淺議盾構始發到達中端頭加固及輔助措施的應用

王學龍

摘要：盾構法隧道施工中，盾構機始發、到達往往伴隨很大的施工風險，而正確的采取一些輔助措施，可有效降低盾構機始發、到達中的風險。本文結合實際施工案例，對輔助措施在盾構始發、到達中的應用和取得的效果進行簡要介紹。

關鍵詞 盾構始發、到達軟弱地層 輔助措施

中圖分類號：TL75+2.2文獻標識碼： A

引言

隨著盾構法施工技術的逐漸成熟，盾構法在城市地鐵、公路、電力隧道等工程中得到廣泛的應用。如何有效的規避盾構施工中的風險，已成為盾構施工關注的重點。通過對近年來盾構隧道施工事故的統計情況看，盾構施工事故一般在盾構始發、到達階段發生頻率比較高。發生事故輕則地表出現塌陷，重則車站、隧道被淹。在實際施工中一些輔助措施的合理應運有助于規避部分事故的發生。

1、盾構機始發、到達端頭土體加固的輔助措施

由于盾構始發、到達的中存在風險較大，特別是地下水豐富、滲透性好的地層很容易出現土體坍塌、洞門涌水涌沙等險情，為了降低施工風險就要對盾構始發、到達段端頭處的土體采用一些加固處理措施，也就是通常所說的端頭加固，其目的主要是提高端頭土體的強度、封堵地下水，保證洞門破除的時候端頭土體的穩定。

1.1端頭土體加固常見種類

端頭土體加固質量的好壞直接決定著盾構始發、到達的成敗，因此在設計階段選擇端頭加固處理方案時，一定要的綜合考慮工程的地質、水文條件以及周邊環境等因素。在當前盾構法施工中比較常見端頭土體加固措施有：注漿法、攪拌樁+旋噴注漿、素混凝土地下連續墻、冷凍等，不同的加固措施其取得的經濟效益和加固效果也不盡相同，具體可見表1。

表1：端頭土體輔助加固措施分析標

輔助加固措施 適應地層 優點 缺點

注漿法 主要適用地層為砂層、卵石層或巖層、黃土層 施工成本低 加固體整體性較差；一般只在注漿擴散性較好且不具備深層攪拌條件的地層使用。

三軸攪拌+旋噴注漿 加固區范圍內地質為砂性土、粉土及粘土層 加固整體性較好 施工條件苛刻，施工場地需求大，成本較高;加固體與車站圍護結構處的縫隙易滲漏。

旋噴注漿+壓密注漿 加固區范圍內為砂礫層、卵石層或巖石層 加固體整體性較好。 施工成本較高，加固深度右線，深度過深旋噴注漿效果差。

素混凝土地下連續墻 殘積土層、砂性土層或巖石層 加固整體性好。 施工成本較高，對盾構機有一定的破巖能力要求。

冷凍 砂性土、粉土、粘性土、黃土及卵石層均可 對地面場地需求量小；加固后施工對周邊環境影響小。 施工成本很高，比較適合在鬧市采用該工法，但解凍后融沉時間較長。

1.2端頭土體加固效果的檢驗

端頭土體加固完成后，一般從兩個方面進行檢驗：一方面是加固體強度檢測，從地面取芯檢測加固體強度，加固后土體強度要求為0.8~1.5Mp。對采用冷凍法加固的，根據測溫孔溫度曲線和去回路鹽水溫度曲線分析判斷加固體情況，一般要求凍結土體溫度低于-10℃；另一方面是在洞門掌子面打水平探孔查看滲漏水情況，觀察探孔看是否有水流流出，無水流流出說明加固效果良好，有水流流出需采取措施進行補強加固并隔斷地下水通道。

2、盾構機始發、到達存在的主要風險

盾構機始發、到達面臨的風險有：加固體失穩、洞門涌水涌砂、地面坍塌、建筑物及管線損壞等，在諸多風險中加固體失穩、洞門涌水涌砂是主要風險，往往發生這兩中情況會引起地面坍塌、建筑物及管線損壞等次生風險。因此盾構機始發、到達中加固體質量的好壞直接影響盾構機能否順利始發、到達。

影響端頭加固體質量的因素眾多，主要有設計階段和施工階段的因素。在設計階段選擇端頭加固措施時一定要綜合考慮端頭地質特性、水文條件及周邊建筑物特征等情況，進行“量體裁衣”選擇加固方案。施工階段的因素施工過程質量控制不嚴，最終導致加固質量達不到設計要求，因此在施工過程中一定要加強質量的控制。

3、始發、到達加固效果不理想時的輔助措施

在盾構機始發、到達中經常會遇到端頭的加固效果不理想、地質情況差、地下水豐富等不利情況下，這些情況會導致盾構機始發、到達中發生事故，因此遇到這些情況后采取有效的輔助措施降低施工風險就顯的尤為重要，選擇合適的輔助措施可以取得事半功倍的效果。盾構始發、到達常用的輔助措施有：凍結輔助加固、降水、洞門臨時防水等，具體可見表2。

