复杂地层中地铁盾构接收端头加固技术研究

复杂地层中地铁盾构接收端头加固技术研究

李萨冉

中国土木工程（澳门）有限公司，中国澳门， 510000

摘要：目前，城市地下空间工程的开发与利用处于快速增长时期，地铁以其方便快捷、能有效缓解城市交通压力等优势被很多城市大力发展兴建。盾构法隧道施工是城市地铁隧道建设中常用的施工方法，同时盾构接收也是盾构法施工中风险最高的环节之一，而目前盾构接收中存在端头土体加固效果无法保证且施工风险性高的情况。需要结合实际工程对常见的端头加固方法、加固效果和加固范围进行分析，但对施工的经济适用性，以及对环境的影响程度缺乏更多讨论。传统降水法需大量抽排地下水，造成资源浪费及生态环境的破坏，在征收水资源费后，更加会大幅增加施工成本。在环保要求愈发严格的今天，端头加固技术对环境的影响及经济成本不能再被忽视。基于此，本篇文章对复杂地层中地铁盾构接收端头加固技术进行研究，以供参考。

关键词：复杂地层；地铁盾构；接收端头；加固技术

引言

盾构法盾构接收更加高效、安全，在地铁区间隧道建设中被广泛采取。因此，盾构端头的加固方式被国内外众多学者讨论和研究。作为隧道施工关键环节，在大埋深、高水压等复杂工况下施工风险较高，盾构进洞过程中常引发洞门涌水、涌砂事故。对复杂地层中地铁盾构接收端头加固技术进行研究，总结端头加固及洞门止水措施;以某隧道工程为例，提出盾构接收端头加固措施。

1盾构施工工法

盾构技术主要是指在地表以下进行暗挖隧道施工时，在开挖过程中，盾构的盾构机壳体可作为周围土壤的临时支撑物。在盾构机的保护下，挖开隧道，将各段进行组装和衬砌，形成永久性的砌体。它是一种综合性的施工技术，在圆柱状的施工作业面内配备着盾构刀盘、出土传送带、盾构出土口结构、螺旋出土口装置、运输列车编组装置等部件的隧道开挖专用机械。同时地面上装备着壁后注浆浆液搅拌站、垂直运输门吊等专用机械。盾构法的主要内容是：首先在隧道的某个区段的一端开挖竖井或者基坑，此竖井或基坑可作为盾构始发竖井和接收竖井或始发基坑和接收基坑。然后将盾构机及零部件吊装到轴的预定起动位置，组装整机进行调试。在隧道中沿着设计轴线，盾构从竖井的墙壁预留孔出发到达另一竖井的墙壁预留孔，在盾构推进的时候会受到土层的阻力，盾构机内的千斤顶可以利用拼装好的管片，利用衬砌提供的反力使盾构机向前掘进，直至掘进到预定接收竖井或基坑时，掘进结束。盾构法施工时还需要密切结合地下水位的降低、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施、衬砌的堵漏和防水、施工测量监测技术、合理的施工布置等其他施工技术才能顺利进行。

2工程概况及重难点分析

2.1工程概况

某地铁车站区间左线长度542.953m（含长链2.434m），右线长度540.519m。左、右线各设置一处平曲线，曲线半径为1000m，线间距14m～17m。线路纵坡设计为单向坡，坡向长兴路，右线下坡坡度为21.481‰，左线下坡坡度为21.370‰，盾构隧道为单洞、单线圆形断面，管片外径6.2m、内径5.5m、管片厚度35cm、环宽1.5m。本文将针对某车站接受端头复杂地质条件，对其端头加固施工措施进行讨论。

