砂层地质条件下盾构进出洞加固措施

上海建科工程咨询有限公司 上海 200032

1 工程地质情况

苏州轨道交通1号线养育巷站隧道轨面标高－13.59 m，区间施工段为广济路站—养育巷站—人民路站，根据岩土工程勘察报告可以看出，始发段隧道全断面处于④2粉砂、粉土层中。该土层稍-中密，厚度较大，摇振反应迅速，韧性、干强度低，中等强度和中等压缩性，透水性较强，富水性好，易坍塌变形。该土层为第1层微承压水层，含水量较丰富，达27.9%，对盾构进出洞施工影响很大。④1层粉土、④2层粉砂和⑤层粉质黏土构成了第1层微承压水层组，隔水顶板为③1层和③2层粉质黏土，隔水底板为⑥1层和⑥2层粉质黏土，根据岩土勘察报告，该承压水水头高程为1.51～1.65 m。

2 端头加固设计情况

养育巷站东端头井盾构出洞加固采用高压旋喷桩配合三轴搅拌桩进行土体加固，盾构始发端头加固长度为9 m，加固宽度为盾构隧道结构每侧3 m，竖向加固范围为盾构隧道结构上下各3 m。加固区域采用三轴搅拌桩Φ850 mm@600 mm，桩与桩互相咬合250 mm，平面位置上靠近端头井的6 m范围为强加固区，实桩水泥掺量20%，其余3 m为弱加固区，实桩水泥掺量15%，空桩水泥掺量均为7%。加固土体与地下连续墙之间30 cm空隙采用高压旋喷桩加固，桩径Φ800 mm@300 mm，水泥掺量为300 kg/m。要求加固后的土体28 d无侧限抗压强度A区不低于1 MPa，B区不低于0.5 MPa。同时在加固体外侧和中部施做5口降水井，在盾构出洞前先进行降水。

3 三轴搅拌桩加固施工及质量控制情况[1-3]

3.1 试桩施工

试桩施工是对方案可操作性、交底效果的验证。连续施工前先进行3 根试桩施工，完成48 h后请检测单位进行钻芯取样检测，目的不是检测加固强度，而是查验桩身完整性，看检验施工工艺和实际操作能否满足要求，确保止水效果。对于不易成桩的④2粉土-粉砂层区段，采用局部增加一次上下喷浆搅拌的过程，来保证加固质量。

3.2 施工过程控制

3.2.1 钻机就位控制

现场放好定位线，两排桩间距60 cm，钻机上焊好定位架，前后排移位时以定位线控制；左右移动时，在前一根桩停机位置做好标记，现场根据桩间距，用卷尺量出移机距离120 cm，控制偏差不大于5 cm，做到“位置不错”。

通过桩机井架上悬挂长5 m的线锤来控制垂直度，两个方向偏差不超过5 cm，做到“钻杆不斜”。

通过事先在桩机机架上用红色绸带或油漆，在动力头到达空桩、实桩顶、底标高时应处位置，做出的明显标志来控制钻进深度，做到“深度不少”。

3.2.2 水泥用量控制

单桶浆水泥掺量根据浆位、密度控制。以养育巷站为例，水灰比为1.3，单桶水泥用量600 kg，水用量780 kg，搅拌桶内径1.5 m，根据理论计算及现场试拌情况水泥浆液密度为1.42×103kg/m3。现场施工时，通过时间控制器控制加水量，由水泥罐自动放置水泥，现场检查通过浆位、比重控制水泥掺量。根据试桩数据控制钻进、提升施工时间，以及匹配的喷浆量，做到水泥不少。

3.2.3 缺陷处理控制

现场遇到问题，因故停机，值班人员须立即做好桩位、停机位、问题记录，并通知技术负责人制订相应处理措施。在加固土体与地下连续墙之间空隙采用高压旋喷桩加固，且在加固区、地下连续墙、非加固区三点交界面用3 根高压旋喷桩封口。做到缺陷不漏。

通过过程的有效控制，加固土体取芯检测情况良好，桩身完整性较好。

4 盾构进出洞问题分析与解决

虽然端头井加固质量得到了有效控制，但在养育巷—人民路站左线盾构到达人民路站进洞时仍然碰到了问题。养育巷站—人民路站左线洞门于10月10日～10月11日共打13 个探孔，其中3、4、5、11、12、13#孔均不渗水。其他孔位均存在漏水、漏砂现象（图1）。

4.1 问题分析

图1 到达洞门探孔布置示意

（a）虽然三轴搅拌桩加固质量可以保证，但在加固土体与端头井地下连续墙之间的“夹心饼干”这部分采用高压旋喷桩，在④2层粉砂微承压含水层中成桩效果很差。

（b）人民路站西端头井基坑施工时，周边进行了管线改移，废弃管线没有得到有效回填，易形成水力通道。

4.2 处理措施

（a）在原设计加固区外，增设1 排连续封闭的三轴搅拌桩止水帷幕26根，止水帷幕与设计加固区的距离为3.0 m，桩长24 m（其中空桩长10.19 m，实桩长13.81 m），为保证搅拌桩和地下连续墙接头处的止水效果，在止水帷幕和地下连续墙处分别增设3 根Φ800 mm@300 mm双重管旋喷桩，桩长24 m。

（b）在离洞门圈600 mm处采用小导管水平注浆，注浆孔环向间距为1 000 mm，孔深2 000 mm，共计21 个孔。注浆浆液为双液浆，浆液配比为：水泥∶水=1∶1，水泥浆∶水玻璃=1∶0.5，注浆压力为1.0～1.5 MPa。

（c）端头井加固体周围设置的5 口备用降水井全部启动，使用出水量为10 m3/h的潜水泵抽水。将水位降至洞门圈中心以下后才进行盾构机的进出洞作业。

5 结语

端头井三轴搅拌桩加固质量是避免盾构在洞门区段掘进时发生地层坍塌和盾构下俯的基本保障。端头加固无法确保隔绝地下水，高压旋喷桩在苏州市区特殊的④2层粉砂微承压含水层中成桩效果很差。保证加固土体质量的前提下，在苏州市区进行盾构进出洞施工的主要风险就在于地下水。处理洞门涌水涌砂问题，一是增加止水帷幕，二是洞门水平注浆，三是降低地下水位。特殊的地层情况，使得在苏州市区进行盾构进出洞施工必须将水位降至洞门圈中心以下后才能进行。在其他地区作为备用措施的降水井，在这里成为了标准动作。