流砂層中盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)

1、<p>　　流砂層中盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)</p><p>　　摘要：在盾構(gòu)地鐵施工中，保證盾構(gòu)機(jī)順利始發(fā)是施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，特別是在含水量較高、水平滲透系數(shù)大的流砂地層時(shí)，更難以保證盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程中洞門止水效果及土體的穩(wěn)定性。 </p><p>　　本文主要闡述了流砂層中盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程所采取的攪拌樁、旋噴樁、水平注漿等端頭土體加固方法及輔助降水措施，并通過(guò)理論計(jì)算分析驗(yàn)證了實(shí)際效果，最終

2、成功保證了盾構(gòu)始發(fā)的順利進(jìn)行。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：流砂層盾構(gòu)始發(fā)端頭加固置換注漿 </p><p>　　中圖分類號(hào)： TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　隨著技術(shù)進(jìn)步、認(rèn)識(shí)提高、綜合國(guó)力的增強(qiáng)，特別是隨著盾構(gòu)法施工技術(shù)所顯現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，盾構(gòu)法越來(lái)越多地被

3、國(guó)內(nèi)地鐵界所接受。雖然盾構(gòu)有許多成功的工程實(shí)例，但是使用這種方法也有較大的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是對(duì)洞口進(jìn)行加固處理的始發(fā)階段發(fā)生事故的概率很高。 </p><p>　　盾構(gòu)始發(fā)前需人工破除洞門位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)破除完成至盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)還需要一段時(shí)間，在這段時(shí)間可能出現(xiàn)兩種問(wèn)題：一是洞門開(kāi)挖面土體失穩(wěn)，二是洞門開(kāi)挖面的漏水、涌砂。若盾構(gòu)始發(fā)洞門附近存在流砂層，土體自穩(wěn)能力較差、滲透系數(shù)較高，將會(huì)極大地增加盾構(gòu)始發(fā)的危險(xiǎn)性

4、。因此，對(duì)于洞門附近土質(zhì)較差且存在流砂層的情況，盾構(gòu)始發(fā)前必須進(jìn)行洞門土體加固，防止盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程中發(fā)生土體塌方、涌水涌砂事故，確保盾構(gòu)始發(fā)的施工安全。 </p><p><b>　　2 工程概況 </b></p><p>　　天津地鐵2號(hào)線東南角站～建國(guó)道站區(qū)間左線長(zhǎng)845.818m，右線長(zhǎng)859.424m；自東南角站大里程端頭井始發(fā)，建國(guó)道站小里程端頭井接收。 &l

5、t;/p><p>　　2.1 盾構(gòu)始發(fā)區(qū)域概況 </p><p>　　東南角站盾構(gòu)始發(fā)洞門所處地層，從上向下依次為：雜填土、粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂、粘土、粉土及粉質(zhì)粘土，其中粉砂層存在于洞門下部。 </p><p>　　東南角站至建國(guó)道站區(qū)間盾構(gòu)隧道距海河僅203.4m，距離較小。而且在區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)前，周邊小區(qū)的基坑施工導(dǎo)致區(qū)間正上方產(chǎn)生了較大裂縫，根據(jù)檢測(cè)裂縫已貫通了海

6、河與地鐵車站，導(dǎo)致河水極有可能沿裂縫滲流至始發(fā)區(qū)域，必須慎重處理。 </p><p><b>　　2.2 裂縫加固 </b></p><p>　　考慮到如果海河河水與裂縫貫通，將導(dǎo)致河水能很容易補(bǔ)給始發(fā)區(qū)域地下水，因此對(duì)所有的裂縫區(qū)域進(jìn)行了注漿加固處理。 </p><p><b>　　3 始發(fā)加固措施 </b></p

7、><p>　　目前，盾構(gòu)始發(fā)洞門土體加固采用方法主要有：攪拌樁、旋噴樁、注漿法、SMW工法、冷凍法等。本工程設(shè)計(jì)的加固方式主要為攪拌樁法+旋噴法+注漿加固。 </p><p>　　3.1 攪拌樁加固 </p><p>　　設(shè)計(jì)采用三軸攪拌樁進(jìn)行加固，沿隧道中線方向加固范圍為地連墻外0.8m至6.0m，垂直隧道方向加固范圍為盾構(gòu)外皮上下左右向外各3m。為防止地連墻施工存在

