富水砂卵石地層盾構(gòu)始發(fā)端頭加固技術(shù)探討

文 / 劉 翻

一、國內(nèi)外現(xiàn)狀

為確保盾構(gòu)始發(fā)安全必須嚴格始發(fā)端頭土體加固質(zhì)量，遏制始發(fā)突涌、沉陷等安全事故。故富水砂卵石地層獨具強水流和空隙多特殊性，在選擇合理降水加固方式和范圍尤為重要。

通常采用單一注漿法，旋噴樁加固以及凍結(jié)法或聯(lián)合加固如地連墻為主輔以降水等。本文以成都地鐵17號線明九區(qū)間1號風井端頭加固為例，探討砂卵石富水地層加固技術(shù)。

二、工程概況

（一）項目概況

成都地鐵17號線一期明九區(qū)間1#中間風井～2#風井左線1896．458m，右線1914．49m，共設(shè)聯(lián)絡(luò)通道3處。盾構(gòu)始發(fā)端埋深約10．8m，采用2臺中交天和Φ8580mm復合土壓盾構(gòu)機從1號中間風井始發(fā)，到2號風井接收。在地面井點降水達到要求后，采用φ108大管棚和袖閥管加固技術(shù)。

（二）地質(zhì)水文

依據(jù)地勘報告，1#中間風井端頭地處川平岷江水系Ⅰ級階地第四系（Q）地層，由人工填土、黏土、砂卵石組成，砂卵石粒徑大多20～120mm，局部普遍粒徑達150mm，卵石質(zhì)量比占60%～70%。

三、端頭加固方案

（一）加固原理

改變土體含水量和空隙，起到固結(jié)、穩(wěn)定、止水效果，達到加固地基目的。針對盾構(gòu)始發(fā)和接收處軟弱易壓縮地層的不同情況采取多種加固方法，改變土體穩(wěn)定性，減少地基變形。

（二）加固特點

1．借助于提高地基承載力、土體抗剪強度手段，達到土體防止過大剪切變形和破壞，降低地基不均勻沉降變形概率。

2．以改善土的滲透性特性，防止土體液化滲透破壞，減小滲流量，防止土體液化為目的。

3．因地制宜制定安全、可行、經(jīng)濟的專項加固方案。

4．選擇合理方法。如單深層攪拌樁法，加固體強度、止水和抗?jié)B性均滿足設(shè)計要求。加固+降水組合方案，在滿足能施工前提下，也大大降低了安全風險。

5．應(yīng)用監(jiān)測信息化技術(shù)手段，管控施工安全質(zhì)量進度。

（三）加固范圍

端頭加固有利于提高土體自穩(wěn)性和水穩(wěn)性，確保了破除洞門安全與盾構(gòu)順利始發(fā)。對受水流和空隙影響的富水砂卵石地層，應(yīng)結(jié)合監(jiān)測增加加固范圍和注漿量，或多次注漿。

加固范圍一般為隧道上下左右各3m，加固長度始發(fā)端頭為盾構(gòu)機盾尾完全進入橡膠簾布時盾構(gòu)機全部在加固體并且至少還有2m在加固體內(nèi)，到達端頭為盾構(gòu)機破開土體露出刀盤時盾構(gòu)機已經(jīng)進入加固體2m。同時要求在加固體與圍護結(jié)構(gòu)之間設(shè)置一排注漿孔，盾構(gòu)始發(fā)前壓密注漿，封堵可能產(chǎn)生的施工冷縫。

（四）技術(shù)方法；袖閥管注漿

1．注漿要求。端頭地面15m×30．9m和隧道中心線以上8．3m深度范圍用Φ80袖閥管注漿加固。

2．施工方法。結(jié)合洞門處地質(zhì)，地面φ80袖閥管注漿加固區(qū)域為32m×16m×89m，梅花形布置管孔，中心間距和擴散半徑分別為2m和1．5m。

（1）鉆孔。選用xY-100型鉆機合金鉆具回轉(zhuǎn)鉆成孔。按“先外圍，后內(nèi)部”，從外圍圍堵截，內(nèi)部填壓，同排隔孔鉆孔，隔孔注漿。

（2）安管。鉆孔深度達設(shè)計，清孔，灌注套殼料。套殼料用量V=1．25×π×R×HR為鉆孔半徑減袖閥管半徑差H為注漿段高度。

（3）開環(huán)灌漿。開環(huán)壓力約0．25Mpa，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實驗調(diào)整具體數(shù)值，以達最佳效果。開環(huán)后正式注漿。采用PO42．5普硅硅酸鹽水泥注漿液，正常注漿壓力 0．35 ～ 0．55Mpa，且在 0．6MPa以內(nèi)。吸漿小于2．6L/min，穩(wěn)壓30 min終漿。

（4）灌注料及配比。各種灌注材料配比（重量比）試驗確定，實施優(yōu)化調(diào)整。

（五）注漿監(jiān)測及異常處理

竄漿和漿液漏失嚴重等情況，都應(yīng)立刻停漿，分析查找原因。

建（構(gòu)）筑物上抬量不大于2mm，否則立刻停止注漿。

（六）大管棚加固施工

1．加固要求。在拱部開挖輪廓線外200mm布置管棚孔口，環(huán)向左右鋼管間距300mm，外插角1～2°范圍，洞門中心點向拱部方向120°的范圍內(nèi)為管棚加固區(qū)。注水泥漿，初擬參數(shù)：水灰比0．8∶1～1∶1，注漿壓力：0．2～0．4MPa。施工誤差：鉆孔水平容許偏距沿相鄰管方向不應(yīng)大于100mm，垂直偏距沿隧道內(nèi)側(cè)方向不應(yīng)大于200mm。

