盾構(gòu)穿越砂層預(yù)處理技術(shù)在城市管廊施工中的應(yīng)用

隨著我國城市化進程的加快，城市地下空間開發(fā)與利用的重要性日益凸顯，城市管廊建設(shè)已成為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容之一。盾構(gòu)法由于具有施工效率高、安全性好等優(yōu)點，在綜合管廊建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在穿越砂地層時砂土層具有松散、滲透性強等特點，容易造成地表坍塌、周邊建筑傾斜、地下管線斷裂等嚴重問題。這不僅影響了項目的進度，增加了工程造價，而且嚴重影響了城市的正常運營和人們的生命財產(chǎn)安全。因此，在穿越砂土層時，采用科學合理的預(yù)處理技術(shù)，可增強砂土層的穩(wěn)定性，增強承載力，對地層變形進行有效控制，既能保證施工安全，又能降低對周邊環(huán)境的不利影響，對我國城市管廊建設(shè)質(zhì)量與可持續(xù)發(fā)展意義重大。

一、盾構(gòu)穿越砂層預(yù)處理技術(shù)概述

應(yīng)用砂層預(yù)處理技術(shù)可以改善砂層土的工程特性，提高地層的穩(wěn)定性與承載力，從而滿足盾構(gòu)施工的需要。注漿加固法是一種常用而有效的加固方法，其原理是將注槳注入砂土層，使其在砂土層中擴散并填充孔隙，使砂層膠結(jié)，從而達到提高砂層抗剪強度和抗?jié)B性的目的。袖閥管灌槳作為一種重要的注漿加固方式，因其具有“分段注漿”“均勻注漿”“可控”等優(yōu)勢，能更好地適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件及施工需求，被廣泛應(yīng)用于盾構(gòu)穿越砂層預(yù)處理工程。

二、工程案例

（一）工程概況

深圳市地鐵16號線共建管廊8—9盾構(gòu)區(qū)間敷設(shè)于龍平西路和龍平東路綠化帶內(nèi)，東西向敷設(shè)。區(qū)間全長1208.8米，盾構(gòu)直徑為6.7米。建設(shè)期間，地下管廊需穿越16號線龍城中路站附屬結(jié)構(gòu)，側(cè)穿陽光廣場、多棟民用建筑和人行天橋，并跨越地鐵16號線龍城中路站一龍平站的盾構(gòu)區(qū)間。該工程周圍環(huán)境復(fù)雜，涉及的建筑物多、設(shè)施多，要求安全性高、精度高。綜合井8—9區(qū)間線路剖面圖如下圖1所示：

（二）地質(zhì)條件

該區(qū)間地層自上而下由高到低依次為素填土、粉質(zhì)粘土、中粗砂、粉細砂、含砂黏性土以及微風灰?guī)r等，巖溶發(fā)育強烈，砂層厚0.50米 ～14.00 米，平均3.94米。選址于龍崗河流域，砂層系由原河道沖洪沖積而成，受河道水流影響，沿線砂層與黏土層交互堆積，部分地段砂層覆于灰?guī)r表面。

（三）工程重難點分析

該工程建設(shè)中存在著許多重點、難點問題。區(qū)間砂層加固范圍內(nèi)的管線較多，包括天然氣、雨水、電力、供水等，在施工過程中，如果管線被破壞，將會造成嚴重的安全事故，甚至會影響城市的正常運營，必須采取有效的措施來防止因鉆孔而造成的損壞。管廊一側(cè)貫穿了多棟高層住宅樓，部分住宅樓已經(jīng)受到地鐵施工的影響，在盾構(gòu)施工過程中，如果砂層處理不好，容易引起地面沉降，從而導(dǎo)致房屋開裂。管廊上跨地鐵16號線龍城中路一龍平區(qū)段，隧道洞道為粉質(zhì)黏土夾砂卵石層，管廊與地鐵隧道間的最小豎向凈距為 1.25m ，施工過程中應(yīng)嚴格控制地層變形，避免影響已建地鐵隧道，產(chǎn)生上浮、位移和變形等現(xiàn)象。

三、盾構(gòu)穿越砂層預(yù)處理方案設(shè)計

（一）預(yù)處理技術(shù)選擇

根據(jù)工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境及施工要求，采用袖閥管作為盾構(gòu)穿越砂層的預(yù)處理工藝。該區(qū)間砂層分布廣泛、松散，給盾構(gòu)施工帶來極大的安全隱患。袖閥管注漿技術(shù)有很多優(yōu)勢，它可以實現(xiàn)分段注漿，根據(jù)砂層的不同性質(zhì)及加固要求，對不同深度的砂層實施精確注漿，保證加固效果的均勻性。合理控制注漿壓力及注漿擴散范圍，可以有效地防止注漿對周圍建筑物及管道產(chǎn)生不良影響。相對于其他預(yù)處理工藝，袖閥管灌漿技術(shù)具有更強的可控性，以及對復(fù)雜地質(zhì)條件及施工環(huán)境的適應(yīng)性。因而選擇采用袖閥管注漿技術(shù)，對砂層進行有針對性的加固處理，提高砂層的穩(wěn)定性與承載力，為盾構(gòu)施工創(chuàng)造有利條件。加固區(qū)域縱斷面圖如下圖2所示：