8、偏差，導(dǎo)致攪拌樁無(wú)法施工，采用高壓旋噴樁對(duì)地連墻與攪拌樁之間的0.8m間隙進(jìn)行加固。 </p><p>　　其中，攪拌樁施工參數(shù)：樁徑φ850mm，樁距600mm，咬合250mm，深度為自地面往下約27米；高壓旋噴樁施工參數(shù)：樁徑φ800mm，樁距450mm，咬合350mm，深度為自地面往下約27米。加固圖如下所示。 </p><p>　　圖3-1盾構(gòu)始發(fā)攪拌樁、旋噴樁加固平面圖圖3-2盾

9、構(gòu)始發(fā)攪拌樁、旋噴樁加固縱剖面圖 </p><p>　　3.2 水平注漿加強(qiáng) </p><p>　　3.2.1水平探孔檢驗(yàn) </p><p>　　在采用攪拌與旋噴法加固后，進(jìn)行了水平探孔檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)攪拌樁施工效果較好，但旋噴樁施工效果由于受到砂層的影響存在涌水涌砂的情況。 </p><p>　　3.2.2水平注漿孔位布設(shè) </p&

10、gt;<p>　　為了做到萬(wàn)無(wú)一失，采用了水平注漿的方式進(jìn)行補(bǔ)充加強(qiáng)。洞門共布設(shè)58個(gè)注漿孔，成圓形分布，圓形直徑分別為6.2米、5.1米、3.5米、2米，以洞圈周邊及下部為主。 </p><p>　　圖中，孔位#30～#58注漿角度為與洞圈徑向成45°角，深度為3米左右；孔位孔位#18～#29注漿角度為與洞圈徑向成30°角，深度為4米左右；其余注漿孔注漿角度為水平方向，與洞門軸

11、心方向相同，深度為6米左右。 </p><p>　　3.2.3 置換法注漿 </p><p>　　注漿時(shí)采用了置換法，即引孔完成后打開(kāi)裝上孔口管，注漿的過(guò)程中打開(kāi)相鄰位置其他孔口管，使得加固區(qū)范圍內(nèi)的不良砂層隨地下水排出，使雙液漿進(jìn)行充分的填充。普通的壓力注漿基于的原理為填充土體間空隙，其注入率受到很大的限制，注漿效果也無(wú)法有效保證。而采用置換注漿，可以有效的增加注入率，保證加固體密實(shí)均勻

12、。 </p><p>　　根據(jù)大量施工經(jīng)驗(yàn)，壓密注漿的填充率基本在目標(biāo)注入土體體積的20%左右，在壓密注漿的過(guò)程中，注漿壓力會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，當(dāng)壓力增長(zhǎng)至發(fā)生劈裂注漿的條件時(shí)，漿液將沿著水土壓力最小的通道到處流竄，無(wú)法保證目標(biāo)加固區(qū)的注漿量。而采用了置換注漿后，形成了一個(gè)最薄弱土體應(yīng)力的路徑，當(dāng)該路徑的壓力增大時(shí)，打開(kāi)的孔口管會(huì)排出水和砂土泄壓。這樣漿液就會(huì)沿著設(shè)定的注漿路徑注入，保證目標(biāo)注入?yún)^(qū)被填充密實(shí)均勻，漿液注入

13、率也會(huì)大大提高。 </p><p>　　根據(jù)東南角站加固實(shí)例，欲加固的范圍為直徑約8m，深度為0.8m（旋噴加固區(qū)），單個(gè)洞門加固總共置換出砂土約為15m3，另外在出砂的過(guò)程中還存在大量地下水，因此總體預(yù)計(jì)在20m3左右,經(jīng)計(jì)算置換率應(yīng)達(dá)到目標(biāo)注入土體體積的50%左右。根據(jù)最終始發(fā)結(jié)果，加固體質(zhì)量較好，打開(kāi)洞門后注漿范圍內(nèi)土體強(qiáng)度較高，而且漿液是大面積均勻填充，并非成條帶裝的分布。 </p><

14、;p>　　3.3 止水樁施工 </p><p>　　通過(guò)洞門的探水，認(rèn)為攪拌樁質(zhì)量能有保證，但旋噴樁施工質(zhì)量存在缺陷，為了以防萬(wàn)一，在輔助注漿加固完成后，又在旋噴樁加固區(qū)域內(nèi)設(shè)置了兩根止水樁，有效的對(duì)地下水起到了阻隔作用。簡(jiǎn)圖如下： </p><p>　　圖3-8止水樁位置示意圖 </p><p>　　止水樁的做法為先采用鉆機(jī)開(kāi)孔，開(kāi)孔直徑為600-800mm

