蔣勇軍

(中鐵十八局集團第三工程有限公司，河北 涿州 072700)

1 概 述

當淺埋軌道交通盾構區(qū)間盾構掘進側穿或下穿鐵路或公路橋梁、工業(yè)與民用建筑等建(構)筑物時，必須以確保建(構)筑物地下承重樁沉降、位移的變形不超出規(guī)范要求范圍，這樣才能保證施工安全、施工進度和工程質量[1]。濟南市CBD預留市政配套工程土建施工二標歷下廣場站—綢帶公園站區(qū)間工程，為解決側穿歷下廣場站地下空間開發(fā)結構時遇到的淺埋、側穿地下承重樁基距離較近等施工難點，通過分析區(qū)間的地質特性和施工工況，采取鉆孔灌注隔離樁保護承重樁、高壓旋噴預加固地層、盾構掘進施工技術控制、沉降控制等技術舉措,確保了施工安全和進度。

2 工程和地質概況

濟南市CBD效果圖見圖1，濟南市CBD地鐵站和歷下廣場地下空間效果圖見圖2。預留軌道交通工程歷下廣場站—綢帶公園站區(qū)間從歷下廣場站引出后，先后穿越解放東路、橫十路、橫八路，最后進入綢帶公園站(見圖3)，左右線長度分別為793.6m和860.8m。盾構側穿歷下廣場地下空間開發(fā)結構范圍長度為左、右線長度分別為39m和44m。

圖1 濟南CBD效果圖

圖2 濟南CBD地鐵站和地下空間結構效果圖

圖3 歷綢區(qū)間平面

工程地質盾構側穿地下承重樁基地層有碎石層、強風化灰?guī)r、溶洞層、強風化泥灰?guī)r和中風化灰?guī)r，盾構區(qū)間區(qū)間大多為 中風化灰?guī)r，圍巖等級大多為Ⅲ～Ⅵ 級，沿線在勘察和實際施工階段，都沒出現(xiàn)地下水。歷下廣場樁基地質縱剖面見圖4。

圖4 歷下廣場樁基地質縱剖面

3 盾構區(qū)間與地下承重樁相對位置及周邊環(huán)境

3.1 歷下廣場承重樁與盾構區(qū)間位距情況

濟南市CBD預留市政配套工程歷下廣場站—綢帶公園站區(qū)間左側里程SK1+103.080～SK1+146.720、右側里程XK1+107.806～XK1+146.720穿越地下空間開發(fā)結構。通過鉆孔灌注樁基礎型式施作歷下廣場地下空間承重樁結構，鉆孔灌注樁樁長12.9m，φ1m，區(qū)間盾構區(qū)間最小埋深(拱頂與地下空間結構底板最近距離)僅3.3m。

在歷下廣場承重樁范圍內的區(qū)間盾構區(qū)間底部高程高于水位線，盾構掘進直徑6.68m，安裝管片后直徑6.4m，右線盾構區(qū)間邊緣與東側承重樁樁基距離是3.6m，與西側承重樁樁基距離是3.1m；左線盾構區(qū)間邊緣與東側承重樁樁基距離是3.1m，與西側承重樁樁基距離是4.67m。由于盾構區(qū)間與承重樁樁基距離很近，加上承重樁樁基抗剪能力不強，在盾構施工時會對樁基產(chǎn)生一定側壓力，嚴重時影響承重樁樁基的功能。歷下廣場承重樁與盾構區(qū)間位距情況見圖5。

圖5 廣場地下結構和盾構區(qū)間位置剖面

3.2 地下承重樁基區(qū)間周圍環(huán)境

濟南市CBD預留市政配套工程歷下廣場站—綢帶公園站區(qū)間側穿地下承重樁樁基段也是歷下廣場地下空間彼此進行共同施工區(qū)域，北側是綢帶公園站接收端井，四周不存在危險房建、老舊建(構)物，也不存在光纜及煤氣管道等(見圖6)。

圖6 廣場地下結構和盾構區(qū)間位置俯視

4 鉆孔灌注隔離樁保護承重樁方案

4.1 鉆孔灌注隔離樁作用

借助鉆孔灌注隔離樁，能對盾構掘進時產(chǎn)生的推力進行有效阻斷，有效避免盾構掘進對橋樁結構的直接擾動，同時，隔離樁能夠對盾構機穿越后兩邊土體向臨空方位的變形進行有效限制，對樁基自身的橫向位移進一步縮小。通過設置頂部連梁，能夠將各鉆孔樁聯(lián)系成一個整體，可以發(fā)揮抵抗形變作用[2]。

