盾構下穿城市景觀湖地層加固施工技術

黃惟，吳波，李展峰

(1.福建工程學院土木工程學院 福建福州 350118;2.中鐵四局五公司 江西九江 332000)

引 言

隨著城市地鐵建設的發(fā)展，越來越多的盾構投入隧道建設。盾構隧道穿越復雜地層，成為施工過程中需要解決的難題。盾構下穿城市景觀湖，由于湖底覆土軟弱稀薄，盾構姿態(tài)不易控制，易造成地層過大擾動等。本文以南寧地鐵1號線麻村～南湖盾構區(qū)間下穿南湖隧道施工為工程依托，探索和總結出盾構下穿城市景觀湖加固施工技術和相關參數，同時可為類似隧道施工積累寶貴的經驗。

1 工程概況

麻村～南湖區(qū)間隧道起止里程為ZSK19+763.763～ZSK20+918.916，隧道設計內徑為5.4m，在南湖大橋北面約25m處南湖站始發(fā)，其中穿越南湖段約250m，湖底隧道埋深4.2m～11m。南湖段地質自上而下為淤泥層、粘土、粉質粘土、粉細砂層、圓礫層，隧道主要穿越粉細砂層，具體見(圖1)。

圖1 加固區(qū)域和隧道位

盾構下穿城市景觀湖首先施作南湖段埋深小于6m地段砂袋圍堰，圍堰范圍為157.7m×44.5m，圍堰高出最高水位0.5m，圍堰內湖鋪設0.5m厚砂墊層作為加固平臺。其次對圍堰范圍內146×25.5m范圍內隧道頂面以上1.5m至隧道底部以下1.0m～3.0m范圍內的土體進行注漿加固。最后清除圍堰內沙袋墊層，拋填片石進行加固，增加覆蓋層厚度，拋填結束后，清除砂袋圍堰。

盾構下穿城市景觀湖加固施工，主要施工流程見(圖2)。

圖2 盾構下穿城市景觀湖施工流程圖

2 地層加固技術

盾構由南湖站始發(fā)進入下穿南湖段。在下穿南湖段最小覆土厚度為4.2m，均為軟土，盾構掘進過程中，極易造成土體擾動，隧道坍塌滲漏水等施工病害。對穿越南湖段采用全斷面注漿加固。

對隧道穿越湖底軟弱覆土采取全斷面注漿加固，主要加固區(qū)域見(圖3)。

圖3 加固區(qū)域橫斷面

軟弱地層加固采用Φ48mm，壁厚t=4mm的PVC管，注漿管應深入加固土層以下1.0m。注漿加固平面范圍為隧道外邊緣線外擴3m;豎向范圍為區(qū)間隧道頂1.5m至隧道底部以下1.0m～3.0m范圍內的土體。平面加固區(qū)域根據實際工程確定，加固前，在圍堰內清淤，施做0.5m砂墊層，作為注漿設備作業(yè)平臺。

2.1 注漿加固準備

首先進行測量放線，在基本整平的場地上，利用施工基線和輔助基線，測放出注漿孔的孔位，用竹樁等作出明顯標記。樁位誤差不大于2cm。測量工作面標高，沿鉆孔位置開挖溝槽和集水坑，及時排出冒漿和孔內水，以保持場地整潔干燥。

其次要制作及插入花管，注漿管采用Φ48mm，壁厚t=4mm的PVC管。注漿管應深入加固土層以下不小于1m。加固范圍外圍三排采用水泥－水玻璃雙液漿進行加固，內部采用水泥漿加固。外圍三排注漿管采用間距0.75m(錯開布置)，內部注漿管采用間距1.0m(錯開布置)。開孔范圍為設計加固范圍內?；ü艿牡锥祟^用配套蓋子封堵，防止泥沙進入。