2.2盾构接收施工重难点分析

现阶段，为解决复杂周边环境及软弱富水地质条件下的盾构接收难题所采取的安全措施主要有端头加固、深井到达、冷冻等，常规端头加固方式有旋喷桩加固、深层搅拌桩加固、地面水平(垂直)注浆加固、旋挖素砼桩、冷冻法等。当单一措施难以满足工程需要时，也可适当组合两种或多种加固方式，以确保盾构接收施工安全。结合2#盾构井实际地质及场地条件，从盾构安全接收、对周边构筑物及管线的保护、地表沉降的控制等方面考虑，本工程盾构接收施工技术重难点主要体现在以下几方面:(1)接收井出洞端基坑底部距离地面约20m，隧道洞身及基底地层以粉质黏土、卵石土为主，此类地层渗透系数大，场地地下水丰富，以致地层承载能力较差。软弱富水地质条件下的盾构接收施工会对周围地层产生较大的扰动，进而引发突水、涌水等安全事故，因此应切实开展接收端头加固、地下水控制各方案适应性研究，实施方案合理与否将直接关联盾构接收施工的安全性。(2)接收井所处区域地下管线复杂，施工可能造成的管线变形损坏会引发严重后果。出洞端采用深井到达，土体施工扰动有限，对污雨水等市政管线影响较小，但仍需加强变形检测并合理监控接收过程中盾构机的掘进参数。(3)隧道并行地铁某号线敷设，接收井施工影响区域内线路主要以高架方式敷设，受地表不均匀沉降影响较大，且出洞端距桥墩仅31.3m，盾构接收施工过程中的姿态纠偏、差异掘进等引起的土体扰动都将增加地铁某号线的运营风险。

3加固技术

3.1桩体施工

素桩采用旋挖桩成孔，共20根φ1000@1000，采用C25混凝土灌注，原地面标高约93.6m，桩顶标高88.6m，桩底标高66.76m，原地面孔深约26.84m，其中空桩5m，实桩21.84m，桩径1000mm，桩中心间距1000mm，桩间相互紧贴。为增强止水效果，在混凝土素桩小里程采用RJP工法桩Φ2000@1500RJP进行补强加固，加固深度与原设计三轴搅拌桩相同，为隧道周边3m范围，桩体水泥掺量不小于20%，RJP实桩长度12.2m。根据现场试桩，得出的RJP桩施工参数如下：桩径为1500mm，水灰比为0.6，水泥泥浆压力为40±2MPa，空气压力1-1.5MPa，空气流量3-7m/min，水压力20-25MPa，水泥用量≥750kg/m

³，提速速度≥10.6min/m，水泥泥浆流量为170L/min，水流量50-100L/min。RJP桩钻孔深度根据现场标高确定，原地面标高约94.2m，桩底标高66.76m，实桩标高78.96-66.76m，实桩长12.2m，钻孔深度约27.44m。为了验证RJP桩加固的效果，通过打设两根试桩，7天后对抗压强度及渗透系数进行检测，取芯位置从桩间咬合部分取芯。加固后的土体，需要有良好的均匀性、自立性、止水性，无侧限抗压强度大于0.8MPa,渗透系数小于等于1.0×10-6cm/s。

3.2端头加固

盾构接收前，需对接收井地下连续墙外侧一定范围内的含水层进行加固，增大地层强度，提高地层隔水性，以避免盾构进洞时洞门涌水、涌砂。采用液氮垂直冻结加固技术处理土体，使洞门破除后土体可承载水土压力，并阻挡地下水携砂流入接收井，保证洞门安全。根据以往工程经验，冻结土体帷幕引起的地表冻胀隆起一般≤20mm，可采用地面注浆和洞门水平注浆相结合的方式处理地层融沉，如无重要管线，可自然解冻恢复原貌。冻结管间距根据冻结发展速度(一般为80～150mm/d)确定，宜同时达到交圈，并在两端设置测温孔。考虑冻结管与既有地下连续墙的最近距离为300mm，预计冻结7d后冻结壁厚度可达1m，满足承载水土压力的要求。

结束语

综上所述，复杂地层中地铁盾构接收端头加固技术合理可行，具有安全可靠、对周边环境影响小等优点，可平衡压力，有效控制地面沉降，保护地下管线。与此同时，液氮垂直冻结加固技术可使冻结土体有效承载压力，阻挡地下水携砂流入接收井，保证洞门破除安全。为了降低承托板开裂程度，可适当考虑满堂支架提供支撑力，但须经计算确定。做好施工监测与应急管理工作，发现异常情况立即采取相应措施，以提高施工安全性。

参考文献

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