天津地铁盾构始发井旋喷桩加固方案研究

曾祥会

1 概述

盾构法是利用盾构机在地面以下进行暗挖隧道的一种施工方法，它具有自动化程度高、作业环境安全、施工速度快、成型隧道质量好、对周边环境影响小等优点[1]。盾构始发和到达施工是盾构法施工技术中的重要内容。一般地，盾构始发、到达接收时首先需要拆除端头井挡墙结构(竖井封门)，该作业施工时间较长，临空面较大，这对围护洞口土体稳定极为不利，因此需要在盾构始发、到达接收前对隧道洞口土层进行加固，切实有效地控制洞口周围土体变形，从而保证盾构始发和到达的安全[2]。

已建及在建天津地铁工程，由于盾构施工处于土建工程尾部，施工过程中的风险控制最容易忽视，盾构施工过程中风险较多。天津地铁已建的1号线、在建的2，3号线及部分市政工程，部分盾构进出洞采用单一的搅拌桩或旋喷桩进行加固，由于旋喷桩或搅拌桩间存在缝隙，加固体不密实，造成加固体未达到设计所提的强度及抗渗要求，盾构在进出洞过程中部分区间出现了透水现象。天津地铁3号线营口道站大里程端头井，盾构穿越处所处地层为④1粉土、④5淤泥质粉质粘土、④2粉土、⑤2粉土、⑥2粉土层，地下水丰富，具有承压性，盾构始发进洞处盾构覆土厚度8.3 m，盾构出洞加固采用旋喷桩结合地面注浆及水平注浆的方法，对加固方法进行改良，加固长度为9 m，范围为管片外缘外3 m，加固体指标 qu28≥1.2 MPa，渗透系数不大于 10－7cm/s。

天津地铁3号线营口道站位于营口道与南京路交口，是地铁3号线与1号线的换乘站，车站3号线大里程端头井作为营口道站～和平路站区间盾构始发井，设计采用地面旋喷加固改良盾构进洞影响土体。

2 设计施工方案

地基加固是盾构进、出洞中相当重要的部分，其目的是利用各种工艺方法来提高地基的抗剪强度，降低地基的压缩性，改善地基透水特性、动力特性和特殊土的不良地质特性。特别是在软土地层的地铁隧道施工中，选择合理的加固工艺直接关系盾构进、出洞安全。

目前常用的盾构井加固技术包括:1)井点降水法;2)高压旋喷桩;3)深层搅拌桩;4)注浆;5)冻结;6)SMW工法等。

盾构进出洞地基加固的核心是正确选择与实施加固的方法，选择加固方法需考虑的因素包括:1)地基土的类别;2)加固深度;3)周围环境条件;4)施工工期;5)施工队伍技术素质与施工技术条件;6)设备状况和经济指标等。

尤其对地基条件复杂、周围建筑物、管网密集地区，详细调查施工区内地形及地质成因、地层状况、分布、地下水情况、物理力学指标等，还要考虑对场地及邻近建筑物产生的影响、占地大小、工期及用料等。因此应本着技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的原则合理制定加固方案，才能获得最佳加固效果。

本工程加固实施前经现场调查和人工探槽，发现在加固范围内、横跨线路上方有一条3.5 m×3.5 m钢筋混凝土结构方涵，由于受方涵影响，采取传统的地面旋喷加固需全部破除加固范围影响段方涵，经与方涵产权单位协调，方涵改移破除难度大、造价高，破除方涵采用地面旋喷加固没有可实施性;同时，根据地质资料，在盾构底部为粉砂和粉细砂层，该层为含水层，承压水压力大，若采用洞内水平旋喷加固，在结构上开孔时危险较大，容易造成涌砂涌水，且盾构隧道底部无法加固，加固范围有限，不能满足设计要求，因此，根据国内盾构端头加固处理经验，确保盾构机安全始发和出洞，同时综合考虑现场各种因素，保证施工安全需要，采用地面旋喷加固加注浆和洞内注浆相结合的方法加固(见图1)。

方涵影响范围以外的土体采用旋喷桩加固，方涵下部土体采用地面注浆和洞内注浆相结合的方法加固，并对旋喷加固范围桩间缝隙采用注浆加固，同时在盾构始发端头设降水井。注浆加固土体质量不如旋喷桩加固质量，在盾构始发前启动降水井，将周围的土体疏干并且降低地下水位，降低承压水头高度，确保盾构始发安全。具体施工施作步骤如下:

