盾构端头水平加固施工技术研究

李月文

（中铁二十二局集团轨道工程有限公司，北京 100000）

1 工程概况

江岭站-东纵站区间采用盾构法施工。区间最小线间距10.1 m。区间纵断面采用“V”字坡，出江岭后左右线以分别以4.389‰、4.406‰上坡接入东纵站。区间最低点至江岭站采用水沟反坡将废水排至车站内部集水坑。区间穿越的地层主要有：6-3-5卵石层、6-3-2中粗砂、6-3-3砾砂、6-6含砾粉质黏土。区间覆土厚度为4.7～11.43 m，其中下穿赤坳河段段覆土最小。区间左右线均从江岭站大里程端始发，东纵站小里程端接收。为保证盾构机进出洞的安全、正常的掘进方向、洞口的止水要求，在盾构进出洞前应在一定范围内的地层进行加固和止水。本区约间江岭站为盾构始发端头，在车站内实施TSS后退式水平注浆，长度6 m。本区间东纵站为盾构接收端头，采用∅600@450双管旋喷桩加固方式，加固长度L为8 m，隧道顶以上3 m，隧道底以下2 m。具体加固范围如下图：

图 1 江东区间始发端端头加固平面图

图 2 江东区间始发端端头加固剖面图

1.1 盾构区间端头加固的目的

盾构始发和接受。断裂破坏结束半年后，土壤应力暴露作用结束，地层应力状态发生平衡化破坏，土体结构、荷载作用和应力分布变化，端部段土体还可能同时发生应力滑移或破坏。对于含松散的砂土、粉土、饱和细软土块等自失稳性时间一般较围岩短一些的软弱土，必须采取措施加强软弱地基体系的加固。最后一步的地层爆破加固法的成功实施，是为了有效防止临时围护岩体结构造成的地层爆破的振动破坏效应，土压力的合理建立，可以改善使开挖围岩具有自身结构的相对稳定性能和有效防止岩溶地下水层的大量流失，防止开挖岩面崩塌、地面沉降、塌陷等。结束加固工作的一个主要目的可达到以下几点：（1）加固土的整体稳定性满足要求，其中包括：加固土的整体稳定作用下的振动稳定性，即当振动干扰对洞门破坏土的影响。土体的静力稳定性，包括施工周期的稳定性和长期稳定性。（2）加固土以满足强度要求。（3）加固土以满足堵水和渗透的要求，特别是对富水砂土层。（4）加固土以满足变形特性的要求。端部土体加固是盾构施工和技术的核心环节，端部的破坏和倒塌是盾构施工中常见的事故。终端的地质、管道状况深入调查深入调查的前提下，对端头加固方法的选择，对加固范围的确定，对加固效果的准确判断和必要的检测是盾构始发、到达成功的关键。

1.2 主要加固方法对比

不单论具体采用的哪几种地基施工工法，都还必须仔细考虑到地基条件、施工作业方法、周围工作环境情况，充分研究掌握好各种基础施工技术方法本身的基本特点后而慎重加以采用。对各种工法特点、适用的条件及它们对工程环境的影响、安全性、工期要求与施工造价要求进行了详细对比。

（1）深层搅拌桩法（SMW）。这种填埋方法它的两个主要经济特点是对环境污染危害小，废土外运量比较小；施工抗渗性很好；并且施工中噪声衰减小、振动噪声小，对人体环境健康影响很小等等；水泥土的后期开挖强度相对增长较快，给后期盾构工切削开挖土体时带来一些困难，适用于各种复杂土质。土体材料的冲击强度高、抗渗性也好，较为牢固安全，而且建设工期普遍较短，造价水平相对亦较低。

