含水软弱土地层内盾构井端头加固范围研究

复杂地层中地铁盾构接收端头加固技术研究发布时间：2021-10-29T05:14:52.466Z 来源：《城镇建设》2021年第16期（上）作者：李萨冉[导读] 目前，城市地下空间工程的开发与利用处于快速增长时期，地铁以其方便快捷李萨冉（中国土木工程（澳门）有限公司，中国澳门，510000）摘要：目前，城市地下空间工程的开发与利用处于快速增长时期，地铁以其方便快捷、能有效缓解城市交通压力等优势被很多城市大力发展兴建。

盾构法隧道施工是城市地铁隧道建设中常用的施工方法，同时盾构接收也是盾构法施工中风险最高的环节之一，而目前盾构接收中存在端头土体加固效果无法保证且施工风险性高的情况。

需要结合实际工程对常见的端头加固方法、加固效果和加固范围进行分析，但对施工的经济适用性，以及对环境的影响程度缺乏更多讨论。

传统降水法需大量抽排地下水，造成资源浪费及生态环境的破坏，在征收水资源费后，更加会大幅增加施工成本。

在环保要求愈发严格的今天，端头加固技术对环境的影响及经济成本不能再被忽视。

基于此，本篇文章对复杂地层中地铁盾构接收端头加固技术进行研究，以供参考。

关键词：复杂地层；地铁盾构；接收端头；加固技术引言盾构法盾构接收更加高效、安全，在地铁区间隧道建设中被广泛采取。

因此，盾构端头的加固方式被国内外众多学者讨论和研究。

作为隧道施工关键环节，在大埋深、高水压等复杂工况下施工风险较高，盾构进洞过程中常引发洞门涌水、涌砂事故。

对复杂地层中地铁盾构接收端头加固技术进行研究，总结端头加固及洞门止水措施;以某隧道工程为例，提出盾构接收端头加固措施。

1盾构施工工法盾构技术主要是指在地表以下进行暗挖隧道施工时，在开挖过程中，盾构的盾构机壳体可作为周围土壤的临时支撑物。

在盾构机的保护下，挖开隧道，将各段进行组装和衬砌，形成永久性的砌体。

它是一种综合性的施工技术，在圆柱状的施工作业面内配备着盾构刀盘、出土传送带、盾构出土口结构、螺旋出土口装置、运输列车编组装置等部件的隧道开挖专用机械。

西安地铁盾构始发与接收端头加固方案研究随着城市的发展，地铁建设逐渐成为城市交通的重要组成部分。

而地铁施工中的盾构机是一种重要的施工手段，它可以在地下施工无需对地面进行大规模破坏。

在盾构机始发和接收端头部分，由于施工环境的复杂性和地质条件的不确定性，常常面临着很多的技术难题和风险。

对西安地铁盾构始发和接收端头进行加固方案的研究，对于有效控制施工风险和保障工程安全具有重要意义。

西安地铁盾构始发和接收端头部分主要面临以下几个问题：1.地质条件复杂：西安地区地质条件复杂多变，包括软弱土层、岩溶地区、断层、地铁线路与地下管线交错等。

在始发和接收端头施工过程中，地质条件的不确定性会导致盾构机在进洞或出洞时容易遇到地下水、高地应力、地质断层等问题，严重影响施工进度和安全。

2.土压力的控制：在盾构始发和接收段施工过程中，盾构机会遇到较大的土压力。

如果土压力超过盾构机的承载能力，容易导致设备故障或失效，甚至引发地面塌陷和人员伤亡事故。

为了解决上述问题，可以采取以下加固方案：1.地质勘察与预测：在盾构始发和接收端头施工前，进行详细的地质勘察和预测。

通过地质勘察和预测，可以了解地下地质情况，提前做好施工准备，选择合适的施工方案。

2.盾构机的加固设计：针对盾构机始发和接收段承受的土压力，采用合适的加固措施。

可以采用内外壳结构设计，增加盾构机的强度和承载能力，防止发生设备故障。

根据不同的地质条件，采用适当的衬砌材料，提高盾构机的适应性。

3.支护结构：在盾构始发和接收段的施工过程中，采用合适的支护结构。

可以使用各种支护材料，如钢板桩、锚杆等来增加端头的稳定性和抵抗土压力的能力。

在地铁施工过程中，可以采用地面预应力技术，减小地面沉降，保护盾构机和周围建筑物的安全。

4.监测和预警系统：在盾构始发和接收段施工过程中，设置合适的监测与预警系统，实时监测施工过程中的变化和异常情况。

可以采用GPS监测技术、振动传感器等设备，及时发现地质突变和土压力增大等问题，为施工人员提供预警信息，采取相应的应对措施，确保施工的安全。

盾构端头素混凝土连续墙加固技术1 端头加固的目的城市地铁隧道盾构机在出入洞(始发或进站)时,由于构筑的竖井或盾构井的井壁外侧土体已经受扰动而松动,加上拆除作业中的机械振动,井壁外侧土压力会急剧增大。

在盾构机进出洞时,存在塌方、涌水、地表沉降等安全隐患。

为了避免由于变形、地表沉降引发的构筑物和埋设物受损,必须对盾构始发端头进行加固。

在盾构进发、到达时,对端头加固的目的主要为:消除构筑竖井、始发井、到达井时对周边土体造成的扰动破坏,防止破除围护结构进出洞端墙时振动的影响,在盾构机贯入掘削面前或进入竖井、车站端头前能够使地层自稳并防止地下水涌出,降低对入口端围护结构端头墙的压力,防止因掘削面压力不足引起的掘削面坍塌(特别是对于泥水盾构机),防止地表沉陷以及对地层管线和建筑物基础造成的破坏。

