花崗巖殘積土盾構(gòu)施工地層加固及開(kāi)倉(cāng)技術(shù)

黃海峰

（中鐵建大橋工程局集團(tuán)第二工程有限公司 廣東深圳 518083）

1 概述

花崗巖殘積土地層，遇水易軟化崩解，韌性及干強(qiáng)度低，如何做好該地層的隔水加固措施；選擇哪種開(kāi)倉(cāng)方式將盾構(gòu)機(jī)開(kāi)倉(cāng)的風(fēng)險(xiǎn)降至最低，是在大埋深花崗巖殘積土地層中盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)換刀的難點(diǎn)。

廣州地鐵二十一號(hào)線天河智慧城站～神舟路站區(qū)間隧道采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工，施工過(guò)程中需在花崗巖殘積土地層中開(kāi)倉(cāng)更換刀具，地質(zhì)情況從上到下依次為，人工填土約、中粗砂層、淤泥質(zhì)土層、砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層，隧道洞身及拱頂以上10m均為花崗巖殘積土地層，隧道埋深約36.2m；開(kāi)倉(cāng)位置水位線距隧道頂約33m，開(kāi)倉(cāng)壓力大于3.5bar，壓力超過(guò)人體適應(yīng)能力，需對(duì)地面進(jìn)行加固處理，將水土壓力減至人體能適應(yīng)的程度。

2 地面加固技術(shù)

2.1 加固體的尺寸及加固范圍

為保證盾構(gòu)機(jī)在花崗巖殘積土地層中開(kāi)倉(cāng)換刀的安全順利，需對(duì)盾構(gòu)機(jī)開(kāi)倉(cāng)位置進(jìn)行加固處理；綜合考慮造價(jià)及工期，一般采用φ48@1m×1m（根據(jù)抽芯情況，進(jìn)行局部調(diào)整）梅花形布置的袖閥管進(jìn)行加固。

加固體長(zhǎng)度4m，寬度8m；鉆孔深度：盾體及刀盤(pán)上方為地面至拱頂以上0.5m，刀盤(pán)前方地面至隧道底部，加固體的平面布置，如圖1所示。

圖1 加固體布孔及與盾構(gòu)機(jī)的平面

2.2 加固方法

花崗巖殘積土地層進(jìn)行注漿加固，首先需要解決地下水的問(wèn)題，然后再考慮對(duì)地層進(jìn)行加固。由于磷酸水玻璃化學(xué)漿具有高滲透性，因此加固體首先注磷酸水玻璃化學(xué)漿，進(jìn)行止水，防止地下水將漿液帶走；由于磷酸水玻璃化學(xué)漿基本沒(méi)有強(qiáng)度，所以還需采用水泥水玻璃雙液漿對(duì)地層進(jìn)行加固；因此花崗巖殘積土地層地面加固，采用袖閥管成孔，注入磷酸水玻璃+水泥水玻璃的綜合注漿法。

磷酸水玻璃化學(xué)漿配合比：磷酸：水玻璃=1（1：13）：2（1：1.5），此配合比是磷酸水玻璃結(jié)晶體的最佳狀態(tài)，凝結(jié)時(shí)間15s左右，注漿壓力1.5～2.5MPa；磷酸為弱酸，85%磷酸，水玻璃為 39°Bé。

在磷酸水玻璃兩側(cè)孔位的基礎(chǔ)上，插空布置φ48@1m×1m；注漿漿液采用水泥、水玻璃雙液漿，水泥采用42.5級(jí)普通水泥；水玻璃采用39°Bé，用水1∶1進(jìn)行稀釋；水泥漿與水玻璃體積比=1：1，注漿壓力2.5～3.0MPa。

2.3 加固效果檢驗(yàn)

為了確保加固體的質(zhì)量，在加固體施工完成后，設(shè)置4個(gè)抽芯孔，檢驗(yàn)加固體的固結(jié)情況（固結(jié)情況不好，對(duì)原孔位進(jìn)行加密），抽芯后采用袖閥管注水泥水玻璃雙液漿封孔，注漿壓力2.0～2.5MPa。

圖2 加固體抽芯效果

3 盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)技術(shù)

3.1 開(kāi)倉(cāng)準(zhǔn)備情況

（1）盾構(gòu)到達(dá)開(kāi)倉(cāng)位置前，往土倉(cāng)注入膨潤(rùn)土等，對(duì)渣土進(jìn)行改良。

（2）調(diào)整好盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，鉸接油缸不能形成夾角。盾尾偏差不能過(guò)大。盾尾處若發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象及時(shí)進(jìn)行油脂補(bǔ)充，進(jìn)行封堵。

