）加固土以滿足變形特性的要求。端部土體加固是盾構(gòu)施工和技術(shù)的核心環(huán)節(jié)，端部的破壞和倒塌是盾構(gòu)施工中常見(jiàn)的事故。終端的地質(zhì)、管道狀況深入調(diào)查深入調(diào)查的前提下，對(duì)端頭加固方法的選擇，對(duì)加固范圍的確定，對(duì)加固效果的準(zhǔn)確判斷和必要的檢測(cè)是盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)成功的關(guān)鍵。

1.2 主要加固方法對(duì)比

不單論具體采用的哪幾種地基施工工法，都還必須仔細(xì)考慮到地基條件、施工作業(yè)方法、周圍工作環(huán)境情況，充分研究掌握好各種基礎(chǔ)施工技術(shù)方法本身的基本特點(diǎn)后而慎重加以采用。對(duì)各種工法特點(diǎn)、適用的條件及它們對(duì)工程環(huán)境的影響、安全性、工期要求與施工造價(jià)要求進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比。

（1）深層攪拌樁法（SMW）。這種填埋方法它的兩個(gè)主要經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)是對(duì)環(huán)境污染危害小，廢土外運(yùn)量比較??；施工抗?jié)B性很好；并且施工中噪聲衰減小、振動(dòng)噪聲小，對(duì)人體環(huán)境健康影響很小等等；水泥土的后期開(kāi)挖強(qiáng)度相對(duì)增長(zhǎng)較快，給后期盾構(gòu)工切削開(kāi)挖土體時(shí)帶來(lái)一些困難，適用于各種復(fù)雜土質(zhì)。土體材料的沖擊強(qiáng)度高、抗?jié)B性也好，較為牢固安全，而且建設(shè)工期普遍較短，造價(jià)水平相對(duì)亦較低。

（2）高壓旋噴樁法。這種新支護(hù)方法有明顯突出的巖土工程特點(diǎn)，即支護(hù)施工及設(shè)備構(gòu)造較為簡(jiǎn)單、操作也比較直觀方便、施工過(guò)程所須占用的空間面積會(huì)相對(duì)較小，節(jié)約很多資源，也可調(diào)整旋壓噴砂注漿機(jī)系統(tǒng)參數(shù)值或通過(guò)直接或改變澆注混凝土工藝，可實(shí)現(xiàn)基本的保證已澆加固樁體質(zhì)量精度要求達(dá)到一致精度；并且還能可控制支護(hù)樁體位置傾斜方向范圍和水平垂直傾斜范圍，搭接方式相對(duì)更加緊密且穩(wěn)定可靠，因此可很適合用于加固國(guó)內(nèi)大部分地層邊坡。然而當(dāng)水澆混凝土加固在邊坡深度大于面基高約15 m以上條件情況下的使用邊坡時(shí)，難以達(dá)到充分并保證地基與樁體表面垂直的一定的垂直度。這種混凝土工程方法對(duì)所能加固的邊坡土體強(qiáng)度系數(shù)雖已很高，但由于自身的抗?jié)B擊的性能仍差。工期有可能較短，但其造價(jià)較高。

（3）注漿法。這種支護(hù)方法因施工的設(shè)備較為簡(jiǎn)單，便于工人操作，造價(jià)也低。由于占地面積相對(duì)小，噪聲壓低和設(shè)備振動(dòng)噪聲小，由于對(duì)設(shè)備周圍地形環(huán)境條件影響也小些，土體的加固與質(zhì)量尚不能充分保障，所以在泥水平衡盾構(gòu)中不宜采用。而且由于這種施工方法對(duì)加固層質(zhì)量都不能完全保證，不宜用于單獨(dú)建筑使用，風(fēng)險(xiǎn)較大。

（4）凍結(jié)法。凍土強(qiáng)度高，止水性能比較好。改良效果好，但是施工維護(hù)周期太長(zhǎng)、造價(jià)很高。凍土優(yōu)良的耐融沉性能力和耐凍脹性，對(duì)施工地面的沉降力影響范圍較大，同時(shí)適用于施工高水壓砂層，在越江工程隧道設(shè)計(jì)中已較多采用。凍結(jié)土質(zhì)量安全有一定保證，強(qiáng)度結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)抗?jié)B水性能均好，施工時(shí)比較容易且安全。但是由于工期很長(zhǎng)，造價(jià)高。

