青草沙工程浦東工作井盾構(gòu)進(jìn)洞土體加固技術(shù)

王臻華,王 祺

（上海隧道工程股份有限公司，上海 200082）

1 工程概況

青草沙水源地原水過江管工程是青草沙水源地原水工程的組成部分，是將長江原水從長興島輸送到浦東的過江管線。工程包括浦東工作井、長興島工作井和兩條過江隧道。其中浦東工作井既是過江管盾構(gòu)的始發(fā)井，又是浦東陸域盾構(gòu)的接收井。

浦東工作井為正方形結(jié)構(gòu)，設(shè)計外包尺寸30m×30 m，采用1 200 mm厚59 m深地下連續(xù)墻作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)采用明挖法施工，基坑開挖深度35.6 m，地面標(biāo)高+4.9 m，陸域盾構(gòu)設(shè)計進(jìn)洞口中心標(biāo)高-23.6 m（見圖1所示）。

2 地質(zhì)條件

場地標(biāo)高-80.50 m范圍內(nèi)土層由第四系全新統(tǒng)至上更新統(tǒng)沉積地層組成，除⑥層缺失外，其余地層均有勘測。⑤2粉土層為微承壓含水層，與⑦1-2承壓含水層直接相通，水頭埋深5.64 m。土層性能指標(biāo)詳見表1所列。

3 進(jìn)洞加固施工

該工程陸域盾構(gòu)進(jìn)洞口設(shè)計中心標(biāo)高為-23.6 m，隧道外徑6 400 mm，地面標(biāo)高+4.9 m，按照加固至隧道底下3 m計算，加固體深度超過36 m。其平、剖面見圖2所示。由于隧道埋深較深，且底部處于⑤2灰色粘質(zhì)粉土層，根據(jù)地質(zhì)勘探報告，⑤2層具有微承壓性。對此，在施工中改變了傳統(tǒng)的三軸攪拌樁＋旋噴樁的進(jìn)洞加固工藝，采用攪拌樁＋垂直凍結(jié)的加固措施，以便更好地降低盾構(gòu)在微承壓含水層中進(jìn)洞的風(fēng)險。

3.1 接鉆桿的超深攪拌樁施工

該工程采用Ф850 mm三軸攪拌樁進(jìn)行地基加固，加固范圍為28.3 m×4.7 m×36.95 m，加固深度近37 m，而普通的三軸攪拌樁施工由于受到樁機高度的限制，施工深度極限為32 m左右，因此該工程采用了接鉆桿的超深攪拌樁施工工藝。

攪拌樁施工共布置8排128幅樁體，考慮到超深攪拌樁垂直度控制難度較高，在現(xiàn)有設(shè)備垂直度能力的情況下，為確保樁體間的搭接質(zhì)量，每幅樁之間搭接由傳統(tǒng)的250 mm調(diào)整到300 mm。同時為防止微承壓水的側(cè)向滲透，在加固區(qū)兩側(cè)按照套打工藝各設(shè)置3幅封頭攪拌樁。樁體深度為36.95 m，其中上部22.05 m為弱加固區(qū)，水泥摻量8%，下部14.9 m為強加固區(qū)，水泥摻量25%。施工過程中，樁體平面采用梅花形布置，縱橫兩個方向均采用跳倉法進(jìn)行施工，確保加固體土體的密實、均勻。其施工參數(shù)見表2所列。

攪拌樁施工采用DH608-120M樁機配合日產(chǎn)MAC240-3B鉆桿進(jìn)行施工，控制樁體垂直度不大于1/200。主要施工步驟如下：（1）預(yù)鉆孔，預(yù)埋加接鉆桿。（2）第一次攪拌鉆進(jìn)，拆鉆桿。（3）鉆機移至預(yù)鉆孔位，連接加接鉆桿，提升。（4）鉆機移至孔位，加接鉆桿。（5）第二次攪拌鉆進(jìn)，直至加固深度。（6）攪拌提升，按步驟拆鉆桿，進(jìn)行下一孔施工。詳見圖3所示。

表2 施工參數(shù)表

根據(jù)該工程36.95 m的加固深度，選取了3組鉆桿的組合方式:第一組為動力頭部電機自帶的3 m鉆桿；第二組鉆桿長20.7 m，其中螺旋鉆桿部分長10 m；第三組鉆桿長18 m。鉆桿總長41.7 m，鉆桿組合鉆進(jìn)詳見表3所列。

表3 加接鉆桿組合表 (單位：m)

經(jīng)過合理的施工籌劃和施工過程中的嚴(yán)格控制，134幅攪拌樁歷經(jīng)一個月的施工，順利完成。經(jīng)過取芯檢測，加固體28 d無側(cè)限抗壓強度及滲透系數(shù)均達(dá)到設(shè)計的1.0 MPa及1×10-7cm/s。

3.2 凍結(jié)法施工

由于接鉆桿的超深攪拌樁施工工藝在國內(nèi)剛剛起步，雖然已有施工60 m深度的成功先例，但只是用于土體的加固隔離作用，而在該工程中是第一次應(yīng)用于隧道進(jìn)出洞土體加固。盾構(gòu)進(jìn)出洞加固在改善土體的滲透性方面有著更高的要求，而且盾構(gòu)又是在含有承壓水的地層中進(jìn)洞，因此在深層攪拌樁與地下墻的0.5 m間隙中采用凍結(jié)加固確保盾構(gòu)進(jìn)洞時的止水效果。

凍墻采用垂直凍結(jié)法施工，所處土層主要為⑤1粘土層、⑤2粘質(zhì)粉土層，凍結(jié)加固范圍為洞圈上下、左右各3 m，縱向加固區(qū)域為1.5 m，布設(shè)雙排凍結(jié)管，第一排距連續(xù)墻400 mm，第二排距第一排800 mm，凍結(jié)孔間距800 mm。凍結(jié)管深度為34.95 m。采用循環(huán)鹽水進(jìn)行凍結(jié)，在盾構(gòu)進(jìn)洞前確保至少一個月的積極凍結(jié)期，保證土體的加固效果。

4 結(jié)語

（1）該工程第一次將加接鉆桿的超深攪拌樁施工工藝引入到盾構(gòu)進(jìn)出洞加固施工中，在地下空間開發(fā)逐漸向深層發(fā)展，基坑深度及隧道埋深逐漸加大的同時，開拓了深層土體加固的新工藝。但是如何進(jìn)一步提高超深樁體的垂直精度，將接鉆桿的超深攪拌樁推廣到更廣泛的領(lǐng)域，是在今后的施工過程中需要探索及解決的課題。

（2）該工程打破了傳統(tǒng)的攪拌樁＋旋噴樁的盾構(gòu)進(jìn)出洞加固工藝，為攪拌樁、旋噴樁及凍結(jié)加固之間的組合使用提供了新的思路。

（3）通過該工程對于超深盾構(gòu)進(jìn)洞土體加固的探索，為新工藝、新技術(shù)的使用提供了實踐的舞臺。相信只要進(jìn)一步大膽探索、積極嘗試、嚴(yán)謹(jǐn)落實，必然能在深層地下空間開發(fā)利用上結(jié)出碩果。