高滲透富水地層盾構工作井端頭加固斜孔注漿技術研究

吳瑞濤　陳道倫　劉小文

摘? ?要：盾構工程是我國城市化建設中的重要組成部分，盾構工作井端頭加固是盾構工程中的施工難點，嚴重影響工程質量。本文針對高滲透富水地層的復雜地質條件，對盾構工作井端頭加固斜孔注漿技術進行研究，可為今后高滲透富水地層盾構工作井端頭加固斜孔注漿施工提供參考。

關鍵詞：高滲透富水地層? 盾構工作井? 端頭加固? 斜孔注漿

中圖分類號：U455.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）03（c）-0054-04

Abstract： Shield engineering is an important part of China's urbanization construction. The reinforcement of shield working well ends is a difficult point in shield engineering， which seriously affects the quality of the project. Aiming at the complicated geological conditions of high-permeability water-rich formations， the research on the technology of inclined hole grouting at the end of shield working wells can provide a reference for the construction of inclined hole grouting at the end of shield working wells in high-permeability water-rich formations.

Key Words： High-permeability water-rich formation; Shield work well; Tip reinforcement; Oblique hole grouting

盾構法是近年來在國內地鐵施工中興起的一種先進、高效、安全的施工方法，特別是在軟土地區的應用尤為廣泛。在盾構始發與到達掘進時，隨著工作井擋土墻的拆除，端頭土體的結構、作用荷載和應力將發生變化，必須進行端頭加固處理。因此，端頭加固是指由于地層土體自穩能力較差而采取相應輔助工法對端頭區域工作井周圍一定范圍的土體進行改良加固處理的過程。軟土地區盾構施工中端頭井土體加固的成功與否直接關系到盾構機能否安全始發、到達。盾構機在進出洞時，工作面處于開放狀態，這種開放狀態將持續較長時間。如果處理不當，地下水、流砂、涌泥等就會進入工作井，嚴重情況下會引起洞門塌方，對周邊環境造成的影響及損失巨大。因此，為確保盾構始發與到達的順利進行，選擇合理的端頭加固施工工法，是保證盾構順利施工的非常重要的環節。

目前，高滲透富水地層現有工作井端頭注漿管加固存在的問題主要有：（1）注漿管無法精確定位，鉆孔時易發生注漿孔傾斜;（2）注漿加固時，注漿液的壓力無法得到較好的控制，影響注漿加固的質量;（3）注漿加固時，注漿液的密封性無法得到控制，易發生注漿液外流。針對高滲透富水地層現有工作井端頭斜孔注漿加固技術存在的問題，有必要開展一種用于高滲透富水地層盾構工作井端頭復合加固的斜孔注漿導向管的開發，以保證盾構工作井端頭斜孔注漿加固的效果。

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

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。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。

本技術采用一種用于盾構工作井端頭復合加固的斜孔注漿導向管（見圖1），包括孔口管、減壓閘閥、單向閘閥、密封裝置、導向管、鉆桿、地下連續墻、外圍止水帷幕、強加固區、弱加固區、盾構、洞門和工作井。

本技術中孔口管用于插入地下連續墻后的土體，方便鉆桿進行鉆孔作業;減壓閘閥用于調節注漿液的注漿壓力，單向閘閥用于樁基周圍土體的回填，密封裝置用于注漿時管道的密封，防止注漿液外流;導向管用于鉆桿的方向引導，防止鉆桿作業時發生偏離;鉆桿可用于鉆孔作業;地下連續墻可用于盾構工作井端頭側面區域的加固，并與底部斜孔注漿加固連成整體;外圍止水帷幕可用于盾構工作井端頭后部區域的加固，并與底部的斜孔注漿加固連成整體;強加固區用于土體強加固區域;弱加固區用于土體弱加固區域;盾構用于土體盾構作業區域;洞門用于盾構機始發與到達時的工作面;工作井用于盾構機始發與到達的區域。

3? 技術特點

（1）本技術所用減壓閘閥包括透氣孔、透氣材料、閉合筒和閥門，能在注漿時動態調節注漿液的壓力，將注漿液的壓力控制在安全范圍內，保證注漿液的灌入質量滿足設計要求;閥門可通過推拉控制閉合筒前后移動，進而控制透氣孔的開閉。

（2）本技術所用透氣材料能透過空氣但不能透出漿液，布置在減壓閥的圓形透氣孔上，既能保證管道內外部進行空氣交換調節注漿壓力，又能阻止注漿液流出管道。

（3）本技術所用閉合筒側壁均勻布置圓形孔洞，孔洞大小與透氣孔大小相同，閉合筒外徑與減壓閥內徑相同，緊貼在管道內壁上，可緊貼管道內壁前后移動，當閉合板孔洞與透氣孔重合時減壓閥打開，反之減壓閥關閉。

（4）本技術所用單向閘閥包括單向筏瓣和筏瓣限位環，使鉆桿插入時單向閘閥能輕松打開，鉆桿拔出時又能自動關閉，既保證了管道的密閉性，又提高了工作效率，使斜孔注漿加固的質量得到了標準化的控制;單向筏瓣由兩個半圓形片拼裝而成，放置在單向閘閥中部，可沿半圓形拼縫開閉;筏瓣限位環緊貼單向閥內壁上，可限制單向筏瓣只能向內打開，當鉆桿插入導向管時能自動打開，鉆桿拔出時能自動關閉;導向管能對插入土體的鉆桿進行導向，防止鉆桿作業時發生偏離。

4? 技術流程

4.1 安放孔口管

（1）確定安放位置。

在工作井地下連續墻上，根據盾構開挖輪廓線，在洞門下端確定孔口管需要安放的位置，并在相應位置放線做好標記。

（2）孔口管埋入。

先將孔口管放到事先標記好的指定位置，用鉆機向外側呈30°將孔口管打入地下連續墻后的土體中，方便鉆桿進行鉆孔，當鉆孔至一定長度時，抽離鉆桿。

4.2 連接減壓閘閥

通過螺紋連接將減壓閘閥連接在孔口管上（見圖3）。

4.3 連接單向閘閥

通過螺紋連接將單向閘閥連接在孔口管上（見圖4）。

4.4 連接導向管

待單向閘閥連接完成后，通過螺紋連接將導向管連接在單向閘閥上，并關閉減壓閘閥（見圖2）。

4.5 鉆孔

連接完成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。

4.6 注漿

鉆孔完成后，進行斜孔注漿加固洞門下端土體，通過減壓閘閥的閥門，動態調節孔內注漿壓力，防止漿液外流（見圖5）。

4.7 密封

注漿結束后，檢查減壓閘閥和單向閘閥是否處于關閉