區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)接收井加固施工

馬南豐

(中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西太原 030032)

1 工程概況

北京地鐵10號線二期工程施工設(shè)計樊家村站—玉泉營站區(qū)間線路采用盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)端頭井需進行加固。

盾構(gòu)進出洞口加固在車站圍護樁施工完畢、土方開挖之前進行。盾構(gòu)進出洞口加固存在如下的難點:

1)成孔施工。本區(qū)段處理區(qū)域主要為砂卵石地層，旋噴鉆機無法自成孔，須采用專用成孔設(shè)備進行引孔。

2)注漿量的控制。由于本區(qū)段主要為砂卵石地層且地下水位低，如何確保水泥漿均勻有效加固土體，同時防止?jié){液過多的流失到加固范圍外，形成浪費。

3)加固范圍。盾構(gòu)始發(fā)區(qū)段加固范圍為:圍護結(jié)構(gòu)外6 m長，隧道中心線兩側(cè)各6 m寬，隧道(含)上下各3 m深。

盾構(gòu)接收區(qū)段加固范圍為:圍護結(jié)構(gòu)外8 m長，隧道中心線兩側(cè)各6 m寬，隧道(含)上下各3 m深。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)北京城建勘察設(shè)計研究院提供的《北京地鐵10號線二期工程樊家村站—玉泉營站區(qū)間巖土工程勘察報告》，本工程盾構(gòu)穿越的主要地質(zhì)概況如下:

1)④層卵石:雜色，密實，濕～飽和，低壓縮性，一般粒徑2 cm～7 cm，最大粒徑大于10 cm，細中砂充填25%～35%，局部夾細砂薄層，亞圓形。

2)④1層粘土:褐黃色，中密，濕～飽和，中低壓縮性，含云母、氧化鐵，土質(zhì)不均，局部夾砂質(zhì)粉土。

3)④2層細中砂:褐黃色，密實，濕，低壓縮性，含云母及少量卵石、圓礫。

本層層底標高16.65 m ～21.69 m。

3 施工部署

3.1 作業(yè)人員配置

選派精干的作業(yè)人員對端頭土體加固作業(yè)進行精細管理，作業(yè)人員配置見表1。

3.2 施工設(shè)備配置

施工設(shè)備匯總表見表2。

3.3 水、電、水泥等材料供應(yīng)計劃

1)自來水供應(yīng)。

每個工作區(qū)域生產(chǎn)用水采用1根直徑2.5″水管，平均流量不小于10 m3/h，連通至施工設(shè)備附近。

2)供電。

施工最大用電負荷約200 kW，設(shè)一臺250 kW變壓器，工作電壓220 V/380 V，每臺套設(shè)備均安裝配電柜一個，連通至施工作業(yè)區(qū)。

3)水泥。

水泥品種:P.S 32.5礦渣硅酸鹽水泥(袋裝);每臺套設(shè)備平均日供應(yīng)量:100 t～200 t。

表1 主要施工作業(yè)人員配置表

表2 投入本工程的主要設(shè)備

3.4 工程進度計劃

本工程進度主要受地層影響，需要引孔，引孔相對速度較慢，根據(jù)經(jīng)驗，每臺引孔機每日能夠完成約3個鉆孔，每個加固區(qū)按2臺引孔機布置，每個區(qū)加固時間約35 d。

4 注漿加固作業(yè)

4.1 注漿方法確定

根據(jù)本工程的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特性及注漿質(zhì)量的要求，依據(jù)以往類似工程的施工經(jīng)驗，確定采用汽車鉆機成孔，再用高壓旋噴法旋噴注漿加固，漿液采用復(fù)合硅酸鹽水泥漿，水泥選用P.S 32.5礦渣硅酸鹽水泥。

4.2 旋噴加固設(shè)計

主要依據(jù):GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范、JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范。

