改善盾构进出洞口部位加固土体效果的方法

史如彬

中图分类号：TU71

【摘要】 湖北省武汉市轨道交通四号线一期工程五标段，针对原土体工程地质、水文地质具体特性，对盾构区间出入洞口部位要加固的土体，对原设计的施工工序、施工方法进行改善，更好地保证了盾构始发、到达的质量、安全指标。

【关键词】改善洞口土体加固施工工序施工技术质量检验施工监测方法

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1 工程概况

园工区间（园林路站、工业路站）隧道结构直径为6.0m，线间距为12-14m。区间隧道最小覆土深度为9.49米。

区间隧道为外径6m，内径5.4m，管片拼装衬砌的单洞圆形隧道，管片采用宽1500mm，厚300mm的通用楔形环，管片为砼C50、S12。

盾构机盾体外径为6260mm，刀盘外径6300mm，盾构机盾体长12.280m，总长87m。

车站端头井围护结构的地下连续墙底没有入岩，离中粗砂夹砾卵石的（4-3）层面平均约2.0米。

2 工程地质

场内底层分布自上而下可分为以下几个单元层：第（1）层人工填土层（Qml）；第（3）、（4）层第四系全新统冲积（Q4al）一般粘性土、软土、砂土层；第（15）层为白晋第三系东湖群组（K-Edn）泥质砂岩。

（3-4）粉质粘土粉夹层、粉砂（Q4al）：褐黄-灰-灰褐。饱和软塑（稍密）、（粉土成稍密状态，粉砂呈松散稍密状态，厚0.1-0.5m）含有机质，腐植物，无摇振反应，稍有光滑、干强度中等，韧性中等。层厚1.1-6.8m。

（3-5）粉质粘土、粉土、粉砂互层（Q4a1）：褐黄灰褐色。湿饱和，粉质粘土呈软-可塑状态，无摇振反应，稍有光滑、干强度中等，韧性中等。粉土呈稍密状态，粉砂呈松散-稍密状态。互层单层厚度0.1-0.5m。局部达1.0m。层厚1.3-6.5m。

（4-1）粉细砂（Q4al）：灰-青灰色，饱和、稍密-中密，由于母片、长石、石英等矿物组成，夹薄层粉质粘土（呈软塑状态）。层厚4.7-12.5m。

（4a）粉质粘土（Q4al）：灰色、湿、可塑-软塑，夹薄层粉土，无摇振反应，稍有光滑、干强中等，韧性中等。呈透镜体分布。层厚0.5-5.8m。

（4-2）细砂（Q4al）：灰色、饱和、中密，由云母片、长石、石英等矿物组成，夹粉土、粉质粘土（局部呈透镜体分布）。层厚11.0-17.5m。

区间盾构隧道底部除在两端车站附近位于粉细沙层中外，其他均为于细沙层中。

图1洞口土体加固部位地质横断面图

3 水文地质

施工区域地下水有上层滞水、空隙承压水两种类型：

（1）上层滞水主要副存于人工填水（Qml）层，无统一自由水面，大气降水、地表面和生产、生活用水渗入是其主要的补给来源。

（2）本场地孔隙承压水主要为赋存于第四系全新统冲积成因的（Q4al）（4-1）层粉细砂、（4-2）层细砂、（4-3）层中粗砂夹砾卵石及（3-4）层、（3-5）层所夹粉尘、粉砂层中，与长江有一定的水力联系，其上覆粘性土层及下伏基岩为相对隔水顶、底板。

（3）据在该地区不同地段不同时期长期观测结果表明，该地区长江I级阶地承压水头标高一般为20.0m左右，承压水头标高年度变化幅度在3.0-4.0m之间。

（4）区间相邻车站园林路、工业路站所进行的抽水试验测得承压水水头在地面下3.92-2.99米，相当绝对标高17.56-18.29米。

（5）相关岩土层渗透系数表：

4 洞口土体加固的原设计要求

盾构隧道与车站连接处位于粉细砂层中，粉细砂层透水性大，采用三管旋喷桩Ø800@600进行端头土体加固。加固范围为隧道结构外左右各3m，隧道顶板、底板上下各3m，隧道中心线方向9m。

质量检验点的数量为施工孔数的1%，并不少于3点；加固体28d的无侧限抗压强度应不小于1.0Mpa；渗透系数应K≤10-7cm/s；旋喷桩与车站维护结构的搭接长度不小于200mm。

在加固体范围应预作降水井，如果盾构始发或到达时渗漏水威胁到施工的安全，应立刻启用降水井，并密切监测周围建筑物的沉降情况。

图2原设计的土体加固平面图

5 洞口土体加固施工的改善

5.1洞口加固土体部位的工程地质条件

园工区间隧道始发段、接收段隧道断面主要穿越土层为（3-5）粉质粘土、粉土、粉砂互层（Q4a1）、（4-1）粉细砂（Q4a1）、（4-2）细砂（Q4al）。

5.2改善洞口土体加固的工序和施工

（1）增加素砼地下连续墙为了更好地保证盾构始发、到达的安全，在隧道盾构洞口加固外侧三向采用600mm厚水下C20素混凝土地下连续墙：车站纵线方向9米，宽27.2米，地墙幅宽4.5—6.0米，幅深入岩（4-3）层；与已有的端头井围护结构一起形成“箱体”。

