長春地鐵富水砂卵石地層常壓開倉加固技術(shù)

張雨來

（中鐵十八局集團第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

1 工程概況

長春某地鐵盾構(gòu)區(qū)間左線YDK15+697（591環(huán)）因設(shè)備原因造成掌子面與掘進作業(yè)面聯(lián)通，導(dǎo)致隧道內(nèi)涌水涌砂，將操作室前方作業(yè)空間呈坡面覆蓋。盾構(gòu)刀盤位于地下通道出入口樓梯下，盾尾在廣場北路西側(cè)路緣石位置。

盾構(gòu)停機周邊管線主要分布為：南北走向、東西方向管線布置，南北方向主要有10kV強電、弱電、電信、監(jiān)控、路燈；東西方向主要有電信、雨污管道。

盾構(gòu)停機位置處于圓礫、強風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、強風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖的上軟下硬地層，盾構(gòu)刀盤底部標(biāo)高為-1.9m，盾構(gòu)埋頂深約17m，沿掘進方向強風(fēng)化巖標(biāo)高為-0.52～-0.59m，中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖標(biāo)高-1.19～-1.32m，刀盤入巖約1.4m。地下水位標(biāo)高約15m，地下水位于隧道上方11m。

2 盾構(gòu)修復(fù)方案必選

經(jīng)過初步的原因分析，盾構(gòu)設(shè)備最有可能出現(xiàn)故障的原因有2點：一是中心回轉(zhuǎn)體故障；二是螺旋機底部檢查口被磨穿或蓋板脫落?；谠O(shè)備保護及損壞原因分析，需要對盾構(gòu)停機位置土體進行加固止水措施，以達到清理盾構(gòu)內(nèi)部砂子、泥巖，檢修盾構(gòu)設(shè)備的目的。加固需達到能常壓進倉作業(yè)的效果。經(jīng)過多次召開專家會議評審地面加固、冷凍等方案，在地面加固方案中又必選了旋噴樁加固、三軸攪拌、全回轉(zhuǎn)鉆機素樁等施工工藝，確定最終加固方案為：化學(xué)注漿+三軸攪拌+降水井的加固措施。

3 施工方案

3.1 盾構(gòu)周邊進行化學(xué)漿液注漿

盾構(gòu)頂部土體因洞內(nèi)噴涌出現(xiàn)坍塌，土體經(jīng)過擾動后重新分布，因此盾構(gòu)頂部及周邊的土體比較松散，后期進行盾構(gòu)周邊的三軸攪拌施工極易產(chǎn)生漿液流竄。為確保盾構(gòu)盾體不被三軸攪拌漿液包裹，在三軸攪拌體和盾體間首先進行化學(xué)漿液注漿，盾構(gòu)前方注1.7m厚度的化學(xué)漿液，盾體兩側(cè)注1.2m厚度的化學(xué)漿液，如此可起到隔離和止水作用［1］。

具體施工如圖1所示。刀盤前方布置2排化學(xué)漿液注漿孔。距離刀盤前方60cm布置第一排化學(xué)漿液注漿孔，第二排距離第一排50cm，2排呈梅花形布置。靜壓化學(xué)漿液注漿的加固深度至中風(fēng)化巖面，頂部至水位線上2m。

圖1 盾構(gòu)周邊注漿區(qū)域布置圖

3.2 地面三軸攪拌樁加固

地面加固采取ф850@600mm三軸攪拌樁加固。化學(xué)漿液因采用速凝漿液，因此施工完后可馬上進行下一步的三軸攪拌樁施工。三軸攪拌樁樁體與靜壓化學(xué)漿液加固區(qū)咬合20cm，三軸攪拌樁施工深度至中風(fēng)化巖面，頂部至水位線上2m。

施工順序：因上行線盾構(gòu)將穿越下行線停機位置，上下行之間需進行隔離措施，因此先施工盾體南側(cè)三軸攪拌，后因場地原因由東向西倒退施工，最后施工刀盤及前方三軸攪拌樁［2］。

施工方案調(diào)整：刀盤前方最外側(cè)4排三軸攪拌因地層中卵石粒徑及含量較大，出現(xiàn)多次卡鉆等情況，且施工進度較慢，后調(diào)整為三重管高壓旋噴樁。具體加固如圖2所示。

圖2 地面三軸攪拌樁加固平面圖

3.3 盾尾止水帷幕施工

盾尾管片位置止水帷幕采用ф850@600mm三軸攪拌樁+靜壓化學(xué)漿液2種方式。盾尾位置3排ф850@600mm三軸攪拌樁作為盾體頂部0.5～1.0m（具體數(shù)值通過試驗確定）外的土體固結(jié)及止水帷幕，為確保施工時不破壞管片，因此加固深度至隧道頂部0.5～1.0m（具體數(shù)值通過試驗確定），隧道頂部及盾構(gòu)周邊止水采用化學(xué)漿液注漿作為止水帷幕。

3.4 盾首土體固結(jié)及止水帷幕施工

盾體刀盤前方1.5m+刀盤、前盾頂部范圍內(nèi)參考盾尾上部止水帷幕方式進行施工，如圖3所示。

3.5 盾體兩側(cè)二次靜壓化學(xué)漿液注漿補強

因盾體下部存在弧形區(qū)域?qū)儆谧{盲區(qū)，為解決此位置的滲流通道，對盾體兩側(cè)進行二次靜壓化學(xué)漿液注漿，注漿壓力可調(diào)大至1.5MPa。如圖4所示。

