淺談富水砂卵石層盾構(gòu)井端頭加固效果

林富志

（中國水利水電第七工程局有限公司四川成都　610081）

淺談富水砂卵石層盾構(gòu)井端頭加固效果

林富志

（中國水利水電第七工程局有限公司四川成都610081）

根據(jù)成都市地鐵4號線二期工程西延線富水砂卵石層，砂卵石含量高，漂石粒徑大的地質(zhì)情況，探討在端頭井始發(fā)到達時，端頭加固效果的研究。

富水層；砂卵石；端頭井加固；大管棚；注漿

1　成都地鐵4號線二期工程西延線某車站地質(zhì)條件

成都地勢東南較低，西北較高，成都平原是以都江堰為頂點、以成都市區(qū)為中心的岷江、沱江沖擊扇形平原，這就造就越靠近西延線卵石粒徑越大，卵石、漂石含量高；根據(jù)掌握的工程地質(zhì)資料，卵石平均含量60～70%，漂石含量約占5～10%，漂石粒徑一般20～50cm不等，在既有基坑內(nèi)發(fā)現(xiàn)最大粒徑漂石已達到71cm×39cm×31cm（長×寬×高），30～50cm粒徑漂石較常見；卵石單軸抗壓強度50～150MPa，最大超過220MPa。西延線砂卵石地層具有漂石粒徑大、漂石比例較高（漂石含量達到10%）、抗壓強度高等特點。

西延線的砂卵石地層卵石級配為斷級，由大卵石形成骨架，砂石、細砂填充骨架空間，在未降水的情況下，地層主要是靠卵石之間的摩擦力和卵石與砂石、細砂之間的粘聚性來保持穩(wěn)定。

圖1　西延線地層

2　水文條件

西延線地下水具有埋藏深、季節(jié)性變化明顯、受降水影響大、水位西北高東南低等特點。根據(jù)成都區(qū)域水文地質(zhì)資料，成都地區(qū)豐水期一般出現(xiàn)在7、8、9月份，枯水期多為1、2、3月份。線路所處Ⅰ級階地區(qū)，地下水主要有兩種類型：①賦存于填土里的上層滯水；②賦存于卵石層的孔隙潛水。

2.1上層滯水

上層滯水主要賦存于粘土層之上的填土層中，受大氣降水、溝渠和附近居民的生活用水為其主要補給源。水量、水位變化大，且不穩(wěn)定。由于其水量相對較小，對地下工程基本無影響。

2.2卵石土層中的孔隙潛水

該層地下水主要分布于Ⅰ級階地地區(qū)，主要賦存于第四系全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)卵石土中，水量豐富，為孔隙潛水，部分地段由于地形和上覆粘性土層控制，具微承壓性，地下水位埋深多為3～ 5m，水位年變化幅度一般在2～3m之間，含水層有效厚度約為10.0～30.0m不等。根據(jù)成都地區(qū)水文地質(zhì)資料，該層砂、卵石土綜合含水層滲透系數(shù)K約為15～30m/d，為強透水層。靠大氣降水和上游地下水補給。沿線所有地下車站和地下區(qū)間隧道主體結(jié)構(gòu)均將穿越該層地下水，受其影響大。

3　端頭降水對地層的影響

在降水井降水過程中，雖然采取措施降低降水井的抽砂率，但是還是有大量的細砂被降水井抽走，卵石之間的空隙變大，且缺少了水的填充和浮力，粘聚力變小或消失，此時卵石之間的支撐只剩下摩擦力，地質(zhì)變得松散且抗壓能力變?nèi)?，受到擾動時，卵石容易脫落，在盾構(gòu)掘進時產(chǎn)生超挖及地表沉降。

圖2　降水前后效果圖

4　大管棚及端頭注漿加固

4.1端頭注漿加固設(shè)計

盾構(gòu)井端頭加固使用鉆頭直徑φ95mm，鉆桿直徑φ89mm，注漿孔排布分為始發(fā)端頭前縱向10m范圍內(nèi)，隧道中軸線橫向6m范圍內(nèi)，孔位間距1000mm，排距1000mm，孔深度為9～12m。注漿管采用DN50的PVC管，注漿管端頭4m范圍內(nèi)打孔，孔徑10mm，縱向間距200mm，環(huán)向360°內(nèi)均布三個孔，縱向以梅花形布置。

圖3　端頭注漿加固剖面圖

圖4　端頭注漿加固平面圖

4.2大管棚設(shè)計

管棚采用φ108mm的無縫鋼管，壁厚6mm，分節(jié)安裝。兩節(jié)之間采用絲扣連接，絲扣螺紋段不小于150mm。鋼套管上布置注漿孔，孔徑為φ10mm，孔間距200mm，呈梅花型布置，鋼套管內(nèi)設(shè)袖閥管注漿。管棚長度為10m，棚布置范圍為拱頂120°范圍內(nèi)，共設(shè)計19根。管棚孔口位置在盾構(gòu)拱部開挖輪廓線外200mm位置布置，鋼管環(huán)向中心間距400mm。注漿漿液采用純水泥漿，水灰比0.8：1～1：1，注漿壓力：采用0.2～0.4MPa，具體根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。

