富水地層盾構工作井端頭復合加固技術研究

高同礦 吳瑞濤 劉娟

摘? ?要：在國內地鐵施工中常采用盾構法進行施工，盾構工作井的主要作用是保證船盾構機在進出洞口時的安全。本文針對南通西站地鐵車站工程實際情況，通過制定富水地層盾構工作井端頭復合加固技術，以確保盾構施工的順利進行，并為類似工程提供參考。

關鍵詞：富水地層? 盾構工作井? 端頭復合加固

Abstract： In domestic subway construction by shield method construction， shield work well is to ensure that the main function of the ship of shield machine in the safety when in and out of the mouth of the cave. Aiming at nantong west station subway station engineering actual situation， through the formulation of rich water formation of shield work well end composite reinforcement technology， to ensure smooth progression of shield construction， and provide reference for similar projects.

盾構法是近年來在國內地鐵施工中興起的較為高效且安全的方法，特別是在軟土地區的應用尤為廣泛。當盾構機開始掘進或掘進完成出洞時，由于工作井的擋土墻會被拆除，工作井端頭處的土體受到的荷載和應力會相應的發生改變，整個盾構工作面都會處于開放狀態。如果不采用合理的加固措施，大量的地下水和流砂就會涌入盾構工作井，嚴重時會出現洞門塌方的風險，對盾構工作井的周邊環境造成影響。因此，為了保證盾構機在開始與到達時能順利通過，有必要采用一種合理的端頭加固工藝，這也是保證盾構順利施工的重要環節。

對于高滲透富水地層，由于土體中含有豐富的地下水，從而導致該地層的土體具有抗剪強度低、壓縮性高、滲透系數大，其盾構工作井端頭加固要求更高。鑒于此，文章對此展開相關研究，對常用的方法進行比較、分析并結合新工藝，最終形成高滲透富水地層盾構工作井端頭復合式加固技術，具有加固后地層強度高，止水性、均勻性、整體穩定性良好等特點。

1? 工程概況

南通西站是滬通鐵路第二座車站，站設于南通市通州區平潮鎮。站區內共有國鐵橋梁、國鐵站房、下沉廣場、地鐵車站、站區配套開發等項目。依據站區規劃，豎向共分為四層，從上至下依次為國鐵站臺層、國鐵候車廳層、地鐵站廳層與下沉廣場結構層，地鐵站臺層。地鐵站廳層設置于站房正下方，并置于下沉廣場內;地鐵車站中柱與國鐵站廳層板共用，下沉廣場柱位與國鐵站房結合設置，下沉廣場作為國鐵站房基礎與結構嵌固端。地鐵站廳層板與下沉廣場底板接平處理，采用施工縫連接。

地鐵車站垂直正穿國鐵滬通鐵路，位于滬通鐵路正線34#～35#橋墩正中間，為地下二層島式車站。車站長度213.15m，寬度21.7m，基坑開挖深度約為15.74m，車站采用明挖順筑法施工，車站主體圍護基坑采用放坡+坑中坑形式，坑中坑形式采用地下連續墻+內支撐體系，主體為單柱雙跨結構型式。

2? 技術原理

針對高滲透富水地層中盾構工作井的端頭土體，本工法提出采用三軸攪拌樁上弱下強加固、外圍打設止水帷幕、交界面旋噴注漿搭接、洞門下端斜孔注漿補強以及周圍降水相結合的復合式加固方法，通過將土質由松變實，含水率由高低，起到固結、穩定、止水的效果。具體工藝原理如下所述。

通過調整三軸攪拌樁參數對盾構上覆土體進行弱加固，對盾構周圍一定區域的土體進行強加固，強弱結合形成加固區;加固區外圍打設止水帷幕，與工作井圍護結構相連;三軸攪拌樁與圍護結構的交界面空隙采用旋噴注漿搭接加固;洞門下端的斜孔注漿設置在盾構開挖輪廓下方，水平向下呈一定角度傾斜注漿補強，并與外圍止水帷幕交接形成加固區的底部密封，最終形成完整密封的復合加固區。

其中，在洞門下端斜孔注漿時，導向管管口設置有主閘閥、旁通閘閥和密封裝置等結構，管徑略大于鉆桿，在鉆孔時起導向作用。主閘閥用于控制管口開關，旁通閘閥用于防止注漿壓力過大導致漿液外流，注漿完畢后通過密封裝置實現管口的有效密封。

3? 技術特點

本技術采用三軸攪拌樁上弱下強加固、外圍打設止水帷幕、交界面旋噴注漿搭接、洞門下端斜孔注漿補強以及周圍降水相結合的復合式加固方法，通過橫豎結合形成完整密封的加固區，能夠顯著提高端頭土體強度，滿足端頭土體穩定性、滲透性和變形特性的要求。

本技術在盾構開挖洞門下端采用斜孔注漿的方法，通過水平向下呈一定角度傾斜注漿補強，與外圍止水帷幕交接形成加固區的底部密封，彌補了地面注漿存在盲區的弊端，可有效防止盾構開挖時高滲透富水層的滲水破壞。

