淺談富水砂層盾構(gòu)端頭三軸加固工藝順序優(yōu)化

余志勇

（南昌軌道交通集團(tuán)有限公司地鐵項(xiàng)目管理分公司，江西 南昌 330000）

1 工程概況

南昌地鐵2號(hào)線前湖大道站至學(xué)府大道東站區(qū)間位于豐和南大道下方，區(qū)間出前湖大道站，沿著豐和南大道北進(jìn)，到達(dá)學(xué)府大道東站，豐和南大道道路紅線寬65 m，隧道主要穿越粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、粗砂、圓礫、礫砂、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。前湖大道站北端頭為前學(xué)區(qū)間接收端，地面標(biāo)高20.29 m，地下水位埋深1.5 m，地下從4.8～17 m均為富水砂層。每個(gè)盾構(gòu)三軸攪拌樁加固體為10.5×12.5 m，加固深度達(dá)20.5 m。擬建場(chǎng)地地形平坦，屬贛江沖積平原區(qū)一級(jí)階地，擬建場(chǎng)地距離贛江不足1.5 km，地下水位受地表水系影響較大。雨季時(shí)，贛江水位上漲，場(chǎng)地地下水位也隨之漲高，反之則降低。地下水位受季節(jié)影響較大，地下水流動(dòng)補(bǔ)給加快。

根據(jù)既有南昌地鐵盾構(gòu)始發(fā)接收經(jīng)驗(yàn)，傳統(tǒng)端頭加固順序及方式，不可避免的會(huì)產(chǎn)生滲水流沙，個(gè)別甚至發(fā)生涌水涌砂。為提高施工技術(shù)質(zhì)量，通過(guò)精細(xì)化管理，施工過(guò)程中改進(jìn)了傳統(tǒng)的單側(cè)單排施工順序，優(yōu)化為先施工外圍三軸樁且采用套打止水工藝。

2 加固的意義及設(shè)計(jì)概況

2.1 加固的意義

盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)出洞時(shí)，工作面將處于開(kāi)放狀態(tài)，這種開(kāi)放狀態(tài)將持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。如處理不當(dāng)，地下水、流砂、涌泥等就會(huì)進(jìn)入工作井，嚴(yán)重情況下會(huì)引起洞門塌方。為了在拆除洞門內(nèi)維護(hù)結(jié)構(gòu)樁時(shí)保持底層的穩(wěn)定和防止地下水流入，防止在盾構(gòu)機(jī)完全進(jìn)入地層之前其周圍流入地下水和泥砂，導(dǎo)致洞周大面積地表下沉，危及地下管線和附近建筑物，必須考慮地層條件、隧道埋深及周邊環(huán)境等因素對(duì)端頭進(jìn)行相應(yīng)處理。端頭加固的原則，滿足拆除洞門內(nèi)維護(hù)結(jié)構(gòu)樁能保證地層穩(wěn)定、防止地下水流入以及作業(yè)面壓力不足所引起的掌子面坍塌。防止盾構(gòu)機(jī)始發(fā)進(jìn)洞期間涌水涌砂、地面塌陷、基坑失穩(wěn)等。因此做好端頭加固，對(duì)保障盾構(gòu)機(jī)及基坑安全至關(guān)重要。

2.2 設(shè)計(jì)概況

加固措施采用水泥漿攪拌樁及高壓旋噴樁進(jìn)行加固。盾構(gòu)始發(fā)、接收地基加固：采用Φ850@600三軸攪拌樁加固，樁間搭接250 mm，樁身垂直度偏差≤1/200，采用梅花形布置；攪拌樁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間500 mm的空隙采用Φ800@500高壓旋噴樁加固，樁間搭接300 mm，樁身垂直度偏差≤1/200,高壓旋噴樁和攪拌樁樁位偏差≤50 mm。攪拌樁加固指標(biāo)：加固一區(qū)的水泥摻量為10%，加固二區(qū)的水泥摻量為25%，采用P42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。盾構(gòu)端頭加固范圍平面布置圖。

3 傳統(tǒng)的三軸攪拌樁加固工藝順序及效果分析

3.1 傳統(tǒng)加固順序

傳統(tǒng)加固順序?yàn)?，先完成第一排，接著二排、三排依此加固，同排之間加固由一端向另一端推進(jìn)。

3.2 效果分析

此種順序推進(jìn)方式，在土層中或地下水貧乏處于效果較好，工藝簡(jiǎn)單適應(yīng)性好，便于操作。

但在富水砂層中，受地下水及其流動(dòng)影響，三軸攪拌成樁后臨水邊緣水泥漿有被水稀釋或沖蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致加固體中夾雜著砂囊和水囊，甚至形成完整的滲水流沙通道。嚴(yán)重影響端頭加固質(zhì)量，威脅著盾構(gòu)機(jī)和基坑的安全。