2 端头加固的方法端头地层加固的方法很多,包括对既有地层进行高压注水泥浆液、水泥搅拌桩及地层冻结的方法;在围护结构外侧采用浇注素混凝土连续墙、素混凝土桩法、板桩的方法;采用盾构机直接掘削以及通过对围护结构钢筋进行电蚀、用玻璃纤维筋来代替钢筋的方法等。

2.1 注浆加固法注浆工法是通过压送的手段使浆液(水泥、水玻璃等可以生成凝胶、固结体的液体)渗入到地层土颗粒间隙或填充地层中裂隙(或空洞),喷入到地层中和土体搅拌混合形成的固结体,在浆液固结后地层的物理和力学性质得以改善。

浆液材料属非化学类的一般性纯水泥浆液、膨润土水泥浆液、黏土、砂浆,化学类的水玻璃、有机高分子浆液等。

注浆的措施包括高压注浆、高压旋喷注浆、通过搅拌拌和等。

注浆法的优点是施工设备简单,规模小、耗资少、占地面积小、对交通影响小、工期短、见效快,施工中产生的噪声和振动小、对环境影响小,对场地施工条件要求低,加固深度易于控制、灵活多便。

2.2 素混凝土墙(桩)法通过在围护结构、衬砌外侧浇注素混凝土墙或是素混凝土桩的方法,也可以很好地在围护结构端头墙破除洞门后继续维持土体的平衡,从而保证端头地层土体的稳定性。

几种盾构隧道端头加固技术比选在珠三角地区，应用最多的是“搅拌桩+旋喷桩”的端头加固方法，现对各种端头加固方法从加固机理、适用条件、工期、造价、对环境影响等方面进行分析比较以及各种加固方法的优缺点在盾构隧道端头加固过程中体现出的优缺点。

1. 各种端头加固技术的比较1.1 高压旋喷桩加固高压旋喷桩地基加固技术，是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20MPa左右的高压水流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定速度向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成固结体，即为旋喷桩。

高压旋喷桩施工工艺：高压旋喷采用双重管法（气、浆二介质）施工，高压旋喷桩施工原理是利用高压浆切割土体，两出浆口处包一圈气体，使喷出的水泥浆能均匀地和加固土体结合。

水泥掺入比为25%，水灰比1：1，材料采用普通硅酸盐42.5 级水泥；外加剂掺入比为1%，材料采用HA-JS1型的高效减水剂；28天桩体无侧限抗压强度不小于1.2MPa。

按25%水泥掺量计算，每m水泥用量为：体积X掺量X 土重=0.35 X 0.35 X n X 1.8 X 0.25 X 1000=173kg,每m水泥用量的体积为：173/3=57.7L 。

按1：1 水灰比配制，浆液比重为：173X 2/(57.7+173)=1.50kg/L ，每m高喷桩体需喷入的浆液量Q 为：Q=173^ 2/1.50=230.7L，高压喷射泵泵量100L/min，根据现有专业配套高压注浆泵的实际泵量只能达到额定泵量的60%---70%计算，每m喷浆时间为：230.7/ (100X 0.65 ) =3.55min , 与此对应，每m提升速度为1/3.55=0.28m/min由以上计算得出推荐参数为：喷浆压力25Mp回转速度23r/min，提升速度28cm/min，气压0.6MPa。

通过试桩最后确定施工参数，并以此进行控制。

( 1 )水泥浆配制 拌制浆液采用42.5 普通硅酸盐水泥拌制，浆液在使用前 1 小时内开始拌制，灰浆搅拌机搅拌均匀后，倒入盖有筛网的集料斗内中待用。

浅议盾构始发\到达中端头加固及辅助措施的应用摘要：盾构法隧道施工中，盾构机始发、到达往往伴随很大的施工风险，而正确的采取一些辅助措施，可有效降低盾构机始发、到达中的风险。

本文结合实际施工案例，对辅助措施在盾构始发、到达中的应用和取得的效果进行简要介绍。

关键词盾构始发、到达软弱地层辅助措施引言随着盾构法施工技术的逐渐成熟，盾构法在城市地铁、公路、电力隧道等工程中得到广泛的应用。

如何有效的规避盾构施工中的风险，已成为盾构施工关注的重点。

通过对近年来盾构隧道施工事故的统计情况看，盾构施工事故一般在盾构始发、到达阶段发生频率比较高。

发生事故轻则地表出现塌陷，重则车站、隧道被淹。

在实际施工中一些辅助措施的合理应运有助于规避部分事故的发生。

1、盾构机始发、到达端头土体加固的辅助措施由于盾构始发、到达的中存在风险较大，特别是地下水丰富、渗透性好的地层很容易出现土体坍塌、洞门涌水涌沙等险情，为了降低施工风险就要对盾构始发、到达段端头处的土体采用一些加固处理措施，也就是通常所说的端头加固，其目的主要是提高端头土体的强度、封堵地下水，保证洞门破除的时候端头土体的稳定。

1.1端头土体加固常见种类端头土体加固质量的好坏直接决定着盾构始发、到达的成败，因此在设计阶段选择端头加固处理方案时，一定要的综合考虑工程的地质、水文条件以及周边环境等因素。