鋼管采用Φ108mm，壁厚0．6cm的無縫鋼管，單個管棚長為18m，分節(jié)安裝，相鄰鋼管接頭錯開大于1．0m。注漿鋼管孔口段2．0m為止?jié){段。

導向鋼管壁厚0．4cm，Φ13．3cm，長120cm。導向管應(yīng)精確定位，及時糾偏。

管棚注水泥漿應(yīng)結(jié)合實情及時調(diào)整，水灰比控制在 0．7 ∶1～ 1 ∶ 2 內(nèi)，注漿壓力控制 0．3 ～0．5MPa范圍。

2．施工方法。

（1）安裝導向管。導向管埋設(shè)，圍護結(jié)構(gòu)段采用鉆機鉆孔，其后鋼管沿隧道周邊以1°～2°外插角直接打入圍巖。嚴格定位，發(fā)現(xiàn)偏斜及時糾偏。

（2）搭設(shè)作業(yè)平臺。管棚沿拱頂呈弧形布置，為滿足鉆機就位的需要，要搭設(shè)可調(diào)整高度的作業(yè)平臺。

（3） 鉆機安裝就位和對中。利用平臺先測量定位，再安裝鉆機。鉆孔采取跳躍鉆孔，由下到上，隔一打一。鉆孔中應(yīng)確保鉆機不移位，及時監(jiān)測鉆桿角度，如有變化及時糾偏。

（4）鋼管制安。用外徑φ108×6mm熱軋無縫鋼管，分3m、4m、5m加工，兩節(jié)直接用絲扣連接。每個鉆孔的鋼管單獨配管和編號，并保證相鄰鋼管錯開搭接量不小于1．0m。用速凝水泥及其他材料堵塞鋼管與導向管間隙嚴密，進漿孔和排氣孔設(shè)置合理。

（5）清注漿管。注入清水將孔內(nèi)濃泥漿置換洗孔后注漿。清孔時間控制在15min內(nèi)，清孔合格立刻注漿。

（6）注漿充填。鉆孔先下后上，成孔注漿，全孔后退式分段注漿方式，漿液擴散半徑應(yīng)大于0．5m。正式注漿前先做試驗段，取得施工配比與參數(shù)。注漿開始時漿液濃度稍低，逐漸加濃到規(guī)范設(shè)計值。注漿初終壓值分別為 0．2MPa，0．4Mpa，水灰比為0．8∶1～1∶1，進漿量20～25L/min。

3．注漿效果檢查。24h后用預留孔核檢注漿效果以便采取補救措施。如被加固土體達到1Mpa抗壓強度，小于1×10-5cm/s滲透系數(shù)，巖體RQD指標達到74～82，就達到注漿加固效果。

4．質(zhì)量措施。

（1）安裝孔口管。安裝應(yīng)牢穩(wěn)固準確、方向角度符合規(guī)范設(shè)計。孔口管位置偏差不大于1cm，方向偏差≤1%。

（2）成孔防偏。安機鉆進：要穩(wěn)固精確，鉆進中勤復核方向角度。宜小壓力慢速鉆進，合理控制進尺；成孔深度：應(yīng)較管長或設(shè)計孔深大于0．5～1．0m鉆孔深度。注漿加固：鋼管安裝完畢驗收合格后注漿，注漿量和壓力滿足要求，穩(wěn)壓15min。當注漿超量，但仍未達到規(guī)定值，則應(yīng)調(diào)漿續(xù)注至合標，方可結(jié)束注漿。材料質(zhì)檢：所用主材如水泥、鋼材、砂等須抽樣送檢，檢測合格后才能使用。

5．輔助降水。編制《降水井施工專項施工方案》，完善相關(guān)審批手續(xù)。

通過將降排水檢算，布設(shè)井范圍、位置、深度和數(shù)量達到將排水效果。降水井應(yīng)保持不間斷抽水，水位始終位于隧道底以下1m。

始發(fā)前一個月開始抽水，可通過洞門水平探孔判斷增降水井效果。

6．監(jiān)控量測。監(jiān)檢控制注漿加固質(zhì)量，凡不達質(zhì)量效果，采取二次加固手段，確保盾構(gòu)安全始發(fā)。

始發(fā)前編制完善專項監(jiān)測方案和手續(xù)，采集初始數(shù)據(jù)。掘進中及時采集各點位數(shù)據(jù)。應(yīng)實時監(jiān)測，如有危險事故征兆，啟動預案，采取針對性措施，直到變形數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定時，經(jīng)相關(guān)方同意后才可停止監(jiān)測。

四、結(jié)束語

通過成都地鐵盾構(gòu)施工，要充分認識砂卵石、富水區(qū)地層端頭加固特殊性，要充分考慮水和卵石空隙對注漿加固效果的影響，合理調(diào)整加固范圍、深度和方式，確保盾構(gòu)始發(fā)安全。