特殊地层下盾构始发端头加固技术实例研究

曾 晖，杨 平，胡 俊

(1.五邑大学 土木建筑学院，广东 江门 529020;2.南京林业大学 土木工程学院，南京 210037)

特殊地层下盾构始发端头加固技术实例研究

曾 晖1，2，杨 平2，胡 俊2

(1.五邑大学 土木建筑学院，广东 江门 529020;2.南京林业大学 土木工程学院，南京 210037)

归纳了盾构隧道端头常用的土体加固方式，并结合南京地铁岔路口站北端头盾构始发工程，提出了在特殊地层下端头的加固方式以及相应的施工工艺和质量保证措施。实践表明，对特殊地层采用素钻孔灌注桩挡土+桩间旋喷止水的加固方式效果良好。

盾构始发 南京地铁 特殊地层 加固方式

自从1990年上海轨道交通1号线采用土压平衡式盾构机施工以来，盾构法在我国城市地下轨道交通领域使用已近20年。盾构始发是盾构隧道施工中的事故多发阶段，存在着较大的施工风险，合理选择隧道端头土体的加固方式是保证盾构始发施工非常重要的环节[1]。地质条件的不同，决定了土体加固形式的不同，而且周围环境要求又会制约加固方法的选择。根据在各类地层条件下的施工经验及《岩土工程勘察规范》中对岩土的分类，可将全国绝大部分盾构始发端头地层分为以下几类:软土层、砂性土层(特别是含水砂层)、岩石层、特殊地层。

特殊地层包括硬塑黏土层、高密实度砂土层、强风化泥岩等地层，该类地层兼具岩层和土层的某些特性，在施工中处理方法也较为特殊。对于特殊地层，常规的搅拌桩、旋喷桩等加固方式无法达到理想的加固效果，但由于其强度指标不能满足盾构始发要求，又需要采取措施达到挡土、止水的作用，在盾构始发时需要采取较为特殊的加固方式。

1 盾构隧道端头常用的土体加固方式

盾构隧道端头常用的加固方式有深层搅拌法、高压喷射注浆法、SMW 工法、人工冻结法、注浆法、素混凝土灌注桩法和降水法等，土体加固可以采用一种工法或多种工法相结合的加固手段。加固方式可以分为以下两大类:

1)化学加固方式(深层搅拌法、高压喷射注浆法、注浆法、素混凝土灌注桩法等);

2)物理加固方式(冻结法、降水法等)。

对于软土地区，常用的加固方式有水泥土深层搅拌桩+高压旋喷桩，素SMW工法桩(三轴搅拌桩)+高压旋喷桩，高压旋喷桩等(图1)。当受地面环境限制时，可采用冻结法进行加固[2-3]。

图1 软土地层常规加固方式(单位:mm)

在砂层中进行加固，主要采用素SMW工法桩(三轴搅拌桩)+高压旋喷桩 +深井降水，高压旋喷桩+深井降水等加固方式(图2)。当不能通过降水井进行抽水，且在开探孔时发现漏水、漏砂现象时，可采用地层加固+冻结的加固方式[4]。

图2 砂性土层中常规加固方式(单位:mm)

在遇到全断面岩石地层时，其强度远远大于搅拌桩或旋喷桩的加固强度，无需进行加固。但岩石地层多有裂隙发育，为了封堵裂隙水，可采用分层注浆的加固方式。对于特殊地层，在盾构始发时需要采取较为特殊的加固方式。

2 工程概况

岔路口站为南京地铁一号线南延线TA05标段内车站，TA05标段范围为南京南站～岔路口站，区间始于位于规划玉兰路下的地铁南京南站南端，线路沿规划玉兰路以400 m半径曲线东拐后前行，再以350 m半径曲线南拐进入宁溧路地下至岔路口站北端。根据地层及周边环境情况，联络通道采用矿山法施工，区间采用盾构机掘进。为保证盾构始发安全掘进，需对岔路口站北端土体进行加固。

