盾构机始发与到达端头土体加固解析

王义鹏

（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京 100026）

0 引言

盾构机释放和达到前要做好端头土地加固，加固的主要目的是避免拆出洞口临时围护结构时破坏底层稳定性，避免地下水流入到工作井中，对工程施工和工程质量造成不良影响。土地加固是否成功，对盾构机的安全始发和到达会造成直接影响，通过合理方式对端头土地进行加固是确保盾构施工作业顺利开展的一项重要内容。对端头进行加固时，可以采取单种或多种方式相结合，这主要取决于地下水位、地质情况、盾构机型、施工环境等多项因素影响。同时，还要考虑施工作业的便捷性、经济性和安全性。

1 盾构法简介

盾构法是暗挖施工作业中采用的一种全机械化施工措施。具体施工期间，在地下推进盾构机械，利用盾构外壳和管片支承四周围岩，避免发生坍塌事故，以免影响工程施工进度，避免造成人员伤亡。同时，在开挖面前利用切削装置对土体挖掘，利用土地机将开挖中产生的土方运输到洞外，利用千斤顶在外部进行顶进，并拼装预制混凝土管片，最终形成隧道结构。合理应用盾构法，可以加快工程的施工进度，确保工程质量不会出现问题。

2 加固端头土体的目的

2.1 控制沉降避免坍塌。

始发、达到前通常要将洞口井壁混凝土凿除，将钢筋割断，保证盾构顺利进出洞。为了保证施工作业的顺利进行，工程质量能够达到要求标准，洞口混凝土井壁厚度≥80 cm，凿除作业费时长。在进行凿除作业时，要避免开挖面在空气中暴露时间过长而引起坍塌事故，或导致地表发生大范围沉降。

2.2 控制水土流失

盾构始发进入或穿过加固体时，在含水量偏高、卵石层等不同类型底层，盾构在进出洞时，容易造成水土流失，这会对工程的施工和整体质量造成直接影响。在应用水泥盾构时，水泥压力作用会导致加固体发生水土流失，使水泥无法处于平衡状态，如土地强度达不到相应的要求，在施工期间容易发生坍塌。

2.3 确保周边建筑和结构物的安全性

作业期间如在端头处存在管线、房屋、道路时，需要采取措施完成相应的保护作业。对工程整体情况进行全面分析，在条件允许的情况下，可以改变施工路线。对工程附近的房屋进行鉴定，过程中要拍照、录像，获取一手资料。

3 加固端头土地的范围

在进行土地加固时，土地强度不得过高，考虑到盾构机刀盘配置情况，要确保盾构机能够顺利切割加固体。实际作业期间，加固范围要依据实际加固方法和地层的具体情况而定，依据多年的施工经验，以及相关理论分析，如果在施工期间，采取一般搅拌桩方法进行加固处理，始发加固厚度通常≥6.0 m，加固长度通常≥3.0 m。需要注意的是，如果在实际施工期间遇到了特殊地层，在始发时要对抗渗等因素进行全面考虑，要适当增加加固宽度，如在粉细砂层中始发要增加约10.0 m，到达增加9.0 m。加固深度通常都在洞口门上部3.0 m，下部2.0 m 范围内，同时，还要适当增加砂层中底部深度，避免发生管涌现象。

4 端头加固常用的施工方法

端头加固是一项复杂工作，在加固时可以采取单种或多种方法相结合，以达到加固目的。

4.1 搅拌桩施工方法

该方法是软土地层常用的一种端头加固方法。在实际施工期间，通过应用搅拌桩，使端头土地凝聚力和内摩擦角发生改变，主要适合应用在粘土层、淤泥、砂层环境中。但该方法在砂层中应用的加固效果相对较差，将其应用在砂层中要与旋喷桩方法结合应用。该方法在应用时会受所用设备性能的限制，因此，加固层深度＞15.0 m 后取得的效果很差，优点是工程整体造价偏低。施工中容易出现的问题：加固作业容易出现中断、加固强度偏低，作业期间容易发生吊钻头问题。

4.2 旋喷桩施工法

该方法适合在砂层中应用，可以实现对砂层的合理改造，也可以在粉土、淤泥、粘土层中应用。但是，粘着力和砂砾地基的粘土有时无法形成质量过硬的改良桩，当施工深度＞40.0 m 时，该方法在应用过程中取得的效果差。其经常被应用在围护结构与加固体间隙的加固，以及角部加固作业中。

4.3 注浆法

该方法可以在不同类型的地层中应用，特别是在一些深度相对较深的砂质地层、砂砾层中，在地层较好的地段，施工期间可以将该方法与搅拌桩等施工方法结合应用，针对水量较小地段可以通过加固方式止水。在注浆时可以采取单液注浆或双液注浆，也可以采取跟踪注浆方式完成相应的注浆作业。从目前情况来看，在注浆作业中可以采用的浆液种类有很多，对施工作业中采用的浆液的选择要考虑适用性和经济性，在全面结合地质、地下水、施工环境的情况下，最终确定采用何种浆液。此外，需要施工人员注意，在对该方法进行应用时，要对灌浆引起的地基隆起问题进行科学处理。

