长春地铁富水砂卵石地层常压开仓加固技术

张雨来

（中铁十八局集团第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

1 工程概况

长春某地铁盾构区间左线YDK15+697（591环）因设备原因造成掌子面与掘进作业面联通，导致隧道内涌水涌砂，将操作室前方作业空间呈坡面覆盖。盾构刀盘位于地下通道出入口楼梯下，盾尾在广场北路西侧路缘石位置。

盾构停机周边管线主要分布为：南北走向、东西方向管线布置，南北方向主要有10kV强电、弱电、电信、监控、路灯；东西方向主要有电信、雨污管道。

盾构停机位置处于圆砾、强风化粉砂质泥岩、强风化粉砂质泥岩的上软下硬地层，盾构刀盘底部标高为-1.9m，盾构埋顶深约17m，沿掘进方向强风化岩标高为-0.52～-0.59m，中风化粉砂质泥岩标高-1.19～-1.32m，刀盘入岩约1.4m。地下水位标高约15m，地下水位于隧道上方11m。

2 盾构修复方案必选

经过初步的原因分析，盾构设备最有可能出现故障的原因有2点：一是中心回转体故障；二是螺旋机底部检查口被磨穿或盖板脱落。基于设备保护及损坏原因分析，需要对盾构停机位置土体进行加固止水措施，以达到清理盾构内部砂子、泥岩，检修盾构设备的目的。加固需达到能常压进仓作业的效果。经过多次召开专家会议评审地面加固、冷冻等方案，在地面加固方案中又必选了旋喷桩加固、三轴搅拌、全回转钻机素桩等施工工艺，确定最终加固方案为：化学注浆+三轴搅拌+降水井的加固措施。

3 施工方案

3.1 盾构周边进行化学浆液注浆

盾构顶部土体因洞内喷涌出现坍塌，土体经过扰动后重新分布，因此盾构顶部及周边的土体比较松散，后期进行盾构周边的三轴搅拌施工极易产生浆液流窜。为确保盾构盾体不被三轴搅拌浆液包裹，在三轴搅拌体和盾体间首先进行化学浆液注浆，盾构前方注1.7m厚度的化学浆液，盾体两侧注1.2m厚度的化学浆液，如此可起到隔离和止水作用［1］。

具体施工如图1所示。刀盘前方布置2排化学浆液注浆孔。距离刀盘前方60cm布置第一排化学浆液注浆孔，第二排距离第一排50cm，2排呈梅花形布置。静压化学浆液注浆的加固深度至中风化岩面，顶部至水位线上2m。

图1 盾构周边注浆区域布置图

3.2 地面三轴搅拌桩加固

地面加固采取ф850@600mm三轴搅拌桩加固。化学浆液因采用速凝浆液，因此施工完后可马上进行下一步的三轴搅拌桩施工。三轴搅拌桩桩体与静压化学浆液加固区咬合20cm，三轴搅拌桩施工深度至中风化岩面，顶部至水位线上2m。

施工顺序：因上行线盾构将穿越下行线停机位置，上下行之间需进行隔离措施，因此先施工盾体南侧三轴搅拌，后因场地原因由东向西倒退施工，最后施工刀盘及前方三轴搅拌桩［2］。

施工方案调整：刀盘前方最外侧4排三轴搅拌因地层中卵石粒径及含量较大，出现多次卡钻等情况，且施工进度较慢，后调整为三重管高压旋喷桩。具体加固如图2所示。

图2 地面三轴搅拌桩加固平面图

3.3 盾尾止水帷幕施工

盾尾管片位置止水帷幕采用ф850@600mm三轴搅拌桩+静压化学浆液2种方式。盾尾位置3排ф850@600mm三轴搅拌桩作为盾体顶部0.5～1.0m（具体数值通过试验确定）外的土体固结及止水帷幕，为确保施工时不破坏管片，因此加固深度至隧道顶部0.5～1.0m（具体数值通过试验确定），隧道顶部及盾构周边止水采用化学浆液注浆作为止水帷幕。

3.4 盾首土体固结及止水帷幕施工

盾体刀盘前方1.5m+刀盘、前盾顶部范围内参考盾尾上部止水帷幕方式进行施工，如图3所示。

3.5 盾体两侧二次静压化学浆液注浆补强

因盾体下部存在弧形区域属于注浆盲区，为解决此位置的渗流通道，对盾体两侧进行二次静压化学浆液注浆，注浆压力可调大至1.5MPa。如图4所示。

3.6 降水井施工

盾体两侧各布设2口φ600mm降水井（后因南侧无水减少1口），刀盘前方设2口φ600mm降水井，兼做施工观察井使用，用于抽排施工中渗漏进来的水，截排水体流向刀盘方向。降水井深度入中风化岩2m。加固区以外盾体两侧各布置3口减压井，以降低加固区内外的水压差。

