富水地层盾构工作井端头复合加固技术研究
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作者:高同矿 吴瑞涛 刘娟
摘 要：在国内地铁施工中常采用盾构法进行施工，盾构工作井的主要作用是保证船盾构机在进出洞口时的安全。本文针对南通西站地铁车站工程实际情况，通过制定富水地层盾构工作井端头复合加固技术，以确保盾构施工的顺利进行，并为类似工程提供参考。
关键词：富水地层 盾构工作井 端头复合加固
Abstract： In domestic subway construction by shield method construction， shield work well is to ensure that the main function of the ship of shield machine in the safety when in and out of the mouth of the cave. Aiming at nantong west station subway station engineering actual situation， through the formulation of rich water formation of shield work well end composite reinforcement technology， to ensure smooth progression of shield construction， and provide reference for similar projects.
盾构法是近年来在国内地铁施工中兴起的较为高效且安全的方法，特别是在软土地区的应用尤为广泛。当盾构机开始掘进或掘进完成出洞时，由于工作井的挡土墙会被拆除，工作井端头处的土体受到的荷载和应力会相应的发生改变，整个盾构工作面都会处于开放状态。如果不采用合理的加固措施，大量的地下水和流砂就会涌入盾构工作井，严重时会出现洞门塌方的风险，对盾构工作井的周边环境造成影响。因此，为了保证盾构机在开始与到达时能顺利通过，有必要采用一种合理的端头加固工艺，这也是保证盾构顺利施工的重要环节。
对于高渗透富水地层，由于土体中含有丰富的地下水，从而导致该地层的土体具有抗剪强度低、压缩性高、渗透系数大，其盾构工作井端头加固要求更高。鉴于此，文章对此展开相关研究，对常用的方法进行比较、分析并结合新工艺，最终形成高渗透富水地层盾构工作井端头复合式加固技术，具有加固后地层强度高，止水性、均匀性、整体稳定性良好等特点。
1 工程概况
南通西站是沪通铁路第二座车站，站设于南通市通州区平潮镇。站区内共有国铁桥梁、国铁站房、下沉广场、地铁车站、站区配套开发等项目。依据站区规划，竖向共分为四层，从上至下依次为国铁站台层、国铁候车厅层、地铁站厅层与下沉广场结构层，地铁站台层。地铁站厅层设置于站房正下方，并置于下沉广场内;地铁车站中柱與国铁站厅层板共用，下沉广场柱位与国铁站房结合设置，下沉广场作为国铁站房基础与结构嵌固端。地铁站厅层板与下沉广场底板接平处理，采用施工缝连接。
地铁车站垂直正穿国铁沪通铁路，位于沪通铁路正线34#～35#桥墩正中间，为地下二层岛式车站。车站长度213.15m，宽度21.7m，基坑开挖深度约为15.74m，车站采用明挖顺筑法施工，车站主体围护基坑采用放坡+坑中坑形式，坑中坑形式采用地下连续墙+内支撑体系，主体为单柱双跨结构型式。
2 技术原理
针对高渗透富水地层中盾构工作井的端头土体，本工法提出采用三轴搅拌桩上弱下强加固、外围打设止水帷幕、交界面旋喷注浆搭接、洞门下端斜孔注浆补强以及周围降水相结合的复合式加固方法，通过将土质由松变实，含水率由高低，起到固结、稳定、止水的效果。具体工艺原理如下所述。
通过调整三轴搅拌桩参数对盾构上覆土体进行弱加固，对盾构周围一定区域的土体进行强加固，强弱结合形成加固区;加固区外围打设止水帷幕，与工作井围护结构相连;三轴搅拌桩与围护结构的交界面空隙采用旋喷注浆搭接加固;洞门下端的斜孔注浆设置在盾构开挖轮廓下方，水平向下呈一定角度倾斜注浆补强，并与外围止水帷幕交接形成加固区的底部密封，最终形成完整密封的复合加固区。
其中，在洞门下端斜孔注浆时，导向管管口设置有主闸阀、旁通闸阀和密封装置等结构，管径略大于钻杆，在钻孔时起导向作用。主闸阀用于控制管口开关，旁通闸阀用于防止注浆压力过大导致浆液外流，注浆完毕后通过密封装置实现管口的有效密封。
3 技术特点
本技术采用三轴搅拌桩上弱下强加固、外围打设止水帷幕、交界面旋喷注浆搭接、洞门下端斜孔注浆补强以及周围降水相结合的复合式加固方法，通过横竖结合形成完整密封的加固区，能够显著提高端头土体强度，满足端头土体稳定性、渗透性和变形特性的要求。