（3）盾構(gòu)到達(dá)開(kāi)倉(cāng)位置前，同步注漿保證四根注漿管同時(shí)注入，采用注漿量控制。

（4）盾構(gòu)各保壓系統(tǒng)確保運(yùn)行正常，且必須處于待命狀態(tài)：氣閘系統(tǒng)，低壓空氣系統(tǒng)，所有要求的注漿口、排漿口必須處于工作狀態(tài)。

3.2 盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)技術(shù)

（1）管片環(huán)向封堵：盾構(gòu)停止掘進(jìn)，刀盤(pán)停止旋轉(zhuǎn)，對(duì)脫出盾尾連續(xù)4環(huán)管片手孔注入水泥水玻璃雙液漿進(jìn)行環(huán)向封堵，注漿順序?yàn)橄鹊撞吭賰蓚?cè)，最后頂部，注漿孔位要間隔錯(cuò)開(kāi)。確保管片壁后空隙填充密實(shí)，無(wú)流水涌入刀盤(pán)；水泥水玻璃雙液漿配比為水泥漿（水泥：水）：水玻璃溶液（水玻璃：水）=3（1：1）：1（1：1），注漿采用壓力控制，壓力控制 0.5MPa以內(nèi)。

（2）盾構(gòu)機(jī)徑向孔注漿：盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至停機(jī)位置后，通過(guò)中前盾的徑向孔注入磷酸水玻璃，配比為磷酸溶液（磷酸：水）：水玻璃溶液（水玻璃：水）=1（1：13）：3（1：1），凝結(jié)時(shí)間約 15s左右，注漿采用壓力控制，壓力控制0.5MPa以內(nèi)。

（3）壓力設(shè)定：盾構(gòu)停機(jī)時(shí)，土倉(cāng)內(nèi)渣土不再向前推擠，土倉(cāng)內(nèi)土體相對(duì)前方土體靜止不動(dòng)即位移為零時(shí)，開(kāi)挖面土體處于彈性平衡狀態(tài)，此時(shí)開(kāi)挖面前方的土體對(duì)土倉(cāng)內(nèi)的土體產(chǎn)生靜止土壓力；根據(jù)各層土的厚度、天然容重與靜止土壓力系數(shù)，計(jì)算的靜止土壓力P土=3.4bar，根據(jù)廣州的地質(zhì)情況，要確保帶壓開(kāi)倉(cāng)的安全，壓力在計(jì)算的基礎(chǔ)上增加0.2bar，壓力達(dá)到3.6bar＞3.5bar，壓力超過(guò)人體適應(yīng)能力；在地面進(jìn)行加固后，壓力保持在2.8～2.9bar，開(kāi)倉(cāng)30多次掌子面及拱頂穩(wěn)定，無(wú)地下水滲入。

（4）土倉(cāng)出渣：旋轉(zhuǎn)螺旋輸送機(jī)，通過(guò)土倉(cāng)體積計(jì)算渣土方量，先將土倉(cāng)內(nèi)碴土排出1/3，停機(jī)30min觀察土倉(cāng)的氣壓及地表沉降情況，如果壓力穩(wěn)定（加氣量正常），地表無(wú)沉降和氣體泄露，繼續(xù)再將土倉(cāng)內(nèi)渣土出至刀盤(pán)1/2的位置，再次停機(jī)30min觀察土倉(cāng)和地表變化情況，在此過(guò)程中應(yīng)注意保壓系統(tǒng)氣壓補(bǔ)充能力是否能與出碴同步。

（5）保壓實(shí)驗(yàn)：在土倉(cāng)渣土排出至規(guī)定值后，進(jìn)行帶壓進(jìn)倉(cāng)前土倉(cāng)和人倉(cāng)保壓實(shí)驗(yàn)。在人倉(cāng)測(cè)試時(shí)間壓力的同時(shí)，觀察土倉(cāng)壓力密封效果（主要檢查袖閥管的封堵情況），當(dāng)所有系統(tǒng)及參數(shù)檢測(cè)正常后，將進(jìn)行開(kāi)倉(cāng)步驟。

4 結(jié)束語(yǔ)

磷酸水玻璃漿液的高滲透性，提高了水泥水玻璃漿液在花崗巖殘積土地層的加固效果，降低了大埋深花崗巖殘積土地層開(kāi)倉(cāng)的壓力及風(fēng)險(xiǎn)，解決了盾構(gòu)機(jī)在此地層中開(kāi)倉(cāng)的難題，保證施工安全的同時(shí)，降低了造價(jià)，提高了工作效率。