富水软弱地层盾构隧道始发洞口土体加固技术研究

富水软弱地层盾构隧道始发洞口土体加固技术研究

周锐

中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司江苏无锡214000

摘要：在富水软弱地层隧道盾构施工中，进出洞施工很容易发生工程事故，因此相关工程必须针对性选择土体加固技术，近年来相关研究的大量涌现也证明了土体加固技术的重要性。基于此，本文简单分析了盾构隧道始发洞口土体加固技术选择，并结合工程实例，深入探讨了土体加固技术的具体应用，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。

关键字：富水软弱地层；盾构隧道；始发洞口；土体加固技术

前言

作为近年来在我国广泛应用的一种隧道开挖施工方法，盾构法施工具备安全可靠、成形质量高、造价合理、施工进度快等优势。但在盾构法的具体应用中，盾构进出洞施工过程很容易发生工程事故，富水软弱地层的施工则会进一步提高事故发生几率，而为了尽可能保证施工安全，正是本文围绕富水软弱地层盾构隧道始发洞口土体加固技术开展具体研究的原因所在。

1盾构隧道始发洞口土体加固技术选择

在盾构隧道始发洞口土体加固施工中，常用的土体加固技术主要有搅拌桩法、注浆法、旋喷桩法、SMW工法、冻结法，工程必须结合实际选择一种或多种技术进行土体加固，这样才能够有效满足工程施工安全需要。

1.1搅拌桩法

水泥搅拌桩法属于较为常见的土体加固技术，该技术广泛应用于我国各地的软土地基处理，通过将水泥作为固化剂并将其喷入土体充分搅拌，即可通过软土硬结提高地基强度。搅拌桩法具备环境污染小、对土体扰动较小、桩体全长无接缝、止水性好、工期较短、造价较低等优势，较为适用于粘土层、淤泥加固，但同时也存在加固不连续、影响后期施工（盾构切削土体困难）、加固体强度偏低等不足，因此单独使用搅拌桩法进行盾构隧道始发洞口土体加固存在较大风险[1]。

1.2注浆法

注浆法主要通过将某些能固化的浆液注入岩土地基裂缝或孔隙中完成加固，该加固技术具备施工方法简单、注入参数可调节、注入部位和范围可控制、加固土体强度高、抗渗性能优秀、工期较短等优势，较为适用于粘土层、粉土、淤泥加固，但同时也存在造价较高、施工会影响附近管线及构筑物的不足。

1.3旋喷桩法

旋喷桩法主要通过高压脉冲泵、旋喷钻机高速喷射预先配置好的水泥浆，通过不断切削土体、旋转提升钻杆，即可充分搅拌土体与浆液形成柱状固结体完成土地加固。旋喷桩法具备施工设备简单、工期较短、占地面积小、适用于多种地层、造价较低等优势，但由于土体加固质量可靠性不高，该土体加固技术无法单独满足盾构隧道始发洞口土体加固需要[2]。

1.4SMW工法

SMW工法也被称为新型水泥土搅拌桩墙，该加固技术主要通过在水泥土桩内插入H型钢实现土体加固，防渗挡水与荷载承受由此得以结合起来。SMW工法具备加固质量高、环境污染小、适用于各类软土地层、工期较短、止水性好、施工噪音小等优势，属于较安全的土体加固工法，但较高的造价必须得到重视。

1.5冻结法

冻结法主要通过将天然岩土变成冻土实现土体加固，该方法需应用人工制冷技术。冻结法具备止水性能好、土体加固强度高等优势，但该技术应用所需工期较长、造价极高，且可能对地面沉降造成一定影响，因此冻结法必须谨慎选用。