图4 盾体两侧渗水通道止水帷幕补强示意图

4 洞内辅助措施

（1）止水环箍。对台车范围内的所有管片（设备无遮挡的注浆孔）进行二次双液补浆密封，对1、2号台车连接位置的管片的16个注浆孔全部进行二次补浆，以形成成圈的止水环箍，防止管片后部的水流入前方并保证前方土仓内土体的稳定性。随着洞内砂子清理至操作室前面时，此位置可进行封闭成环注浆［3］。

浆液配合比：水玻璃∶水=1∶2（体积比）；水泥∶水=1∶1（质量比）；水泥浆∶水玻璃=1∶1（体积比）。注浆以压力控制为主，压力控制在0.3～0.5MPa，止水环施作的压浆量根据压力值而定，达到注浆设计压力后，维持此压力3～4min即可停止注浆。

（2）管片加固措施。管片背后二次补浆完成后，对盾构台车范围内的管片螺栓进行二次复紧。并将台车设备桥范围内外露管片进行8mm角钢焊接拉紧（状态与接收段管片角钢拉紧相同），每环管片的角钢拉紧不少于4道。

5 施工工艺及参数要求

（1）化学注浆。

化学注浆采用静压双液注浆，施工钻孔和喷入浆液时的方法一样，都是采用直径为φ50mm双层钻杆，在钻杆的端头装有管内混合器，使注浆材料充分混合。用注浆泵将A、B两液分别压入外管和内管，并在二重管的端头混合室混合，通过滤网在水平方向实行喷射，使浆材浸透到地层中。

注浆：将压力严格控制在0.4～0.6MPa范围内，注浆时还应密切关注浆液流量。当压力突然上升、下降，地面溢出时，应立即停止注浆。

材料要求：注浆材料主要采用硫酸-水玻璃双液浆，水玻璃浓度为38～41°Be′，浓硫酸浓度98%。配合比：A液∶水玻璃：水=1∶2（体积比）；B液：硫酸∶水=1∶4（质量比）；A液∶B液=1∶1（体积比）。

（2）三轴搅拌桩。

三轴搅拌桩位保证咬合质量采用套打一孔工艺。因盾构通过区为砂卵石地层，卵石间孔隙率较大且水含量丰富，盾构底部为泥岩，为卵石层保证止水效果及卵石与泥岩交界面的止水效果，在水泥浆液中掺加3%～5%的膨润土，在盾构范围内延长搅拌时间，搅拌至底部时停止搅拌进行静止喷浆8～10min［4］。

6 效果验证

（1）化学注浆加固效果。清理中盾过程中发现有化学浆液渗入盾体内，但未有水泥浆液渗入盾体内。通过后期的开仓观察，土仓内有大量化学浆液，但并未发现水泥浆液渗流进土仓，因此判断化学浆液起到了隔离及止水效果。

（2）三轴搅拌桩。通过三轴搅拌取芯效果来看，加固效果满足施工需求，桩体较完整，且抗压强度达到了设计需求的1.5MPa，通过土仓内土体清空后发现桩体加固效果较好。

（3）开仓效果。在长达8天的常压开仓时间中，常规的地面加固措施无重大风险出现，过程中虽出现小股的渗漏水情况，但预期的设备检修按期完成。

7 结论

在富水砂卵石地层采用常规地面加固措施进行常压开仓的技术选择是可行的，在地面加固中需加强施工过程控制，严格按照施工参数进行，加固效果完全能满足常压开仓需求。

［1］ 喻涛锋. 前进式水平注浆加固在天津软土中的应用［J］. 隧道建设，2011，S2：33-34.

［2］ 黄相锋，张立波，张心灵. 袖阀管深孔注浆在地铁隧道暗挖施工中的应用［J］. 山西建筑，2012，27：31-32.

［3］ 赵福善. 半断面法超前周边注浆在煤层采空区治理中的应用［J］. 兰州交通大学学报，2014，01：44-45.

［4］ 李泉新. 煤层底板超前注浆加固定向钻孔钻进技术［J］. 煤炭科学技术；2014，01：56-57.