岔路口站北端地层分布从上至下为:①-1杂填土、①-2b2-3素填土、①-3b4淤泥质填土、①-1b2-3粉质黏土、②-2b4淤泥质粉质黏土、②-3b2-3粉质黏土、③-3-1b1-2粉质黏土、③-4e粉质黏土夹砾石、J3x-1强风化泥质粉砂岩、J3x-2中风化泥质粉砂岩。加固施工区存在③-3-1b1-2粉质黏土层这一硬塑粉质黏土层，无论采用搅拌桩还是旋喷桩，加固效果都不理想[5-6]。

本区间场地地下水主要为孔隙潜水，赋存于①层和②层土中，而③层土为相对隔水层。地下水位取地面下1.0 m。场地土层以黏性土为主，透水性较差。风化基岩虽发现部分裂隙，但裂隙多呈闭合状或为泥质充填，其透水性差。

3 盾构始发端头土体加固施工

3.1 实际采用的加固方式

根据盾构始发端头加固专家评审会的意见，为保证盾构机安全始发，综合工程技术要求、施工场地、周边环境及经济效益等因素，决定采用以下加固方式:在始发段最内侧施工一排素混凝土桩。素混凝土桩形式为φ 1 000@1 200 mm，采用 C15混凝土，桩长范围为洞门下3 m至地面。素混凝土桩与围护结构间隙采用高压旋喷桩进行加固。高压旋喷桩桩径为800 mm，与素混凝土桩搭接200 mm，水泥掺入量为400 kg/m3，高压旋喷桩起止水作用，加固深度至洞门下3 m。先施工素混凝土桩，按照“跳一打一”的办法施工，再施工高压旋喷桩。加固方案平面布置如图3所示。

图3 加固方案平面布置(单位:mm)

3.2 素混凝土桩施工工艺及质量保证措施

本工程素混凝土桩采用钻孔灌注桩形式，施工机械采用SR型旋挖钻机成孔。根据场地地质条件，采用干成孔作业法施工。整个工艺分成孔与成桩两大部分:成孔部分包括回转钻进成孔;成桩部分包括导管安放，灌注混凝土。采用商品混凝土，分段跳打施工。

3.2.1 施工工艺流程

定轴线、桩位→钻机就位→成孔→安放导浆管→灌注混凝土→成桩→钻机移位→回填桩孔。

3.2.2 确保成桩质量

1)钻头外径不小于设计桩径，并应经常检查钻头直径，防止出现缩径。

2)预防孔斜措施:①钻机定位要准确、水平、稳固，定位后要垫实，以保证钻机平衡运行;成孔过程中，钻机塔架头部滑轮组边缘、转盘中心、钻孔中心应始终保持在同一铅垂线上，如发现异常，立即调整，确保桩孔倾斜率小于1/200。②初始钻进时应争取低参数钻进，同时应根据不同的软、硬土层变化，合理选择钻进参数。③操作人员、机长、施工员应加强钻进过程中的监测，发现有异常现象及时处理纠正。④根据情况抽查成孔后的孔径及垂直度。

3)在钻进过程中应适当串动钻具，上下扫动，以便将孔内黏泥块扫走装入钻斗内并使孔拉直。

4)在倾斜的坚硬地层钻进时，应吊住钻杆，控制进尺，低速钻进，防止孔身偏斜。

5)预防缩径措施:①根据孔径的测试结果，及时调整钻头的规格和钻进方法;②操作人员应注意钻具提升过程，如发现有受阻现象，必须重新复钻。

3.2.3 确保混凝土施工质量

1)工程开工前，技术负责人必须按审定的“施工组织设计”对有关人员做好混凝土施工的技术交底工作。

2)把好质量关，不符合要求的材料不得使用。原材料应提供质保书，并按规定进行原材料试验工作。

3)混凝土初凝时间宜控制在6～8 h。

4)混凝土灌注过程中应勤测混凝土顶面上升高度，随时掌握导管埋入深度，避免导管埋入过浅或过深。

5)混凝土灌注的充盈系数不得小于1.0，也不宜大于1.3。6)混凝土坍落度应严格按设计或规范要求控制。7)灌注过程中，应认真做好灌注原始记录，并及时分析整理。

8)施工中要做到施工质量4检测:自检、互检、专检和抽检。

9)做好各种施工记录、施工日志及其它施工管理台帐。

3.3 高压旋喷桩施工参数及质量保证措施

3.3.1 技术参数

1)加固料选用不低于P.O 32.5R级普通硅酸盐水泥，浆液充填率大于0.75。

2)采用纯水泥浆液作固化剂。水灰比1.0～1.2，水泥用量400～500 kg/m3(在淤泥质粉质黏土层中宜加大水泥掺量，根据以往施工经验，在淤泥质粉质黏土层中水泥掺量宜为500 kg/m3，以便起到更好的加固土体的作用)。