2工程实例分析

2.1工程概况

为提升研究的实践价值，本文选择了某地S地铁工程作为研究对象，该工程的1358标段由两个车站、两个盾构区间组成，全长4000m，主要附属工程包括8个洞门、2个联络通道兼废水泵房。工程采用复合式土压平衡式盾构机进行施工，盾构开挖直径、盾构隧道左右线间距、隧道覆土厚度分别为6.28m、14.2m、6~7m，纵断面最大坡度为22.66%，平面处于直线段。工程区间原始地貌为滨海相潮间带，经软基处理由填海而成，工程始发洞口隧道拱顶及洞身主要地层自下而上分别为中等风化岩和微风化岩、全风化岩与强风化岩、砾（砂）质粘土、粘土、粘土和砾砂、淤泥质粘土和砾砂、填石与填砂。各砂层与粘性土中的赋存水为孔隙水，基岩风化层中的赋存水为基岩裂隙水，二者渗透性相近。区间范围地下水位埋深、水位高程分别为0.70~4.60m、-1.40~2.81m，属水量极丰富区，最大隧道涌水量达7576m3/d，极易出现涌水现象与局部流砂现象（砂层）。

2.2土体加固方案选择

考虑到工程属于典型的富水软弱地层，对比土体加固技术优劣后，综合考虑砾（砂）质粘土的主要地层构成、水量极丰富区实际、相关工程参数、建筑材料市场价格现状、施工方便性、周边环境实际、工程安全保障需要，最终选择了搅拌桩与800mm厚素混凝土墙配合的联合加固方案。加固施工需先进行搅拌桩施工，随后完成素混凝土墙施工，两种加固技术的连接效果可较好满足工程施工需要[3]。

图1盾构始发洞口土体加固平面（左）、土体加固剖面（右）

2.3土体加固方案设计

搅拌桩施工位置为盾构始发洞口紧靠盾构井连续墙前，采用锁口管接头形式开展单元槽段施工，加固范围为6m×26.2m，搅拌桩规格为500mm@350m×m350mm，桩长、上面空桩桩长分别为18.2m与6.2m，共计1100条搅拌桩。随后进行800mm厚的C15素混凝土墙施工，施工位置紧贴围护结构，加固深度为18.2m。同时在搅拌桩外侧（加固体前方）进行800mm厚的素混凝土墙框架（U型）施工。考虑到盾构主机与土体加固长度的联系，纵向加固长度、墙加固深度分别为8.5m与18.2m，加固体上下左右外包隧道为3m，图1分别为土体加固平面、土体加固剖面。

2.4土体加固技术措施

为保证土体加固效果，工程采用了两喷四搅工艺，选用了2台PH-5B型号的搅拌机进行施工，搅拌桩掺入10%的32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.55，采用梅花形布置。由于工程场地填石层埋深较浅，工程使用黄土进行了连续墙墙身两侧各外延1m范围内的填石层块石换填，并对换填后的黄土进行压实处理。素混凝土墙施工在完成搅拌桩、主体围护连续墙施工后进行，需先进行块石换填，主要施工方法包括水下混凝土灌注、成槽施工、泥浆的制备和使用、导墙施工等。为保证施工质量，采用原土造浆进行泥浆制备，并在必要时使用膨润土造浆，采用空气吸泥法反循环清孔、应用两根导管进行水下混凝土灌注。

2.5土体加固效果分析

为明确土体加固效果，施工单位严格监控测量了盾构始发洞口土体加固效果，盾构始发前竖向抽芯检测的强度和整体性好、加固体强度满足设计，水平抽芯检测可确定水平探孔流水量符合设计要求，检漏试验可确定渗漏情况符合国家技术规范；盾构始发推进阶段的检测可确定土体加固较好满足了工程安全需要，施工过程洞口加固区内地面沉降较小、各处断面的沉降量也得到了较好控制，土体加固的有效性可见一斑。

结论

综上所述，富水软弱地层盾构隧道始发洞口土体加固技术的应用存在较高必要性，在此基础上，本文涉及的土体加固方案选择、方案设计、技术措施、效果分析等内容，则提供了可行性较高的土体加固技术应用路径，而为了更好满足盾构隧道施工需要，加固技术应用过程中的质量控制同样需要得到重视。

参考文献

[1]桂志敬,肖殿良,宋浩然.叠落式暗挖与盾构隧道施工的变形控制[J].公路交通科技,2018,35(08):106-111+122.

[2]欧阳林,杨双发,张东明.高压旋喷桩联合袖阀管注浆加固法下盾构隧道施工过程路基沉降影响分析[J].铁道勘察,2016,42(04):64-67.

[3]闫朝涛.地层加固对风险地段地铁盾构隧道施工的影响[J].城市轨道交通研究,2014,17(06):107-110.