在当前盾构法施工中比较常见端头土体加固措施有：注浆法、搅拌桩+旋喷注浆、素混凝土地下连续墙、冷冻等，不同的加固措施其取得的经济效益和加固效果也不尽相同，具体可见表1。

表1：端头土体辅助加固措施分析标辅助加固措施适应地层优点缺点注浆法主要适用地层为砂层、卵石层或岩层、黄土层施工成本低加固体整体性较差；一般只在注浆扩散性较好且不具备深层搅拌条件的地层使用。

三轴搅拌+旋喷注浆加固区范围内地质为砂性土、粉土及粘土层加固整体性较好施工条件苛刻，施工场地需求大，成本较高;加固体与车站围护结构处的缝隙易渗漏。

端头加固及始发方案从传统工艺在地层加固上的方法来看，盾构始发端头存在的问题主要有：①始发端头存在较多较大地下管线且管迁改施工工期长、难度大、费用高,对端头路面进行破除后影响文明施工；②始发端头加固场地移交滞后，端头加固体龄期长无法确保节点工期；③处于市政主干道交通流量大及周边商住楼林立，加固的区域深度比较深，且由于地层的透水性较强，严重影响加固质量。

而对于北京地铁8号线三期06标盾构始发端上述几个问题全部存在，而且市政地下管线距离端头井仅5m，对规范要求始发加固12m的要求相差较远。

一、全方位高压喷射工法（简称MJS工法）MJS工法加固土体分为两个阶段：第一阶段为削孔阶段：削孔时将1.5m的钻杆和前端装置连接，顶出多孔管，直到计划施工深度。

若地基较硬，需要长距离施工时，可用多层双孔管施工，成孔过程也可采用G2-A工程钻机或阿特拉斯钻至设计深度，预先成孔，成孔直径为200mm 左右。

第二阶段为摇摆喷射阶段，通过安装在钻头底部侧面的特殊喷嘴，置入土体深度后，用高压泵等高压发生装置，以40Mpa 左右的压力将硬化材料及空气从喷嘴喷射出去，并一边将多孔管抽回。

由于高压喷射流具有强大的切削能力，因此，喷射的浆液一边切削四边土体，土体在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例及质量大小有规律地重新排列，浆液凝固后，便在土中形成各种形状的加固体。

MJS工法摇摆喷射是采用步进喷射，即一步一步向上喷，一步作为一个步距，通常每一个步距为25mm，每一个步距来回喷射一个单位时间，单位时间根据摇摆角度确定。

当是360°喷射时，单位时间为60s。

该工法通过射流作用强制性破坏原地层结构，只要是高压射流能破坏的土层皆可施工。

尤其是对于隧道顶部和底部的加固，它能够在较小的空间里对土体进行加固，对施工场地要求不高。

二、冷冻法加固+钢套筒接收冷冻法适用于涌水、流沙淤泥等松散含水复杂地层条件施工，其工艺就是利用冷冻机对冷冻液进行降温，并通过循环管理输送到需要冷冻的区域，并保持温度，使温度向外扩散产生冻结效果。

盾构隧道端头加固范围隧道是现代城市建设中不可或缺的一部分，而盾构隧道作为一种施工技术，被广泛应用于隧道建设中。

在盾构隧道施工过程中，端头加固是一个非常重要的环节。

端头加固的范围涉及到隧道的稳定性和安全性，下面将详细介绍盾构隧道端头加固的范围及其重要性。

一、盾构隧道端头加固的范围1. 掘进端加固：掘进端是盾构隧道施工的起点，也是隧道的前沿部分。

在掘进端施工过程中，需要进行加固，以保证施工的稳定性和安全性。

通常采用钢管桩、混凝土喷射等方式进行加固。

2. 出口端加固：出口端是盾构隧道施工的终点，也是隧道的出口部分。

出口端的加固范围主要包括出口段墙体加固、出口段地基加固等，以确保隧道的出口部分稳定安全。

3. 环片加固：环片是盾构隧道施工过程中形成的主体结构，也是隧道的骨架部分。

环片的加固范围主要包括环片体加固和环片连接部位的加固，以保证隧道的整体稳定性。

4. 转弯段加固：盾构隧道在施工过程中会出现转弯段，转弯段是指隧道的曲线部分。

转弯段的加固范围主要包括转弯段墙体加固、转弯段地基加固等，以确保转弯段的稳定性和安全性。

5. 过渡段加固：过渡段是指盾构隧道从直线段过渡到转弯段的部分。

过渡段的加固范围主要包括过渡段墙体加固、过渡段地基加固等，以确保过渡段的稳定性和安全性。

二、盾构隧道端头加固的重要性1. 保证施工的稳定性：盾构隧道施工过程中，端头是施工的前沿部分，直接面对地层的变化和压力。

如果端头没有进行加固，容易出现变形、沉降等问题，影响施工的稳定性。

2. 保障施工的安全性：盾构隧道施工过程中，端头是施工人员进出的通道，如果端头没有进行加固，存在坍塌、坏路等安全隐患，可能导致施工人员受伤甚至生命危险。

3. 确保隧道的稳定性：盾构隧道在施工完成后，需要具备足够的稳定性，以承受地下水压力、地震等外力作用。

端头的加固范围涉及到隧道的整体稳定性，保证隧道的长期使用安全。

4. 提高隧道的使用寿命：盾构隧道经过端头加固后，能够有效减少变形、沉降等问题的发生，延长隧道的使用寿命，减少维修和加固的频率和成本。

专利名称：基于软弱地层的浅覆土盾构隧道加固方法
专利类型：发明专利
发明人：王忠仁,闫利亚,王永军,温法庆,孙连勇,李庆斌,权宗国
申请号：CN201911056049.8
申请日：20191031
公开号：CN110700853A
公开日：
20200117
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于软弱地层的浅覆土盾构隧道加固方法，包括以下步骤：S1、采用三重管高压旋喷桩对地面进行加固，加固范围为隧道断面上下、左右各2m。