（5）降水法。這種開(kāi)采方法井點(diǎn)的布置相對(duì)靈活、操作較方便快捷，施工的操作過(guò)程快，見(jiàn)效也快一些，能降低開(kāi)采地下水并對(duì)地面的沉降量有直接影響，還可供多次重復(fù)使用，造價(jià)低，個(gè)別井管故障不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)。安全性等級(jí)較高，降低建筑物地下的水位，可供與工程其他水工建筑配合起來(lái)使用。而且施工快，造價(jià)低。

（6）關(guān)于土壓盾構(gòu)與泥水盾構(gòu)的考慮。第一，土壓平衡式盾構(gòu)，對(duì)于不穩(wěn)固的土層巖石（土）的構(gòu)造不適宜，可采用開(kāi)式網(wǎng)格法進(jìn)行降水控制。第二，要確保土壤壓力的穩(wěn)定性。在盾構(gòu)工程中，土壤土壓力平衡問(wèn)題是一個(gè)很大的難題，必須對(duì)土壤的地質(zhì)情況進(jìn)行分析，并對(duì)其進(jìn)行有效的控制。第三，是泥水平衡盾構(gòu)，不穩(wěn)固的軟質(zhì)地表，由水砂層、粘土層、沖積層組成。通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的分析和對(duì)比，提出了在不同地質(zhì)條件下，如何選擇不同的盾構(gòu)形式，這是今后的一個(gè)重要課題。

（7）始發(fā)臺(tái)、盾構(gòu)機(jī)體進(jìn)行加固處理。在施工中，對(duì)于始發(fā)平臺(tái)和盾構(gòu)本體的加固，是因?yàn)槭及l(fā)平臺(tái)在啟動(dòng)時(shí)，會(huì)受到縱向和橫向的推力和限制其轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，從而確保了整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程的順利進(jìn)行。由于盾構(gòu)始發(fā)工程需要有后支承，所以在隧道和結(jié)構(gòu)的內(nèi)襯中使用了管片作為后部支承系統(tǒng)，而盾構(gòu)的后部是7個(gè)負(fù)環(huán)的管片。在負(fù)環(huán)后的第一個(gè)圈內(nèi)設(shè)有鋼條，后面的支撐強(qiáng)度都經(jīng)過(guò)了檢驗(yàn)。在完成一定距離后，在達(dá)到要求的反力后，將負(fù)環(huán)拆除。

因?yàn)樗淼莱鋈肟诤投軜?gòu)（或襯砌）之間有施工間隙，容易導(dǎo)致泥漿、水分的損失，進(jìn)而導(dǎo)致地面塌陷，必須在隧道入口處設(shè)置啟閉式止水器，其起動(dòng)結(jié)構(gòu)由簾布橡膠墊塊、圓環(huán)擋板、折疊底板及其相應(yīng)的連接緊固螺釘、墊塊構(gòu)成。按簾布橡膠墊塊、弧形板、折疊底板，從上至下順序進(jìn)行。在安裝時(shí)弧形板的壓板螺釘連接須可靠擰緊，以使簾布與橡膠墊塊更貼近洞門，以避免在盾構(gòu)始發(fā)后的同步注漿中漿液滲漏。

2 TSS后退式水平注漿施工技術(shù)

2.1 施工方法

2.1.1 注漿管布設(shè)

首先架設(shè)作業(yè)平臺(tái)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诠ぷ髅嫔蠈⒆{管孔位用紅色油漆標(biāo)出，用0.5 m立桿按開(kāi)孔位置相對(duì)坐標(biāo)，相對(duì)距離定位技術(shù)進(jìn)行鉆桿定位，采用YT—28風(fēng)鉆（或7655風(fēng)鉆），用1 m鉆桿對(duì)地連墻進(jìn)行鉆穿引孔。鉆進(jìn)時(shí)要使用一次性鉆頭。手持風(fēng)鎬，利用作業(yè)平臺(tái)，用沖擊套將注漿管頂入地層，注漿管外露10～20 cm。注漿管布設(shè)后，使用棉紗加速凝水泥砂漿將注漿管周圍填封，以避免注漿施工中產(chǎn)生返漿。解決砂卵石地層注漿管成孔、布管過(guò)程中涌水涌沙問(wèn)題。鉆孔前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放線定位，避開(kāi)地連墻玻璃纖維進(jìn)行鉆孔。部分與圍護(hù)結(jié)構(gòu)沖突部分采用斜向打設(shè)。

