特殊地層下盾構始發端頭加固技術實例研究

曾 暉，楊 平，胡 俊

(1.五邑大學 土木建筑學院，廣東 江門 529020;2.南京林業大學 土木工程學院，南京 210037)

特殊地層下盾構始發端頭加固技術實例研究

曾 暉1，2，楊 平2，胡 俊2

(1.五邑大學 土木建筑學院，廣東 江門 529020;2.南京林業大學 土木工程學院，南京 210037)

歸納了盾構隧道端頭常用的土體加固方式，并結合南京地鐵岔路口站北端頭盾構始發工程，提出了在特殊地層下端頭的加固方式以及相應的施工工藝和質量保證措施。實踐表明，對特殊地層采用素鉆孔灌注樁擋土+樁間旋噴止水的加固方式效果良好。

盾構始發 南京地鐵 特殊地層 加固方式

自從1990年上海軌道交通1號線采用土壓平衡式盾構機施工以來，盾構法在我國城市地下軌道交通領域使用已近20年。盾構始發是盾構隧道施工中的事故多發階段，存在著較大的施工風險，合理選擇隧道端頭土體的加固方式是保證盾構始發施工非常重要的環節[1]。地質條件的不同，決定了土體加固形式的不同，而且周圍環境要求又會制約加固方法的選擇。根據在各類地層條件下的施工經驗及《巖土工程勘察規范》中對巖土的分類，可將全國絕大部分盾構始發端頭地層分為以下幾類:軟土層、砂性土層(特別是含水砂層)、巖石層、特殊地層。

特殊地層包括硬塑黏土層、高密實度砂土層、強風化泥巖等地層，該類地層兼具巖層和土層的某些特性，在施工中處理方法也較為特殊。對于特殊地層，常規的攪拌樁、旋噴樁等加固方式無法達到理想的加固效果，但由于其強度指標不能滿足盾構始發要求，又需要采取措施達到擋土、止水的作用，在盾構始發時需要采取較為特殊的加固方式。

1 盾構隧道端頭常用的土體加固方式

盾構隧道端頭常用的加固方式有深層攪拌法、高壓噴射注漿法、SMW 工法、人工凍結法、注漿法、素混凝土灌注樁法和降水法等，土體加固可以采用一種工法或多種工法相結合的加固手段。加固方式可以分為以下兩大類:

1)化學加固方式(深層攪拌法、高壓噴射注漿法、注漿法、素混凝土灌注樁法等);

2)物理加固方式(凍結法、降水法等)。

對于軟土地區，常用的加固方式有水泥土深層攪拌樁+高壓旋噴樁，素SMW工法樁(三軸攪拌樁)+高壓旋噴樁，高壓旋噴樁等(圖1)。當受地面環境限制時，可采用凍結法進行加固[2-3]。

圖1 軟土地層常規加固方式(單位:mm)

在砂層中進行加固，主要采用素SMW工法樁(三軸攪拌樁)+高壓旋噴樁 +深井降水，高壓旋噴樁+深井降水等加固方式(圖2)。當不能通過降水井進行抽水，且在開探孔時發現漏水、漏砂現象時，可采用地層加固+凍結的加固方式[4]。

圖2 砂性土層中常規加固方式(單位:mm)

在遇到全斷面巖石地層時，其強度遠遠大于攪拌樁或旋噴樁的加固強度，無需進行加固。但巖石地層多有裂隙發育，為了封堵裂隙水，可采用分層注漿的加固方式。對于特殊地層，在盾構始發時需要采取較為特殊的加固方式。

2 工程概況

岔路口站為南京地鐵一號線南延線TA05標段內車站，TA05標段范圍為南京南站～岔路口站，區間始于位于規劃玉蘭路下的地鐵南京南站南端，線路沿規劃玉蘭路以400 m半徑曲線東拐后前行，再以350 m半徑曲線南拐進入寧溧路地下至岔路口站北端。根據地層及周邊環境情況，聯絡通道采用礦山法施工，區間采用盾構機掘進。為保證盾構始發安全掘進，需對岔路口站北端土體進行加固。

