富水砂層中深埋盾構接收端頭加固技術

劉其成 周 浩 蔣尚志 彭文韜

中建三局基礎設施建設投資有限公司 湖北 武漢 430073

1 工程概況

武漢大東湖核心區污水傳輸系統工程包括17.5 km主線和1.7 km支線，主線隧道沿線分布有10座施工豎井，主線隧道采用盾構法施工。

本文詳細介紹緊鄰正在開挖順作法深基坑的盾構接收端頭加固施工，分析施工中的重難點，在傳統加固方法的基礎上[1]，進一步提出了一種新的緊鄰基坑深埋盾構富水砂層接收端頭加固技術。

2 水文地質條件

2.1 水文情況

場地位于長江Ⅰ級階地，地下水主要為上層滯水、孔隙承壓水、碎屑巖裂隙水。抽水試驗結果顯示孔隙承壓水水量豐富，與長江有密切的水力聯系，其水位變化幅度受長江水位漲落影響。據武漢地區承壓水長期觀測結果可知，該地區承壓水頭標高一般為15.0～19.5 m，年變幅3～4 m。端頭隧道所在粉細砂層滲透系數為2×10-2cm/s，滲透性極強。

2.2 地質情況

區間隧道在接收端，即正開挖豎井小里程端頭范圍內穿越區為上軟下硬地層，上部為粉細砂，下部為中風化含鈣泥質粉細砂巖（圖1）。

粉細砂呈灰色、飽和、密實狀態，砂質較純，顆粒級配均勻，分選性好，壓縮性低；中風化含鈣泥質粉砂巖呈黃灰-褐灰色，巖芯呈短柱狀，泥砂質結構，塊狀構造，解理、裂隙較發育，屬于軟-較軟巖，巖體較完整-較破碎，基本質量等級為Ⅳ級。

3 施工重難點

1）盾構接收端頭位于長江Ⅰ級階地，所在地層中砂層最厚達28 m，滲透性極強，承壓水頭標高最高達19.5 m，地下水極為豐富，且隧道洞身位于砂巖接合面，端頭降水難度大，盾構接收安全風險大，對端頭加固的形式、效果及施工質量要求較高[2]。

圖1 正在開挖基坑小里程端地質斷面

2）盾構接收豎井已開挖，因工程工期緊張，端頭加固施工期間豎井開挖同步進行，為避免在端頭加固施工時對已開挖豎井基坑產生較大影響，需優化設計方案，科學組織施工，減少對豎井的影響。

3）正在開挖豎井冠梁存在1.2 m懸挑段，無法進行有效的端頭加固，容易形成地下水徑流通道，需優化工藝。

4 加固設計及原理

正在開挖豎井盾構接收端采用MJS（全方位高壓噴射）工法樁+U形素地下連續墻+內外降水井組合加固的施工方法，加固理念為以雙層堵水為主、以內外降水為輔，加固區深度40 m（超出隧道底板3 m）、長度13 m、寬度為隧道左右各3 m，MJS工法樁設計為φ1 200 mm@ 1 000 mm，直徑小咬合處加固效果更好；U形素地下連續墻厚800 mm，同時在素地下連續墻分幅處和其與豎井冠梁交接處也采用MJS進行加固，以提升加固體整體止水效果。

雙層堵水為主：U形素地下連續墻深入地層基巖，將外部地層中的大部分承壓水與MJS工法樁加固體隔絕，對素地下連續墻與豎井冠梁接縫處補打MJS工法樁進行加固，即使少量承壓水由素地下連續墻接縫薄弱處進入U形墻體內部，其水頭標高也將大大降低，MJS工法樁自身能將其抵擋在外。內外降水為輔：素地下連續墻接縫處外部設有降水井，在承壓水由接縫處進入U形墻體內部時，外部降水井通過抽排水，降低接縫處局部水頭標高，減少進入U形墻體內部的地下水水量；另外，U形墻體與MJS加固體間設置內部降水井，疏干進入U形墻體內部的地下水。

豎井接收端隧道洞身范圍大部分位于巖層，導致一般的加固方法很難將地下承壓水位降至基巖面，而本工法的雙層堵水及加設內外降水井的加固方式，能夠使加固區內部地下承壓水相對于MJS加固體水頭高度幾乎為零，這是傳統加固方法降水井根本無法達到的效果（圖2、圖3）。

5 加固效果分析

5.1 工序

圖2 端頭加固平面示意

圖3 加固體止水效果示意

傳統端頭加固形式（高壓旋噴樁+素地下連續墻+降水井）的工序順序不可顛倒，只能先施工高壓旋噴樁，后施工U形素地下連續墻。若順序顛倒，旋噴樁施工將會影響素地下連續墻的堵水效果，從而影響整體加固質量。

本工程新的加固形式（MJS工法樁+U形素地下連續墻+降水井）：在保障基坑能同步開挖情況下，可先施工MJS工法樁，穩固端頭地層，后施工U形素地下連續墻；在保障最理想的加固效果情況下，可先施工U形素地下連續墻，形成封閉空間后施工MJS工法樁。

5.2 加固效果

傳統端頭加固形式（高壓旋噴樁+素地下連續墻+降水井）單純以堵為主、以降為輔，在本工程地質條件下降水效果無法保障。同時樁徑小，深層加固質量無法保障。

本工程新的加固形式（MJS工法樁+U形素地下連續墻+降水井）以雙層堵水為主、內外降水為輔，相輔相成，降水效果好。同時樁徑大，加固質量受深度影響較小。

5.3 安全

傳統端頭加固形式（高壓旋噴樁+素地下連續墻+降水井）的基坑開挖和盾構接收安全性無法保障。加固區外圍需布置較多的降水井，抽排地下水水量極大，地層失水嚴重，易造成地面和基坑坍塌，同時影響盾構安全接收。

