青草沙工程浦东工作井盾构进洞土体加固技术

2010-09-25王臻华

城市道桥与防洪 2010年1期

王臻华,王祺

（上海隧道工程股份有限公司，上海 200082）

1 工程概况

青草沙水源地原水过江管工程是青草沙水源地原水工程的组成部分，是将长江原水从长兴岛输送到浦东的过江管线。工程包括浦东工作井、长兴岛工作井和两条过江隧道。其中浦东工作井既是过江管盾构的始发井，又是浦东陆域盾构的接收井。

浦东工作井为正方形结构，设计外包尺寸30m×30 m，采用1 200 mm厚59 m深地下连续墙作为基坑围护结构，主体结构采用明挖法施工，基坑开挖深度35.6 m，地面标高+4.9 m，陆域盾构设计进洞口中心标高-23.6 m（见图1所示）。

2 地质条件

场地标高-80.50 m范围内土层由第四系全新统至上更新统沉积地层组成，除⑥层缺失外，其余地层均有勘测。⑤2粉土层为微承压含水层，与⑦1-2承压含水层直接相通，水头埋深5.64 m。土层性能指标详见表1所列。

3 进洞加固施工

该工程陆域盾构进洞口设计中心标高为-23.6 m，隧道外径6 400 mm，地面标高+4.9 m，按照加固至隧道底下3 m计算，加固体深度超过36 m。其平、剖面见图2所示。由于隧道埋深较深，且底部处于⑤2灰色粘质粉土层，根据地质勘探报告，⑤2层具有微承压性。对此，在施工中改变了传统的三轴搅拌桩＋旋喷桩的进洞加固工艺，采用搅拌桩＋垂直冻结的加固措施，以便更好地降低盾构在微承压含水层中进洞的风险。

3.1 接钻杆的超深搅拌桩施工

该工程采用Ф850 mm三轴搅拌桩进行地基加固，加固范围为28.3 m×4.7 m×36.95 m，加固深度近37 m，而普通的三轴搅拌桩施工由于受到桩机高度的限制，施工深度极限为32 m左右，因此该工程采用了接钻杆的超深搅拌桩施工工艺。

搅拌桩施工共布置8排128幅桩体，考虑到超深搅拌桩垂直度控制难度较高，在现有设备垂直度能力的情况下，为确保桩体间的搭接质量，每幅桩之间搭接由传统的250 mm调整到300 mm。同时为防止微承压水的侧向渗透，在加固区两侧按照套打工艺各设置3幅封头搅拌桩。桩体深度为36.95 m，其中上部22.05 m为弱加固区，水泥掺量8%，下部14.9 m为强加固区，水泥掺量25%。施工过程中，桩体平面采用梅花形布置，纵横两个方向均采用跳仓法进行施工，确保加固体土体的密实、均匀。其施工参数见表2所列。

搅拌桩施工采用DH608-120M桩机配合日产MAC240-3B钻杆进行施工，控制桩体垂直度不大于1/200。主要施工步骤如下：（1）预钻孔，预埋加接钻杆。（2）第一次搅拌钻进，拆钻杆。（3）钻机移至预钻孔位，连接加接钻杆，提升。（4）钻机移至孔位，加接钻杆。（5）第二次搅拌钻进，直至加固深度。（6）搅拌提升，按步骤拆钻杆，进行下一孔施工。详见图3所示。

表2 施工参数表

根据该工程36.95 m的加固深度，选取了3组钻杆的组合方式:第一组为动力头部电机自带的3 m钻杆；第二组钻杆长20.7 m，其中螺旋钻杆部分长10 m；第三组钻杆长18 m。钻杆总长41.7 m，钻杆组合钻进详见表3所列。

表3 加接钻杆组合表 (单位：m)

经过合理的施工筹划和施工过程中的严格控制，134幅搅拌桩历经一个月的施工，顺利完成。经过取芯检测，加固体28 d无侧限抗压强度及渗透系数均达到设计的1.0 MPa及1×10-7cm/s。

3.2 冻结法施工

由于接钻杆的超深搅拌桩施工工艺在国内刚刚起步，虽然已有施工60 m深度的成功先例，但只是用于土体的加固隔离作用，而在该工程中是第一次应用于隧道进出洞土体加固。盾构进出洞加固在改善土体的渗透性方面有着更高的要求，而且盾构又是在含有承压水的地层中进洞，因此在深层搅拌桩与地下墙的0.5 m间隙中采用冻结加固确保盾构进洞时的止水效果。

冻墙采用垂直冻结法施工，所处土层主要为⑤1粘土层、⑤2粘质粉土层，冻结加固范围为洞圈上下、左右各3 m，纵向加固区域为1.5 m，布设双排冻结管，第一排距连续墙400 mm，第二排距第一排800 mm，冻结孔间距800 mm。冻结管深度为34.95 m。采用循环盐水进行冻结，在盾构进洞前确保至少一个月的积极冻结期，保证土体的加固效果。