天津地鐵盾構始發井旋噴樁加固方案研究

曾祥會

1 概述

盾構法是利用盾構機在地面以下進行暗挖隧道的一種施工方法，它具有自動化程度高、作業環境安全、施工速度快、成型隧道質量好、對周邊環境影響小等優點[1]。盾構始發和到達施工是盾構法施工技術中的重要內容。一般地，盾構始發、到達接收時首先需要拆除端頭井擋墻結構(豎井封門)，該作業施工時間較長，臨空面較大，這對圍護洞口土體穩定極為不利，因此需要在盾構始發、到達接收前對隧道洞口土層進行加固，切實有效地控制洞口周圍土體變形，從而保證盾構始發和到達的安全[2]。

已建及在建天津地鐵工程，由于盾構施工處于土建工程尾部，施工過程中的風險控制最容易忽視，盾構施工過程中風險較多。天津地鐵已建的1號線、在建的2，3號線及部分市政工程，部分盾構進出洞采用單一的攪拌樁或旋噴樁進行加固，由于旋噴樁或攪拌樁間存在縫隙，加固體不密實，造成加固體未達到設計所提的強度及抗滲要求，盾構在進出洞過程中部分區間出現了透水現象。天津地鐵3號線營口道站大里程端頭井，盾構穿越處所處地層為④1粉土、④5淤泥質粉質粘土、④2粉土、⑤2粉土、⑥2粉土層，地下水豐富，具有承壓性，盾構始發進洞處盾構覆土厚度8.3 m，盾構出洞加固采用旋噴樁結合地面注漿及水平注漿的方法，對加固方法進行改良，加固長度為9 m，范圍為管片外緣外3 m，加固體指標 qu28≥1.2 MPa，滲透系數不大于 10－7cm/s。

天津地鐵3號線營口道站位于營口道與南京路交口，是地鐵3號線與1號線的換乘站，車站3號線大里程端頭井作為營口道站～和平路站區間盾構始發井，設計采用地面旋噴加固改良盾構進洞影響土體。

2 設計施工方案

地基加固是盾構進、出洞中相當重要的部分，其目的是利用各種工藝方法來提高地基的抗剪強度，降低地基的壓縮性，改善地基透水特性、動力特性和特殊土的不良地質特性。特別是在軟土地層的地鐵隧道施工中，選擇合理的加固工藝直接關系盾構進、出洞安全。

目前常用的盾構井加固技術包括:1)井點降水法;2)高壓旋噴樁;3)深層攪拌樁;4)注漿;5)凍結;6)SMW工法等。

盾構進出洞地基加固的核心是正確選擇與實施加固的方法，選擇加固方法需考慮的因素包括:1)地基土的類別;2)加固深度;3)周圍環境條件;4)施工工期;5)施工隊伍技術素質與施工技術條件;6)設備狀況和經濟指標等。

尤其對地基條件復雜、周圍建筑物、管網密集地區，詳細調查施工區內地形及地質成因、地層狀況、分布、地下水情況、物理力學指標等，還要考慮對場地及鄰近建筑物產生的影響、占地大小、工期及用料等。因此應本著技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量的原則合理制定加固方案，才能獲得最佳加固效果。

本工程加固實施前經現場調查和人工探槽，發現在加固范圍內、橫跨線路上方有一條3.5 m×3.5 m鋼筋混凝土結構方涵，由于受方涵影響，采取傳統的地面旋噴加固需全部破除加固范圍影響段方涵，經與方涵產權單位協調，方涵改移破除難度大、造價高，破除方涵采用地面旋噴加固沒有可實施性;同時，根據地質資料，在盾構底部為粉砂和粉細砂層，該層為含水層，承壓水壓力大，若采用洞內水平旋噴加固，在結構上開孔時危險較大，容易造成涌砂涌水，且盾構隧道底部無法加固，加固范圍有限，不能滿足設計要求，因此，根據國內盾構端頭加固處理經驗，確保盾構機安全始發和出洞，同時綜合考慮現場各種因素，保證施工安全需要，采用地面旋噴加固加注漿和洞內注漿相結合的方法加固(見圖1)。

方涵影響范圍以外的土體采用旋噴樁加固，方涵下部土體采用地面注漿和洞內注漿相結合的方法加固，并對旋噴加固范圍樁間縫隙采用注漿加固，同時在盾構始發端頭設降水井。注漿加固土體質量不如旋噴樁加固質量，在盾構始發前啟動降水井，將周圍的土體疏干并且降低地下水位，降低承壓水頭高度，確保盾構始發安全。具體施工施作步驟如下:

