粉砂地層大斷面盾構(gòu)始發(fā)端頭加固技術(shù)

徐 波

(杭州市地鐵集團有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310020)

1 概述

盾構(gòu)始發(fā)端頭加固設(shè)計與施工直接關(guān)系到盾構(gòu)始發(fā)的順利和安全與否。施工中，應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境和加固范圍，選取最佳的端頭加固方案，降低盾構(gòu)始發(fā)風(fēng)險，這在粉砂地層條件下大斷面盾構(gòu)始發(fā)時顯得尤為重要[1,2]。本文基于杭州地鐵1號線三期工程下沙風(fēng)井—濱江一路站區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)端頭地層加固施工的成功實踐，對鄰近錢塘江的富水粉砂地層條件下直徑11.67 m的大斷面盾構(gòu)始發(fā)地層加固技術(shù)進行了分析研究，可為類似工程項目提供參考。

2 端頭加固設(shè)計

該項目采用一臺直徑11.67 m的泥水盾構(gòu)從下沙風(fēng)井始發(fā)，下穿錢塘江后，到達濱江一路站并吊出。始發(fā)段埋深為8.8 m～21 m，覆土自上而下依次為素填土①2、淤泥土①5、砂質(zhì)粉土②4、粉砂土③5、砂質(zhì)粉土③6、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土⑥2、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土⑥31。洞身范圍主要為粉砂③5、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及粉土⑥2。

如圖1所示，始發(fā)段端頭加固區(qū)采用地面850 mm@600 mm豎排(排距500 mm)的三軸水泥攪拌樁，加固深度隧道上下各5 m。攪拌樁與地下連續(xù)墻間采用兩排800 mm高壓旋噴樁進行加固止水，其余三邊采用850 mm厚TRD攪拌墻作為止水帷幕，TRD深度為至隧道底部5 m。在地連墻與TRD攪拌墻的連接處，各采用3根φ1 400 mm MJS高壓旋噴樁進行止水封堵。加固范圍為縱向長19.85 m，寬21.3 m，縱向與橫向各外搭接1 m。在止水帷幕內(nèi)外共設(shè)置10口真空降水井，井管深度為加固底面以下5 m，出洞前需降低水位至底板以下1 m。

3 施工要點

總體施工順序為：三軸攪拌樁→TRD水泥土攪拌墻→高壓旋噴樁→MJS高壓旋噴樁→真空降水井。

3.1 三軸攪拌樁

攪拌樁加固采用φ850@600 mm咬合施工，排距500 mm。加固區(qū)水泥摻量為20%，弱加固區(qū)水泥摻量為10%(盾構(gòu)兩側(cè)、底、頂部5 m范圍為強加固區(qū)，隧道頂部以上5 m為弱加固區(qū))，采用P.O42.5R普通硅酸鹽水泥。

鉆頭下沉速度為0.8 m/min～1 m/min，提升速度0.8 m/min～1 m/min,攪拌轉(zhuǎn)速16 r/min，注漿壓力0.4 MPa～0.6 MPa，漿液流量80 L/min～120 L/min，水灰比1∶ 1～1∶ 1.5。應(yīng)確保攪拌樁樁身的均勻性、連續(xù)性,相鄰樁間歇時間應(yīng)超過12 h,垂直度應(yīng)控制在1/150L(始發(fā)端L=30.7 m)。

3.2 TRD水泥攪拌墻

TRD水泥攪拌墻工法是以鏈鋸式刀具為主要機具，通過刀具在施工現(xiàn)場按照設(shè)計深度和護壁設(shè)計寬度將土體切割，在刀具端頭噴出水泥漿硬化劑注入土體的同時注入高壓空氣使水泥漿與原位土體充分混合、攪拌將原位土體固結(jié)從而在地下形成一道等厚度的連續(xù)墻。其施工工藝流程如下:

測量放樣→開挖溝槽→吊放預(yù)埋箱→樁機就位→切割刀盤組裝→切割線與主線連接→安裝測斜儀→TRD工法成墻→拔出切割刀盤→殘土處理→攪拌機撤出。

施工現(xiàn)場圖見圖2。

TRD墻采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，28 d無側(cè)限抗壓強度要求不小于1.0 MPa。TRD墻抗?jié)B性能應(yīng)滿足墻體自防滲要求，滲透系數(shù)小于10-7cm/sec；墻體垂直度不大于1/300；墻位偏差不大于+20 mm～-50 mm(向坑內(nèi)偏差為正)，墻深偏差不大于50 mm，成墻厚度應(yīng)不小于設(shè)計厚度，偏差控制在0 mm～-20 mm(控制切割箱刀頭尺寸偏差)。應(yīng)根據(jù)注漿速度匹配相應(yīng)的樁機移動速度，注漿泵的工作流量應(yīng)能調(diào)節(jié)，其額定工作壓力不宜小于2.5 MPa，TRD攪拌墻注漿參數(shù)見表1。

表1 850 mm厚TRD攪拌墻注漿參數(shù)

3.3 高壓旋噴樁

根據(jù)土層特點，采用技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 雙管法旋噴樁施工參數(shù)

3.4 MJS高壓旋噴樁

為達到良好的止水效果，在地連墻與TRD接縫處采用3根MJS高壓旋噴樁進行封堵。MJS施工工藝流程如圖3所示，現(xiàn)場施工圖見圖4。

MJS高壓旋噴樁主要施工參數(shù)見表3。

表3 MJS高壓旋噴樁施工參數(shù)

3.5 真空降水井

盾構(gòu)施工前在端頭周邊布設(shè)10口真空降水井，井管深度為加固底面以下5 m(始發(fā)段35.7 m)，進出洞前需保證水位低于底板以下1 m，位置距離盾構(gòu)井邊緣1 m，相鄰井之間的距離為4 m，降水井使用前進行抽水試驗，保證其能正常使用。

4 加固效果

端頭加固完成后對加固段進行取芯檢測，共取芯豎直孔5個。經(jīng)檢驗，弱加固區(qū)加固體強度大于0.5 MPa，強加固區(qū)大于1 MPa，均達到設(shè)計要求。

洞門水平探孔觀測表明，各個探孔均無明水流出(見圖5,圖6)，說明端頭加固范圍整體性較好，加固體加固均勻，止水效果較好，滿足盾構(gòu)安全始發(fā)要求。

5 結(jié)語

本項目盾構(gòu)始發(fā)端頭加固通過采用三軸水泥攪拌樁加固形式，攪拌樁與地下連續(xù)墻間采用高壓旋噴樁止水，其余三邊采用TRD攪拌墻作為止水帷幕，在地連墻與TRD攪拌墻的連接處采用MJS高壓旋噴樁止水封堵，在止水帷幕內(nèi)外設(shè)置真空降水井，成功地解決了鄰近錢塘江的粉砂地層條件下盾構(gòu)出洞難題，具有顯著的社會效益。