軟土地區(qū)富水砂層盾構(gòu)接收技術(shù)研究

□文/徐澤民

軟土地區(qū)富水砂層盾構(gòu)接收技術(shù)研究

□文/徐澤民

基于天津軟土地區(qū)某盾構(gòu)接收為工程背景，對富水砂層中盾構(gòu)接收加固方案進行了研究，在接收開始前對加固效果進行了檢驗，分析了探孔漏水的主要原因并根據(jù)現(xiàn)場工程水文地質(zhì)情況，采取了四項補強加固措施，同時在接收過程中采取二次接收工藝，順利安全地完成左右線接收工作。通過以上的分析研究，得出的主要結(jié)論：高壓旋噴樁在富水砂層中的成樁效果不理想，在粉質(zhì)粘土層中可以達到預期效果；WSS垂直注漿在地下水流動狀態(tài)下不易成樁；在周邊環(huán)境較為理想的情況下，抽取地下水，降低承壓水水頭，對盾構(gòu)安全接收是比較有利的。

盾構(gòu)；砂層；注漿；接收；軟土；富水

目前，我國許多城市都在進行大規(guī)模的地鐵建設(shè)工作，盾構(gòu)法進行區(qū)間隧道施工得到了廣泛的應用，特別是在軟土地區(qū)，但地下水處理是土壓平衡盾構(gòu)法順利安全實施關(guān)鍵［1～2］。

盾構(gòu)的始發(fā)與接收是盾構(gòu)施工過程中需特別重視的風險源，其成功與否直接決定整條隧道能否順利貫通，目前在實際工程中，采用的方法包括凍結(jié)法［3］、注漿法［4］、鋼套筒［5］等，這些方法在工程中都取得了較好的效果，但針對一些特殊地質(zhì)情況，需進行相應的完善。

本文以天津地鐵某盾構(gòu)接收為工程實例，研究端頭加固技術(shù)及其實施效果。

1　工程概況

1.1設(shè)計概況

天津某地鐵盾構(gòu)接收車站地下3層，車站長160 m、寬21 m，端頭井開挖深度23.3 m，標準段開挖深度21.3 m。盾構(gòu)機始發(fā)后以28‰下坡，然后以22.3‰的上坡，以2‰進入接收車站。盾構(gòu)區(qū)間采用管片襯砌內(nèi)徑5 500 mm，外徑6 200 mm，寬度1 500 mm，管片厚度350 mm，采用錯縫拼接方式。管片環(huán)縱縫之間采用彎螺栓連接，其中每環(huán)縫采用16個M30螺栓，縱縫采用12根M30螺栓連接。

1.2工程地質(zhì)概況

天津地處華北平原，屬海積、沖積低平原。接收地層為①1層雜填土；①2層素填土；④1層粉質(zhì)粘土；④2層粉土；⑥3層粉土；⑥4層粉質(zhì)粘土；⑦層粉質(zhì)粘土；⑧1層粉質(zhì)粘土；⑧2層粉土；⑨1層粉質(zhì)粘土；⑨2層粉砂；⑩1層粉質(zhì)粘土。接收洞身圍巖主要為⑦粉質(zhì)粘土、⑧1粉質(zhì)粘土、⑧2粉砂。

第一承壓含水層為⑧2層粉砂，該承壓含水層水頭大沽標高為0.12 m。⑩1層粉質(zhì)粘土為該承壓含水層隔水底板。第二承壓含水層為2層粉砂，該承壓含水層水頭大沽標高為-1.02 m，3層粉質(zhì)粘土、⑩1層粉質(zhì)粘土為承壓含水層隔水底板。第一、二層承壓水間隔水層厚4.65～10.1 m。

1.3周邊環(huán)境

接收端管線主要有端頭井東北側(cè)110 kV的高壓線桿，經(jīng)實際調(diào)查確定為停用線路，距離加固區(qū)最近處為2.1 m，距端頭井最近距離為6.5 m，高壓線距地面高度為12 m，影響端頭加固，周圍無其他管線。

2　盾構(gòu)機選型

根據(jù)工程特點，左右線均選用φ6 450 mm海瑞克盾構(gòu)機進行施工，區(qū)間特點與盾構(gòu)機參數(shù)見表1。

表1　區(qū)間工程特點與盾構(gòu)機參數(shù)

