地铁盾构接收端缺陷补强加固方法探究

地铁盾构接收端缺陷补强加固方法探究

李自航

（中煤隧道工程有限公司 工程管理科，江苏，徐州，221100）

摘要：随着经济的快速发展，进行地铁建设的城市越来越多，而地铁盾构接收是最大的风险之一，接收端加固和端缺陷补强和加固具有尤为重要的作用，这项工作能够有效地提高盾构接收端地层承载和防水能力，而且选择合适的加固措施，可以确保盾构能够安全顺利地接收。为了全面地推进保障盾构接收工作，有效地确保地层的稳定和周边安全，应当需要对盾构接收端地层情况、工程特点及加固缺陷进行分析，才能更好地进行补强加固，目前主要的加固方法是旋喷桩和、深层搅拌桩、素混凝土桩、加固法，以及注浆法和素混凝土桩加固法，还有水平和和冷冻加固法等加固方法，以及辅助井点降水、巷道内环箍注浆、改良土体、管棚等措施。根据工程实际情况通过单一工法或多种工法交叉，并采取相关辅助措施，加固盾构接收端地层，实现盾构接收目的。

关键字：地铁；盾构接收；缺陷补强；加固方法；研究

0.引言

盾构接收是采用盾构法施工过程的重点和难点之一，由于盾构接收要破除洞门端头封水挡土的混凝土结构，在破除洞门及盾构接收推进施工时会对周边地层产生不同程度的扰动，从而容易造成洞门周边土体失稳，尤其遇到粉细砂、砂卵石、含水地层、饱和土层等特殊地层，地下水会沿着洞门流出，造成涌水涌砂，出现险情，严重的会引起地面塌陷，也可能危机周边的建（构）筑物的安全[1]。

为了保持盾构推进工作面的地层稳定和周边环境安全，盾构始发和接收都需要对原始地层进行加固，通过改良洞门端头土体，保持土体的稳定，保障盾构始发和接收的安全[2]。主要加固方法有旋喷桩加固法、深层搅拌桩加固法、素混凝土桩加固法、注浆加固法、素混凝土桩加固法、水平加固法、冷冻加固法等特殊加固法。

在实际施工中，为了工期和进度，及经济性考虑，往往采用单一的工法加固，在土体加固后，进行土体检测时，仍能时有发现加固缺陷，可能会发生漏水漏砂的风险。主要原因为原地层富水性高，在加固施工时因水压力和流速等原因留有水系通道未完全封闭；连续墙与土体之间存在漏水通道间隙；加固体桩与桩之间未完全咬合封闭；无隔水层，从底板因压差产生的漏水漏砂等。这就要通过及时补强加固，通过多种工法或采取多样措施，相互结合加固相互弥补缺陷进行补强，保障土体的稳定性。已有学者对多种工法交叉施工加固洞门进行了大量的研究，取得了广泛的成果，如陈飞[3]对富水粉砂地层盾构接收端头土体加固采用了素连续墙止水帷幕与+水泥搅拌桩法组合技术，确保盾构接收端土体的稳定性；傅德明[4]对大直径泥水盾构对进出洞门土体加固进行研究，分析研究了上海合流污水2期穿越黄浦江顶管工程采用冻结法+高压旋喷加固洞口土体，辅以深井降水得以安全推进的办法，以及上海长江隧道盾构工程采用以深层搅拌桩+高压旋喷，辅以深井降水得以顺利施工的方案；武冰冰，蔡海兵，程桦[5]总结了深圳地铁5号线民治站-五和站区间的左线隧道盾构出洞采用垂直冻结+门形棚拱综合冻结方案加固，保障了盾构顺利出洞。本文就是通过某地铁区间盾构接收时，经检测发现漏水漏砂风险，为了防范安全风险，采取的多措施补强加固，从而安全顺利接收。

