西安地鐵盾構始發與接收端頭加固方案研究

徐明 韓日美

摘? 要：盾構法隧道施工中，端頭土體加固是盾構機始發與接收技術的一個重要組成部分，也是盾構機始發與接收事故多發地帶，端頭土體加固的成功與否直接關系到盾構機能否安全始發與到達。文章介紹了目前西安地鐵盾構隧道施工中常用的端頭加固工法，并對它們各自的加固機理、特點及適用范圍進行了闡述，為盾構隧道端頭加固技術的選取提供借鑒。

關鍵詞：西安地鐵;盾構隧道;端頭加固

中圖分類號：U455.43? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）09-0118-02

Abstract： In shield tunnel construction， soil reinforcement at the end is an important part of shield machine initiation and reception technology， and it is also a zone where shield machine initiation and reception accidents occur frequently. The success of end soil reinforcement is directly related to the safe origin and arrival of shield machine. This paper introduces the common end reinforcement methods in Xi'an subway shield tunnel construction， and expounds their respective reinforcement mechanism， characteristics and applicable scope， which provides a reference for the selection of shield tunnel end reinforcement technology.

Keywords： Xi'an Metro; shield tunnel; end reinforcement

前言

盾構法隧道施工中，盾構始發與接收端頭加固是一個重要技術環節，端頭加固的效果直接影響到盾構機的安全始發與安全到達接收。在盾構施工實踐中，因端頭加固不當引起的事故屢有發生。科學合理選擇端頭土體加固方案，是保證盾構順利施工的重要環節。當盾構掘進處于始發或到達階段通過洞口開挖面時，土壓平衡條件差，會對開挖面的土體穩定性產生不同程度的不利影響;同時，始發與接收端隧道覆土往往較淺，特別是始發端，盾構機在磨合狀態下進行試掘進，設備故障易多發，抑或盾構操作人員不熟練等原因，容易引發地表變形過大，甚至導致土體坍塌、地表冒漿或涌水等事故發生。因此根據工程地質條件、地下水、覆土厚度、洞門密封質量等條件，選擇合適的始發與到達接收端頭加固方式，對盾構施工的安全性、經濟性和工期控制具有重要意義。西安地鐵自2007年以來，先后已完成了4條線126km的地鐵工程建設，正在建設3條線，盾構端頭的加固超過100個，采用了多種方案，加固效果也各有差異。本文基于西安的地質特點，梳理分析各種加固方案的優缺點，旨在對今后同類地層提供更加有效的加固方案和施工工藝。

1 西安地質條件分析

西安市坐落在渭河沖積平原中段南部，北鄰渭河，南依秦嶺，東達灃河，西至? 灞。地貌單元分別為：黃土臺塬、沖湖積臺地（原稱黃土梁洼地貌）、渭河階地，地勢總格局呈東南高西北低。主要包含地層為：人工填土層、新黃土（水上）、新黃土（水下）、飽和軟黃土、古土壤、粉質粘土、粉土、細砂、中粗砂層及局部砂卵石地層等;地鐵沿線地質復雜，區域地面沉降、地裂縫、濕陷性黃土、飽和軟黃土、砂卵石地層等分布廣泛，是西安地鐵建設過程中常遇到的不良地質。端頭加固范圍內絕大多數地層為Q3黃土、Q2黃土和砂層、砂卵石層。

Q3黃土自穩性差，水位以上通常具有濕陷性，土體強度一般。Q2黃土一般處于水下，自穩性相對較好。地下水位在城市東南的黃土塬區或河流高階地，一般埋深在20m-50m，在城市中部黃土梁洼區一般埋深在10-20m（飽和軟黃土區域除外），城市西北部階地區埋深5-15m。需要特別強調的是，西安以興慶公園為中心，分布有一層飽和軟黃土，這層土工程性質差，類似于軟土，是工程風險最大的地層。

2 常用盾構端頭加固方案簡介

受工程地質條件、地下水、覆土厚度、盾構機機型和直徑、作業環境等條件決定，同時考慮施工的安全性、方便性、經濟性和工期等因素，目前我國常用盾構端頭加固的方法主要有：注漿法、深層攪拌樁法、高壓旋噴樁法、SMW工法、鉆孔灌注樁法、冷凍法以及井點降水法等。這幾種端頭加固工法適用地層及工期造價等指標對比如表1。

上面的方法中，西安地鐵除冷凍法未采用外，其他方法在不同的地質條件和環境條件下，均開展過相關工作，其中高壓旋噴樁加固法和素混凝土灌注樁+井點降水法在西安地鐵采用更多。

3 西安地鐵盾構端頭加固工法使用及效果評價

目前西安地鐵已建成或者在建線路盾構端頭加固工法主要包含：高壓旋噴樁法、注漿法、素混凝土灌注樁+井點降水法。各方案具體情況如表2。

3.1 高壓旋噴樁

該工法具有地層適應性廣、加固效果良好，施工較為便捷等優點廣泛應用于西安地鐵一、二、三號線及五號線絕大部分的盾構端頭加固中，加固范圍一般為隧道結構左右、上下各3m，加固深度20m左右，該加固方案在大多部分盾構區間施工中取得成功。但對于砂層較厚、地下水流速較快、加固深度超過25m時，成樁效果較差，需采取輔助施工措施來確保盾構始發與接收安全。

3.2 注漿法

該工法應用于西安地鐵二、三號、四號線部分盾構區間接收端加固中，主要應用于富水砂層、飽和軟黃土地層或者盾構區間接收端鄰近地裂破碎段、地面周邊建（構）物復雜等，其工藝主要為袖閥管或WSS全斷面水平洞內注漿。如三號線青龍寺站～延興門站區間地裂縫處理段盾構到達及始發端頭加固采用洞內水平WSS注漿加固，四號線五路口～火車站站盾構區間鄰近營業線接收時采用洞內水平WSS全斷面注漿加固，加固止水效果較好。

3.3 素混凝土灌注樁+井點降水

該工法具有加固范圍小、施工效率高等優點，廣泛應用于西安地鐵四號線絕大部分的盾構端頭加固中，施工時常常輔以井點降水，能達到盾構始發與接收端地層加固、止水效果。但由于鉆孔樁成樁后與圍護結構之前含有一定的夾層，對于一些富水砂層或者水位較高的黃土地層，其止水效果不能滿足現場要求，需在始發或接收時增加輔助堵水措施。

4 結論

結合西安地鐵建設情況梳理后可得出：一般情況下，盾構端頭加固考慮到施工場地的便利性宜優先考慮地表旋噴加固，端頭加固縱向范圍可按8m考慮;對富水砂層、飽和軟黃土地層盾構始發與接收可采用地表旋噴加固+輔助降水，部分地區水位較高、隧道底部埋深大于25m的，可根據現場實際情況，必要時在始發、接收洞門處進行水平注漿等堵水措施。無水且地層情況良好條件下，可以考慮采用單排或者雙排素混凝土樁進行加固，在施工時需增加輔助降水措施。對地表環境復雜、周邊管線或者建（構）筑保護要求高的可考慮采用洞內水平全斷面注漿加固，水位位于隧道洞身范圍的一般地層考慮采用袖閥管全斷面注雙液漿，對于無水條件的可考慮袖閥管全斷面注水泥漿;對于水位較高、含有砂層的情況考慮采用WSS全斷面注漿加固。對于砂層較厚、地下水位高、隧道埋深淺、地表建構（筑）物沉降要求高的盾構始發、接收端頭加固，可采用冷凍法加固。

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