王學(xué)龍

摘要：盾構(gòu)法隧道施工中，盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、到達(dá)往往伴隨很大的施工風(fēng)險(xiǎn)，而正確的采取一些輔助措施，可有效降低盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、到達(dá)中的風(fēng)險(xiǎn)。本文結(jié)合實(shí)際施工案例，對輔助措施在盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)中的應(yīng)用和取得的效果進(jìn)行簡要介紹。

關(guān)鍵詞 盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)軟弱地層 輔助措施

中圖分類號：TL75+2.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

引言

隨著盾構(gòu)法施工技術(shù)的逐漸成熟，盾構(gòu)法在城市地鐵、公路、電力隧道等工程中得到廣泛的應(yīng)用。如何有效的規(guī)避盾構(gòu)施工中的風(fēng)險(xiǎn)，已成為盾構(gòu)施工關(guān)注的重點(diǎn)。通過對近年來盾構(gòu)隧道施工事故的統(tǒng)計(jì)情況看，盾構(gòu)施工事故一般在盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)階段發(fā)生頻率比較高。發(fā)生事故輕則地表出現(xiàn)塌陷，重則車站、隧道被淹。在實(shí)際施工中一些輔助措施的合理應(yīng)運(yùn)有助于規(guī)避部分事故的發(fā)生。

1、盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、到達(dá)端頭土體加固的輔助措施

由于盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)的中存在風(fēng)險(xiǎn)較大，特別是地下水豐富、滲透性好的地層很容易出現(xiàn)土體坍塌、洞門涌水涌沙等險(xiǎn)情，為了降低施工風(fēng)險(xiǎn)就要對盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)段端頭處的土體采用一些加固處理措施，也就是通常所說的端頭加固，其目的主要是提高端頭土體的強(qiáng)度、封堵地下水，保證洞門破除的時(shí)候端頭土體的穩(wěn)定。

1.1端頭土體加固常見種類

端頭土體加固質(zhì)量的好壞直接決定著盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)的成敗，因此在設(shè)計(jì)階段選擇端頭加固處理方案時(shí)，一定要的綜合考慮工程的地質(zhì)、水文條件以及周邊環(huán)境等因素。在當(dāng)前盾構(gòu)法施工中比較常見端頭土體加固措施有：注漿法、攪拌樁+旋噴注漿、素混凝土地下連續(xù)墻、冷凍等，不同的加固措施其取得的經(jīng)濟(jì)效益和加固效果也不盡相同，具體可見表1。

表1：端頭土體輔助加固措施分析標(biāo)

輔助加固措施 適應(yīng)地層 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)

注漿法 主要適用地層為砂層、卵石層或巖層、黃土層 施工成本低 加固體整體性較差；一般只在注漿擴(kuò)散性較好且不具備深層攪拌條件的地層使用。

三軸攪拌+旋噴注漿 加固區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)為砂性土、粉土及粘土層 加固整體性較好 施工條件苛刻，施工場地需求大，成本較高;加固體與車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)處的縫隙易滲漏。

旋噴注漿+壓密注漿 加固區(qū)范圍內(nèi)為砂礫層、卵石層或巖石層 加固體整體性較好。 施工成本較高，加固深度右線，深度過深旋噴注漿效果差。

素混凝土地下連續(xù)墻 殘積土層、砂性土層或巖石層 加固整體性好。 施工成本較高，對盾構(gòu)機(jī)有一定的破巖能力要求。

冷凍 砂性土、粉土、粘性土、黃土及卵石層均可 對地面場地需求量小；加固后施工對周邊環(huán)境影響小。 施工成本很高，比較適合在鬧市采用該工法，但解凍后融沉?xí)r間較長。

1.2端頭土體加固效果的檢驗(yàn)

端頭土體加固完成后，一般從兩個(gè)方面進(jìn)行檢驗(yàn)：一方面是加固體強(qiáng)度檢測，從地面取芯檢測加固體強(qiáng)度，加固后土體強(qiáng)度要求為0.8~1.5Mp。對采用冷凍法加固的，根據(jù)測溫孔溫度曲線和去回路鹽水溫度曲線分析判斷加固體情況，一般要求凍結(jié)土體溫度低于-10℃；另一方面是在洞門掌子面打水平探孔查看滲漏水情況，觀察探孔看是否有水流流出，無水流流出說明加固效果良好，有水流流出需采取措施進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固并隔斷地下水通道。

