復雜地層中地鐵盾構接收端頭加固技術研究

王 博

（中鐵北京工程局集團第一工程有限公司，陜西 西安 710100）

1 工程概況

某地鐵車站區間左線長度 542.953m（含長鏈 2.434m），右線長度540.519m。左、右線各設置一處平曲線，曲線半徑為1000m，線間距14m～17m。線路縱坡設計為單向坡，坡向長興路，右線下坡坡度為21.481‰，左線下坡坡度為21.370‰，盾構隧道為單洞、單線圓形斷面，管片外徑6.2m、內徑5.5m、管片厚度35cm、環寬1.5m。本文將針對某車站接受端頭復雜地質條件，對其端頭加固施工措施進行討論。

2 工程地質和水文地質條件

根據工程地質勘察結果，本場地所屬地貌單元為黃河沖洪積平原。盾構接收端地層自上而下依次由人工填土、第四系全新統沖洪積層、第四系上更新沖洪積層、第四系中更新沖洪積層構成。具體各土層的基本特性如下:①1雜填土層主要為厚度0.7-3.5m 的灰土墊層、人工堆填粉土;②31 黏質粉土層具有稍密-中密狀態，厚度1.3-3.0m;②32 黏質粉土層具有稍密-中密狀態，厚度2.0-5.8m;②21 粉質黏土層具有軟塑-可塑狀態,厚度0.8-3.0m;②33 黏質粉土層具有稍密-中密狀態,厚度1.0-4.5m;②22 粉質黏土層具有軟塑-可塑狀態,厚度1.0-2.7m;②34 黏質粉土層具有中密狀態，厚度0.7-6.6m;②41 粉砂層具有中密-密實狀態,厚度0.6-9.3m;②41A 黏質粉土層具有中密狀態，厚度1.2-5.5m;②51 細砂層具有密實狀態，厚度6.9-13.6m。

盾構接收端隧道埋深為17.64-23.84m，隧道標高為69.76-75.96m，接收端隧道主要穿越地層為②41 粉砂、②41A 黏質粉土、②51 細砂，隧道上方各層黏質粉土之間夾著②21 粉質黏土和②22 粉質黏土層等弱透水層，隧道穿越區域和上方復雜的地層不僅給降水帶來困難，而且會引起車站接收端頭施工時涌水、滲透破壞和周邊地層的變形。

3 地鐵車站端頭加固方案的改進

3.1 原加固方案

某地鐵盾構隧道由某占東端頭始發至另外某站西端頭到達。西端接收端頭加固的原設計方案采用Φ850@600 三軸攪拌樁結合一排Φ800@450 高壓旋噴樁加固。加固范圍如下：盾構接收端加固縱向長度8m；垂直于盾構方向的加固寬度12.2m，自隧道外壁向兩側各拓展3m；在加固深度上，自隧道底部以下3m 至隧道頂部以上3m 共12.2m。實樁范圍水泥摻量不小于20%，隧道頂3m 至原地面高度孔樁范圍水泥摻量不小于8%；三軸加固區與地連墻之間0.6m 采用高壓旋噴樁加固。

由于該站站西端頭外側存在著一層0.8-3.0m 厚的②21 粉質黏土和一層1.0-2.7m 厚的②22 粉質黏土，為相對不透水層。按原設計方案端頭加固施工完成后，通過洞門打設2m 水平探孔對端頭加固區域進行地質觀測，孔內有泥水流出，通過地下水位監測，水位位于地下約17m，未能達到盾構安全接收條件。由于按原加固方案施工后，端頭降水困難，同時水平探孔內有泥水流出，因此車站接受端頭在存在著以下施工風險：（1）盾構端頭降水時，周邊地表及建筑物沉降；（2）盾構達到施工時，隧道洞口上部土體坍塌、下部出現涌水涌砂，加固區外地面沉降；（3）盾構接收后，洞口出現涌水。

圖1 盾構接收端滲透涌水破壞情況

3.2 加固方案的改進

為了解決原有加固方案存在的問題和施工風險，對車站接收端頭的加固方案進行了優化和改進，以提高地基承載力和土體抗剪強度，防止土體產生過大剪切變形和破壞，降低地基不均勻沉降變形的可能性，改變接受端頭土體含水量和孔隙比，起到固結、穩定、止水和加固地基等作用[1]。

RJP 工法樁的基本原理與常規高壓旋噴注漿類似，以超高壓噴射流體將土層結構破壞，被破壞了的土粒與漿液混合攪拌，凝固后在地層中形成固結體[2]。但RJP 樁加固機理與常規高壓旋噴注漿不同之處是進行二次切削破壞土體，第一次是上段的超高壓水和空氣的復合噴射流體先切削破壞土體，在第一次切削土層的基礎上再次由下部的超高壓固化漿液對土體進行二次切削破壞，增加切削深度，加大固結體直徑。

