软土地区富水砂层盾构接收技术研究

2016-10-20徐泽民

天津建设科技 2016年3期

□文/徐泽民

软土地区富水砂层盾构接收技术研究

□文/徐泽民

基于天津软土地区某盾构接收为工程背景，对富水砂层中盾构接收加固方案进行了研究，在接收开始前对加固效果进行了检验，分析了探孔漏水的主要原因并根据现场工程水文地质情况，采取了四项补强加固措施，同时在接收过程中采取二次接收工艺，顺利安全地完成左右线接收工作。通过以上的分析研究，得出的主要结论：高压旋喷桩在富水砂层中的成桩效果不理想，在粉质粘土层中可以达到预期效果；WSS垂直注浆在地下水流动状态下不易成桩；在周边环境较为理想的情况下，抽取地下水，降低承压水水头，对盾构安全接收是比较有利的。

盾构；砂层；注浆；接收；软土；富水

目前，我国许多城市都在进行大规模的地铁建设工作，盾构法进行区间隧道施工得到了广泛的应用，特别是在软土地区，但地下水处理是土压平衡盾构法顺利安全实施关键［1～2］。

盾构的始发与接收是盾构施工过程中需特别重视的风险源，其成功与否直接决定整条隧道能否顺利贯通，目前在实际工程中，采用的方法包括冻结法［3］、注浆法［4］、钢套筒［5］等，这些方法在工程中都取得了较好的效果，但针对一些特殊地质情况，需进行相应的完善。

本文以天津地铁某盾构接收为工程实例，研究端头加固技术及其实施效果。

1　工程概况

1.1设计概况

天津某地铁盾构接收车站地下3层，车站长160 m、宽21 m，端头井开挖深度23.3 m，标准段开挖深度21.3 m。盾构机始发后以28‰下坡，然后以22.3‰的上坡，以2‰进入接收车站。盾构区间采用管片衬砌内径5 500 mm，外径6 200 mm，宽度1 500 mm，管片厚度350 mm，采用错缝拼接方式。管片环纵缝之间采用弯螺栓连接，其中每环缝采用16个M30螺栓，纵缝采用12根M30螺栓连接。

1.2工程地质概况

天津地处华北平原，属海积、冲积低平原。接收地层为①1层杂填土；①2层素填土；④1层粉质粘土；④2层粉土；⑥3层粉土；⑥4层粉质粘土；⑦层粉质粘土；⑧1层粉质粘土；⑧2层粉土；⑨1层粉质粘土；⑨2层粉砂；⑩1层粉质粘土。接收洞身围岩主要为⑦粉质粘土、⑧1粉质粘土、⑧2粉砂。

第一承压含水层为⑧2层粉砂，该承压含水层水头大沽标高为0.12 m。⑩1层粉质粘土为该承压含水层隔水底板。第二承压含水层为2层粉砂，该承压含水层水头大沽标高为-1.02 m，3层粉质粘土、⑩1层粉质粘土为承压含水层隔水底板。第一、二层承压水间隔水层厚4.65～10.1 m。

1.3周边环境

接收端管线主要有端头井东北侧110 kV的高压线杆，经实际调查确定为停用线路，距离加固区最近处为2.1 m，距端头井最近距离为6.5 m，高压线距地面高度为12 m，影响端头加固，周围无其他管线。

2　盾构机选型

根据工程特点，左右线均选用φ6 450 mm海瑞克盾构机进行施工，区间特点与盾构机参数见表1。

表1　区间工程特点与盾构机参数

3　接收加固方案

3.1设计方案

接收前对工作井端头一定范围内的土体进行加固，采用搅拌加固、旋喷包角的加固方式。三轴深层水泥搅拌桩加固桩径为850 mm、间距为600 mm、搭接250 mm，高压旋喷桩加固桩径为650 mm、间距为450 mm、搭接200 mm。搅拌桩加固隧道左右各3 m、上3 m、下4 m范围内为强加固区，隧道顶3 m以上至地面范围为弱加固区，见图1和图2。

图1　端头井加固平面

图2　端头井加固剖面

强加固区及旋喷桩加固区土体经加固后应有很好的均质性、密封性、自立性，要求28 d龄期无侧限抗压强度≮0.8 MPa，渗透系数＜10-8cm/s，弱加固区土体加固后土体强度不得小于该处原状土土体强度。

3.2加固效果分析

加固完成后，盾构接收前，对加固体进行取芯检验，水泥土取芯试件尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，龄期为40 d，取6组试件，得出平均抗压强度为1.3 MPa，满足设计要求。

为进一步检验加固效果，对洞门进行水平探孔，探孔深度3 m，打穿连续墙达到加固区，实际发现存在漏水现象，及时将阀门关闭，进行分析。

探孔漏水主要是因为盾构接收端头加固施工质量不易控制，车站为地下3层站，盾构接收地层处于粉砂和粉质粘土层内，其中粉砂层比较坚硬，端头加固所采用旋喷桩在此地层中成桩困难，导致端头加固探孔时出现漏水，见表2。

表2　盾构穿越地层基本特性

4　补强加固方案

针对探孔漏水情况，对接收范围的土体进行二次加固处理。

1）在原加固区周边采用WSS双液注浆一圈形成止水帷幕，见图3。注浆孔深23 m（深入粉质粘土层1.5 m），采用水泥-水玻璃双液浆，压力2.2 MPa，起到阻止周边承压水进入盾构接收区的效果。

