盾構(gòu)機始發(fā)與到達端頭土體加固解析

王義鵬

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 100026）

0 引言

盾構(gòu)機釋放和達到前要做好端頭土地加固，加固的主要目的是避免拆出洞口臨時圍護結(jié)構(gòu)時破壞底層穩(wěn)定性，避免地下水流入到工作井中，對工程施工和工程質(zhì)量造成不良影響。土地加固是否成功，對盾構(gòu)機的安全始發(fā)和到達會造成直接影響，通過合理方式對端頭土地進行加固是確保盾構(gòu)施工作業(yè)順利開展的一項重要內(nèi)容。對端頭進行加固時，可以采取單種或多種方式相結(jié)合，這主要取決于地下水位、地質(zhì)情況、盾構(gòu)機型、施工環(huán)境等多項因素影響。同時，還要考慮施工作業(yè)的便捷性、經(jīng)濟性和安全性。

1 盾構(gòu)法簡介

盾構(gòu)法是暗挖施工作業(yè)中采用的一種全機械化施工措施。具體施工期間，在地下推進盾構(gòu)機械，利用盾構(gòu)外殼和管片支承四周圍巖，避免發(fā)生坍塌事故，以免影響工程施工進度，避免造成人員傷亡。同時，在開挖面前利用切削裝置對土體挖掘，利用土地機將開挖中產(chǎn)生的土方運輸?shù)蕉赐?，利用千斤頂在外部進行頂進，并拼裝預(yù)制混凝土管片，最終形成隧道結(jié)構(gòu)。合理應(yīng)用盾構(gòu)法，可以加快工程的施工進度，確保工程質(zhì)量不會出現(xiàn)問題。

2 加固端頭土體的目的

2.1 控制沉降避免坍塌。

始發(fā)、達到前通常要將洞口井壁混凝土鑿除，將鋼筋割斷，保證盾構(gòu)順利進出洞。為了保證施工作業(yè)的順利進行，工程質(zhì)量能夠達到要求標準，洞口混凝土井壁厚度≥80 cm，鑿除作業(yè)費時長。在進行鑿除作業(yè)時，要避免開挖面在空氣中暴露時間過長而引起坍塌事故，或?qū)е碌乇戆l(fā)生大范圍沉降。

2.2 控制水土流失

盾構(gòu)始發(fā)進入或穿過加固體時，在含水量偏高、卵石層等不同類型底層，盾構(gòu)在進出洞時，容易造成水土流失，這會對工程的施工和整體質(zhì)量造成直接影響。在應(yīng)用水泥盾構(gòu)時，水泥壓力作用會導(dǎo)致加固體發(fā)生水土流失，使水泥無法處于平衡狀態(tài)，如土地強度達不到相應(yīng)的要求，在施工期間容易發(fā)生坍塌。

2.3 確保周邊建筑和結(jié)構(gòu)物的安全性

作業(yè)期間如在端頭處存在管線、房屋、道路時，需要采取措施完成相應(yīng)的保護作業(yè)。對工程整體情況進行全面分析，在條件允許的情況下，可以改變施工路線。對工程附近的房屋進行鑒定，過程中要拍照、錄像，獲取一手資料。

3 加固端頭土地的范圍

在進行土地加固時，土地強度不得過高，考慮到盾構(gòu)機刀盤配置情況，要確保盾構(gòu)機能夠順利切割加固體。實際作業(yè)期間，加固范圍要依據(jù)實際加固方法和地層的具體情況而定，依據(jù)多年的施工經(jīng)驗，以及相關(guān)理論分析，如果在施工期間，采取一般攪拌樁方法進行加固處理，始發(fā)加固厚度通常≥6.0 m，加固長度通?！?.0 m。需要注意的是，如果在實際施工期間遇到了特殊地層，在始發(fā)時要對抗?jié)B等因素進行全面考慮，要適當增加加固寬度，如在粉細砂層中始發(fā)要增加約10.0 m，到達增加9.0 m。加固深度通常都在洞口門上部3.0 m，下部2.0 m 范圍內(nèi)，同時，還要適當增加砂層中底部深度，避免發(fā)生管涌現(xiàn)象。

