西安地铁盾构始发与接收端头加固方案研究

作者:未知

  摘  要:盾构法隧道施工中,端头土体加固是盾构机始发与接收技术的一个重要组成部分,也是盾构机始发与接收事故多发地带,端头土体加固的成功与否直接关系到盾构机能否安全始发与到达。文章介绍了目前西安地铁盾构隧道施工中常用的端头加固工法,并对它们各自的加固机理、特点及适用范围进行了阐述,为盾构隧道端头加固技术的选取提供借鉴。
  关键词:西安地铁;盾构隧道;端头加固
  中图分类号:U455.43       文献标志码:A         文章编号:2095-2945(2019)09-0118-02
  Abstract: In shield tunnel construction, soil reinforcement at the end is an important part of shield machine initiation and reception technology, and it is also a zone where shield machine initiation and reception accidents occur frequently. The success of end soil reinforcement is directly related to the safe origin and arrival of shield machine. This paper introduces the common end reinforcement methods in Xi'an subway shield tunnel construction, and expounds their respective reinforcement mechanism, characteristics and applicable scope, which provides a reference for the selection of shield tunnel end reinforcement technology.
  Keywords: Xi'an Metro; shield tunnel; end reinforcement
  前言
  盾构法隧道施工中,盾构始发与接收端头加固是一个重要技术环节,端头加固的效果直接影响到盾构机的安全始发与安全到达接收。在盾构施工实践中,因端头加固不当引起的事故屡有发生。科学合理选择端头土体加固方案,是保证盾构顺利施工的重要环节。当盾构掘进处于始发或到达阶段通过洞口开挖面时,土压平衡条件差,会对开挖面的土体稳定性产生不同程度的不利影响;同时,始发与接收端隧道覆土往往较浅,特别是始发端,盾构机在磨合状态下进行试掘进,设备故障易多发,抑或盾构操作人员不熟练等原因,容易引发地表变形过大,甚至导致土体坍塌、地表冒浆或涌水等事故发生。因此根据工程地质条件、地下水、覆土厚度、洞门密封质量等条件,选择合适的始发与到达接收端头加固方式,对盾构施工的安全性、经济性和工期控制具有重要意义。西安地铁自2007年以来,先后已完成了4条线126km的地铁工程建设,正在建设3条线,盾构端头的加固超过100个,采用了多种方案,加固效果也各有差异。本文基于西安的地质特点,梳理分析各种加固方案的优缺点,旨在对今后同类地层提供更加有效的加固方案和施工工艺。
  1 西安地质条件分析
  西安市坐落在渭河冲积平原中段南部,北邻渭河,南依秦岭,东达沣河,西至  灞。地貌单元分别为:黄土台塬、冲湖积台地(原称黄土梁洼地貌)、渭河阶地,地势总格局呈东南高西北低。主要包含地层为:人工填土层、新黄土(水上)、新黄土(水下)、飽和软黄土、古土壤、粉质粘土、粉土、细砂、中粗砂层及局部砂卵石地层等;地铁沿线地质复杂,区域地面沉降、地裂缝、湿陷性黄土、饱和软黄土、砂卵石地层等分布广泛,是西安地铁建设过程中常遇到的不良地质。端头加固范围内绝大多数地层为Q3黄土、Q2黄土和砂层、砂卵石层。
  Q3黄土自稳性差,水位以上通常具有湿陷性,土体强度一般。Q2黄土一般处于水下,自稳性相对较好。地下水位在城市东南的黄土塬区或河流高阶地,一般埋深在20m-50m,在城市中部黄土梁洼区一般埋深在10-20m(饱和软黄土区域除外),城市西北部阶地区埋深5-15m。需要特别强调的是,西安以兴庆公园为中心,分布有一层饱和软黄土,这层土工程性质差,类似于软土,是工程风险最大的地层。
  2 常用盾构端头加固方案简介
  受工程地质条件、地下水、覆土厚度、盾构机机型和直径、作业环境等条件决定,同时考虑施工的安全性、方便性、经济性和工期等因素,目前我国常用盾构端头加固的方法主要有:注浆法、深层搅拌桩法、高压旋喷桩法、SMW工法、钻孔灌注桩法、冷冻法以及井点降水法等。这几种端头加固工法适用地层及工期造价等指标对比如表1。
  上面的方法中,西安地铁除冷冻法未采用外,其他方法在不同的地质条件和环境条件下,均开展过相关工作,其中高压旋喷桩加固法和素混凝土灌注桩+井点降水法在西安地铁采用更多。
  3 西安地铁盾构端头加固工法使用及效果评价
  目前西安地铁已建成或者在建线路盾构端头加固工法主要包含:高压旋喷桩法、注浆法、素混凝土灌注桩+井点降水法。各方案具体情况如表2。
  3.1 高压旋喷桩
  该工法具有地层适应性广、加固效果良好,施工较为便捷等优点广泛应用于西安地铁一、二、三号线及五号线绝大部分的盾构端头加固中,加固范围一般为隧道结构左右、上下各3m,加固深度20m左右,该加固方案在大多部分盾构区间施工中取得成功。但对于砂层较厚、地下水流速较快、加固深度超过25m时,成桩效果较差,需采取辅助施工措施来确保盾构始发与接收安全。   3.2 注浆法
  该工法应用于西安地铁二、三号、四号线部分盾构区间接收端加固中,主要应用于富水砂层、饱和软黄土地层或者盾构区间接收端邻近地裂破碎段、地面周边建(构)物复杂等,其工艺主要为袖阀管或WSS全断面水平洞内注浆。如三号线青龙寺站~延兴门站区间地裂缝处理段盾构到达及始发端头加固采用洞内水平WSS注浆加固,四号线五路口~火车站站盾构区间邻近营业线接收时采用洞内水平WSS全断面注浆加固,加固止水效果较好。
  3.3 素混凝土灌注桩+井点降水
  该工法具有加固范围小、施工效率高等优点,广泛应用于西安地铁四号线绝大部分的盾构端头加固中,施工时常常辅以井点降水,能达到盾构始发与接收端地层加固、止水效果。但由于钻孔桩成桩后与围护结构之前含有一定的夹层,对于一些富水砂层或者水位较高的黄土地层,其止水效果不能满足现场要求,需在始发或接收时增加辅助堵水措施。
  4 结论
  结合西安地铁建设情况梳理后可得出:一般情况下,盾构端头加固考虑到施工场地的便利性宜优先考虑地表旋喷加固,端头加固纵向范围可按8m考虑;对富水砂层、饱和软黄土地层盾构始发与接收可采用地表旋喷加固+辅助降水,部分地区水位较高、隧道底部埋深大于25m的,可根据现场实际情况,必要时在始发、接收洞门处进行水平注浆等堵水措施。无水且地层情况良好条件下,可以考虑采用单排或者双排素混凝土桩进行加固,在施工时需增加辅助降水措施。对地表环境复杂、周边管线或者建(构)筑保护要求高的可考虑采用洞内水平全断面注浆加固,水位位于隧道洞身范围的一般地层考虑采用袖閥管全断面注双液浆,对于无水条件的可考虑袖阀管全断面注水泥浆;对于水位较高、含有砂层的情况考虑采用WSS全断面注浆加固。对于砂层较厚、地下水位高、隧道埋深浅、地表建构(筑)物沉降要求高的盾构始发、接收端头加固,可采用冷冻法加固。
  参考文献:
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