浅议盾构始发到达中端头加固及辅助措施的应用

王学龙

摘要：盾构法隧道施工中，盾构机始发、到达往往伴随很大的施工风险，而正确的采取一些辅助措施，可有效降低盾构机始发、到达中的风险。本文结合实际施工案例，对辅助措施在盾构始发、到达中的应用和取得的效果进行简要介绍。

关键词 盾构始发、到达软弱地层 辅助措施

中图分类号：TL75+2.2文献标识码： A

引言

随着盾构法施工技术的逐渐成熟，盾构法在城市地铁、公路、电力隧道等工程中得到广泛的应用。如何有效的规避盾构施工中的风险，已成为盾构施工关注的重点。通过对近年来盾构隧道施工事故的统计情况看，盾构施工事故一般在盾构始发、到达阶段发生频率比较高。发生事故轻则地表出现塌陷，重则车站、隧道被淹。在实际施工中一些辅助措施的合理应运有助于规避部分事故的发生。

1、盾构机始发、到达端头土体加固的辅助措施

由于盾构始发、到达的中存在风险较大，特别是地下水丰富、渗透性好的地层很容易出现土体坍塌、洞门涌水涌沙等险情，为了降低施工风险就要对盾构始发、到达段端头处的土体采用一些加固处理措施，也就是通常所说的端头加固，其目的主要是提高端头土体的强度、封堵地下水，保证洞门破除的时候端头土体的稳定。

1.1端头土体加固常见种类

端头土体加固质量的好坏直接决定着盾构始发、到达的成败，因此在设计阶段选择端头加固处理方案时，一定要的综合考虑工程的地质、水文条件以及周边环境等因素。在当前盾构法施工中比较常见端头土体加固措施有：注浆法、搅拌桩+旋喷注浆、素混凝土地下连续墙、冷冻等，不同的加固措施其取得的经济效益和加固效果也不尽相同，具体可见表1。

表1：端头土体辅助加固措施分析标

辅助加固措施 适应地层 优点 缺点

注浆法 主要适用地层为砂层、卵石层或岩层、黄土层 施工成本低 加固体整体性较差；一般只在注浆扩散性较好且不具备深层搅拌条件的地层使用。

三轴搅拌+旋喷注浆 加固区范围内地质为砂性土、粉土及粘土层 加固整体性较好 施工条件苛刻，施工场地需求大，成本较高;加固体与车站围护结构处的缝隙易渗漏。

旋喷注浆+压密注浆 加固区范围内为砂砾层、卵石层或岩石层 加固体整体性较好。 施工成本较高，加固深度右线，深度过深旋喷注浆效果差。

素混凝土地下连续墙 残积土层、砂性土层或岩石层 加固整体性好。 施工成本较高，对盾构机有一定的破岩能力要求。

冷冻 砂性土、粉土、粘性土、黄土及卵石层均可 对地面场地需求量小；加固后施工对周边环境影响小。 施工成本很高，比较适合在闹市采用该工法，但解冻后融沉时间较长。

1.2端头土体加固效果的检验

端头土体加固完成后，一般从两个方面进行检验：一方面是加固体强度检测，从地面取芯检测加固体强度，加固后土体强度要求为0.8~1.5Mp。对采用冷冻法加固的，根据测温孔温度曲线和去回路盐水温度曲线分析判断加固体情况，一般要求冻结土体温度低于-10℃；另一方面是在洞门掌子面打水平探孔查看渗漏水情况，观察探孔看是否有水流流出，无水流流出说明加固效果良好，有水流流出需采取措施进行补强加固并隔断地下水通道。

2、盾构机始发、到达存在的主要风险

盾构机始发、到达面临的风险有：加固体失稳、洞门涌水涌砂、地面坍塌、建筑物及管线损坏等，在诸多风险中加固体失稳、洞门涌水涌砂是主要风险，往往发生这两中情况会引起地面坍塌、建筑物及管线损坏等次生风险。因此盾构机始发、到达中加固體质量的好坏直接影响盾构机能否顺利始发、到达。

影响端头加固体质量的因素众多，主要有设计阶段和施工阶段的因素。在设计阶段选择端头加固措施时一定要综合考虑端头地质特性、水文条件及周边建筑物特征等情况，进行“量体裁衣”选择加固方案。施工阶段的因素施工过程质量控制不严，最终导致加固质量达不到设计要求，因此在施工过程中一定要加强质量的控制。

3、始发、到达加固效果不理想时的辅助措施

在盾构机始发、到达中经常会遇到端头的加固效果不理想、地质情况差、地下水丰富等不利情况下，这些情况会导致盾构机始发、到达中发生事故，因此遇到这些情况后采取有效的辅助措施降低施工风险就显的尤为重要，选择合适的辅助措施可以取得事半功倍的效果。盾构始发、到达常用的辅助措施有：冻结辅助加固、降水、洞门临时防水等，具体可见表2。