1. 工程概况

某地铁车站为地下五层双柱三跨箱型框架结构，盾构接收位于地下五层，顶板覆土2.756m，标准段宽度为21.1m，底板底埋深34.196m；端头井宽25.6m，埋深35.706m，接收端头井预留盾构吊装孔尺寸为11.5m×7.9m，车站采用半盖挖顺做法施工，地连墙厚度为1.5m，洞门预埋钢环内径7.5m。盾构接收端隧道地层自上至下地层依次为：①1碎石填土、③4砂质粉土、④1淤泥质黏土、④2淤泥质粉质黏土、⑥1淤泥质粉质黏土、⑥2淤泥质粉质粘土层。盾构接收洞门所处地层主要为⑥2淤泥质粉质粘土层。，局部含水，有一定的承压性。

地铁车站盾构接收端头井采用12m长MJS竖直加固，加固深度为地面下2m至盾构底部3m，宽度为19.707m（自区间左线外边线以外7.805m至区间右线外侧6.346m），如图1.1。通过地面垂直取芯，发现芯样存在不完整、局部夹泥情况；在洞门处进行水平取芯（深度打穿地墙后50cm），水平取芯芯样同样存在不均匀，探孔局部出现渗水情况。综合判断，该接收井端头加固存在缺陷。

图1.1盾构接收端MJS桩加固平面布置图

地铁车站位于两条主干路交叉口东侧，路口周边有两个老旧住宅小区，两座高层商务大厦，一家精品酒店。周边范围内的地下管线较多（含给水、雨水、污水、燃气、供电、路灯、信号灯、通讯）。并且盾构接收前下穿既有1号地铁线和3号地铁线，施工区间左线隧道距离1号线右线隧道竖向净距最小值约为2.438m、施工区间右线隧道距离1号线右线隧道竖向净距最小值约为2.896m，接收段处在下穿后30环影响范围区内，如图1.2。

图1.2 接收段下穿既有地铁线平面图

2. 接收端头补强加固关键技术

2.1单排咬合素砼桩加固施工

结合现场实际情况，在盾构接收段地面采用单排咬合素砼桩紧贴地连墙进行二次加固，按Φ1200@900布置（咬合搭接300mm），左线设置10根桩，右线设置9根桩。素桩采用C20混凝土，距离地墙0.5m设置。素桩桩底入粘土层0.5m或至全风化岩层，桩顶至隧道顶上不下于5m，成孔过程中做好地质情况记录，保证桩顶嵌入完整MJS加固体不小于1m。成孔深度在地面下38.4～40.6m，有效桩长在16.4～18.6m之间。如图2.1。

图2.1 单排砼素桩布置平/剖面图

2.1.1 咬合桩施工工艺

咬合桩单桩施工工艺流程如图2.2所示：

图2.2 咬合桩单桩施工工艺流程

2.1.2 施工方法

（1）导墙施工.。为了提高钻孔咬合桩孔口的定位精度并提高就位效率，在桩顶上部施作钢筋砼导墙。根据设计图纸提供的坐标计算排桩中心线坐标。导墙宽为3m，厚度40cm，C20混凝土。导墙构造如图2.3所示。

图2.3 导墙构造图

（2）钻机就位。待导墙砼达到设计强度后，移动套管钻机至正确位置，使套管钻机抱管器中心对应定位在导墙孔位中心。

（3）取土成孔。在桩机就位后，吊装第一节管在桩机钳口中，找正套管垂直度后，磨桩下压套管（，每节套管长度约为7-8m，压入深度约为2.5-3.0m，然后用抓斗从套管内取土，一边抓土、一边继续下压套管，始终保持套管底口超前于开挖面的深度2.5m。第一节套管全部压入土中后（地面以上要留1.2-1.5m，以便于接管），检测垂直度，如不合格则进行纠偏调整，如合格则安装第二节套管继续下压取土，如此继续，直至达到设计孔底标高。

