粉砂地层大断面盾构始发端头加固技术

徐 波

(杭州市地铁集团有限责任公司，浙江 杭州 310020)

1 概述

盾构始发端头加固设计与施工直接关系到盾构始发的顺利和安全与否。施工中，应根据水文地质工程地质条件、周边环境和加固范围，选取最佳的端头加固方案，降低盾构始发风险，这在粉砂地层条件下大断面盾构始发时显得尤为重要[1,2]。本文基于杭州地铁1号线三期工程下沙风井—滨江一路站区间盾构始发端头地层加固施工的成功实践，对邻近钱塘江的富水粉砂地层条件下直径11.67 m的大断面盾构始发地层加固技术进行了分析研究，可为类似工程项目提供参考。

2 端头加固设计

该项目采用一台直径11.67 m的泥水盾构从下沙风井始发，下穿钱塘江后，到达滨江一路站并吊出。始发段埋深为8.8 m～21 m，覆土自上而下依次为素填土①2、淤泥土①5、砂质粉土②4、粉砂土③5、砂质粉土③6、淤泥质粉质粘土夹粉土⑥2、淤泥质粉质粘土⑥31。洞身范围主要为粉砂③5、淤泥质粉质粘土及粉土⑥2。

如图1所示，始发段端头加固区采用地面850 mm@600 mm竖排(排距500 mm)的三轴水泥搅拌桩，加固深度隧道上下各5 m。搅拌桩与地下连续墙间采用两排800 mm高压旋喷桩进行加固止水，其余三边采用850 mm厚TRD搅拌墙作为止水帷幕，TRD深度为至隧道底部5 m。在地连墙与TRD搅拌墙的连接处，各采用3根φ1 400 mm MJS高压旋喷桩进行止水封堵。加固范围为纵向长19.85 m，宽21.3 m，纵向与横向各外搭接1 m。在止水帷幕内外共设置10口真空降水井，井管深度为加固底面以下5 m，出洞前需降低水位至底板以下1 m。

3 施工要点

总体施工顺序为：三轴搅拌桩→TRD水泥土搅拌墙→高压旋喷桩→MJS高压旋喷桩→真空降水井。

3.1 三轴搅拌桩

搅拌桩加固采用φ850@600 mm咬合施工，排距500 mm。加固区水泥掺量为20%，弱加固区水泥掺量为10%(盾构两侧、底、顶部5 m范围为强加固区，隧道顶部以上5 m为弱加固区)，采用P.O42.5R普通硅酸盐水泥。

钻头下沉速度为0.8 m/min～1 m/min，提升速度0.8 m/min～1 m/min,搅拌转速16 r/min，注浆压力0.4 MPa～0.6 MPa，浆液流量80 L/min～120 L/min，水灰比1∶ 1～1∶ 1.5。应确保搅拌桩桩身的均匀性、连续性,相邻桩间歇时间应超过12 h,垂直度应控制在1/150L(始发端L=30.7 m)。

3.2 TRD水泥搅拌墙

TRD水泥搅拌墙工法是以链锯式刀具为主要机具，通过刀具在施工现场按照设计深度和护壁设计宽度将土体切割，在刀具端头喷出水泥浆硬化剂注入土体的同时注入高压空气使水泥浆与原位土体充分混合、搅拌将原位土体固结从而在地下形成一道等厚度的连续墙。其施工工艺流程如下:

测量放样→开挖沟槽→吊放预埋箱→桩机就位→切割刀盘组装→切割线与主线连接→安装测斜仪→TRD工法成墙→拔出切割刀盘→残土处理→搅拌机撤出。

施工现场图见图2。

TRD墙采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，28 d无侧限抗压强度要求不小于1.0 MPa。TRD墙抗渗性能应满足墙体自防渗要求，渗透系数小于10-7cm/sec；墙体垂直度不大于1/300；墙位偏差不大于+20 mm～-50 mm(向坑内偏差为正)，墙深偏差不大于50 mm，成墙厚度应不小于设计厚度，偏差控制在0 mm～-20 mm(控制切割箱刀头尺寸偏差)。应根据注浆速度匹配相应的桩机移动速度，注浆泵的工作流量应能调节，其额定工作压力不宜小于2.5 MPa，TRD搅拌墙注浆参数见表1。

表1 850 mm厚TRD搅拌墙注浆参数

3.3 高压旋喷桩

根据土层特点，采用技术参数如表2所示。

表2 双管法旋喷桩施工参数

3.4 MJS高压旋喷桩

为达到良好的止水效果，在地连墙与TRD接缝处采用3根MJS高压旋喷桩进行封堵。MJS施工工艺流程如图3所示，现场施工图见图4。

MJS高压旋喷桩主要施工参数见表3。

表3 MJS高压旋喷桩施工参数

3.5 真空降水井

盾构施工前在端头周边布设10口真空降水井，井管深度为加固底面以下5 m(始发段35.7 m)，进出洞前需保证水位低于底板以下1 m，位置距离盾构井边缘1 m，相邻井之间的距离为4 m，降水井使用前进行抽水试验，保证其能正常使用。

4 加固效果

端头加固完成后对加固段进行取芯检测，共取芯竖直孔5个。经检验，弱加固区加固体强度大于0.5 MPa，强加固区大于1 MPa，均达到设计要求。

洞门水平探孔观测表明，各个探孔均无明水流出(见图5,图6)，说明端头加固范围整体性较好，加固体加固均匀，止水效果较好，满足盾构安全始发要求。

5 结语

本项目盾构始发端头加固通过采用三轴水泥搅拌桩加固形式，搅拌桩与地下连续墙间采用高压旋喷桩止水，其余三边采用TRD搅拌墙作为止水帷幕，在地连墙与TRD搅拌墙的连接处采用MJS高压旋喷桩止水封堵，在止水帷幕内外设置真空降水井，成功地解决了邻近钱塘江的粉砂地层条件下盾构出洞难题，具有显著的社会效益。