盾構機始發與到達端頭土體加固解析

王義鵬

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 100026）

0 引言

盾構機釋放和達到前要做好端頭土地加固，加固的主要目的是避免拆出洞口臨時圍護結構時破壞底層穩定性，避免地下水流入到工作井中，對工程施工和工程質量造成不良影響。土地加固是否成功，對盾構機的安全始發和到達會造成直接影響，通過合理方式對端頭土地進行加固是確保盾構施工作業順利開展的一項重要內容。對端頭進行加固時，可以采取單種或多種方式相結合，這主要取決于地下水位、地質情況、盾構機型、施工環境等多項因素影響。同時，還要考慮施工作業的便捷性、經濟性和安全性。

1 盾構法簡介

盾構法是暗挖施工作業中采用的一種全機械化施工措施。具體施工期間，在地下推進盾構機械，利用盾構外殼和管片支承四周圍巖，避免發生坍塌事故，以免影響工程施工進度，避免造成人員傷亡。同時，在開挖面前利用切削裝置對土體挖掘，利用土地機將開挖中產生的土方運輸到洞外，利用千斤頂在外部進行頂進，并拼裝預制混凝土管片，最終形成隧道結構。合理應用盾構法，可以加快工程的施工進度，確保工程質量不會出現問題。

2 加固端頭土體的目的

2.1 控制沉降避免坍塌。

始發、達到前通常要將洞口井壁混凝土鑿除，將鋼筋割斷，保證盾構順利進出洞。為了保證施工作業的順利進行，工程質量能夠達到要求標準，洞口混凝土井壁厚度≥80 cm，鑿除作業費時長。在進行鑿除作業時，要避免開挖面在空氣中暴露時間過長而引起坍塌事故，或導致地表發生大范圍沉降。

2.2 控制水土流失

盾構始發進入或穿過加固體時，在含水量偏高、卵石層等不同類型底層，盾構在進出洞時，容易造成水土流失，這會對工程的施工和整體質量造成直接影響。在應用水泥盾構時，水泥壓力作用會導致加固體發生水土流失，使水泥無法處于平衡狀態，如土地強度達不到相應的要求，在施工期間容易發生坍塌。

2.3 確保周邊建筑和結構物的安全性

作業期間如在端頭處存在管線、房屋、道路時，需要采取措施完成相應的保護作業。對工程整體情況進行全面分析，在條件允許的情況下，可以改變施工路線。對工程附近的房屋進行鑒定，過程中要拍照、錄像，獲取一手資料。

3 加固端頭土地的范圍

在進行土地加固時，土地強度不得過高，考慮到盾構機刀盤配置情況，要確保盾構機能夠順利切割加固體。實際作業期間，加固范圍要依據實際加固方法和地層的具體情況而定，依據多年的施工經驗，以及相關理論分析，如果在施工期間，采取一般攪拌樁方法進行加固處理，始發加固厚度通常≥6.0 m，加固長度通常≥3.0 m。需要注意的是，如果在實際施工期間遇到了特殊地層，在始發時要對抗滲等因素進行全面考慮，要適當增加加固寬度，如在粉細砂層中始發要增加約10.0 m，到達增加9.0 m。加固深度通常都在洞口門上部3.0 m，下部2.0 m 范圍內，同時，還要適當增加砂層中底部深度，避免發生管涌現象。

4 端頭加固常用的施工方法

端頭加固是一項復雜工作，在加固時可以采取單種或多種方法相結合，以達到加固目的。

4.1 攪拌樁施工方法

該方法是軟土地層常用的一種端頭加固方法。在實際施工期間，通過應用攪拌樁，使端頭土地凝聚力和內摩擦角發生改變，主要適合應用在粘土層、淤泥、砂層環境中。但該方法在砂層中應用的加固效果相對較差，將其應用在砂層中要與旋噴樁方法結合應用。該方法在應用時會受所用設備性能的限制，因此，加固層深度＞15.0 m 后取得的效果很差，優點是工程整體造價偏低。施工中容易出現的問題：加固作業容易出現中斷、加固強度偏低，作業期間容易發生吊鉆頭問題。

4.2 旋噴樁施工法

該方法適合在砂層中應用，可以實現對砂層的合理改造，也可以在粉土、淤泥、粘土層中應用。但是，粘著力和砂礫地基的粘土有時無法形成質量過硬的改良樁，當施工深度＞40.0 m 時，該方法在應用過程中取得的效果差。其經常被應用在圍護結構與加固體間隙的加固，以及角部加固作業中。

4.3 注漿法

該方法可以在不同類型的地層中應用，特別是在一些深度相對較深的砂質地層、砂礫層中，在地層較好的地段，施工期間可以將該方法與攪拌樁等施工方法結合應用，針對水量較小地段可以通過加固方式止水。在注漿時可以采取單液注漿或雙液注漿，也可以采取跟蹤注漿方式完成相應的注漿作業。從目前情況來看，在注漿作業中可以采用的漿液種類有很多，對施工作業中采用的漿液的選擇要考慮適用性和經濟性，在全面結合地質、地下水、施工環境的情況下，最終確定采用何種漿液。此外，需要施工人員注意，在對該方法進行應用時，要對灌漿引起的地基隆起問題進行科學處理。

