冻结法和水平注浆在地铁盾构端头土体加固中的组合应用

2016-08-07叶超俊

大科技 2016年1期

关键词：端头盾构注浆

叶超俊

（中铁隧道股份有限公司河南郑州 450001）

冻结法和水平注浆在地铁盾构端头土体加固中的组合应用

叶超俊

（中铁隧道股份有限公司河南郑州 450001）

本文以天津地铁6号线西青道站接收端工程为例，因地铁盾构法施工中端头区是事故频繁发生地区，通过对相关涉及因素与条件进行综合考虑之后，对决定采用冻结法和水平注浆组合加固的措施，并通过现场试验和类似工程经验，确定合理的注浆和冻结施工加固方案。

冻结法；水平注浆；盾构端头；加固

1 引言

随着城市化进程的不断加快，地铁建设项目逐渐增多，盾构法作为地铁工程施工的主要方法，盾构端头加固直接影响着盾构始发与到达的安全问题，因此，必须选用适宜的端头加固方案与地层加固处理措施，确保其能够满足强度、抗渗性方面的要求。

2 盾构端头加固方法

2.1 深层搅拌加固法

深层搅拌桩是加固饱和粘土地层常用施工方法，主要是利用钻孔将石灰、水泥等固化剂主材料送入地层，通过深层搅拌机使地层中的软土和固化剂强制揽拌。通过软土和固化剂之间产生的物理化学反应形成水泥土搅拌桩使软土的物理性能得到提高。

2.2 高压喷射注浆法

所谓高压喷射注浆法，是指将具有特殊喷嘴的注射管放入土层预先设定的深度，并以20～40MPa压力的高压喷射流，经过劈裂、固化等作用，对原先的地层进行强制性的破坏，从而使得地层颗粒能够重新排列，并在其四周形成一个反滤层，使得浆液在预定的范围内扩散。此外，将地层颗粒结合射流携带的固化剂共同搅拌，可形成一种防渗固结体，可对土体进行加固、改良。

2.3 冻结法

冻结法是一种采用制冷技术来使得工程施工地层中的水结成冰，将施工地层中的岩土转变成冻土的方法，进而使得地层强度及稳定性得到提升，并通过此来隔绝施工地段与地下水，从而确保地下工程施工的顺利进行。

2.4 注浆法

所谓注浆法，是指一种通过压力降可固化浆液注入土体空隙、裂缝，或是将其压入接收端头土体中，进而增强端头土体强度。根据盾构端头土质、水文以及周边建筑物等现场情况，可以选择适宜的加固方式，有利于确保安全、质量，有利于加快进度、节约成本。

3 冻结法与水平注浆组合应用

3.1 工程概况

天津地铁6号线西青道站～南运河站盾构区间起于西青道快速路隧道下方的西青道站，止于芥园道的南运河站，西～南区间采用两台盾构先后从南运河站左、右线始发，西青道站接收。

区间影响范围内的地层主要包括人工填土层、新近冲积层、上更新统第三组陆相冲积层等。同时，区间内部初见水位埋深为2.00～2.50m，静止的水位埋深为1.30～1.70m。其表层地下水是一种潜水，主要是通过大气降水来补给的，并且通过蒸发的形式来实现排泄，对于其具体的水位，会随着季节的变化而存在一些差异。此外，通过本工程现场抽水试验结果可知，该承压水水头大沽标高大约为-0.207m。

