盾構端頭水平加固施工技術研究

李月文

（中鐵二十二局集團軌道工程有限公司，北京 100000）

1 工程概況

江嶺站-東縱站區間采用盾構法施工。區間最小線間距10.1 m。區間縱斷面采用“V”字坡，出江嶺后左右線以分別以4.389‰、4.406‰上坡接入東縱站。區間最低點至江嶺站采用水溝反坡將廢水排至車站內部集水坑。區間穿越的地層主要有：6-3-5卵石層、6-3-2中粗砂、6-3-3礫砂、6-6含礫粉質黏土。區間覆土厚度為4.7～11.43 m，其中下穿赤坳河段段覆土最小。區間左右線均從江嶺站大里程端始發，東縱站小里程端接收。為保證盾構機進出洞的安全、正常的掘進方向、洞口的止水要求，在盾構進出洞前應在一定范圍內的地層進行加固和止水。本區約間江嶺站為盾構始發端頭，在車站內實施TSS后退式水平注漿，長度6 m。本區間東縱站為盾構接收端頭，采用?600@450雙管旋噴樁加固方式，加固長度L為8 m，隧道頂以上3 m，隧道底以下2 m。具體加固范圍如下圖：

圖 1 江東區間始發端端頭加固平面圖

圖 2 江東區間始發端端頭加固剖面圖

1.1 盾構區間端頭加固的目的

盾構始發和接受。斷裂破壞結束半年后，土壤應力暴露作用結束，地層應力狀態發生平衡化破壞，土體結構、荷載作用和應力分布變化，端部段土體還可能同時發生應力滑移或破壞。對于含松散的砂土、粉土、飽和細軟土塊等自失穩性時間一般較圍巖短一些的軟弱土，必須采取措施加強軟弱地基體系的加固。最后一步的地層爆破加固法的成功實施，是為了有效防止臨時圍護巖體結構造成的地層爆破的振動破壞效應，土壓力的合理建立，可以改善使開挖圍巖具有自身結構的相對穩定性能和有效防止巖溶地下水層的大量流失，防止開挖巖面崩塌、地面沉降、塌陷等。結束加固工作的一個主要目的可達到以下幾點：（1）加固土的整體穩定性滿足要求，其中包括：加固土的整體穩定作用下的振動穩定性，即當振動干擾對洞門破壞土的影響。土體的靜力穩定性，包括施工周期的穩定性和長期穩定性。（2）加固土以滿足強度要求。（3）加固土以滿足堵水和滲透的要求，特別是對富水砂土層。（4）加固土以滿足變形特性的要求。端部土體加固是盾構施工和技術的核心環節，端部的破壞和倒塌是盾構施工中常見的事故。終端的地質、管道狀況深入調查深入調查的前提下，對端頭加固方法的選擇，對加固范圍的確定，對加固效果的準確判斷和必要的檢測是盾構始發、到達成功的關鍵。

1.2 主要加固方法對比

不單論具體采用的哪幾種地基施工工法，都還必須仔細考慮到地基條件、施工作業方法、周圍工作環境情況，充分研究掌握好各種基礎施工技術方法本身的基本特點后而慎重加以采用。對各種工法特點、適用的條件及它們對工程環境的影響、安全性、工期要求與施工造價要求進行了詳細對比。

（1）深層攪拌樁法（SMW）。這種填埋方法它的兩個主要經濟特點是對環境污染危害小，廢土外運量比較小；施工抗滲性很好；并且施工中噪聲衰減小、振動噪聲小，對人體環境健康影響很小等等；水泥土的后期開挖強度相對增長較快，給后期盾構工切削開挖土體時帶來一些困難，適用于各種復雜土質。土體材料的沖擊強度高、抗滲性也好，較為牢固安全，而且建設工期普遍較短，造價水平相對亦較低。