最重要的是確定注漿參數。注漿漿液采用單液漿及水泥－水玻璃雙液漿，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水玻璃采用40%硅酸鈉溶液，水泥漿水灰比0.5:1～1:1，雙液漿配比為水泥漿:水玻璃=1:0.5～1:1;注漿壓力0.5～1.0MPa，注漿壓力逐步提升，達到注漿終壓后穩(wěn)壓10min，注漿參數及壓力供試驗前參考，實際注漿參數根據現場試驗注漿效果后確定。

2.2 配備注漿液及注漿

注漿液采用純水泥漿，注漿所用水泥為42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比按注漿次序有一定調整，依次減少，控制范圍為1.00～0.5。外三排注漿考慮止水效果，漿液采用雙液漿。攪拌機采用葉式機械攪拌機，應能保證漿液能連續(xù)均勻攪拌，才能過濾。漿液須在攪拌均勻過篩后，再泵送壓注，在注漿過程中，漿液應連續(xù)攪拌，攪拌時間應大于2min。注漿泵采用柱塞泵或雙液柱塞泵，壓送水泥漿液時，柱塞與缸體不直接接觸，以減少磨損。按每m注漿加固深度控制注漿量，每m注漿深度水泥用量定為100kg。注漿的流量一般為7～15l/min。每次注漿完畢后用對注漿管管口封堵，以便于下次重復注漿。注漿進程中出現地面冒漿或壓力突變，應立即停止注漿，查明原因，采取措施。單孔注漿結束標準應根據下列情況綜合決定:a.注漿量達到設計要求;b.注漿壓力超過設計值;c.地面冒漿。

鉆孔時準確及時記錄孔號、孔深、土層類型、分層深度等參數，注漿施工時應詳細記錄每一個鉆孔的每次注漿壓力、注漿量、注漿時間、漿液配比、復灌次數等基本參數。

2.3 施工質量控制和檢查驗收

(1)施工準備質量檢查:

①用于加固的材料宜經檢驗合格后再用于工程施工。

②施工場地應預先平整，并沿鉆孔位置開挖溝槽和集水坑。

③漿液42.5級普通硅酸鹽水泥配制。

④注漿用水不得用pH值小于4的酸性水和工業(yè)廢水。

⑤注漿用水的水溫不得超過30～35℃;并不得將盛漿桶和注漿管在注漿體靜止狀態(tài)下暴露于陽光下，防止?jié){液凝固。

⑥花管注漿法要求:

a采用鉆孔或振動法將注漿管送入土層中。

b采用鉆孔法時，應從鉆桿內注入封閉泥漿，然后插入孔徑為48mm的PVC花管。

(2)施工過程質量檢查:

①注漿施工時，漿液種類、注漿量、注漿壓力應符合設計要求，宜采用自動流量和壓力記錄，并應及時對資料進行整理分析。

②水泥漿的水灰比可取0.5:1～1:1。

③漿體應經過攪拌機充分攪拌均勻后才能開始壓注，并應在注漿過程中不停緩慢攪拌，攪拌時間應小于漿液初凝時間。漿液在泵送前應經過篩網過濾。

④花管注漿時，須待封閉泥漿凝固后，移動花管自下向上或自上向下進行注漿。

⑤壓密注漿時，須待封閉泥漿凝固后，捅去注漿管的活絡堵頭，然后提升注漿管自下向上或自上向下對地層注入漿液。

⑥注漿泵排量應控制在10～20L/min。

⑦花管每次上拔或下鉆高度宜為0.5m。

⑧注漿孔的間距應符合設計要求，注漿順序應按跳孔間隔注漿方式進行，并宜采用先外圍后內部的注漿施工方法。

⑨對滲透系數相同的土層，首先應注漿封頂，然后由下向上進行注漿，防止?jié){液上冒。如土層的滲透系數隨深度而增大，則應自下向上注漿。

(3)注漿質量驗收標準

注漿完畢后，應在注漿加固體強度達到75%或注漿結束7d(雙液漿)及28d(水泥漿)后對加固體進行質量檢驗，采用靜載法或標貫試驗進行檢驗，注漿檢驗點不少于注漿孔的1%，且不少于3點。檢驗點應布置在有代表性的孔位、施工中出現異常的部位。

