齊 峰

（北京市軌道交通建設管理有限公司，北京 100068）

1 工程概況

北京地鐵?8?號線?DH、HX?區(qū)間處于含有粉細砂層地層，開挖穩(wěn)定性差，難于加固。本工程中，除了采取常規(guī)的地表注漿或旋噴加固以外，在盾構機刀盤頂樁之前和頂樁之后，在洞門區(qū)域又分別增加了若干輔助加固措施，加固效果良好。另外，盾構始發(fā)與接收是一項整體工程，在保證土體加固效果的同時，對盾構機的個別工藝也進行了調整，為最終實現盾構機安全進出洞提供了保證。

HX?區(qū)間接收井區(qū)域隧道中上部位于以?⑤1?粉細砂、⑤?卵石為主的地層，隧道底部位于以卵石、粉質黏土為主的地層。隧道加固范圍內地下水為層間水。

DH?區(qū)間中間風道接收井在風道內端頭加固區(qū)域主要地層以粉細砂、卵石、粉土、粉質黏土為主，其中隧道斷面中上部為粉細砂?⑤1，下部為卵石層和粉質黏土層。隧道加固范圍內地下水為層間水。

2 盾構常規(guī)端頭加固

2.1 地面靜壓注漿

靜壓注漿是利用較高的壓力灌入濃度較大的水泥漿或化學漿液，注漿開始時漿液總是先充填較大的空隙，然后在較大的壓力下滲入土體孔隙。隨著土層孔隙水壓力升高擠壓土體，直至出現剪切裂縫，產生劈裂，漿液隨之充填裂縫，形成漿脈，使得土體內形成新的網狀骨架結構。漿脈在形成過程中由于占據了土體中一部分空間，加上土層內孔隙被漿液所滲透，從而將土體擠密，構成了新的漿脈復合地基，改善了土體的強度和防滲性能，同時也改變了土體物理力學性質，提高了軟土地基的承載力。地面靜壓注漿通常采用地面垂直鉆桿回抽注漿法，施工工藝流程見圖?1。

2.2 地面旋噴樁

高壓噴射注漿法是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進土層的預定位置后，以高壓設備使?jié){液或水（空氣）成為?20～40??MPa?的高壓射流從噴嘴中噴射出來，沖切、擾動、破壞土體。同時鉆桿以一定速度逐漸提升，將漿液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個圓柱狀固結體（即旋噴樁），以達到加固地基或止水防滲的目的。其工藝流程見圖?2。

2.3 盾構常規(guī)端頭加固適應性

地面靜壓注漿、地面旋噴樁?2?種常規(guī)地面注漿方式對本工程地層條件適應性較差，主要表現在以下幾方面。

圖1 地面靜壓注漿施工工藝流程

圖2 地面旋噴樁施工工藝流程

（1）粉細砂層漿液滲透擴散困難，注漿加固效果不理想。粉細砂層一向是地層加固過程中的難題，受限于土層特點（砂層孔隙率雖較大，但各孔隙連通率低，多為獨立孔隙，漿液滲透困難），常規(guī)的靜壓注漿壓力難以形成劈裂注漿；旋噴樁加固時漿液也容易向上或向下進入相鄰卵石層（漿液優(yōu)先向周邊滲透性高的卵石地層擴散），造成粉細砂層漿液缺失或不飽滿，影響土體加固效果。

（2）緊鄰圍護樁外側局部區(qū)域土體漿液加固到位率低。一般受施工作業(yè)空間限制，緊鄰圍護樁區(qū)域注漿往往不夠飽滿甚至是注漿缺失，造成局部土體未進行加固，影響盾構進出洞土體穩(wěn)定。

（3）接收過程刀盤面不能與樁體進行有效接觸。盾構接收過程刀盤頂樁后，受刀盤中心刀（魚尾刀）位置制約，刀盤和樁體之間一般會有?300～400??mm?距離（中心刀高度）。此范圍內的土體若穩(wěn)定性差，在洞門破樁過程中極易發(fā)生塌方，并在此處形成塌方通道，引起上部土體大范圍塌方（圖?3）。

圖3 盾構接收位置及易塌方區(qū)域

3 端頭加固及盾構接收措施

3.1 洞門輔助注漿加固

3.1.1 刀盤頂樁后的洞頂水平棚護注漿

由于本地層在隧道中上部為粉細砂層，存在采用常規(guī)注漿加固工藝適應性的問題，前述易塌方區(qū)域（圖3）的注漿效果較差（甚至未能得到加固）。因此在盾構刀盤頂樁后，從接收井內在刀盤正上方打設一排注漿花管，對圖?3?中所示易塌方區(qū)域進行補強加固是關鍵。