2、盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、到達(dá)存在的主要風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、到達(dá)面臨的風(fēng)險(xiǎn)有：加固體失穩(wěn)、洞門涌水涌砂、地面坍塌、建筑物及管線損壞等，在諸多風(fēng)險(xiǎn)中加固體失穩(wěn)、洞門涌水涌砂是主要風(fēng)險(xiǎn)，往往發(fā)生這兩中情況會引起地面坍塌、建筑物及管線損壞等次生風(fēng)險(xiǎn)。因此盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、到達(dá)中加固體質(zhì)量的好壞直接影響盾構(gòu)機(jī)能否順利始發(fā)、到達(dá)。

影響端頭加固體質(zhì)量的因素眾多，主要有設(shè)計(jì)階段和施工階段的因素。在設(shè)計(jì)階段選擇端頭加固措施時(shí)一定要綜合考慮端頭地質(zhì)特性、水文條件及周邊建筑物特征等情況，進(jìn)行“量體裁衣”選擇加固方案。施工階段的因素施工過程質(zhì)量控制不嚴(yán)，最終導(dǎo)致加固質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，因此在施工過程中一定要加強(qiáng)質(zhì)量的控制。

3、始發(fā)、到達(dá)加固效果不理想時(shí)的輔助措施

在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、到達(dá)中經(jīng)常會遇到端頭的加固效果不理想、地質(zhì)情況差、地下水豐富等不利情況下，這些情況會導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、到達(dá)中發(fā)生事故，因此遇到這些情況后采取有效的輔助措施降低施工風(fēng)險(xiǎn)就顯的尤為重要，選擇合適的輔助措施可以取得事半功倍的效果。盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)常用的輔助措施有：凍結(jié)輔助加固、降水、洞門臨時(shí)防水等，具體可見表2。

表2：常見的輔助措施統(tǒng)計(jì)

輔助措施 應(yīng)用范圍 控制要點(diǎn) 優(yōu)、缺點(diǎn)

凍結(jié)輔助加固 1、盡管采取了攪拌或注漿加固，但取芯強(qiáng)度低或水平探孔中有涌水涌砂等情況，加固效果不理想；

2、盡管采取了降水措施，但是掌子面的水量依然很大；

3、加固范圍內(nèi)有重要管線及建筑物需要確保安全。 1、冷凍管布置合理；

2、凍結(jié)時(shí)間及凍結(jié)溫度達(dá)到要求；

3、停凍及拔管時(shí)間控制；

4、解凍后融沉控制。 優(yōu)點(diǎn)：可以有效止水，加固效果好；

缺點(diǎn)：費(fèi)用高、工期長，后期融沉處理時(shí)間久。

降水 1、地層透水性很強(qiáng)（如砂層），且飽含地下水；

2、承壓水與作業(yè)面貫通。 1、降水井布置及水位降深計(jì)算；

2、周邊建筑物及管線的沉降控制。 優(yōu)點(diǎn)：可有效的降低地下水位；

缺點(diǎn)：降水對周邊環(huán)境影響大。

注漿 1、端頭加固效果不滿足要求；

2、地層中含水量豐富。 1、注漿壓力及注漿量的控制

2、漿液配合比，雙液漿、單液漿的選用 優(yōu)點(diǎn)：成本較低，可封堵地下水，同時(shí)能起到補(bǔ)充加固的效果。

缺點(diǎn)：漿液在地下流向不確定，引起地表隆起。

水中進(jìn)洞 1、盾構(gòu)機(jī)在軟土地質(zhì)中到達(dá)；

2、地層中含水量豐富。 1、根據(jù)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)段地質(zhì)情況，需采取輔助措施；

2、在盾構(gòu)井施工完成后回填水泥土或砂漿

3、確?；靥钔馏w密實(shí)。 優(yōu)點(diǎn)：可明顯降低盾構(gòu)到達(dá)端涌水涌砂，減少風(fēng)險(xiǎn)；

缺點(diǎn)：成本造價(jià)高

4、盾構(gòu)始發(fā)中輔助措施的實(shí)際應(yīng)用

南京地鐵某工地盾構(gòu)始發(fā)端頭隧道拱頂埋深約9.7米，洞門斷面內(nèi)的主要地層為②-1d2-3層稍密～中密狀粉砂層，地下水主要為孔隙潛水，地下水穩(wěn)定水位埋深0.8m-3.94m。