15、，基本與旋噴樁加固區(qū)域?qū)挾认嗤缓笙路判溟y管進(jìn)行注漿，保證整個(gè)開(kāi)孔孔位被封堵。 </p><p><b>　　4 輔助降水措施 </b></p><p>　　為了保證盾構(gòu)在整體進(jìn)入隧道之前，不發(fā)生涌水涌砂，可在端頭井加固區(qū)外側(cè)設(shè)置降水井，提前對(duì)地下水進(jìn)行抽排，降低始發(fā)范圍內(nèi)地下水水位或者承壓水水頭，增加盾構(gòu)始發(fā)的安全性。井位的設(shè)置需結(jié)合端頭井的加固效果確定。一般的深

16、度較大的旋噴樁施工效果較差，攪拌樁質(zhì)量尚可，為此應(yīng)以封閉旋噴樁加固區(qū)域內(nèi)的地下水為主要目的。首先從理論上分析降水井井位的布設(shè)情況。 </p><p>　　在自然狀態(tài)下單井抽水會(huì)形成一個(gè)降水漏斗，隨著與井位的距離變大，地下水水位或水頭降低量快速變小，很難達(dá)到預(yù)期的效果，因此必須在盾構(gòu)隧道外邊緣兩側(cè)對(duì)稱布置，分為兩種方案進(jìn)行討論，分別為布置2口和布置4口降水井。 </p><p>　　為了進(jìn)行

17、分析先做以下假定：1、土層為按地質(zhì)勘查報(bào)告均勻分層；2、理論分析時(shí)不考慮加固效果，即認(rèn)為未對(duì)端頭井土體加固；3、降水井效果足夠好。 </p><p>　　圖4-1右線始發(fā)時(shí)降水井井位布置圖 </p><p>　　說(shuō)明：上圖中1、2號(hào)井組合為設(shè)置2口井布置形式；1、2、3、4號(hào)井組合為設(shè)置4口井的布置形式。 </p><p>　　根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行簡(jiǎn)化，

18、得到計(jì)算結(jié)果如下： </p><p>　　采用四口井降水時(shí)，盾構(gòu)兩側(cè)及沿隧道方向6m范圍內(nèi)水頭高度均小于20m（即地面以下22m左右）；而采用2口井只能保證沿盾構(gòu)方向3m范圍水頭高度在23m（即地面以下19m左右）。結(jié)合洞門位置進(jìn)行比對(duì)，采用6口井降水時(shí)，可以保證盾構(gòu)的整個(gè)始發(fā)過(guò)程均處于無(wú)壓力水作用的環(huán)境內(nèi)，安全性較高。 </p><p>　　因此，如果采用降水井抽降地下水，必須保證設(shè)置4

19、口以上，設(shè)置井點(diǎn)位置為影響盾構(gòu)始發(fā)安全區(qū)域的四個(gè)角點(diǎn)。如果降水井打設(shè)完成后，試抽水效果較差可以再適當(dāng)補(bǔ)充至6～8口。 </p><p><b>　　5 盾構(gòu)始發(fā)效果 </b></p><p>　　通過(guò)盾構(gòu)始發(fā)前，對(duì)始發(fā)區(qū)域土體進(jìn)行深層攪拌樁、旋噴樁加固，配合進(jìn)行水平注漿補(bǔ)強(qiáng)，同時(shí)在盾構(gòu)始發(fā)安全區(qū)域的四個(gè)角點(diǎn)設(shè)置了4口降水井進(jìn)行地下水抽降。盾構(gòu)洞門破除后，洞門范圍內(nèi)土體

20、穩(wěn)定性較好，地下水位較低，未出現(xiàn)涌水涌砂現(xiàn)象。 </p><p><b>　　6 結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　由于天津處于軟土地區(qū)，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水位高、水壓大，天津地鐵地下兩層車站盾構(gòu)始發(fā)施工中曾多次出現(xiàn)涌水涌砂、土體坍塌等突發(fā)事故，對(duì)工程質(zhì)量、工期、經(jīng)濟(jì)等方面均造成極大的不利影響。本工程作為天津地鐵首例地下三層車站盾構(gòu)始發(fā)施工，施工借鑒性低，同時(shí)