自凝灰漿墻在超大直徑盾構(gòu)始發(fā)端頭加固土體的應(yīng)用

劉永強(qiáng)

（中交隧道局工程有限公司，北京 100102）

盾構(gòu)端頭始發(fā)土體加固質(zhì)量是隧道成敗的關(guān)鍵，特別是在高水壓粉細(xì)砂性土層中，粉細(xì)砂層土體滲透性強(qiáng)，容易形成過水通道，在進(jìn)行土體加固過程中漿液被流動水帶走，目前常用的加固方法如深層攪拌樁、高壓旋噴樁在這種地層成樁質(zhì)量差，甚至無法成樁，不能滿足加固要求。通常在加固體外包設(shè)計素混凝土作為止水帷幕來隔斷過水通道，而在實際素混凝土墻施工過程中，每幅墻縫間隙不容易處理，會形成透水通道，影響加固土體質(zhì)量。盾構(gòu)機(jī)在穿越加固土體及素混凝土墻中，對刀盤、刀具磨損嚴(yán)重。

和燕路過江通道盾構(gòu)始發(fā)端頭采用新型工法的自凝灰漿墻作為加固土體的外包止水帷幕，其特點(diǎn)是強(qiáng)度低、可承受較大變形，且不破壞塑型墻體，整體防滲性好。由于灰漿墻強(qiáng)度低，刀盤所受作用較小，減輕刀具磨損，盾構(gòu)機(jī)能迅速通過加固體而降低始發(fā)風(fēng)險。

1 工程概況及加固方法

南京和燕路過江通道南段工程位于長江大橋和長江二橋之間，盾構(gòu)段長2975.906m，采用開挖直徑15.03m 的泥水盾構(gòu)機(jī)。端頭加固地層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土夾粉砂、粉砂夾粉土、細(xì)砂、粉細(xì)砂，隧道覆土厚度7.2m，微承壓水水位埋深1.9～3.9m、水位5.17～5.41m，地面標(biāo)高6.2m。

端頭加固采用Φ800@600mm 三軸攪拌樁+冷凍法并外包800mm 厚自凝灰漿墻（墻厚0.8m，墻深48m，縱向長度20m，橫向?qū)?6m，加固深度到隧道底以下5m 與施工完成的地連墻形成閉合體），加固設(shè)計平面圖如圖1 所示。要求墻體滲透系數(shù)不大于1×10-6cm/s，28d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.3MPa。

2 自凝灰漿配合試驗比

圖1 始發(fā)端頭加固設(shè)計圖

自凝灰漿主要材料由水、水泥、膨潤土、緩凝劑及外加劑組成，合理的試驗配合是自凝灰漿強(qiáng)質(zhì)量的關(guān)鍵，由于地區(qū)不同、各個工程復(fù)雜程度相差甚遠(yuǎn)，選擇試驗配比尤為重要。首先經(jīng)試驗確定配合比，選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥、優(yōu)質(zhì)納基膨潤土、蘇博特JM-Ⅵ型緩凝劑，根據(jù)成墻工藝，施工要求初凝時間大于30h 以上進(jìn)行配合比試驗，選取代表性土層特征的4 組，其特性如表1 所示。

3 施工工藝

3.1 導(dǎo)墻施工

導(dǎo)墻為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用倒“L”形導(dǎo)。凈寬比自凝灰漿墻厚5cm。

3.2 泥漿制作

自凝灰漿的制作：首先按照一般泥漿標(biāo)準(zhǔn)拌制膨潤土泥漿，拌制膨潤土泥漿采用復(fù)合納基膨潤土，使用高速泥漿攪拌機(jī)拌制，控制泥漿比重在1.02～1.10g/cm3，黏度在28～35s，失水量在0.5～0.7ml/min，pH 值為9～11。拌制好的膨潤土泥漿必須在泥漿池內(nèi)通過泥漿泵充分循環(huán)2～3h，檢測其性能指標(biāo)，合格后輸送至儲漿池內(nèi)膨化12h 以上。成槽施工時，將膨潤泥漿輸送至專用灰漿池內(nèi)按照配合比加入水泥和緩凝劑，經(jīng)泥漿攪拌機(jī)攪拌2min 后由自凝灰漿池自流到開挖槽段內(nèi)。自凝灰漿凝結(jié)體的抗壓強(qiáng)度和彈模主要取決于灰水比的大小，灰水比越大，這兩個指標(biāo)越大。

表1 自凝灰漿配合比及其特征

3.3 成槽施工

自凝灰漿墻采用跳躍法工法，相鄰槽段灰漿初凝達(dá)到一定強(qiáng)度（一般30h 以上，具體以現(xiàn)場實際情況為準(zhǔn)）后方可進(jìn)行開挖。根據(jù)設(shè)計圖紙將自凝灰漿墻分幅，幅段按照首開幅2.8m、閉合幅2.4m，相鄰兩幅之間咬合20cm 原則進(jìn)行布置。設(shè)備采用SG60 型液壓抓斗成槽機(jī)。

