淤泥质地层盾构始发洞门地层改良技术

李胜新，李泽苑，尹占峰

（中国石油天然气管道局第四工程公司，河北廊坊 065000）

淤泥质地层盾构始发洞门地层改良技术

李胜新，李泽苑，尹占峰

（中国石油天然气管道局第四工程公司，河北廊坊 065000）

钱塘江盾构始发洞门位于淤泥质黏土地层，洞门土体灵敏性高，受到扰动后易发生垮塌涌土与地面沉降，采用深层搅拌桩与高压旋喷桩相结合改良技术可防止该现象的发生。文章介绍了始发井洞门加固方法的选择、深层搅拌桩和高压旋喷桩工艺参数的确定、加固质量控制、洞口井壁混凝土的凿除、加固措施的实施效果等。

盾构始发洞门；淤泥地层；地层加固；深层搅拌桩；高压旋喷桩

0 引言

钱塘江盾构始发洞门位于淤泥质粉质黏土夹粉砂层：地层土灰色，流塑，稍有光滑，摇振反应无，干强度及韧性中等，夹粉砂，单层厚0.2～10cm，具微层理，局部互层状。层厚2.20～22.00 m，层底标高-14.61～-27.13m，层底埋深14.60～36.10 m。

其主要物理力学性质指标 （平均值）如下：含水量w=41.1，密度ρ=1.81，孔隙比e=1.152，液性指数IL=1.02，压缩系数A0.1-0.2=0.74 MPa-1，压缩模量Es=2.87 MPa，快剪内聚力Cq=20 kPa，快剪内摩擦角φq=3.7°，固结快剪内聚力Cg=24 kPa，固结快剪内摩擦角φg=11.1°，实测标准贯入击数N63.5=3击。

具有较高含水量、大孔隙比、透水性差、较高压缩性、易蠕变、触变、较高灵敏度特性，受扰动易造成承载力明显下降、涌土、沉降等。

为了在破除混凝土洞门时，防止发生洞门土体垮塌涌土与地面沉降的风险，盾构出洞段与竖井壁墙之间采用深层搅拌桩与高压旋喷桩补充改良加固。

竖井壁洞门预埋钢套筒，直径4.2 m，长0.8 m（见图1），钢套筒与竖井构造筋采用φ28 mm钢筋焊接，钢筋长度600 mm，竖井壁洞门钢套筒内用砖块衬砌填实，洞门预留30 cm厚素混凝土墙。

1 实施方案

1.1 始发井洞门加固方法的选择

盾构始发井采用矩形结构，长22 m，宽8 m，井深为18.5 m，不排水法施工，洞门直径4.2 m，隧道洞口中心覆土厚度13.5 m。

在凿除洞门素混凝土过程中，土体垂直临空面较高，易产生土体滑坡、坍塌、涌土与地面沉降风险，另外为防止盾构机进入淤泥质地层后，由于地基承载力不均匀，造成盾构机磕头等，综合考虑地质与埋深情况，淤泥质地层盾构出洞段在施工前，采用深层搅拌桩进行土体加固，井壁与深层搅拌桩之间采用高压旋喷桩进行补充改良。

1.2 深层搅拌桩工艺参数的确定

地层加固工程采用φ500 mm双轴深层搅拌桩，搅拌体长17 m。靠近洞门4 m范围内，桩中心距为300 mm，采用32.5级复合硅酸盐水泥，水泥掺合比15%，水灰比1.5左右，搅拌桩水泥用量为（60±5）kg/m，墙体抗渗系数小于10-7cm/s。28 d无侧限抗压强度大于0.8 MPa；浆液配比根据现场试验为水泥∶水 =1∶1.5，桩体垂直偏差不大于120 mm，桩位偏差不大于20 mm。见图2。

1.3 高压旋喷桩工艺参数的确定 （见表1）

深层搅拌桩与井壁之间采用高压旋喷桩改良加固，打一排φ500 mm搅拌桩，间距400 mm，主要是起到补充加固井壁地层稳定与防水、防止井外土体滑移塌陷的作用。

表1 高压旋喷桩施工主要技术参数

浆液配置：高压旋喷桩的浆液采用普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，严格按设计要求配制水泥浆液，水灰比为1∶1，水泥浆密度1.5，复合早强剂掺量2.5%~3% （型号为TD-6）。

