復(fù)雜地層中地鐵盾構(gòu)接收端頭加固技術(shù)研究

王 博

（中鐵北京工程局集團第一工程有限公司，陜西 西安 710100）

1 工程概況

某地鐵車站區(qū)間左線長度 542.953m（含長鏈 2.434m），右線長度540.519m。左、右線各設(shè)置一處平曲線，曲線半徑為1000m，線間距14m～17m。線路縱坡設(shè)計為單向坡，坡向長興路，右線下坡坡度為21.481‰，左線下坡坡度為21.370‰，盾構(gòu)隧道為單洞、單線圓形斷面，管片外徑6.2m、內(nèi)徑5.5m、管片厚度35cm、環(huán)寬1.5m。本文將針對某車站接受端頭復(fù)雜地質(zhì)條件，對其端頭加固施工措施進行討論。

2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

根據(jù)工程地質(zhì)勘察結(jié)果，本場地所屬地貌單元為黃河沖洪積平原。盾構(gòu)接收端地層自上而下依次由人工填土、第四系全新統(tǒng)沖洪積層、第四系上更新沖洪積層、第四系中更新沖洪積層構(gòu)成。具體各土層的基本特性如下:①1雜填土層主要為厚度0.7-3.5m 的灰土墊層、人工堆填粉土;②31 黏質(zhì)粉土層具有稍密-中密狀態(tài)，厚度1.3-3.0m;②32 黏質(zhì)粉土層具有稍密-中密狀態(tài)，厚度2.0-5.8m;②21 粉質(zhì)黏土層具有軟塑-可塑狀態(tài),厚度0.8-3.0m;②33 黏質(zhì)粉土層具有稍密-中密狀態(tài),厚度1.0-4.5m;②22 粉質(zhì)黏土層具有軟塑-可塑狀態(tài),厚度1.0-2.7m;②34 黏質(zhì)粉土層具有中密狀態(tài)，厚度0.7-6.6m;②41 粉砂層具有中密-密實狀態(tài),厚度0.6-9.3m;②41A 黏質(zhì)粉土層具有中密狀態(tài)，厚度1.2-5.5m;②51 細砂層具有密實狀態(tài)，厚度6.9-13.6m。

盾構(gòu)接收端隧道埋深為17.64-23.84m，隧道標高為69.76-75.96m，接收端隧道主要穿越地層為②41 粉砂、②41A 黏質(zhì)粉土、②51 細砂，隧道上方各層黏質(zhì)粉土之間夾著②21 粉質(zhì)黏土和②22 粉質(zhì)黏土層等弱透水層，隧道穿越區(qū)域和上方復(fù)雜的地層不僅給降水帶來困難，而且會引起車站接收端頭施工時涌水、滲透破壞和周邊地層的變形。

3 地鐵車站端頭加固方案的改進

3.1 原加固方案

某地鐵盾構(gòu)隧道由某占東端頭始發(fā)至另外某站西端頭到達。西端接收端頭加固的原設(shè)計方案采用Φ850@600 三軸攪拌樁結(jié)合一排Φ800@450 高壓旋噴樁加固。加固范圍如下：盾構(gòu)接收端加固縱向長度8m；垂直于盾構(gòu)方向的加固寬度12.2m，自隧道外壁向兩側(cè)各拓展3m；在加固深度上，自隧道底部以下3m 至隧道頂部以上3m 共12.2m。實樁范圍水泥摻量不小于20%，隧道頂3m 至原地面高度孔樁范圍水泥摻量不小于8%；三軸加固區(qū)與地連墻之間0.6m 采用高壓旋噴樁加固。

由于該站站西端頭外側(cè)存在著一層0.8-3.0m 厚的②21 粉質(zhì)黏土和一層1.0-2.7m 厚的②22 粉質(zhì)黏土，為相對不透水層。按原設(shè)計方案端頭加固施工完成后，通過洞門打設(shè)2m 水平探孔對端頭加固區(qū)域進行地質(zhì)觀測，孔內(nèi)有泥水流出，通過地下水位監(jiān)測，水位位于地下約17m，未能達到盾構(gòu)安全接收條件。由于按原加固方案施工后，端頭降水困難，同時水平探孔內(nèi)有泥水流出，因此車站接受端頭在存在著以下施工風險：（1）盾構(gòu)端頭降水時，周邊地表及建筑物沉降；（2）盾構(gòu)達到施工時，隧道洞口上部土體坍塌、下部出現(xiàn)涌水涌砂，加固區(qū)外地面沉降；（3）盾構(gòu)接收后，洞口出現(xiàn)涌水。

圖1 盾構(gòu)接收端滲透涌水破壞情況

3.2 加固方案的改進

為了解決原有加固方案存在的問題和施工風險，對車站接收端頭的加固方案進行了優(yōu)化和改進，以提高地基承載力和土體抗剪強度，防止土體產(chǎn)生過大剪切變形和破壞，降低地基不均勻沉降變形的可能性，改變接受端頭土體含水量和孔隙比，起到固結(jié)、穩(wěn)定、止水和加固地基等作用[1]。

RJP 工法樁的基本原理與常規(guī)高壓旋噴注漿類似，以超高壓噴射流體將土層結(jié)構(gòu)破壞，被破壞了的土粒與漿液混合攪拌，凝固后在地層中形成固結(jié)體[2]。但RJP 樁加固機理與常規(guī)高壓旋噴注漿不同之處是進行二次切削破壞土體，第一次是上段的超高壓水和空氣的復(fù)合噴射流體先切削破壞土體，在第一次切削土層的基礎(chǔ)上再次由下部的超高壓固化漿液對土體進行二次切削破壞，增加切削深度，加大固結(jié)體直徑。