岔路口站北端地層分布從上至下為:①-1雜填土、①-2b2-3素填土、①-3b4淤泥質填土、①-1b2-3粉質黏土、②-2b4淤泥質粉質黏土、②-3b2-3粉質黏土、③-3-1b1-2粉質黏土、③-4e粉質黏土夾礫石、J3x-1強風化泥質粉砂巖、J3x-2中風化泥質粉砂巖。加固施工區存在③-3-1b1-2粉質黏土層這一硬塑粉質黏土層，無論采用攪拌樁還是旋噴樁，加固效果都不理想[5-6]。

本區間場地地下水主要為孔隙潛水，賦存于①層和②層土中，而③層土為相對隔水層。地下水位取地面下1.0 m。場地土層以黏性土為主，透水性較差。風化基巖雖發現部分裂隙，但裂隙多呈閉合狀或為泥質充填，其透水性差。

3 盾構始發端頭土體加固施工

3.1 實際采用的加固方式

根據盾構始發端頭加固專家評審會的意見，為保證盾構機安全始發，綜合工程技術要求、施工場地、周邊環境及經濟效益等因素，決定采用以下加固方式:在始發段最內側施工一排素混凝土樁。素混凝土樁形式為φ 1 000@1 200 mm，采用 C15混凝土，樁長范圍為洞門下3 m至地面。素混凝土樁與圍護結構間隙采用高壓旋噴樁進行加固。高壓旋噴樁樁徑為800 mm，與素混凝土樁搭接200 mm，水泥摻入量為400 kg/m3，高壓旋噴樁起止水作用，加固深度至洞門下3 m。先施工素混凝土樁，按照“跳一打一”的辦法施工，再施工高壓旋噴樁。加固方案平面布置如圖3所示。

圖3 加固方案平面布置(單位:mm)

3.2 素混凝土樁施工工藝及質量保證措施

本工程素混凝土樁采用鉆孔灌注樁形式，施工機械采用SR型旋挖鉆機成孔。根據場地地質條件，采用干成孔作業法施工。整個工藝分成孔與成樁兩大部分:成孔部分包括回轉鉆進成孔;成樁部分包括導管安放，灌注混凝土。采用商品混凝土，分段跳打施工。

3.2.1 施工工藝流程

定軸線、樁位→鉆機就位→成孔→安放導漿管→灌注混凝土→成樁→鉆機移位→回填樁孔。

3.2.2 確保成樁質量

1)鉆頭外徑不小于設計樁徑，并應經常檢查鉆頭直徑，防止出現縮徑。

2)預防孔斜措施:①鉆機定位要準確、水平、穩固，定位后要墊實，以保證鉆機平衡運行;成孔過程中，鉆機塔架頭部滑輪組邊緣、轉盤中心、鉆孔中心應始終保持在同一鉛垂線上，如發現異常，立即調整，確保樁孔傾斜率小于1/200。②初始鉆進時應爭取低參數鉆進，同時應根據不同的軟、硬土層變化，合理選擇鉆進參數。③操作人員、機長、施工員應加強鉆進過程中的監測，發現有異常現象及時處理糾正。④根據情況抽查成孔后的孔徑及垂直度。

3)在鉆進過程中應適當串動鉆具，上下掃動，以便將孔內黏泥塊掃走裝入鉆斗內并使孔拉直。

4)在傾斜的堅硬地層鉆進時，應吊住鉆桿，控制進尺，低速鉆進，防止孔身偏斜。

5)預防縮徑措施:①根據孔徑的測試結果，及時調整鉆頭的規格和鉆進方法;②操作人員應注意鉆具提升過程，如發現有受阻現象，必須重新復鉆。

3.2.3 確保混凝土施工質量

1)工程開工前，技術負責人必須按審定的“施工組織設計”對有關人員做好混凝土施工的技術交底工作。

2)把好質量關，不符合要求的材料不得使用。原材料應提供質保書，并按規定進行原材料試驗工作。

3)混凝土初凝時間宜控制在6～8 h。

4)混凝土灌注過程中應勤測混凝土頂面上升高度，隨時掌握導管埋入深度，避免導管埋入過淺或過深。

5)混凝土灌注的充盈系數不得小于1.0，也不宜大于1.3。6)混凝土坍落度應嚴格按設計或規范要求控制。7)灌注過程中，應認真做好灌注原始記錄，并及時分析整理。

8)施工中要做到施工質量4檢測:自檢、互檢、專檢和抽檢。

9)做好各種施工記錄、施工日志及其它施工管理臺帳。

3.3 高壓旋噴樁施工參數及質量保證措施

3.3.1 技術參數

1)加固料選用不低于P.O 32.5R級普通硅酸鹽水泥，漿液充填率大于0.75。

2)采用純水泥漿液作固化劑。水灰比1.0～1.2，水泥用量400～500 kg/m3(在淤泥質粉質黏土層中宜加大水泥摻量，根據以往施工經驗，在淤泥質粉質黏土層中水泥摻量宜為500 kg/m3，以便起到更好的加固土體的作用)。

