软粘土层盾构接收井端头加固技术研究

(中铁十八局集团第四工程有限公司 天津 300350)

一、引言

盾构法具有以下显著优点：(1)无需拆除地面建筑，因而对地面交通及周边环境的扰动较小；(2)施工速度快、质量好、效率高；(3)作业安全，可保证人、物安全。

鉴于以上优点，盾构法施工在地铁建设中的应用愈来愈广。

在盾构施工过程中，若遇到松散砂土层，或是含水率较高的软黏土层等自稳和防水性能较差的软弱富水地层，当盾构到达掘进端头进入接收井时，由于其壳体与接收井洞门之间不能实现完全紧密贴合，从而造成一定的环状空隙。在渗水作用下，外侧的土体会随水流穿过空隙而进入接收井内，导致涌水、涌砂，严重时还可能导致坍塌等危害[1]，影响施工进度。因此，作为盾构法施工的关键，必须认真对待盾构的接收。本文将以天津地铁六号线人民医院站～长虹公园站(左线)盾构区间为例，探讨在软弱富水地层的条件下，盾构接收井端头加固的技术。

二、工程概况

(一)工程概述

区间左线隧道全长733.745m(489环)，右线隧道全长734.126 m(490环)，该线路的设计里程为DK18+380.000～DK19+114.126；区间左右线隧道总长1467.871m；该区间内，最小曲线半径为2000m，线间距为11～15.6m，区间隧道设置为单面坡，最大纵坡-11.909‰，隧道覆土约10.9～18.56m。区间隧道设联络通道一处。

人民医院站南端头井为人民医院站～长虹公园站盾构区间的接收井，为地下2层站，基坑端头井围护结构采用地下连续墙。

(二)场地环境

接收井到周边各种建筑物的距离较远，其中距离最近的为花莲里3#楼，两者相距18.6m。由于加固施工噪音较大，为了避免影响附近居民，故每天施工时间定为6:00-22:00。具体场地环境如图1所示。

图1 人民医院站接收井周边环境

三、施工工艺

(一)施工准备及测量放样。(1)场地清理。在进行施工前，必须先进行场地的清理，使清理后的场地整平，并按照技术规范要求填写相应的报验单，待监理工程师核对后签字确认，方可实施下一步工序[2]。(2)布桩图。根据设计图，合理布桩[3]。(3)测量放样。施工前，需要同甲方和监理工程师一起，对设计单位移交的导线点和水准点进行审核，确认没有偏差后方可使用。测量人员向监理工程师申报复核抽查，按要求填写相关测量放样报验单，交由监理工程师审查、确认、签字。(4)材料。用于施工的水泥材料的质量和规格必须符合设计要求，并要求出厂质保和出厂试验报告，运到工地的加固料(水泥)，需要对其质量进行抽样检查，抽样试验的频率根据规范要求来执行。检查后的结果报告给监理工程师，并在投入使用前得到其确认、签字。(5)水泥土强度试验。在施工前，需要详细了解各施工现场的地质情况，并根据不同的现场调查结果选取有代表性的土层位置，钻孔取出一定数量的试样土，从而验证软土的性质和该工程所设计的水泥土(搅拌桩)强度是否能够满足要求[4]。各项试验的结果按要求写成书面报告，交由监理工程师审查核实，若与原地质钻探资料和设计要求不符，则通知设计方进行更改。

(二)三轴水泥搅拌桩施工工艺。三轴水泥搅拌桩施工工艺的流程图和施工工序图，可参照图2所示。

图2 三轴水泥土搅拌桩施工工艺流程图

对于水泥土搅拌桩，其施工程序如图3所示：

图3 水泥土搅拌桩施工程序示意图

(三)双高压旋喷桩施工工艺。本工程旋喷桩所利用的是双高压喷射注浆装置，该装置包括高压泵和注浆钻机，它可以通过超高压水泥浆切割周围的土体，并将水泥浆与土体混和，使之成为一个整体，即水泥土桩体[5]。

该工艺的主要过程，就是对土层进行两次切削破坏：①上段超高压水和压缩空气的复合喷射流体切割土层；②下段超高压浆液和压缩空气的复合喷射流体在第一次切割的基础上，再次切割土层。

