花崗巖殘積土盾構施工地層加固及開倉技術

黃海峰

（中鐵建大橋工程局集團第二工程有限公司 廣東深圳 518083）

1 概述

花崗巖殘積土地層，遇水易軟化崩解，韌性及干強度低，如何做好該地層的隔水加固措施；選擇哪種開倉方式將盾構機開倉的風險降至最低，是在大埋深花崗巖殘積土地層中盾構開倉換刀的難點。

廣州地鐵二十一號線天河智慧城站～神舟路站區(qū)間隧道采用土壓平衡盾構機進行施工，施工過程中需在花崗巖殘積土地層中開倉更換刀具，地質情況從上到下依次為，人工填土約、中粗砂層、淤泥質土層、砂質粘性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖層，隧道洞身及拱頂以上10m均為花崗巖殘積土地層，隧道埋深約36.2m；開倉位置水位線距隧道頂約33m，開倉壓力大于3.5bar，壓力超過人體適應能力，需對地面進行加固處理，將水土壓力減至人體能適應的程度。

2 地面加固技術

2.1 加固體的尺寸及加固范圍

為保證盾構機在花崗巖殘積土地層中開倉換刀的安全順利，需對盾構機開倉位置進行加固處理；綜合考慮造價及工期，一般采用φ48@1m×1m（根據(jù)抽芯情況，進行局部調整）梅花形布置的袖閥管進行加固。

加固體長度4m，寬度8m；鉆孔深度：盾體及刀盤上方為地面至拱頂以上0.5m，刀盤前方地面至隧道底部，加固體的平面布置，如圖1所示。

圖1 加固體布孔及與盾構機的平面

2.2 加固方法

花崗巖殘積土地層進行注漿加固，首先需要解決地下水的問題，然后再考慮對地層進行加固。由于磷酸水玻璃化學漿具有高滲透性，因此加固體首先注磷酸水玻璃化學漿，進行止水，防止地下水將漿液帶走；由于磷酸水玻璃化學漿基本沒有強度，所以還需采用水泥水玻璃雙液漿對地層進行加固；因此花崗巖殘積土地層地面加固，采用袖閥管成孔，注入磷酸水玻璃+水泥水玻璃的綜合注漿法。

磷酸水玻璃化學漿配合比：磷酸：水玻璃=1（1：13）：2（1：1.5），此配合比是磷酸水玻璃結晶體的最佳狀態(tài)，凝結時間15s左右，注漿壓力1.5～2.5MPa；磷酸為弱酸，85%磷酸，水玻璃為 39°Bé。

在磷酸水玻璃兩側孔位的基礎上，插空布置φ48@1m×1m；注漿漿液采用水泥、水玻璃雙液漿，水泥采用42.5級普通水泥；水玻璃采用39°Bé，用水1∶1進行稀釋；水泥漿與水玻璃體積比=1：1，注漿壓力2.5～3.0MPa。

2.3 加固效果檢驗

為了確保加固體的質量，在加固體施工完成后，設置4個抽芯孔，檢驗加固體的固結情況（固結情況不好，對原孔位進行加密），抽芯后采用袖閥管注水泥水玻璃雙液漿封孔，注漿壓力2.0～2.5MPa。

圖2 加固體抽芯效果

3 盾構開倉技術

3.1 開倉準備情況

（1）盾構到達開倉位置前，往土倉注入膨潤土等，對渣土進行改良。

（2）調整好盾構機姿態(tài)，鉸接油缸不能形成夾角。盾尾偏差不能過大。盾尾處若發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象及時進行油脂補充，進行封堵。

（3）盾構到達開倉位置前，同步注漿保證四根注漿管同時注入，采用注漿量控制。

（4）盾構各保壓系統(tǒng)確保運行正常，且必須處于待命狀態(tài)：氣閘系統(tǒng)，低壓空氣系統(tǒng)，所有要求的注漿口、排漿口必須處于工作狀態(tài)。

3.2 盾構開倉技術

（1）管片環(huán)向封堵：盾構停止掘進，刀盤停止旋轉，對脫出盾尾連續(xù)4環(huán)管片手孔注入水泥水玻璃雙液漿進行環(huán)向封堵，注漿順序為先底部再兩側，最后頂部，注漿孔位要間隔錯開。確保管片壁后空隙填充密實，無流水涌入刀盤；水泥水玻璃雙液漿配比為水泥漿（水泥：水）：水玻璃溶液（水玻璃：水）=3（1：1）：1（1：1），注漿采用壓力控制，壓力控制 0.5MPa以內。

（2）盾構機徑向孔注漿：盾構機掘進至停機位置后，通過中前盾的徑向孔注入磷酸水玻璃，配比為磷酸溶液（磷酸：水）：水玻璃溶液（水玻璃：水）=1（1：13）：3（1：1），凝結時間約 15s左右，注漿采用壓力控制，壓力控制0.5MPa以內。

（3）壓力設定：盾構停機時，土倉內渣土不再向前推擠，土倉內土體相對前方土體靜止不動即位移為零時，開挖面土體處于彈性平衡狀態(tài)，此時開挖面前方的土體對土倉內的土體產生靜止土壓力；根據(jù)各層土的厚度、天然容重與靜止土壓力系數(shù)，計算的靜止土壓力P土=3.4bar，根據(jù)廣州的地質情況，要確保帶壓開倉的安全，壓力在計算的基礎上增加0.2bar，壓力達到3.6bar＞3.5bar，壓力超過人體適應能力；在地面進行加固后，壓力保持在2.8～2.9bar，開倉30多次掌子面及拱頂穩(wěn)定，無地下水滲入。

（4）土倉出渣：旋轉螺旋輸送機，通過土倉體積計算渣土方量，先將土倉內碴土排出1/3，停機30min觀察土倉的氣壓及地表沉降情況，如果壓力穩(wěn)定（加氣量正常），地表無沉降和氣體泄露，繼續(xù)再將土倉內渣土出至刀盤1/2的位置，再次停機30min觀察土倉和地表變化情況，在此過程中應注意保壓系統(tǒng)氣壓補充能力是否能與出碴同步。

（5）保壓實驗：在土倉渣土排出至規(guī)定值后，進行帶壓進倉前土倉和人倉保壓實驗。在人倉測試時間壓力的同時，觀察土倉壓力密封效果（主要檢查袖閥管的封堵情況），當所有系統(tǒng)及參數(shù)檢測正常后，將進行開倉步驟。

4 結束語

磷酸水玻璃漿液的高滲透性，提高了水泥水玻璃漿液在花崗巖殘積土地層的加固效果，降低了大埋深花崗巖殘積土地層開倉的壓力及風險，解決了盾構機在此地層中開倉的難題，保證施工安全的同時，降低了造價，提高了工作效率。