凍結(jié)法和水平注漿在地鐵盾構(gòu)端頭土體加固中的組合應(yīng)用

葉超俊

（中鐵隧道股份有限公司 河南鄭州 450001）

凍結(jié)法和水平注漿在地鐵盾構(gòu)端頭土體加固中的組合應(yīng)用

葉超俊

（中鐵隧道股份有限公司 河南鄭州 450001）

本文以天津地鐵6號(hào)線西青道站接收端工程為例，因地鐵盾構(gòu)法施工中端頭區(qū)是事故頻繁發(fā)生地區(qū)，通過(guò)對(duì)相關(guān)涉及因素與條件進(jìn)行綜合考慮之后，對(duì)決定采用凍結(jié)法和水平注漿組合加固的措施，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和類似工程經(jīng)驗(yàn)，確定合理的注漿和凍結(jié)施工加固方案。

凍結(jié)法；水平注漿；盾構(gòu)端頭；加固

1 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，地鐵建設(shè)項(xiàng)目逐漸增多，盾構(gòu)法作為地鐵工程施工的主要方法，盾構(gòu)端頭加固直接影響著盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)的安全問(wèn)題，因此，必須選用適宜的端頭加固方案與地層加固處理措施，確保其能夠滿足強(qiáng)度、抗?jié)B性方面的要求。

2 盾構(gòu)端頭加固方法

2.1 深層攪拌加固法

深層攪拌樁是加固飽和粘土地層常用施工方法，主要是利用鉆孔將石灰、水泥等固化劑主材料送入地層，通過(guò)深層攪拌機(jī)使地層中的軟土和固化劑強(qiáng)制攬拌。通過(guò)軟土和固化劑之間產(chǎn)生的物理化學(xué)反應(yīng)形成水泥土攪拌樁使軟土的物理性能得到提高。

2.2 高壓噴射注漿法

所謂高壓噴射注漿法，是指將具有特殊噴嘴的注射管放入土層預(yù)先設(shè)定的深度，并以20～40MPa壓力的高壓噴射流，經(jīng)過(guò)劈裂、固化等作用，對(duì)原先的地層進(jìn)行強(qiáng)制性的破壞，從而使得地層顆粒能夠重新排列，并在其四周形成一個(gè)反濾層，使得漿液在預(yù)定的范圍內(nèi)擴(kuò)散。此外，將地層顆粒結(jié)合射流攜帶的固化劑共同攪拌，可形成一種防滲固結(jié)體，可對(duì)土體進(jìn)行加固、改良。

2.3 凍結(jié)法

凍結(jié)法是一種采用制冷技術(shù)來(lái)使得工程施工地層中的水結(jié)成冰，將施工地層中的巖土轉(zhuǎn)變成凍土的方法，進(jìn)而使得地層強(qiáng)度及穩(wěn)定性得到提升，并通過(guò)此來(lái)隔絕施工地段與地下水，從而確保地下工程施工的順利進(jìn)行。

2.4 注漿法

所謂注漿法，是指一種通過(guò)壓力降可固化漿液注入土體空隙、裂縫，或是將其壓入接收端頭土體中，進(jìn)而增強(qiáng)端頭土體強(qiáng)度。根據(jù)盾構(gòu)端頭土質(zhì)、水文以及周邊建筑物等現(xiàn)場(chǎng)情況，可以選擇適宜的加固方式，有利于確保安全、質(zhì)量，有利于加快進(jìn)度、節(jié)約成本。

3 凍結(jié)法與水平注漿組合應(yīng)用

3.1 工程概況

天津地鐵6號(hào)線西青道站～南運(yùn)河站盾構(gòu)區(qū)間起于西青道快速路隧道下方的西青道站，止于芥園道的南運(yùn)河站，西～南區(qū)間采用兩臺(tái)盾構(gòu)先后從南運(yùn)河站左、右線始發(fā)，西青道站接收。

區(qū)間影響范圍內(nèi)的地層主要包括人工填土層、新近沖積層、上更新統(tǒng)第三組陸相沖積層等。同時(shí)，區(qū)間內(nèi)部初見(jiàn)水位埋深為2.00～2.50m，靜止的水位埋深為1.30～1.70m。其表層地下水是一種潛水，主要是通過(guò)大氣降水來(lái)補(bǔ)給的，并且通過(guò)蒸發(fā)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)排泄，對(duì)于其具體的水位，會(huì)隨著季節(jié)的變化而存在一些差異。此外，通過(guò)本工程現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)結(jié)果可知，該承壓水水頭大沽標(biāo)高大約為-0.207m。