3　接收加固方案

3.1設(shè)計方案

接收前對工作井端頭一定范圍內(nèi)的土體進行加固，采用攪拌加固、旋噴包角的加固方式。三軸深層水泥攪拌樁加固樁徑為850 mm、間距為600 mm、搭接250 mm，高壓旋噴樁加固樁徑為650 mm、間距為450 mm、搭接200 mm。攪拌樁加固隧道左右各3 m、上3 m、下4 m范圍內(nèi)為強加固區(qū)，隧道頂3 m以上至地面范圍為弱加固區(qū)，見圖1和圖2。

圖1　端頭井加固平面

圖2　端頭井加固剖面

強加固區(qū)及旋噴樁加固區(qū)土體經(jīng)加固后應有很好的均質(zhì)性、密封性、自立性，要求28 d齡期無側(cè)限抗壓強度≮0.8 MPa，滲透系數(shù)＜10-8cm/s，弱加固區(qū)土體加固后土體強度不得小于該處原狀土土體強度。

3.2加固效果分析

加固完成后，盾構(gòu)接收前，對加固體進行取芯檢驗，水泥土取芯試件尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，齡期為40 d，取6組試件，得出平均抗壓強度為1.3 MPa，滿足設(shè)計要求。

為進一步檢驗加固效果，對洞門進行水平探孔，探孔深度3 m，打穿連續(xù)墻達到加固區(qū)，實際發(fā)現(xiàn)存在漏水現(xiàn)象，及時將閥門關(guān)閉，進行分析。

探孔漏水主要是因為盾構(gòu)接收端頭加固施工質(zhì)量不易控制，車站為地下3層站，盾構(gòu)接收地層處于粉砂和粉質(zhì)粘土層內(nèi)，其中粉砂層比較堅硬，端頭加固所采用旋噴樁在此地層中成樁困難，導致端頭加固探孔時出現(xiàn)漏水，見表2。

表2　盾構(gòu)穿越地層基本特性

4　補強加固方案

針對探孔漏水情況，對接收范圍的土體進行二次加固處理。

1）在原加固區(qū)周邊采用WSS雙液注漿一圈形成止水帷幕，見圖3。注漿孔深23 m（深入粉質(zhì)粘土層1.5 m），采用水泥-水玻璃雙液漿，壓力2.2 MPa，起到阻止周邊承壓水進入盾構(gòu)接收區(qū)的效果。

圖3　WSS注漿加固平面

2）洞門范圍斜向注漿。加固范圍地下連續(xù)墻往外4 m，確保加固效果，保證洞門破除時加固土體的安全。洞門范圍水平注漿只注入洞門下半環(huán)區(qū)域，底部孔距400 mm，靠近兩側(cè)孔距800 mm。注漿深度為地下連續(xù)墻往加固體4 000 mm（根據(jù)打孔取芯情況確定），注漿孔與隧道軸線呈20°向周邊放射型布設(shè)，注漿壓力1.5 MPa，見圖4。

圖4　斜向注漿剖

3）雙高壓旋噴加固。在地下連續(xù)墻向外600 mm范圍增打一排雙高壓旋噴樁補強加固，見圖5。

雙高壓旋噴采用φ800 mm@600 mm，噴漿壓力30 MPa，提升速度100 mm/min，一遍復噴，復噴時提升速度150 mm/min。

夾縫處理措施為首先在夾縫兩端采用WSS雙液注漿進行封堵，然后采用兩排雙高壓旋噴，樁間距500 mm，噴漿壓力30 MPa，提升速度100 mm/min，兩遍復噴，復噴時提升速度150 mm/min。

4）應急降水。在端頭加固區(qū)外布設(shè)8口降水井，見圖6，盾構(gòu)接收時應急降承壓水。端頭注漿全部完成后進行降水井施工，降水井深度25 m，水平間距5 m，隧道下方5 m，并伸入粉質(zhì)粘土層3 m。

圖5　斜向注漿

圖6　降水井平面

采取補強加固措施后，再次對洞門進行探水，發(fā)現(xiàn)并無明顯滲漏水情況，滿足盾構(gòu)接收的要求。

5　盾構(gòu)接收前準備工作

5.1盾構(gòu)姿態(tài)復核

當盾構(gòu)機施工進入盾構(gòu)到達范圍時，對盾構(gòu)機的位置進行準確測量，明確進洞隧道中心軸線與隧道設(shè)計中心軸線的關(guān)系，同時對接收洞門位置進行復核測量，確定盾構(gòu)機的貫通姿態(tài)及掘進糾偏計劃。糾偏要逐步完成，堅持一環(huán)糾偏≯4 mm的原則。

