淺覆土盾構隧道近距離側穿地下承重樁施工技術

常渝淑

摘 要：濟南地鐵某盾構區間近距離側穿緊鄰車站主體結構尚未施工完成的地下承重樁基，承重樁基底板距離區間隧道拱頂最近處 3.3m。盾構穿越區域采用三重管高壓旋噴注漿對地層進行預加固，襯砌結構采用冗余注漿孔管片，采用土壓平衡掘進和足量同步注漿，管片脫出盾尾后及時二次注入雙液漿以進一步提高管片的穩定性等技術措施，這些技術措施可有效控制地面沉降，規避盾構掘進對地下承重樁基的不利影響。

關鍵詞：地鐵;淺覆土隧道;盾構側穿;承重樁基

中圖分類號：U455.43

1 引言

盾構法施工已成為城市軌道交通施工的主要工法之一，盾構區間隧道下穿（側穿）建（構）筑物、橋梁樁基已較為常見。單生虎[1]等運用有限元分析軟件模擬不同注漿壓力和不同近接距離下盾構隧道施工過程，分析了襯砌結構近接橋樁的施工力學響應;李瑞[2]以AC石家莊東莊站為例，總結了盾構側穿橋樁的控制技術，針對盾構施工地面沉降監測，從測量和施工2個方面進行了詳細闡述，為隧道施工提供了安全保證;陳江[3]等對盾構側穿鄰近橋樁施工影響及加固措施進行了研究;文獻[4-7]結合工程實際，運用工程經驗、理論分析和數值模擬等方法，對盾構施工預加固合理范圍進行了研究;文獻[8-12]對盾構近距離穿越群樁旋噴加固效果進行分析。本文以濟南市軌道交通工程某盾構區間近距離側穿緊鄰車站主體結構的地下承重樁基為例，對淺覆土條件下盾構側穿地下承重樁基的加固方法進行研究。

2 工程概況

濟南市軌道交通某盾構區間隧道外徑6m、內徑5.4m，盾體直徑6.25m、刀盤開挖直徑6.28m，盾構在盾構接收端頭側穿地下承重樁基群長度約50m。盾構穿越樁基施工現場示意圖如圖1所示。

盾構側穿地下承重樁基地層為<15-1>層碎石、<22-1>強風化泥灰巖、<21-1>強風化灰巖、<21-4>層溶洞、<21-2>中風化灰巖，區間隧道大部分位于<21-2>中風化灰巖。圍巖等級為Ⅲ～Ⅵ 級，區間隧道內無地表水穿過，沿線勘查期間未揭露地下水。地下采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑1m，樁長12.9m，地下構筑物結構底板距離區間隧道拱頂最近處約3.3m，其中下行線隧道邊緣距西側樁基約為4.67m，距東側樁基約為3.14m，上行線隧道邊緣距西側樁基3.1m，距東側樁基3.75m。隧道與地下承重樁基位置關系如圖2所示。

3 高壓旋噴預加固地層施工方法

3.1 加固原理

根據盾構穿越地層結構并借鑒盾構始發（接收）端頭加固技術，對盾構穿越的淺覆土區段采用高壓旋噴加固，加固范圍為隧道底部以下3 m、左右兩側加固到距離樁基1 m處，隧道頂部距地面1 m范圍。旋噴壓力隨旋噴深度逐漸減小，以提高土體的整體強度，同時對存在的溶洞進行充填[13-15]，為地鐵列車的后續安全運營提供保障，地下承重樁基與高壓旋噴注漿加固平面示意圖如圖3所示。

高壓旋噴加固是利用鉆機將旋噴注漿管及噴頭鉆置于樁底設計高程，使預先配制好的漿液通過高壓發生裝置獲得巨大能量，并將其從注漿管邊的噴嘴中高速噴射出來，形成一股能量高度集中的液流，直接破壞土體，噴射過程中，鉆桿邊旋轉邊提升，使漿液與土體充分攪拌混合，在土中形成一定直徑的柱狀固結體，從而使地基加固。

3.2 加固操作要點

（1）壓力清水沖洗清孔。使用鉆孔機從孔底開始噴射高壓水，轉動注漿管使高壓水旋轉切割松散巖和泥巖，以0.5 m/min的速度向上緩慢提升，將樁底到巖面的鉆孔沖刷擴大，被沖刷掉的巖土在高壓水的作用下被沖上樁頂排出樁外，直到由鉆孔底向上完全返出清水即可終止注水。

（2）水泥漿液配制。水灰比為0.6～0.8，采取先稀后濃的原則灌注，水泥選用42.5普硅水泥，水泥漿 ： 水玻璃=1 ： 1（體積比）。

（3）高壓注漿。使用注漿機將水泥漿液通過注漿管從孔底注入，壓力達到2.5 MPa后需保持注漿壓力2～3 min，然后向上提升0.3 m，直至將孔注滿為止。

3.3 旋噴質量控制

（1）施工前復核樁基及高壓噴射注漿的設計孔位。

（2）高壓噴射注漿施工參數應根據土質條件、加固要求，通過試驗或根據工程經驗確定，并在施工中嚴格加以控制。

（3）高壓噴射注漿的主要材料為42.5級硅酸鹽水泥，根據需要可加入適量的外加劑及摻合料，外加劑和摻合料的用量，應通過試驗確定。

（4）水泥漿液的水灰比應按工程要求確定，可取0.6～0.8。

（5）噴射孔與高壓注漿泵的距離不宜大于10 m，鉆孔位置與設計位置的偏差不大于50 mm，實際孔位、孔深和每個孔實際情況均應詳細記錄。

（6）當噴射注漿管貫入土中且噴嘴達到設計標高時即可噴射注漿，在噴射注漿參數達到規定值后，隨即按旋噴工藝要求，提升噴射管，由下而上噴射注漿，噴射管分段提升的搭接長度不得小于100 mm。

