土壓平衡盾構機富水砂層到達接收施工技術

張志剛（中國鐵建大橋工程局集團第六工程有限公司，吉林　長春　130000）

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土壓平衡盾構機富水砂層到達接收施工技術

張志剛（中國鐵建大橋工程局集團第六工程有限公司，吉林長春130000）

盾構掘進因施工進度快、安全性較高、機械化作業程度高等優點，成為城市軌道交通隧道施工的首選方式，盾構機到達接收是盾構施工工法的主要工序之一，也是比較容易發生事故的關鍵環節。本文結合長春地鐵1號線02標段一匡街至長春火車北廣場站區間盾構在富水砂層到達的施工案例，對土壓平衡盾構在富水砂層中的盾構到達端頭加固技術方面作了闡述，為后續類似盾構區間施工積累了豐富的經驗。

盾構機；富水砂層；端頭加固；施工技術

1　工程概況

1.1工程簡述

長春地鐵1號線02標段一匡街站～長春火車北廣場站區間工程，線路成南北走向，從一匡街站始發，沿北人民大街向南穿越臺北大街進入長春火車北廣場換乘站。該站為地鐵輕軌換乘站，輕軌線路已經運行。該站接收端已采用二重管旋噴樁加固完成。

1.2地質概況

根據地質勘察報告及長春火車北廣場站實際情況，長春火車北廣場站到達端頭地層主要為填土、粉質粘土、砂層、風化泥巖，隧道埋深19m，隧道掌子面中上部為砂層、下部為風化泥巖，洞身中部3.7m為砂層，地下水豐富，穩定性較差，存在漏砂、坍塌危險。上覆地層為粉質粘土，隧道頂部以上約9m為原狀粘土，9m以上為長春火車北廣場站結構施工放坡開挖后回填土。

2　盾構機到達主要風險辨識與分析

2.1地質風險

長春火車北廣場站盾構接收井中上部為粗砂層，富含承壓水，地下水豐富，極易產生涌水、涌砂現象，是本區間最重要的危險源。

2.2環境風險

長春火車北廣場站盾構機接收井距離已運營的輕軌4號線比較近，距已建成的萬達廣場14.74m，距已運營的輕軌4號線北廣場站2號出入口10.35m，距北人民大街27.48m。

2.3施工風險

盾構到達的安全直接關系到盾構設備和工程的安全，由于長春火車北廣場站盾構到達端頭地層特殊性，若盾構到達時發生涌水、涌砂的現象，對周邊環境、建筑物及輕軌4號線運營及人員安全造成很大的風險。

3　盾構機到達端頭加固主要施工措施

根據長春火車北廣場站存在的風險分析情況，結合長春火車北廣場站目前的現狀，為確保北廣場站盾構機到達不出現涌水涌砂及塌方現象，確保長春火車北廣場站周邊建筑及盾構機到達施工安全，采用地面三重管旋噴樁加固止水和洞內深孔水平注漿止水施工工藝對端頭井土體進行處理。

3.1三重管旋噴樁施工

長春火車北廣場站為2010年完成車站主體結構，原設計端頭井土體加固范圍為沿隧道軸線方向8m，寬度為12m，樁長為12m，采用二重管旋噴樁加固（2010年已完成），原施工的二重管旋噴樁已不能完全滿足盾構安全到達止水的要求。

長春火車北廣場站西側距萬達廣場為14.74m，萬達廣場為筏板混凝土基礎，基礎底板位于粉質粘土層，在靠近萬達結構一側，距主體結構7.2m位置施作三排∮600@450三重管旋噴樁，樁長為24.35m。

為避免長春火車北廣場站盾構機到達引發工程事故，長春火車北廣場站盾構接收土體加固長度由8m增加至12.7m，橫向加固范圍各向兩側外擴4m，同時利用新增的三重管旋噴樁外側三排旋噴樁與保護萬達廣場旋噴樁形成外包盾構端頭井，最大限度的降低回填土及周邊淺層滯水對盾構到達的影響。如圖1所示，樁長為24.35m。其余增加的三重管旋噴樁樁長為9.5m，如圖1所示。所有新增旋噴樁均采用∮600@450三重管旋噴樁施工，在砂層范圍及上下各1m范圍內采用水玻璃雙液漿，其余采用水泥漿。在施工過程中加強工藝控制及參數控制，確保成樁質量。

