富水砂層地質(zhì)環(huán)境下城軌施工盾構(gòu)端頭加固技術(shù)優(yōu)化

高路恒 王斯海 錢野 吳凡

摘 要：本文提出了一種復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的軌道交通盾構(gòu)端頭加固技術(shù)優(yōu)化方案。研究表明，該優(yōu)化方案有效滿足了富水砂層地質(zhì)環(huán)境下的城市軌道交通土建加固工程施工需求，有利于城市軌道交通土建加固工程的順利推進(jìn)。

關(guān)鍵詞：富水砂層;城市軌道交通;加固工程;凍結(jié)法

中圖分類號：U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）19-0094-03

Abstract： In this paper， an optimization scheme of shield end reinforcement technology for Rail Transit under complex geological environment was proposed. The research shows that the optimization scheme effectively meets the construction requirements of urban rail transit civil reinforcement project under the geological environment of water rich sand layer， and is conducive to the smooth progress of urban rail transit civil reinforcement project.

Keywords： water-rich sand layer;urban rail transit;reinforcement project;freezing method

1 工程概況

北寺塔站位于江蘇省蘇州市孤蘇區(qū)人民路主干道，施工區(qū)域車流量大。車站周邊區(qū)域建筑物密布，環(huán)境復(fù)雜，西側(cè)為江蘇銀行，東南側(cè)為盆盆酸菜魚館，東側(cè)為工商銀行，北側(cè)橫跨香花河。該站土建為地下二層三跨框架結(jié)構(gòu)（換乘節(jié)點(diǎn)段為三層三跨），采用半蓋挖順作法施工。車站外包總長204.10 m，標(biāo)準(zhǔn)段外包寬度21.70 m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度18.46 m，換乘段基坑開挖深度25.24 m。因北寺塔車站位于鬧市區(qū)，周邊建筑物密集且距離車站基坑較近，端頭加固范圍為15 m，加固體有效長度為9 m，三軸攪拌樁止水帷幕距周邊古建筑物1.5 m，大型機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)受限。同時(shí)，在市區(qū)，端頭加固施工需要分多期，三軸攪拌樁止水帷幕分期施工無法實(shí)現(xiàn)套打施工，影響止水帷幕效果，為盾構(gòu)施工埋下安全隱患。

2 加固方案選擇

針對原設(shè)計(jì)方案無法施工的現(xiàn)狀，通過盾構(gòu)端頭加固施工方法專家論證會，以盾構(gòu)端頭地質(zhì)勘察報(bào)告和設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)，結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，端頭加固最大范圍為11 m，加固體有效長度為7 m，加固長度可滿足盾構(gòu)始發(fā)及接收要求。

2.1 方案一：素混凝土地下連續(xù)墻+高壓旋噴樁

該方案主要包括800 mm素混凝土地下連續(xù)墻止水帷幕和7 m寬Φ850@600高壓旋噴樁加固區(qū)，止水帷幕距端頭邊線11 m，端頭加固與地下連續(xù)墻冷縫采用Φ600@300單排旋噴樁進(jìn)行加固處理，共設(shè)置4口降水井[1]。將地下連續(xù)墻和高壓旋噴樁兩個(gè)獨(dú)立的施工工藝有效結(jié)合到一起，地下連續(xù)墻采用素混凝土作為止水帷幕，既滿足止水效果，又滿足盾構(gòu)刀盤切割要求。該方案的技術(shù)特點(diǎn)是：止水效果不明顯，水泥摻量大（30%～40%），單臺設(shè)備施工效率低，施工周期長，影響盾構(gòu)施工進(jìn)度，但適用范圍廣，工法相對成熟。方案一端頭加固平面見圖1。

2.2 方案二：素混凝土地下連續(xù)墻+三軸攪拌樁

該方案主要包括800 mm厚素混凝土地下連續(xù)墻止水帷幕和7 m寬Φ850@600三軸攪拌樁加固區(qū)，止水帷幕距端頭邊線11 m，端頭加固與地下連續(xù)墻冷縫采用Φ600@300單排旋噴樁進(jìn)行加固處理，共設(shè)置4口降水井[2]。將地下連續(xù)墻和三軸攪拌樁兩個(gè)獨(dú)立的施工工藝有效結(jié)合到一起，地下連續(xù)墻采用素混凝土作為止水帷幕，既滿足止水效果又滿足盾構(gòu)刀盤切割要求。該方案的技術(shù)特點(diǎn)是：止水效果好，施工效率高，水泥摻量?。?8%～22%），工法成熟，對其他工序無影響。方案二端頭加固平面見圖2。

