杨彦奇

【摘要】以新加坡地铁汤姆森线T221矩形顶管地下通道项目为例，简单介绍WSM加固技术在“加冷构造”（主要为海相淤泥）地层中的应用，与本项目中使用的深层搅拌桩和高压旋喷桩进行了比较，结合现场加固效果分析得出：与深层搅拌桩和高压旋喷桩相比，WSM加固技术对现有地下管线影响小、成桩效果好、设备小且灵活、施工效率高，非常适用于地下管线密集区地层加固。

【关键词】海相淤泥地层；地层加固；WSM加固；深层搅拌桩；高压旋喷桩

引言

T221矩形顶管地下人行通道项目位于新加坡市中心，长156m，通道断面为7.6m×5.6m，采用矩形顶管机进行施工。该项目为新加坡第一次利用大型矩形顶管来进行地下人行通道施工，具有广泛的技术影响和社会影响。由于项目所处区域地层条件差、管线众多、建筑物林立、交通量大，增加了施工难度。因此，需选择合适的地层加固方法以促进项目的实施。

1.地质情况介绍

根据前期勘察报告可分为：人工填土层；加冷构造；基岩。基岩主要为武吉知玛花岗岩，按风化程度可分为强风化、弱风化、微风化。

由浅至深，工程范围内的地层情况如下：

（1）填土层：主要夹杂着砾石、砖块等的砂土、粘土等，随新加坡的城市发展形成于19世纪和20世纪早期。（2）加冷构造：，主要由海岸、河口、冲积层沉积而成，形成于约一万五千年前的全新世和晚更新世时代，主要为两种。

a.海相淤泥M（Marine Clay）：海相淤泥非常软，呈绿色或蓝灰色且夹杂贝壳碎片等，无标准贯入试验数据。

b.河口粘土E（Estuarine Clay）：河口粘土表现非常软，高有机质含量，呈褐色或黑色。。

（3）武吉知马花岗岩构造：武吉知马花岗岩构造约占了新加坡主岛的三分之一。本构造的相关岩石是酸性火成岩，通常被称为武吉知马花岗岩。武吉知马花岗岩的侵入据信发生在早期、早中期三叠纪时期（200～250万年前）。主要矿物为石英，长石，黑云母，角闪石。武吉知马花岗岩风化等级共六级，其中第六级（Ⅵ）风化程度最强，其性质如表1-1所示

2.地下管线情况

该项目处于新加坡市区，下穿和乐路与锡安路交叉口，并沿锡安路至和乐路车站，地下管线种类多，情况复杂。。

其中包括污水管、水管及再生水管、煤气管道、高压与低压电缆以及通信电缆，且所属不同的产权单位。地层加固过程可能影响地下管线，根据新加坡规范要求，不同种类地下管线沉降及不均匀沉降的要求如表2-1所示。

相比国内，新加坡对地下管线的保护要求非常高，在现场工作开始前，要根据已经取得业主批准的施工图，完成工艺图、地下管线保护设计、沉降检测点布设图等设计，并取得业主及相应管线产权单位同意后，方可开始施工，施工过程中根据设定的监测频率进行监控，一旦超过警示值，需重新审定施工方案。因此，确定一个合适的基础加固方法保证项目进度，降低管线上浮或沉降具有重大意义。

3.顶管隧道地层加固设计与施工方法选用

地下通道掘进方向大约60m范围内，通道底部为海相淤泥地层，标准贯入度N值为0～5， 含水量接近100%，地下水位高（设计准则要求，设计时选用地下水位0m），为满足120年设计使用寿命的要求，避免顶管管节在运营期间内大幅沉降造成漏水、错台等问题，也为了保证顶管机始发、到达时安全，对后靠背、始发井基底、始发端、软弱底层段、到达端地基进行加固处理。

始发井基底、后靠背主要采用深层搅拌桩进行加固，设计不排水抗剪强度均为300KPa，始发井内遗留大量已拆除老旧建筑物的微型桩，始发端头及围挡以内的软弱段，经探明存在新加坡电信公司的36路（6*6）（即将废弃）与49路（7*7）地下通信电缆，埋深约1.3m，截面尺寸约1.3m*1.3m，周围由素混凝土包裹，在项目初期，为避开这些地下障碍物选用了设备更小、分包资源丰富的高压旋喷桩方案。