（4）灌注砼。砼灌注全部采用水下砼灌注法施工，水下砼灌注法施工操作规程如下：

①a、在钢筋笼吊装合格后，安装导管。，导管应采用直径不小于250mm的管节组成，接头应具备装卸方便，连接牢固，并带有密封圈，保证不漏水不透水。，导管的支承应保证在需要减慢或停止混凝土流动时使导管能迅速升降。；

②b、安放混凝土漏斗与隔水橡皮球胆，并将导管提离孔底0.5m。，混凝土初灌量必须保证能埋住导管0.8～1.3m。；③

c、灌注过程中，导管埋入深度宜保持在2m～6m之间，最小埋入深度不得小于2m。，浇灌混凝土时随浇随提，严禁将导管提出混凝土面或埋入过深，一次提拔不得超过6m，浇灌过程中保持套管底低于砼面2.5m，直到浇完最后一车砼，测量混凝土面上升高度由机长或班长负责。；④

d、混凝土浇灌中应防止钢筋笼上浮，在混凝土面接近钢筋笼底端时灌注速度应适当放慢，当混凝土进入钢筋笼底端1～2m后，可适当提升导管，导管提升要平稳，避免出料冲击过大或钩带钢筋笼。；⑤

e、每车混凝土在使用前由试验室检测其坍落度及观感质量是否符合要求，坍落度超标或观感质量太差的坚决退回，决不使用。；⑥

f、咬合桩砼需连续灌注，不得因故中止。；⑦

g、水下灌注砼坍落度控制在18～20cm。；⑧

h、砼灌注前应先对导管进行加压实验，实验合格后方能进行砼灌注。

注：在浇灌过程中保持套管底低于砼面2.5m，直到浇完最后一车砼。

（5）套管拔除。咬合桩钢套管在混凝土灌注过程中拔除，咬合桩采用全回转成孔工艺，套管拔除缓慢旋转提升，减小土体扰动。

2.2水平注双液浆加固施工

盾构接收洞门采用PP-R管定向注浆加固补强，PP-R管定向注浆加固采用环形布置，共设置2环，洞门中心处设置1个孔位（DS1），内圈设置10个孔位(DS2-DS11)，距离中心孔位1250mm，孔位360°布置，相邻孔位间距36°（789mm）；外圈设置20个孔位(DS12-DS31)，距离内圈孔位1500mm，孔位360°布置，相邻孔位间距18°（864mm），水平注浆孔孔深3.5m。最外一圈钻孔时注浆孔外插角布置范围为10°～15°，如图2.4。

钻孔的顺序是先钻外圈，后钻内圈，内孔还可以作为检查孔，注浆时由上到下。具体要求：①

（1）水平加固体长度为结构外侧2m；②

（2）注浆孔直径：32mm；③

（3）注浆凝结时间：2～3 min；④

（4）注浆压力：初始压力0.8～1.2MPa；，终压3MPa。

图2.4 单排砼素桩布置平/剖面图

2.2.1 水平注双液浆施工工艺

水平注双液浆施工工艺流程如图2.5所示：

图2.5 水平注双液浆工艺流程图

2.2.2 施工方法

（1）定孔位：根据加固处理范围放出处理边界，然后按照孔位平面图进行放孔位，孔位允许偏差±3cm；

（2）引孔：外圈孔洞为1.2m地连墙+1m结构侧墙，内圈为1.2m地连墙，孔位定好后，地连墙、结构墙采用水磨钻进行钻进引孔。根据孔位布置点，对准孔位，水平钻进，入射角度偏差不大于1°。

（3）钻机就位：钻机按指定位置就位，同时钻机平面应调放水平、稳固，调整钻杆的角度，对准孔位后，钻机不得移位。

（4）钻进成孔：

①钻机就位后，调整钻头对准孔位，同时钻机平面应调放平稳、水平，钻孔应与施放孔位一致

。；

②开启钻机，在钻机动力扭矩带动下，利用钻具带动钻头进行钻孔，钻进时钻杆应保持垂直，偏差不应大于1.5%，并应准确地钻到地层深度；第一个孔施工时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数。

