大埋深盾構擾動地層中加固開倉技術的應用

陳恤良/CHEN Xuliang

（廣東華隧建設集團股份有限公司，廣東 廣州 510020）

開倉換刀是盾構施工中常規施工步驟，盾構按計劃位置提前做好加開倉準備稱為主動開倉。被動開倉是指盾構掘進過程中，盾構遇到刀盤損壞、刀具磨損等情況時，需要開倉處理后方能掘進，與主動開倉相反。本文以珠三角水資源配置工程盾構施工中盾構穿越夾層段，遇到刀具脫落，需要停機被動開倉更換刀具，但由于刀盤上方地層擾動地面出現塌陷的情況，導致無法正常開倉。如何準確判斷擾動地層范圍，如何在擾動地層中加固并成功開倉，本文以實例進行分析，研究結果為相關工程提供參考。

1 停機概況

盾構推進時扭矩增大，開采石箱發現鐵塊，停機做止水環，檢查發現在滾具脫落。洗倉過程掌子面右上方出現2m×2m 的空洞，右前方的來水量大且渾濁。采石箱、篩分渣料中發現較多貝殼，還有黏土。

盾構停機位置地質情況與本次盾構掘進渣樣揭示的地層巖性、覆蓋層厚度、基巖面高程等工程地質條件和水文地質條件差異較大，這些因素一方面導致了掘進困難，給正常掘進帶來風險，另一方面造成了無法正常開倉檢查換刀，為了進一步摸清地質情況，在停機位置從地面鉆孔勘察，同時，為后續加固工作提供必要的場地條件。

2 地質情況及地質補勘結果分析

2.1 地質情況

地質勘察報告顯示：目前盾構停機位置位于第三系辛莊組基巖地層中，巖性為弱風化泥質粉砂巖夾石英砂巖，洞頂埋深45m，上部基巖厚度25m。實際掘進過程中根據渣樣分析，該部位出現第四系砂、礫石和淤泥等松散堆積物并見有貝殼類物質，地層巖性以及第四系覆蓋層厚度與前期勘察成果差異性較大，地質條件發生重大變化。

2.2 地質補勘結果分析

為充分驗證地質情況，布置10 個補勘孔，刀盤前方1m 布置了補勘孔11，刀盤右側1m 布置了補勘孔6。補勘孔位布置如圖1 所示。

圖1 補勘孔位布置圖

通過分析補勘孔芯樣及地質連線圖，推測出地面魚塘內坍陷漏斗斷面圖如圖2 所示。

圖2 推測塌陷漏斗范圍圖

3 加固處理方案

結合初步地質補勘情況，注漿加固方案分2步：第一步先注漿處理已探明的盾構頭位置塌陷區空洞，采用注強度低的雙液漿；第二步處理遠離盾構位置（塌陷區中心位置）區域空洞，使用水泥漿填充。等強完成后可進行開倉。

3.1 雙液漿填補空洞加固設計

為對盾構刀盤附近空洞進行填補，我部調配鉆注一體機對滲漏位置進行注漿處理，在鉆進過程中若發現地下空洞，先行注漿填充，再繼續下鉆至擬加固深度（圖3、圖4）。

圖3 垂直掘進方向注漿剖面圖

圖4 掘進方向注漿剖面圖

刀盤前方及右側1.5m 處設置3 排孔，平面呈“L”型，共39 個孔（孔號：w1～w39），排內孔間距1 000mm，排間距1 000mm，注漿采用雙液漿，梅花形布置，雙液漿中水泥漿：水玻璃配合比為10∶1（暫定配合比10∶1，實際根據現場試驗確定）；雙液漿注漿孔孔深為50m，其中注漿深度為對應刀盤底深度往上34m，空樁16m，保證空洞區域填充密實。注漿壓力達到2MPa后可提桿。

在鉆進過程中如發現不反水現象，須先行注漿填充空洞層，避免沉降層向上發育，注完漿后再繼續鉆進，直達計劃終孔標高。

提桿標準：巖層中注漿，初凝時間30s，壓力2MPa，達到壓力后提桿再注漿。土層中注漿，初凝時間15s，壓力1～1.2MPa，達到壓力后提桿再注漿。

3.2 塌陷側水泥漿填補空洞加固設計

為對盾構刀盤附近空洞進行填補，我部調配鉆注一體機對滲漏位置進行注漿處理，在鉆進過程中若發現地下空洞，先行注漿填充，再繼續下鉆至擬加固深度。塌陷側單液漿施工在雙液漿施工完成后進行。

右側塌陷位置中心處加固區域形成“5.1m×6.6m”矩形區域，設置4 排孔，18 個孔（孔號：D1～D18），孔間距1 500mm，排間距為1 500mm，梅花型布置。注漿采用單液漿，單液漿水灰比為1（暫定水灰比為1，實際根據現場試驗確定）。單液漿注漿孔孔深為50m，其中注漿深度為對應刀盤底深度往上34m，空樁16m，保證空洞區域填充密實。注漿壓力達到2MPa后可提桿。

4 注漿質量控制及效果檢驗

使用的水泥強度等級不得小于42.5MPa，只能使用一種品牌的水泥，不允許混用。嚴禁使用受潮、結塊、變質的水泥。樁機就位應平整、穩固，確保施工中不發生傾斜、移動；樁機鉆桿垂直偏差不得大于1%，樁位偏差不得大于20mm。在注漿成樁過程中，如因送漿管路堵塞或機械故障等原因而停止注漿，第二次注漿接樁時，搭接長度不得小于30cm。注漿達到樁頂時，宜停止提升，繼續注漿數秒，以保證樁頭均勻密實。鉆至設計樁底提升注漿之前，必須在孔底攪拌數秒以確保混合漿液送至孔底才能提升注漿。注漿時，操作工應注意壓力儀表的顯示，及時調整漿液壓力，以保證注漿工作均勻平穩；注漿施工過程中，值班技術人員應與機臺操作人員、制漿工密切配合，以確保樁長、樁身垂直度、水灰比等重要指標滿足設計要求。

注漿完成并等強結束后，如盾構土倉內成功實施渣漿置換與漿氣置換，倉內排水試驗排出水為清水，則證明加固效果良好。

5 結語

本項目通過對地層進行補勘分析，準備判斷出引起地面沉降的漏斗位置和范圍，采用兩次注漿，兩種不同注漿方式，控制注漿參數，有效加固了擾動地層，使盾構實現開倉換刀作業，為大埋深多夾層地層加固提供參考意見。