改進后的加固方案如下，在原有加固措施的基礎(chǔ)上，在距車站圍護結(jié)構(gòu)地連墻1500mm 處打設(shè)一排Φ1000@1000 混凝土素樁，素樁之間密切，素樁采用水下C25 混凝土灌注。素樁與地連墻之間采用一排Φ2000@1500 的RJP工法樁，形成地連墻接口止水帷幕，為加強止水效果在素樁后方設(shè)置一排Φ 2000@1500 的RJP 工法樁，形成止水加強層。加固措施完成后采用井管降水措施對接收端頭進行降水，使得水位降至隧道底部下1m。圖2 為改進后的盾構(gòu)接收井加固布置圖。

圖2 改進后的盾構(gòu)接收井端頭加固布置圖

4 加固施工方案

4.1 樁體施工

素樁采用旋挖樁成孔，共20 根φ1000@1000，采用C25 混凝土灌注，原地面標高約93.6m，樁頂標高88.6m，樁底標高66.76m，原地面孔深約26.84m，其中空樁5m，實樁21.84m，樁徑1000mm，樁中心間距1000mm，樁間相互緊貼。

接收端頭混凝土素樁施工完成后，在素樁與地連墻之間施作一排8 根Φ 2000@1500 的RJP 工法樁，對洞門形成一道止水帷幕。為增強止水效果，在混凝土素樁小里程采用RJP 工法樁Φ2000@1500RJP 進行補強加固，加固深度與原設(shè)計三軸攪拌樁相同[3]，為隧道周邊3m 范圍，樁體水泥摻量不小于20%，RJP 實樁長度12.2m。

根據(jù)現(xiàn)場試樁，得出的RJP 樁施工參數(shù)如下：樁徑為1500mm，水灰比為0.6，水泥泥漿壓力為40±2MPa，空氣壓力1-1.5MPa，空氣流量3-7m3/min，水壓力20-25MPa，水泥用量≥750kg/m3，提速速度≥10.6min/m，水泥泥漿流量為170L/min，水流量50-100L/min。RJP 樁鉆孔深度根據(jù)現(xiàn)場標高確定，原地面標高約94.2m，樁底標高66.76m，實樁標高78.96-66.76m，實樁長度12.2m，鉆孔深度約27.44m。

為了驗證RJP 樁加固的效果，通過打設(shè)兩根試樁，7 天后對抗壓強度及滲透系數(shù)進行檢測，取芯位置從樁間咬合部分取芯。加固后的土體，需要有良好的均勻性、自立性、止水性，無側(cè)限抗壓強度大于0.8MPa,滲透系數(shù)小于等于1.0×10-6cm/s。若樁體加固效果達不到預(yù)期要求，分析原因并調(diào)整施工參數(shù)。

圖3 素混凝土樁和RJP 工法樁平面布置圖

圖4 某車站盾構(gòu)接收端滲漏水

4.2 端頭降水施工

為了保證盾構(gòu)在無水環(huán)境下安全接收，在加固樁施工完成后，需要將工程區(qū)域潛水水位降至盾構(gòu)環(huán)底板下1m[4]。根據(jù)勘察資料本工程含水層主要為粉砂、黏質(zhì)粉土及細砂層，細砂層底板埋深約為30-33m，細砂層下部為粉質(zhì)黏土層，根據(jù)地勘資料，粉質(zhì)黏土層含有較多鈣質(zhì)結(jié)核，為弱透水層，由于盾構(gòu)環(huán)底板距細砂層底板較近，為保證降水的降水效果，降水井深度需進入下部粉質(zhì)黏土層一定深度。

根據(jù)降水設(shè)計思路，本場地地下水類型為潛水，在考慮基坑已有降水井抽水的基礎(chǔ)上，設(shè)置降水井將地下水位降至基坑底板下，為簡化計算，不考慮加固夾基坑地連墻止水效果，降水設(shè)計按潛水非完整井解析計算[5]?？紤]細砂層下部粉質(zhì)黏土層的透水效果，基坑總涌水量采用“大井法”中的潛水非完整井公式計算，初始水位埋深按16m 考慮，水位降深s 最終考慮為8.9m。

由于本次端頭需要再次加固，加固后原降水井無法使用及處理。對原降水井采用素土回填，回填中加水自沉。待RJP 加固完成后進行再次降水施工。根據(jù)計算結(jié)果，考慮基底下部粉質(zhì)黏土層的透水性[6]，降水井最終設(shè)計深度如下：井深為35m，泥孔徑550mm，采用直徑273mm，壁厚3mm 鋼管，底部設(shè)置1m 沉淀管，設(shè)置22m 濾管，濾管為同規(guī)格的橋式濾水管，外包單層80 目錦綸濾網(wǎng)，濾料回填至地面下10m，其上回填鉆渣或場地土至地面。

5 結(jié)語

本文研究了某地鐵車站盾構(gòu)接受端的加固問題。針對該工程盾構(gòu)接受端土層具有多層粉質(zhì)黏土和粉土、砂土互層復(fù)雜地質(zhì)情況。針對原攪拌樁結(jié)合高壓旋樁施工中存在的降水滲透破壞、土層變形等施工風險，提出了RJP 工法樁結(jié)合混凝土素樁加固該類地層的方法。改進的端頭加固技術(shù)實用高效，有效解決了不良地質(zhì)條件下的端頭加固難以實現(xiàn)盾構(gòu)安全接收的難題。施工中使用了新型工藝，是傳統(tǒng)端頭加固施工技術(shù)的進一步完善，體現(xiàn)了該工法的優(yōu)越性和先進性。隨著盾構(gòu)工程在城市建設(shè)中的快速發(fā)展，該技術(shù)在保障盾構(gòu)安全接收的地層加固施工中有較高的推廣應(yīng)用價值。