土压平衡盾构机富水砂层到达接收施工技术

张志刚（中国铁建大桥工程局集团第六工程有限公司，吉林　长春　130000）



土压平衡盾构机富水砂层到达接收施工技术

张志刚（中国铁建大桥工程局集团第六工程有限公司，吉林长春130000）

盾构掘进因施工进度快、安全性较高、机械化作业程度高等优点，成为城市轨道交通隧道施工的首选方式，盾构机到达接收是盾构施工工法的主要工序之一，也是比较容易发生事故的关键环节。本文结合长春地铁1号线02标段一匡街至长春火车北广场站区间盾构在富水砂层到达的施工案例，对土压平衡盾构在富水砂层中的盾构到达端头加固技术方面作了阐述，为后续类似盾构区间施工积累了丰富的经验。

盾构机；富水砂层；端头加固；施工技术

1　工程概况

1.1工程简述

长春地铁1号线02标段一匡街站～长春火车北广场站区间工程，线路成南北走向，从一匡街站始发，沿北人民大街向南穿越台北大街进入长春火车北广场换乘站。该站为地铁轻轨换乘站，轻轨线路已经运行。该站接收端已采用二重管旋喷桩加固完成。

1.2地质概况

根据地质勘察报告及长春火车北广场站实际情况，长春火车北广场站到达端头地层主要为填土、粉质粘土、砂层、风化泥岩，隧道埋深19m，隧道掌子面中上部为砂层、下部为风化泥岩，洞身中部3.7m为砂层，地下水丰富，稳定性较差，存在漏砂、坍塌危险。上覆地层为粉质粘土，隧道顶部以上约9m为原状粘土，9m以上为长春火车北广场站结构施工放坡开挖后回填土。

2　盾构机到达主要风险辨识与分析

2.1地质风险

长春火车北广场站盾构接收井中上部为粗砂层，富含承压水，地下水丰富，极易产生涌水、涌砂现象，是本区间最重要的危险源。

2.2环境风险

长春火车北广场站盾构机接收井距离已运营的轻轨4号线比较近，距已建成的万达广场14.74m，距已运营的轻轨4号线北广场站2号出入口10.35m，距北人民大街27.48m。

2.3施工风险

盾构到达的安全直接关系到盾构设备和工程的安全，由于长春火车北广场站盾构到达端头地层特殊性，若盾构到达时发生涌水、涌砂的现象，对周边环境、建筑物及轻轨4号线运营及人员安全造成很大的风险。

3　盾构机到达端头加固主要施工措施

根据长春火车北广场站存在的风险分析情况，结合长春火车北广场站目前的现状，为确保北广场站盾构机到达不出现涌水涌砂及塌方现象，确保长春火车北广场站周边建筑及盾构机到达施工安全，采用地面三重管旋喷桩加固止水和洞内深孔水平注浆止水施工工艺对端头井土体进行处理。

3.1三重管旋喷桩施工

长春火车北广场站为2010年完成车站主体结构，原设计端头井土体加固范围为沿隧道轴线方向8m，宽度为12m，桩长为12m，采用二重管旋喷桩加固（2010年已完成），原施工的二重管旋喷桩已不能完全满足盾构安全到达止水的要求。

长春火车北广场站西侧距万达广场为14.74m，万达广场为筏板混凝土基础，基础底板位于粉质粘土层，在靠近万达结构一侧，距主体结构7.2m位置施作三排∮600@450三重管旋喷桩，桩长为24.35m。

为避免长春火车北广场站盾构机到达引发工程事故，长春火车北广场站盾构接收土体加固长度由8m增加至12.7m，横向加固范围各向两侧外扩4m，同时利用新增的三重管旋喷桩外侧三排旋喷桩与保护万达广场旋喷桩形成外包盾构端头井，最大限度的降低回填土及周边浅层滞水对盾构到达的影响。如图1所示，桩长为24.35m。其余增加的三重管旋喷桩桩长为9.5m，如图1所示。所有新增旋喷桩均采用∮600@450三重管旋喷桩施工，在砂层范围及上下各1m范围内采用水玻璃双液浆，其余采用水泥浆。在施工过程中加强工艺控制及参数控制，确保成桩质量。