（二）加固范圍確定

依據(jù)砂層侵入隧道情況及工程要求，綜合分析選取5處砂層進行加固（A一E區(qū)）。根據(jù)設(shè)計原則，砂層侵入隧道拱頂三米線為下穿砂層段，綜合井8—綜合井9區(qū)間下穿砂層共分為5段。加固范圍為隧道結(jié)構(gòu)外輪廓3米以內(nèi)，并加固至下部完整巖體以下0.5m ，以確保砂層得到有效加固，滿足盾構(gòu)施工要求。

（三）施工參數(shù)設(shè)計

合理設(shè)計袖閥管注漿施工參數(shù)，是保證注漿效果的關(guān)鍵。注漿孔間距按2米 ×2 米梅花形布置，這種布置方式可以使注漿均勻地分布于砂層區(qū)，保證了砂層的有效加固。同時，施工時要盡量避開管線的布置，以避免對地下管道的破壞。灌漿材料為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其膠結(jié)性能好，穩(wěn)定性好，能滿足砂層補強的需要。漿液配比采用水泥漿，水灰比為 1：1 ，這樣不僅可以保證漿液的流動性，便于注漿施工，而且可以保證漿液經(jīng)砂層固結(jié)后具有良好的強度。砂性土中滲透灌漿的注槳壓力以 0.8MPa～1MPa 為宜。具體施工時，應(yīng)根據(jù)砂層密實度、埋深及周圍環(huán)境等因素，適當調(diào)整。對于臨近地鐵等需要控制變形的地段，注槳壓力要控制在合理范圍，以避免過高的注漿壓力對周邊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響2]。

四、預(yù)處理施工工藝與過程控制

（一）施工工藝流程

在施工準備階段，要對地下管道的分布情況進行全面調(diào)查，避免因鉆削而傷到地下管道，同時要保證施工用水用電的正常供應(yīng)，檢查鉆機、注漿泵、攪拌機等機械設(shè)備，確保它們在良好的條件下運行。按設(shè)計要求，對放點進行精確測量，確定灌槳孔的位置和標高。在鉆孔時，必須嚴格控制鉆孔角度、鉆孔深度，以保證鉆孔質(zhì)量。鉆孔結(jié)束后，為防止塌孔造成袖閥管無法下放，要及時將袖閥管埋入地下。灌漿結(jié)束后，將鉆孔封死，以保證灌漿時不漏漿。最后，根據(jù)設(shè)計的灌漿參數(shù)、灌漿順序，對灌漿效果進行檢查、評價。

（二）施工技術(shù)準備

利用專業(yè)的管線探測儀，結(jié)合現(xiàn)場的地質(zhì)調(diào)查資料，精準地確定地下管道的位置、走向和深度。對可能受施工影響的管道，應(yīng)及時與有關(guān)部門溝通，采取有效防護措施。根據(jù)設(shè)計圖對放漿孔的位置和高程進行精確的測量，保證注槳孔的位置偏差符合設(shè)計要求。在測量過程中，為了確保測量結(jié)果的準確性，需要多次復(fù)核。

施工前，對設(shè)備進行全面檢查，試運轉(zhuǎn)，維修保養(yǎng)，更換磨損的零件，加注潤滑油，確保施工期間設(shè)備完好。將鉆機移至鉆孔位置，用斜尺、水平尺等工具調(diào)整鉆機的角度，確保鉆機安裝牢固，定位牢固。為減小壓力損失，各種設(shè)備應(yīng)就近安裝，灌漿管固定長度應(yīng)控制在30米 ～50 米。通過對施工現(xiàn)場操作人員的技術(shù)交底及崗前培訓，讓他們了解施工工藝及要求，質(zhì)量標準及安全措施。在注漿前，根據(jù)地形和地質(zhì)情況，選取代表性鉆孔，對其在注槳前的穩(wěn)定性進行觀測，以便以后施工時參考]。

在灌漿隱蔽工程施工過程中，應(yīng)如實、準確地做好鉆孔深度、芯樣情況、灌漿壓力和注漿量等原始記錄。對施工過程中發(fā)生的各類事故和異常情況，暴露出的地質(zhì)問題，損壞或影響監(jiān)測設(shè)施的正常運行狀態(tài)，都要做好詳細記錄。對注漿施工過程中的各種數(shù)據(jù)（包括巖芯取樣、壓水、注漿、地球物理測試、地表沉降變形、質(zhì)量檢驗等）應(yīng)及時整理和分析，以便指導(dǎo)注漿施工。項目完工后，應(yīng)及時對項目進行質(zhì)量檢查與驗收。

