富水地層盾構(gòu)工作井端頭復(fù)合加固技術(shù)研究

高同礦 吳瑞濤 劉娟

摘? ?要：在國內(nèi)地鐵施工中常采用盾構(gòu)法進(jìn)行施工，盾構(gòu)工作井的主要作用是保證船盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)出洞口時(shí)的安全。本文針對(duì)南通西站地鐵車站工程實(shí)際情況，通過制定富水地層盾構(gòu)工作井端頭復(fù)合加固技術(shù)，以確保盾構(gòu)施工的順利進(jìn)行，并為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：富水地層? 盾構(gòu)工作井? 端頭復(fù)合加固

Abstract： In domestic subway construction by shield method construction， shield work well is to ensure that the main function of the ship of shield machine in the safety when in and out of the mouth of the cave. Aiming at nantong west station subway station engineering actual situation， through the formulation of rich water formation of shield work well end composite reinforcement technology， to ensure smooth progression of shield construction， and provide reference for similar projects.

盾構(gòu)法是近年來在國內(nèi)地鐵施工中興起的較為高效且安全的方法，特別是在軟土地區(qū)的應(yīng)用尤為廣泛。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)開始掘進(jìn)或掘進(jìn)完成出洞時(shí)，由于工作井的擋土墻會(huì)被拆除，工作井端頭處的土體受到的荷載和應(yīng)力會(huì)相應(yīng)的發(fā)生改變，整個(gè)盾構(gòu)工作面都會(huì)處于開放狀態(tài)。如果不采用合理的加固措施，大量的地下水和流砂就會(huì)涌入盾構(gòu)工作井，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)洞門塌方的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)盾構(gòu)工作井的周邊環(huán)境造成影響。因此，為了保證盾構(gòu)機(jī)在開始與到達(dá)時(shí)能順利通過，有必要采用一種合理的端頭加固工藝，這也是保證盾構(gòu)順利施工的重要環(huán)節(jié)。

對(duì)于高滲透富水地層，由于土體中含有豐富的地下水，從而導(dǎo)致該地層的土體具有抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高、滲透系數(shù)大，其盾構(gòu)工作井端頭加固要求更高。鑒于此，文章對(duì)此展開相關(guān)研究，對(duì)常用的方法進(jìn)行比較、分析并結(jié)合新工藝，最終形成高滲透富水地層盾構(gòu)工作井端頭復(fù)合式加固技術(shù)，具有加固后地層強(qiáng)度高，止水性、均勻性、整體穩(wěn)定性良好等特點(diǎn)。

1? 工程概況

南通西站是滬通鐵路第二座車站，站設(shè)于南通市通州區(qū)平潮鎮(zhèn)。站區(qū)內(nèi)共有國鐵橋梁、國鐵站房、下沉廣場、地鐵車站、站區(qū)配套開發(fā)等項(xiàng)目。依據(jù)站區(qū)規(guī)劃，豎向共分為四層，從上至下依次為國鐵站臺(tái)層、國鐵候車廳層、地鐵站廳層與下沉廣場結(jié)構(gòu)層，地鐵站臺(tái)層。地鐵站廳層設(shè)置于站房正下方，并置于下沉廣場內(nèi);地鐵車站中柱與國鐵站廳層板共用，下沉廣場柱位與國鐵站房結(jié)合設(shè)置，下沉廣場作為國鐵站房基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)嵌固端。地鐵站廳層板與下沉廣場底板接平處理，采用施工縫連接。

地鐵車站垂直正穿國鐵滬通鐵路，位于滬通鐵路正線34#～35#橋墩正中間，為地下二層島式車站。車站長度213.15m，寬度21.7m，基坑開挖深度約為15.74m，車站采用明挖順筑法施工，車站主體圍護(hù)基坑采用放坡+坑中坑形式，坑中坑形式采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系，主體為單柱雙跨結(jié)構(gòu)型式。

2? 技術(shù)原理

針對(duì)高滲透富水地層中盾構(gòu)工作井的端頭土體，本工法提出采用三軸攪拌樁上弱下強(qiáng)加固、外圍打設(shè)止水帷幕、交界面旋噴注漿搭接、洞門下端斜孔注漿補(bǔ)強(qiáng)以及周圍降水相結(jié)合的復(fù)合式加固方法，通過將土質(zhì)由松變實(shí)，含水率由高低，起到固結(jié)、穩(wěn)定、止水的效果。具體工藝原理如下所述。