3.4 清底

清底采用沉淀法，使用挖槽作業(yè)的液壓抓斗直接挖除槽底沉渣。由于泥漿有一定的比重和黏度，土渣在泥漿中沉降會受阻滯，沉到槽底需要一段時間，因而采用沉淀法清底要在成槽結(jié)束1h 左右之后才開始。

4 施工效果

（1）和燕路過江通道工作始發(fā)井地連墻墻深48m，穿越地層為高水位粉細(xì)砂層，根據(jù)現(xiàn)場實際抽水試驗結(jié)果得出：綜合滲透系數(shù)45m/d，由于實驗結(jié)果和勘察設(shè)計資料（綜合滲透系數(shù)7.8m/d）出入較大，工作井地連墻所處地層透水性強(qiáng)，容易造成塌孔或較厚的沉渣，造成成槽困難，為此施做始發(fā)井端部地連墻之前先期施工自凝灰漿墻，形成半封閉止水帷幕，極大程度降低了富水粉細(xì)砂層地連墻成槽困難，現(xiàn)場實際結(jié)果表明，在形成止水帷幕后，護(hù)臂泥漿比重控制在1.15～1.25g/cm3，黏度24～30s，下放鋼筋籠至混凝土澆筑前10～12h，槽壁穩(wěn)定性較好，沉渣厚度8～15cm。

（2）始發(fā)端頭加固土體在地連墻與灰漿墻施工完畢后施工，此時形成一個封閉的空間，進(jìn)行三軸攪拌樁加固，很大程度降低了因動水作用造成的加固漿液隨著水壓力作用而流失的問題，使?jié){液與土體充分?jǐn)嚢瑁蠓忍岣咄良庸藤|(zhì)量，加固效果整體性較好、強(qiáng)度高及止水性好的加固體，齡期通過水平和垂直鉆孔取芯的方法進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果水平探孔無涌水涌砂現(xiàn)象，垂直取芯深度和土體加固效果滿足設(shè)計要求，加固土體的強(qiáng)度和滲透系數(shù)良好。

（3）和燕路過江通道項目盾構(gòu)始發(fā)覆土7.2m，為典型的超淺覆土始發(fā)，盾構(gòu)在穿越加固體掘進(jìn)過程中風(fēng)險極大，尤其在盾構(gòu)剛通過加固體進(jìn)入未加固地層后，由于土層變化引起掘進(jìn)參數(shù)有較大的變化，對周圍土體擾動大，容易造成地面冒漿，甚至地面沉陷。國內(nèi)以往類似工程外側(cè)設(shè)置C15 素混凝土墻作止水帷幕，墻體素混凝土施工每幅墻采用鎖口管接頭，墻體接縫容易形成縫隙，形成滲透水流通道，造成墻外動水進(jìn)入加固土體中影響加固效果。而自凝灰漿墻每幅墻體采用咬合形式，不容易形成墻體間隔縫隙，墻體整體性較好，止水效果明顯。加固土體外包形式的選擇，對盾構(gòu)穿越墻體過程中盾構(gòu)掘進(jìn)各項參數(shù)有直接的影響。通過類似經(jīng)驗對比盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)如表2 所示。

表2 盾構(gòu)穿越墻體參數(shù)表

以上數(shù)據(jù)表明，相同工況下盾構(gòu)推力及扭矩都明顯大于自凝灰漿墻，極易造成地面土體擾動波動大。泥水壓力隨之增大，墻體與未加固土體之間存在一定間隙，進(jìn)而使得泥漿從這個間隙冒出地面。在推力增大的情況下，容易使盾構(gòu)始發(fā)反力架受力過大而變形破壞，從而造成負(fù)環(huán)失穩(wěn)及隧道管片變形，引起極大的風(fēng)險。穿越混凝土墻過程中推力及扭矩過大且隧道覆土較淺，容易造成管片壁后注漿效果失穩(wěn)，盾體過墻體后進(jìn)入正常土層中，未加固土層中承壓水隨著動水壓力的增大，造成盾尾涌水涌砂，形成極大的風(fēng)險。而盾構(gòu)機(jī)穿越自凝灰漿墻時，由于灰漿墻強(qiáng)度小，盾構(gòu)各項掘進(jìn)參數(shù)和未加固土層掘進(jìn)參數(shù)沒有太大變化，盾構(gòu)姿態(tài)容易控制，并且塑性灰漿墻能與管片壁同步注漿，實現(xiàn)有效黏結(jié)，止水效果明顯，有效防止隧道“噴涌”現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

（1）南京和燕路過江通道在盾構(gòu)始發(fā)端頭加固土體外包采用自凝灰漿止水帷幕墻，針對長江漫灘高水位富水砂層地質(zhì)特點(diǎn)，在地連墻、土體加固及盾構(gòu)穿越加固體的參數(shù)控制取得顯著效果，對今后隔區(qū)止水進(jìn)行圍護(hù)施工、土體加固、大盾構(gòu)穿越加固體具有重要意義。

（2）自凝灰漿墻質(zhì)量保證前提為試驗配合比，確定試驗配合比除考慮水文地質(zhì)、施工工藝、場地條件外，由于前期試驗配合比時間長，且國內(nèi)具有這類檢測資質(zhì)的單位很少，因此還應(yīng)提前考慮工程施工期。