加固后土層標貫應滿足:粉細砂層N≥20，粘土層N≥10;隧底加固后地層地基承載力不小于250kpa，若達不到要求，應及時彌補。注漿地基的質量檢驗標準見(表1)的規(guī)定。

表1 注漿質量檢驗標準

2.4 注漿加固質量通病及處理辦法

(1)可灌性差:選擇漿液及漿液配合比不當及選擇注漿壓力不當時，漿液擴散半徑小都會使?jié){液可灌性差。由于地質分布不均，致使設計人員在確定注漿漿液類型及注漿參數時，不能滿足現場實際要求，可在正式注漿前增大試注漿孔數，使之能正確反映整個施工區(qū)域的情況，并調整注漿壓力、配比等相關參數。如在正式注漿工程中發(fā)現局部區(qū)域存在可灌性差的現象，可采用局部增加注漿孔進行補救，或調整漿液水灰比和添加速凝劑、緩凝劑、流動劑、加氣劑、防析水劑等，加強漿液的擴散性。

(2)冒漿:止?jié){不好或在用套管嵌入止?jié){時，套管嵌入不好;注漿壓力過大都可能是引起冒漿的原因。調整注漿壓力，限制進漿量，間歇注漿以及重新嵌套管(或加止?jié){塞)可對該質量問題加以防治，必要時在止?jié){處下套管，用水泥砂漿封住，重新掃孔注漿。

(3)串漿:出現漿液從其他孔中流出的情況，一般是由于兩孔間的連通性好，可采用加大孔間的間距，適當延長相鄰孔施工時間的間隔，用止?jié){塞塞于被串孔串漿部位上方2m～3m處，相鄰串漿孔同時注漿這幾種方法進行處理。

(4)漿液大量流失到非注漿部位如出現某孔注漿量異常大，且總是灌不滿時，極有可能因為注漿壓力過大或漿液過稀等等，使?jié){液流失到非注漿部位。勘察注漿區(qū)域地質情況確認后，可采用以下方法:低壓或自流注漿;改用較濃漿液;在漿液中加速凝劑;采用加粗骨料漿液注漿;加大注漿壓力間歇注漿;控制注漿施工程序，在注漿范圍的邊緣和底部用水泥－水玻璃漿液，調整配合比，使其在十幾分鐘內凝固以封閉外圍及地層。

3 加固輔助措施施工

3.1 膜袋圍堰

膜袋圍堰為加固施工輔助措施之一，為全斷面注漿加固提供作業(yè)空間。膜袋圍堰成型快，對地層適應性強，能夠有效滿足加固工期緊的要求。此外，膜袋圍堰相對土石圍堰更加環(huán)保，對環(huán)境影響小，適合城市景觀湖土層加固施工。

考慮湖底一定厚度的淤泥，結合本項目實際特點并在征求相關有類似工程施工經驗的基礎上，膜袋圍堰底部無需進行換填，設置土工格柵進行防滑處理，并且在多層膜袋間設置止水土工布滿足防滲功能。上部采用常規(guī)膜袋圍堰設計膜袋圍堰結構圖見(圖4)。

圖4 膜袋圍堰結構圖

主要施工步驟:施工準備－泵砂船就位－鋪設輸砂管砂袋－袖口綁扎套管－輸砂管與砂袋套管連接－啟動砂泵抽砂－充灌注砂料－檢查砂袋形狀－抽出套管綁扎袖口－鋪設止水薄膜－下一個砂袋施工－完成圍堰。

膜袋圍堰中關鍵技術如下:

(1)特別注意泵砂管接頭要嚴密，在進行泵砂作業(yè)前，要進行射水實驗，查看管身是否有沙眼等缺陷出現，從而防止暴管事故發(fā)生。

(2)由運砂船直接對砂袋進行灌砂，灌砂過程中泥漿泵壓力控制在0.2～0.3MPa、水與河砂比例為1∶0.75，保證砂體在泵送過程中良好的流動性。充填砂袋時首先沿砂袋長邊方向充填，避免應力集中損壞袋體，并在充填過程中調整出砂管口方向，防止袋體受力不均勻而移位變形。灌砂量宜控制在砂袋容積的75% ～80%，每層充填高度控制在80㎝左右，在充填過程中如一次達不到想理高度可分次進行，其間隔時間一定要滿足已經灌進砂袋中砂體的沉淀時間。

(3)在圍堰迎水面鋪設防滲土工布，并采用小砂袋堆碼壓牢。當土工布鋪至圍堰坡腳時采用砂袋壓實，土工布壓實面寬度不小于1.0m。兩幅土工膜在進行鋪設時，必須考慮拼接的重合疊加，一般控制在30cm;土工膜應壓入湖底最低不少于1m，土工膜鋪設應平整緊貼堰體坡面，不得繃拉過緊;鋪設人員穿軟膠底鞋，以免損傷土工膜;

3.2 拋填碎石

拋填碎石為重要的輔助加固措施。由于盾構隧道覆土極為稀薄，尤其在進行注漿加固施工后，在施工荷載和土層固結會變得更薄，拋填碎石能夠有效增加隧道覆土厚度，此外可以避免日后河道清淤造成的削弱。

拋填碎石主要施工工序:測量－拋投－墊平－碾壓－檢測。備料要求:片石粒徑5～30cm，碎石粒徑5～40mm，片石、塊石最低強度等級不低于MU30。當拋入的片石露出湖底面50cm后，用12t振動壓路機碾壓，先拋填湖邊后拋填湖中央，先靜壓后振壓，直至塊石不再下沉為止，施工中若發(fā)現淤泥翻出，采用挖掘機挖除淤泥;拋填塊石要求大小不均勻，便于層層鋪設，第一層拋填粒徑較大的塊石，向上依此可減小粒徑，小碎石填縫，直至軟基處理結束;拋填片石采用片石、塊石及碎石組成，分三層拋填片石、塊石及碎石，采用機械分層壓實。加固前，清除回填砂及部分泥土(共1m)，以保證拋填片石層不得超過原有湖床底面。

4 小結

盾構下穿城市景觀湖加固施工技術適用于地鐵盾構穿越中小湖泊且土層軟弱、地鐵埋深較淺的工程。全斷面注漿加固輔以拋填碎石，加固效果更加突出。注漿加固主要集中在地鐵下穿土層較薄的區(qū)域，有效減小盾構掘進過程中對地層和環(huán)境的影響。拋填碎石還可以防止以后河道清淤對地鐵盾構的覆蓋土層造成削弱。膜袋圍堰集成性好，可一次成形，并且在水下根據具體情況微調，工藝簡單、耗時短、經濟性好、對景觀河造成的污染小等優(yōu)點。

［1］劉建國.深圳地鐵盾構隧道施工技術與經驗［J］.隧道建設，2012，32(1):72 ～87.

［2］廖少明，侯學淵.軟土盾構法隧道設計與施工的最新研究進展［J］.地下空間，1998，18:406～454.

［3］張海波，殷宗澤，朱俊高.地鐵隧道盾構法施工過程中地層三維有限元模擬［J］.巖石力學與工程學報，2005，24(5):755～758.

［4］周梁，廖少明，史寧強，李家平.隧道軟弱下臥地基注漿加固試驗［J］.重慶交通大學學報，2010，29(6):880～884.

［5］陸璐，林峰.膜袋砂圍堰施工工藝［J］.西部交通科技，2010，8:54 ～58.