本技术在盾构开挖洞门下端采用斜孔注浆的方法，通过水平向下呈一定角度倾斜注浆补强，与外围止水帷幕交接形成加固区的底部密封，弥补了地面注浆存在盲区的弊端，可有效防止盾构开挖时高渗透富水层的渗水破坏。
本技术在洞门下端斜孔注浆时，采用带有主闸阀、旁通闸阀和密封装置等结构的导向管，便于钻孔和注浆，注浆完毕后可以有效对孔口进行密封，在保证洞门密封性的前提下达到加固端头土体的目的。
4 技术流程
4.1 三轴搅拌桩强加固施工
（1）开挖沟槽。
对场地进行清理、整平和放样，依据桩位中心线进行沟槽开挖作业，并对地下障碍物进行清除（如图1所示）。
（2）桩机就位。
按照预先测放的桩位点，移动桩机移至桩位点上方，使桩尖对准桩位点并调平桩机，为使桩位的偏差在5cm以内，在桩架上焊接一个圆形铁圈，半径5cm，并在上方放置一铅锤。调整钻杆位置，通过全站仪观察使铅锤能落在铁圈内，通过铅锤和铁圈精确控制机身垂直度，可使垂直误差小于0.5%。 （3）搅拌成桩。
按照要求提前配制好水泥浆，将桩机的钻头尖部对准桩位点进行钻孔作业，同时用管道将水泥浆泵送至出浆口，边钻孔边搅拌，在搅拌桩桩身全长范围内采用两喷两搅。成桩过程中根据桩长和下沉速度控制喷浆压力和喷浆量，使整个过程喷浆均匀。
（4）钻进搅拌提升。
在下沉喷浆过程中要注意控制浆液的均匀性，防止水泥浆液离析现象的发生，整个过程严格控制下沉和提升速度，当钻头钻至桩底设计标高时，停钻30s后在提升钻头，在桩底部分宜重复搅拌喷浆，提升钻头至桩顶设计标高时完成注浆。
4.2 三轴搅拌桩弱加固施工
（1）降低水泥掺量，重新配制水泥浆。
（2）重复上述施工步骤，直至完成弱加固区的施工。
4.3 止水帷幕施工
（1）加固区外侧采用一圈三轴搅拌桩止水帷幕，与围护结构相连。
（2）根据设计参数重新配制用于止水帷幕的水泥浆，施工步骤同上，依次为开挖沟槽、桩机就位、搅拌成桩、钻进搅拌提升等。
4.4 旋喷注浆施工
（1）钻机就位。
调平、对中桩机，调整桩机的垂直度，保证钻杆应与桩位一致，偏差宜在50mm以内，钻孔垂直度误差小于1.5%。
（2）喷水引孔钻进。
先在地面进行试喷，确保钻孔机械能正常運转后进行正式钻孔作业，边射水边钻孔，并用塑料布包裹高压水喷嘴，防止出现喷嘴被周围泥砂堵塞的情况。
（3）旋喷提升。
采用钻孔的方式将喷射注浆管送至设计标高，然后通过管道泵送泥浆液，并使注浆管停转10s，待孔口能正常冒浆后从下至上旋喷提升钻杆，同时将排出至地面的泥浆液清理干净。在旋喷提升的过程中可根据钻杆通过地层的土质情况，调整适合该土质的旋喷参数。钻杆提升至设计标高时旋喷停止，并清洗注浆泵和泵送管道，然后移动转机至下个桩位处，重复施工。
4.5 斜孔注浆施工
（1）钻孔。
在工作井的连续墙上，根据盾构开挖轮廓线，在洞门下端定位钻孔，用钻机向外侧呈30°角成孔。当钻孔至一定长度时，抽离钻杆，安装固定导向管，打开闸阀和旁通闸阀（见图2）。然后将钻杆置入导向管内，继续钻孔直至与外围止水帷幕交接。
（2）注浆。
钻孔完成后，在导向管内插入注浆管，注浆加固洞门下端土体。通过旁通闸阀的开关，调节孔内压力，防止浆液外流。
（3）密封。
注浆结束后，关闭闸阀和旁通闸阀，完成对孔口的密封。
4.6 降水施工
（1）平整加固区周围场地，根据设计方案进行井点放线工作，设置集水坑，铺设总管和支管。
（2）通过冲孔、埋管、灌砂等步骤完成降水井的打设。
（3）井点孔封口，连通总管和支管，开机抽水。
4.7 盾构始发或到达
做好洞口密封、导轨安装等准备措施，拆除盾构轮廓区域内的工作井挡土墙，完成盾构始发或到达。
5 结语
本文通过对南通西站地铁车站工程进行介绍，从盾构工作井端头加固的角度出发，对富水地层工作井端头加固施工技术做了较为全面的总结。通过设计合理的加固方案对富水地层工作井端头进行加固施工，将施工区域内地层的止水性、均匀性、整体稳定性和强度控制在标准范围内，有效的保证了施工区域满足盾构施工的要求，从而保证了南通西站地铁车站施工的顺利进行，同时也为其他类似工程施工提供了科学依据。
参考文献
[1] 侯彦辉.浅谈盾构区间下穿复杂环境的施工控制措施[J].科技创新导报，2018，15（25）：59-60.
[2] 梁太略，陈坤.纬三路过江通道盾构工作井降水方案探究[J].科技创新导报，2018，15（10）：73-75，77.
[3] 余梓.地铁复杂地质条件的盾构施工技术分析[J].科技创新导报，2017，14（28）：36，38.
[4] 陈志成，贾世攀.浅析围堰高压旋喷防渗墙施工[J].技术与市场，2017（8）：75-76.
[5] 林毅.三管高压旋喷灌浆在某小型水库除险加固中的应用[J].河南建材，2016（3）：241-243.
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