淺談盾構(gòu)始發(fā)與接受端加固方法的研究

唐京生

（中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 100124）

1 端頭加固原理

1.1 端頭加固的目的

進(jìn)行地鐵盾構(gòu)始發(fā)以及接收的施工工作之前，要將原來(lái)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行破除。這樣能夠確保進(jìn)行洞門(mén)破除的時(shí)候，掌子面能夠確保穩(wěn)定，還可以防止出現(xiàn)滲水。另外一定要加固原有的圍護(hù)結(jié)構(gòu)背后的土體，并且在進(jìn)行施工設(shè)計(jì)時(shí)，所有的相關(guān)參數(shù)都要和要求是一致的。進(jìn)行盾構(gòu)施工作業(yè)的過(guò)程中，盾構(gòu)的掘進(jìn)力量非常大，一些地質(zhì)不太好的底層很容易被擾動(dòng)，并且在進(jìn)行盾構(gòu)接收的時(shí)候，對(duì)于開(kāi)挖面的平衡很難有所保證，可能會(huì)出現(xiàn)坍塌等情況，所以為了避免這些危險(xiǎn)情況的發(fā)生，加固的范圍要加大一些，對(duì)端頭周圍的底層也要進(jìn)行加固。

1.2 強(qiáng)度大小的驗(yàn)算過(guò)程

這里把需要進(jìn)行加固的土體作為厚度是t的周邊自由支撐的彈性園板。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，土體會(huì)受到外側(cè)壓力的作用，使得板中心處的最大彎曲應(yīng)力能夠通過(guò)彈性力學(xué)進(jìn)行計(jì)算，得出強(qiáng)度大小，具體的公式如下：

在上面的式子里面：r 代表著洞門(mén)半徑的大小；t代表著加固土體厚度的大小；σt代表著加固土體極限抗拉強(qiáng)度的大小；K 代表著安全系數(shù)的大小；W表示作用于洞門(mén)中心處的側(cè)向水土壓力大小；μ代表著加固后土體的泊松比大小。周邊自由支撐的圓板的支座處的最大剪力也能夠通過(guò)彈力學(xué)原理進(jìn)行抗剪強(qiáng)度的計(jì)算，具體的公式如下：

在上面的式子里面中：τc代表著加固后土體的極限抗剪強(qiáng)度大小。

1.3 整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算過(guò)程

在進(jìn)行施工的時(shí)候洞外面的加固土體會(huì)受到地面堆載P以及上部土體的作用，在這個(gè)力的作用下，土體的位置會(huì)出現(xiàn)一定的變化，可能會(huì)沿著某滑動(dòng)面往洞里面進(jìn)行整體的滑動(dòng)，這里假定滑動(dòng)面是基于頂點(diǎn)O為弧面的圓心，洞涇D為弧度半徑的圓弧面，具體描述如圖1所示。

圖1 穩(wěn)定性驗(yàn)算示意圖

假設(shè)施工中所面對(duì)的是粘土底層，并且抗滑力矩是全部通過(guò)土體的粘聚力進(jìn)行提供的，那么根據(jù)土體的平衡條件就能夠得出，則：

在上面的式子里面：M 代表滑動(dòng)力矩的大小；Md代表抗滑力矩的大小；?c代表改良后土體增加的粘聚力大小；K 代表抗滑安全系數(shù)的大小；θ代表加固土體和滑移面之間的夾角大小。

1.4 端頭加固范圍

（1）進(jìn)行施工設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)的盾構(gòu)端頭上部加固范圍是不能小于3米的，不僅是為了起到保持穩(wěn)定性以及止水的作用，還能夠起到對(duì)地面一定的保護(hù)，避免地面出現(xiàn)沉降。

（2）在施工的時(shí)候針對(duì)盾構(gòu)端頭、端頭兩側(cè)以及下部的土體加固范圍在設(shè)計(jì)的時(shí)候一般設(shè)計(jì)為3米，這么設(shè)計(jì)的主要原因就是為了能夠有效的防水，因?yàn)閷?duì)于一些軟土富水層土體，原來(lái)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)并沒(méi)有得到很好的加固，很容易在始發(fā)和接收施工過(guò)程中發(fā)生涌水情況。

（3）針對(duì)軟土富水層的盾構(gòu)施工，要注意的是，如果端頭加固的長(zhǎng)度是小于盾構(gòu)機(jī)的長(zhǎng)度的，那么水土就會(huì)很容易沿著土體和盾殼之間間隙達(dá)到盾構(gòu)井里面。所以，針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)是軟土富水層的情況，加固寬度就相當(dāng)于盾構(gòu)機(jī)的長(zhǎng)度以及盾構(gòu)片的寬度大小。

