大埋深盾構(gòu)擾動(dòng)地層中加固開倉技術(shù)的應(yīng)用

陳恤良/CHEN Xuliang

（廣東華隧建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510020）

開倉換刀是盾構(gòu)施工中常規(guī)施工步驟，盾構(gòu)按計(jì)劃位置提前做好加開倉準(zhǔn)備稱為主動(dòng)開倉。被動(dòng)開倉是指盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，盾構(gòu)遇到刀盤損壞、刀具磨損等情況時(shí)，需要開倉處理后方能掘進(jìn)，與主動(dòng)開倉相反。本文以珠三角水資源配置工程盾構(gòu)施工中盾構(gòu)穿越夾層段，遇到刀具脫落，需要停機(jī)被動(dòng)開倉更換刀具，但由于刀盤上方地層擾動(dòng)地面出現(xiàn)塌陷的情況，導(dǎo)致無法正常開倉。如何準(zhǔn)確判斷擾動(dòng)地層范圍，如何在擾動(dòng)地層中加固并成功開倉，本文以實(shí)例進(jìn)行分析，研究結(jié)果為相關(guān)工程提供參考。

1 停機(jī)概況

盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)扭矩增大，開采石箱發(fā)現(xiàn)鐵塊，停機(jī)做止水環(huán)，檢查發(fā)現(xiàn)在滾具脫落。洗倉過程掌子面右上方出現(xiàn)2m×2m 的空洞，右前方的來水量大且渾濁。采石箱、篩分渣料中發(fā)現(xiàn)較多貝殼，還有黏土。

盾構(gòu)停機(jī)位置地質(zhì)情況與本次盾構(gòu)掘進(jìn)渣樣揭示的地層巖性、覆蓋層厚度、基巖面高程等工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件差異較大，這些因素一方面導(dǎo)致了掘進(jìn)困難，給正常掘進(jìn)帶來風(fēng)險(xiǎn)，另一方面造成了無法正常開倉檢查換刀，為了進(jìn)一步摸清地質(zhì)情況，在停機(jī)位置從地面鉆孔勘察，同時(shí)，為后續(xù)加固工作提供必要的場地條件。

2 地質(zhì)情況及地質(zhì)補(bǔ)勘結(jié)果分析

2.1 地質(zhì)情況

地質(zhì)勘察報(bào)告顯示：目前盾構(gòu)停機(jī)位置位于第三系辛莊組基巖地層中，巖性為弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖夾石英砂巖，洞頂埋深45m，上部基巖厚度25m。實(shí)際掘進(jìn)過程中根據(jù)渣樣分析，該部位出現(xiàn)第四系砂、礫石和淤泥等松散堆積物并見有貝殼類物質(zhì)，地層巖性以及第四系覆蓋層厚度與前期勘察成果差異性較大，地質(zhì)條件發(fā)生重大變化。

2.2 地質(zhì)補(bǔ)勘結(jié)果分析

為充分驗(yàn)證地質(zhì)情況，布置10 個(gè)補(bǔ)勘孔，刀盤前方1m 布置了補(bǔ)勘孔11，刀盤右側(cè)1m 布置了補(bǔ)勘孔6。補(bǔ)勘孔位布置如圖1 所示。

圖1 補(bǔ)勘孔位布置圖

通過分析補(bǔ)勘孔芯樣及地質(zhì)連線圖，推測出地面魚塘內(nèi)坍陷漏斗斷面圖如圖2 所示。

圖2 推測塌陷漏斗范圍圖

3 加固處理方案

結(jié)合初步地質(zhì)補(bǔ)勘情況，注漿加固方案分2步：第一步先注漿處理已探明的盾構(gòu)頭位置塌陷區(qū)空洞，采用注強(qiáng)度低的雙液漿；第二步處理遠(yuǎn)離盾構(gòu)位置（塌陷區(qū)中心位置）區(qū)域空洞，使用水泥漿填充。等強(qiáng)完成后可進(jìn)行開倉。

3.1 雙液漿填補(bǔ)空洞加固設(shè)計(jì)

為對(duì)盾構(gòu)刀盤附近空洞進(jìn)行填補(bǔ)，我部調(diào)配鉆注一體機(jī)對(duì)滲漏位置進(jìn)行注漿處理，在鉆進(jìn)過程中若發(fā)現(xiàn)地下空洞，先行注漿填充，再繼續(xù)下鉆至擬加固深度（圖3、圖4）。