本工程新的加固形式（MJS工法樁+U形素地下連續墻+降水井）的基坑開挖和盾構接收安全性高。MJS施工時可通過強制排泥卸壓，減小對基坑的側壓力；MJS和U形素地下連續墻的堵水配合內外降水井的作用，使地下水對盾構接收的影響微乎其微。

5.4 經濟

傳統端頭加固形式（高壓旋噴樁+素地下連續墻+降水井）的降水井數量多，維護費用高，且因地下水損失嚴重，加固薄弱點較多，后期補強費用不可控。

本工程新的加固形式（MJS工法樁+U形素地下連續墻+降水井）中的MJS工法樁施工成本較高，但后期降水井維護、地面沉降加固處理費用低且可控。

5.5 環保

傳統端頭加固形式（高壓旋噴樁+素地下連續墻+降水井）的泥漿污染比較嚴重。高壓旋噴樁施工時，在噴漿的過程中，孔內泥漿漫流四周，對周圍環境污染嚴重。

本工程新的加固形式（MJS工法樁+U形素地下連續墻+降水井）的泥漿污染少。MJS工法采用專用排泥管進行排漿，有利于泥漿集中管理，同時通過對地內壓力的調控，可實現對周圍建（構）筑物的零擾動。

6 施工操作要點

6.1 MJS工法樁施工

MJS施工前需在滿足設計要求的情況下結合加固區域的情況進行樁位設計，尤其針對加固區薄弱點，應加強加固，保證整個加固區的加固質量。施工注意事項如下：

1）MJS設備安裝平穩對正，開孔前須嚴格檢查樁位和開孔角度，施工時應控制好樁的標高。

2）保持引孔泥漿性能，使孔壁完整、不坍孔，確保高噴管順利下至孔底。

3）下至距孔底0.5 m時，應先啟動漿泵送漿，同時旋轉下放，下放至孔底（開噴深度）后，再啟動高壓泵和空壓機，各項參數達到要求后方可提升，提升速度根據水泥摻量和樁徑確定，實樁提升速度控制在20～40 min/m。

4）噴漿前要檢查高壓設備和管路系統，其壓力和流量必須滿足設計要求。注漿管及噴嘴內不得有任何雜物。注漿管接頭的密封圈必須良好，注漿壓力為40 MPa，削孔水壓力控制在10～30 MPa之間。

5）噴射時，要做好壓力、流量和冒漿量的量測工作，同時進行緊鄰開挖基坑的監測工作。了解噴射注漿的大致效果和噴射參數，及時關注加固區域土層的變化。

6）基于地勘情況結合施工過程壓力變化，噴頭由巖層進入砂層交界面時，噴漿壓力保持不變，提升速度降低10%～40%，確保交界面處漿液飽滿，保證加固質量。

6.2 素地下連續墻施工

U形素地下連續墻作為本端頭加固技術的外層防水墻，其成墻質量直接影響整個加固區的整體效果，在接縫和豎井冠梁交接處外側補打MJS工法實樁，進一步補強加固質量。主要控制事項如下：

1）成槽偏斜控制。挖槽機作業前需調平機架，調直鉆機或抓斗的柔性懸吊裝置，防止鉆機或抓斗本身傾斜；在挖槽過程中，挖槽機司機要精心操作，及時糾偏。

2）槽壁坍塌控制。在如此厚的砂質地層中成槽時槽壁極易坍塌，施工時應適當加大泥漿密度，控制槽段內液面高于地下水位0.5 m以上；必要時縮短單元槽段的長度。

3）接縫質量控制。素地下連續墻接縫處質量控制主要從2個方面進行：一方面是在其施工過程中進行控制，施工時分幅不宜過大，控制泥漿含砂量不超標，加強槽段刷壁處理，并控制好澆筑前鎖口管垂直度；另一方面是在其完成后進行接縫處加固處理，加固方式為接縫處補打MJS工法樁，素地下連續墻接縫部分處理是保障本工法加固體系質量的一項重要措施。

6.3 降水井施工

降水井分布在U形素地下連續墻內外，內部降水井將加固體內部地層中的水降至設計要求，而外部降水井則是減弱U形素地下連續墻外圍的地下水水壓，減少通過薄弱點進入加固區內部的水量。

1）施工時，降水井的垂直度和深度必須保證，垂直度影響水泵、管道布設及水位測量，深度不夠將直接導致降水井的功能性無法達到設計要求。

2）成井時井管下到預計深度后，其環狀間隙應盡快按設計要求填充礫料及優質干黏土球，避免長時間暴露而造成井壁坍塌。

3）觀測井的選擇應能準確反映場地地下承壓水位的動態變化情況，并代表場地地下承壓水位動態變化規律，同時不影響基坑結構施工，便于觀測。

7 結語

本文所述技術實用高效，有效解決了緊鄰豎井基坑，在超厚砂層、超高承壓水等不良地質條件下的端頭加固難以實現盾構安全接收的難題。

施工中使用了新型工藝MJS工法樁以及新的端頭加固組合模式——MJS工法樁+U形素地下連續墻+內外降水井，是傳統端頭加固施工技術的進一步完善，體現了該工法的優越性和先進性。隨著盾構工程在城市建設中的快速發展，該技術在保障盾構安全接收的地層加固施工中有較高的推廣價值。

[1] 韓林,胡曉陽,路林海.富水地層盾構水下接收端頭加固及地表沉降 控制技術分析[J].公路,2019(11):270-275.

[2] 徐波.粉砂地層大斷面盾構始發端頭加固技術[J].山西建筑,2019, 45(5):163-164.