區間盾構始發接收井加固施工

馬南豐

(中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西太原 030032)

1 工程概況

北京地鐵10號線二期工程施工設計樊家村站—玉泉營站區間線路采用盾構法施工。盾構端頭井需進行加固。

盾構進出洞口加固在車站圍護樁施工完畢、土方開挖之前進行。盾構進出洞口加固存在如下的難點:

1)成孔施工。本區段處理區域主要為砂卵石地層，旋噴鉆機無法自成孔，須采用專用成孔設備進行引孔。

2)注漿量的控制。由于本區段主要為砂卵石地層且地下水位低，如何確保水泥漿均勻有效加固土體，同時防止漿液過多的流失到加固范圍外，形成浪費。

3)加固范圍。盾構始發區段加固范圍為:圍護結構外6 m長，隧道中心線兩側各6 m寬，隧道(含)上下各3 m深。

盾構接收區段加固范圍為:圍護結構外8 m長，隧道中心線兩側各6 m寬，隧道(含)上下各3 m深。

2 工程地質條件

根據北京城建勘察設計研究院提供的《北京地鐵10號線二期工程樊家村站—玉泉營站區間巖土工程勘察報告》，本工程盾構穿越的主要地質概況如下:

1)④層卵石:雜色，密實，濕～飽和，低壓縮性，一般粒徑2 cm～7 cm，最大粒徑大于10 cm，細中砂充填25%～35%，局部夾細砂薄層，亞圓形。

2)④1層粘土:褐黃色，中密，濕～飽和，中低壓縮性，含云母、氧化鐵，土質不均，局部夾砂質粉土。

3)④2層細中砂:褐黃色，密實，濕，低壓縮性，含云母及少量卵石、圓礫。

本層層底標高16.65 m ～21.69 m。

3 施工部署

3.1 作業人員配置

選派精干的作業人員對端頭土體加固作業進行精細管理，作業人員配置見表1。

3.2 施工設備配置

施工設備匯總表見表2。

3.3 水、電、水泥等材料供應計劃

1)自來水供應。

每個工作區域生產用水采用1根直徑2.5″水管，平均流量不小于10 m3/h，連通至施工設備附近。

2)供電。

施工最大用電負荷約200 kW，設一臺250 kW變壓器，工作電壓220 V/380 V，每臺套設備均安裝配電柜一個，連通至施工作業區。

3)水泥。

水泥品種:P.S 32.5礦渣硅酸鹽水泥(袋裝);每臺套設備平均日供應量:100 t～200 t。

表1 主要施工作業人員配置表

表2 投入本工程的主要設備

3.4 工程進度計劃

本工程進度主要受地層影響，需要引孔，引孔相對速度較慢，根據經驗，每臺引孔機每日能夠完成約3個鉆孔，每個加固區按2臺引孔機布置，每個區加固時間約35 d。

4 注漿加固作業

4.1 注漿方法確定

根據本工程的地質結構特性及注漿質量的要求，依據以往類似工程的施工經驗，確定采用汽車鉆機成孔，再用高壓旋噴法旋噴注漿加固，漿液采用復合硅酸鹽水泥漿，水泥選用P.S 32.5礦渣硅酸鹽水泥。

4.2 旋噴加固設計

主要依據:GB 50007-2002建筑地基基礎設計規范、JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范。

1)注漿孔距。

粗砂、礫砂、卵石層，樁徑1 000 mm，孔距取800 mm，跳樁隔排施工，樁互相咬合200 mm，樁布置見圖1。

2)漿液配合比設計。

圖1 旋噴樁交圈示意圖

水泥∶水 =1∶1。

3)旋噴施工參數。

高壓泵壓力20 MPa～40 MPa，流量100 L/min～120 L/min。

空壓機壓力0.7 MPa，流量1 L/min ～3 L/min。

泥漿泵壓力3 MPa～5 MPa，流量:100 L/min～150 L/min。

施工時按漿液壓力3 MPa，水壓30 MPa，氣壓0.7 MPa，漿液流量100 L/min～150 L/min控制，漿液比重 1.49 ～1.69，水灰比1∶1(根據現場試噴情況決定);P.S 32.5礦渣硅酸鹽水泥。

注漿管外徑90 mm，提升速度約19 cm/min～21 cm/min，旋轉速度9 r/min～11 r/min。施工中根據現場情況進行微調。

4)漿液注入量。

漿液注入量以單根旋噴樁為例，依據體積法進行計算。

式中:Q——需用的漿量，m3;

De——旋噴體直徑(1.0 m);

K1——填充率(0.8 ～0.9);

h1——旋噴深度(11 m ～13 m);

β——損失系數(0.1 ～0.3);

D0——注漿管直徑(0.09 m);

K2——未旋噴范圍土的填充率(0.5 ～0.8);

h2——未旋噴長度(9 m)。

Q=3.14 ×12×(0.8 ～0.9)×(11 ～13)×［1+(0.1 ～0.3)］/4+3.14 × 0.092× (0.5 ～ 0.8)× 9/4=7.63 m3/根 ～11.99 m3/根;每根每延米用漿量 0.59 m3～1.09 m3。