通過(guò)對(duì)該工程涉及的所有因素、條件、限制進(jìn)行詳細(xì)的考慮之后，決定采用凍結(jié)法和水平注漿相組合的加固方法施工。

3.2 水平注漿施工

對(duì)于本工程的水平注漿，決定采用全斷面分層注漿，如圖1所示，縱向加固長(zhǎng)度為11m，徑向加固范圍隧道開(kāi)挖工作面、開(kāi)挖輪廓線以外4m。

3.2.1 注漿參數(shù)

本工程注漿施工相應(yīng)參數(shù)具體見(jiàn)表1。

3.2.2 注漿材料

本工程注漿材料采用的水泥—水玻璃雙液漿，其中，水泥為普通硅酸鹽水泥，水玻璃濃度為35Be，模數(shù)2.4～2.8，對(duì)于漿液配比參數(shù)，具體如表2所示。

3.2.3 注漿順序

本工程注漿施工順序主要采取從上往下的形式，并且按照間隔跳孔、先外圈、后內(nèi)圈的順序進(jìn)行。

3.2.4 注漿工藝

①采用取芯鉆機(jī)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)（800mm）和地連墻結(jié)構(gòu)（1000mm）進(jìn)行取芯操作，本工程主要取芯厚度1700mm，并且預(yù)留外側(cè)鋼筋、保護(hù)層厚度100mm。②安裝孔口密封裝置。③通過(guò)鉆機(jī)對(duì)剩余100mm部分地連墻混凝土進(jìn)行鉆取操作。④采用鉆機(jī)正常的鉆進(jìn)，并且在鉆機(jī)鉆孔深度滿足相關(guān)要求之后，進(jìn)行注漿施工，但需要邊注漿邊后退鉆桿，注漿壓力控制值為2.0～2.2bar。除此之外，在進(jìn)行鉆孔注漿時(shí)，為了避免泥砂的大量流失引起地表沉降，當(dāng)鉆孔退鉆之后，應(yīng)當(dāng)立即將注漿管接到孔口管上，盡快組織注漿作業(yè)，施工中可根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保注漿效果，提高作業(yè)效率。

圖1 全斷面分層注漿圖

表2 漿液配比參數(shù)表

3.3 凍結(jié)加固施工

3.3.1 凍結(jié)孔布置

本工程水平凍結(jié)最外圈加固長(zhǎng)度為9m，內(nèi)層強(qiáng)冷凍加固體厚度為3.5m，盾構(gòu)機(jī)洞門(mén)圈外圍凍結(jié)厚度1.25m。對(duì)于水平凍結(jié)孔分三圈布置，具體見(jiàn)圖2。

圖2 凍結(jié)孔布置圖

3.3.2 測(cè)溫孔布置

本工程總共布設(shè)了5個(gè)測(cè)溫孔，其中，C1、C2深度5.5m，C3、C4、C5深度11m，入土深度9m。這主要是為了對(duì)凍結(jié)帷幕范圍不同部位的溫度發(fā)展情況進(jìn)行測(cè)量，為綜合采用相應(yīng)控制措施提供便利，保證本工程施工的安全性。此外，測(cè)溫孔管材選用φ48×8mm低碳無(wú)縫鋼管。

3.3.3 鉆孔施工

本工程凍結(jié)管、測(cè)溫管材料選用20號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。同時(shí)，在施工中，需要確保凍結(jié)孔開(kāi)孔位置誤差、開(kāi)孔間距誤差、凍結(jié)孔最大偏斜值均小于100mm，外圈孔不可內(nèi)偏，所有鉆孔都要進(jìn)行終孔測(cè)斜操作，然后在此基礎(chǔ)上，繪制鉆孔偏斜圖和各鉆孔位置成孔圖，確定補(bǔ)孔與補(bǔ)孔位置。

此外，在將凍結(jié)管下放之后，要進(jìn)行水壓試驗(yàn)，確保試驗(yàn)壓力為0.8MPa。經(jīng)試壓30min內(nèi)壓力下降不超過(guò)0.05MPa，再延續(xù)15min壓力不變?yōu)楹细瘛鼋Y(jié)管下放長(zhǎng)度大于設(shè)計(jì)深度，并且小于設(shè)計(jì)深度50mm。