綜上，技術(shù)方案二為最佳方案。經(jīng)全方位考慮，對設(shè)計(jì)施工方案進(jìn)行了優(yōu)化變更，即采用Ф850@600三軸攪拌樁+連續(xù)墻止水帷幕的土體加固方法。三軸攪拌樁加固端頭井為車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)外7 m、隧道上下3 m區(qū)域，經(jīng)加固的土體28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0 MPa。

3 存在的問題及相應(yīng)措施

第一，沉渣厚度控制。實(shí)驗(yàn)室人員按照目標(biāo)選用泥漿材料，設(shè)計(jì)泥漿配合比;選用配合比為新型鈉基膨潤土（優(yōu)鉆100）泥漿，提高泥漿黏度比重，降低沉渣厚度;護(hù)壁泥配合比為膨潤土∶重質(zhì)純堿∶中黏羧甲基纖維素（CMC）∶自來水=120∶4∶1∶960。調(diào)整泥漿配合比，增加泥漿護(hù)壁能力和懸浮沉渣能力，降低沉渣厚度，保證槽壁穩(wěn)定，避免頸縮現(xiàn)象，沉渣厚度不大于100 mm。

第二，盾構(gòu)機(jī)破地連墻控制。實(shí)驗(yàn)室人員設(shè)計(jì)混凝土配合比;本次地連墻施工采用M5砂漿，設(shè)計(jì)配合比為水泥（PO42.5）∶粉煤灰（二級）∶水∶砂子=170∶37∶280∶1 520;M5砂漿入槽坍落度控制在18～22 cm[3]?；炷僚浜媳鹊脑O(shè)計(jì)要滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度、抗?jié)B及施工要求;滿足盾構(gòu)機(jī)刀盤10 MPa的破巖能力。

第三，素混凝土地連墻接縫控制。在混凝土澆筑前，將鎖口管置入槽段兩端預(yù)定的接頭孔位;用特制鋼絲刷刷壁器刷壁，反復(fù)刷數(shù)次，直至刷壁器上不粘泥為止?；炷翝仓瓿沙跄埃米詣?dòng)液壓拔管機(jī)將鎖口管拔出，形成凹凸口，延長滲水路徑，增強(qiáng)止水效果;提升接縫處混凝土密實(shí)度，保證混凝土強(qiáng)度，減小混凝土孔隙率，增強(qiáng)接縫處的止水效果。

第四，三軸攪拌樁水泥漿液水灰比控制。采用3 m3的標(biāo)準(zhǔn)水箱，按設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制水灰比，每箱加入水3 000 kg，水泥2 083 kg;實(shí)樁區(qū)水泥摻入量20%，空樁區(qū)水泥摻入量7%，在施工中要求均勻、連續(xù)地注入拌制好的水泥漿液;施工人員用比重計(jì)測量每箱水泥漿液的比重，質(zhì)檢人員對比重進(jìn)行抽查，保證施工質(zhì)量。水泥漿比重要達(dá)到1.38，保證加固區(qū)土體的均勻性和自立穩(wěn)定性。

第五，主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)拐角處地連墻施做成T形，T形頭伸出部分尺寸不小于500 mm。

第六，盾構(gòu)施工前對洞門進(jìn)行水平注漿，使用孔徑為30 mm鉆機(jī)鑿穿地連墻，持續(xù)注入水泥漿，注漿壓力大于2 MPa，單孔注漿時(shí)間小于1 h，鉆孔數(shù)及注漿量視實(shí)際情況確定。

第七，止水帷幕施工冷縫采用3根Φ600@300高壓旋噴樁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)施工，包括止水帷幕與主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷縫，以及因交通疏解止水帷幕分期施工形成的冷縫[4]。

4 技術(shù)優(yōu)化總結(jié)