1)方涵影响范围以外旋喷桩加固;

2)方涵底部地面注浆加固;

3)洞内水平注浆加固;

4)降水井施工。

图1 端头加固平面图

3 施工方法及主要技术参数

3.1 旋喷桩

高压喷射灌浆是一项地下隐蔽工程施工技术，不同地质条件，不同工艺参数，形成不同的灌浆凝结体，其形状、大小、结构、搭接及物理力学性质均不同[3]。设计施工时为确保工程质量，应在工程范围内选择代表性地段进行试喷，以确认或调整设计孔间距离、工艺参数[4]。针对盾构出洞所处地质条件，采用三重管高压旋喷桩。由于三重管高压旋喷施工时注入地层大量的水泥浆，对周围的土体和结构产生较大的压力。为保护主体结构和方涵安全，施工时采用分幅跳段施工，间隔距离不少于4根桩，从盾构井端头向远端施工，然后左右线交替施工，相邻幅施工间隔时间不超过两天;水泥选用优质P.O32.5号普通硅酸盐水泥，水灰比1∶1，合理控制提升速度，做到加固均匀，并根据天津地区加固经验，确定具体注浆参数(见表1)。

表1 旋喷加固技术参数

施工流程:

1)测量放样，确定旋喷桩桩位和轴线，并请监理现场复核;

2)成孔:地质钻机就位，校准垂直度，进行预成孔;

3)旋喷钻机就位，放入钻杆至设计底标高处;

4)依次开启气、高压水、浆，在加固底标高处停留2 min～3 min，当各压力指标达到施工要求后，按照施工技术要求提升钻杆至加固顶标高，然后依次关闭浆、高压水、气;

5)移动钻机至下一桩位继续施工。

3.2 注浆

地面注浆采用渗透、劈裂注浆，根据方涵尺寸，分别从两侧倾斜一定角度向方涵下方加固范围钻孔，将注浆管分节下入孔内并连接牢固，利用水泥水玻璃双液浆对注浆孔进行封孔，待满足封孔的强度后开始注浆，浆液采用水泥浆，注浆过程中通过注浆压力、注浆量判断注浆实施效果，并根据注浆压力及注浆量缓慢上提注浆管，注浆技术参数如下:

扩散方式:渗透～劈裂;浆液扩散半径:0.5 m;注浆孔间距:0.7 m;注浆压力:2 MPa～3 MPa;注浆速度:10 L/min～20 L/min。

浆液基准配比:水泥浆:水∶水泥 =(0.75～1)∶1;水玻璃:35 Be';水泥浆∶水玻璃=11∶1(体积比)。

4 实施效果

经对加固体取芯检测，加固体强度达到设计要求，并经洞内水平探孔试验未见地下水渗出，满足盾构始发条件。

5 结语

旋喷桩加固存在的最大问题就是桩间搭接问题，桩间存在缝隙，易渗水，注浆工艺可以弥补旋喷桩工艺的缺陷，高压水泥浆无孔不入，填补旋喷桩间缝隙，形成质量较好的加固体[5];同时在旋喷桩无法施工的区域也可采用注浆加固的方法实施，从实际效果看加固强度及抗渗效果能满足盾构进出洞的加固要求，因此采用旋喷桩结合注浆加固是一种造价低、工艺简便的加固方法，加固风险较低，效果也较易保证，适合在地下水较丰富、地层条件较差的地区使用。

[1]张凤祥，朱合华，傅德明.盾构隧道[M].北京:人民交通出版社，2004.

[2]汪茂祥.盾构洞门加固方法[J].工程机械与维修，2008(4):110-114.

[3]李 刚，廖勇龙，董建军，等.高喷法[M].北京:中国水利水电出版社，2006.

[4]赵立锋，付黎龙.富水软弱地层盾构隧道施工端头加固技术研究[J].铁道标准设计，2008(9):83-85.

[5]胡新朋，孙 谋，王俊兰.软土地区城市盾构施工端头土体加固要求探讨[J].隧道建设，2006，26(5):11-13.