（7）在高壓噴射注漿過程中出現壓力驟然下降、上升或冒漿異常時，應查明原因并及時采取措施。

（8）高壓噴射注漿完畢應迅速拔出噴射管，為防止漿液凝固收縮影響樁頂高程，必須時刻在原孔位采取冒漿回灌或二次注漿等措施。

（9）施工中應做好泥漿處理，及時將泥漿運出或在現場短期堆放后運出。

4 盾構掘進施工控制措施

4.1 地面沉降控制

根據盾構掘進地段的埋深確定盾構土壓平衡掘進的控制土壓力;根據盾構掘進期間的地面沉降監測數據，實時調整盾構土倉控制壓力，并通過同步注漿填充盾構刀盤開挖直徑與管片外徑間的建筑空隙[16-20];根據盾構通過后的地面沉降監測數據及時進行二次注漿，進一步控制地面沉降;為進一步提高盾構隧道的穩定性，采用洞內深孔注漿的方法在管片外周形成穩定的注漿固結層，以控制淺覆土可能引起的管片上浮。

4.2 盾構掘進控制

盾構側穿地下承重樁基段為淺覆土地段，根據隧道頂部覆土厚度計算靜止土壓力，并作為控制盾構土倉壓力的參考值，掘進中根據地面沉降監測數據及時調整土倉壓力，規避因土倉壓力波動過大造成地面沉降過大或坍塌。

（1）設置試驗段。盾構穿越樁基前30～50環區段設置試驗段，模擬盾構側穿樁基，及時總結刀盤轉速、土壓、推力、扭矩、出土量、同步注漿量等掘進參數與地面沉降的關系，為盾構側穿樁基掘進參數的確定提供依據。根據盾構穿越樁基區段的地質構成及埋深計算盾構相關參數，并結合試掘進的經驗數據，對計算數據進行優化，盾構側穿樁基的參考掘進參數如表1所示。

（2）盾構掘進中以勻速推進，嚴格控制出土量以規避因超挖帶來的地面沉降風險。若發生某一環出土量過多時，應及時增加該環的同步注漿量，及時二次注漿并加強地面監測，必要時及時地面注漿。

（3）嚴格控制盾構姿態，減少糾偏，若需糾偏時應遵循少糾、勤糾的原則，每環的糾偏量不宜超過5mm，盾構姿態宜控制在±30 mm之內。

（4）盾構穿越期間地面及樁基的監測頻率不少于2 次/天，地面沉降數據偏大或出現異常時應加大監測頻率，并根據監測數據情況及時優化（調整）相應的掘進參數;地面沉降控制值為-30～+10mm，樁基傾斜度控制值為2‰。

（5）加強同步注漿管理，保證足量的同步注漿量，采取壓力與流量數控指標，以壓力為主、流量為輔，根據掘進情況及時二次注漿。洞內采取二次注漿，以控制地面沉降。盾構側穿樁基區段隧道采用冗余注漿孔管片，當地面沉降達到控制值30mm或樁基傾斜達到2‰ 時及時洞內二次注漿，注漿點位優先選用管片上部120°范圍內的孔位注雙液漿，注漿壓力0.15～0.2MPa，注漿施工完后需保持注漿壓力2～3 min，以達到有效控制地面沉降的目的。

（6）嚴格控制管片拼裝質量，管片螺栓必須3次復緊，拼裝管片時一次擰緊，推出盾尾后二次擰緊，后續盾構掘進至每環管片拼裝前，對相連已成環的3環范圍內管片螺栓進行全面檢查并復緊。

（7）選用有較豐富掘進施工經驗的盾構司機，以利于掘進參數的控制;做好每班的技術交底及掘進參數記錄，及時做好掘進參數的匯總與總結。

（8）實行領導值班制度，掘進過程中安排專人進行地面巡視，發現異常立即通知值班領導。

5 地面沉降監測

5.1 監測項目、頻率

盾構側穿地下構筑物承重樁監測項目主要包括盾構掘進影響范圍的地面沉降、樁頂豎向位移、樁頂水平位移、盾構掘進影響范圍內基坑的坡頂水平位移及坡頂豎向位移，以及隧道管片結構豎向位移和管片結構凈空收斂。檢測項目、監測點布設及數量如表2所示，監測頻率如表3所示。

5.2 監測結果

監測控制值的確定應滿足設計和規范要求，盾構側穿地下構筑物樁基監測結果如表4所示。由表4可見，盾構側穿地下構筑物樁基期間，各個檢測項目均滿足相關控制值要求。

6 結論

（1）盾構在淺覆土的條件下近距離側穿緊鄰車站主體結構的地下承重樁基之前，采用三重管高壓旋噴注漿對地層進行預加固，提高了隧道上部地層的穩定性。

（2）在側穿地下承重樁基時采用土壓平衡模式進行推進，保證足量的同步注漿，襯砌結構采用冗余注漿孔管片，管片脫出盾尾后及時二次注入雙液漿，可進一步提高管片的穩定性。

（3）根據實際工程環境對地面沉降、樁頂豎向位移、樁頂水平位移、盾構掘進影響范圍內基坑的坡頂水平位移及坡頂豎向位移，以及隧道管片結構豎向位移和管片結構凈空收斂進行監測，根據監測數據及時反饋指導盾構掘進施工，有利于確保地下構筑物樁基的安全。

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收稿日期 2019-12-19

責任編輯 朱開明