3)喷嘴切割土层，360°旋转，喷嘴直径为1.8 mm。4)提升速度20～35 cm/min。

5)气压≥0.6 MPa，浆压 ＞22 MPa(靠近建筑物时需调整参数，将喷浆压力调小)。

6)孔深误差≤100 mm，孔位误差≤50 mm，垂直度偏差≤1.5%。

7)成桩直径800 mm。

3.3.2 质量保证措施

1)施工前调试好各种施工机具并进行工艺性成桩试验。

2)地质钻机造引孔，钻头严格对位，并作水平校正，减少孔位偏差和孔斜。

3)插入喷射管时可使用少量压缩空气，边喷气，边插管，以确保喷射管下达设计深度。

4)正式提升喷浆前，待泵压、风压上升至额定值方可提升，提升速度应按设计要求执行，不得加快。

5)浆液要严格过滤，并设两道过滤网。严格控制浆液相对密度，当相对密度误差超过1%时停喷，调整水灰比。

6)拆卸注浆管节造成停喷，续喷时停喷点加深0.3 m，再进行喷射提升。

7)经常检查和调整泵压、浆压、输浆量、空压机风量和提升速度，核定实际用浆量。

8)一旦出现中断供浆、供气，立即将喷管下沉至停供点以下0.3 m，待复供后再行提升。因故停工超过3 h时，妥善清洗泵体和喷浆管道。

9)当提升至设计桩顶下1.0 m深度时，放慢提升速度至设计高程，然后继续提升一段距离(0.4 m)才停喷。

10)喷射作业结束后，用冒出浆液回灌到孔内，直至浆液面不下沉为止。

3.4 工程加固效果

岔路口站北端头盾构始发时采用素桩挡土+桩间旋喷止水的加固方式，在始发段最内侧施工一排素混凝土桩挡土，素混凝土桩与围护结构间隙采用高压旋喷桩进行止水加固。加固工艺及质量保证措施基本按照上述要求实施，实际工程最终形成了良好的始发端加固区。封门拆除后掌子面暴露时，端头土体自立性和抗渗透性较好，无较大渗漏水现象，周边环境监测也在控制范围内，说明该加固方式在该类地层中有较强的适用性，从而确保了盾构顺利完成始发。

4 结语

本文结合南京地铁岔路口站北端头盾构始发工程，提出了在特殊地层下端头的加固方式以及相应的施工工艺和质量保证措施。实践表明，对特殊地层采用素钻孔灌注桩挡土+桩间旋喷止水的加固方式效果良好。

[1]胡俊，杨平，董朝文，等.盾构始发端头化学加固范围及加固工艺研究[J].铁道建筑，2010(2):47-51.

[2]胡俊，杨平，董朝文，等.苏州地铁一号线盾构隧道端头加固方式现场调查研究[J].铁道建筑，2010(11):32-35.

[3]杨平，佘才高，董朝文，等.人工冻结法在南京地铁张府园车站的应用[J].岩土力学，2003，24(增刊):388-391.

[4]杨平，袁云辉，，佘才高，等.南京地铁集庆门盾构隧道进洞端头人工冻结加固温度实测研究[J].解放军理工大学学报(自然科学版)，2009，10(6):591-596.

[5]胡俊，邵光辉，朱春峰.海相黏土室内侧限压缩试验研究[J].路基工程，2008(6):160-162.

[6]胡俊，光辉，朱春峰，等.海相软土三轴流变试验研究[J].西华大学学报(自然科学版)，2008，27(3):89-91.

U455.43

B

1003-1995(2011)02-0079-03

2010-08-01;

2010-09-31

苏州市科技局苏州轨道交通专项课题 (Zxj0802)

曾晖(1969— )，女，四川成都人，高级工程师，博士。

(责任审编 葛全红)