4.1端頭加固方案

根據(jù)盾構(gòu)始發(fā)端的地質(zhì)及水文情況，該工程盾構(gòu)始發(fā)及到達(dá)端頭加固采用三軸攪拌樁+旋噴樁的加固措施。洞門外地基采用∮800@600×600三軸攪拌樁加固，同時(shí)在端頭加固體兩側(cè)各設(shè)置2口降水井，共設(shè)置6口降水井。

4.2端頭加固檢查情況及檢測

端頭加固三軸攪拌樁完成達(dá)到齡期后，對其進(jìn)行了垂直抽芯檢測，其檢測結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，共抽取12組芯樣。為了進(jìn)一步檢查端頭加固的情況，在距洞門上部打設(shè)了三處水平探孔，水平探孔內(nèi)出現(xiàn)流砂情況，證明端頭加固效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

4.3原因分析及采取的處理措施

4.3.1造成水平探孔出現(xiàn)流砂的主要原因是：

（1）通過水平探孔和垂直抽芯檢測取芯的情況分析，三軸攪拌樁加固效果較好，而旋噴樁的成樁效果較差，在車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)與三軸攪拌樁之間存在軟弱夾層。

（2）端頭地層主要為粉細(xì)砂層且富含地下水，極易形成流沙，在端頭加固效果不理想的情況下，容易出現(xiàn)涌水涌砂現(xiàn)象。

（3）地下水位較高，未降至隧道底板以下。由于地下水位較高，而降水井?dāng)?shù)量較少未能將地下水位降至隧道底板以下。

4.4.2處理措施及取得的效果

(1)對端頭薄弱區(qū)域進(jìn)行二次加固

因端頭旋噴樁加固質(zhì)量不理想，在原有旋噴樁的區(qū)域內(nèi)施做二次加固。主要采用旋噴注漿加固的方法，孔位布置采用兩排梅花型，孔深20米，孔距1米，排距0.5米。

(2)增加降水井，加強(qiáng)降水

由于原設(shè)計(jì)方案設(shè)置的降水井?dāng)?shù)量較少，不能滿足現(xiàn)場降水需求，所以在原有降水的基礎(chǔ)上又增加了5口降水井，加強(qiáng)了降水效率。

采取的上述注漿加固和增加降水井的輔助措施，取得了良好的效果，最終盾構(gòu)機(jī)順利始發(fā)。

5、總結(jié)及思考

5.1選用攪拌樁+旋噴樁的加固措施時(shí)，由于旋噴樁的成樁效果不理想，易在圍護(hù)結(jié)構(gòu)與攪拌樁之間形成軟弱夾層。因此在進(jìn)行端頭加固措施選擇時(shí)可以考慮其他的加固方式，如直接進(jìn)行端頭土體凍結(jié)或者選用素混凝土地下連續(xù)墻代替旋噴樁。

5.2通過采取增加降水井、二次注漿加固等輔助措施取得了較好的效果，確保了盾構(gòu)的順利始發(fā)，但也導(dǎo)致了盾構(gòu)始發(fā)工期滯后。為了解決普通降水井降水時(shí)耗時(shí)較長的這一問題，可以考慮轉(zhuǎn)變降水井的降水原理，如:采用真空降水井，來提高工作面疏干的效率。

5.3在富水砂層等軟弱地層中出現(xiàn)端頭加固不理想等情況時(shí)，可以考慮采用直接凍結(jié)的輔助措施（采用液氮垂直冷凍），進(jìn)行再次加固或直接選用冷凍進(jìn)行端頭加固。

6、結(jié)束語

隨著盾構(gòu)法施工更廣泛的被應(yīng)用，地層、周邊建筑物、管線也會越復(fù)雜，盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、到到過程中所面臨的風(fēng)險(xiǎn)也就越大，為了更好的規(guī)避這些施工風(fēng)險(xiǎn)，從設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該對盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、到達(dá)的面臨的風(fēng)險(xiǎn)予以重視，選擇端頭加固方案中要考慮到現(xiàn)場的可操作性和加固質(zhì)量。在施工過程中出現(xiàn)端頭加固質(zhì)量不理想等情況時(shí)，要合理選擇一些行之有效的輔助措施，會對盾構(gòu)順利始發(fā)和到達(dá)帶來積極有效的作用。

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