3)噴嘴切割土層，360°旋轉，噴嘴直徑為1.8 mm。4)提升速度20～35 cm/min。

5)氣壓≥0.6 MPa，漿壓 ＞22 MPa(靠近建筑物時需調整參數，將噴漿壓力調小)。

6)孔深誤差≤100 mm，孔位誤差≤50 mm，垂直度偏差≤1.5%。

7)成樁直徑800 mm。

3.3.2 質量保證措施

1)施工前調試好各種施工機具并進行工藝性成樁試驗。

2)地質鉆機造引孔，鉆頭嚴格對位，并作水平校正，減少孔位偏差和孔斜。

3)插入噴射管時可使用少量壓縮空氣，邊噴氣，邊插管，以確保噴射管下達設計深度。

4)正式提升噴漿前，待泵壓、風壓上升至額定值方可提升，提升速度應按設計要求執行，不得加快。

5)漿液要嚴格過濾，并設兩道過濾網。嚴格控制漿液相對密度，當相對密度誤差超過1%時停噴，調整水灰比。

6)拆卸注漿管節造成停噴，續噴時停噴點加深0.3 m，再進行噴射提升。

7)經常檢查和調整泵壓、漿壓、輸漿量、空壓機風量和提升速度，核定實際用漿量。

8)一旦出現中斷供漿、供氣，立即將噴管下沉至停供點以下0.3 m，待復供后再行提升。因故停工超過3 h時，妥善清洗泵體和噴漿管道。

9)當提升至設計樁頂下1.0 m深度時，放慢提升速度至設計高程，然后繼續提升一段距離(0.4 m)才停噴。

10)噴射作業結束后，用冒出漿液回灌到孔內，直至漿液面不下沉為止。

3.4 工程加固效果

岔路口站北端頭盾構始發時采用素樁擋土+樁間旋噴止水的加固方式，在始發段最內側施工一排素混凝土樁擋土，素混凝土樁與圍護結構間隙采用高壓旋噴樁進行止水加固。加固工藝及質量保證措施基本按照上述要求實施，實際工程最終形成了良好的始發端加固區。封門拆除后掌子面暴露時，端頭土體自立性和抗滲透性較好，無較大滲漏水現象，周邊環境監測也在控制范圍內，說明該加固方式在該類地層中有較強的適用性，從而確保了盾構順利完成始發。

4 結語

本文結合南京地鐵岔路口站北端頭盾構始發工程，提出了在特殊地層下端頭的加固方式以及相應的施工工藝和質量保證措施。實踐表明，對特殊地層采用素鉆孔灌注樁擋土+樁間旋噴止水的加固方式效果良好。

[1]胡俊，楊平，董朝文，等.盾構始發端頭化學加固范圍及加固工藝研究[J].鐵道建筑，2010(2):47-51.

[2]胡俊，楊平，董朝文，等.蘇州地鐵一號線盾構隧道端頭加固方式現場調查研究[J].鐵道建筑，2010(11):32-35.

[3]楊平，佘才高，董朝文，等.人工凍結法在南京地鐵張府園車站的應用[J].巖土力學，2003，24(增刊):388-391.

[4]楊平，袁云輝，，佘才高，等.南京地鐵集慶門盾構隧道進洞端頭人工凍結加固溫度實測研究[J].解放軍理工大學學報(自然科學版)，2009，10(6):591-596.

[5]胡俊，邵光輝，朱春峰.海相黏土室內側限壓縮試驗研究[J].路基工程，2008(6):160-162.

[6]胡俊，光輝，朱春峰，等.海相軟土三軸流變試驗研究[J].西華大學學報(自然科學版)，2008，27(3):89-91.

U455.43

B

1003-1995(2011)02-0079-03

2010-08-01;

2010-09-31

蘇州市科技局蘇州軌道交通專項課題 (Zxj0802)

曾暉(1969— )，女，四川成都人，高級工程師，博士。

(責任審編 葛全紅)