S2、隧道内加固，盾构在浅覆土地层中掘进采用增加注浆孔的管片，盾构掘进模式采用土压平衡掘进并保证足量的同步注浆，管片脱出盾尾后及时二次注入双液浆以进一步提高管片的稳定性，管片脱出盾尾后的设备桥区段或管片脱出台车后位置，采用中空注浆锚杆沿着吊装孔和注浆孔对隧道进行深孔注浆加固。

本发明采用上述基于软弱地层的浅覆土盾构隧道加固方法，能够解决软弱浅覆土地层中成型盾构隧道的上浮问题，为地铁列车的安全运营提供保障。

申请人：中铁十八局集团第三工程有限公司,中铁十八局集团有限公司,济南轨道交通集团有限公司地址：072750 河北省保定市涿州市冠云路中铁十八局集团三公司
国籍：CN
代理机构：北京圣州专利代理事务所(普通合伙)
代理人：王振佳
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第八章盾构隧道施工措施及技术措施§11端头加固§1.1端头加固概述盾构进出洞门外土体为软弱含水旳土层，盾构机在进出洞时，工作面将处在开放状态，这种开放状态将持续较长时间。

若不提前加固处理，地下水、涌水等就会进入工作井，就会导致软弱地层不稳定，严重状况下会引起洞门塌方。

为保证施工安全及盾构机顺利始发及出洞，必须对洞门外土体进行加固处理。

本标段盾构始发及抵达共有4个端头需要加固，详细加固措施见表8-1-1表8-1-1 盾构进出洞端头加固措施一览表1.1.1加固旳原则（1）根据隧道埋深及盾构隧道穿越地层状况，确定加固措施和范围。

（2）在充足考虑洞门破除时间和措施旳基础上，选择合适旳加固措施和范围，保证洞门破除和盾构机进、出洞旳安全。

1.1.2加固规定根据始发及抵达端头地层性质及地面条件，选择加固措施，加固后旳土体应有良好旳自立性，密封性、均质性，采用搅拌桩加固旳土体无侧限抗压强度不不不小于0.8MPa，渗透系数k≤1×10-8cm/sec。

（2）渗透系数＜1.0×10-5cm/s。

1.2端头旳施工1.2.1施工原理旋喷法施工是运用钻机把带有特殊喷嘴旳注浆管钻进至土层旳预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆液通过钻杆下端旳喷射装置，向四面以高速水平喷入土体，借助流体旳冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同步钻杆一面以一定旳速度旋转，一面低速渐渐提高，使土体与水泥浆充足搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀，具有一定强度旳桩体，从而使地层得到加固。

1.2.2机械设备旋喷法施工重要机具设备包括：高压泵、泥浆泵、钻机、浆液搅拌器、空压机、旋喷管和高压胶管等；辅助设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存系统以及多种管材、阀门、接头安全设施等。

浆液搅拌采用污水泵自循环式旳搅拌罐，钻机采用XY-100型振动钻机，空压机采用SA-5150W空压机，参数为20m3/min。

盾构始发端土体加固范围影响参数分析刘文黎;吴贤国;林净怡;张立茂【摘要】在盾构施工过程中,盾构隧道始发段是事故多发阶段.以武汉市轨道交通二号线江-积区间盾构始发段施工为工程背景,根据三种不同的强度与稳定性理论,计算工程中的端头加固范围;并确定对加固范围影响较大的参数为:隧道直径、隧道埋深、土体的抗拉强度与抗剪强度.利用FLAC3D软件建立盾构始发段施工的数值模型,模拟不同加固长度下土体应力分布.发现随着土体加固范围的增加,始发井周围土体受到扰动而产生的位移、应力等呈现明显的规律性变化.结论为盾构施工的端头加固范围的确定提供了借鉴作用.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)022【总页数】8页(P105-111,136)【关键词】盾构施工;始发段;数值模拟;土体加固【作者】刘文黎;吴贤国;林净怡;张立茂【作者单位】华中科技大学土木工程与力学学院,武汉430074;华中科技大学土木工程与力学学院,武汉430074;华中科技大学土木工程与力学学院,武汉430074;华中科技大学土木工程与力学学院,武汉430074【正文语种】中文【中图分类】U231.3盾构整体始发是盾构隧道施工过程中关键的风险点，这一阶段的掘进是施工过程中最容易出现安全事故的时段之一[1, 2]。

盾构始发凿除洞门井壁的混凝土后，开挖面暴露并处于开放状态，打破了端头地层原有平衡，土体应力重新分布，此时对于自稳性较差的土体，如不进行端头加固，可能发生滑移破坏，并出现工作井内渗漏水、涌沙等现象，进一步引发地表沉陷、洞门塌方等严重事故。

