天津地鐵盾構(gòu)始發(fā)井旋噴樁加固方案研究

曾祥會(huì)

1 概述

盾構(gòu)法是利用盾構(gòu)機(jī)在地面以下進(jìn)行暗挖隧道的一種施工方法，它具有自動(dòng)化程度高、作業(yè)環(huán)境安全、施工速度快、成型隧道質(zhì)量好、對(duì)周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)[1]。盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)施工是盾構(gòu)法施工技術(shù)中的重要內(nèi)容。一般地，盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)接收時(shí)首先需要拆除端頭井擋墻結(jié)構(gòu)(豎井封門)，該作業(yè)施工時(shí)間較長(zhǎng)，臨空面較大，這對(duì)圍護(hù)洞口土體穩(wěn)定極為不利，因此需要在盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)接收前對(duì)隧道洞口土層進(jìn)行加固，切實(shí)有效地控制洞口周圍土體變形，從而保證盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)的安全[2]。

已建及在建天津地鐵工程，由于盾構(gòu)施工處于土建工程尾部，施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)控制最容易忽視，盾構(gòu)施工過程中風(fēng)險(xiǎn)較多。天津地鐵已建的1號(hào)線、在建的2，3號(hào)線及部分市政工程，部分盾構(gòu)進(jìn)出洞采用單一的攪拌樁或旋噴樁進(jìn)行加固，由于旋噴樁或攪拌樁間存在縫隙，加固體不密實(shí)，造成加固體未達(dá)到設(shè)計(jì)所提的強(qiáng)度及抗?jié)B要求，盾構(gòu)在進(jìn)出洞過程中部分區(qū)間出現(xiàn)了透水現(xiàn)象。天津地鐵3號(hào)線營(yíng)口道站大里程端頭井，盾構(gòu)穿越處所處地層為④1粉土、④5淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④2粉土、⑤2粉土、⑥2粉土層，地下水豐富，具有承壓性，盾構(gòu)始發(fā)進(jìn)洞處盾構(gòu)覆土厚度8.3 m，盾構(gòu)出洞加固采用旋噴樁結(jié)合地面注漿及水平注漿的方法，對(duì)加固方法進(jìn)行改良，加固長(zhǎng)度為9 m，范圍為管片外緣外3 m，加固體指標(biāo) qu28≥1.2 MPa，滲透系數(shù)不大于 10－7cm/s。

天津地鐵3號(hào)線營(yíng)口道站位于營(yíng)口道與南京路交口，是地鐵3號(hào)線與1號(hào)線的換乘站，車站3號(hào)線大里程端頭井作為營(yíng)口道站～和平路站區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)井，設(shè)計(jì)采用地面旋噴加固改良盾構(gòu)進(jìn)洞影響土體。

2 設(shè)計(jì)施工方案

地基加固是盾構(gòu)進(jìn)、出洞中相當(dāng)重要的部分，其目的是利用各種工藝方法來提高地基的抗剪強(qiáng)度，降低地基的壓縮性，改善地基透水特性、動(dòng)力特性和特殊土的不良地質(zhì)特性。特別是在軟土地層的地鐵隧道施工中，選擇合理的加固工藝直接關(guān)系盾構(gòu)進(jìn)、出洞安全。

目前常用的盾構(gòu)井加固技術(shù)包括:1)井點(diǎn)降水法;2)高壓旋噴樁;3)深層攪拌樁;4)注漿;5)凍結(jié);6)SMW工法等。

盾構(gòu)進(jìn)出洞地基加固的核心是正確選擇與實(shí)施加固的方法，選擇加固方法需考慮的因素包括:1)地基土的類別;2)加固深度;3)周圍環(huán)境條件;4)施工工期;5)施工隊(duì)伍技術(shù)素質(zhì)與施工技術(shù)條件;6)設(shè)備狀況和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。

