粉砂地層大斷面盾構(gòu)始發(fā)端頭加固技術(shù)

徐 波

(杭州市地鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310020)

1 概述

盾構(gòu)始發(fā)端頭加固設(shè)計(jì)與施工直接關(guān)系到盾構(gòu)始發(fā)的順利和安全與否。施工中，應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境和加固范圍，選取最佳的端頭加固方案，降低盾構(gòu)始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，這在粉砂地層條件下大斷面盾構(gòu)始發(fā)時(shí)顯得尤為重要[1,2]。本文基于杭州地鐵1號(hào)線三期工程下沙風(fēng)井—濱江一路站區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)端頭地層加固施工的成功實(shí)踐，對(duì)鄰近錢塘江的富水粉砂地層條件下直徑11.67 m的大斷面盾構(gòu)始發(fā)地層加固技術(shù)進(jìn)行了分析研究，可為類似工程項(xiàng)目提供參考。

2 端頭加固設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目采用一臺(tái)直徑11.67 m的泥水盾構(gòu)從下沙風(fēng)井始發(fā)，下穿錢塘江后，到達(dá)濱江一路站并吊出。始發(fā)段埋深為8.8 m～21 m，覆土自上而下依次為素填土①2、淤泥土①5、砂質(zhì)粉土②4、粉砂土③5、砂質(zhì)粉土③6、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土⑥2、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土⑥31。洞身范圍主要為粉砂③5、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及粉土⑥2。

如圖1所示，始發(fā)段端頭加固區(qū)采用地面850 mm@600 mm豎排(排距500 mm)的三軸水泥攪拌樁，加固深度隧道上下各5 m。攪拌樁與地下連續(xù)墻間采用兩排800 mm高壓旋噴樁進(jìn)行加固止水，其余三邊采用850 mm厚TRD攪拌墻作為止水帷幕，TRD深度為至隧道底部5 m。在地連墻與TRD攪拌墻的連接處，各采用3根φ1 400 mm MJS高壓旋噴樁進(jìn)行止水封堵。加固范圍為縱向長19.85 m，寬21.3 m，縱向與橫向各外搭接1 m。在止水帷幕內(nèi)外共設(shè)置10口真空降水井，井管深度為加固底面以下5 m，出洞前需降低水位至底板以下1 m。

3 施工要點(diǎn)

總體施工順序?yàn)椋喝S攪拌樁→TRD水泥土攪拌墻→高壓旋噴樁→MJS高壓旋噴樁→真空降水井。

3.1 三軸攪拌樁

攪拌樁加固采用φ850@600 mm咬合施工，排距500 mm。加固區(qū)水泥摻量為20%，弱加固區(qū)水泥摻量為10%(盾構(gòu)兩側(cè)、底、頂部5 m范圍為強(qiáng)加固區(qū)，隧道頂部以上5 m為弱加固區(qū))，采用P.O42.5R普通硅酸鹽水泥。

鉆頭下沉速度為0.8 m/min～1 m/min，提升速度0.8 m/min～1 m/min,攪拌轉(zhuǎn)速16 r/min，注漿壓力0.4 MPa～0.6 MPa，漿液流量80 L/min～120 L/min，水灰比1∶ 1～1∶ 1.5。應(yīng)確保攪拌樁樁身的均勻性、連續(xù)性,相鄰樁間歇時(shí)間應(yīng)超過12 h,垂直度應(yīng)控制在1/150L(始發(fā)端L=30.7 m)。

3.2 TRD水泥攪拌墻

TRD水泥攪拌墻工法是以鏈鋸式刀具為主要機(jī)具，通過刀具在施工現(xiàn)場(chǎng)按照設(shè)計(jì)深度和護(hù)壁設(shè)計(jì)寬度將土體切割，在刀具端頭噴出水泥漿硬化劑注入土體的同時(shí)注入高壓空氣使水泥漿與原位土體充分混合、攪拌將原位土體固結(jié)從而在地下形成一道等厚度的連續(xù)墻。其施工工藝流程如下:

測(cè)量放樣→開挖溝槽→吊放預(yù)埋箱→樁機(jī)就位→切割刀盤組裝→切割線與主線連接→安裝測(cè)斜儀→TRD工法成墻→拔出切割刀盤→殘土處理→攪拌機(jī)撤出。

施工現(xiàn)場(chǎng)圖見圖2。

TRD墻采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度要求不小于1.0 MPa。TRD墻抗?jié)B性能應(yīng)滿足墻體自防滲要求，滲透系數(shù)小于10-7cm/sec；墻體垂直度不大于1/300；墻位偏差不大于+20 mm～-50 mm(向坑內(nèi)偏差為正)，墻深偏差不大于50 mm，成墻厚度應(yīng)不小于設(shè)計(jì)厚度，偏差控制在0 mm～-20 mm(控制切割箱刀頭尺寸偏差)。應(yīng)根據(jù)注漿速度匹配相應(yīng)的樁機(jī)移動(dòng)速度，注漿泵的工作流量應(yīng)能調(diào)節(jié)，其額定工作壓力不宜小于2.5 MPa，TRD攪拌墻注漿參數(shù)見表1。

表1 850 mm厚TRD攪拌墻注漿參數(shù)

3.3 高壓旋噴樁

根據(jù)土層特點(diǎn)，采用技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 雙管法旋噴樁施工參數(shù)

3.4 MJS高壓旋噴樁

為達(dá)到良好的止水效果，在地連墻與TRD接縫處采用3根MJS高壓旋噴樁進(jìn)行封堵。MJS施工工藝流程如圖3所示，現(xiàn)場(chǎng)施工圖見圖4。

MJS高壓旋噴樁主要施工參數(shù)見表3。

表3 MJS高壓旋噴樁施工參數(shù)

3.5 真空降水井

盾構(gòu)施工前在端頭周邊布設(shè)10口真空降水井，井管深度為加固底面以下5 m(始發(fā)段35.7 m)，進(jìn)出洞前需保證水位低于底板以下1 m，位置距離盾構(gòu)井邊緣1 m，相鄰井之間的距離為4 m，降水井使用前進(jìn)行抽水試驗(yàn)，保證其能正常使用。

4 加固效果

端頭加固完成后對(duì)加固段進(jìn)行取芯檢測(cè)，共取芯豎直孔5個(gè)。經(jīng)檢驗(yàn)，弱加固區(qū)加固體強(qiáng)度大于0.5 MPa，強(qiáng)加固區(qū)大于1 MPa，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

洞門水平探孔觀測(cè)表明，各個(gè)探孔均無明水流出(見圖5,圖6)，說明端頭加固范圍整體性較好，加固體加固均勻，止水效果較好，滿足盾構(gòu)安全始發(fā)要求。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目盾構(gòu)始發(fā)端頭加固通過采用三軸水泥攪拌樁加固形式，攪拌樁與地下連續(xù)墻間采用高壓旋噴樁止水，其余三邊采用TRD攪拌墻作為止水帷幕，在地連墻與TRD攪拌墻的連接處采用MJS高壓旋噴樁止水封堵，在止水帷幕內(nèi)外設(shè)置真空降水井，成功地解決了鄰近錢塘江的粉砂地層條件下盾構(gòu)出洞難題，具有顯著的社會(huì)效益。