（2）调整高压旋喷桩，在600mm厚水下C20素混凝土围护墙平面内，任然采用Ф800@600高压旋喷桩加固；竖向为隧道顶板上下各3m为强加固区，强加固区以上至地面为弱加固区域水泥用量减半。

（3）调整井位、增加井深将两侧的降水井移到土体加固区内，根据地质报告及抽水试验确定3口完整井（即井底离岩层面0.5米左右），先降水到土体加固区以下2.0米左右；车站结构的端头井内的5口井（左侧3口、右侧2口）作为备用。

5.3工程施工的质量措施

（1）素砼地下连续墙

必须入岩层0.5—1.0米，同时要对槽底认真清渣。

将泥浆液面抬高，泥浆比重在规范允许的条件下适当提高，以防槽壁变形、塌落。

成槽完毕后砼浇筑前，采用特制的接头刷在前一幅槽段接口反复刷洗，去除夹泥夹砂，保证地墙接头施工质量。

在与端头井围护结构接缝部位增加一根高压旋喷桩。

（2）土体加固

在高压喷射注浆过程中出现压力骤然下降、上升或冒浆异常时，应查明原因并及时采取措施。

临近盾构井或车站端墙时，应采取速凝浆液或跳孔喷射或冒浆回灌等措施，以防喷射过程中地基产生附加变形和地基与端墙间出现脱空现象。同时，应对盾构井、车站主体结构进行变形监测。

旋喷桩与车站维护结构的搭接长度不小于200mm，旋喷加固要注意与车站围护接缝的密实性，若效果不好可考虑增大搭接和补充注浆。

图3改善后的土体加固平面图

（3）降水井

土体加固全部完成10天后打孔成井，这样减少28天龄期后成井的难度，同时能够保证周围的土体质量。

成孔时必须入岩，在安装井管时上提0.5米左右，井管下端至少10米高范围内是渗透过滤管；同时注意洗井质量。

加固区域内的三口井使用80t/d、备用的5口井使用50t/d的深井潜水泵。在盾构进洞之前，提前将承压水头降至加固土体以下2.0左右，能够有效阻止地下水承压水进入开挖面。

6 加固土体的质量检测

6.1加固土体的检测内容

测定桩体的无侧限抗压强度，观测桩体的均匀性、含水量、是否有渗水或渗砂、以及水平孔的出水量。

6.2检测的布置

水平观测孔布置：在洞门范围内9个水平孔，孔径8cm，钻深为2m。详见下图：

图4加固土体质量检测孔布置立面图

垂直孔的布置：在端头加固范围内随机钻5个垂直孔，钻取芯体。

6.3检测的判定

（1）若发现有渗水、渗砂可判断洞口第一排桩体存在质量问题或与洞门壁不密贴。

（2）如果出水量超过限值，就须重新进行加固。

（3）通过钻取的桩体芯样，做抗压试验测定抗压强度，并观察样体的均匀性及其含水量。

6.4检测的结果

（1）加固后的土体具有良好的均匀性和自立稳定性，洞门范围打的检测孔内无渗水流沙现象。

（2）加固土体无侧限抗压强度达到1.0MPa以上。

7 加固土体的施工监测

7.1施工监测点布置平面图

图5洞口加固土体施工监测点布置平面图

7.2盾构进洞时施工监测的状态值

盾构出洞过程中的施工监测值接近上述值，故略去。

8结束语

通过以上的施工、监测过程，土体加固改善前后进行如下比较：

8.1规避施工隐患

（1）改善前是“在加固土体范围内应预作降水井”；先施工降水井，不利于井壁周围的土体均匀加固；一旦出现“生土”，很容易把地表水引入土体内、区间内，造成隐患。

改善后是：待到土体加固后10天龄期施工降水井则规避了这个隐患。

（2）改善前“如果盾构始发或到达时渗漏水威胁到施工的安全，立刻启用降水井”；这样后降水很容易形成整个加固的土体和洞内盾构机头整体沉降。

改善后“先降水到土体加固土层以下2.0米左右”规避了这个施工风险；同时充分利用了本地区的（4-1）粉细砂（Q4a1）、（4-2）细砂（Q4al）降水后的自稳性好、抗压强度猛增的特性。

8.2减小地表水的影响

将三管型旋喷桩Ø800@600改善为单管型高压旋喷桩，且“强加固区以上至地面为弱加固区水泥用量减半”，有利于阻止地表水对加固土体的侵透、浸泡。

8.3尽显“箱体”效应

素砼地下连续墙与已有的端头井围护结构形成“箱体”，“屏蔽”加固区域以外的上层滞水、空隙承压水，有利于长江汛期盾构的始发或到达；同时可以适当取消“加固土体的抗渗试验”。

8.4保证周围安全

将原方案中的“土体加固范围外侧两口井”移到加固土体内侧，大大减少额外抽取地下水，减少周围路面、构筑物、建筑物等的沉降。在市区施工，凸显其安全价值。

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