通過調(diào)整三軸攪拌樁參數(shù)對(duì)盾構(gòu)上覆土體進(jìn)行弱加固，對(duì)盾構(gòu)周圍一定區(qū)域的土體進(jìn)行強(qiáng)加固，強(qiáng)弱結(jié)合形成加固區(qū);加固區(qū)外圍打設(shè)止水帷幕，與工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)相連;三軸攪拌樁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的交界面空隙采用旋噴注漿搭接加固;洞門下端的斜孔注漿設(shè)置在盾構(gòu)開挖輪廓下方，水平向下呈一定角度傾斜注漿補(bǔ)強(qiáng)，并與外圍止水帷幕交接形成加固區(qū)的底部密封，最終形成完整密封的復(fù)合加固區(qū)。

其中，在洞門下端斜孔注漿時(shí)，導(dǎo)向管管口設(shè)置有主閘閥、旁通閘閥和密封裝置等結(jié)構(gòu)，管徑略大于鉆桿，在鉆孔時(shí)起導(dǎo)向作用。主閘閥用于控制管口開關(guān)，旁通閘閥用于防止注漿壓力過大導(dǎo)致漿液外流，注漿完畢后通過密封裝置實(shí)現(xiàn)管口的有效密封。

3? 技術(shù)特點(diǎn)

本技術(shù)采用三軸攪拌樁上弱下強(qiáng)加固、外圍打設(shè)止水帷幕、交界面旋噴注漿搭接、洞門下端斜孔注漿補(bǔ)強(qiáng)以及周圍降水相結(jié)合的復(fù)合式加固方法，通過橫豎結(jié)合形成完整密封的加固區(qū)，能夠顯著提高端頭土體強(qiáng)度，滿足端頭土體穩(wěn)定性、滲透性和變形特性的要求。

本技術(shù)在盾構(gòu)開挖洞門下端采用斜孔注漿的方法，通過水平向下呈一定角度傾斜注漿補(bǔ)強(qiáng)，與外圍止水帷幕交接形成加固區(qū)的底部密封，彌補(bǔ)了地面注漿存在盲區(qū)的弊端，可有效防止盾構(gòu)開挖時(shí)高滲透富水層的滲水破壞。

本技術(shù)在洞門下端斜孔注漿時(shí)，采用帶有主閘閥、旁通閘閥和密封裝置等結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向管，便于鉆孔和注漿，注漿完畢后可以有效對(duì)孔口進(jìn)行密封，在保證洞門密封性的前提下達(dá)到加固端頭土體的目的。

4? 技術(shù)流程

4.1 三軸攪拌樁強(qiáng)加固施工

（1）開挖溝槽。

對(duì)場地進(jìn)行清理、整平和放樣，依據(jù)樁位中心線進(jìn)行溝槽開挖作業(yè)，并對(duì)地下障礙物進(jìn)行清除（如圖1所示）。

（2）樁機(jī)就位。

按照預(yù)先測放的樁位點(diǎn)，移動(dòng)樁機(jī)移至樁位點(diǎn)上方，使樁尖對(duì)準(zhǔn)樁位點(diǎn)并調(diào)平樁機(jī)，為使樁位的偏差在5cm以內(nèi)，在樁架上焊接一個(gè)圓形鐵圈，半徑5cm，并在上方放置一鉛錘。調(diào)整鉆桿位置，通過全站儀觀察使鉛錘能落在鐵圈內(nèi)，通過鉛錘和鐵圈精確控制機(jī)身垂直度，可使垂直誤差小于0.5%。

（3）攪拌成樁。

按照要求提前配制好水泥漿，將樁機(jī)的鉆頭尖部對(duì)準(zhǔn)樁位點(diǎn)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，同時(shí)用管道將水泥漿泵送至出漿口，邊鉆孔邊攪拌，在攪拌樁樁身全長范圍內(nèi)采用兩噴兩攪。成樁過程中根據(jù)樁長和下沉速度控制噴漿壓力和噴漿量，使整個(gè)過程噴漿均勻。

（4）鉆進(jìn)攪拌提升。

在下沉噴漿過程中要注意控制漿液的均勻性，防止水泥漿液離析現(xiàn)象的發(fā)生，整個(gè)過程嚴(yán)格控制下沉和提升速度，當(dāng)鉆頭鉆至樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，停鉆30s后在提升鉆頭，在樁底部分宜重復(fù)攪拌噴漿，提升鉆頭至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)完成注漿。

4.2 三軸攪拌樁弱加固施工

（1）降低水泥摻量，重新配制水泥漿。

（2）重復(fù)上述施工步驟，直至完成弱加固區(qū)的施工。

4.3 止水帷幕施工

（1）加固區(qū)外側(cè)采用一圈三軸攪拌樁止水帷幕，與圍護(hù)結(jié)構(gòu)相連。

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)重新配制用于止水帷幕的水泥漿，施工步驟同上，依次為開挖溝槽、樁機(jī)就位、攪拌成樁、鉆進(jìn)攪拌提升等。