图3　WSS注浆加固平面

2）洞门范围斜向注浆。加固范围地下连续墙往外4 m，确保加固效果，保证洞门破除时加固土体的安全。洞门范围水平注浆只注入洞门下半环区域，底部孔距400 mm，靠近两侧孔距800 mm。注浆深度为地下连续墙往加固体4 000 mm（根据打孔取芯情况确定），注浆孔与隧道轴线呈20°向周边放射型布设，注浆压力1.5 MPa，见图4。

图4　斜向注浆剖

3）双高压旋喷加固。在地下连续墙向外600 mm范围增打一排双高压旋喷桩补强加固，见图5。

双高压旋喷采用φ800 mm@600 mm，喷浆压力30 MPa，提升速度100 mm/min，一遍复喷，复喷时提升速度150 mm/min。

夹缝处理措施为首先在夹缝两端采用WSS双液注浆进行封堵，然后采用两排双高压旋喷，桩间距500 mm，喷浆压力30 MPa，提升速度100 mm/min，两遍复喷，复喷时提升速度150 mm/min。

4）应急降水。在端头加固区外布设8口降水井，见图6，盾构接收时应急降承压水。端头注浆全部完成后进行降水井施工，降水井深度25 m，水平间距5 m，隧道下方5 m，并伸入粉质粘土层3 m。

图5　斜向注浆

图6　降水井平面

采取补强加固措施后，再次对洞门进行探水，发现并无明显渗漏水情况，满足盾构接收的要求。

5　盾构接收前准备工作

5.1盾构姿态复核

当盾构机施工进入盾构到达范围时，对盾构机的位置进行准确测量，明确进洞隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，同时对接收洞门位置进行复核测量，确定盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划。纠偏要逐步完成，坚持一环纠偏≯4 mm的原则。

以左线接收为例，左线设计463环，准备接收时，左线盾构机位于449环，经测量盾构机水平偏差为前-16 mm，后-7 mm，垂直偏差为前15 mm，后-11 mm。盾构姿态均符合要求，洞门中心水平偏差-20 mm，垂直偏差-30 mm，符合要求。（注：水平偏差“+”代表向右，“-”代表向左；垂直偏差“+”代表向上，“-”代表向下）。

5.2管片拉结

盾构机到达掘进阶段，盾构推力减小，当隧道贯通后，盾构前方没有了反推力，将造成管片与管片之间的环缝连接不紧密而产生漏水，因此必须采取有效的措施保证最后管片的拼装质量，在接收基座上焊反力块用来增加盾构机的反推力。在最后11环管片用槽钢在吊装孔位置进行拉结，防止管片松动。

5.3洞门破除

盾构机切口进入加固层后，降低盾构正面推力。在靠近洞门30 cm时，停止推进，将切口正面推进压力值降至最低（在盾构千斤顶降低推力前对盾尾处的几环管片的纵向螺栓进行紧固），土仓泥土尽可能出空，然后进行洞门凿除。洞门凿除分三步进行，第一步凿除内层钢筋，第二步凿除中间混凝土，保留最外层钢筋，洞圈内止水钢板焊接，第三步盾构顶上结构后再次凿除，洞门凿除完成后准备接收。

6　二次接收工艺

6.1盾构机刀盘抵达连续墙

盾构机掘进第458环、行程达到800 mm时，刀盘抵达连续墙，此时将盾尾后的管片空隙用同步注浆填充密实，对453和454环进行二次注浆，用双液浆将管片与加固体之间的空隙封闭，同时通过盾体的径向注浆孔注聚氨酯，防止地下水顺着管片外空隙和盾壳外空隙进入加固体内。

6.2焊接洞圈内弧形钢板圈

由于接收井洞圈直径与盾构外径存有一定的间隙，盾构外径6 450 mm，洞门圈内径6 700 mm，间隙单边125 mm。因此盾构进洞前，在洞圈内焊接一整环钢板，缩小盾壳与洞圈的间隙，同时塞填海绵条防止盾构进洞时洞圈产生漏水、漏泥等问题。钢环四周均采用2道5 mm厚、20 cm高的弧形板，钢板之间填充180 mm×200 mm的海绵条。

6.3盾构一次接收

当盾构机掘进第460环、行程达到700 mm时，刀盘出洞门圈边缘后，停止推进，立即在洞门圈上与盾壳之间焊接一整圈弧形钢板，焊接完毕后用速凝水泥封堵弧形钢板、钢圈之间的缝隙。

洞圈封堵完毕后，根据洞门渗漏水情况确定是否注双液浆，若无渗漏则不注浆，快速掘进，若漏水则从455和456环利用管片吊装孔进行壁后填充水泥-水玻璃双液浆注浆，水泥浆配比为1∶1，注浆压力0.2 MPa。

6.4盾构二次接收

待浆液凝固后继续推进直至盾构机全部上接收基座，盾尾脱出洞门圈后，再次用弧形板封堵洞门圈与管片之间，然后开始洞门密封注浆，完成二次进洞。

通过采用以上措施，左右线均顺利、安全的完成接收工作。