（三）施工過程控制要點

鉆孔時，要對每個鉆孔取芯逐一做好記錄，詳細描述芯樣的顏色、質(zhì)地、含砂量等特性，并進行標記、分析和拍照，以便進一步進行注漿施工。鉆完后要及時下管，以防止塌孔導(dǎo)致袖閥管無法下到指定位置。在下套管時，要注意套管接頭的牢固性及垂直度，以保證套管順利下到設(shè)計深度。袖閥管注漿工藝分為開環(huán)、注漿、注漿順序和間歇注漿。

在開環(huán)過程中，先用稀漿（或清水）加壓，當壓力突然下降，漿量急劇增加時，即為“開環(huán)\"狀態(tài)，然后按設(shè)計比例開始正式注槳。注漿采用雙栓形芯管，由孔底向上灌槳，每排孔為1個注槳孔，孔深 50cm_? 注漿采用42.5普通硅酸鹽水泥，并按照先稀后濃的原則逐步調(diào)整水灰比。開環(huán)壓力約為 0.35MPa ，具體數(shù)值可根據(jù)現(xiàn)場試驗進行調(diào)整，常規(guī)注漿壓力在0.4MPa～0.8MPa 之間，注漿壓力控制在 1.0MPa 以內(nèi)，從下往上遞減。為防止漏槳，每隔一段時間就得跳開一次灌漿。全孔灌漿結(jié)束后，間隔10分鐘—30分鐘，再次灌漿。

在灌槳過程中，可能發(fā)生中斷灌漿、大量漏漿、串漿、地面冒漿、路面坍塌和路側(cè)建筑開裂等異常現(xiàn)象。針對不同的異常狀況，需要采取不同的處理措施。發(fā)現(xiàn)漿液中斷的原因，盡早解決，恢復(fù)灌漿；如無法立即修復(fù)，應(yīng)對芯管進行沖洗，以避免埋管；在恢復(fù)注漿后，若注漿速度顯著下降，則應(yīng)采取補救措施。對于大量滲漏的情況，應(yīng)采取低壓濃漿、限制流量、限量和間歇灌漿等措施；也可以縮短水泥漿的凝結(jié)時間，用速凝材料進行灌注。串槳時，應(yīng)加大孔間距，延長施工間隔；串漿孔在滿足灌漿條件的情況下，可以同時進行灌槳，如果不能將串槳孔堵死，需要進行后續(xù)處理。對于地面冒漿，可采用低壓或自流灌漿，增加漿液濃度，必要時可摻入細砂等物料，或采用間歇灌漿。為防止路面坍塌和路側(cè)建筑開裂，必須嚴格按注漿工序進行施工，加強監(jiān)測，在注漿前埋設(shè)深度監(jiān)測，并做好初始參數(shù)的記錄，注漿時嚴密監(jiān)測；同時，加強對周邊地表的巡視，及時發(fā)現(xiàn)和處理漏漿、地面沉陷、隆起等問題，并對施工過程中產(chǎn)生的振動進行控制。

結(jié)語

深圳市地鐵16號線共建綜合管廊8—9區(qū)間綜合管廊工程，通過砂層預(yù)處理技術(shù)取得了明顯效果。采用袖閥管注漿技術(shù)，有效加固了砂層，解決了盾構(gòu)施工中遇到的許多技術(shù)難題。施工過程中嚴格按設(shè)計方案及技術(shù)要求施工，加強過程控制，保證了工程的安全與質(zhì)量。同時，對各項監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了分析，結(jié)果表明該方法是可靠、有效的。在今后的工程建設(shè)中，應(yīng)進一步加強盾構(gòu)穿越砂層預(yù)處理技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，不斷優(yōu)化施工工藝與工藝參數(shù)，提高施工效率與質(zhì)量，為我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供更可靠的技術(shù)保證。

參考文獻：

[1]黃昌富，趙庾成，孫丹丹，等.擾動松散砂層淺埋盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)破壞特性分析[].土木工程學報，2024，57（S2）：127-132.

[2]袁向平，張益.下穿地下構(gòu)筑物群樁富水砂層盾構(gòu)通道MJS預(yù)加固施工技術(shù)研究及應(yīng)用[].建筑技術(shù)開發(fā)，2024，51（06）：162-164.

[3]周長鑫.富水灰?guī)r地層盾構(gòu)下穿既有建筑物施工技術(shù)研究.江西建材，2024（11）：241-243.