4.4 冻结法

该方法适合应用在砂层、砂砾层、淤泥层中，该方法在应用期间的冻土强度高、止水性高，对地下温度情况进行测量，依据温度高度可以对冻土形成状态进行确定。冻结法是一种在施工期间加强管理就可以获取的方法，该方法具体应用具有较高的可靠性，冻土墙能够长期处于稳定状态，不易发生改变。需要注意的是，如果存在流动水层，则难以保证质量。如地下有水流动，将阻碍冻结的实现，因此，在对该方法进行应用时，要对地下是否有水流，以及水流的流速和方向进行确定。对于有水流的区域，应当检查是否依据计划进行冻结，依据检查获取的结果，采取相应措施进行处理。针对透水性大、地下水丰富的砂砾层，必须对地下是否存在水流进行明确，如果情况特殊，需要采取化学注浆法降低地下水的流速，或者达到截断地下水的目的。

在对冻结法进行应用时，需要相关作业人员注意冻土出现融沉和冻胀效应，这会对地面沉降和周边建筑物造成较大影响。融沉和冻胀情况受冻结规模、冻结时间、地基条件不同而存在差异，通常来说在砂砾层受到的影响小，而在粉砂和粘土受到的影响大。如能够预测到地基冻胀，以及因为解冻而引起的地基沉降对周围建筑造成不良影响，要依据冻胀与解冻沉降情况，采取合理的措施进行防护，并且要对是否采取冻结法开展施工进行探究。温水循环是控制解冻引起地基沉降的一种合理方法，施工中可以应用此方法，也可以采取化学注浆工程填充孔隙方法，实现强制解冻。融沉和冻胀持续较长时间，并且会对管片发生的沉隆变形情况造成影响，对于施工中采用的注浆液要具有良好的抗冻性，对于施工中采用的管片配筋要进行加强，后期还要对注浆进行二次处理。

4.5 降水法

降低地下水位也是施工中常用的一种方法，在一些特殊土质下，在工程施工期间，经常会出现地基沉降。因此，在施工前，要对地下水位下降可能会对周围地基造成的影响进行详细研究，对具体造成的影响进行明确。因此，通常在地下水沉降对建筑物造成影响较小的情况下对降水法进行应用。

5 端头加固相关问题分析

5.1 事故多发原因

通过对大量工程建设经验进行总结，端头土体加固过程中发现事故的原因主要有以下5 点：

（1）桩身在工程施工中发生了偏斜，加固体受外界环境因素影响出现中断，桩间存在不咬合情况，这会对工程施工开展造成不良影响。

（2）进行加固处理时，钢筋或注浆管有异物落入到隧道内。

（3）砂层施工作业中，采取的参数存在问题，无法达到预期加固效果。针对这一问题，在处理上可以采用试桩或调整的方式进行处理，常用的处理方式有二重管旋喷和三重管旋喷，以及单管旋喷。

（4）维护结构被过早破除，会导致施工期间掌子面长期暴露在空气中，或没有采取正确的方式对墙体进行拆除。拆除墙体是一项危险作业，存在围岩坍塌危险。在拆除墙体时，为了确保施工作业的顺利进行，墙体拆除要一小块一小块地进行，并且在该期间，要确保墙体拆除安装作业能够依据正确顺序进行。

（5）未采取合理措施对洞门进行密封处理，始发注浆等辅助措施存在问题。对于这些问题要采取针对性措施进行处理，降低事故发生几率。

5.2 检测端头加固效果

检测端头土地加固效果是降低工程施工安全事故发生的一项重要手段，因此要做好该项工作。检测端头加固的关键手段如下：

（1）检测竖向抽芯。进行该项检测的目的是对固体强度是否能够达到设计要求、是否连续进行判断，采用试验方式对固体强度、抗渗性能进行精准判断。在砂层中要注意加固保持良好的连续性，为了实现这一目的，抽芯率要超过90%。通常来说，抽芯位置要选择在桩间咬合位置处。在检测期间，要依据规范要求确定抽芯数量，为了确保检测结果的准确性，每个端头的抽芯数量≥1 根。

（2）检测水平抽芯。在洞门加固体内打多数水平探孔，对渗水情况进行观察，为了顺利完成检测工作，探孔数数量≥6 个，探孔要由中间向四周均匀分布。

（3）检测挖孔桩。在粉细砂地层环境下，完成相应的加固后，可以采用挖孔桩法完成检测工作。

（4）测温检测。如果采用了冻结法，可以采取测温法进行检测，在实际检测期间，要对冷却温度和速度进行确定。

6 结束语

端头土体加固是一项对技术要求很高的工作，与一般地基加固存在一定差别，这种差别不仅体现在强度要求上，而且也体现在抗渗透性上。在具体加固时，应当在满足工程具体要求基础上，对经济要求进行考虑，选择一种经济、合理的加固方法，完成加固作业。