因此，应在盾构始发掘进前制定合理的端头加固方案。

国内外对盾构隧道周围土体加固范围以及其力学参数的研究较多，如辛振省[3]对不同的加固范围的始发掘进进行模拟分析。

Manuel[4]利用有限差分软件FLAC3D 建立数值模型模拟盾构开挖过程。

胡俊[5]归纳了盾构隧道端头土体加固的常用方式，并以苏州地铁一号线车站始发段施工为例，模拟不同加固范围时掘进中土体的沉降与位移，据此确定土体加固范围。

软弱地层浅覆土盾构掘进施工技术1. 引言1.1 引言软弱地层浅覆土盾构掘进施工技术是在城市建设和地下工程中广泛应用的一种重要技术。

软弱地层指的是土质较松软、强度较低的地层，其在工程施工中容易发生塌方、滑坡等问题。

而浅覆土盾构掘进施工技术则是利用盾构机在浅埋深度进行地下隧道施工的一种方法，具有施工速度快、工程质量高、对环境影响小等优点。

本文将针对软弱地层浅覆土盾构掘进施工技术进行深入探讨，从软弱地层特点、浅覆土盾构掘进施工技术概述、掘进施工参数优化、浅覆土盾构施工中常见问题及解决方法以及掘进施工安全措施等方面展开论述。