（2）高壓旋噴樁法。這種新支護方法有明顯突出的巖土工程特點，即支護施工及設備構造較為簡單、操作也比較直觀方便、施工過程所須占用的空間面積會相對較小，節約很多資源，也可調整旋壓噴砂注漿機系統參數值或通過直接或改變澆注混凝土工藝，可實現基本的保證已澆加固樁體質量精度要求達到一致精度；并且還能可控制支護樁體位置傾斜方向范圍和水平垂直傾斜范圍，搭接方式相對更加緊密且穩定可靠，因此可很適合用于加固國內大部分地層邊坡。然而當水澆混凝土加固在邊坡深度大于面基高約15 m以上條件情況下的使用邊坡時，難以達到充分并保證地基與樁體表面垂直的一定的垂直度。這種混凝土工程方法對所能加固的邊坡土體強度系數雖已很高，但由于自身的抗滲擊的性能仍差。工期有可能較短，但其造價較高。

（3）注漿法。這種支護方法因施工的設備較為簡單，便于工人操作，造價也低。由于占地面積相對小，噪聲壓低和設備振動噪聲小，由于對設備周圍地形環境條件影響也小些，土體的加固與質量尚不能充分保障，所以在泥水平衡盾構中不宜采用。而且由于這種施工方法對加固層質量都不能完全保證，不宜用于單獨建筑使用，風險較大。

（4）凍結法。凍土強度高，止水性能比較好。改良效果好，但是施工維護周期太長、造價很高。凍土優良的耐融沉性能力和耐凍脹性，對施工地面的沉降力影響范圍較大，同時適用于施工高水壓砂層，在越江工程隧道設計中已較多采用。凍結土質量安全有一定保證，強度結構和結構抗滲水性能均好，施工時比較容易且安全。但是由于工期很長，造價高。

（5）降水法。這種開采方法井點的布置相對靈活、操作較方便快捷，施工的操作過程快，見效也快一些，能降低開采地下水并對地面的沉降量有直接影響，還可供多次重復使用，造價低，個別井管故障不會影響整個系統。安全性等級較高，降低建筑物地下的水位，可供與工程其他水工建筑配合起來使用。而且施工快，造價低。

（6）關于土壓盾構與泥水盾構的考慮。第一，土壓平衡式盾構，對于不穩固的土層巖石（土）的構造不適宜，可采用開式網格法進行降水控制。第二，要確保土壤壓力的穩定性。在盾構工程中，土壤土壓力平衡問題是一個很大的難題，必須對土壤的地質情況進行分析，并對其進行有效的控制。第三，是泥水平衡盾構，不穩固的軟質地表，由水砂層、粘土層、沖積層組成。通過對這些問題的分析和對比，提出了在不同地質條件下，如何選擇不同的盾構形式，這是今后的一個重要課題。

（7）始發臺、盾構機體進行加固處理。在施工中，對于始發平臺和盾構本體的加固，是因為始發平臺在啟動時，會受到縱向和橫向的推力和限制其轉動的力矩，從而確保了整個啟動過程的順利進行。由于盾構始發工程需要有后支承，所以在隧道和結構的內襯中使用了管片作為后部支承系統，而盾構的后部是7個負環的管片。在負環后的第一個圈內設有鋼條，后面的支撐強度都經過了檢驗。在完成一定距離后，在達到要求的反力后，將負環拆除。

因為隧道出入口和盾構（或襯砌）之間有施工間隙，容易導致泥漿、水分的損失，進而導致地面塌陷，必須在隧道入口處設置啟閉式止水器，其起動結構由簾布橡膠墊塊、圓環擋板、折疊底板及其相應的連接緊固螺釘、墊塊構成。按簾布橡膠墊塊、弧形板、折疊底板，從上至下順序進行。在安裝時弧形板的壓板螺釘連接須可靠擰緊，以使簾布與橡膠墊塊更貼近洞門，以避免在盾構始發后的同步注漿中漿液滲漏。

2 TSS后退式水平注漿施工技術

2.1 施工方法

2.1.1 注漿管布設

首先架設作業平臺，根據設計圖紙在工作面上將注漿管孔位用紅色油漆標出，用0.5 m立桿按開孔位置相對坐標，相對距離定位技術進行鉆桿定位，采用YT—28風鉆（或7655風鉆），用1 m鉆桿對地連墻進行鉆穿引孔。鉆進時要使用一次性鉆頭。手持風鎬，利用作業平臺，用沖擊套將注漿管頂入地層，注漿管外露10～20 cm。注漿管布設后，使用棉紗加速凝水泥砂漿將注漿管周圍填封，以避免注漿施工中產生返漿。解決砂卵石地層注漿管成孔、布管過程中涌水涌沙問題。鉆孔前應進行現場放線定位，避開地連墻玻璃纖維進行鉆孔。部分與圍護結構沖突部分采用斜向打設。

