高滲透富水地層盾構(gòu)工作井端頭加固斜孔注漿技術(shù)研究

吳瑞濤　陳道倫　劉小文

摘? ?要：盾構(gòu)工程是我國(guó)城市化建設(shè)中的重要組成部分，盾構(gòu)工作井端頭加固是盾構(gòu)工程中的施工難點(diǎn)，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量。本文針對(duì)高滲透富水地層的復(fù)雜地質(zhì)條件，對(duì)盾構(gòu)工作井端頭加固斜孔注漿技術(shù)進(jìn)行研究，可為今后高滲透富水地層盾構(gòu)工作井端頭加固斜孔注漿施工提供參考。

關(guān)鍵詞：高滲透富水地層? 盾構(gòu)工作井? 端頭加固? 斜孔注漿

中圖分類號(hào)：U455.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）03（c）-0054-04

Abstract： Shield engineering is an important part of China's urbanization construction. The reinforcement of shield working well ends is a difficult point in shield engineering， which seriously affects the quality of the project. Aiming at the complicated geological conditions of high-permeability water-rich formations， the research on the technology of inclined hole grouting at the end of shield working wells can provide a reference for the construction of inclined hole grouting at the end of shield working wells in high-permeability water-rich formations.

Key Words： High-permeability water-rich formation; Shield work well; Tip reinforcement; Oblique hole grouting

盾構(gòu)法是近年來在國(guó)內(nèi)地鐵施工中興起的一種先進(jìn)、高效、安全的施工方法，特別是在軟土地區(qū)的應(yīng)用尤為廣泛。在盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)掘進(jìn)時(shí)，隨著工作井擋土墻的拆除，端頭土體的結(jié)構(gòu)、作用荷載和應(yīng)力將發(fā)生變化，必須進(jìn)行端頭加固處理。因此，端頭加固是指由于地層土體自穩(wěn)能力較差而采取相應(yīng)輔助工法對(duì)端頭區(qū)域工作井周圍一定范圍的土體進(jìn)行改良加固處理的過程。軟土地區(qū)盾構(gòu)施工中端頭井土體加固的成功與否直接關(guān)系到盾構(gòu)機(jī)能否安全始發(fā)、到達(dá)。盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)出洞時(shí)，工作面處于開放狀態(tài)，這種開放狀態(tài)將持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。如果處理不當(dāng)，地下水、流砂、涌泥等就會(huì)進(jìn)入工作井，嚴(yán)重情況下會(huì)引起洞門塌方，對(duì)周邊環(huán)境造成的影響及損失巨大。因此，為確保盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)的順利進(jìn)行，選擇合理的端頭加固施工工法，是保證盾構(gòu)順利施工的非常重要的環(huán)節(jié)。

目前，高滲透富水地層現(xiàn)有工作井端頭注漿管加固存在的問題主要有：（1）注漿管無法精確定位，鉆孔時(shí)易發(fā)生注漿孔傾斜;（2）注漿加固時(shí)，注漿液的壓力無法得到較好的控制，影響注漿加固的質(zhì)量;（3）注漿加固時(shí)，注漿液的密封性無法得到控制，易發(fā)生注漿液外流。針對(duì)高滲透富水地層現(xiàn)有工作井端頭斜孔注漿加固技術(shù)存在的問題，有必要開展一種用于高滲透富水地層盾構(gòu)工作井端頭復(fù)合加固的斜孔注漿導(dǎo)向管的開發(fā)，以保證盾構(gòu)工作井端頭斜孔注漿加固的效果。

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(guó)鐵橋梁、國(guó)鐵站房、下沉廣場(chǎng)、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(guó)鐵站臺(tái)層、國(guó)鐵候車廳層、地鐵站廳層與下沉廣場(chǎng)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(chǎng)內(nèi);地鐵車站中柱與國(guó)鐵站廳層板共用，下沉廣場(chǎng)柱位與國(guó)鐵站房結(jié)合設(shè)置，下沉廣場(chǎng)作為國(guó)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(chǎng)底板接平處理，采用施工縫連接。

地鐵車站垂直正穿國(guó)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(zhǎng)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

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。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。

本技術(shù)采用一種用于盾構(gòu)工作井端頭復(fù)合加固的斜孔注漿導(dǎo)向管（見圖1），包括孔口管、減壓閘閥、單向閘閥、密封裝置、導(dǎo)向管、鉆桿、地下連續(xù)墻、外圍止水帷幕、強(qiáng)加固區(qū)、弱加固區(qū)、盾構(gòu)、洞門和工作井。