單邊盾構(gòu)加固體單排約7幅攪拌樁，加固時(shí)間約10 h，根據(jù)此種施工順序，攪拌樁成樁后，10 h內(nèi)，樁體邊沿水泥土，均處于地下水的浸泡和流動(dòng)侵蝕環(huán)境下。導(dǎo)致迎水面部分樁體外側(cè)被破壞，此排樁體無(wú)法與之有效咬合，形成質(zhì)量缺陷。個(gè)別幅段施工時(shí)如垂直度控制不到位還會(huì)擴(kuò)大質(zhì)量缺陷的嚴(yán)重性，甚至形成水囊和滲水通道，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

圖1 缺陷形式及產(chǎn)生過(guò)程示意圖（m）

南昌地鐵某站南端頭始發(fā)前進(jìn)行水平探孔，在探孔深度不到2 m位置，就出現(xiàn)了涌水涌砂現(xiàn)象，一下子就涌出了近1方的水和砂，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置，用提前準(zhǔn)備的木塞堵住了探孔，阻止了事態(tài)的擴(kuò)大。但事后進(jìn)行雙液靜壓注漿進(jìn)行二次加固，延誤了大半個(gè)月的工期，且產(chǎn)生了較大的直接經(jīng)濟(jì)損失。這就是產(chǎn)生水囊和滲水通道的實(shí)例。

4 優(yōu)化后三軸攪拌樁加固工藝順序及效果分析

4.1 優(yōu)化后加固順序

根據(jù)地下水及流動(dòng)侵蝕的特點(diǎn)分析，被破壞的部分一般為樁體外側(cè)，內(nèi)部往往不會(huì)受到破壞，以至于樁心取芯檢測(cè)，并不能檢測(cè)到缺陷的位置。現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)端頭三軸攪拌樁加固順序進(jìn)行優(yōu)化。

優(yōu)化方案為，先完成加固體周邊一圈的三軸攪拌樁，并采用套打止水工藝。待完成封閉后再加固加固體內(nèi)部。就可以避免加固時(shí)地下水流動(dòng)侵蝕的影響。內(nèi)部加固在從一側(cè)向另一側(cè)一排排完成內(nèi)部攪拌樁的加固。

4.2 效果分析

先加固周邊樁體，且采用止水套打工藝使樁體封閉成環(huán)。有效地解決了地下水及流動(dòng)對(duì)樁體外側(cè)的侵蝕，避免樁間加固不到位的情況，提高了加固質(zhì)量。

加固體內(nèi)，已被周圍的止水帷幕封閉，即使有個(gè)別缺陷，也不會(huì)形成滲水通道，杜絕了涌水涌砂發(fā)生的可能性，有效地降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

5 經(jīng)濟(jì)安全分析

傳統(tǒng)方案除正常加固施工外，需要增加的工程量和費(fèi)用及延誤的工期有：水平探孔一般設(shè)置9孔，但很難一次成功，往往要多次施工水平探孔的增多4～5孔數(shù)量，增加費(fèi)用約1 萬(wàn)元。延誤工期2～3 d。探孔發(fā)生滲水后需要對(duì)探孔周邊范圍進(jìn)行雙液靜壓注漿二次加固補(bǔ)強(qiáng)，每個(gè)注漿孔費(fèi)用約為1.5 萬(wàn)元。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，一般需要增加注漿孔3～6個(gè)。延誤工期7～10 d。如發(fā)生涌水涌砂事件，所損失的費(fèi)用和延誤的工期將成倍地增加，還將對(duì)項(xiàng)目部的聲譽(yù)產(chǎn)生不良的影響。

優(yōu)化后將極大提高加固質(zhì)量，減少二次加固的產(chǎn)生，水平探孔增加數(shù)量將減少至1～2孔。增加二次靜壓注漿孔減少為0～4孔。但增加了先期施工的組織措施，需要管理和技術(shù)控制，確保外圍樁體先期封閉成環(huán)。由于采用套打止水工藝，單側(cè)端頭加固體約增加10幅三軸攪拌樁，增加費(fèi)用約1 萬(wàn)元，增加工期1 d。由于加固體內(nèi)已完成止水封閉，能極大降低涌水涌砂事件發(fā)生概率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

本工程針對(duì)富水砂層地質(zhì)條件，通過(guò)精細(xì)化組織管理，優(yōu)化了三軸端頭加固施工作業(yè)順序，減少了地下水流動(dòng)環(huán)境對(duì)施工質(zhì)量的不良影響。提高了止水效果，提高了加固體質(zhì)量，降低了洞門涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)，減少了二次加固費(fèi)用，減少了工期延誤，提高了工作效率。