軟粘土層盾構(gòu)接收井端頭加固技術(shù)研究

(中鐵十八局集團第四工程有限公司 天津 300350)

一、引言

盾構(gòu)法具有以下顯著優(yōu)點：(1)無需拆除地面建筑，因而對地面交通及周邊環(huán)境的擾動較小；(2)施工速度快、質(zhì)量好、效率高；(3)作業(yè)安全，可保證人、物安全。

鑒于以上優(yōu)點，盾構(gòu)法施工在地鐵建設(shè)中的應(yīng)用愈來愈廣。

在盾構(gòu)施工過程中，若遇到松散砂土層，或是含水率較高的軟黏土層等自穩(wěn)和防水性能較差的軟弱富水地層，當盾構(gòu)到達掘進端頭進入接收井時，由于其殼體與接收井洞門之間不能實現(xiàn)完全緊密貼合，從而造成一定的環(huán)狀空隙。在滲水作用下，外側(cè)的土體會隨水流穿過空隙而進入接收井內(nèi)，導(dǎo)致涌水、涌砂，嚴重時還可能導(dǎo)致坍塌等危害[1]，影響施工進度。因此，作為盾構(gòu)法施工的關(guān)鍵，必須認真對待盾構(gòu)的接收。本文將以天津地鐵六號線人民醫(yī)院站～長虹公園站(左線)盾構(gòu)區(qū)間為例，探討在軟弱富水地層的條件下，盾構(gòu)接收井端頭加固的技術(shù)。

二、工程概況

(一)工程概述

區(qū)間左線隧道全長733.745m(489環(huán))，右線隧道全長734.126 m(490環(huán))，該線路的設(shè)計里程為DK18+380.000～DK19+114.126；區(qū)間左右線隧道總長1467.871m；該區(qū)間內(nèi)，最小曲線半徑為2000m，線間距為11～15.6m，區(qū)間隧道設(shè)置為單面坡，最大縱坡-11.909‰，隧道覆土約10.9～18.56m。區(qū)間隧道設(shè)聯(lián)絡(luò)通道一處。

人民醫(yī)院站南端頭井為人民醫(yī)院站～長虹公園站盾構(gòu)區(qū)間的接收井，為地下2層站，基坑端頭井圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻。

(二)場地環(huán)境

接收井到周邊各種建筑物的距離較遠，其中距離最近的為花蓮里3#樓，兩者相距18.6m。由于加固施工噪音較大，為了避免影響附近居民，故每天施工時間定為6:00-22:00。具體場地環(huán)境如圖1所示。

圖1 人民醫(yī)院站接收井周邊環(huán)境

三、施工工藝

(一)施工準備及測量放樣。(1)場地清理。在進行施工前，必須先進行場地的清理，使清理后的場地整平，并按照技術(shù)規(guī)范要求填寫相應(yīng)的報驗單，待監(jiān)理工程師核對后簽字確認，方可實施下一步工序[2]。(2)布樁圖。根據(jù)設(shè)計圖，合理布樁[3]。(3)測量放樣。施工前，需要同甲方和監(jiān)理工程師一起，對設(shè)計單位移交的導(dǎo)線點和水準點進行審核，確認沒有偏差后方可使用。測量人員向監(jiān)理工程師申報復(fù)核抽查，按要求填寫相關(guān)測量放樣報驗單，交由監(jiān)理工程師審查、確認、簽字。(4)材料。用于施工的水泥材料的質(zhì)量和規(guī)格必須符合設(shè)計要求，并要求出廠質(zhì)保和出廠試驗報告，運到工地的加固料(水泥)，需要對其質(zhì)量進行抽樣檢查，抽樣試驗的頻率根據(jù)規(guī)范要求來執(zhí)行。檢查后的結(jié)果報告給監(jiān)理工程師，并在投入使用前得到其確認、簽字。(5)水泥土強度試驗。在施工前，需要詳細了解各施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況，并根據(jù)不同的現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果選取有代表性的土層位置，鉆孔取出一定數(shù)量的試樣土，從而驗證軟土的性質(zhì)和該工程所設(shè)計的水泥土(攪拌樁)強度是否能夠滿足要求[4]。各項試驗的結(jié)果按要求寫成書面報告，交由監(jiān)理工程師審查核實，若與原地質(zhì)鉆探資料和設(shè)計要求不符，則通知設(shè)計方進行更改。

(二)三軸水泥攪拌樁施工工藝。三軸水泥攪拌樁施工工藝的流程圖和施工工序圖，可參照圖2所示。

圖2 三軸水泥土攪拌樁施工工藝流程圖

對于水泥土攪拌樁，其施工程序如圖3所示：

圖3 水泥土攪拌樁施工程序示意圖

(三)雙高壓旋噴樁施工工藝。本工程旋噴樁所利用的是雙高壓噴射注漿裝置，該裝置包括高壓泵和注漿鉆機，它可以通過超高壓水泥漿切割周圍的土體，并將水泥漿與土體混和，使之成為一個整體，即水泥土樁體[5]。

該工藝的主要過程，就是對土層進行兩次切削破壞：①上段超高壓水和壓縮空氣的復(fù)合噴射流體切割土層；②下段超高壓漿液和壓縮空氣的復(fù)合噴射流體在第一次切割的基礎(chǔ)上，再次切割土層。