4.2 隔離樁施作

a.施工步驟。鉆孔灌注隔離樁為做好隔離防護，在盾構側穿的歷下廣場地下空間承重樁和左右線盾構區(qū)間中間位置布置40根樁長度為22.75m的1排直徑80cm@100cm鉆孔灌注隔離樁(鉆孔灌注隔離樁采用泥漿護壁成孔和隔孔鉆孔的方式，成孔后，將C30混凝土注入，隔離樁施工流程見圖7)。在最外側2排隔離樁樁頂布置80cm×80cm聯(lián)系梁。

圖7 鉆孔灌注隔離樁施工流程

b.施作核心點。將2根注漿鋼管在隔離樁內沿鋼筋籠的圓周進行對稱布置，并作為樁身完整性聲速檢測管，將注漿管接觸到樁底，采用P·O42.5水泥進行注漿。樁基成孔，鋼筋籠吊入后，用導管法澆注混凝土；把長度大于1m的鋼護筒設置在鉆孔灌注隔離樁孔口處，通過黏土對護筒外側下端進行密實填筑；樁身垂直偏差小于1%，樁位誤差范圍±20mm，樁徑誤差范圍±50mm[3]。

5 高壓旋噴樁對地層預加固施工技術

高壓旋噴樁，將水泥漿液借助高壓泵從鉆桿噴頭高速噴到周邊土體，通過高壓沖擊力對土層進行切削，與此同時，鉆桿高速旋轉的同時，緩慢進行抬升，確保水泥漿和土體充分攪拌混合凝固，最終形成具有相當強度的圓柱固結體，從而實現(xiàn)加固地基的目的[4]。高壓旋噴注漿加固和地下承重樁基平面示意見圖8。

圖8 注漿加固和地下承重樁基位平面

5.1 高壓旋噴樁優(yōu)點

施工噪聲小，振動不大；設備施工便捷、功效高、成本不高；對任何軟弱土層都適用，加固范圍能夠控制；能提高地基的抗剪強度；能將小直徑鉆孔旋噴成比孔大很多的大直徑固結體，特別適用于已有建筑物地基加固而不擾動附近土體[5]。

5.2 高壓旋噴樁質量控制要點

研究分析盾構穿越地層結構，參考盾構始發(fā)(接收)端頭加固技術，通過高壓旋噴樁對淺埋段進行加固，加固范圍是盾構區(qū)間頂部距地面 1m 、盾構區(qū)間底部以下 3m，左右兩側加固到距離樁基 1m 處。為了提升整體土體的強度，隨旋噴深度增加逐漸削弱旋噴壓力，同時充填溶腔或空洞。

質量控制要點：以先稀后濃的原則配置水泥漿液， 水泥漿液的水灰比依據(jù)實際要求配置，通常取0.6 ～ 0.8。借力高壓水將樁內松動的巖塊、泥巖沖刷下來，向上緩慢提升，將巖面到樁底的鉆孔通過沖刷擴徑，被沖刷掉的巖塊、泥巖被高壓水沖出樁外，直到從鉆孔底部冒出的水非常清澈為止。必須依據(jù)土質情況和施工規(guī)范要求確定高壓噴射注漿施工參數(shù)。使用注漿機把水泥漿液通過注漿管由孔底注入，鉆桿以20r/min左右速度高速旋轉。注漿結束后，應該馬上將噴射管抽出，為避免漿液凝固收縮對樁頂高程產(chǎn)生影響，需要對原來孔位進行二次注漿或冒漿回灌。噴射完漿液后，水泥漿隨之漸漸凝固，漿面隨之下降，這時，要馬上把水泥漿液注入孔內，直到液面穩(wěn)定不降。

6 盾構掘進及施工控制措施

6.1 掘進參數(shù)設定

a.確定同步注漿參數(shù)。注漿量通常是理論建筑空隙的180%～250%，依據(jù)壓力、流量雙重控制實際注漿量，要以流量為輔、壓力為主，確保注漿量充足[6]。

b.確定土壓力。根據(jù)掘進地質條件，土壓力需根據(jù)朗肯主動土壓力理論或靜止土壓力理論進行設定，主動土壓力要高于最低土壓力。

c.設定掘進速度。盾構下穿廣場地下空間時，必須保證施工穩(wěn)定，防止掘進速度或快或慢，避免對土體擾動較大。掘進速度控制在30～50mm/min，刀盤旋動速率范圍是1.0～1.1r/min。