图1　长春火车北广场站端头井三重管旋喷桩加固区域

3.2洞内深孔水平注浆施工

加固体土体也是非连续的多孔介质，对于富水砂层地区，端头土体加固有时并不能完全达到隔水的目的，根据长春火车北广场端头井目前的状况，既有二重管旋喷桩加固土体的渗透系数不能满足规范要求，经过多方考察，综合比较分析，对已加固完成区域采用洞内全断面水平深孔注浆法加固。该方案注浆加固原理是：打孔后安装注浆孔口管，由孔口管向内进行注浆，整个注浆过程是在一个封闭体系中进行的，浆液通过孔口注浆管进入封闭状态的被注地层（粉质粘土层、粘土层、粗砂层等），通过注浆泵产生的压力，使浆液在被注地层中向四周扩散，达到充填、挤压、密实的作用，从而使松散含水砂层或粘土层变为密实的坚固地层，达到注浆堵水的目的，从而满足盾构机到达接收时掌子面不坍塌、不漏水涌砂的安全要求。

（1）洞门水平加固范围。本次水平加固的范围是：沿隧道轴线方向为8.5m，断面范围为洞门圈以外1.0～1.5m。

（2）布孔设计及注浆参数选择。布孔以理论结合实际为原则，边打孔边分析本孔位的地质情况，可根据实际情况进行孔位及数量调整。洞门全断面范围内共布设注浆孔73个，其中环向注浆孔30个，距钢环0.4m，环向间距0.6m（在泥岩层间距为0.8m），钻孔深度8.5m，外插角度控制在5～10°之间；水平注浆孔34个，布孔间距为0.6m（在泥岩层间距为0.8m），深度8.5m；考虑到隧道顶部的砂层分布的不均匀性及其它的不利可能性，为了确保围护桩附近拱顶止水加固效果，在拱顶90°范围内、距离洞门钢环30cm、以30°的上挑角布设斜孔9个，斜孔间距为0.6m，钻孔深度为3m，成孔后采用32mm钢花管注浆，注浆完成后将钢花管留置在孔内起支撑土体的作用。

钻孔时每次长度不宜超过2m就进行注浆，有砂有水时，不管长度多少，出砂出水就注。依此往复循环，直至设计终孔为止。

总体注浆顺序：先环向、后中间、由下至上、由边向中。注浆压力与地层的密度、强度、钻孔深度及注浆次序等因素有关。根据现场钻探结果，端头位置所处的地层主要为砂层，以及强风化泥岩层，考虑到注浆管压力损失并需要结合现场试验结果，注浆压力控制在1.0～1.5MPa，容许注浆压力为2.5～3.0MPa，注浆浆液选用水泥-水玻璃双液浆，水泥浆和水玻璃的体积比为1：1，水泥浆水灰比为0.5。

4　结论

（1）通过对长春地铁1号线一～长区间盾构机富水砂层出洞采用旋喷桩加固及深孔注浆措施，达到了加固效果，确保盾构机在富水砂层安全到达接收，达到了参建各方预期的目的，取得了良好的社会效应。

（2）盾构端头加固的目的是保证盾构机接收到达的绝对安全，端头加固的设计应根据地质风险及环境风险的高低选择不同的加固方案，盾构机在富水砂层中的到达应选用合理的加固方案，同时对端头接收井正前方土体适当加长加固距离，以降低涌水、涌砂的可能性。

（3）盾构机在复杂地质条件下出洞时，参建各方应高度重视出洞前的各项准备工作，扎实做好盾构出洞关键环节的条件验收工作，尽可能考虑到各种潜在风险并及时做好应对防范措施，如水平探孔观察、提前安装橡胶帘布板、托架及准备应急的地表注浆等措施，同时，需确保盾构机刀头顶到围护桩或连续墙后再安排洞门破除，确保盾构机出洞安全。

5　结束语

在富水砂层中盾构机到达接收风险系数较高，在进行盾构端头加固设计时，充分考虑各种风险，采取针对性的设计方案以及实际施工操作中提高重视程度，肯定能确保盾构机安全到达接收。本文笔者针对盾构机在富水砂层到达接收技术作了简要的分析和论述，希望在实际施工过程中，施工单位可以给予足够的重视，避免出现施工风险或事故。

［1］长春地铁1号线一匡街～长春火车北广场站区间施工图设计［Z］.

张志刚（1973-），男，工程师，本科，从事市政施工管理工作。

U455.43

A

2095-2066（2016）12-0212-02

2016-4-7