3.6 降水井施工

盾體兩側(cè)各布設(shè)2口φ600mm降水井（后因南側(cè)無水減少1口），刀盤前方設(shè)2口φ600mm降水井，兼做施工觀察井使用，用于抽排施工中滲漏進來的水，截排水體流向刀盤方向。降水井深度入中風(fēng)化巖2m。加固區(qū)以外盾體兩側(cè)各布置3口減壓井，以降低加固區(qū)內(nèi)外的水壓差。

圖4 盾體兩側(cè)滲水通道止水帷幕補強示意圖

4 洞內(nèi)輔助措施

（1）止水環(huán)箍。對臺車范圍內(nèi)的所有管片（設(shè)備無遮擋的注漿孔）進行二次雙液補漿密封，對1、2號臺車連接位置的管片的16個注漿孔全部進行二次補漿，以形成成圈的止水環(huán)箍，防止管片后部的水流入前方并保證前方土倉內(nèi)土體的穩(wěn)定性。隨著洞內(nèi)砂子清理至操作室前面時，此位置可進行封閉成環(huán)注漿［3］。

漿液配合比：水玻璃∶水=1∶2（體積比）；水泥∶水=1∶1（質(zhì)量比）；水泥漿∶水玻璃=1∶1（體積比）。注漿以壓力控制為主，壓力控制在0.3～0.5MPa，止水環(huán)施作的壓漿量根據(jù)壓力值而定，達到注漿設(shè)計壓力后，維持此壓力3～4min即可停止注漿。

（2）管片加固措施。管片背后二次補漿完成后，對盾構(gòu)臺車范圍內(nèi)的管片螺栓進行二次復(fù)緊。并將臺車設(shè)備橋范圍內(nèi)外露管片進行8mm角鋼焊接拉緊（狀態(tài)與接收段管片角鋼拉緊相同），每環(huán)管片的角鋼拉緊不少于4道。

5 施工工藝及參數(shù)要求

（1）化學(xué)注漿。

化學(xué)注漿采用靜壓雙液注漿，施工鉆孔和噴入漿液時的方法一樣，都是采用直徑為φ50mm雙層鉆桿，在鉆桿的端頭裝有管內(nèi)混合器，使注漿材料充分混合。用注漿泵將A、B兩液分別壓入外管和內(nèi)管，并在二重管的端頭混合室混合，通過濾網(wǎng)在水平方向?qū)嵭袊娚洌節(jié){材浸透到地層中。

注漿：將壓力嚴格控制在0.4～0.6MPa范圍內(nèi)，注漿時還應(yīng)密切關(guān)注漿液流量。當(dāng)壓力突然上升、下降，地面溢出時，應(yīng)立即停止注漿。

材料要求：注漿材料主要采用硫酸-水玻璃雙液漿，水玻璃濃度為38～41°Be′，濃硫酸濃度98%。配合比：A液∶水玻璃：水=1∶2（體積比）；B液：硫酸∶水=1∶4（質(zhì)量比）；A液∶B液=1∶1（體積比）。

（2）三軸攪拌樁。

三軸攪拌樁位保證咬合質(zhì)量采用套打一孔工藝。因盾構(gòu)通過區(qū)為砂卵石地層，卵石間孔隙率較大且水含量豐富，盾構(gòu)底部為泥巖，為卵石層保證止水效果及卵石與泥巖交界面的止水效果，在水泥漿液中摻加3%～5%的膨潤土，在盾構(gòu)范圍內(nèi)延長攪拌時間，攪拌至底部時停止攪拌進行靜止噴漿8～10min［4］。

6 效果驗證

（1）化學(xué)注漿加固效果。清理中盾過程中發(fā)現(xiàn)有化學(xué)漿液滲入盾體內(nèi)，但未有水泥漿液滲入盾體內(nèi)。通過后期的開倉觀察，土倉內(nèi)有大量化學(xué)漿液，但并未發(fā)現(xiàn)水泥漿液滲流進土倉，因此判斷化學(xué)漿液起到了隔離及止水效果。

（2）三軸攪拌樁。通過三軸攪拌取芯效果來看，加固效果滿足施工需求，樁體較完整，且抗壓強度達到了設(shè)計需求的1.5MPa，通過土倉內(nèi)土體清空后發(fā)現(xiàn)樁體加固效果較好。

（3）開倉效果。在長達8天的常壓開倉時間中，常規(guī)的地面加固措施無重大風(fēng)險出現(xiàn)，過程中雖出現(xiàn)小股的滲漏水情況，但預(yù)期的設(shè)備檢修按期完成。

7 結(jié)論

在富水砂卵石地層采用常規(guī)地面加固措施進行常壓開倉的技術(shù)選擇是可行的，在地面加固中需加強施工過程控制，嚴格按照施工參數(shù)進行，加固效果完全能滿足常壓開倉需求。

［1］ 喻濤鋒. 前進式水平注漿加固在天津軟土中的應(yīng)用［J］. 隧道建設(shè)，2011，S2：33-34.

［2］ 黃相鋒，張立波，張心靈. 袖閥管深孔注漿在地鐵隧道暗挖施工中的應(yīng)用［J］. 山西建筑，2012，27：31-32.

［3］ 趙福善. 半斷面法超前周邊注漿在煤層采空區(qū)治理中的應(yīng)用［J］. 蘭州交通大學(xué)學(xué)報，2014，01：44-45.

［4］ 李泉新. 煤層底板超前注漿加固定向鉆孔鉆進技術(shù)［J］. 煤炭科學(xué)技術(shù)；2014，01：56-57.