浅谈盾构始发与接受端加固方法的研究

唐京生

（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 100124）

1 端头加固原理

1.1 端头加固的目的

进行地铁盾构始发以及接收的施工工作之前，要将原来的围护结构进行破除。这样能够确保进行洞门破除的时候，掌子面能够确保稳定，还可以防止出现渗水。另外一定要加固原有的围护结构背后的土体，并且在进行施工设计时，所有的相关参数都要和要求是一致的。进行盾构施工作业的过程中，盾构的掘进力量非常大，一些地质不太好的底层很容易被扰动，并且在进行盾构接收的时候，对于开挖面的平衡很难有所保证，可能会出现坍塌等情况，所以为了避免这些危险情况的发生，加固的范围要加大一些，对端头周围的底层也要进行加固。

1.2 强度大小的验算过程

这里把需要进行加固的土体作为厚度是t的周边自由支撑的弹性园板。实际现场，土体会受到外侧压力的作用，使得板中心处的最大弯曲应力能够通过弹性力学进行计算，得出强度大小，具体的公式如下：

在上面的式子里面：r 代表着洞门半径的大小；t代表着加固土体厚度的大小；σt代表着加固土体极限抗拉强度的大小；K 代表着安全系数的大小；W表示作用于洞门中心处的侧向水土压力大小；µ代表着加固后土体的泊松比大小。周边自由支撑的圆板的支座处的最大剪力也能够通过弹力学原理进行抗剪强度的计算，具体的公式如下：

在上面的式子里面中：τc代表着加固后土体的极限抗剪强度大小。

1.3 整体稳定性的验算过程

在进行施工的时候洞外面的加固土体会受到地面堆载P以及上部土体的作用，在这个力的作用下，土体的位置会出现一定的变化，可能会沿着某滑动面往洞里面进行整体的滑动，这里假定滑动面是基于顶点O为弧面的圆心，洞泾D为弧度半径的圆弧面，具体描述如图1所示。

图1 稳定性验算示意图

假设施工中所面对的是粘土底层，并且抗滑力矩是全部通过土体的粘聚力进行提供的，那么根据土体的平衡条件就能够得出，则：

在上面的式子里面：M 代表滑动力矩的大小；Md代表抗滑力矩的大小；∆c代表改良后土体增加的粘聚力大小；K 代表抗滑安全系数的大小；θ代表加固土体和滑移面之间的夹角大小。

1.4 端头加固范围

（1）进行施工设计的时候，设计的盾构端头上部加固范围是不能小于3米的，不仅是为了起到保持稳定性以及止水的作用，还能够起到对地面一定的保护，避免地面出现沉降。

（2）在施工的时候针对盾构端头、端头两侧以及下部的土体加固范围在设计的时候一般设计为3米，这么设计的主要原因就是为了能够有效的防水，因为对于一些软土富水层土体，原来的围护结构并没有得到很好的加固，很容易在始发和接收施工过程中发生涌水情况。

（3）针对软土富水层的盾构施工，要注意的是，如果端头加固的长度是小于盾构机的长度的，那么水土就会很容易沿着土体和盾壳之间间隙达到盾构井里面。所以，针对施工现场是软土富水层的情况，加固宽度就相当于盾构机的长度以及盾构片的宽度大小。

表1 工程实例

2 端头加固的几种方法

2.1 搅拌加固法

目前很多地铁盾构施工过程中，都是采用的搅拌加固，这个方法最适合于端头的加固。

这种方法速度快、施工方便、造价低，比较适合于粉土以及粘土的加固，但是在砂性地层里面的加固效果不是很好。为了能够确保一定的止水效果，必须使得原来的维护和加固土体的结构密贴，这个对于搅拌桩来说很难实现，所以一般在使用搅拌加固的时候，都不是单独使用，而是和其他加固方法一起使用。

2.2 旋喷加固法

这种方法也是一种比较常用的加固方法，在粉土以及粘土地层中使用较多，加固密实砂层的效果不是很好，通常情况下，施工的深度不要大于25米。这种方法速度快、施工方便、造价相比于搅拌加固来说会高一些，可以很好的和原来的围护结构实现密贴。

2.3 冻结加固法

这种方法的最大优势就是可以用于各类的地层，所有的加固方法中应用的范围最为广泛，不仅能够选择地面垂直冻结加固，并且还能够进行洞内水平的加固，并且效果较好。

相比于旋喷加固以及搅拌加固，冻结法的专业性更高，并且对于施工技术的质量要求也非常高，如果施工结束之后没有达到设计之初的预期效果，那么在以后的使用中就会造成很大的安全隐患。同时这种方法跟其他方法有一个不同之处在于会出现融沉以及冻胀等问题，为了能够在施工结束之后达到影响最小的效果，一定要提前进行注浆施工，并且在后期要通过相关的监测情况进行融沉注浆。因为能够在洞里面水平打孔冻结，所以这种方法可以应用在一些场地熟悉的端头加固施工中。

2.4 注浆加固法

这种方法单独使用的情况不是很多，这是由于通过这种方法进行加固之后，加固土体的均质性不是很好，所以在使用这种方法进行加固的时候，都是要配合其他方法一起使用的。

3 工程实例

由于天津地层属于属于软土富水层，因此以天津地铁的盾构始发和接收施工工程为例，通常情况下，进行实际应用的时候，加固方式都不会只选择一种，这是由于只靠一种加固方式是无法取得好的加固效果的。在表1中是以已经施工完成的天津地铁盾构端头的加固施工为例。

4 结语

在盾构施工作业过程中，盾构始发以及接收是两个重要环节，科学的选择端头加固方法以及单位是保证盾构始发以及接收施工安全所需要考虑的问题。本文针对软土地层的特点，对端头加固目的、软土地层里面端头加固的要求进行了介绍，并结合实际工程进行了对比分析,得出了以下结论：

（1）对于软土富水层地层的端头加固范围大小的选取时，首先要考虑的就是加固体的强度和稳定性能够得到保障，另外还要对地下水的影响进行考虑。

（2）针对地下2层地铁站的施工时，端头的加固深度不能太大，一般限制在20米，这样的深度能够有效的保证成桩质量，在加固方法的选择上，通常情况下都是选择旋喷桩和搅拌桩结合的方式，如果没有条件进行这两种方法的加固，那么使用洞内水平冻结和注浆加固的方式进行也可以。

（3）针对地下3层地铁站的施工时，端头的加固深度不能太浅，一般下限设计为25米，这样的深度能够有效的保证成桩质量，在加固方法的选择上，通常情况下都是选择注浆加固和冻结法相结合的方式，但是如果土体主要是粘性土，并且周边没有重要建筑物的时候，那么使用旋喷桩结合搅拌桩的方式进行加固也可以。

参考文献：

[1]胡俊.高水压砂性土层地铁大直径盾构始发端头加固方式研究[D].南京林业大学,2012.

[2]朱世友,林志斌,桂常林.盾构始发与到达端头地层加固方法选择与稳定性评价[J].隧道建设,2012,32(06):788-795.