通过对这些内容的详细分析，可以更好地了解软弱地层浅覆土盾构掘进施工技术的特点、应用范围以及施工中需要注意的问题，为工程实践提供参考和指导。

软弱地层浅覆土盾构掘进施工技术在地下工程领域具有重要意义，希望本文的介绍能够帮助读者更加深入地了解和掌握这一技术，促进其在实际工程中的应用和推广。

2. 正文2.1 软弱地层的特点软弱地层是指地质力学性质差、抗力弱、变形大、易发生滑动和破坏的地层。

软弱地层的特点主要包括以下几点：1. 土质松软：软弱地层土质通常比较松软，孔隙度高，密实度低，强度差，易受外力作用而产生变形和破坏。

2. 水分含量高：软弱地层常含有较高的水分，导致地层稠化，降低整体强度，增加了施工过程中的难度。

3. 存在杂质：软弱地层中常含有大量的杂质，如沙砾、泥沙等，这些杂质会影响地层的均匀性和稳定性，增加了施工中的不确定性。

4. 易发生塌方：由于软弱地层的抗力较弱，地质构造不稳定，容易受到外力作用而发生滑动、塌方等地质灾害。

5. 难以穿透：软弱地层通常具有较高的阻力，难以穿透和开挖，需要采取相应的掘进施工技术和方法。

软弱地层具有土质松软、水分含量高、存在杂质、易发生塌方和难以穿透等特点，对地下工程的施工造成一定的困难和挑战。

在软弱地层的掘进施工中，需要结合具体情况采取相应的技术措施和安全措施，确保施工的顺利进行和工程的安全可靠。

R E A LE S T A T EG U I D E |21地铁工程中盾构端头土体加固技术解析李 鹏 (中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司 黑龙江 哈尔滨 150000)作者简介:李鹏(1988-)男,汉族,黑龙江哈尔滨人,本科学历,目前职称为工程师,研究方向为市政工程㊂[摘 要] 城市轨道交通(以下简称 城轨交通 )既是大城市的骨干交通方式和核心基础设施,也是其他轨道交通(市郊铁路㊁城际铁路和干线铁路)与城市公共交通系统融合㊁发挥综合交通网络效益的骨干系统㊂经过近些年的快速发展,我国城轨交通在城市公共客运系统中的地位不断提升,已成为改善城市居民生活品质㊁提升人民群众获得感和幸福感的重要载体㊂天津地区地铁施工范围多属于富水软土地层,采用盾构法施工地铁隧道越来越显示出其特有的优势,得到了广泛的应用㊂盾构始发和接收是盾构工法中关键工序之一,也是盾构施工中最易发生事故的环节㊂盾构自工作井始发进入地层或由隧道末端推出离开隧道进入工作井施工中,首先要解决洞门区域地层的封闭加固问题㊂本文从加固范围㊁加固工艺㊁过程控制等阐述盾构端头土体加固施工技术,以解决富水软土地层盾构始发与接收过程洞门土体坍塌及漏水漏砂等风险㊂[关键词] 端头加固;盾构施工;洞门漏水;三轴搅拌[中图分类号]U 455.46 [文献标识码]A [文章编号]1009-4563(2023)20-021-031 工程概况天津地铁6号线土建施工第R 3合同段梅江道站至左江道站盾构区间,右线起讫里程为D K 34+952.305~D K 36+103.581,右线区间长1151.276m ;左线起讫里程D K 34+952.305~D K 36+103.858,长链0.374m ,左线区间长1151.927m ;区间平面上由缓和曲线㊁直线㊁曲线组成,曲线半径分别为R=400㊁R=310;线路最大纵坡28ɢ,最小纵坡4ɢ㊂区间隧道洞身穿过的土层为粉质粘土⑥1层㊁粉土⑥3层㊁粉质粘土⑥4层㊁淤泥质粉质粘土⑥4t 层㊁粉质粘土⑦层㊁粉质粘土⑧1层㊁粉土⑧1t 层㊁粉土⑧2层㊁粉砂⑧21层㊁粉砂⑨21层,上述土层围岩分级为Ⅵ级㊂地层均位于地下水位之下,岩土均处于饱和状态,天然含水量在15.5%~41.1%,其中粉土⑧1t 层㊁粉土⑧2层㊁粉砂⑧21层㊁粉砂⑨21层为含水层,渗透系数自稳能力差,很难形成自然拱,易坍落;受地下水的影响,侧壁原状围岩土体的自稳能力差,尤其是砂土㊁粉土层容易产生坍塌等不利情况,并易产生局部潜蚀㊁涌砂㊁流土等破坏现象㊂2 富水软土地层盾构施工加固的必要性天津地区地铁盾构施工多为富水软土地层,富水软土地层地下水位较高,地层具有孔隙比大㊁含水量高㊁地基承载力低㊁易沉陷的等特点,盾构法施工过程中沉降控制难度较大㊁漏砂漏水风险高㊂盾构始发和接收是整个盾构施工中关键的两个环节,也是盾构施工中风险事故发生概率较高的两道工序㊂盾构施工从工作井初始始发进入隧道地层或自隧道末端头推出离开隧道进入接收工作井,洞口范围土体加固为必不可少的施工工序,从而解决洞门区域地层封闭和稳定的问题㊂当盾构工作井周围地层为富水软土时,盾构在始发或到达一定长度内无法建立土压平衡,如不对此区域内土体进行加固处理,则当盾构刀盘进入或破出洞门土体时,必将有大量的土体和地下水流入工作井,导致洞门外地表产生坍塌和沉陷,对周边地下管线及建筑物产生不可预测的危害㊂同时还对盾构施工设备㊁成型隧道及已完车站主体结构造成损坏㊂因此,在盾构始发和到达接收前,必须对洞门处地层进行加固处理,以稳定洞门土体,防止地下水土流失,控制开挖面坍塌和地表沉降㊂3 盾构端头土体加固的目的提高洞门外加固范围内土体的强度,从而满足重型机械在洞门处作业的承载力要求㊂提高洞门土体的整体稳定性,从而保证洞门破除㊁盾构始发及到达接收过程中洞门土体承受静载或振动作用下的稳定,减少土体扰动㊂特别在富水软土地层,确保洞门土体满足止水和渗透性要求㊂在盾构土仓内建立土压平衡前,确保洞门土体满足变形特征的要求㊂4 盾构端头土体加固方案通过理论计算结合施工实践,在区间始发接收端头进行地基加固处理,土体加固采用∅850@600三轴水泥土搅拌桩,材料采用42.5级普通硅酸盐水泥,端头加固深度为路面至盾构隧道底以下3.07m ㊂端头井加固区平面范围:盾构推进方向11m ,左右两侧均为隧道外3.07m ;垂直范围:隧道拱顶3.07m 至隧道底部3.07m ㊂端头土体加固剖面图5 盾构端头土体加固施工技术采用高压旋喷桩与水泥搅拌桩结合的加固方式㊂先施工水泥搅拌桩,水泥搅拌桩与地连墙之间预留0.6m 空隙,待搅拌桩施工完成后,再用两排高压旋喷桩,将搅拌桩Copyright ©博看网. All Rights Reserved.22 |R E A LE S T A T EG U I D E与地连墙之间的空隙填充,确保加固段与洞门处地下连续墙密贴,并增加包角旋喷桩,以保证盾构机安全始发与到达㊂5.1 三轴搅拌桩施工技术5.1.1 三轴搅拌桩施工参数控制采用φ850三轴搅拌桩,桩间距600mm ,桩与桩咬合为250mm ㊂主要施工参数为:下沉速度:0.5~0.8m /m i n ;提升速度:0.5m /m i n;水灰比:1.5~2;注浆压力:0.4~0.6M P a ;强度:28天无侧限抗压强度大于1.0M P a ,渗透系数ɤ1.0ˑ10-7c m /s㊂5.1.2 三轴搅拌桩施工工艺三轴搅拌桩的施工方法是使用三轴搅拌设备,该设备具有三根搅拌轴,其中边轴的二根顺转,中间的搅拌轴逆转㊂这三个搅拌轴有两个压浆管和一个压气管共同组成,其中压气管位于三个搅拌轴的中部㊂正常施工时,通过钻头端头的压浆孔压入水泥浆液,再通过高压气流辅助,通过加剧桩体范围内土体的流动性,从而使每幅桩体注入的水泥浆与土体得到充分的搅拌,这样形成的水泥土搅拌轴比由中轴内压入水泥浆所形成的水泥土更加均匀,并能提高其强度㊂三轴水泥土搅拌桩采用单侧跳打方式施工,即隔一打一施工,以重复套钻来保证搅拌桩的搭接以及施工设备垂直度的补正㊂由靠近地连墙方向后退式施工,先施工靠近地连墙的一排搅拌桩,后退一排施工完成后再施工下一排,以此循环直至整个加固区全部施工完成㊂三轴搅拌桩施工工艺流程5.1.3 三轴搅拌桩施工质量控制要点三轴搅拌桩施工的主要控制点是桩体的均匀性和强度,在施工中加强对水泥使用量和水与水泥比例的控制,保证搅拌机提升的速度和泵送压力符合规定要求㊂按照搅拌桩施工工艺要求,钻杆在下沉过程中和提升过程中都需要注入水泥浆液㊂钻杆下沉速度不大于0.8m 