大埋深盾构扰动地层中加固开仓技术的应用

陈恤良/CHEN Xuliang

（广东华隧建设集团股份有限公司，广东 广州 510020）

开仓换刀是盾构施工中常规施工步骤，盾构按计划位置提前做好加开仓准备称为主动开仓。被动开仓是指盾构掘进过程中，盾构遇到刀盘损坏、刀具磨损等情况时，需要开仓处理后方能掘进，与主动开仓相反。本文以珠三角水资源配置工程盾构施工中盾构穿越夹层段，遇到刀具脱落，需要停机被动开仓更换刀具，但由于刀盘上方地层扰动地面出现塌陷的情况，导致无法正常开仓。如何准确判断扰动地层范围，如何在扰动地层中加固并成功开仓，本文以实例进行分析，研究结果为相关工程提供参考。

1 停机概况

盾构推进时扭矩增大，开采石箱发现铁块，停机做止水环，检查发现在滚具脱落。洗仓过程掌子面右上方出现2m×2m 的空洞，右前方的来水量大且浑浊。采石箱、筛分渣料中发现较多贝壳，还有黏土。

盾构停机位置地质情况与本次盾构掘进渣样揭示的地层岩性、覆盖层厚度、基岩面高程等工程地质条件和水文地质条件差异较大，这些因素一方面导致了掘进困难，给正常掘进带来风险，另一方面造成了无法正常开仓检查换刀，为了进一步摸清地质情况，在停机位置从地面钻孔勘察，同时，为后续加固工作提供必要的场地条件。

2 地质情况及地质补勘结果分析

2.1 地质情况

地质勘察报告显示：目前盾构停机位置位于第三系辛庄组基岩地层中，岩性为弱风化泥质粉砂岩夹石英砂岩，洞顶埋深45m，上部基岩厚度25m。实际掘进过程中根据渣样分析，该部位出现第四系砂、砾石和淤泥等松散堆积物并见有贝壳类物质，地层岩性以及第四系覆盖层厚度与前期勘察成果差异性较大，地质条件发生重大变化。

2.2 地质补勘结果分析

为充分验证地质情况，布置10 个补勘孔，刀盘前方1m 布置了补勘孔11，刀盘右侧1m 布置了补勘孔6。补勘孔位布置如图1 所示。

图1 补勘孔位布置图

通过分析补勘孔芯样及地质连线图，推测出地面鱼塘内坍陷漏斗断面图如图2 所示。

图2 推测塌陷漏斗范围图

3 加固处理方案

结合初步地质补勘情况，注浆加固方案分2步：第一步先注浆处理已探明的盾构头位置塌陷区空洞，采用注强度低的双液浆；第二步处理远离盾构位置（塌陷区中心位置）区域空洞，使用水泥浆填充。等强完成后可进行开仓。

3.1 双液浆填补空洞加固设计

为对盾构刀盘附近空洞进行填补，我部调配钻注一体机对渗漏位置进行注浆处理，在钻进过程中若发现地下空洞，先行注浆填充，再继续下钻至拟加固深度（图3、图4）。

图3 垂直掘进方向注浆剖面图

图4 掘进方向注浆剖面图

刀盘前方及右侧1.5m 处设置3 排孔，平面呈“L”型，共39 个孔（孔号：w1～w39），排内孔间距1 000mm，排间距1 000mm，注浆采用双液浆，梅花形布置，双液浆中水泥浆：水玻璃配合比为10∶1（暂定配合比10∶1，实际根据现场试验确定）；双液浆注浆孔孔深为50m，其中注浆深度为对应刀盘底深度往上34m，空桩16m，保证空洞区域填充密实。注浆压力达到2MPa后可提杆。

在钻进过程中如发现不反水现象，须先行注浆填充空洞层，避免沉降层向上发育，注完浆后再继续钻进，直达计划终孔标高。

提杆标准：岩层中注浆，初凝时间30s，压力2MPa，达到压力后提杆再注浆。土层中注浆，初凝时间15s，压力1～1.2MPa，达到压力后提杆再注浆。

3.2 塌陷侧水泥浆填补空洞加固设计

为对盾构刀盘附近空洞进行填补，我部调配钻注一体机对渗漏位置进行注浆处理，在钻进过程中若发现地下空洞，先行注浆填充，再继续下钻至拟加固深度。塌陷侧单液浆施工在双液浆施工完成后进行。

右侧塌陷位置中心处加固区域形成“5.1m×6.6m”矩形区域，设置4 排孔，18 个孔（孔号：D1～D18），孔间距1 500mm，排间距为1 500mm，梅花型布置。注浆采用单液浆，单液浆水灰比为1（暂定水灰比为1，实际根据现场试验确定）。单液浆注浆孔孔深为50m，其中注浆深度为对应刀盘底深度往上34m，空桩16m，保证空洞区域填充密实。注浆压力达到2MPa后可提杆。

4 注浆质量控制及效果检验

使用的水泥强度等级不得小于42.5MPa，只能使用一种品牌的水泥，不允许混用。严禁使用受潮、结块、变质的水泥。桩机就位应平整、稳固，确保施工中不发生倾斜、移动；桩机钻杆垂直偏差不得大于1%，桩位偏差不得大于20mm。在注浆成桩过程中，如因送浆管路堵塞或机械故障等原因而停止注浆，第二次注浆接桩时，搭接长度不得小于30cm。注浆达到桩顶时，宜停止提升，继续注浆数秒，以保证桩头均匀密实。钻至设计桩底提升注浆之前，必须在孔底搅拌数秒以确保混合浆液送至孔底才能提升注浆。注浆时，操作工应注意压力仪表的显示，及时调整浆液压力，以保证注浆工作均匀平稳；注浆施工过程中，值班技术人员应与机台操作人员、制浆工密切配合，以确保桩长、桩身垂直度、水灰比等重要指标满足设计要求。

注浆完成并等强结束后，如盾构土仓内成功实施渣浆置换与浆气置换，仓内排水试验排出水为清水，则证明加固效果良好。

5 结语

本项目通过对地层进行补勘分析，准备判断出引起地面沉降的漏斗位置和范围，采用两次注浆，两种不同注浆方式，控制注浆参数，有效加固了扰动地层，使盾构实现开仓换刀作业，为大埋深多夹层地层加固提供参考意见。