圖1　長春火車北廣場站端頭井三重管旋噴樁加固區域

3.2洞內深孔水平注漿施工

加固體土體也是非連續的多孔介質，對于富水砂層地區，端頭土體加固有時并不能完全達到隔水的目的，根據長春火車北廣場端頭井目前的狀況，既有二重管旋噴樁加固土體的滲透系數不能滿足規范要求，經過多方考察，綜合比較分析，對已加固完成區域采用洞內全斷面水平深孔注漿法加固。該方案注漿加固原理是：打孔后安裝注漿孔口管，由孔口管向內進行注漿，整個注漿過程是在一個封閉體系中進行的，漿液通過孔口注漿管進入封閉狀態的被注地層（粉質粘土層、粘土層、粗砂層等），通過注漿泵產生的壓力，使漿液在被注地層中向四周擴散，達到充填、擠壓、密實的作用，從而使松散含水砂層或粘土層變為密實的堅固地層，達到注漿堵水的目的，從而滿足盾構機到達接收時掌子面不坍塌、不漏水涌砂的安全要求。

（1）洞門水平加固范圍。本次水平加固的范圍是：沿隧道軸線方向為8.5m，斷面范圍為洞門圈以外1.0～1.5m。

（2）布孔設計及注漿參數選擇。布孔以理論結合實際為原則，邊打孔邊分析本孔位的地質情況，可根據實際情況進行孔位及數量調整。洞門全斷面范圍內共布設注漿孔73個，其中環向注漿孔30個，距鋼環0.4m，環向間距0.6m（在泥巖層間距為0.8m），鉆孔深度8.5m，外插角度控制在5～10°之間；水平注漿孔34個，布孔間距為0.6m（在泥巖層間距為0.8m），深度8.5m；考慮到隧道頂部的砂層分布的不均勻性及其它的不利可能性，為了確保圍護樁附近拱頂止水加固效果，在拱頂90°范圍內、距離洞門鋼環30cm、以30°的上挑角布設斜孔9個，斜孔間距為0.6m，鉆孔深度為3m，成孔后采用32mm鋼花管注漿，注漿完成后將鋼花管留置在孔內起支撐土體的作用。

鉆孔時每次長度不宜超過2m就進行注漿，有砂有水時，不管長度多少，出砂出水就注。依此往復循環，直至設計終孔為止。

總體注漿順序：先環向、后中間、由下至上、由邊向中。注漿壓力與地層的密度、強度、鉆孔深度及注漿次序等因素有關。根據現場鉆探結果，端頭位置所處的地層主要為砂層，以及強風化泥巖層，考慮到注漿管壓力損失并需要結合現場試驗結果，注漿壓力控制在1.0～1.5MPa，容許注漿壓力為2.5～3.0MPa，注漿漿液選用水泥-水玻璃雙液漿，水泥漿和水玻璃的體積比為1：1，水泥漿水灰比為0.5。

4　結論

（1）通過對長春地鐵1號線一～長區間盾構機富水砂層出洞采用旋噴樁加固及深孔注漿措施，達到了加固效果，確保盾構機在富水砂層安全到達接收，達到了參建各方預期的目的，取得了良好的社會效應。

（2）盾構端頭加固的目的是保證盾構機接收到達的絕對安全，端頭加固的設計應根據地質風險及環境風險的高低選擇不同的加固方案，盾構機在富水砂層中的到達應選用合理的加固方案，同時對端頭接收井正前方土體適當加長加固距離，以降低涌水、涌砂的可能性。

（3）盾構機在復雜地質條件下出洞時，參建各方應高度重視出洞前的各項準備工作，扎實做好盾構出洞關鍵環節的條件驗收工作，盡可能考慮到各種潛在風險并及時做好應對防范措施，如水平探孔觀察、提前安裝橡膠簾布板、托架及準備應急的地表注漿等措施，同時，需確保盾構機刀頭頂到圍護樁或連續墻后再安排洞門破除，確保盾構機出洞安全。

5　結束語

在富水砂層中盾構機到達接收風險系數較高，在進行盾構端頭加固設計時，充分考慮各種風險，采取針對性的設計方案以及實際施工操作中提高重視程度，肯定能確保盾構機安全到達接收。本文筆者針對盾構機在富水砂層到達接收技術作了簡要的分析和論述，希望在實際施工過程中，施工單位可以給予足夠的重視，避免出現施工風險或事故。

［1］長春地鐵1號線一匡街～長春火車北廣場站區間施工圖設計［Z］.

張志剛（1973-），男，工程師，本科，從事市政施工管理工作。

U455.43

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2095-2066（2016）12-0212-02

2016-4-7