4.3 施工工藝

4.3.1 工藝流程

1)三重管旋噴法施工工藝流程圖見圖2。

圖2 旋噴法施工工藝流程圖

2)注意事項:

a.旋噴開始時，高壓水先送，水泥漿后送，最后送壓縮空氣，壓縮空氣可晚送30 s。在樁底部進行噴射作業1 min后，才能緩慢旋轉、逐漸提升、噴射。

b.噴射過程中，應先達到噴射預定壓力和預定噴漿量后，才能逐漸提升注漿管。中間若發生故障，應先停止提升、旋噴，以防斷樁，接著進行檢查，排除故障;若漿液噴射不足，影響樁體的成樁直徑時，應進行復核。

c.為防止漿液過量流失，旋噴作業時采取由外及內的順序，跳孔施工。樁號按1，3，5，7…的順序施工，在混凝土強度達到30%左右時進行樁的咬合。

施工總體程序詳見圖3。

圖3 施工總體程序

4.3.2 測量定位

根據設計給定的樁號坐標進行測量放線，準確標定出注漿孔位置。

4.3.3 鉆機成孔

加固地層主要為粘土、礫石、石層，采用汽車鉆機成孔，孔徑150 mm。成孔采用膨潤土泥漿護壁，護壁泥漿密度保持在1.3 t/m3～1.5 t/m3。汽車鉆機鉆孔前需要控制好鉆機垂直度，保證鉆孔垂直度偏差小于1.5%。

1)鉆機成孔流程。

采用汽車鉆機帶動車載小型組合式牙輪鉆對砂、卵石地層、風化巖及破碎地層進行破碎鉆進，同時泵送人工制備的優質泥漿護壁。鉆進中合理利用設備的正反循環系統，將破碎的砂、卵石小顆粒從孔底帶出。

2)泥漿配比設計。

因為選用優質的泥漿，使砂、卵石層孔壁能長效地保持穩定，在相當長的時間內不坍孔。所以，成孔的關鍵在于泥漿的配比，在鉆孔前需在試驗室內做好配比試驗。

鉆機鉆進過程中，泥漿性能會隨著鉆孔情況的變化而改變。如鉆到粘土層時，泥漿會變稠，粘度、切力增大，糊鉆、泥包鉆頭的情況增多;如鉆到砂層時，大量砂粒會混入泥漿中，使泥漿含砂量增加，使漿液泥皮松散、失水量和比重加大，會降低護壁性能，加速水泵磨損，嚴重時會造成因泥皮塌落而發生孔內坍孔事故;如遇到承壓水層時，地下水會大量侵入孔內使泥漿稀釋、性能被破壞等。此時，需要及時調整泥漿的性能，維持正常的鉆進。

泥漿配比設計過程其實就是確定泥漿各組分在泥漿中所占比例的過程，目的就在于使所配泥漿的性能符合不同鉆進地層的需要。如在流砂層或砂層中，泥漿就需要具備足夠大的比重，較小的失水量，薄而堅韌的泥皮;在細砂層中，因地表循環系統除砂較困難，就需要更嚴格地控制泥漿的含砂量;在粘性土層中，由于粘性土自身具有造漿能力，則需設法控制泥漿粘度不斷增大的趨勢;如果遇到水敏膨脹性地層就應在泥漿中加入適量的防坍劑;鉆進風化層、礫石層，要減少泥漿的比重，加大粘度等。因此，泥漿的性能設計須經初選→應用→改性→再應用→基本達到要求這樣一個過程。

汽車鉆機見圖4。

4.3.4 下護壁PVC管

圖4 成孔設備示意圖

鉆孔到設計要求深度后，在鉆孔內下φ110 mm薄壁脆質PVC管護壁，防止孔坍塌。

4.3.5 旋噴鉆機就位

鉆孔完成后旋噴機就位，在PVC管內鉆入89 mm的噴射管。下噴射管時應連續低壓通水以防止堵塞噴射嘴。

4.3.6 旋噴

旋噴擬分二序進行，即跳孔旋噴，并沿周邊向內逐圈進行。

噴射管入孔后，依據選定的試驗參數，自下而上邊旋轉邊噴射邊提升。高壓噴射注漿材料為P.S 32.5礦渣硅酸鹽水泥，拌制時的水灰比采用1∶1的純水泥漿液，漿液的比重不小于1.49(漿液的比重通過比重計測定)。水泥漿采用WJ-100型灰漿攪拌機通過兩次拌制后成型。噴射注漿設備為GZB-40型高壓注漿泵供漿。噴漿施工作業必須連續，噴射過程中，若發現注漿壓力驟然升高或降低，同時孔口不返漿或返漿量大等情況時，則需立即停止提升和噴射漿液，防止樁體斷樁，等查明原因，排除故障后再繼續噴射提升。繼續噴漿作業前，要將噴射管往孔內下插0.3 m～0.5 m，確保停噴前后樁體有足夠的搭接長度。

噴射結束時，應適當延長注漿時間，拔出噴射管后繼續進行人工注漿，直至孔口漿液面不再下降為止。

4.3.7 注意事項

注漿過程中，應及時對周邊地面、建筑物、地下管線進行隆起、傾斜、變形和位移觀測測量。一旦發現問題，馬上向上級管理人員報告;情況嚴重時，立即停止作業，待處理完畢后才能繼續施工。

4.4 注漿效果

中粗砂、礫砂、圓礫、卵石層的地基無側限抗壓強度不小于0.8 MPa～1 MPa;滲透系數不大于 1 ×10－8cm/sec。

5 結語

采用此方法加固達到如下目的:

1)解決砂卵石地層中旋噴鉆機自成孔難的問題。

2)通過注漿量的控制，保證了砂卵石地層水泥漿均勻有效加固土體，防止漿液過多的流失。

［1］ 張永波，孫新忠.基坑降水工程［M］.北京:地震出版社，2000:40-63.

［2］ 江正榮.建筑施工計算手冊［M］.第2版.北京:中國建筑工業出版社，2007:237-264.

［3］ 徐 輝，李向東.地下工程［M］.武漢:武漢理工大學出版社，2009:178-225.