以左線接收為例，左線設(shè)計463環(huán)，準備接收時，左線盾構(gòu)機位于449環(huán)，經(jīng)測量盾構(gòu)機水平偏差為前-16 mm，后-7 mm，垂直偏差為前15 mm，后-11 mm。盾構(gòu)姿態(tài)均符合要求，洞門中心水平偏差-20 mm，垂直偏差-30 mm，符合要求。（注：水平偏差“+”代表向右，“-”代表向左；垂直偏差“+”代表向上，“-”代表向下）。

5.2管片拉結(jié)

盾構(gòu)機到達掘進階段，盾構(gòu)推力減小，當隧道貫通后，盾構(gòu)前方?jīng)]有了反推力，將造成管片與管片之間的環(huán)縫連接不緊密而產(chǎn)生漏水，因此必須采取有效的措施保證最后管片的拼裝質(zhì)量，在接收基座上焊反力塊用來增加盾構(gòu)機的反推力。在最后11環(huán)管片用槽鋼在吊裝孔位置進行拉結(jié)，防止管片松動。

5.3洞門破除

盾構(gòu)機切口進入加固層后，降低盾構(gòu)正面推力。在靠近洞門30 cm時，停止推進，將切口正面推進壓力值降至最低（在盾構(gòu)千斤頂降低推力前對盾尾處的幾環(huán)管片的縱向螺栓進行緊固），土倉泥土盡可能出空，然后進行洞門鑿除。洞門鑿除分三步進行，第一步鑿除內(nèi)層鋼筋，第二步鑿除中間混凝土，保留最外層鋼筋，洞圈內(nèi)止水鋼板焊接，第三步盾構(gòu)頂上結(jié)構(gòu)后再次鑿除，洞門鑿除完成后準備接收。

6　二次接收工藝

6.1盾構(gòu)機刀盤抵達連續(xù)墻

盾構(gòu)機掘進第458環(huán)、行程達到800 mm時，刀盤抵達連續(xù)墻，此時將盾尾后的管片空隙用同步注漿填充密實，對453和454環(huán)進行二次注漿，用雙液漿將管片與加固體之間的空隙封閉，同時通過盾體的徑向注漿孔注聚氨酯，防止地下水順著管片外空隙和盾殼外空隙進入加固體內(nèi)。

6.2焊接洞圈內(nèi)弧形鋼板圈

由于接收井洞圈直徑與盾構(gòu)外徑存有一定的間隙，盾構(gòu)外徑6 450 mm，洞門圈內(nèi)徑6 700 mm，間隙單邊125 mm。因此盾構(gòu)進洞前，在洞圈內(nèi)焊接一整環(huán)鋼板，縮小盾殼與洞圈的間隙，同時塞填海綿條防止盾構(gòu)進洞時洞圈產(chǎn)生漏水、漏泥等問題。鋼環(huán)四周均采用2道5 mm厚、20 cm高的弧形板，鋼板之間填充180 mm×200 mm的海綿條。

6.3盾構(gòu)一次接收

當盾構(gòu)機掘進第460環(huán)、行程達到700 mm時，刀盤出洞門圈邊緣后，停止推進，立即在洞門圈上與盾殼之間焊接一整圈弧形鋼板，焊接完畢后用速凝水泥封堵弧形鋼板、鋼圈之間的縫隙。

洞圈封堵完畢后，根據(jù)洞門滲漏水情況確定是否注雙液漿，若無滲漏則不注漿，快速掘進，若漏水則從455和456環(huán)利用管片吊裝孔進行壁后填充水泥-水玻璃雙液漿注漿，水泥漿配比為1∶1，注漿壓力0.2 MPa。

6.4盾構(gòu)二次接收

待漿液凝固后繼續(xù)推進直至盾構(gòu)機全部上接收基座，盾尾脫出洞門圈后，再次用弧形板封堵洞門圈與管片之間，然后開始洞門密封注漿，完成二次進洞。

通過采用以上措施，左右線均順利、安全的完成接收工作。

7　結(jié)論

1）高壓旋噴樁在富水砂層中的成樁效果不理想，在粉質(zhì)粘土層中可以達到預期效果。

2）WSS垂直注漿，漿液凝結(jié)時間可以控制，但在地下水流動狀態(tài)下不易成樁，結(jié)合降水，可以取得較好的效果。

3）在周邊環(huán)境較為理想的情況下，抽取地下水，降低承壓水水頭，對盾構(gòu)安全接收時比較有利。

4）二次接收工藝對確保盾構(gòu)安全、順利接收是非常有必要的。

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U455.43

C

1008-3197（2016）03-29-03

2015-12-22

徐澤民/男，1980年出生，高級工程師，天津市地下鐵道集團有限公司，從事隧道及地下工程研究工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.03.010