每分钟,提升速度不大于0.5m 每分钟,控制重复搅拌提升速度在0.8~1.0m 每分钟以内,以保证加固范围内土体均能得到充分搅拌㊂施工停浆面高出设计桩顶标高0.5m ,喷浆口在提升至设计标高时应停止提升搅拌数秒,以提高桩头位置桩体的均匀性和密实性㊂压浆过程中不允许出现断浆和停浆,否则应将搅拌机下沉到停浆点下0.5m 后喷浆提升㊂现场应安排技术人员对桩机下沉和提升搅拌速度进行专门检查,并在桩架上设置醒目的距离标志,测定出钻杆的提升速度从而及时调整,保证桩体的均匀性和密实性,在桩底部分适当持续搅拌注浆至少15秒㊂相邻桩的施工间隔时间不超过12小时,施工过程中一旦出现冷缝,则在外侧补做搅拌桩㊂搅拌桩钻杆提升速度和复搅对桩体的强度起很大的作用,施工中采取降低升降速度㊁全程喷浆㊁全程复搅的工艺,以利于水泥浆与被加固土体之间完全接触,促使桩体的充分形成㊂5.2 高压旋喷桩施工技术5.2.1 高压旋喷桩施工参数控制高压旋喷桩直径为φ850,桩间距600mm ,桩体搭接250mm ㊂主要施工参数为:高压水压力:30~40M P a;高压气压力:0.7M P a ;高压水泥浆:25~35M P a ;水灰比:1:1;提升速度:8~9c m /m i n ;水泥掺量:ȡ550k g/m 3;强度:加固体28天无侧限抗压强度大于1.0M P a ,渗透系数ɤ1.0ˑ10-7c m /s ㊂5.2.2 高压旋喷桩施工工艺高压旋喷桩采用三重管法施工,三重管法原理是将压缩空气与水泥浆一起喷出,既可以增加喷射的距离和切削土体的力量,又可以提高废土的排除,从而减少加固土体的质量㊂三重管旋喷,先喷射高压水㊁再喷射压缩空气与水泥浆;喷射时要达到设计的喷浆量和压力值,再按要求提升注浆管,注浆管分段提升的搭接长度大于10c m ;当达到设计桩顶标高或原地面出现浆液溢出现象时,应当立即停止施工㊂5.2.3 高压旋喷桩施工质量控制要点钻机到达桩位时要保证机座平稳,立轴与孔位对正,钻杆倾角误差不大于规定要求㊂喷射注浆前检查设备是否存在隐患㊂保证设备的排量和压力满足设计要求,确保管路系统密封性和通畅性㊂在插管前保护好喷嘴,防止风㊁水喷嘴在插管时被泥沙堵塞㊂喷射注浆时注意设备开启顺序,首先空载启动空压机,设备运转正常后,再空载起动高压泵,同时向孔内输送空气和水,使空气量和压力值逐渐升高至规定值㊂风和水通畅后,通过旋转注浆管,启动注浆泵,注入清水,待输送量和压力值正常后,开始注浆㊂待水泥浆开始流出喷头后,逐步提升注浆管,由下而上开始喷射注浆施工㊂喷射注浆施工拆卸注浆管,要停止提升和回转并停止送浆,逐渐减少水量和风量,至停机拆卸完毕,再次喷射注浆时,开机顺序要按规定要求㊂再次施工要与前段搭接不少于10c m ㊂达到设计深度后,施工可停风和水,继续用注浆泵注浆,孔口出现水泥浆返出后停止注浆,然后将注浆泵抽吸一定量的清水将管路中的水泥浆顶出,然后停泵㊂(下转第25页)Copyright ©博看网. All Rights Reserved.R E A LE S T A T EG U I D E |25与其他金属材料接触,以免发生电化学反应,导致腐蚀㊂(3)进行表面处理㊂在钢构件制造完成后,要进行表面处理,如除锈㊁防腐㊁喷漆等,以提高钢构件的耐腐蚀性和美观度㊂(4)采用防护措施㊂在施工过程中,可采用防护措施,如覆盖物㊁防护膜㊁防护涂料等,保护钢构件的表面不受损伤和污染㊂(5)进行定期维护㊂在住宅建成后,要定期对钢构件进行维护,包括清洗㊁涂漆㊁防腐等,以保证钢构件的使用寿命和安全性㊂3.7 运用B I M 建模技术运用B I M 建模技术对装配式钢结构建筑进行模拟和预测可以帮助发现施工过程中可能存在的问题,并及时进行调整和优化㊂具体而言,B I M 建模技术可以实现以下几个方面的功能:(1)优化设计㊂在B I M 建模软件中,设计人员可以将装配式钢结构建筑的各个构件进行精细化建模,并进行三维可视化展示,从而更好地完成建筑物的设计和优化㊂(2)施工模拟㊂基于B I M 建模的三维模型,可以对装配式钢结构建筑的施工过程进行模拟和预测,从而及时发现施工中可能存在的问题,并进行调整和优化㊂例如可以通过B I M 模型分析装配式钢结构的吊装㊁安装顺序等施工过程,从而预测可能出现的冲突和危险点,及时调整施工计划,并制定安全施工方案㊂(3)资源管理㊂B I M 建模技术可以帮助管理人员对装配式钢结构建筑的资源进行科学管理,例如材料㊁设备和人力资源等㊂通过B I M 模型可以分析材料的需求量㊁设备的使用情况㊁工人的分配等,从而更好地规划和管理建筑物的资源,提高资源的利用效率㊂(4)维护管理㊂基于B I M 建模的三维模型,可以对装配式钢结构建筑进行维护管理㊂例如可以进行结构的检测和维护计划的制定,从而延长建筑物的使用寿命,降低维护成本㊂结语钢结构装配式建设技术在建筑施工中具有重要意义㊂通过引入现代化施工技术,可以提高建设水平和施工效率,推动行业向更好的方向发展㊂在绿色环保建设技术的背景下,我们应该继续深入研究钢结构装配式建设技术,不断提升施工水平,促进行业的稳健发展㊂同时,在建设高层建筑时引入该项技术,也是行业持续发展的核心内容之一㊂通过规范化和工业化的施工方式,可以提高建筑质量㊁节约施工成本,从而更好地适应现代城市化建设的需要㊂因此,引入钢结构装配式建设技术是行业发展的必然趋势,我们应该在实践中不断探索和创新,为行业的未来发展做出更大的贡献㊂参考文献[1] 王麒翔,雷坤明.装配式钢结构高层建筑施工技术应用研究[J ].工程建设与设计,2022,18:168-170.[2] 王星.高层建筑装配式钢结构关键施工技术研究[J ].建材与装饰,2022(10):6-7.[3] 王平.高层建筑钢结构装配式施工技术应用分析[J ].城市建筑,2021(5):143-144.(上接第22页)高压旋喷桩施工工艺流程5.3 端头土体加固效果检测端头土体加固完成后,在进行盾构始发或接收条件验收前,通过地表垂直取芯及水平探孔检测土体加固效果㊂5.3.1 地表垂直取芯检测采取地质钻垂直取芯,将土样送至试验室检测,加固后土体指标:加固区土体28天无侧限抗压强度不小于1兆帕,渗透系数应小于1.0ˑ10-7c m /s,且加固土体强度均匀㊁密封和自稳性㊂5.3.2 水平探孔检测在洞门凿除之前,做水平探孔检查洞门漏水及涌砂情况㊂根据实际洞门土体加固情况对洞门上㊁中㊁下部均匀分布9个探孔,孔深为穿透加固土体3米,孔径50毫米㊂当探孔处出现漏水和涌砂现象时,在探孔处采用水平注入双液浆的方法来进行止水补强㊂洞门水平止水孔应通过少量注浆和多次注浆的方式,如必要时,应当在地面进行注浆加固处理,直至再做探孔无漏水现象为止㊂结束语本文依托天津地铁6号线土建施工第R 3合同段梅江道站~左江道站区间盾构施工经验,阐述了在天津地区富水软土地层盾构施工采取的盾构端头土体加固施工工艺和质量控制要点;经过本项目实践验证,此方法在富水软土地层加固效果和盾构施工进出洞门控制中都能起到关键作用,能为类似富水软土地层盾构施工提供借鉴㊂参考文献[1] 盾构法隧道施工及验收规范G B 50446-2017.北京:中国建筑工业出版社,2017.[2] 王松.软弱地层盾构隧道端头井土体加固技术,2014(000)007.[3] 江玉生,杨志勇.论土压平衡盾构始发和到达端头加固的合理范围.隧道建设,2009(029)003.[4] 刘文黎,吴贤国.盾构始发端土体加固范围影响参数分析.科学技术与工程,2016(016)022.Copyright ©博看网. 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盾构施工端头加固端头加固时盾构始发到达施工技术的一个非常重要的环节，主要是指对盾构机进出盾构工作井部位的地层的加固，端头加固塌方在盾构施工事故中最常见的。