尤其對(duì)地基條件復(fù)雜、周圍建筑物、管網(wǎng)密集地區(qū)，詳細(xì)調(diào)查施工區(qū)內(nèi)地形及地質(zhì)成因、地層狀況、分布、地下水情況、物理力學(xué)指標(biāo)等，還要考慮對(duì)場(chǎng)地及鄰近建筑物產(chǎn)生的影響、占地大小、工期及用料等。因此應(yīng)本著技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量的原則合理制定加固方案，才能獲得最佳加固效果。

本工程加固實(shí)施前經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和人工探槽，發(fā)現(xiàn)在加固范圍內(nèi)、橫跨線路上方有一條3.5 m×3.5 m鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方涵，由于受方涵影響，采取傳統(tǒng)的地面旋噴加固需全部破除加固范圍影響段方涵，經(jīng)與方涵產(chǎn)權(quán)單位協(xié)調(diào)，方涵改移破除難度大、造價(jià)高，破除方涵采用地面旋噴加固沒有可實(shí)施性;同時(shí)，根據(jù)地質(zhì)資料，在盾構(gòu)底部為粉砂和粉細(xì)砂層，該層為含水層，承壓水壓力大，若采用洞內(nèi)水平旋噴加固，在結(jié)構(gòu)上開孔時(shí)危險(xiǎn)較大，容易造成涌砂涌水，且盾構(gòu)隧道底部無法加固，加固范圍有限，不能滿足設(shè)計(jì)要求，因此，根據(jù)國(guó)內(nèi)盾構(gòu)端頭加固處理經(jīng)驗(yàn)，確保盾構(gòu)機(jī)安全始發(fā)和出洞，同時(shí)綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)各種因素，保證施工安全需要，采用地面旋噴加固加注漿和洞內(nèi)注漿相結(jié)合的方法加固(見圖1)。

方涵影響范圍以外的土體采用旋噴樁加固，方涵下部土體采用地面注漿和洞內(nèi)注漿相結(jié)合的方法加固，并對(duì)旋噴加固范圍樁間縫隙采用注漿加固，同時(shí)在盾構(gòu)始發(fā)端頭設(shè)降水井。注漿加固土體質(zhì)量不如旋噴樁加固質(zhì)量，在盾構(gòu)始發(fā)前啟動(dòng)降水井，將周圍的土體疏干并且降低地下水位，降低承壓水頭高度，確保盾構(gòu)始發(fā)安全。具體施工施作步驟如下:

1)方涵影響范圍以外旋噴樁加固;

2)方涵底部地面注漿加固;

3)洞內(nèi)水平注漿加固;

4)降水井施工。

圖1 端頭加固平面圖

3 施工方法及主要技術(shù)參數(shù)

3.1 旋噴樁

高壓噴射灌漿是一項(xiàng)地下隱蔽工程施工技術(shù)，不同地質(zhì)條件，不同工藝參數(shù)，形成不同的灌漿凝結(jié)體，其形狀、大小、結(jié)構(gòu)、搭接及物理力學(xué)性質(zhì)均不同[3]。設(shè)計(jì)施工時(shí)為確保工程質(zhì)量，應(yīng)在工程范圍內(nèi)選擇代表性地段進(jìn)行試噴，以確認(rèn)或調(diào)整設(shè)計(jì)孔間距離、工藝參數(shù)[4]。針對(duì)盾構(gòu)出洞所處地質(zhì)條件，采用三重管高壓旋噴樁。由于三重管高壓旋噴施工時(shí)注入地層大量的水泥漿，對(duì)周圍的土體和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的壓力。為保護(hù)主體結(jié)構(gòu)和方涵安全，施工時(shí)采用分幅跳段施工，間隔距離不少于4根樁，從盾構(gòu)井端頭向遠(yuǎn)端施工，然后左右線交替施工，相鄰幅施工間隔時(shí)間不超過兩天;水泥選用優(yōu)質(zhì)P.O32.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，水灰比1∶1，合理控制提升速度，做到加固均勻，并根據(jù)天津地區(qū)加固經(jīng)驗(yàn)，確定具體注漿參數(shù)(見表1)。