3.3.4 融沉注漿

（1）淺層注漿（二次注漿）

在完成了接收段管片拼裝、盾構(gòu)接收之后，要通過(guò)吊裝孔來(lái)進(jìn)行單孔一次注漿，并將注漿量控制在0.5m3。在進(jìn)行注漿施工之前，需要打開(kāi)全部待注漿周圍的注漿管閥門(mén)。注漿過(guò)程中，當(dāng)相鄰孔連續(xù)出漿時(shí)，要關(guān)閉鄰孔閥門(mén)，并定量壓入惰性漿后，之后就可停止本孔注漿，關(guān)閉閥門(mén)，對(duì)鄰孔注漿。同時(shí)，當(dāng)因注漿管內(nèi)竄漿固結(jié)而引發(fā)堵管時(shí)，需采用加長(zhǎng)沖擊鉆頭鉆通。此外，融沉注漿期間，地表構(gòu)造物是測(cè)量監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)對(duì)象，此時(shí)需要根據(jù)地面變形監(jiān)測(cè)結(jié)果情況，調(diào)整勞動(dòng)組織，適時(shí)進(jìn)行反復(fù)注漿，直至地面變形基本穩(wěn)定。

（2）深層注漿

需要進(jìn)行深層注漿的情況主要包括：淺層注漿完成后效果不佳或是鋼環(huán)外維持冷凍管拔出時(shí)需要采用冷凍管洞封堵。同時(shí)，還要在孔內(nèi)插入直徑為32mm的芯管，并將其作為注漿管，芯管分4節(jié)，每節(jié)1m長(zhǎng)，絲扣連接。注漿芯管前端部200mm為均勻花管。此外，當(dāng)將注漿芯管下放到設(shè)定的注漿深度之后，開(kāi)泵注5min，注漿量40L，注漿管向上提200mm，再注漿40L，注漿管向上提200mm。注漿管每提1m高，注漿量為200L，注漿壓力不大于0.5MPa。當(dāng)完成了單孔雙液注漿之后，用惰性漿液封孔，以便復(fù)用，做好施工記錄，便于后期處理作為施工依據(jù)。

4 結(jié)論

綜上所述，地鐵盾構(gòu)接收施工采取冷凍法配合水平注漿加固方式最為適宜，但還需要采取相應(yīng)的端頭加固方法、施工工藝、質(zhì)量保證措施。同時(shí)，還需確保盾構(gòu)加固區(qū)域的長(zhǎng)度超過(guò)盾構(gòu)主機(jī)的長(zhǎng)度。此外，目前我國(guó)水平注漿施工工藝還不是很完善，需要對(duì)注漿壓力和注漿量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整、優(yōu)化，從而確保施工質(zhì)量與安全。

[1]喻濤鋒.前進(jìn)式水平注漿加固在天津軟土中的應(yīng)用[J].隧道建設(shè)，2011（S2）：157～161.

[2]馬運(yùn)康，詹學(xué)智.水平注漿和冷凍法在盾構(gòu)接收中的組合應(yīng)用[J].城市，2013，03：75～79.

[3]王君，劉慶晨，李廣軍，張穩(wěn)軍，鄭剛.組合工法在天津地鐵盾構(gòu)進(jìn)洞施工中的應(yīng)用[J].建筑科學(xué)，2012（S1）：257～261.

[4]朱世友，林志斌，桂常林.盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)端頭地層加固方法選擇與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[J].隧道建設(shè)，2012，06：788～795.

[5]江玉生，楊志勇，江華，欒文偉.論土壓平衡盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)端頭加固的合理范圍[J].隧道建設(shè)，2009，03：263～266.

[6]劉勝利，麥家兒，游杰.砂層地帶盾構(gòu)井端頭加固計(jì)算與應(yīng)用[J].隧道建設(shè)，2009，03：301～304+309.

[7]崔玖江.盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)與規(guī)避對(duì)策[J].隧道建設(shè)，2009，04：377-396.

[8]周曉華，何冬，楊平.富水地層盾構(gòu)端頭加固方式與工藝研究[J].森林工程，2014，06：137～140+143.

[9]趙立鋒，付黎龍.富水軟弱地層盾構(gòu)隧道施工端頭加固技術(shù)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008，09：83～85.

U455.49

A

1004-7344（2016）01-0133-02

2015-12-3

葉超俊（1985-），男，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事城市地鐵、隧道工程施工等工作。