1)注漿孔距。

粗砂、礫砂、卵石層，樁徑1 000 mm，孔距取800 mm，跳樁隔排施工，樁互相咬合200 mm，樁布置見圖1。

2)漿液配合比設(shè)計。

圖1 旋噴樁交圈示意圖

水泥∶水 =1∶1。

3)旋噴施工參數(shù)。

高壓泵壓力20 MPa～40 MPa，流量100 L/min～120 L/min。

空壓機壓力0.7 MPa，流量1 L/min ～3 L/min。

泥漿泵壓力3 MPa～5 MPa，流量:100 L/min～150 L/min。

施工時按漿液壓力3 MPa，水壓30 MPa，氣壓0.7 MPa，漿液流量100 L/min～150 L/min控制，漿液比重 1.49 ～1.69，水灰比1∶1(根據(jù)現(xiàn)場試噴情況決定);P.S 32.5礦渣硅酸鹽水泥。

注漿管外徑90 mm，提升速度約19 cm/min～21 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度9 r/min～11 r/min。施工中根據(jù)現(xiàn)場情況進行微調(diào)。

4)漿液注入量。

漿液注入量以單根旋噴樁為例，依據(jù)體積法進行計算。

式中:Q——需用的漿量，m3;

De——旋噴體直徑(1.0 m);

K1——填充率(0.8 ～0.9);

h1——旋噴深度(11 m ～13 m);

β——損失系數(shù)(0.1 ～0.3);

D0——注漿管直徑(0.09 m);

K2——未旋噴范圍土的填充率(0.5 ～0.8);

h2——未旋噴長度(9 m)。

Q=3.14 ×12×(0.8 ～0.9)×(11 ～13)×［1+(0.1 ～0.3)］/4+3.14 × 0.092× (0.5 ～ 0.8)× 9/4=7.63 m3/根 ～11.99 m3/根;每根每延米用漿量 0.59 m3～1.09 m3。

4.3 施工工藝

4.3.1 工藝流程

1)三重管旋噴法施工工藝流程圖見圖2。

圖2 旋噴法施工工藝流程圖

2)注意事項:

a.旋噴開始時，高壓水先送，水泥漿后送，最后送壓縮空氣，壓縮空氣可晚送30 s。在樁底部進行噴射作業(yè)1 min后，才能緩慢旋轉(zhuǎn)、逐漸提升、噴射。

b.噴射過程中，應(yīng)先達到噴射預(yù)定壓力和預(yù)定噴漿量后，才能逐漸提升注漿管。中間若發(fā)生故障，應(yīng)先停止提升、旋噴，以防斷樁，接著進行檢查，排除故障;若漿液噴射不足，影響樁體的成樁直徑時，應(yīng)進行復(fù)核。

c.為防止?jié){液過量流失，旋噴作業(yè)時采取由外及內(nèi)的順序，跳孔施工。樁號按1，3，5，7…的順序施工，在混凝土強度達到30%左右時進行樁的咬合。

施工總體程序詳見圖3。

圖3 施工總體程序

4.3.2 測量定位

根據(jù)設(shè)計給定的樁號坐標進行測量放線，準確標定出注漿孔位置。

4.3.3 鉆機成孔

加固地層主要為粘土、礫石、石層，采用汽車鉆機成孔，孔徑150 mm。成孔采用膨潤土泥漿護壁，護壁泥漿密度保持在1.3 t/m3～1.5 t/m3。汽車鉆機鉆孔前需要控制好鉆機垂直度，保證鉆孔垂直度偏差小于1.5%。

1)鉆機成孔流程。

采用汽車鉆機帶動車載小型組合式牙輪鉆對砂、卵石地層、風(fēng)化巖及破碎地層進行破碎鉆進，同時泵送人工制備的優(yōu)質(zhì)泥漿護壁。鉆進中合理利用設(shè)備的正反循環(huán)系統(tǒng)，將破碎的砂、卵石小顆粒從孔底帶出。

2)泥漿配比設(shè)計。

因為選用優(yōu)質(zhì)的泥漿，使砂、卵石層孔壁能長效地保持穩(wěn)定，在相當長的時間內(nèi)不坍孔。所以，成孔的關(guān)鍵在于泥漿的配比，在鉆孔前需在試驗室內(nèi)做好配比試驗。