表1 旋噴加固技術(shù)參數(shù)

施工流程:

1)測(cè)量放樣，確定旋噴樁樁位和軸線，并請(qǐng)監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核;

2)成孔:地質(zhì)鉆機(jī)就位，校準(zhǔn)垂直度，進(jìn)行預(yù)成孔;

3)旋噴鉆機(jī)就位，放入鉆桿至設(shè)計(jì)底標(biāo)高處;

4)依次開啟氣、高壓水、漿，在加固底標(biāo)高處停留2 min～3 min，當(dāng)各壓力指標(biāo)達(dá)到施工要求后，按照施工技術(shù)要求提升鉆桿至加固頂標(biāo)高，然后依次關(guān)閉漿、高壓水、氣;

5)移動(dòng)鉆機(jī)至下一樁位繼續(xù)施工。

3.2 注漿

地面注漿采用滲透、劈裂注漿，根據(jù)方涵尺寸，分別從兩側(cè)傾斜一定角度向方涵下方加固范圍鉆孔，將注漿管分節(jié)下入孔內(nèi)并連接牢固，利用水泥水玻璃雙液漿對(duì)注漿孔進(jìn)行封孔，待滿足封孔的強(qiáng)度后開始注漿，漿液采用水泥漿，注漿過程中通過注漿壓力、注漿量判斷注漿實(shí)施效果，并根據(jù)注漿壓力及注漿量緩慢上提注漿管，注漿技術(shù)參數(shù)如下:

擴(kuò)散方式:滲透～劈裂;漿液擴(kuò)散半徑:0.5 m;注漿孔間距:0.7 m;注漿壓力:2 MPa～3 MPa;注漿速度:10 L/min～20 L/min。

漿液基準(zhǔn)配比:水泥漿:水∶水泥 =(0.75～1)∶1;水玻璃:35 Be';水泥漿∶水玻璃=11∶1(體積比)。

4 實(shí)施效果

經(jīng)對(duì)加固體取芯檢測(cè)，加固體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并經(jīng)洞內(nèi)水平探孔試驗(yàn)未見地下水滲出，滿足盾構(gòu)始發(fā)條件。

5 結(jié)語(yǔ)

旋噴樁加固存在的最大問題就是樁間搭接問題，樁間存在縫隙，易滲水，注漿工藝可以彌補(bǔ)旋噴樁工藝的缺陷，高壓水泥漿無孔不入，填補(bǔ)旋噴樁間縫隙，形成質(zhì)量較好的加固體[5];同時(shí)在旋噴樁無法施工的區(qū)域也可采用注漿加固的方法實(shí)施，從實(shí)際效果看加固強(qiáng)度及抗?jié)B效果能滿足盾構(gòu)進(jìn)出洞的加固要求，因此采用旋噴樁結(jié)合注漿加固是一種造價(jià)低、工藝簡(jiǎn)便的加固方法，加固風(fēng)險(xiǎn)較低，效果也較易保證，適合在地下水較豐富、地層條件較差的地區(qū)使用。

[1]張鳳祥，朱合華，傅德明.盾構(gòu)隧道[M].北京:人民交通出版社，2004.

[2]汪茂祥.盾構(gòu)洞門加固方法[J].工程機(jī)械與維修，2008(4):110-114.

[3]李 剛，廖勇龍，董建軍，等.高噴法[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2006.

[4]趙立鋒，付黎龍.富水軟弱地層盾構(gòu)隧道施工端頭加固技術(shù)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(9):83-85.

[5]胡新朋，孫 謀，王俊蘭.軟土地區(qū)城市盾構(gòu)施工端頭土體加固要求探討[J].隧道建設(shè)，2006，26(5):11-13.