淺談富水砂層盾構端頭三軸加固工藝順序優化

余志勇

（南昌軌道交通集團有限公司地鐵項目管理分公司，江西 南昌 330000）

1 工程概況

南昌地鐵2號線前湖大道站至學府大道東站區間位于豐和南大道下方，區間出前湖大道站，沿著豐和南大道北進，到達學府大道東站，豐和南大道道路紅線寬65 m，隧道主要穿越粉質黏土、細砂、粗砂、圓礫、礫砂、中風化泥質粉砂巖。前湖大道站北端頭為前學區間接收端，地面標高20.29 m，地下水位埋深1.5 m，地下從4.8～17 m均為富水砂層。每個盾構三軸攪拌樁加固體為10.5×12.5 m，加固深度達20.5 m。擬建場地地形平坦，屬贛江沖積平原區一級階地，擬建場地距離贛江不足1.5 km，地下水位受地表水系影響較大。雨季時，贛江水位上漲，場地地下水位也隨之漲高，反之則降低。地下水位受季節影響較大，地下水流動補給加快。

根據既有南昌地鐵盾構始發接收經驗，傳統端頭加固順序及方式，不可避免的會產生滲水流沙，個別甚至發生涌水涌砂。為提高施工技術質量，通過精細化管理，施工過程中改進了傳統的單側單排施工順序，優化為先施工外圍三軸樁且采用套打止水工藝。

2 加固的意義及設計概況

2.1 加固的意義

盾構機在進出洞時，工作面將處于開放狀態，這種開放狀態將持續較長時間。如處理不當，地下水、流砂、涌泥等就會進入工作井，嚴重情況下會引起洞門塌方。為了在拆除洞門內維護結構樁時保持底層的穩定和防止地下水流入，防止在盾構機完全進入地層之前其周圍流入地下水和泥砂，導致洞周大面積地表下沉，危及地下管線和附近建筑物，必須考慮地層條件、隧道埋深及周邊環境等因素對端頭進行相應處理。端頭加固的原則，滿足拆除洞門內維護結構樁能保證地層穩定、防止地下水流入以及作業面壓力不足所引起的掌子面坍塌。防止盾構機始發進洞期間涌水涌砂、地面塌陷、基坑失穩等。因此做好端頭加固，對保障盾構機及基坑安全至關重要。

2.2 設計概況

加固措施采用水泥漿攪拌樁及高壓旋噴樁進行加固。盾構始發、接收地基加固：采用Φ850@600三軸攪拌樁加固，樁間搭接250 mm，樁身垂直度偏差≤1/200，采用梅花形布置；攪拌樁與圍護結構間500 mm的空隙采用Φ800@500高壓旋噴樁加固，樁間搭接300 mm，樁身垂直度偏差≤1/200,高壓旋噴樁和攪拌樁樁位偏差≤50 mm。攪拌樁加固指標：加固一區的水泥摻量為10%，加固二區的水泥摻量為25%，采用P42.5級普通硅酸鹽水泥。盾構端頭加固范圍平面布置圖。

3 傳統的三軸攪拌樁加固工藝順序及效果分析

3.1 傳統加固順序

傳統加固順序為，先完成第一排，接著二排、三排依此加固，同排之間加固由一端向另一端推進。

3.2 效果分析

此種順序推進方式，在土層中或地下水貧乏處于效果較好，工藝簡單適應性好，便于操作。

但在富水砂層中，受地下水及其流動影響，三軸攪拌成樁后臨水邊緣水泥漿有被水稀釋或沖蝕現象，導致加固體中夾雜著砂囊和水囊，甚至形成完整的滲水流沙通道。嚴重影響端頭加固質量，威脅著盾構機和基坑的安全。

單邊盾構加固體單排約7幅攪拌樁，加固時間約10 h，根據此種施工順序，攪拌樁成樁后，10 h內，樁體邊沿水泥土，均處于地下水的浸泡和流動侵蝕環境下。導致迎水面部分樁體外側被破壞，此排樁體無法與之有效咬合，形成質量缺陷。個別幅段施工時如垂直度控制不到位還會擴大質量缺陷的嚴重性，甚至形成水囊和滲水通道，產生嚴重的后果。

圖1 缺陷形式及產生過程示意圖（m）

南昌地鐵某站南端頭始發前進行水平探孔，在探孔深度不到2 m位置，就出現了涌水涌砂現象，一下子就涌出了近1方的水和砂，現場應急處置，用提前準備的木塞堵住了探孔，阻止了事態的擴大。但事后進行雙液靜壓注漿進行二次加固，延誤了大半個月的工期，且產生了較大的直接經濟損失。這就是產生水囊和滲水通道的實例。

4 優化后三軸攪拌樁加固工藝順序及效果分析

4.1 優化后加固順序

根據地下水及流動侵蝕的特點分析，被破壞的部分一般為樁體外側，內部往往不會受到破壞，以至于樁心取芯檢測，并不能檢測到缺陷的位置?，F對盾構端頭三軸攪拌樁加固順序進行優化。

優化方案為，先完成加固體周邊一圈的三軸攪拌樁，并采用套打止水工藝。待完成封閉后再加固加固體內部。就可以避免加固時地下水流動侵蝕的影響。內部加固在從一側向另一側一排排完成內部攪拌樁的加固。

4.2 效果分析

先加固周邊樁體，且采用止水套打工藝使樁體封閉成環。有效地解決了地下水及流動對樁體外側的侵蝕，避免樁間加固不到位的情況，提高了加固質量。

加固體內，已被周圍的止水帷幕封閉，即使有個別缺陷，也不會形成滲水通道，杜絕了涌水涌砂發生的可能性，有效地降低了安全風險。

5 經濟安全分析

傳統方案除正常加固施工外，需要增加的工程量和費用及延誤的工期有：水平探孔一般設置9孔，但很難一次成功，往往要多次施工水平探孔的增多4～5孔數量，增加費用約1 萬元。延誤工期2～3 d。探孔發生滲水后需要對探孔周邊范圍進行雙液靜壓注漿二次加固補強，每個注漿孔費用約為1.5 萬元。根據以往施工經驗，一般需要增加注漿孔3～6個。延誤工期7～10 d。如發生涌水涌砂事件，所損失的費用和延誤的工期將成倍地增加，還將對項目部的聲譽產生不良的影響。

優化后將極大提高加固質量，減少二次加固的產生，水平探孔增加數量將減少至1～2孔。增加二次靜壓注漿孔減少為0～4孔。但增加了先期施工的組織措施，需要管理和技術控制，確保外圍樁體先期封閉成環。由于采用套打止水工藝，單側端頭加固體約增加10幅三軸攪拌樁，增加費用約1 萬元，增加工期1 d。由于加固體內已完成止水封閉，能極大降低涌水涌砂事件發生概率，降低安全風險。

6 結語

本工程針對富水砂層地質條件，通過精細化組織管理，優化了三軸端頭加固施工作業順序，減少了地下水流動環境對施工質量的不良影響。提高了止水效果，提高了加固體質量，降低了洞門涌水涌砂風險，減少了二次加固費用，減少了工期延誤，提高了工作效率。