2.1.2 配置漿液

（1）超細(xì)水泥漿的配制。根據(jù)預(yù)配制水泥漿的體積，根據(jù)水灰比和緩凝劑摻量計(jì)算出應(yīng)需要的超細(xì)水泥、水和緩凝劑的用量。根據(jù)用量，首先在容器中加入水和緩凝劑，強(qiáng)力攪拌，待緩凝劑充分溶解后，加入超細(xì)水泥，強(qiáng)力攪拌，混合均勻。（2）水玻璃漿的配制。在濃水玻璃中加入水，加水的同時(shí)還要攪拌和用玻美計(jì)測(cè)試其中濃度，以達(dá)所需要的稀釋濃度為止。施工中使用水玻璃濃度為35Be’。

2.1.3 注漿作業(yè)

注漿管全部布設(shè)完成后，開(kāi)始進(jìn)行注漿作業(yè)。采用TSS型注漿管配套設(shè)備，采用雙液注漿泵，采取后退式分段注漿工藝進(jìn)行注漿作業(yè)。

后退式分段注漿工藝：將帶有止?jié){塞的芯管和頂管連接后插入到注漿管相應(yīng)位置，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)芯管上的法蘭盤，使止?jié){塞膨脹，達(dá)到止?jié){效果。連接注漿管路，用雙液注漿泵向孔內(nèi)注漿，每次注漿段長(zhǎng)選擇為0.5 m，即第一段注漿完成后，反時(shí)針旋轉(zhuǎn)芯管上的法蘭盤，使止?jié){塞恢復(fù)到原狀，將芯管后退0.5m，進(jìn)行第二段注漿，如此下去，直至將整個(gè)注漿段完成。

應(yīng)特別注意后退式分段注漿對(duì)止?jié){塞的損壞程度，如果在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)止?jié){塞存在問(wèn)題，應(yīng)立即更換，以免引起注漿管堵塞，造成芯管無(wú)法拔出，影響正常施工。

2.2 施工工藝技術(shù)要求

（1）鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)采用一次性鉆頭、水平套管跟進(jìn)鉆進(jìn)或手持風(fēng)鎬將注漿管頂入地層，TSS管布設(shè)后，采用棉紗+速凝水泥砂漿將TSS管周圍封填，以解決砂卵石地層注漿管成孔、布管過(guò)程中涌水涌沙問(wèn)題。鉆孔前需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放線定位，避開(kāi)地連墻玻璃纖維進(jìn)行鉆孔。部分與圍護(hù)結(jié)構(gòu)沖突部分采用斜向打設(shè)。（2）注漿順序采用“先周邊、后中間”，隔孔注漿，加固土體強(qiáng)度不小于0.8 MPa，采用單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，注漿壓力逐步升高，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并穩(wěn)定10 min，注漿量不小于設(shè)計(jì)注漿量80%。 （3）在套管拔出距孔口3 m左右時(shí)，停止拔出，在該部位低壓注漿。注漿結(jié)束后將套管完全拔出，在距孔口1 m左右用棉紗+水泥砂漿填充注漿管與鉆孔之間的間隙?？卓谟盟倌嗌皾{抹平。（4）TSS水平注漿應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)施工前完成。注漿時(shí)應(yīng)保證低壓力、間歇式注漿?？拷鬯艿淖{孔注漿時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制注漿壓力，注漿前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定合適的注漿參數(shù)，注漿時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制注漿壓力，并根據(jù)主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)及污水管監(jiān)測(cè)結(jié)果做出適當(dāng)調(diào)整。（5）污水管施工保護(hù)措施：在盾構(gòu)推進(jìn)前需進(jìn)行抽排處理。污水管變形控制標(biāo)準(zhǔn)：沉降控制值為10～20 mm（累計(jì)值），變化速率為2 mm/d。

3 結(jié)語(yǔ)

地鐵隧道盾構(gòu)端頭水平加固施工技術(shù)需要掌握各項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)，注意提高技術(shù)管理能力，對(duì)各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)的管理優(yōu)化。盾構(gòu)端頭水平加固施工技術(shù)是現(xiàn)代地鐵車站工程施工中的一種先進(jìn)施工技術(shù)。復(fù)雜地層條件下應(yīng)用盾構(gòu)端頭水平加固施工技術(shù)時(shí)，可以根據(jù)工程地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合適的施工方式。同時(shí)，施工單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)端頭水平加固施工技術(shù)的研究，根據(jù)地鐵車站工程的實(shí)際情況制定科學(xué)合理的施工技術(shù)方案，準(zhǔn)確把握各施工環(huán)節(jié)的技術(shù)要點(diǎn)，提高施工操作的標(biāo)準(zhǔn)化和準(zhǔn)確性，確保施工質(zhì)量和安全，從而為地鐵車站工程建設(shè)提供重要的技術(shù)支持，促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代城市地鐵系統(tǒng)的快速發(fā)展。