1)方涵影響范圍以外旋噴樁加固;

2)方涵底部地面注漿加固;

3)洞內水平注漿加固;

4)降水井施工。

圖1 端頭加固平面圖

3 施工方法及主要技術參數

3.1 旋噴樁

高壓噴射灌漿是一項地下隱蔽工程施工技術，不同地質條件，不同工藝參數，形成不同的灌漿凝結體，其形狀、大小、結構、搭接及物理力學性質均不同[3]。設計施工時為確保工程質量，應在工程范圍內選擇代表性地段進行試噴，以確認或調整設計孔間距離、工藝參數[4]。針對盾構出洞所處地質條件，采用三重管高壓旋噴樁。由于三重管高壓旋噴施工時注入地層大量的水泥漿，對周圍的土體和結構產生較大的壓力。為保護主體結構和方涵安全，施工時采用分幅跳段施工，間隔距離不少于4根樁，從盾構井端頭向遠端施工，然后左右線交替施工，相鄰幅施工間隔時間不超過兩天;水泥選用優質P.O32.5號普通硅酸鹽水泥，水灰比1∶1，合理控制提升速度，做到加固均勻，并根據天津地區加固經驗，確定具體注漿參數(見表1)。

表1 旋噴加固技術參數

施工流程:

1)測量放樣，確定旋噴樁樁位和軸線，并請監理現場復核;

2)成孔:地質鉆機就位，校準垂直度，進行預成孔;

3)旋噴鉆機就位，放入鉆桿至設計底標高處;

4)依次開啟氣、高壓水、漿，在加固底標高處停留2 min～3 min，當各壓力指標達到施工要求后，按照施工技術要求提升鉆桿至加固頂標高，然后依次關閉漿、高壓水、氣;

5)移動鉆機至下一樁位繼續施工。

3.2 注漿

地面注漿采用滲透、劈裂注漿，根據方涵尺寸，分別從兩側傾斜一定角度向方涵下方加固范圍鉆孔，將注漿管分節下入孔內并連接牢固，利用水泥水玻璃雙液漿對注漿孔進行封孔，待滿足封孔的強度后開始注漿，漿液采用水泥漿，注漿過程中通過注漿壓力、注漿量判斷注漿實施效果，并根據注漿壓力及注漿量緩慢上提注漿管，注漿技術參數如下:

擴散方式:滲透～劈裂;漿液擴散半徑:0.5 m;注漿孔間距:0.7 m;注漿壓力:2 MPa～3 MPa;注漿速度:10 L/min～20 L/min。

漿液基準配比:水泥漿:水∶水泥 =(0.75～1)∶1;水玻璃:35 Be';水泥漿∶水玻璃=11∶1(體積比)。

4 實施效果

經對加固體取芯檢測，加固體強度達到設計要求，并經洞內水平探孔試驗未見地下水滲出，滿足盾構始發條件。

5 結語

旋噴樁加固存在的最大問題就是樁間搭接問題，樁間存在縫隙，易滲水，注漿工藝可以彌補旋噴樁工藝的缺陷，高壓水泥漿無孔不入，填補旋噴樁間縫隙，形成質量較好的加固體[5];同時在旋噴樁無法施工的區域也可采用注漿加固的方法實施，從實際效果看加固強度及抗滲效果能滿足盾構進出洞的加固要求，因此采用旋噴樁結合注漿加固是一種造價低、工藝簡便的加固方法，加固風險較低，效果也較易保證，適合在地下水較豐富、地層條件較差的地區使用。

[1]張鳳祥，朱合華，傅德明.盾構隧道[M].北京:人民交通出版社，2004.

[2]汪茂祥.盾構洞門加固方法[J].工程機械與維修，2008(4):110-114.

[3]李 剛，廖勇龍，董建軍，等.高噴法[M].北京:中國水利水電出版社，2006.

[4]趙立鋒，付黎龍.富水軟弱地層盾構隧道施工端頭加固技術研究[J].鐵道標準設計，2008(9):83-85.

[5]胡新朋，孫 謀，王俊蘭.軟土地區城市盾構施工端頭土體加固要求探討[J].隧道建設，2006，26(5):11-13.