富水砂卵石地层盾构始发端头加固技术探讨

2020-11-27文/刘翻

大陆桥视野 2020年1期

关键词：端头卵石钻机

文 / 刘翻

一、国内外现状

为确保盾构始发安全必须严格始发端头土体加固质量，遏制始发突涌、沉陷等安全事故。故富水砂卵石地层独具强水流和空隙多特殊性，在选择合理降水加固方式和范围尤为重要。

通常采用单一注浆法，旋喷桩加固以及冻结法或联合加固如地连墙为主辅以降水等。本文以成都地铁17号线明九区间1号风井端头加固为例，探讨砂卵石富水地层加固技术。

二、工程概况

（一）项目概况

成都地铁17号线一期明九区间1#中间风井～2#风井左线1896．458m，右线1914．49m，共设联络通道3处。盾构始发端埋深约10．8m，采用2台中交天和Φ8580mm复合土压盾构机从1号中间风井始发，到2号风井接收。在地面井点降水达到要求后，采用φ108大管棚和袖阀管加固技术。

（二）地质水文

依据地勘报告，1#中间风井端头地处川平岷江水系Ⅰ级阶地第四系（Q）地层，由人工填土、黏土、砂卵石组成，砂卵石粒径大多20～120mm，局部普遍粒径达150mm，卵石质量比占60%～70%。

三、端头加固方案

（一）加固原理

改变土体含水量和空隙，起到固结、稳定、止水效果，达到加固地基目的。针对盾构始发和接收处软弱易压缩地层的不同情况采取多种加固方法，改变土体稳定性，减少地基变形。

（二）加固特点

1．借助于提高地基承载力、土体抗剪强度手段，达到土体防止过大剪切变形和破坏，降低地基不均匀沉降变形概率。

2．以改善土的渗透性特性，防止土体液化渗透破坏，减小渗流量，防止土体液化为目的。

3．因地制宜制定安全、可行、经济的专项加固方案。

4．选择合理方法。如单深层搅拌桩法，加固体强度、止水和抗渗性均满足设计要求。加固+降水组合方案，在满足能施工前提下，也大大降低了安全风险。

5．应用监测信息化技术手段，管控施工安全质量进度。

（三）加固范围

端头加固有利于提高土体自稳性和水稳性，确保了破除洞门安全与盾构顺利始发。对受水流和空隙影响的富水砂卵石地层，应结合监测增加加固范围和注浆量，或多次注浆。

加固范围一般为隧道上下左右各3m，加固长度始发端头为盾构机盾尾完全进入橡胶帘布时盾构机全部在加固体并且至少还有2m在加固体内，到达端头为盾构机破开土体露出刀盘时盾构机已经进入加固体2m。同时要求在加固体与围护结构之间设置一排注浆孔，盾构始发前压密注浆，封堵可能产生的施工冷缝。

（四）技术方法；袖阀管注浆

1．注浆要求。端头地面15m×30．9m和隧道中心线以上8．3m深度范围用Φ80袖阀管注浆加固。

2．施工方法。结合洞门处地质，地面φ80袖阀管注浆加固区域为32m×16m×89m，梅花形布置管孔，中心间距和扩散半径分别为2m和1．5m。

（1）钻孔。选用xY-100型钻机合金钻具回转钻成孔。按“先外围，后内部”，从外围围堵截，内部填压，同排隔孔钻孔，隔孔注浆。

（2）安管。钻孔深度达设计，清孔，灌注套壳料。套壳料用量V=1．25×π×R×HR为钻孔半径减袖阀管半径差H为注浆段高度。

（3）开环灌浆。开环压力约0．25Mpa，应根据现场实验调整具体数值，以达最佳效果。开环后正式注浆。采用PO42．5普硅硅酸盐水泥注浆液，正常注浆压力 0．35 ～ 0．55Mpa，且在 0．6MPa以内。吸浆小于2．6L/min，稳压30 min终浆。