4 端頭加固常用的施工方法

端頭加固是一項復(fù)雜工作，在加固時可以采取單種或多種方法相結(jié)合，以達到加固目的。

4.1 攪拌樁施工方法

該方法是軟土地層常用的一種端頭加固方法。在實際施工期間，通過應(yīng)用攪拌樁，使端頭土地凝聚力和內(nèi)摩擦角發(fā)生改變，主要適合應(yīng)用在粘土層、淤泥、砂層環(huán)境中。但該方法在砂層中應(yīng)用的加固效果相對較差，將其應(yīng)用在砂層中要與旋噴樁方法結(jié)合應(yīng)用。該方法在應(yīng)用時會受所用設(shè)備性能的限制，因此，加固層深度＞15.0 m 后取得的效果很差，優(yōu)點是工程整體造價偏低。施工中容易出現(xiàn)的問題：加固作業(yè)容易出現(xiàn)中斷、加固強度偏低，作業(yè)期間容易發(fā)生吊鉆頭問題。

4.2 旋噴樁施工法

該方法適合在砂層中應(yīng)用，可以實現(xiàn)對砂層的合理改造，也可以在粉土、淤泥、粘土層中應(yīng)用。但是，粘著力和砂礫地基的粘土有時無法形成質(zhì)量過硬的改良樁，當施工深度＞40.0 m 時，該方法在應(yīng)用過程中取得的效果差。其經(jīng)常被應(yīng)用在圍護結(jié)構(gòu)與加固體間隙的加固，以及角部加固作業(yè)中。

4.3 注漿法

該方法可以在不同類型的地層中應(yīng)用，特別是在一些深度相對較深的砂質(zhì)地層、砂礫層中，在地層較好的地段，施工期間可以將該方法與攪拌樁等施工方法結(jié)合應(yīng)用，針對水量較小地段可以通過加固方式止水。在注漿時可以采取單液注漿或雙液注漿，也可以采取跟蹤注漿方式完成相應(yīng)的注漿作業(yè)。從目前情況來看，在注漿作業(yè)中可以采用的漿液種類有很多，對施工作業(yè)中采用的漿液的選擇要考慮適用性和經(jīng)濟性，在全面結(jié)合地質(zhì)、地下水、施工環(huán)境的情況下，最終確定采用何種漿液。此外，需要施工人員注意，在對該方法進行應(yīng)用時，要對灌漿引起的地基隆起問題進行科學(xué)處理。

4.4 凍結(jié)法

該方法適合應(yīng)用在砂層、砂礫層、淤泥層中，該方法在應(yīng)用期間的凍土強度高、止水性高，對地下溫度情況進行測量，依據(jù)溫度高度可以對凍土形成狀態(tài)進行確定。凍結(jié)法是一種在施工期間加強管理就可以獲取的方法，該方法具體應(yīng)用具有較高的可靠性，凍土墻能夠長期處于穩(wěn)定狀態(tài)，不易發(fā)生改變。需要注意的是，如果存在流動水層，則難以保證質(zhì)量。如地下有水流動，將阻礙凍結(jié)的實現(xiàn)，因此，在對該方法進行應(yīng)用時，要對地下是否有水流，以及水流的流速和方向進行確定。對于有水流的區(qū)域，應(yīng)當檢查是否依據(jù)計劃進行凍結(jié)，依據(jù)檢查獲取的結(jié)果，采取相應(yīng)措施進行處理。針對透水性大、地下水豐富的砂礫層，必須對地下是否存在水流進行明確，如果情況特殊，需要采取化學(xué)注漿法降低地下水的流速，或者達到截斷地下水的目的。

在對凍結(jié)法進行應(yīng)用時，需要相關(guān)作業(yè)人員注意凍土出現(xiàn)融沉和凍脹效應(yīng)，這會對地面沉降和周邊建筑物造成較大影響。融沉和凍脹情況受凍結(jié)規(guī)模、凍結(jié)時間、地基條件不同而存在差異，通常來說在砂礫層受到的影響小，而在粉砂和粘土受到的影響大。如能夠預(yù)測到地基凍脹，以及因為解凍而引起的地基沉降對周圍建筑造成不良影響，要依據(jù)凍脹與解凍沉降情況，采取合理的措施進行防護，并且要對是否采取凍結(jié)法開展施工進行探究。溫水循環(huán)是控制解凍引起地基沉降的一種合理方法，施工中可以應(yīng)用此方法，也可以采取化學(xué)注漿工程填充孔隙方法，實現(xiàn)強制解凍。融沉和凍脹持續(xù)較長時間，并且會對管片發(fā)生的沉隆變形情況造成影響，對于施工中采用的注漿液要具有良好的抗凍性，對于施工中采用的管片配筋要進行加強，后期還要對注漿進行二次處理。