4.4 凍結法

該方法適合應用在砂層、砂礫層、淤泥層中，該方法在應用期間的凍土強度高、止水性高，對地下溫度情況進行測量，依據溫度高度可以對凍土形成狀態進行確定。凍結法是一種在施工期間加強管理就可以獲取的方法，該方法具體應用具有較高的可靠性，凍土墻能夠長期處于穩定狀態，不易發生改變。需要注意的是，如果存在流動水層，則難以保證質量。如地下有水流動，將阻礙凍結的實現，因此，在對該方法進行應用時，要對地下是否有水流，以及水流的流速和方向進行確定。對于有水流的區域，應當檢查是否依據計劃進行凍結，依據檢查獲取的結果，采取相應措施進行處理。針對透水性大、地下水豐富的砂礫層，必須對地下是否存在水流進行明確，如果情況特殊，需要采取化學注漿法降低地下水的流速，或者達到截斷地下水的目的。

在對凍結法進行應用時，需要相關作業人員注意凍土出現融沉和凍脹效應，這會對地面沉降和周邊建筑物造成較大影響。融沉和凍脹情況受凍結規模、凍結時間、地基條件不同而存在差異，通常來說在砂礫層受到的影響小，而在粉砂和粘土受到的影響大。如能夠預測到地基凍脹，以及因為解凍而引起的地基沉降對周圍建筑造成不良影響，要依據凍脹與解凍沉降情況，采取合理的措施進行防護，并且要對是否采取凍結法開展施工進行探究。溫水循環是控制解凍引起地基沉降的一種合理方法，施工中可以應用此方法，也可以采取化學注漿工程填充孔隙方法，實現強制解凍。融沉和凍脹持續較長時間，并且會對管片發生的沉隆變形情況造成影響，對于施工中采用的注漿液要具有良好的抗凍性，對于施工中采用的管片配筋要進行加強，后期還要對注漿進行二次處理。

4.5 降水法

降低地下水位也是施工中常用的一種方法，在一些特殊土質下，在工程施工期間，經常會出現地基沉降。因此，在施工前，要對地下水位下降可能會對周圍地基造成的影響進行詳細研究，對具體造成的影響進行明確。因此，通常在地下水沉降對建筑物造成影響較小的情況下對降水法進行應用。

5 端頭加固相關問題分析

5.1 事故多發原因

通過對大量工程建設經驗進行總結，端頭土體加固過程中發現事故的原因主要有以下5 點：

（1）樁身在工程施工中發生了偏斜，加固體受外界環境因素影響出現中斷，樁間存在不咬合情況，這會對工程施工開展造成不良影響。

（2）進行加固處理時，鋼筋或注漿管有異物落入到隧道內。

（3）砂層施工作業中，采取的參數存在問題，無法達到預期加固效果。針對這一問題，在處理上可以采用試樁或調整的方式進行處理，常用的處理方式有二重管旋噴和三重管旋噴，以及單管旋噴。

（4）維護結構被過早破除，會導致施工期間掌子面長期暴露在空氣中，或沒有采取正確的方式對墻體進行拆除。拆除墻體是一項危險作業，存在圍巖坍塌危險。在拆除墻體時，為了確保施工作業的順利進行，墻體拆除要一小塊一小塊地進行，并且在該期間，要確保墻體拆除安裝作業能夠依據正確順序進行。

（5）未采取合理措施對洞門進行密封處理，始發注漿等輔助措施存在問題。對于這些問題要采取針對性措施進行處理，降低事故發生幾率。

5.2 檢測端頭加固效果

檢測端頭土地加固效果是降低工程施工安全事故發生的一項重要手段，因此要做好該項工作。檢測端頭加固的關鍵手段如下：

（1）檢測豎向抽芯。進行該項檢測的目的是對固體強度是否能夠達到設計要求、是否連續進行判斷，采用試驗方式對固體強度、抗滲性能進行精準判斷。在砂層中要注意加固保持良好的連續性，為了實現這一目的，抽芯率要超過90%。通常來說，抽芯位置要選擇在樁間咬合位置處。在檢測期間，要依據規范要求確定抽芯數量，為了確保檢測結果的準確性，每個端頭的抽芯數量≥1 根。

（2）檢測水平抽芯。在洞門加固體內打多數水平探孔，對滲水情況進行觀察，為了順利完成檢測工作，探孔數數量≥6 個，探孔要由中間向四周均勻分布。

（3）檢測挖孔樁。在粉細砂地層環境下，完成相應的加固后，可以采用挖孔樁法完成檢測工作。

（4）測溫檢測。如果采用了凍結法，可以采取測溫法進行檢測，在實際檢測期間，要對冷卻溫度和速度進行確定。

6 結束語

端頭土體加固是一項對技術要求很高的工作，與一般地基加固存在一定差別，這種差別不僅體現在強度要求上，而且也體現在抗滲透性上。在具體加固時，應當在滿足工程具體要求基礎上，對經濟要求進行考慮，選擇一種經濟、合理的加固方法，完成加固作業。