操作要點如下：鉆機就位：鉆頭與孔位中心對齊，鉆機做好水平校正，其鉆桿軸線和鉆孔應(yīng)垂直對準中心位置，以保證鉆孔的垂直度。(1)鉆孔：鉆孔前，先檢查管路、密封圈和絲口連接等，確保各項內(nèi)容都符合標準。茶館到達地層預(yù)設(shè)的深度，先進行高壓試噴，根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整各項參數(shù)，直到滿足要求后方可進行正式噴漿作業(yè)。另外需要注意的地方，即射水和插管同時進行，且必須保證水壓不超過1MPa，以防止噴嘴被泥漿堵塞。(2)噴射作業(yè)：及時核查注漿的流量Q、壓力P、旋轉(zhuǎn)提升速度v等主要參數(shù)，確保作業(yè)的流暢性和安全性。(3)沖洗：噴射達到設(shè)計高度，即宣告旋噴結(jié)束，之后需清洗各機具設(shè)備，保證注漿管內(nèi)沒有水泥漿殘留。(4)移動機具：把鉆機等機具設(shè)備移到新孔位上。進行下一根旋噴樁施工。

四、旋噴樁質(zhì)量問題及應(yīng)對措施

以下即為施工過程中，可能出現(xiàn)的各種問題，為保證施工質(zhì)量，需根據(jù)其工藝特點和當?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)狀況來采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。

(一)固結(jié)體強度不均勻、縮頸。(1)產(chǎn)生原因。①在勘察施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件后，沒有根據(jù)現(xiàn)場狀況對噴射方法和機具進行合理選擇。②噴漿設(shè)備出現(xiàn)故障中斷施工。③拔管速度的快慢、旋轉(zhuǎn)速度的不同、注漿量的大小不一，這些看似無關(guān)的細節(jié)處理，都可能直接導(dǎo)致樁身直徑的變化，從而導(dǎo)致漿液有多有少。④漿液未與土粒攪拌充分。⑤當盾構(gòu)穿越粘性土?xí)r，遇到的土質(zhì)較硬，則會產(chǎn)生頸縮。(2)預(yù)防措施及處理方法。①制定不同的噴漿方案，使用不同的施工機具，以滿足不同的設(shè)計要求和地質(zhì)條件。②在噴漿前，先進行壓漿試驗，保證其一切正常后，再進行配漿、噴射，使施工過程保持連續(xù)，不被中斷。③及時調(diào)整噴嘴的轉(zhuǎn)速、提升速度、噴射壓力和噴漿量。④采用定位旋轉(zhuǎn)噴射(不提升)或復(fù)噴，以此來擴大樁徑。⑤控制漿液的水灰比及稠度。

(二)壓力上不去。(1)產(chǎn)生原因。①安裝安全閥和管路時，接頭處的密封程度不夠，導(dǎo)致泄漏。②泵閥損壞，油管破裂漏油。③安全閥的安全壓力過低。④吸漿管內(nèi)留有空氣。⑤密封圈泄漏。⑥塞油泵調(diào)壓過低。(2)預(yù)防措施及處理方法。①停機進行檢查，確認一切正常后，再讓壓力自然上升。②與此同時，用清水進行調(diào)壓測試，直到滿足要求。

(三)壓力驟然上升。(1)產(chǎn)生原因。①噴嘴堵塞。②高壓管路未完全清洗，有漿液沉淀或其他類型的碎屑，導(dǎo)致管路堵塞。③泵體或出漿管路有堵塞。(2)預(yù)防措施及處理方法。①停機→卸壓→檢查。②若噴嘴被堵，則提升鉆桿并用銅疏通。③因其他原因而導(dǎo)致的堵塞，需將接頭松開進行疏通，待堵塞消失后再進行旋噴。

(四)鉆孔沉管困難偏斜、冒漿。(1)產(chǎn)生原因。①當?shù)叵麓嬖谝崖裨O(shè)的物體，會導(dǎo)致地面不平實，使鉆桿的傾斜度超過標準值。②與實際需要的量相比較，注漿量過多或者過少。③注漿量太大。④有效噴射范圍未滿足要求。(2)預(yù)防措施及處理方法。①在放樁位點時，先進行勘探，當遇到地下埋設(shè)物時，先將其徹底清除，若難以清除，則需要合理改變樁鉆孔點。②噴射注漿前，先對場地進行清理，使其平整，控制鉆桿的垂直傾斜度保持在0.3%以內(nèi)。③為減小出漿口的孔徑，同時提升噴射能力，采用側(cè)口式噴頭，使?jié){液量滿足實際所需的量，以此減少冒漿情況的發(fā)生。④控制水泥漿液配合比。⑤利用速凝劑加快固結(jié)。⑥若某地段存在間隙，增大注漿量，在填滿空隙后再繼續(xù)旋噴。

五、結(jié)論

作為盾構(gòu)施工過程的關(guān)鍵階段，尤其當接收井端頭周邊存在軟弱富水地層時，在接收端進行加固顯然是十分必要的。本文通過對天津地鐵六號線某盾構(gòu)區(qū)間所采用的加固方案分析、討論，得到了最優(yōu)的加固措施——即采用水泥攪拌樁與雙高壓旋噴樁結(jié)合的接收井端頭加固措施。

經(jīng)過工程實踐的證明，該措施對軟弱富水地層盾構(gòu)接收井端頭的加固有良好的實際效果，且針對各種可能出現(xiàn)的問題，提出了切實可行的預(yù)防措施和解決方案。近些年來，各種加固措施相繼用于盾構(gòu)施工中，既保證了工程的安全性，又大大提高了施工效率、延長了各種器具的使用壽命，從而降低了成本，節(jié)省了很多不必要的人力、物力。

顯然，在接收端進行加固，是未來盾構(gòu)施工的大勢所趨，本文對此進行了詳細的介紹，并提出了新的問題、新的挑戰(zhàn)，也對日后類似工程提供了可以借鑒的經(jīng)驗。