操作要点如下：钻机就位：钻头与孔位中心对齐，钻机做好水平校正，其钻杆轴线和钻孔应垂直对准中心位置，以保证钻孔的垂直度。(1)钻孔：钻孔前，先检查管路、密封圈和丝口连接等，确保各项内容都符合标准。茶馆到达地层预设的深度，先进行高压试喷，根据现场情况调整各项参数，直到满足要求后方可进行正式喷浆作业。另外需要注意的地方，即射水和插管同时进行，且必须保证水压不超过1MPa，以防止喷嘴被泥浆堵塞。(2)喷射作业：及时核查注浆的流量Q、压力P、旋转提升速度v等主要参数，确保作业的流畅性和安全性。(3)冲洗：喷射达到设计高度，即宣告旋喷结束，之后需清洗各机具设备，保证注浆管内没有水泥浆残留。(4)移动机具：把钻机等机具设备移到新孔位上。进行下一根旋喷桩施工。

四、旋喷桩质量问题及应对措施

以下即为施工过程中，可能出现的各种问题，为保证施工质量，需根据其工艺特点和当地的工程地质状况来采取相应的应对措施。

(一)固结体强度不均匀、缩颈。(1)产生原因。①在勘察施工现场的地质条件后，没有根据现场状况对喷射方法和机具进行合理选择。②喷浆设备出现故障中断施工。③拔管速度的快慢、旋转速度的不同、注浆量的大小不一，这些看似无关的细节处理，都可能直接导致桩身直径的变化，从而导致浆液有多有少。④浆液未与土粒搅拌充分。⑤当盾构穿越粘性土时，遇到的土质较硬，则会产生颈缩。(2)预防措施及处理方法。①制定不同的喷浆方案，使用不同的施工机具，以满足不同的设计要求和地质条件。②在喷浆前，先进行压浆试验，保证其一切正常后，再进行配浆、喷射，使施工过程保持连续，不被中断。③及时调整喷嘴的转速、提升速度、喷射压力和喷浆量。④采用定位旋转喷射(不提升)或复喷，以此来扩大桩径。⑤控制浆液的水灰比及稠度。

(二)压力上不去。(1)产生原因。①安装安全阀和管路时，接头处的密封程度不够，导致泄漏。②泵阀损坏，油管破裂漏油。③安全阀的安全压力过低。④吸浆管内留有空气。⑤密封圈泄漏。⑥塞油泵调压过低。(2)预防措施及处理方法。①停机进行检查，确认一切正常后，再让压力自然上升。②与此同时，用清水进行调压测试，直到满足要求。

(三)压力骤然上升。(1)产生原因。①喷嘴堵塞。②高压管路未完全清洗，有浆液沉淀或其他类型的碎屑，导致管路堵塞。③泵体或出浆管路有堵塞。(2)预防措施及处理方法。①停机→卸压→检查。②若喷嘴被堵，则提升钻杆并用铜疏通。③因其他原因而导致的堵塞，需将接头松开进行疏通，待堵塞消失后再进行旋喷。

(四)钻孔沉管困难偏斜、冒浆。(1)产生原因。①当地下存在已埋设的物体，会导致地面不平实，使钻杆的倾斜度超过标准值。②与实际需要的量相比较，注浆量过多或者过少。③注浆量太大。④有效喷射范围未满足要求。(2)预防措施及处理方法。①在放桩位点时，先进行勘探，当遇到地下埋设物时，先将其彻底清除，若难以清除，则需要合理改变桩钻孔点。②喷射注浆前，先对场地进行清理，使其平整，控制钻杆的垂直倾斜度保持在0.3%以内。③为减小出浆口的孔径，同时提升喷射能力，采用侧口式喷头，使浆液量满足实际所需的量，以此减少冒浆情况的发生。④控制水泥浆液配合比。⑤利用速凝剂加快固结。⑥若某地段存在间隙，增大注浆量，在填满空隙后再继续旋喷。

五、结论

作为盾构施工过程的关键阶段，尤其当接收井端头周边存在软弱富水地层时，在接收端进行加固显然是十分必要的。本文通过对天津地铁六号线某盾构区间所采用的加固方案分析、讨论，得到了最优的加固措施——即采用水泥搅拌桩与双高压旋喷桩结合的接收井端头加固措施。

经过工程实践的证明，该措施对软弱富水地层盾构接收井端头的加固有良好的实际效果，且针对各种可能出现的问题，提出了切实可行的预防措施和解决方案。近些年来，各种加固措施相继用于盾构施工中，既保证了工程的安全性，又大大提高了施工效率、延长了各种器具的使用寿命，从而降低了成本，节省了很多不必要的人力、物力。

显然，在接收端进行加固，是未来盾构施工的大势所趋，本文对此进行了详细的介绍，并提出了新的问题、新的挑战，也对日后类似工程提供了可以借鉴的经验。