一、加固的目的：1、提高洞门外土体的强度，控制地表沉降，防止端头坍塌，盾构始发、到达前经常需要凿除洞门井壁的混凝土，割断钢筋，以满足盾构机顺利的进出洞，而一般的井壁混凝土有时达到800mm或者更厚，凿除时间长，要避免凿除过程中发生坍塌，还要避免因开挖面暴露时间过长而坍塌或者造成过大的地表沉降。

2、控制水土流失。

在含水量较大水平渗透系数大的含砂、卵石等地层，盾构机始发或到达盾构井时，容易造成水土流失。

端头加固可以将该部分土体结合起来，减少水土流失。

3、提高重型机械作用在端头土体的承载力。

由于盾构机吊装或拆卸时，重型吊装设备往往作用在端头位置，为防止重型机械作用在软弱土体上起吊时发生失稳、坍塌，或者对已经形成的隧道安全造成不利的影响，需要对上部的软弱地层进行加固。

4、保障周边建筑物和构筑物的安全。

5、有利于盾构机始发到达端的姿态的控制。

二、加固方案的选择必须充分了解工作井端头的地质情况，掌握各层土的主要物理性能指标，根据各种沿途层的特性，认真分析不同的施工方法，预测可能发生在出站、进站施工时的复杂变化。

1、断头加固施工环境的调查（1）工程地质情况的调查。

包括：va、根据工程地质勘探报告和补充勘探的报告，对端头土体的强度、渗透系数（包括水平和竖直）、土质情况（沙粒、粘粒、粉粒含量）等进行了解。

Vb、对盾构工作井施工期间暴露的全断面岩土体情况进行观察和详细了解，掌握其岩上分类分层的确切位置，为盾构机进站、出站施工方案提供可靠的工程地质依据。

(2)非正常性地下水源的凋查。

非正常性的地下水源对硐口土体稳定不利，会引起土体流失：主要是由于地下上下水道管线破裂及非正常的地面排水系统所致。

对此，要提前发现并及时封堵。

(3)建筑物管线的调查。

调查硐门加刨所影响区域的地面、地下建筑物、构筑物、公众设施地下管线等，考虑加固区有管线的施工方法；通过实地涮查r解，并与相关单位密切联系，制定桎应监护措施和减小端头沉降量的最优方法。