③密切观察溢水出水情况，出现大量溢水出水时，应立即停钻，分析原因后再进行施工。；

④每钻进一段，检查一段，及时纠偏，孔底位置应小于30cm，钻孔和注浆顺序相反，同一圈孔间隔施工； 

⑤在预定的注浆位置处，在钻机动力扭矩带动下，利用钻具带动钻头进行钻孔。钻进时钻杆应保持垂直，偏差不应大于1.5%；并应准确地钻到地层深度。

⑥成孔后，由技术人员对孔深、孔位进行验收。；

⑦⑥当施工时遇到不明障碍物时，应马上停钻，待查明后方可进行继续作业。⑦第一个孔施工时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数。

（5）插入PP-R管与注浆：

①钻进结束后拔除钻杆同时插入PP-R管；。

②开始注浆时根据地层情况采用小压力慢速注浆，当提升到特定土层时进行封孔，注浆利用浆液自身特性进行封孔，使浆液充分渗流入土层。，严格控制注浆压力及注浆量，注意注浆参数变化，同时密切关注压力表，当压力突然上升或从孔壁溢浆时，应立即停止注浆，查明原因后采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆；。

③在注浆施工过程中，可能因某原因而导致工程暂停，为此在进行施工时，再次注浆的搭接长度不小于20cm。，单孔注浆满足注浆效果后，将钻杆抽出孔洞，该孔的注浆即告结束；。

④单液浆液配比：水灰比1：1，双液浆水泥浆：水玻璃为1：1，水玻璃为波美度30Be＇’波美度30度。

（6）注浆孔的布置及注入顺序：先钻外圈，后钻内圈，内孔可以作为检查孔；注浆时由上到下。

（7）注浆结束标准

注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐减少，当压力达到注浆终压，可结束该孔注浆。

3. 洞门止水装置安装关键技术

由于洞门与盾构机外壳存在建筑空隙，易造成泥水流失，从而引起地表沉降。故须需在洞门钢环内安装接收防水装置（如图3.1）。通过在洞门钢环内焊接加强型钢板刷（如图3.21），使洞门与盾构机外壳间紧密贴合，洞门破除前将钢板刷焊接在洞门钢环内部，为确保洞门下部钢板刷不被洞门破除混凝土块坏，洞门底部2m宽位置待洞门破除至最后一层钢筋后进行焊接。

图3.1 洞门钢环内防水装置安装位置示意图

图3.21 加强型钢板刷示意图

4. 结语

  综上所述，可以得出以下结论:

（1）以本文类似盾构接收端采用MJS桩加固，经检测存在漏水漏砂风险缺陷时，可以采用单排咬合素砼桩+水平注双液浆补强加固地层，辅助安装洞门止水装置，保障盾构接收安全顺利进行。

（2）今后在通过综合分析地铁盾构接收方案和接收土地加固方案时，在施工时，要针对不同地域、不同地质和水文地质情况，以及不同接收方案和工程特点，选择合适的单一加固或多种综合加固措施，综合考虑安全性、经济性和对周边环境的影响，确保盾构安全顺利接收。

参考文献

[1] 党西锋，盾构接收端头涌水涌砂风险处置［J］，低碳世界，2015（4）：252-253。

[2] 张丽芳，浅议北京地铁盾构始发、接收的多种加固方法［J］，科技信息，2012（18）：429-433.

[3]陈飞，谈富水粉砂地层盾构接收端头土体加固技术［J］，山西建筑，2016，42（33）：171-172.

[4]傅德明，大直径泥水盾构进出洞施工的风险和措施［A］，中国市政工程协会、上海市政公路工程行业协会中国城市地下空间开发高峰论坛论文集［C］，2007：229-233.

[5]武冰冰，蔡海兵，程桦，地铁隧道盾构洞门的垂直冻结加固技术［J］，铁道标准设计，2011（9）：80-83.

作者简介：李自航（1987-），男，工程师，南京工业大学，交通工程专业，从事市政盾构施工现场管理工作。