2.1.2 配置漿液

（1）超細水泥漿的配制。根據預配制水泥漿的體積，根據水灰比和緩凝劑摻量計算出應需要的超細水泥、水和緩凝劑的用量。根據用量，首先在容器中加入水和緩凝劑，強力攪拌，待緩凝劑充分溶解后，加入超細水泥，強力攪拌，混合均勻。（2）水玻璃漿的配制。在濃水玻璃中加入水，加水的同時還要攪拌和用玻美計測試其中濃度，以達所需要的稀釋濃度為止。施工中使用水玻璃濃度為35Be’。

2.1.3 注漿作業

注漿管全部布設完成后，開始進行注漿作業。采用TSS型注漿管配套設備，采用雙液注漿泵，采取后退式分段注漿工藝進行注漿作業。

后退式分段注漿工藝：將帶有止漿塞的芯管和頂管連接后插入到注漿管相應位置，順時針旋轉芯管上的法蘭盤，使止漿塞膨脹，達到止漿效果。連接注漿管路，用雙液注漿泵向孔內注漿，每次注漿段長選擇為0.5 m，即第一段注漿完成后，反時針旋轉芯管上的法蘭盤，使止漿塞恢復到原狀，將芯管后退0.5m，進行第二段注漿，如此下去，直至將整個注漿段完成。

應特別注意后退式分段注漿對止漿塞的損壞程度，如果在施工過程中發現止漿塞存在問題，應立即更換，以免引起注漿管堵塞，造成芯管無法拔出，影響正常施工。

2.2 施工工藝技術要求

（1）鉆進時應采用一次性鉆頭、水平套管跟進鉆進或手持風鎬將注漿管頂入地層，TSS管布設后，采用棉紗+速凝水泥砂漿將TSS管周圍封填，以解決砂卵石地層注漿管成孔、布管過程中涌水涌沙問題。鉆孔前需進行現場放線定位，避開地連墻玻璃纖維進行鉆孔。部分與圍護結構沖突部分采用斜向打設。（2）注漿順序采用“先周邊、后中間”，隔孔注漿，加固土體強度不小于0.8 MPa，采用單孔注漿結束標準，注漿壓力逐步升高，當達到設計終壓并穩定10 min，注漿量不小于設計注漿量80%。 （3）在套管拔出距孔口3 m左右時，停止拔出，在該部位低壓注漿。注漿結束后將套管完全拔出，在距孔口1 m左右用棉紗+水泥砂漿填充注漿管與鉆孔之間的間隙。孔口用速凝水泥砂漿抹平。（4）TSS水平注漿應在主體結構施工前完成。注漿時應保證低壓力、間歇式注漿。靠近污水管的注漿孔注漿時應嚴格控制注漿壓力，注漿前應進行現場試驗確定合適的注漿參數，注漿時應嚴格控制注漿壓力，并根據主體圍護結構及污水管監測結果做出適當調整。（5）污水管施工保護措施：在盾構推進前需進行抽排處理。污水管變形控制標準：沉降控制值為10～20 mm（累計值），變化速率為2 mm/d。

3 結語

地鐵隧道盾構端頭水平加固施工技術需要掌握各項技術要點，注意提高技術管理能力，對各項技術進行科學的管理優化。盾構端頭水平加固施工技術是現代地鐵車站工程施工中的一種先進施工技術。復雜地層條件下應用盾構端頭水平加固施工技術時，可以根據工程地層結構特點選擇合適的施工方式。同時，施工單位應加強對盾構端頭水平加固施工技術的研究，根據地鐵車站工程的實際情況制定科學合理的施工技術方案，準確把握各施工環節的技術要點，提高施工操作的標準化和準確性，確保施工質量和安全，從而為地鐵車站工程建設提供重要的技術支持，促進我國現代城市地鐵系統的快速發展。