改進后的加固方案如下，在原有加固措施的基礎上，在距車站圍護結構地連墻1500mm 處打設一排Φ1000@1000 混凝土素樁，素樁之間密切，素樁采用水下C25 混凝土灌注。素樁與地連墻之間采用一排Φ2000@1500 的RJP工法樁，形成地連墻接口止水帷幕，為加強止水效果在素樁后方設置一排Φ 2000@1500 的RJP 工法樁，形成止水加強層。加固措施完成后采用井管降水措施對接收端頭進行降水，使得水位降至隧道底部下1m。圖2 為改進后的盾構接收井加固布置圖。

圖2 改進后的盾構接收井端頭加固布置圖

4 加固施工方案

4.1 樁體施工

素樁采用旋挖樁成孔，共20 根φ1000@1000，采用C25 混凝土灌注，原地面標高約93.6m，樁頂標高88.6m，樁底標高66.76m，原地面孔深約26.84m，其中空樁5m，實樁21.84m，樁徑1000mm，樁中心間距1000mm，樁間相互緊貼。

接收端頭混凝土素樁施工完成后，在素樁與地連墻之間施作一排8 根Φ 2000@1500 的RJP 工法樁，對洞門形成一道止水帷幕。為增強止水效果，在混凝土素樁小里程采用RJP 工法樁Φ2000@1500RJP 進行補強加固，加固深度與原設計三軸攪拌樁相同[3]，為隧道周邊3m 范圍，樁體水泥摻量不小于20%，RJP 實樁長度12.2m。

根據現場試樁，得出的RJP 樁施工參數如下：樁徑為1500mm，水灰比為0.6，水泥泥漿壓力為40±2MPa，空氣壓力1-1.5MPa，空氣流量3-7m3/min，水壓力20-25MPa，水泥用量≥750kg/m3，提速速度≥10.6min/m，水泥泥漿流量為170L/min，水流量50-100L/min。RJP 樁鉆孔深度根據現場標高確定，原地面標高約94.2m，樁底標高66.76m，實樁標高78.96-66.76m，實樁長度12.2m，鉆孔深度約27.44m。

為了驗證RJP 樁加固的效果，通過打設兩根試樁，7 天后對抗壓強度及滲透系數進行檢測，取芯位置從樁間咬合部分取芯。加固后的土體，需要有良好的均勻性、自立性、止水性，無側限抗壓強度大于0.8MPa,滲透系數小于等于1.0×10-6cm/s。若樁體加固效果達不到預期要求，分析原因并調整施工參數。

圖3 素混凝土樁和RJP 工法樁平面布置圖

圖4 某車站盾構接收端滲漏水

4.2 端頭降水施工

為了保證盾構在無水環境下安全接收，在加固樁施工完成后，需要將工程區域潛水水位降至盾構環底板下1m[4]。根據勘察資料本工程含水層主要為粉砂、黏質粉土及細砂層，細砂層底板埋深約為30-33m，細砂層下部為粉質黏土層，根據地勘資料，粉質黏土層含有較多鈣質結核，為弱透水層，由于盾構環底板距細砂層底板較近，為保證降水的降水效果，降水井深度需進入下部粉質黏土層一定深度。

根據降水設計思路，本場地地下水類型為潛水，在考慮基坑已有降水井抽水的基礎上，設置降水井將地下水位降至基坑底板下，為簡化計算，不考慮加固夾基坑地連墻止水效果，降水設計按潛水非完整井解析計算[5]?？紤]細砂層下部粉質黏土層的透水效果，基坑總涌水量采用“大井法”中的潛水非完整井公式計算，初始水位埋深按16m 考慮，水位降深s 最終考慮為8.9m。

由于本次端頭需要再次加固，加固后原降水井無法使用及處理。對原降水井采用素土回填，回填中加水自沉。待RJP 加固完成后進行再次降水施工。根據計算結果，考慮基底下部粉質黏土層的透水性[6]，降水井最終設計深度如下：井深為35m，泥孔徑550mm，采用直徑273mm，壁厚3mm 鋼管，底部設置1m 沉淀管，設置22m 濾管，濾管為同規格的橋式濾水管，外包單層80 目錦綸濾網，濾料回填至地面下10m，其上回填鉆渣或場地土至地面。

5 結語

本文研究了某地鐵車站盾構接受端的加固問題。針對該工程盾構接受端土層具有多層粉質黏土和粉土、砂土互層復雜地質情況。針對原攪拌樁結合高壓旋樁施工中存在的降水滲透破壞、土層變形等施工風險，提出了RJP 工法樁結合混凝土素樁加固該類地層的方法。改進的端頭加固技術實用高效，有效解決了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，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應用價值。