火車站站北端頭位置處于下沉廣場下方，南端頭位置處于中央南北聯(lián)系通道下方，頂部為國鐵7、8號站臺，特殊的地面環(huán)境使盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)風(fēng)險(xiǎn)性增大。通過具體施工條件和工法選擇，利用冷凍法凍結(jié)洞門進(jìn)行接收，即采用“工作井內(nèi)鉆孔水平凍結(jié)加固”接收的施工方案。

①針對盾構(gòu)穿越區(qū)間建構(gòu)物存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，在盾構(gòu)穿越建構(gòu)物前，利用試驗(yàn)段施工現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算的研究方法，對其結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行模擬分析。

②對刀盤進(jìn)行優(yōu)化改造，使其既適用于在長距離富水軟土中掘進(jìn)，又能穿越預(yù)留中間風(fēng)井玻璃纖維墻障礙物。盾構(gòu)機(jī)刀盤應(yīng)用見圖3。

③對于刀具排布，工作人員嚴(yán)格遵循加強(qiáng)外緣部分的原則。這主要是因?yàn)橥饩壊糠值闹本€距離、線速度均比中心部位要長、要快，所以其磨損速度較快。為了使邊緣部分的刀具與中心部分有相近的磨損量，研究者適當(dāng)增加了外緣部分軌跡線上的刀具數(shù)量，以分散其磨損量，達(dá)到保護(hù)刀盤邊緣的目的?？偟膩砜矗毒卟贾幂^密，刀間距為100 mm。每條軌跡線上確保2把撕裂刀;邊緣區(qū)共設(shè)8把邊緣刮刀、7把可更換式撕裂刀和6把焊接式撕裂刀[5]。

④盾構(gòu)機(jī)穿越運(yùn)營鐵路站場及鄰近古建筑沉降控制過程中，采用自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，軌道沉降控制在1 mm以內(nèi)，具有較好的借鑒和指導(dǎo)意義。

⑤毗鄰古建筑端頭的加固通過優(yōu)化原設(shè)計(jì)方案，首次采用三軸攪拌樁+連續(xù)墻止水帷幕端頭加固新方法，為類似工程提供了新思路，具有較好的借鑒和指導(dǎo)意義。

⑥采用盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部調(diào)頭和臺車外部交叉轉(zhuǎn)場調(diào)頭，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，確保施工進(jìn)度、安全和質(zhì)量，為類似工程提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

⑦火車站項(xiàng)目及軌道交通2號線正常運(yùn)營的情況下，采用洞門水平冷凍法加固，對盾構(gòu)接收提出了更高的要求，研究了冷凍溫度控制、槽壁探孔（見圖4）、槽壁鑿除、凍結(jié)溫度監(jiān)測施工工藝和質(zhì)量控制，降低了盾構(gòu)接收風(fēng)險(xiǎn)，確保盾構(gòu)順利接收。

5 結(jié)語

綜合考慮富水砂層地質(zhì)環(huán)境下的城市軌道交通盾構(gòu)端頭加固施工痛點(diǎn)，本文公開了一種復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的軌道交通盾構(gòu)端頭加固技術(shù)優(yōu)化方案。該優(yōu)化方案能有效滿足富水砂層地質(zhì)環(huán)境下城市軌道交通土建加固工程施工需求，為行業(yè)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬高峰，朱金賢，曹丙柄，等.軟土地區(qū)盾構(gòu)始發(fā)端頭合理加固范圍的研究[J].土工基礎(chǔ)，2021（2）：139-143.

[2]馮龍飛，楊小平，劉庭金.緊鄰地鐵側(cè)方深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及變形控制[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2015（6）：1581-1587.

[3]寧超.基于空間效應(yīng)的地鐵車站深基坑開挖與支護(hù)的力學(xué)機(jī)理分析[D].北京：北京交通大學(xué)，2012：18-19.

[4]萬利民，駱軍，黃立勇，等.珠江新城中心城區(qū)深基坑支護(hù)及巖土開挖技術(shù)[J].施工技術(shù)，2012（24）：13-16.

[5]邢民，崔磊，王述紅，等.沈陽地區(qū)明挖車站主要影響因素及其施工新方法[J].施工技術(shù)，2016（11）：65-68.

3526500338227