（4）灌注料及配比。各种灌注材料配比（重量比）试验确定，实施优化调整。

（五）注浆监测及异常处理

窜浆和浆液漏失严重等情况，都应立刻停浆，分析查找原因。

建（构）筑物上抬量不大于2mm，否则立刻停止注浆。

（六）大管棚加固施工

1．加固要求。在拱部开挖轮廓线外200mm布置管棚孔口，环向左右钢管间距300mm，外插角1～2°范围，洞门中心点向拱部方向120°的范围内为管棚加固区。注水泥浆，初拟参数：水灰比0．8∶1～1∶1，注浆压力：0．2～0．4MPa。施工误差：钻孔水平容许偏距沿相邻管方向不应大于100mm，垂直偏距沿隧道内侧方向不应大于200mm。

钢管采用Φ108mm，壁厚0．6cm的无缝钢管，单个管棚长为18m，分节安装，相邻钢管接头错开大于1．0m。注浆钢管孔口段2．0m为止浆段。

导向钢管壁厚0．4cm，Φ13．3cm，长120cm。导向管应精确定位，及时纠偏。

管棚注水泥浆应结合实情及时调整，水灰比控制在 0．7 ∶1～ 1 ∶ 2 内，注浆压力控制 0．3 ～0．5MPa范围。

2．施工方法。

（1）安装导向管。导向管埋设，围护结构段采用钻机钻孔，其后钢管沿隧道周边以1°～2°外插角直接打入围岩。严格定位，发现偏斜及时纠偏。

（2）搭设作业平台。管棚沿拱顶呈弧形布置，为满足钻机就位的需要，要搭设可调整高度的作业平台。

（3）钻机安装就位和对中。利用平台先测量定位，再安装钻机。钻孔采取跳跃钻孔，由下到上，隔一打一。钻孔中应确保钻机不移位，及时监测钻杆角度，如有变化及时纠偏。

（4）钢管制安。用外径φ108×6mm热轧无缝钢管，分3m、4m、5m加工，两节直接用丝扣连接。每个钻孔的钢管单独配管和编号，并保证相邻钢管错开搭接量不小于1．0m。用速凝水泥及其他材料堵塞钢管与导向管间隙严密，进浆孔和排气孔设置合理。

（5）清注浆管。注入清水将孔内浓泥浆置换洗孔后注浆。清孔时间控制在15min内，清孔合格立刻注浆。

（6）注浆充填。钻孔先下后上，成孔注浆，全孔后退式分段注浆方式，浆液扩散半径应大于0．5m。正式注浆前先做试验段，取得施工配比与参数。注浆开始时浆液浓度稍低，逐渐加浓到规范设计值。注浆初终压值分别为 0．2MPa，0．4Mpa，水灰比为0．8∶1～1∶1，进浆量20～25L/min。

3．注浆效果检查。24h后用预留孔核检注浆效果以便采取补救措施。如被加固土体达到1Mpa抗压强度，小于1×10-5cm/s渗透系数，岩体RQD指标达到74～82，就达到注浆加固效果。

4．质量措施。

（1）安装孔口管。安装应牢稳固准确、方向角度符合规范设计。孔口管位置偏差不大于1cm，方向偏差≤1%。

（2）成孔防偏。安机钻进：要稳固精确，钻进中勤复核方向角度。宜小压力慢速钻进，合理控制进尺；成孔深度：应较管长或设计孔深大于0．5～1．0m钻孔深度。注浆加固：钢管安装完毕验收合格后注浆，注浆量和压力满足要求，稳压15min。当注浆超量，但仍未达到规定值，则应调浆续注至合标，方可结束注浆。材料质检：所用主材如水泥、钢材、砂等须抽样送检，检测合格后才能使用。

5．辅助降水。编制《降水井施工专项施工方案》，完善相关审批手续。

通过将降排水检算，布设井范围、位置、深度和数量达到将排水效果。降水井应保持不间断抽水，水位始终位于隧道底以下1m。

始发前一个月开始抽水，可通过洞门水平探孔判断增降水井效果。

6．监控量测。监检控制注浆加固质量，凡不达质量效果，采取二次加固手段，确保盾构安全始发。

始发前编制完善专项监测方案和手续，采集初始数据。掘进中及时采集各点位数据。应实时监测，如有危险事故征兆，启动预案，采取针对性措施，直到变形数据趋于稳定时，经相关方同意后才可停止监测。