4.深层搅拌桩与高压旋喷桩的应用

由第3章介绍，由于始发端头及围挡内存在36路、49路通信电缆，已进场的双轴深层搅拌桩设备太大，无法在此区域施工，选择了高压旋喷桩在该区域施做。施工前，在49路管线上及临近的检查井安装了沉降观测点，并根据规范及实测沉降情况对观测点进行观测。在高压旋喷桩施工过程中，49路通信电缆上的沉降观测记录（详见图4-1）显示，该管线在不断的上浮，在大约3个月时间内，监测点不均匀沉降（超过警示值、停工值，数次停工，并不断的修改保护方案，在此期间，现场使用的悬吊保护、减压孔等方案均不奏效，不能够有效的控制地层扰动，最根本的原因是，在海相淤泥层中使用高压旋喷桩进行基础加固，注浆压力会传递至海相淤泥层，而该海相淤泥层无任何承载力、流动性大，几乎不能判断或控制高压下海相淤泥的流动方向，导致地层及地下管线隆起、上浮。

5.WSM加固技术的应用

由于高压旋喷桩不能控制地层隆起，导致反复停工，且施工效率低（无地下管线影响情况下，本项目高压旋喷桩正常的施工效率约60m3/班组，因地层隆起影响，其施工效率仅有10-20m3/班组），造成工期滞后。后经比选，选用WSM加固技术对剩余部分进行基础加固。

对于WSM工法，国内尚无明确的定义，而该工法已在新加坡多个项目实施并取得显著效果。此方法是将旋喷注浆加固与机械搅拌相结合，利用钻杆安装特殊的钻头、搅拌棒及喷头，在土体内搅拌并注入浆液加固土颗粒（水泥浆），从而形成比搅拌头直径大的加固体。通过形成这些连续的加固体从而达到土体改良的目的。

WSM工法主要施工步骤具体见图5-1，主要为：

（1）钻机就位、调平，进行钻杆垂直度检查，防止钻孔偏斜；

（2）钻至加固区设计高程，此时将水或水泥浆液与周围土壤搅拌，直至桩底设计高程；

（3）提升钻杆，同时按照设计转速和压力将水泥浆压入设计指定桩段范围内，要保证设备的转速和压力保持稳定，否则成桩效果无法保证，提升到加固区设计高程后，仅需采用低转速及低压力注入浆液即可，最后提升钻杆至地面以上；

（4）移动设备至下一加固点，重新就位、调平、检查垂直度，应按交替间隔顺序进行桩位施工（比如1、3、5），相邻桩施工应至少间隔2小时；

（5）施工要点同步骤2；

（6）施工要点同步骤3，最后清洗机具。

表5-1为WSM方案的操作参数设计；表5-2为2015年12月29日至2016年1月8日，WSM施工期间49路通信电缆上监测点的沉降观测值，可看出，采用WSM方案可以很好地控制了之前由高压旋喷桩造成的电缆上浮，电缆上浮或沉降在可控范围内，满足设计要求。另外，通过调整钻头放置方向（搅拌棒平行于电缆，下压后旋转），完成了49路通信电缆下方的基础加固，基本做到了无加固盲区。图5-2显示为加固后取芯芯样，可看出芯样完整性良好。经新加坡当地咨询公司试验检测，取芯后芯样的无侧限抗压强度约为2.1-2.6 MPa，满足设计要求。

6.结语

综合三种不同类型加固方法在本项目使用情况与加固效果，可以看出：与深层搅拌桩和高压旋喷桩相比，WSM加固技术具有明显的优点，该技术不仅适用于不同条件的地层加固，更重要的是可以通过调整钻头安装方向与尺寸，在地下管线之间的空隙进行工作，对地层的扰动较小，可避免大范围的对地下管线进行改移，能够有效的控制地下管线的浮动或沉降。使用WSM方法，在新加坡或其他城市地下管线发达的区域进行基础加固，是一种行之有效的施工方法。

参考文献

[1] LTA M&W Specificaitons for Deep Soil Mixing（DSM）

[2] BS EN14679-2005（Deep Mixing）

[3] 盾构施工技术 陈溃

[4] 高压旋喷桩施工技术规范

[5] 搅拌桩施工技术规范