（1）注漿管棚（注漿花管）。選用長?2??m、φ32??mm（t=?2??mm）鋼管作為注漿花管，鋼管應直順，管頭一端做成?100??mm?圓錐形，在距端頭?900??mm?內沿管壁間隔200??mm?鉆溢漿孔，呈梅花型布設，孔位互成?90°，孔徑?6～8??mm。注漿花管在洞門拱頂?120°范圍內打設，鉆孔盡量在樁間土范圍內，間距?500??mm。由于刀盤中心刀已經頂樁，所打設的注漿花管末端盡量搭在刀盤之上，以充分發(fā)揮鋼管自身的棚護作用，支撐上部粉細砂層土體（圖?4）。

圖4 洞門注漿管棚位置圖

（2）注漿參數。對于粉細砂層的注漿加固，對注漿材料進行如下調整：①以純化學漿液為主（利于漿液滲透擴散），以?75%?濃磷酸為改性劑的改性水玻璃漿液為注漿主體（98%?濃硫酸腐蝕性過強，對設備和人員均有傷害）；②適當提高注漿壓力，以不小于?1.2??MPa?為宜。

（3）管棚注漿時盾構機的保護。在對洞門上方土體進行管棚注漿時，要特別關注漿液對盾構主機盾殼的固結作用。為防止?jié){液凝固后將盾構機抱死，造成推進困難，應同時打開盾構的壁外減阻注漿孔，沿盾殼四周加注膨潤土泥漿，以隔離漿液。如果盾構機配置允許，在管棚注漿時小幅伸縮一下，鉸接效果更好。

3.1.2 刀盤頂樁后的土倉內土體臨時加固

由于盾構機是帶壓頂樁，土倉內土體接近滿倉，為防止土倉內的土體（也富含大量粉細砂）在破樁過程中發(fā)生塌方，在破樁前對土倉內土體進行臨時注漿加固，漿液同上節(jié)?3.1.1（2），達到土倉內土體基本穩(wěn)定即可（不要求過高強度，否則出洞后土倉清理困難）。

3.2 盾構始發(fā)接收工藝調整

3.2.1 帶壓始發(fā)、接收

常規(guī)盾構始發(fā)，在前幾環(huán)掘進過程中難以建立土倉壓力，常造成地面有一定塌方或沉降風險，如遇粉細砂地層，該風險將大大增加。同樣，常規(guī)盾構接收，要求在頂樁前幾環(huán)盾構機土倉逐漸降低土壓直至?0?土壓，這種工況同樣在粉細砂地層中增大了塌方風險。為了降低在粉細砂地層中的始發(fā)和接收塌方風險，需對盾構的常規(guī)土壓控制進行調整。

（1）始發(fā)時，在土倉內提前填充膨潤土，迅速建立部分土壓，減少低土壓或無土壓掘進距離；接收時，調整原有提前降低土壓工藝，帶壓接收。

（2）始發(fā)時，人工填充物建立的土壓以達到主動土壓力值?0.5?倍為宜；接收時，土壓降低至主動土壓力，且不大于樁間錨噴強度，以避免保有過大土壓破壞樁間錨噴結構而造成塌方（常規(guī)情況下的隧道地層深度所產生的主動土壓力遠小于錨噴混凝土強度）。

3.2.2 接收時中心刀磨樁

對于常規(guī)普通鋼筋混凝土樁，接收時用刀盤中心刀適當磨樁掘進，使中心刀部分進入樁內，以盡量減小洞門破樁過程中極易發(fā)生塌方風險范圍。

3.2.3 盾構工序調整

（1）始發(fā)工序。站內（接收井內）水平棚護注漿—洞門破樁—人工建壓（填充膨潤土）—進洞。

（2）接收工序。帶壓頂樁—關閉加泥、泡沫管路—站內（接收井內）水平棚護注漿—磨樁—土倉土體加固—洞門破樁—出洞。

4 地面監(jiān)測

地面監(jiān)測點間接布置，如圖?5?所示。表?1、表?2和表?3?給出了?DH?區(qū)間車站盾構始發(fā)地面沉降監(jiān)測數據、DH?區(qū)間風道盾構接收地面沉降監(jiān)測數據和?HX?區(qū)間2017?年1月1日—2017?年?1?月?9?日盾構地面沉降監(jiān)測數據。由表?1、表?2?和表?3?數據可見，累計沉降量和變形速率數據都基本穩(wěn)定在預警值以內，這說明所采取的補充加固措施在盾構始發(fā)和接收過程中起到了較好的效果。

圖5 洞門注漿管棚位置圖

5 結束語

通過對北京地鐵?8?號線?HX?和DH?盾構區(qū)間施工過程中，盾構在粉細砂地層始發(fā)和接收采取的一系列輔助加固措施的研究，結合實際沉降監(jiān)測分析，對在富含粉細砂地層中的盾構始發(fā)、接收技術進行了補充和完善，有效地提高了盾構在該地層條件下始發(fā)和接收施工的地層穩(wěn)定性，很好地控制了地面沉降。

表1 DH 區(qū)間車站盾構始發(fā)地面沉降監(jiān)測數據 mm

表2 DH 區(qū)間風道盾構接收地面沉降監(jiān)測數據 mm

表3 HX 區(qū)間盾構地面累計沉降監(jiān)測數據 mm