4.4 旋噴注漿施工

（1）鉆機(jī)就位。

調(diào)平、對(duì)中樁機(jī)，調(diào)整樁機(jī)的垂直度，保證鉆桿應(yīng)與樁位一致，偏差宜在50mm以內(nèi)，鉆孔垂直度誤差小于1.5%。

（2）噴水引孔鉆進(jìn)。

先在地面進(jìn)行試噴，確保鉆孔機(jī)械能正常運(yùn)轉(zhuǎn)后進(jìn)行正式鉆孔作業(yè)，邊射水邊鉆孔，并用塑料布包裹高壓水噴嘴，防止出現(xiàn)噴嘴被周圍泥砂堵塞的情況。

（3）旋噴提升。

采用鉆孔的方式將噴射注漿管送至設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后通過管道泵送泥漿液，并使注漿管停轉(zhuǎn)10s，待孔口能正常冒漿后從下至上旋噴提升鉆桿，同時(shí)將排出至地面的泥漿液清理干凈。在旋噴提升的過程中可根據(jù)鉆桿通過地層的土質(zhì)情況，調(diào)整適合該土質(zhì)的旋噴參數(shù)。鉆桿提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)旋噴停止，并清洗注漿泵和泵送管道，然后移動(dòng)轉(zhuǎn)機(jī)至下個(gè)樁位處，重復(fù)施工。

4.5 斜孔注漿施工

（1）鉆孔。

在工作井的連續(xù)墻上，根據(jù)盾構(gòu)開挖輪廓線，在洞門下端定位鉆孔，用鉆機(jī)向外側(cè)呈30°角成孔。當(dāng)鉆孔至一定長度時(shí)，抽離鉆桿，安裝固定導(dǎo)向管，打開閘閥和旁通閘閥（見圖2）。然后將鉆桿置入導(dǎo)向管內(nèi)，繼續(xù)鉆孔直至與外圍止水帷幕交接。

（2）注漿。

鉆孔完成后，在導(dǎo)向管內(nèi)插入注漿管，注漿加固洞門下端土體。通過旁通閘閥的開關(guān)，調(diào)節(jié)孔內(nèi)壓力，防止?jié){液外流。

（3）密封。

注漿結(jié)束后，關(guān)閉閘閥和旁通閘閥，完成對(duì)孔口的密封。

4.6 降水施工

（1）平整加固區(qū)周圍場地，根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行井點(diǎn)放線工作，設(shè)置集水坑，鋪設(shè)總管和支管。

（2）通過沖孔、埋管、灌砂等步驟完成降水井的打設(shè)。

（3）井點(diǎn)孔封口，連通總管和支管，開機(jī)抽水。

4.7 盾構(gòu)始發(fā)或到達(dá)

做好洞口密封、導(dǎo)軌安裝等準(zhǔn)備措施，拆除盾構(gòu)輪廓區(qū)域內(nèi)的工作井擋土墻，完成盾構(gòu)始發(fā)或到達(dá)。

5? 結(jié)語

本文通過對(duì)南通西站地鐵車站工程進(jìn)行介紹，從盾構(gòu)工作井端頭加固的角度出發(fā)，對(duì)富水地層工作井端頭加固施工技術(shù)做了較為全面的總結(jié)。通過設(shè)計(jì)合理的加固方案對(duì)富水地層工作井端頭進(jìn)行加固施工，將施工區(qū)域內(nèi)地層的止水性、均勻性、整體穩(wěn)定性和強(qiáng)度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，有效的保證了施工區(qū)域滿足盾構(gòu)施工的要求，從而保證了南通西站地鐵車站施工的順利進(jìn)行，同時(shí)也為其他類似工程施工提供了科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 侯彥輝.淺談盾構(gòu)區(qū)間下穿復(fù)雜環(huán)境的施工控制措施[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（25）：59-60.

[2] 梁太略，陳坤.緯三路過江通道盾構(gòu)工作井降水方案探究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（10）：73-75，77.

[3] 余梓.地鐵復(fù)雜地質(zhì)條件的盾構(gòu)施工技術(shù)分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2017，14（28）：36，38.

[4] 陳志成，賈世攀.淺析圍堰高壓旋噴防滲墻施工[J].技術(shù)與市場，2017（8）：75-76.

[5] 林毅.三管高壓旋噴灌漿在某小型水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用[J].河南建材，2016（3）：241-243.