表1 工程實(shí)例

2 端頭加固的幾種方法

2.1 攪拌加固法

目前很多地鐵盾構(gòu)施工過(guò)程中，都是采用的攪拌加固，這個(gè)方法最適合于端頭的加固。

這種方法速度快、施工方便、造價(jià)低，比較適合于粉土以及粘土的加固，但是在砂性地層里面的加固效果不是很好。為了能夠確保一定的止水效果，必須使得原來(lái)的維護(hù)和加固土體的結(jié)構(gòu)密貼，這個(gè)對(duì)于攪拌樁來(lái)說(shuō)很難實(shí)現(xiàn)，所以一般在使用攪拌加固的時(shí)候，都不是單獨(dú)使用，而是和其他加固方法一起使用。

2.2 旋噴加固法

這種方法也是一種比較常用的加固方法，在粉土以及粘土地層中使用較多，加固密實(shí)砂層的效果不是很好，通常情況下，施工的深度不要大于25米。這種方法速度快、施工方便、造價(jià)相比于攪拌加固來(lái)說(shuō)會(huì)高一些，可以很好的和原來(lái)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)密貼。

2.3 凍結(jié)加固法

這種方法的最大優(yōu)勢(shì)就是可以用于各類的地層，所有的加固方法中應(yīng)用的范圍最為廣泛，不僅能夠選擇地面垂直凍結(jié)加固，并且還能夠進(jìn)行洞內(nèi)水平的加固，并且效果較好。

相比于旋噴加固以及攪拌加固，凍結(jié)法的專業(yè)性更高，并且對(duì)于施工技術(shù)的質(zhì)量要求也非常高，如果施工結(jié)束之后沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)之初的預(yù)期效果，那么在以后的使用中就會(huì)造成很大的安全隱患。同時(shí)這種方法跟其他方法有一個(gè)不同之處在于會(huì)出現(xiàn)融沉以及凍脹等問(wèn)題，為了能夠在施工結(jié)束之后達(dá)到影響最小的效果，一定要提前進(jìn)行注漿施工，并且在后期要通過(guò)相關(guān)的監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行融沉注漿。因?yàn)槟軌蛟诙蠢锩嫠酱蚩變鼋Y(jié)，所以這種方法可以應(yīng)用在一些場(chǎng)地熟悉的端頭加固施工中。

2.4 注漿加固法

這種方法單獨(dú)使用的情況不是很多，這是由于通過(guò)這種方法進(jìn)行加固之后，加固土體的均質(zhì)性不是很好，所以在使用這種方法進(jìn)行加固的時(shí)候，都是要配合其他方法一起使用的。

3 工程實(shí)例

由于天津地層屬于屬于軟土富水層，因此以天津地鐵的盾構(gòu)始發(fā)和接收施工工程為例，通常情況下，進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候，加固方式都不會(huì)只選擇一種，這是由于只靠一種加固方式是無(wú)法取得好的加固效果的。在表1中是以已經(jīng)施工完成的天津地鐵盾構(gòu)端頭的加固施工為例。

4 結(jié)語(yǔ)

在盾構(gòu)施工作業(yè)過(guò)程中，盾構(gòu)始發(fā)以及接收是兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，科學(xué)的選擇端頭加固方法以及單位是保證盾構(gòu)始發(fā)以及接收施工安全所需要考慮的問(wèn)題。本文針對(duì)軟土地層的特點(diǎn)，對(duì)端頭加固目的、軟土地層里面端頭加固的要求進(jìn)行了介紹，并結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行了對(duì)比分析,得出了以下結(jié)論：

（1）對(duì)于軟土富水層地層的端頭加固范圍大小的選取時(shí)，首先要考慮的就是加固體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性能夠得到保障，另外還要對(duì)地下水的影響進(jìn)行考慮。

（2）針對(duì)地下2層地鐵站的施工時(shí)，端頭的加固深度不能太大，一般限制在20米，這樣的深度能夠有效的保證成樁質(zhì)量，在加固方法的選擇上，通常情況下都是選擇旋噴樁和攪拌樁結(jié)合的方式，如果沒(méi)有條件進(jìn)行這兩種方法的加固，那么使用洞內(nèi)水平凍結(jié)和注漿加固的方式進(jìn)行也可以。

（3）針對(duì)地下3層地鐵站的施工時(shí)，端頭的加固深度不能太淺，一般下限設(shè)計(jì)為25米，這樣的深度能夠有效的保證成樁質(zhì)量，在加固方法的選擇上，通常情況下都是選擇注漿加固和凍結(jié)法相結(jié)合的方式，但是如果土體主要是粘性土，并且周邊沒(méi)有重要建筑物的時(shí)候，那么使用旋噴樁結(jié)合攪拌樁的方式進(jìn)行加固也可以。

參考文獻(xiàn)：

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