本技術在洞門下端斜孔注漿時，采用帶有主閘閥、旁通閘閥和密封裝置等結構的導向管，便于鉆孔和注漿，注漿完畢后可以有效對孔口進行密封，在保證洞門密封性的前提下達到加固端頭土體的目的。

4? 技術流程

4.1 三軸攪拌樁強加固施工

（1）開挖溝槽。

對場地進行清理、整平和放樣，依據樁位中心線進行溝槽開挖作業，并對地下障礙物進行清除（如圖1所示）。

（2）樁機就位。

按照預先測放的樁位點，移動樁機移至樁位點上方，使樁尖對準樁位點并調平樁機，為使樁位的偏差在5cm以內，在樁架上焊接一個圓形鐵圈，半徑5cm，并在上方放置一鉛錘。調整鉆桿位置，通過全站儀觀察使鉛錘能落在鐵圈內，通過鉛錘和鐵圈精確控制機身垂直度，可使垂直誤差小于0.5%。

（3）攪拌成樁。

按照要求提前配制好水泥漿，將樁機的鉆頭尖部對準樁位點進行鉆孔作業，同時用管道將水泥漿泵送至出漿口，邊鉆孔邊攪拌，在攪拌樁樁身全長范圍內采用兩噴兩攪。成樁過程中根據樁長和下沉速度控制噴漿壓力和噴漿量，使整個過程噴漿均勻。

（4）鉆進攪拌提升。

在下沉噴漿過程中要注意控制漿液的均勻性，防止水泥漿液離析現象的發生，整個過程嚴格控制下沉和提升速度，當鉆頭鉆至樁底設計標高時，停鉆30s后在提升鉆頭，在樁底部分宜重復攪拌噴漿，提升鉆頭至樁頂設計標高時完成注漿。

4.2 三軸攪拌樁弱加固施工

（1）降低水泥摻量，重新配制水泥漿。

（2）重復上述施工步驟，直至完成弱加固區的施工。

4.3 止水帷幕施工

（1）加固區外側采用一圈三軸攪拌樁止水帷幕，與圍護結構相連。

（2）根據設計參數重新配制用于止水帷幕的水泥漿，施工步驟同上，依次為開挖溝槽、樁機就位、攪拌成樁、鉆進攪拌提升等。

4.4 旋噴注漿施工

（1）鉆機就位。

調平、對中樁機，調整樁機的垂直度，保證鉆桿應與樁位一致，偏差宜在50mm以內，鉆孔垂直度誤差小于1.5%。

（2）噴水引孔鉆進。

先在地面進行試噴，確保鉆孔機械能正常運轉后進行正式鉆孔作業，邊射水邊鉆孔，并用塑料布包裹高壓水噴嘴，防止出現噴嘴被周圍泥砂堵塞的情況。

（3）旋噴提升。

采用鉆孔的方式將噴射注漿管送至設計標高，然后通過管道泵送泥漿液，并使注漿管停轉10s，待孔口能正常冒漿后從下至上旋噴提升鉆桿，同時將排出至地面的泥漿液清理干凈。在旋噴提升的過程中可根據鉆桿通過地層的土質情況，調整適合該土質的旋噴參數。鉆桿提升至設計標高時旋噴停止，并清洗注漿泵和泵送管道，然后移動轉機至下個樁位處，重復施工。

4.5 斜孔注漿施工

（1）鉆孔。

在工作井的連續墻上，根據盾構開挖輪廓線，在洞門下端定位鉆孔，用鉆機向外側呈30°角成孔。當鉆孔至一定長度時，抽離鉆桿，安裝固定導向管，打開閘閥和旁通閘閥（見圖2）。然后將鉆桿置入導向管內，繼續鉆孔直至與外圍止水帷幕交接。

（2）注漿。

鉆孔完成后，在導向管內插入注漿管，注漿加固洞門下端土體。通過旁通閘閥的開關，調節孔內壓力，防止漿液外流。

（3）密封。

注漿結束后，關閉閘閥和旁通閘閥，完成對孔口的密封。

4.6 降水施工

（1）平整加固區周圍場地，根據設計方案進行井點放線工作，設置集水坑，鋪設總管和支管。

（2）通過沖孔、埋管、灌砂等步驟完成降水井的打設。

（3）井點孔封口，連通總管和支管，開機抽水。

4.7 盾構始發或到達

做好洞口密封、導軌安裝等準備措施，拆除盾構輪廓區域內的工作井擋土墻，完成盾構始發或到達。

5? 結語

本文通過對南通西站地鐵車站工程進行介紹，從盾構工作井端頭加固的角度出發，對富水地層工作井端頭加固施工技術做了較為全面的總結。通過設計合理的加固方案對富水地層工作井端頭進行加固施工，將施工區域內地層的止水性、均勻性、整體穩定性和強度控制在標準范圍內，有效的保證了施工區域滿足盾構施工的要求，從而保證了南通西站地鐵車站施工的順利進行，同時也為其他類似工程施工提供了科學依據。

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