4.5 降水法

降低地下水位也是施工中常用的一種方法，在一些特殊土質(zhì)下，在工程施工期間，經(jīng)常會出現(xiàn)地基沉降。因此，在施工前，要對地下水位下降可能會對周圍地基造成的影響進行詳細研究，對具體造成的影響進行明確。因此，通常在地下水沉降對建筑物造成影響較小的情況下對降水法進行應(yīng)用。

5 端頭加固相關(guān)問題分析

5.1 事故多發(fā)原因

通過對大量工程建設(shè)經(jīng)驗進行總結(jié)，端頭土體加固過程中發(fā)現(xiàn)事故的原因主要有以下5 點：

（1）樁身在工程施工中發(fā)生了偏斜，加固體受外界環(huán)境因素影響出現(xiàn)中斷，樁間存在不咬合情況，這會對工程施工開展造成不良影響。

（2）進行加固處理時，鋼筋或注漿管有異物落入到隧道內(nèi)。

（3）砂層施工作業(yè)中，采取的參數(shù)存在問題，無法達到預(yù)期加固效果。針對這一問題，在處理上可以采用試樁或調(diào)整的方式進行處理，常用的處理方式有二重管旋噴和三重管旋噴，以及單管旋噴。

（4）維護結(jié)構(gòu)被過早破除，會導(dǎo)致施工期間掌子面長期暴露在空氣中，或沒有采取正確的方式對墻體進行拆除。拆除墻體是一項危險作業(yè)，存在圍巖坍塌危險。在拆除墻體時，為了確保施工作業(yè)的順利進行，墻體拆除要一小塊一小塊地進行，并且在該期間，要確保墻體拆除安裝作業(yè)能夠依據(jù)正確順序進行。

（5）未采取合理措施對洞門進行密封處理，始發(fā)注漿等輔助措施存在問題。對于這些問題要采取針對性措施進行處理，降低事故發(fā)生幾率。

5.2 檢測端頭加固效果

檢測端頭土地加固效果是降低工程施工安全事故發(fā)生的一項重要手段，因此要做好該項工作。檢測端頭加固的關(guān)鍵手段如下：

（1）檢測豎向抽芯。進行該項檢測的目的是對固體強度是否能夠達到設(shè)計要求、是否連續(xù)進行判斷，采用試驗方式對固體強度、抗?jié)B性能進行精準判斷。在砂層中要注意加固保持良好的連續(xù)性，為了實現(xiàn)這一目的，抽芯率要超過90%。通常來說，抽芯位置要選擇在樁間咬合位置處。在檢測期間，要依據(jù)規(guī)范要求確定抽芯數(shù)量，為了確保檢測結(jié)果的準確性，每個端頭的抽芯數(shù)量≥1 根。

（2）檢測水平抽芯。在洞門加固體內(nèi)打多數(shù)水平探孔，對滲水情況進行觀察，為了順利完成檢測工作，探孔數(shù)數(shù)量≥6 個，探孔要由中間向四周均勻分布。

（3）檢測挖孔樁。在粉細砂地層環(huán)境下，完成相應(yīng)的加固后，可以采用挖孔樁法完成檢測工作。

（4）測溫檢測。如果采用了凍結(jié)法，可以采取測溫法進行檢測，在實際檢測期間，要對冷卻溫度和速度進行確定。

6 結(jié)束語

端頭土體加固是一項對技術(shù)要求很高的工作，與一般地基加固存在一定差別，這種差別不僅體現(xiàn)在強度要求上，而且也體現(xiàn)在抗?jié)B透性上。在具體加固時，應(yīng)當在滿足工程具體要求基礎(chǔ)上，對經(jīng)濟要求進行考慮，選擇一種經(jīng)濟、合理的加固方法，完成加固作業(yè)。