本技術(shù)中孔口管用于插入地下連續(xù)墻后的土體，方便鉆桿進(jìn)行鉆孔作業(yè);減壓閘閥用于調(diào)節(jié)注漿液的注漿壓力，單向閘閥用于樁基周圍土體的回填，密封裝置用于注漿時(shí)管道的密封，防止注漿液外流;導(dǎo)向管用于鉆桿的方向引導(dǎo)，防止鉆桿作業(yè)時(shí)發(fā)生偏離;鉆桿可用于鉆孔作業(yè);地下連續(xù)墻可用于盾構(gòu)工作井端頭側(cè)面區(qū)域的加固，并與底部斜孔注漿加固連成整體;外圍止水帷幕可用于盾構(gòu)工作井端頭后部區(qū)域的加固，并與底部的斜孔注漿加固連成整體;強(qiáng)加固區(qū)用于土體強(qiáng)加固區(qū)域;弱加固區(qū)用于土體弱加固區(qū)域;盾構(gòu)用于土體盾構(gòu)作業(yè)區(qū)域;洞門用于盾構(gòu)機(jī)始發(fā)與到達(dá)時(shí)的工作面;工作井用于盾構(gòu)機(jī)始發(fā)與到達(dá)的區(qū)域。

3? 技術(shù)特點(diǎn)

（1）本技術(shù)所用減壓閘閥包括透氣孔、透氣材料、閉合筒和閥門，能在注漿時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)注漿液的壓力，將注漿液的壓力控制在安全范圍內(nèi)，保證注漿液的灌入質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求;閥門可通過推拉控制閉合筒前后移動(dòng)，進(jìn)而控制透氣孔的開閉。

（2）本技術(shù)所用透氣材料能透過空氣但不能透出漿液，布置在減壓閥的圓形透氣孔上，既能保證管道內(nèi)外部進(jìn)行空氣交換調(diào)節(jié)注漿壓力，又能阻止注漿液流出管道。

（3）本技術(shù)所用閉合筒側(cè)壁均勻布置圓形孔洞，孔洞大小與透氣孔大小相同，閉合筒外徑與減壓閥內(nèi)徑相同，緊貼在管道內(nèi)壁上，可緊貼管道內(nèi)壁前后移動(dòng)，當(dāng)閉合板孔洞與透氣孔重合時(shí)減壓閥打開，反之減壓閥關(guān)閉。

（4）本技術(shù)所用單向閘閥包括單向筏瓣和筏瓣限位環(huán)，使鉆桿插入時(shí)單向閘閥能輕松打開，鉆桿拔出時(shí)又能自動(dòng)關(guān)閉，既保證了管道的密閉性，又提高了工作效率，使斜孔注漿加固的質(zhì)量得到了標(biāo)準(zhǔn)化的控制;單向筏瓣由兩個(gè)半圓形片拼裝而成，放置在單向閘閥中部，可沿半圓形拼縫開閉;筏瓣限位環(huán)緊貼單向閥內(nèi)壁上，可限制單向筏瓣只能向內(nèi)打開，當(dāng)鉆桿插入導(dǎo)向管時(shí)能自動(dòng)打開，鉆桿拔出時(shí)能自動(dòng)關(guān)閉;導(dǎo)向管能對(duì)插入土體的鉆桿進(jìn)行導(dǎo)向，防止鉆桿作業(yè)時(shí)發(fā)生偏離。

4? 技術(shù)流程

4.1 安放孔口管

（1）確定安放位置。

在工作井地下連續(xù)墻上，根據(jù)盾構(gòu)開挖輪廓線，在洞門下端確定孔口管需要安放的位置，并在相應(yīng)位置放線做好標(biāo)記。

（2）孔口管埋入。

先將孔口管放到事先標(biāo)記好的指定位置，用鉆機(jī)向外側(cè)呈30°將孔口管打入地下連續(xù)墻后的土體中，方便鉆桿進(jìn)行鉆孔，當(dāng)鉆孔至一定長(zhǎng)度時(shí)，抽離鉆桿。

4.2 連接減壓閘閥

通過螺紋連接將減壓閘閥連接在孔口管上（見圖3）。

4.3 連接單向閘閥

通過螺紋連接將單向閘閥連接在孔口管上（見圖4）。

4.4 連接導(dǎo)向管

待單向閘閥連接完成后，通過螺紋連接將導(dǎo)向管連接在單向閘閥上，并關(guān)閉減壓閘閥（見圖2）。

4.5 鉆孔

連接完成后將鉆桿置入導(dǎo)向管內(nèi)，繼續(xù)鉆孔直至與外圍止水帷幕交接。

4.6 注漿

鉆孔完成后，進(jìn)行斜孔注漿加固洞門下端土體，通過減壓閘閥的閥門，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)孔內(nèi)注漿壓力，防止?jié){液外流（見圖5）。

4.7 密封

注漿結(jié)束后，檢查減壓閘閥和單向閘閥是否處于關(guān)閉