鉆機鉆進過程中，泥漿性能會隨著鉆孔情況的變化而改變。如鉆到粘土層時，泥漿會變稠，粘度、切力增大，糊鉆、泥包鉆頭的情況增多;如鉆到砂層時，大量砂粒會混入泥漿中，使泥漿含砂量增加，使?jié){液泥皮松散、失水量和比重加大，會降低護壁性能，加速水泵磨損，嚴重時會造成因泥皮塌落而發(fā)生孔內(nèi)坍孔事故;如遇到承壓水層時，地下水會大量侵入孔內(nèi)使泥漿稀釋、性能被破壞等。此時，需要及時調(diào)整泥漿的性能，維持正常的鉆進。

泥漿配比設(shè)計過程其實就是確定泥漿各組分在泥漿中所占比例的過程，目的就在于使所配泥漿的性能符合不同鉆進地層的需要。如在流砂層或砂層中，泥漿就需要具備足夠大的比重，較小的失水量，薄而堅韌的泥皮;在細砂層中，因地表循環(huán)系統(tǒng)除砂較困難，就需要更嚴格地控制泥漿的含砂量;在粘性土層中，由于粘性土自身具有造漿能力，則需設(shè)法控制泥漿粘度不斷增大的趨勢;如果遇到水敏膨脹性地層就應(yīng)在泥漿中加入適量的防坍劑;鉆進風(fēng)化層、礫石層，要減少泥漿的比重，加大粘度等。因此，泥漿的性能設(shè)計須經(jīng)初選→應(yīng)用→改性→再應(yīng)用→基本達到要求這樣一個過程。

汽車鉆機見圖4。

4.3.4 下護壁PVC管

圖4 成孔設(shè)備示意圖

鉆孔到設(shè)計要求深度后，在鉆孔內(nèi)下φ110 mm薄壁脆質(zhì)PVC管護壁，防止孔坍塌。

4.3.5 旋噴鉆機就位

鉆孔完成后旋噴機就位，在PVC管內(nèi)鉆入89 mm的噴射管。下噴射管時應(yīng)連續(xù)低壓通水以防止堵塞噴射嘴。

4.3.6 旋噴

旋噴擬分二序進行，即跳孔旋噴，并沿周邊向內(nèi)逐圈進行。

噴射管入孔后，依據(jù)選定的試驗參數(shù)，自下而上邊旋轉(zhuǎn)邊噴射邊提升。高壓噴射注漿材料為P.S 32.5礦渣硅酸鹽水泥，拌制時的水灰比采用1∶1的純水泥漿液，漿液的比重不小于1.49(漿液的比重通過比重計測定)。水泥漿采用WJ-100型灰漿攪拌機通過兩次拌制后成型。噴射注漿設(shè)備為GZB-40型高壓注漿泵供漿。噴漿施工作業(yè)必須連續(xù)，噴射過程中，若發(fā)現(xiàn)注漿壓力驟然升高或降低，同時孔口不返漿或返漿量大等情況時，則需立即停止提升和噴射漿液，防止樁體斷樁，等查明原因，排除故障后再繼續(xù)噴射提升。繼續(xù)噴漿作業(yè)前，要將噴射管往孔內(nèi)下插0.3 m～0.5 m，確保停噴前后樁體有足夠的搭接長度。

噴射結(jié)束時，應(yīng)適當延長注漿時間，拔出噴射管后繼續(xù)進行人工注漿，直至孔口漿液面不再下降為止。

4.3.7 注意事項

注漿過程中，應(yīng)及時對周邊地面、建筑物、地下管線進行隆起、傾斜、變形和位移觀測測量。一旦發(fā)現(xiàn)問題，馬上向上級管理人員報告;情況嚴重時，立即停止作業(yè)，待處理完畢后才能繼續(xù)施工。

4.4 注漿效果

中粗砂、礫砂、圓礫、卵石層的地基無側(cè)限抗壓強度不小于0.8 MPa～1 MPa;滲透系數(shù)不大于 1 ×10－8cm/sec。

5 結(jié)語

采用此方法加固達到如下目的:

1)解決砂卵石地層中旋噴鉆機自成孔難的問題。

2)通過注漿量的控制，保證了砂卵石地層水泥漿均勻有效加固土體，防止?jié){液過多的流失。

［1］ 張永波，孫新忠.基坑降水工程［M］.北京:地震出版社，2000:40-63.

［2］ 江正榮.建筑施工計算手冊［M］.第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007:237-264.

［3］ 徐 輝，李向東.地下工程［M］.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2009:178-225.