淤泥質(zhì)地層盾構(gòu)始發(fā)洞門地層改良技術(shù)

李勝新，李澤苑，尹占峰

（中國石油天然氣管道局第四工程公司，河北廊坊 065000）

淤泥質(zhì)地層盾構(gòu)始發(fā)洞門地層改良技術(shù)

李勝新，李澤苑，尹占峰

（中國石油天然氣管道局第四工程公司，河北廊坊 065000）

錢塘江盾構(gòu)始發(fā)洞門位于淤泥質(zhì)黏土地層，洞門土體靈敏性高，受到擾動(dòng)后易發(fā)生垮塌涌土與地面沉降，采用深層攪拌樁與高壓旋噴樁相結(jié)合改良技術(shù)可防止該現(xiàn)象的發(fā)生。文章介紹了始發(fā)井洞門加固方法的選擇、深層攪拌樁和高壓旋噴樁工藝參數(shù)的確定、加固質(zhì)量控制、洞口井壁混凝土的鑿除、加固措施的實(shí)施效果等。

盾構(gòu)始發(fā)洞門；淤泥地層；地層加固；深層攪拌樁；高壓旋噴樁

0 引言

錢塘江盾構(gòu)始發(fā)洞門位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉砂層：地層土灰色，流塑，稍有光滑，搖振反應(yīng)無，干強(qiáng)度及韌性中等，夾粉砂，單層厚0.2～10cm，具微層理，局部互層狀。層厚2.20～22.00 m，層底標(biāo)高-14.61～-27.13m，層底埋深14.60～36.10 m。

其主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) （平均值）如下：含水量w=41.1，密度ρ=1.81，孔隙比e=1.152，液性指數(shù)IL=1.02，壓縮系數(shù)A0.1-0.2=0.74 MPa-1，壓縮模量Es=2.87 MPa，快剪內(nèi)聚力Cq=20 kPa，快剪內(nèi)摩擦角φq=3.7°，固結(jié)快剪內(nèi)聚力Cg=24 kPa，固結(jié)快剪內(nèi)摩擦角φg=11.1°，實(shí)測標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N63.5=3擊。

具有較高含水量、大孔隙比、透水性差、較高壓縮性、易蠕變、觸變、較高靈敏度特性，受擾動(dòng)易造成承載力明顯下降、涌土、沉降等。

為了在破除混凝土洞門時(shí)，防止發(fā)生洞門土體垮塌涌土與地面沉降的風(fēng)險(xiǎn)，盾構(gòu)出洞段與豎井壁墻之間采用深層攪拌樁與高壓旋噴樁補(bǔ)充改良加固。

豎井壁洞門預(yù)埋鋼套筒，直徑4.2 m，長0.8 m（見圖1），鋼套筒與豎井構(gòu)造筋采用φ28 mm鋼筋焊接，鋼筋長度600 mm，豎井壁洞門鋼套筒內(nèi)用磚塊襯砌填實(shí)，洞門預(yù)留30 cm厚素混凝土墻。

1 實(shí)施方案

1.1 始發(fā)井洞門加固方法的選擇

盾構(gòu)始發(fā)井采用矩形結(jié)構(gòu)，長22 m，寬8 m，井深為18.5 m，不排水法施工，洞門直徑4.2 m，隧道洞口中心覆土厚度13.5 m。

在鑿除洞門素混凝土過程中，土體垂直臨空面較高，易產(chǎn)生土體滑坡、坍塌、涌土與地面沉降風(fēng)險(xiǎn)，另外為防止盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入淤泥質(zhì)地層后，由于地基承載力不均勻，造成盾構(gòu)機(jī)磕頭等，綜合考慮地質(zhì)與埋深情況，淤泥質(zhì)地層盾構(gòu)出洞段在施工前，采用深層攪拌樁進(jìn)行土體加固，井壁與深層攪拌樁之間采用高壓旋噴樁進(jìn)行補(bǔ)充改良。

1.2 深層攪拌樁工藝參數(shù)的確定

地層加固工程采用φ500 mm雙軸深層攪拌樁，攪拌體長17 m?？拷撮T4 m范圍內(nèi)，樁中心距為300 mm，采用32.5級復(fù)合硅酸鹽水泥，水泥摻合比15%，水灰比1.5左右，攪拌樁水泥用量為（60±5）kg/m，墻體抗?jié)B系數(shù)小于10-7cm/s。28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于0.8 MPa；漿液配比根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)為水泥∶水 =1∶1.5，樁體垂直偏差不大于120 mm，樁位偏差不大于20 mm。見圖2。

1.3 高壓旋噴樁工藝參數(shù)的確定 （見表1）

深層攪拌樁與井壁之間采用高壓旋噴樁改良加固，打一排φ500 mm攪拌樁，間距400 mm，主要是起到補(bǔ)充加固井壁地層穩(wěn)定與防水、防止井外土體滑移塌陷的作用。

表1 高壓旋噴樁施工主要技術(shù)參數(shù)

漿液配置：高壓旋噴樁的漿液采用普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求配制水泥漿液，水灰比為1∶1，水泥漿密度1.5，復(fù)合早強(qiáng)劑摻量2.5%~3% （型號為TD-6）。

