沿海城市复杂地质下通过地面加固确保盾构开仓安全的技术措施研究

徐 斌

中铁十二局集团有限公司第二工程有限公司

1 引言

近年来，随着各大城市地铁建设的规模不断扩大，在富水地层、地层疏松、残积土层、基岩上软下硬地层中进行盾构开仓作业，极易发生坍塌等安全风险，且工期要求高，通过地面加固，使原本只能进行带压开仓作业变成常压开仓，使常压开仓掌子面更稳固、开仓作业更为安全，便成为各地铁项目施工的重点和难点。针对这一难点，通过优化地面加固工艺，使带压开仓变常压开仓、确保常压开仓必定成功，可以减少开仓持续时间，确保施工安全。

2 工程概况

2.1 工程简介

某城市洋翔盾构区间沿在建石厝路由西往东行进，下穿洪钟立交桥进入车站，施工起讫里程：K24+165.417 至K24+908.809，区间单线全长743.192m（618 环），结构埋深8.5m～15.6m，埋深较浅。

2.2 工程地质水文情况

洋翔区间范围内覆盖层主要为第四系人工填土层（Q4ml）、第四系坡积层（qsl）、第四系残积层（qsl）；下伏基岩主要为燕山晚期侵入岩—中粗粒花岗岩（γ），受区域地质构造和风化作用影响，岩石风化不均匀，中等～微风化基岩面起伏较大。基岩凸起段落长、强度大，墩状凸起多，拱顶空洞、松散体、水囊较多，地下水丰富、施工喷涌现象常发，地质条件极其复杂。

地下水位一般3月开始上升，9月逐渐下降，5～6月为最高水位，12 月至翌年2 月为最低水位，其变化幅度又因地形、含水层的不同而有差异，总体上基岩裂隙水和风化残积孔隙裂隙水水位随降雨变化较大，地下水位埋深1.1m～7.1m，地下水年变幅可达3.0m。

3 现状调查

（1）洋翔区间基岩凸起量大，孤石群极其发育，盾构机下穿上软下硬区段长，盾构姿态极难控制，多次长时开仓，发生安全事故的概率也相应增大。

（2）常压开仓时，由于拱顶处于残积砂质黏性土层中，拱顶上方土体松散、空洞、水囊多，且该土层遇水极易崩解，容易形成拱顶脱空、塌陷，进而发生安全风险事故。

（3）4 月4 日右线YDK24+834 第二次带压开仓时，该处开仓点采用洞内超前注浆，保压最长1d，仓内压力就开始变化，掌子面发生坍塌，不满足继续带压开仓条件，该处开仓总用时60天，至6月5日才开始掘进。

4 原因分析

（1）隧道中心线以上多处于残积砂质黏性土层中，该层为不透水层，无水时，自身强度较高，工程性能较好，但遇水极易崩解、坍塌。而隧道中心线以下多处于基岩中，基岩裂隙水较为发育，在盾构掘进时，受施工扰动影响，丰富的地下水会向掌子面汇集，对残积砂质黏性土层造成侵蚀，从而导致残积砂质黏性土层崩解、坍塌。

（2）区间隧道上方存在松散、空洞、水囊等不良地质，在土仓压力及施工震动等多方面作用下，原本的土体平衡状态被打破，造成水土流失稳，掌子面坍塌，发生安全事故。

（3）开仓停机时间太长，掌子面裸露时间长，在地下水不停地侵蚀下，仓内泥膜脱落，掌子面土体也被侵蚀，土体崩解，掌子面坍塌。

5 基本思路

综合分析，诸多原因造成掌子面失稳，进而发生坍塌，造成安全事故，故此只要解决掌子面稳定性问题，开仓风险就大大降低。

针对袖阀管注浆、WSS地面加固注浆后，常压开仓中存在拱顶脱空的现象，QC 小组通过咨询国内业内资深专家，决定在开仓点采用地面素混凝土排桩加固，并辅以排桩间地面注浆加固止水的方式来加固开仓点，以确保开仓掌子面及拱顶的稳定性，确保常压开仓一次成功。

6 主要对策措施

采用地面素混凝土排桩加固。工艺参数如下：（1）在计划开仓点，采用旋挖钻施工2 排毒混凝土桩，桩径1m，桩与桩咬合0.2m，每处施工素桩17根，迎刀盘方向8根，背刀盘方向9根。桩间咬合0.2m，施工时，先施工第二排桩，再施工第一排桩，防止第一排桩桩底塌孔。（2）素桩采用C15 混凝土，空桩采用水泥改良土进行回填，采用轻型夯锤夯实。（3）素桩采用跳孔法施工，展开平行、流水作业。（4）施工时尽量采用干孔作业。（5）针对素桩空桩部分较长的特点，采用6m 长钢护筒，防止桩基塌孔。（6）灌注桩灌注混凝土深度为：①迎刀盘侧（桩编号1#～8#）0：隧道拱顶6m至隧道拱顶以下3.24m（下至盾构机刀盘中心线）或深入中风化基岩面0.5m，2根边桩（编号为1#、8#）深入隧道结构底板以下0.5m或深入中风化基岩面0.5m。②背刀盘侧（桩编号9#～17#）：隧道拱顶3m 至中风化基岩面以下0.5m。（7）盾构机刀盘掘进至第2排桩0.2m，确保刀盘处于素桩内。开仓时，素桩在开仓加固区上方形成一个稳固的整体，防止开仓时拱顶不稳定而土层垮塌，造成事故。

7 采取的措施效果

第一次（ZDK24+416.283，403环）地面素混凝土桩加固及地面注浆于2019年7月1日开始，7月5日结束，累计用时5天。于2019年7月22日进行常压开仓，开仓作业持续3d，开仓作业过程中，掌子面稳定无异常，拱顶无掉块、坍塌现象，整个施工过程安全可控。

截止至2019年8月12日，素混凝土排桩加固一共进行5处，进行常压开仓4处，每个开仓点加固均能满足常压开仓施工，每次常压开仓用时2d，开仓一次成功，没有发生安全事故及工期延误情况，施工安全可靠。

8 结语

盾构施工中，常压开仓不可避免，但是开仓过程中的安全是必须确保的，而复杂地质下，盾构施工的开仓作业一直是事故多发、常发区，而在盾构开仓点采用地面素混凝土排桩对土体进行加固，并辅以桩间注浆止水，可以使盾构开仓点掌子面及刀盘上下左右均处于素混凝土结构内，开仓作业安全可靠，且能满足长时间的开仓作业要求，在地下水丰富，土质疏松、基岩凸起上软下硬地段的盾构施工中值得推广。