（2）高压旋喷桩法。这种新支护方法有明显突出的岩土工程特点，即支护施工及设备构造较为简单、操作也比较直观方便、施工过程所须占用的空间面积会相对较小，节约很多资源，也可调整旋压喷砂注浆机系统参数值或通过直接或改变浇注混凝土工艺，可实现基本的保证已浇加固桩体质量精度要求达到一致精度；并且还能可控制支护桩体位置倾斜方向范围和水平垂直倾斜范围，搭接方式相对更加紧密且稳定可靠，因此可很适合用于加固国内大部分地层边坡。然而当水浇混凝土加固在边坡深度大于面基高约15 m以上条件情况下的使用边坡时，难以达到充分并保证地基与桩体表面垂直的一定的垂直度。这种混凝土工程方法对所能加固的边坡土体强度系数虽已很高，但由于自身的抗渗击的性能仍差。工期有可能较短，但其造价较高。

（3）注浆法。这种支护方法因施工的设备较为简单，便于工人操作，造价也低。由于占地面积相对小，噪声压低和设备振动噪声小，由于对设备周围地形环境条件影响也小些，土体的加固与质量尚不能充分保障，所以在泥水平衡盾构中不宜采用。而且由于这种施工方法对加固层质量都不能完全保证，不宜用于单独建筑使用，风险较大。

（4）冻结法。冻土强度高，止水性能比较好。改良效果好，但是施工维护周期太长、造价很高。冻土优良的耐融沉性能力和耐冻胀性，对施工地面的沉降力影响范围较大，同时适用于施工高水压砂层，在越江工程隧道设计中已较多采用。冻结土质量安全有一定保证，强度结构和结构抗渗水性能均好，施工时比较容易且安全。但是由于工期很长，造价高。

（5）降水法。这种开采方法井点的布置相对灵活、操作较方便快捷，施工的操作过程快，见效也快一些，能降低开采地下水并对地面的沉降量有直接影响，还可供多次重复使用，造价低，个别井管故障不会影响整个系统。安全性等级较高，降低建筑物地下的水位，可供与工程其他水工建筑配合起来使用。而且施工快，造价低。

（6）关于土压盾构与泥水盾构的考虑。第一，土压平衡式盾构，对于不稳固的土层岩石（土）的构造不适宜，可采用开式网格法进行降水控制。第二，要确保土壤压力的稳定性。在盾构工程中，土壤土压力平衡问题是一个很大的难题，必须对土壤的地质情况进行分析，并对其进行有效的控制。第三，是泥水平衡盾构，不稳固的软质地表，由水砂层、粘土层、冲积层组成。通过对这些问题的分析和对比，提出了在不同地质条件下，如何选择不同的盾构形式，这是今后的一个重要课题。

（7）始发台、盾构机体进行加固处理。在施工中，对于始发平台和盾构本体的加固，是因为始发平台在启动时，会受到纵向和横向的推力和限制其转动的力矩，从而确保了整个启动过程的顺利进行。由于盾构始发工程需要有后支承，所以在隧道和结构的内衬中使用了管片作为后部支承系统，而盾构的后部是7个负环的管片。在负环后的第一个圈内设有钢条，后面的支撑强度都经过了检验。在完成一定距离后，在达到要求的反力后，将负环拆除。

因为隧道出入口和盾构（或衬砌）之间有施工间隙，容易导致泥浆、水分的损失，进而导致地面塌陷，必须在隧道入口处设置启闭式止水器，其起动结构由帘布橡胶垫块、圆环挡板、折叠底板及其相应的连接紧固螺钉、垫块构成。按帘布橡胶垫块、弧形板、折叠底板，从上至下顺序进行。在安装时弧形板的压板螺钉连接须可靠拧紧，以使帘布与橡胶垫块更贴近洞门，以避免在盾构始发后的同步注浆中浆液渗漏。

2 TSS后退式水平注浆施工技术

2.1 施工方法

2.1.1 注浆管布设

首先架设作业平台，根据设计图纸在工作面上将注浆管孔位用红色油漆标出，用0.5 m立杆按开孔位置相对坐标，相对距离定位技术进行钻杆定位，采用YT—28风钻（或7655风钻），用1 m钻杆对地连墙进行钻穿引孔。钻进时要使用一次性钻头。手持风镐，利用作业平台，用冲击套将注浆管顶入地层，注浆管外露10～20 cm。注浆管布设后，使用棉纱加速凝水泥砂浆将注浆管周围填封，以避免注浆施工中产生返浆。解决砂卵石地层注浆管成孔、布管过程中涌水涌沙问题。钻孔前应进行现场放线定位，避开地连墙玻璃纤维进行钻孔。部分与围护结构冲突部分采用斜向打设。