圖5　管棚施工平面圖

圖6　管棚剖面圖

圖7　大管棚注漿工藝及效果圖

5　注漿加固后，盾構(gòu)出洞時上方地層沉降變化

5.1注漿加固效果

降水后，車站端頭的卵石層變得松散，卵石之間的空隙較大，注漿材料為水泥漿，在實際注漿過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)無壓力注漿或有壓力注漿量無法控制的情況。

本車站端頭雖然采用了大管棚及地面注漿加固，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，加固效果并沒有達到端頭注漿加固剖面圖所示的效果，水泥漿并未按照工藝設(shè)想達到滲透加固的效果，加固后的卵石層并未真正的形成一個完整的結(jié)構(gòu)。

5.2盾構(gòu)上方卵石層（如圖8）

（1）在盾構(gòu)機初始掘進過程中，由于盾構(gòu)刀盤的擾動，在圖中大管棚與盾構(gòu)之間的卵石層將脫落，會造成一定量的超挖，大管棚與盾構(gòu)之間的區(qū)域?qū)⑿纬梢欢ǖ目臻g（如圖9）。

圖8　盾構(gòu)機與大管棚的位置關(guān)系

圖9　管棚平面間距

（2）管棚設(shè)計上，管棚之間的水平間距約為20cm，在實際施工過程中，由于鉆機的震動和工人的實際操作水平存在波動，在管棚實際完成后，管棚的間距并不是均勻分布的，為了防止管棚向下傾斜侵限，管棚的向上的角度會比設(shè)計的角度稍大，＜20cm的卵石就會從管棚之間的間隙掉落，形成一定的塌陷。

圖10　大管棚上方塌陷區(qū)域圖

（3）若盾構(gòu)在此處發(fā)生停頓或保壓情況不理想，持續(xù)對地層進行擾動，盾構(gòu)的出渣量會明顯的增加。盾構(gòu)上方的卵石層會進一步形成更大的孔洞。當加固區(qū)域的卵石層不足以承載上方的松散卵石時，將會出現(xiàn)冒頂。

圖11　塌陷冒頂示意圖

6　應(yīng)對措施

盾構(gòu)機端頭加固一直都是盾構(gòu)出洞的重點難點，尤其是成都地鐵西延線，針對上述可能產(chǎn)生的后果，歸納以下應(yīng)對措施：

6.1端頭加固

（1）增加端頭加固縱向長度，將10m增加為15m；

（2）采用袖閥管注漿工藝；

（3）加固周邊管線的調(diào)查，尤其是雨水管、污水管；

（4）采取措施控制注漿量及注漿壓力，注漿過程中出現(xiàn)異常時要對污水管、雨水管及降水井進行觀測，以防止?jié){液進入。

6.2大管棚施工

（1）大管棚的施工傾角設(shè)計成0°；

（2）增加管棚的數(shù)量，設(shè)置為25～29根，減少管棚之間的間距；

（3）保證管棚施工時機械設(shè)備機架的穩(wěn)定性，控制管棚的偏差；

（4）盡量使用對該地層熟悉的操作工人；

（5）增加管棚的設(shè)計深度；

（6）采取措施控制注漿量及注漿壓力。

6.3盾構(gòu)機掘進參數(shù)的設(shè)置

（1）做好盾構(gòu)機始發(fā)準備工作；

（2）盾構(gòu)機的掘進參數(shù)合理設(shè)置，如盾構(gòu)機的轉(zhuǎn)速、扭矩、土倉壓力、注漿量、注漿壓力等；

（3）做好渣土改良的實驗，確定各種消耗材料的配合比；

（4）做好盾構(gòu)出土量的統(tǒng)計，對盾構(gòu)出土量進行分析，確定超挖程度；

（5）及時封堵洞門。

6.4監(jiān)測

（1）加強地面沉降觀測；

（2）端頭的沉降監(jiān)測儀器埋深加大；

（3）當盾構(gòu)出土量偏大時，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析空洞位置，及時采取相應(yīng)的填充措施。

7　結(jié)束語

從目前成都地鐵端頭加固的效果來看，大管棚+地面注漿加固在一定的程度上起到了加固的效果，但是在盾構(gòu)機掘進后仍會有盾構(gòu)機出渣量過大，地面沉降等問題。端頭加固并不能達到預(yù)想的效果，必須要對端頭加固的工藝進行改進。

U445.43

A

1673-0038（2015）26-0277-03

2015-6-8

林富志（1983-），男，工程師，碩士研究生。