1.4 加固質(zhì)量控制及效果檢測

樁與樁、排與排之間應(yīng)連續(xù)，不得出現(xiàn)漏樁。

土體加固完成后，地層應(yīng)具有良好的均勻性和整體性，在鑿除洞門時(shí)能夠自穩(wěn)，允許有少量滲漏水。土體改良后一周檢查土體強(qiáng)度，通過鉆芯取樣測定其抗壓強(qiáng)度，也可通過靜力觸探或貫入法測定其強(qiáng)度和攪拌的均勻性；滲漏水檢查采用洞門水平鉆孔檢查 （見表2）。

表2 質(zhì)量控制要求

土體加固完成后，進(jìn)行鉆孔取芯試驗(yàn)，取芯試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到K0≥0.7 MPa，內(nèi)聚力C≥0.4 MPa。

混凝土洞封門拆除前，采用水平鉆孔檢查滲水量，水平孔均勻分布于洞門，滲水量總計(jì)不大于10 L/min。檢查孔用后采用低強(qiáng)度水泥砂漿封閉。

1.5 洞口井壁混凝土的鑿除

分析檢測的結(jié)果，改良土體達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)指標(biāo)，即可開始鑿除豎井井壁混凝土墻。

始發(fā)洞門內(nèi)部襯筑有900 mm厚磚墻，16 mm厚鋼套管封門，300 mm厚素混凝土墻，先行采用人工拆破磚墻，切割洞口鋼封門，最后鑿除300 mm厚C40素混凝土墻 （見圖3）。

1.5.1 洞門磚墻拆除

洞口井壁填充磚厚度為900 mm，采用風(fēng)鎬鑿除，鑿除工作須分二層漸進(jìn)，先上后下原則，對洞門內(nèi)全部磚墻進(jìn)行清理。

1.5.2 切割洞口鋼封門

洞口鋼封門的洞門鋼板厚16 mm，根據(jù)水平鉆孔取樣的試驗(yàn)要求，先進(jìn)行取芯孔割除作業(yè)，待加固土體的檢測試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求后，對洞口鋼封門鋼板進(jìn)行割除作業(yè)。

1.5.3 洞門素混凝土墻鑿除

洞門素混凝土鑿除采用液壓劈力法。具體做法是在洞門下方采用金鋼石取芯水鉆 （直徑32 mm）鉆孔，先鉆槽爆孔4個(gè)，間距400 mm×400 mm，30°角布置，用4臺(tái)劈力機(jī)同時(shí)劈力，再分別向外圍擴(kuò)大，孔間距小于400 mm，分層分區(qū)先下后上依次進(jìn)行。

盾構(gòu)始發(fā)洞門鑿除的風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)在洞門鑿開后土體的穩(wěn)定性和止水性，為了降低開洞門后土體坍塌帶來的風(fēng)險(xiǎn)，在土體改良達(dá)到規(guī)范要求的時(shí)間后，對改良效果進(jìn)行檢測，檢測其強(qiáng)度和止水性。采用劈力法鑿除洞門混凝土墻具有無振動(dòng)、速度快、安全的特點(diǎn)，不影響盾構(gòu)下井安裝作業(yè)，當(dāng)洞門混凝土墻拆除后，可快速將盾構(gòu)機(jī)推入洞門，從而有效地控制風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

2 實(shí)施效果

錢塘江盾構(gòu)始發(fā)洞門淤泥質(zhì)地層，通過改良處理，地層的自穩(wěn)性能與防水性得到了提高。采用劈力法鑿除洞門混凝土墻具有無振動(dòng)、速度快、安全的特點(diǎn)，未影響盾構(gòu)機(jī)下井安裝正常作業(yè)，僅用24 h就完成了洞門混凝土墻拆除，并將盾構(gòu)機(jī)推入洞門，有效地控制了風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

Silty Stratum Reinforcement Technique Applied for Starting Hole of Shield Tunneling

LI Sheng-xin（Fourth Engineering Company of China Petroleum Pipeline Bureau,Langfang 065000,China）,LI Ze-yuan,YIN Zhan-feng

The starting hole of shield tunneling at the Qiantanjiang River is located in the silty stratum of high soil sensitivity,where hole collapse,soil gushing and ground settlement are easy to happen while soil is disturbed.The soil reinforcement technique combining deep mixing piles with high pressure jet grouting piles can prevent the starting hole from those damages.This paper presents the method selection of the starting hole reinforcement,process parameter determination of deep mixing piles and high pressure jet grouting piles,reinforcement quality control,cutting away of shaft concrete wall around the starting hole and implementation effects of the reinforcement measures.

starting hole of shield tunneling;silty stratum;stratum reinforcement;deep mixing pile;high pressure jet grouting pile

TE973.4

B

1001－2206（2011）03－0063－03

李勝新 （1957-），男，上海人，高級工程師，2004年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)機(jī)電一體化專業(yè)，碩士，現(xiàn)主要從事盾構(gòu)穿越施工管理工作。

2010-06-24