1.4 加固质量控制及效果检测

桩与桩、排与排之间应连续，不得出现漏桩。

土体加固完成后，地层应具有良好的均匀性和整体性，在凿除洞门时能够自稳，允许有少量渗漏水。土体改良后一周检查土体强度，通过钻芯取样测定其抗压强度，也可通过静力触探或贯入法测定其强度和搅拌的均匀性；渗漏水检查采用洞门水平钻孔检查 （见表2）。

表2 质量控制要求

土体加固完成后，进行钻孔取芯试验，取芯试件的无侧限抗压强度应达到K0≥0.7 MPa，内聚力C≥0.4 MPa。

混凝土洞封门拆除前，采用水平钻孔检查渗水量，水平孔均匀分布于洞门，渗水量总计不大于10 L/min。检查孔用后采用低强度水泥砂浆封闭。

1.5 洞口井壁混凝土的凿除

分析检测的结果，改良土体达到了设计要求的各项指标，即可开始凿除竖井井壁混凝土墙。

始发洞门内部衬筑有900 mm厚砖墙，16 mm厚钢套管封门，300 mm厚素混凝土墙，先行采用人工拆破砖墙，切割洞口钢封门，最后凿除300 mm厚C40素混凝土墙 （见图3）。

1.5.1 洞门砖墙拆除

洞口井壁填充砖厚度为900 mm，采用风镐凿除，凿除工作须分二层渐进，先上后下原则，对洞门内全部砖墙进行清理。

1.5.2 切割洞口钢封门

洞口钢封门的洞门钢板厚16 mm，根据水平钻孔取样的试验要求，先进行取芯孔割除作业，待加固土体的检测试验满足设计要求后，对洞口钢封门钢板进行割除作业。

1.5.3 洞门素混凝土墙凿除

洞门素混凝土凿除采用液压劈力法。具体做法是在洞门下方采用金钢石取芯水钻 （直径32 mm）钻孔，先钻槽爆孔4个，间距400 mm×400 mm，30°角布置，用4台劈力机同时劈力，再分别向外围扩大，孔间距小于400 mm，分层分区先下后上依次进行。

盾构始发洞门凿除的风险主要表现在洞门凿开后土体的稳定性和止水性，为了降低开洞门后土体坍塌带来的风险，在土体改良达到规范要求的时间后，对改良效果进行检测，检测其强度和止水性。采用劈力法凿除洞门混凝土墙具有无振动、速度快、安全的特点，不影响盾构下井安装作业，当洞门混凝土墙拆除后，可快速将盾构机推入洞门，从而有效地控制风险的发生。

2 实施效果

钱塘江盾构始发洞门淤泥质地层，通过改良处理，地层的自稳性能与防水性得到了提高。采用劈力法凿除洞门混凝土墙具有无振动、速度快、安全的特点，未影响盾构机下井安装正常作业，仅用24 h就完成了洞门混凝土墙拆除，并将盾构机推入洞门，有效地控制了风险的发生。

Silty Stratum Reinforcement Technique Applied for Starting Hole of Shield Tunneling

LI Sheng-xin（Fourth Engineering Company of China Petroleum Pipeline Bureau,Langfang 065000,China）,LI Ze-yuan,YIN Zhan-feng

The starting hole of shield tunneling at the Qiantanjiang River is located in the silty stratum of high soil sensitivity,where hole collapse,soil gushing and ground settlement are easy to happen while soil is disturbed.The soil reinforcement technique combining deep mixing piles with high pressure jet grouting piles can prevent the starting hole from those damages.This paper presents the method selection of the starting hole reinforcement,process parameter determination of deep mixing piles and high pressure jet grouting piles,reinforcement quality control,cutting away of shaft concrete wall around the starting hole and implementation effects of the reinforcement measures.

starting hole of shield tunneling;silty stratum;stratum reinforcement;deep mixing pile;high pressure jet grouting pile

TE973.4

B

1001－2206（2011）03－0063－03

李胜新 （1957-），男，上海人，高级工程师，2004年毕业于武汉理工大学机电一体化专业，硕士，现主要从事盾构穿越施工管理工作。

2010-06-24