沿海城市復雜地質(zhì)下通過地面加固確保盾構開倉安全的技術措施研究

徐 斌

中鐵十二局集團有限公司第二工程有限公司

1 引言

近年來，隨著各大城市地鐵建設的規(guī)模不斷擴大，在富水地層、地層疏松、殘積土層、基巖上軟下硬地層中進行盾構開倉作業(yè)，極易發(fā)生坍塌等安全風險，且工期要求高，通過地面加固，使原本只能進行帶壓開倉作業(yè)變成常壓開倉，使常壓開倉掌子面更穩(wěn)固、開倉作業(yè)更為安全，便成為各地鐵項目施工的重點和難點。針對這一難點，通過優(yōu)化地面加固工藝，使帶壓開倉變常壓開倉、確保常壓開倉必定成功，可以減少開倉持續(xù)時間，確保施工安全。

2 工程概況

2.1 工程簡介

某城市洋翔盾構區(qū)間沿在建石厝路由西往東行進，下穿洪鐘立交橋進入車站，施工起訖里程：K24+165.417 至K24+908.809，區(qū)間單線全長743.192m（618 環(huán)），結構埋深8.5m～15.6m，埋深較淺。

2.2 工程地質(zhì)水文情況

洋翔區(qū)間范圍內(nèi)覆蓋層主要為第四系人工填土層（Q4ml）、第四系坡積層（qsl）、第四系殘積層（qsl）；下伏基巖主要為燕山晚期侵入巖—中粗粒花崗巖（γ），受區(qū)域地質(zhì)構造和風化作用影響，巖石風化不均勻，中等～微風化基巖面起伏較大?；鶐r凸起段落長、強度大，墩狀凸起多，拱頂空洞、松散體、水囊較多，地下水豐富、施工噴涌現(xiàn)象常發(fā)，地質(zhì)條件極其復雜。

地下水位一般3月開始上升，9月逐漸下降，5～6月為最高水位，12 月至翌年2 月為最低水位，其變化幅度又因地形、含水層的不同而有差異，總體上基巖裂隙水和風化殘積孔隙裂隙水水位隨降雨變化較大，地下水位埋深1.1m～7.1m，地下水年變幅可達3.0m。

3 現(xiàn)狀調(diào)查

（1）洋翔區(qū)間基巖凸起量大，孤石群極其發(fā)育，盾構機下穿上軟下硬區(qū)段長，盾構姿態(tài)極難控制，多次長時開倉，發(fā)生安全事故的概率也相應增大。

（2）常壓開倉時，由于拱頂處于殘積砂質(zhì)黏性土層中，拱頂上方土體松散、空洞、水囊多，且該土層遇水極易崩解，容易形成拱頂脫空、塌陷，進而發(fā)生安全風險事故。

（3）4 月4 日右線YDK24+834 第二次帶壓開倉時，該處開倉點采用洞內(nèi)超前注漿，保壓最長1d，倉內(nèi)壓力就開始變化，掌子面發(fā)生坍塌，不滿足繼續(xù)帶壓開倉條件，該處開倉總用時60天，至6月5日才開始掘進。

4 原因分析

（1）隧道中心線以上多處于殘積砂質(zhì)黏性土層中，該層為不透水層，無水時，自身強度較高，工程性能較好，但遇水極易崩解、坍塌。而隧道中心線以下多處于基巖中，基巖裂隙水較為發(fā)育，在盾構掘進時，受施工擾動影響，豐富的地下水會向掌子面匯集，對殘積砂質(zhì)黏性土層造成侵蝕，從而導致殘積砂質(zhì)黏性土層崩解、坍塌。

（2）區(qū)間隧道上方存在松散、空洞、水囊等不良地質(zhì)，在土倉壓力及施工震動等多方面作用下，原本的土體平衡狀態(tài)被打破，造成水土流失穩(wěn)，掌子面坍塌，發(fā)生安全事故。

（3）開倉停機時間太長，掌子面裸露時間長，在地下水不停地侵蝕下，倉內(nèi)泥膜脫落，掌子面土體也被侵蝕，土體崩解，掌子面坍塌。

5 基本思路

綜合分析，諸多原因造成掌子面失穩(wěn)，進而發(fā)生坍塌，造成安全事故，故此只要解決掌子面穩(wěn)定性問題，開倉風險就大大降低。

針對袖閥管注漿、WSS地面加固注漿后，常壓開倉中存在拱頂脫空的現(xiàn)象，QC 小組通過咨詢國內(nèi)業(yè)內(nèi)資深專家，決定在開倉點采用地面素混凝土排樁加固，并輔以排樁間地面注漿加固止水的方式來加固開倉點，以確保開倉掌子面及拱頂?shù)姆€(wěn)定性，確保常壓開倉一次成功。

6 主要對策措施

采用地面素混凝土排樁加固。工藝參數(shù)如下：（1）在計劃開倉點，采用旋挖鉆施工2 排毒混凝土樁，樁徑1m，樁與樁咬合0.2m，每處施工素樁17根，迎刀盤方向8根，背刀盤方向9根。樁間咬合0.2m，施工時，先施工第二排樁，再施工第一排樁，防止第一排樁樁底塌孔。（2）素樁采用C15 混凝土，空樁采用水泥改良土進行回填，采用輕型夯錘夯實。（3）素樁采用跳孔法施工，展開平行、流水作業(yè)。（4）施工時盡量采用干孔作業(yè)。（5）針對素樁空樁部分較長的特點，采用6m 長鋼護筒，防止樁基塌孔。（6）灌注樁灌注混凝土深度為：①迎刀盤側（樁編號1#～8#）0：隧道拱頂6m至隧道拱頂以下3.24m（下至盾構機刀盤中心線）或深入中風化基巖面0.5m，2根邊樁（編號為1#、8#）深入隧道結構底板以下0.5m或深入中風化基巖面0.5m。②背刀盤側（樁編號9#～17#）：隧道拱頂3m 至中風化基巖面以下0.5m。（7）盾構機刀盤掘進至第2排樁0.2m，確保刀盤處于素樁內(nèi)。開倉時，素樁在開倉加固區(qū)上方形成一個穩(wěn)固的整體，防止開倉時拱頂不穩(wěn)定而土層垮塌，造成事故。

7 采取的措施效果

第一次（ZDK24+416.283，403環(huán)）地面素混凝土樁加固及地面注漿于2019年7月1日開始，7月5日結束，累計用時5天。于2019年7月22日進行常壓開倉，開倉作業(yè)持續(xù)3d，開倉作業(yè)過程中，掌子面穩(wěn)定無異常，拱頂無掉塊、坍塌現(xiàn)象，整個施工過程安全可控。

截止至2019年8月12日，素混凝土排樁加固一共進行5處，進行常壓開倉4處，每個開倉點加固均能滿足常壓開倉施工，每次常壓開倉用時2d，開倉一次成功，沒有發(fā)生安全事故及工期延誤情況，施工安全可靠。

8 結語

盾構施工中，常壓開倉不可避免，但是開倉過程中的安全是必須確保的，而復雜地質(zhì)下，盾構施工的開倉作業(yè)一直是事故多發(fā)、常發(fā)區(qū)，而在盾構開倉點采用地面素混凝土排樁對土體進行加固，并輔以樁間注漿止水，可以使盾構開倉點掌子面及刀盤上下左右均處于素混凝土結構內(nèi)，開倉作業(yè)安全可靠，且能滿足長時間的開倉作業(yè)要求，在地下水豐富，土質(zhì)疏松、基巖凸起上軟下硬地段的盾構施工中值得推廣。