6.2 改良渣土

根據(jù)掘進地層的情況，通過油脂泡沫改良渣土。為提高改良效果，需要對泡沫膨脹率和混合比進行試驗調整。按照類似工程施工經(jīng)驗，在流量280～400L/min時，泡沫發(fā)泡率為4～6，在原液摻量4%的情況下，渣土改良效果較好。

6.3 盾構掘進

糾偏遵循勤糾、少糾的原則，每環(huán)糾偏量小于5mm，科學使用推進和鉸接油缸的行程差，結合盾尾間隙科學選用管片拼裝點位，從而達到糾偏的效果，有效控制地面沉降[7]。

管片拼裝：盾構穿越地下空間時，盾構區(qū)間管片選取增加注漿孔的加強型管片(管片結構加密加粗配筋)，這樣二次注漿時能夠對地面沉降進行抑制。

6.4 洞內二次注漿加固

盾構側穿承重樁樁基時，如果掘進出土超限導致地面沉降達到30mm極限值，或者樁基傾斜臨近允許值2‰，此時如果管片出現(xiàn)下沉，洞內注漿無法保護樁基，需要在洞內通過二次注漿進行加固。

6.4.1 洞內二次注漿加固方法及加固范圍

為有效控制地面沉降，二次注漿加固按照盾構通過后的地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)進行。當盾尾脫出4環(huán)管片后，通過靜壓注漿機注入水泥-硅酸鈉雙液進行二次注漿加固，加固范圍通常為沉降點對應的盾構管片環(huán)和該管片環(huán)前后各3管片環(huán)(見圖9)，從而彌補同步注漿的缺陷以及因同步注漿漿液固結收縮形成的空洞，從而更有效地抑制地面沉降。

圖9 加固范圍示意

6.4.2 加固施工工藝

通過跳環(huán)進行注漿(跳1環(huán)/次)。注漿位置選定在每環(huán)管片上、下部120°點位兩個孔，注漿順序先下后上(見圖10)。借助電鉆在注漿孔底部進行鉆孔，鉆桿長度不小于70cm，注漿孔被打通以后，將注漿頭安裝在注漿孔前端，然后將上閥門和三通安裝在注漿頭上，將注漿管和三通進行連接。采取靜壓注漿機注射水泥漿和硅酸鈉混合的雙液漿。注漿壓力為0.15～0.3MPa。完成注漿后，通過速凝水泥封堵注漿孔，然后將防水蓋擰緊。

圖10 管片注漿點位切面

7 地面沉降控制與監(jiān)測

7.1 地面沉降控制

盾構土壓平衡掘進的控制土壓力，根據(jù)盾構掘進地段的埋深和地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)實時調整，并通過同步注漿對盾構刀盤掘進直徑與管片外徑之間的空洞進行填充；為將盾構區(qū)間的穩(wěn)定性進一步提高，除進行二次加固注漿外，通過在洞內進行深孔注漿的方法，在管片外周形成一道穩(wěn)定的注漿固結層，從而防止淺埋層的土引起管片上浮。

7.2 地面沉降監(jiān)測

監(jiān)測結果表明，在盾構側穿地下構筑物樁基期間，地面沉降、承重樁水平位移和豎向位移、隧道里管片收斂等相關檢測項目指標都在規(guī)定范圍之內。

8 結 語

為研究淺埋盾構區(qū)間側穿地下承重樁加固技術，以濟南市CBD預留市政配套工程歷下廣場站—綢帶公園站區(qū)盾構間側穿歷下廣場承重樁施工為例，可以得出如下結論：借助鉆孔灌注隔離樁能有效隔離盾構掘進對近距離承重樁結構的直接擾動；采用高壓旋噴樁對淺埋地層進行加固，提高了盾構區(qū)間周邊地層的整體穩(wěn)定性；通過采取對盾構掘進參數(shù)進行科學設定、改良渣土、控制糾偏、控制同步注漿、管片拼裝、洞內二次注漿加固和地面沉降監(jiān)測等措施，確保了施工順利推進。