圖3 垂直掘進(jìn)方向注漿剖面圖

圖4 掘進(jìn)方向注漿剖面圖

刀盤前方及右側(cè)1.5m 處設(shè)置3 排孔，平面呈“L”型，共39 個(gè)孔（孔號(hào)：w1～w39），排內(nèi)孔間距1 000mm，排間距1 000mm，注漿采用雙液漿，梅花形布置，雙液漿中水泥漿：水玻璃配合比為10∶1（暫定配合比10∶1，實(shí)際根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定）；雙液漿注漿孔孔深為50m，其中注漿深度為對(duì)應(yīng)刀盤底深度往上34m，空樁16m，保證空洞區(qū)域填充密實(shí)。注漿壓力達(dá)到2MPa后可提桿。

在鉆進(jìn)過程中如發(fā)現(xiàn)不反水現(xiàn)象，須先行注漿填充空洞層，避免沉降層向上發(fā)育，注完漿后再繼續(xù)鉆進(jìn)，直達(dá)計(jì)劃終孔標(biāo)高。

提桿標(biāo)準(zhǔn)：巖層中注漿，初凝時(shí)間30s，壓力2MPa，達(dá)到壓力后提桿再注漿。土層中注漿，初凝時(shí)間15s，壓力1～1.2MPa，達(dá)到壓力后提桿再注漿。

3.2 塌陷側(cè)水泥漿填補(bǔ)空洞加固設(shè)計(jì)

為對(duì)盾構(gòu)刀盤附近空洞進(jìn)行填補(bǔ)，我部調(diào)配鉆注一體機(jī)對(duì)滲漏位置進(jìn)行注漿處理，在鉆進(jìn)過程中若發(fā)現(xiàn)地下空洞，先行注漿填充，再繼續(xù)下鉆至擬加固深度。塌陷側(cè)單液漿施工在雙液漿施工完成后進(jìn)行。

右側(cè)塌陷位置中心處加固區(qū)域形成“5.1m×6.6m”矩形區(qū)域，設(shè)置4 排孔，18 個(gè)孔（孔號(hào)：D1～D18），孔間距1 500mm，排間距為1 500mm，梅花型布置。注漿采用單液漿，單液漿水灰比為1（暫定水灰比為1，實(shí)際根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定）。單液漿注漿孔孔深為50m，其中注漿深度為對(duì)應(yīng)刀盤底深度往上34m，空樁16m，保證空洞區(qū)域填充密實(shí)。注漿壓力達(dá)到2MPa后可提桿。

4 注漿質(zhì)量控制及效果檢驗(yàn)

使用的水泥強(qiáng)度等級(jí)不得小于42.5MPa，只能使用一種品牌的水泥，不允許混用。嚴(yán)禁使用受潮、結(jié)塊、變質(zhì)的水泥。樁機(jī)就位應(yīng)平整、穩(wěn)固，確保施工中不發(fā)生傾斜、移動(dòng)；樁機(jī)鉆桿垂直偏差不得大于1%，樁位偏差不得大于20mm。在注漿成樁過程中，如因送漿管路堵塞或機(jī)械故障等原因而停止注漿，第二次注漿接樁時(shí)，搭接長度不得小于30cm。注漿達(dá)到樁頂時(shí)，宜停止提升，繼續(xù)注漿數(shù)秒，以保證樁頭均勻密實(shí)。鉆至設(shè)計(jì)樁底提升注漿之前，必須在孔底攪拌數(shù)秒以確保混合漿液送至孔底才能提升注漿。注漿時(shí)，操作工應(yīng)注意壓力儀表的顯示，及時(shí)調(diào)整漿液壓力，以保證注漿工作均勻平穩(wěn)；注漿施工過程中，值班技術(shù)人員應(yīng)與機(jī)臺(tái)操作人員、制漿工密切配合，以確保樁長、樁身垂直度、水灰比等重要指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

注漿完成并等強(qiáng)結(jié)束后，如盾構(gòu)土倉內(nèi)成功實(shí)施渣漿置換與漿氣置換，倉內(nèi)排水試驗(yàn)排出水為清水，則證明加固效果良好。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目通過對(duì)地層進(jìn)行補(bǔ)勘分析，準(zhǔn)備判斷出引起地面沉降的漏斗位置和范圍，采用兩次注漿，兩種不同注漿方式，控制注漿參數(shù)，有效加固了擾動(dòng)地層，使盾構(gòu)實(shí)現(xiàn)開倉換刀作業(yè)，為大埋深多夾層地層加固提供參考意見。