表2：常見的輔助措施統計

輔助措施 應用范圍 控制要點 優、缺點

凍結輔助加固 1、盡管采取了攪拌或注漿加固，但取芯強度低或水平探孔中有涌水涌砂等情況，加固效果不理想；

2、盡管采取了降水措施，但是掌子面的水量依然很大；

3、加固范圍內有重要管線及建筑物需要確保安全。 1、冷凍管布置合理；

2、凍結時間及凍結溫度達到要求；

3、停凍及拔管時間控制；

4、解凍后融沉控制。 優點：可以有效止水，加固效果好；

缺點：費用高、工期長，后期融沉處理時間久。

降水 1、地層透水性很強（如砂層），且飽含地下水；

2、承壓水與作業面貫通。 1、降水井布置及水位降深計算；

2、周邊建筑物及管線的沉降控制。 優點：可有效的降低地下水位；

缺點：降水對周邊環境影響大。

注漿 1、端頭加固效果不滿足要求；

2、地層中含水量豐富。 1、注漿壓力及注漿量的控制

2、漿液配合比，雙液漿、單液漿的選用 優點：成本較低，可封堵地下水，同時能起到補充加固的效果。

缺點：漿液在地下流向不確定，引起地表隆起。

水中進洞 1、盾構機在軟土地質中到達；

2、地層中含水量豐富。 1、根據盾構機到達段地質情況，需采取輔助措施；

2、在盾構井施工完成后回填水泥土或砂漿

3、確保回填土體密實。 優點：可明顯降低盾構到達端涌水涌砂，減少風險；

缺點：成本造價高

4、盾構始發中輔助措施的實際應用

南京地鐵某工地盾構始發端頭隧道拱頂埋深約9.7米，洞門斷面內的主要地層為②-1d2-3層稍密～中密狀粉砂層，地下水主要為孔隙潛水，地下水穩定水位埋深0.8m-3.94m。

4.1端頭加固方案

根據盾構始發端的地質及水文情況，該工程盾構始發及到達端頭加固采用三軸攪拌樁+旋噴樁的加固措施。洞門外地基采用∮800@600×600三軸攪拌樁加固，同時在端頭加固體兩側各設置2口降水井，共設置6口降水井。

4.2端頭加固檢查情況及檢測

端頭加固三軸攪拌樁完成達到齡期后，對其進行了垂直抽芯檢測，其檢測結果滿足設計要求，共抽取12組芯樣。為了進一步檢查端頭加固的情況，在距洞門上部打設了三處水平探孔，水平探孔內出現流砂情況，證明端頭加固效果達不到設計要求。

4.3原因分析及采取的處理措施

4.3.1造成水平探孔出現流砂的主要原因是：

（1）通過水平探孔和垂直抽芯檢測取芯的情況分析，三軸攪拌樁加固效果較好，而旋噴樁的成樁效果較差，在車站圍護結構與三軸攪拌樁之間存在軟弱夾層。

（2）端頭地層主要為粉細砂層且富含地下水，極易形成流沙，在端頭加固效果不理想的情況下，容易出現涌水涌砂現象。

（3）地下水位較高，未降至隧道底板以下。由于地下水位較高，而降水井數量較少未能將地下水位降至隧道底板以下。

4.4.2處理措施及取得的效果

(1)對端頭薄弱區域進行二次加固

因端頭旋噴樁加固質量不理想，在原有旋噴樁的區域內施做二次加固。主要采用旋噴注漿加固的方法，孔位布置采用兩排梅花型，孔深20米，孔距1米，排距0.5米。

(2)增加降水井，加強降水

由于原設計方案設置的降水井數量較少，不能滿足現場降水需求，所以在原有降水的基礎上又增加了5口降水井，加強了降水效率。

采取的上述注漿加固和增加降水井的輔助措施，取得了良好的效果，最終盾構機順利始發。

5、總結及思考

5.1選用攪拌樁+旋噴樁的加固措施時，由于旋噴樁的成樁效果不理想，易在圍護結構與攪拌樁之間形成軟弱夾層。因此在進行端頭加固措施選擇時可以考慮其他的加固方式，如直接進行端頭土體凍結或者選用素混凝土地下連續墻代替旋噴樁。

5.2通過采取增加降水井、二次注漿加固等輔助措施取得了較好的效果，確保了盾構的順利始發，但也導致了盾構始發工期滯后。為了解決普通降水井降水時耗時較長的這一問題，可以考慮轉變降水井的降水原理，如:采用真空降水井，來提高工作面疏干的效率。

5.3在富水砂層等軟弱地層中出現端頭加固不理想等情況時，可以考慮采用直接凍結的輔助措施（采用液氮垂直冷凍），進行再次加固或直接選用冷凍進行端頭加固。

6、結束語

隨著盾構法施工更廣泛的被應用，地層、周邊建筑物、管線也會越復雜，盾構機始發、到到過程中所面臨的風險也就越大，為了更好的規避這些施工風險，從設計階段就應該對盾構機始發、到達的面臨的風險予以重視，選擇端頭加固方案中要考慮到現場的可操作性和加固質量。在施工過程中出現端頭加固質量不理想等情況時，要合理選擇一些行之有效的輔助措施，會對盾構順利始發和到達帶來積極有效的作用。

參考文獻

[1]汪玉生，楊志勇，江華，等．論土壓平衡盾構始發和到達端頭加固的合理范圍[J]．隧道建設，2009， 29（3）：263-266.

[2]劉勝利，麥家兒，游杰．砂層地帶盾構井端頭加固計算與應用[J]．隧道建設，2009，29（3）：301-304.

[3].楊書江，孫謀，洪開榮.《富水砂卵石地層盾構施工技術》 人民交通出版社