表2：常见的辅助措施统计

辅助措施 应用范围 控制要点 优、缺点

冻结辅助加固 1、尽管采取了搅拌或注浆加固，但取芯强度低或水平探孔中有涌水涌砂等情况，加固效果不理想；

2、尽管采取了降水措施，但是掌子面的水量依然很大；

3、加固范围内有重要管线及建筑物需要确保安全。 1、冷冻管布置合理；

2、冻结时间及冻结温度达到要求；

3、停冻及拔管时间控制；

4、解冻后融沉控制。 优点：可以有效止水，加固效果好；

缺点：费用高、工期长，后期融沉处理时间久。

降水 1、地层透水性很强（如砂层），且饱含地下水；

2、承压水与作业面贯通。 1、降水井布置及水位降深计算；

2、周边建筑物及管线的沉降控制。 优点：可有效的降低地下水位；

缺点：降水对周边环境影响大。

注浆 1、端头加固效果不满足要求；

2、地层中含水量丰富。 1、注浆压力及注浆量的控制

2、浆液配合比，双液浆、单液浆的选用 优点：成本较低，可封堵地下水，同时能起到补充加固的效果。

缺点：浆液在地下流向不确定，引起地表隆起。

水中进洞 1、盾构机在软土地质中到达；

2、地层中含水量丰富。 1、根据盾构机到达段地质情况，需采取辅助措施；

2、在盾构井施工完成后回填水泥土或砂浆

3、确保回填土体密实。 优点：可明显降低盾构到达端涌水涌砂，减少风险；

缺点：成本造价高

4、盾构始发中辅助措施的实际应用

南京地铁某工地盾构始发端头隧道拱顶埋深约9.7米，洞门断面内的主要地层为②-1d2-3层稍密～中密状粉砂层，地下水主要为孔隙潜水，地下水稳定水位埋深0.8m-3.94m。

4.1端头加固方案

根据盾构始发端的地质及水文情况，该工程盾构始发及到达端头加固采用三轴搅拌桩+旋喷桩的加固措施。洞门外地基采用∮800@600×600三轴搅拌桩加固，同时在端头加固体两侧各设置2口降水井，共设置6口降水井。

4.2端头加固检查情况及检测

端头加固三轴搅拌桩完成达到龄期后，对其进行了垂直抽芯检测，其检测结果满足设计要求，共抽取12组芯样。为了进一步检查端头加固的情况，在距洞门上部打设了三处水平探孔，水平探孔内出现流砂情况，证明端头加固效果达不到设计要求。

4.3原因分析及采取的处理措施

4.3.1造成水平探孔出现流砂的主要原因是：

（1）通过水平探孔和垂直抽芯检测取芯的情况分析，三轴搅拌桩加固效果较好，而旋喷桩的成桩效果较差，在车站围护结构与三轴搅拌桩之间存在软弱夹层。

（2）端头地层主要为粉细砂层且富含地下水，极易形成流沙，在端头加固效果不理想的情况下，容易出现涌水涌砂现象。

（3）地下水位较高，未降至隧道底板以下。由于地下水位较高，而降水井数量较少未能将地下水位降至隧道底板以下。

4.4.2处理措施及取得的效果

(1)对端头薄弱区域进行二次加固

因端头旋喷桩加固质量不理想，在原有旋喷桩的区域内施做二次加固。主要采用旋喷注浆加固的方法，孔位布置采用两排梅花型，孔深20米，孔距1米，排距0.5米。

(2)增加降水井，加强降水

由于原设计方案设置的降水井数量较少，不能满足现场降水需求，所以在原有降水的基础上又增加了5口降水井，加强了降水效率。

采取的上述注浆加固和增加降水井的辅助措施，取得了良好的效果，最终盾构机顺利始发。

5、总结及思考

5.1选用搅拌桩+旋喷桩的加固措施时，由于旋喷桩的成桩效果不理想，易在围护结构与搅拌桩之间形成软弱夹层。因此在进行端头加固措施选择时可以考虑其他的加固方式，如直接进行端头土体冻结或者选用素混凝土地下连续墙代替旋喷桩。

5.2通过采取增加降水井、二次注浆加固等辅助措施取得了较好的效果，确保了盾构的顺利始发，但也导致了盾构始发工期滞后。为了解决普通降水井降水时耗时较长的这一问题，可以考虑转变降水井的降水原理，如:采用真空降水井，来提高工作面疏干的效率。

5.3在富水砂层等软弱地层中出现端头加固不理想等情况时，可以考虑采用直接冻结的辅助措施（采用液氮垂直冷冻），进行再次加固或直接选用冷冻进行端头加固。

6、结束语

随着盾构法施工更广泛的被应用，地层、周边建筑物、管线也会越复杂，盾构机始发、到到过程中所面临的风险也就越大，为了更好的规避这些施工风险，从设计阶段就应该对盾构机始发、到达的面临的风险予以重视，选择端头加固方案中要考虑到现场的可操作性和加固质量。在施工过程中出现端头加固质量不理想等情况时，要合理选择一些行之有效的辅助措施，会对盾构顺利始发和到达带来积极有效的作用。

参考文献

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