通过对该工程涉及的所有因素、条件、限制进行详细的考虑之后，决定采用冻结法和水平注浆相组合的加固方法施工。

3.2 水平注浆施工

对于本工程的水平注浆，决定采用全断面分层注浆，如图1所示，纵向加固长度为11m，径向加固范围隧道开挖工作面、开挖轮廓线以外4m。

3.2.1 注浆参数

本工程注浆施工相应参数具体见表1。

3.2.2 注浆材料

本工程注浆材料采用的水泥—水玻璃双液浆，其中，水泥为普通硅酸盐水泥，水玻璃浓度为35Be，模数2.4～2.8，对于浆液配比参数，具体如表2所示。

3.2.3 注浆顺序

本工程注浆施工顺序主要采取从上往下的形式，并且按照间隔跳孔、先外圈、后内圈的顺序进行。

3.2.4 注浆工艺

①采用取芯钻机对衬砌结构（800mm）和地连墙结构（1000mm）进行取芯操作，本工程主要取芯厚度1700mm，并且预留外侧钢筋、保护层厚度100mm。②安装孔口密封装置。③通过钻机对剩余100mm部分地连墙混凝土进行钻取操作。④采用钻机正常的钻进，并且在钻机钻孔深度满足相关要求之后，进行注浆施工，但需要边注浆边后退钻杆，注浆压力控制值为2.0～2.2bar。除此之外，在进行钻孔注浆时，为了避免泥砂的大量流失引起地表沉降，当钻孔退钻之后，应当立即将注浆管接到孔口管上，尽快组织注浆作业，施工中可根据地质情况进行适当调整，确保注浆效果，提高作业效率。

图1 全断面分层注浆图

表2 浆液配比参数表

3.3 冻结加固施工

3.3.1 冻结孔布置

本工程水平冻结最外圈加固长度为9m，内层强冷冻加固体厚度为3.5m，盾构机洞门圈外围冻结厚度1.25m。对于水平冻结孔分三圈布置，具体见图2。

图2 冻结孔布置图

3.3.2 测温孔布置

本工程总共布设了5个测温孔，其中，C1、C2深度5.5m，C3、C4、C5深度11m，入土深度9m。这主要是为了对冻结帷幕范围不同部位的温度发展情况进行测量，为综合采用相应控制措施提供便利，保证本工程施工的安全性。此外，测温孔管材选用φ48×8mm低碳无缝钢管。

3.3.3 钻孔施工

本工程冻结管、测温管材料选用20号优质碳素结构钢。同时，在施工中，需要确保冻结孔开孔位置误差、开孔间距误差、冻结孔最大偏斜值均小于100mm，外圈孔不可内偏，所有钻孔都要进行终孔测斜操作，然后在此基础上，绘制钻孔偏斜图和各钻孔位置成孔图，确定补孔与补孔位置。

此外，在将冻结管下放之后，要进行水压试验，确保试验压力为0.8MPa。经试压30min内压力下降不超过0.05MPa，再延续15min压力不变为合格。冻结管下放长度大于设计深度，并且小于设计深度50mm。

3.3.4 融沉注浆

（1）浅层注浆（二次注浆）

在完成了接收段管片拼装、盾构接收之后，要通过吊装孔来进行单孔一次注浆，并将注浆量控制在0.5m3。在进行注浆施工之前，需要打开全部待注浆周围的注浆管阀门。注浆过程中，当相邻孔连续出浆时，要关闭邻孔阀门，并定量压入惰性浆后，之后就可停止本孔注浆，关闭阀门，对邻孔注浆。同时，当因注浆管内窜浆固结而引发堵管时，需采用加长冲击钻头钻通。此外，融沉注浆期间，地表构造物是测量监测的重点对象，此时需要根据地面变形监测结果情况，调整劳动组织，适时进行反复注浆，直至地面变形基本稳定。

（2）深层注浆

需要进行深层注浆的情况主要包括：浅层注浆完成后效果不佳或是钢环外维持冷冻管拔出时需要采用冷冻管洞封堵。同时，还要在孔内插入直径为32mm的芯管，并将其作为注浆管，芯管分4节，每节1m长，丝扣连接。注浆芯管前端部200mm为均匀花管。此外，当将注浆芯管下放到设定的注浆深度之后，开泵注5min，注浆量40L，注浆管向上提200mm，再注浆40L，注浆管向上提200mm。注浆管每提1m高，注浆量为200L，注浆压力不大于0.5MPa。当完成了单孔双液注浆之后，用惰性浆液封孔，以便复用，做好施工记录，便于后期处理作为施工依据。