2.1.2 配置浆液

（1）超细水泥浆的配制。根据预配制水泥浆的体积，根据水灰比和缓凝剂掺量计算出应需要的超细水泥、水和缓凝剂的用量。根据用量，首先在容器中加入水和缓凝剂，强力搅拌，待缓凝剂充分溶解后，加入超细水泥，强力搅拌，混合均匀。（2）水玻璃浆的配制。在浓水玻璃中加入水，加水的同时还要搅拌和用玻美计测试其中浓度，以达所需要的稀释浓度为止。施工中使用水玻璃浓度为35Be’。

2.1.3 注浆作业

注浆管全部布设完成后，开始进行注浆作业。采用TSS型注浆管配套设备，采用双液注浆泵，采取后退式分段注浆工艺进行注浆作业。

后退式分段注浆工艺：将带有止浆塞的芯管和顶管连接后插入到注浆管相应位置，顺时针旋转芯管上的法兰盘，使止浆塞膨胀，达到止浆效果。连接注浆管路，用双液注浆泵向孔内注浆，每次注浆段长选择为0.5 m，即第一段注浆完成后，反时针旋转芯管上的法兰盘，使止浆塞恢复到原状，将芯管后退0.5m，进行第二段注浆，如此下去，直至将整个注浆段完成。

应特别注意后退式分段注浆对止浆塞的损坏程度，如果在施工过程中发现止浆塞存在问题，应立即更换，以免引起注浆管堵塞，造成芯管无法拔出，影响正常施工。

2.2 施工工艺技术要求

（1）钻进时应采用一次性钻头、水平套管跟进钻进或手持风镐将注浆管顶入地层，TSS管布设后，采用棉纱+速凝水泥砂浆将TSS管周围封填，以解决砂卵石地层注浆管成孔、布管过程中涌水涌沙问题。钻孔前需进行现场放线定位，避开地连墙玻璃纤维进行钻孔。部分与围护结构冲突部分采用斜向打设。（2）注浆顺序采用“先周边、后中间”，隔孔注浆，加固土体强度不小于0.8 MPa，采用单孔注浆结束标准，注浆压力逐步升高，当达到设计终压并稳定10 min，注浆量不小于设计注浆量80%。 （3）在套管拔出距孔口3 m左右时，停止拔出，在该部位低压注浆。注浆结束后将套管完全拔出，在距孔口1 m左右用棉纱+水泥砂浆填充注浆管与钻孔之间的间隙。孔口用速凝水泥砂浆抹平。（4）TSS水平注浆应在主体结构施工前完成。注浆时应保证低压力、间歇式注浆。靠近污水管的注浆孔注浆时应严格控制注浆压力，注浆前应进行现场试验确定合适的注浆参数，注浆时应严格控制注浆压力，并根据主体围护结构及污水管监测结果做出适当调整。（5）污水管施工保护措施：在盾构推进前需进行抽排处理。污水管变形控制标准：沉降控制值为10～20 mm（累计值），变化速率为2 mm/d。

3 结语

地铁隧道盾构端头水平加固施工技术需要掌握各项技术要点，注意提高技术管理能力，对各项技术进行科学的管理优化。盾构端头水平加固施工技术是现代地铁车站工程施工中的一种先进施工技术。复杂地层条件下应用盾构端头水平加固施工技术时，可以根据工程地层结构特点选择合适的施工方式。同时，施工单位应加强对盾构端头水平加固施工技术的研究，根据地铁车站工程的实际情况制定科学合理的施工技术方案，准确把握各施工环节的技术要点，提高施工操作的标准化和准确性，确保施工质量和安全，从而为地铁车站工程建设提供重要的技术支持，促进我国现代城市地铁系统的快速发展。