凍結法和水平注漿在地鐵盾構端頭土體加固中的組合應用

葉超俊

（中鐵隧道股份有限公司 河南鄭州 450001）

凍結法和水平注漿在地鐵盾構端頭土體加固中的組合應用

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號線西青道站接收端工程為例，因地鐵盾構法施工中端頭區是事故頻繁發生地區，通過對相關涉及因素與條件進行綜合考慮之后，對決定采用凍結法和水平注漿組合加固的措施，并通過現場試驗和類似工程經驗，確定合理的注漿和凍結施工加固方案。

凍結法；水平注漿；盾構端頭；加固

1 引言

隨著城市化進程的不斷加快，地鐵建設項目逐漸增多，盾構法作為地鐵工程施工的主要方法，盾構端頭加固直接影響著盾構始發與到達的安全問題，因此，必須選用適宜的端頭加固方案與地層加固處理措施，確保其能夠滿足強度、抗滲性方面的要求。

2 盾構端頭加固方法

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，通過深層攪拌機使地層中的軟土和固化劑強制攬拌。通過軟土和固化劑之間產生的物理化學反應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先設定的深度，并以20～40MPa壓力的高壓噴射流，經過劈裂、固化等作用，對原先的地層進行強制性的破壞，從而使得地層顆粒能夠重新排列，并在其四周形成一個反濾層，使得漿液在預定的范圍內擴散。此外，將地層顆粒結合射流攜帶的固化劑共同攪拌，可形成一種防滲固結體，可對土體進行加固、改良。

2.3 凍結法

凍結法是一種采用制冷技術來使得工程施工地層中的水結成冰，將施工地層中的巖土轉變成凍土的方法，進而使得地層強度及穩定性得到提升，并通過此來隔絕施工地段與地下水，從而確保地下工程施工的順利進行。

2.4 注漿法

所謂注漿法，是指一種通過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，進而增強端頭土體強度。根據盾構端頭土質、水文以及周邊建筑物等現場情況，可以選擇適宜的加固方式，有利于確保安全、質量，有利于加快進度、節約成本。

3 凍結法與水平注漿組合應用

3.1 工程概況

天津地鐵6號線西青道站～南運河站盾構區間起于西青道快速路隧道下方的西青道站，止于芥園道的南運河站，西～南區間采用兩臺盾構先后從南運河站左、右線始發，西青道站接收。

區間影響范圍內的地層主要包括人工填土層、新近沖積層、上更新統第三組陸相沖積層等。同時，區間內部初見水位埋深為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，主要是通過大氣降水來補給的，并且通過蒸發的形式來實現排泄，對于其具體的水位，會隨著季節的變化而存在一些差異。此外，通過本工程現場抽水試驗結果可知，該承壓水水頭大沽標高大約為-0.207m。

通過對該工程涉及的所有因素、條件、限制進行詳細的考慮之后，決定采用凍結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，縱向加固長度為11m，徑向加固范圍隧道開挖工作面、開挖輪廓線以外4m。

3.2.1 注漿參數

本工程注漿施工相應參數具體見表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2.4～2.8，對于漿液配比參數，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、后內圈的順序進行。

3.2.4 注漿工藝

①采用取芯鉆機對襯砌結構（800mm）和地連墻結構（1000mm）進行取芯操作，本工程主要取芯厚度1700mm，并且預留外側鋼筋、保護層厚度100mm。②安裝孔口密封裝置。③通過鉆機對剩余100mm部分地連墻混凝土進行鉆取操作。④采用鉆機正常的鉆進，并且在鉆機鉆孔深度滿足相關要求之后，進行注漿施工，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，在進行鉆孔注漿時，為了避免泥砂的大量流失引起地表沉降，當鉆孔退鉆之后，應當立即將注漿管接到孔口管上，盡快組織注漿作業，施工中可根據地質情況進行適當調整，確保注漿效果，提高作業效率。

圖1 全斷面分層注漿圖

表2 漿液配比參數表

3.3 凍結加固施工

3.3.1 凍結孔布置

本工程水平凍結最外圈加固長度為9m，內層強冷凍加固體厚度為3.5m，盾構機洞門圈外圍凍結厚度1.25m。對于水平凍結孔分三圈布置，具體見圖2。

圖2 凍結孔布置圖

3.3.2 測溫孔布置

本工程總共布設了5個測溫孔，其中，C1、C2深度5.5m，C3、C4、C5深度11m，入土深度9m。這主要是為了對凍結帷幕范圍不同部位的溫度發展情況進行測量，為綜合采用相應控制措施提供便利，保證本工程施工的安全性。此外，測溫孔管材選用φ48×8mm低碳無縫鋼管。

3.3.3 鉆孔施工

本工程凍結管、測溫管材料選用20號優質碳素結構鋼。同時，在施工中，需要確保凍結孔開孔位置誤差、開孔間距誤差、凍結孔最大偏斜值均小于100mm，外圈孔不可內偏，所有鉆孔都要進行終孔測斜操作，然后在此基礎上，繪制鉆孔偏斜圖和各鉆孔位置成孔圖，確定補孔與補孔位置。

此外，在將凍結管下放之后，要進行水壓試驗，確保試驗壓力為0.8MPa。經試壓30min內壓力下降不超過0.05MPa，再延續15min壓力不變為合格。凍結管下放長度大于設計深度，并且小于設計深度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、盾構接收之后，要通過吊裝孔來進行單孔一次注漿，并將注漿量控制在0.5m3。在進行注漿施工之前，需要打開全部待注漿周圍的注漿管閥門。注漿過程中，當相鄰孔連續出漿時，要關閉鄰孔閥門，并定量壓入惰性漿后，之后就可停止本孔注漿，關閉閥門，對鄰孔注漿。同時，當因注漿管內竄漿固結而引發堵管時，需采用加長沖擊鉆頭鉆通。此外，融沉注漿期間，地表構造物是測量監測的重點對象，此時需要根據地面變形監測結果情況，調整勞動組織，適時進行反復注漿，直至地面變形基本穩定。

（2）深層注漿

需要進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外維持冷凍管拔出時需要采用冷凍管洞封堵。同時，還要在孔內插入直徑為32mm的芯管，并將其作為注漿管，芯管分4節，每節1m長，絲扣連接。注漿芯管前端部200mm為均勻花管。此外，當將注漿芯管下放到設定的注漿深度之后，開泵注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。當完成了單孔雙液注漿之后，用惰性漿液封孔，以便復用，做好施工記錄，便于后期處理作為施工依據。

4 結論

綜上所述，地鐵盾構接收施工采取冷凍法配合水平注漿加固方式最為適宜，但還需要采取相應的端頭加固方法、施工工藝、質量保證措施。同時，還需確保盾構加固區域的長度超過盾構主機的長度。此外，目前我國水平注漿施工工藝還不是很完善，需要對注漿壓力和注漿量進行適當的調整、優化，從而確保施工質量與安全。

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U455.49

A

1004-7344（2016）01-0133-02

2015-12-3

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