盾构始发和到达端头加固施工工艺工法
QB/ZTYJGYGF-DT-0405-2011
城市轨道交通工程有限公司王联江
1 前言
工艺工法概况
盾构始发和到达时，工作面将处于开放状态且持续时间较长，工作面的稳定与否直接影响盾构始发和到达安全。对始发和到达端头地层加固，要使加固体的强度，均匀性和止水性满足长时间开放状况下洞门的稳定性要求，并满足设计和相关规范要求，防止出现工作面涌泥、涌砂，甚至坍塌等情况的发生，确保盾构施工安全顺利。
盾构始发和接收端头加固常规采用的方法主要有：注浆法、深层搅拌桩、高压旋喷桩、冻结法、素砼地下连续墙（钻孔灌注桩）以及降低地下水位等工法。其主要目的是提高软弱地基的承载力，降低地下水位，保证地基的稳定，防止出现工作面涌泥、涌砂，甚至坍塌等情况的发生，确保盾构施工安全顺利。
工艺原理
由于盾构始发和接收时的荷载较大，端头所处地层土质又较软弱，强度不足或压缩性大，不能在天然地基上直接施工时，可针对不同情况，采取各种人工加固处理的方法，以改善地基性质，增加土体的稳定性，减少地基变形和基础埋置深度。地基加固的原理是：将土质由松变实，将土的含水量由高变低，起到固结、稳定、止水的效果，即达到地基加固的目的。
2 工艺工法特点
根据盾构隧道所处的地层情况，结合现场实际情况，确定技术可行，经济合理的加固方案。
常规采用深层搅拌桩，加固体均匀性好，强度、止水性和抗渗性满足设计要求。
组合采用加固+降水的方案，在满足施工的前提下，大大降低了施工风险。
采用监测信息化技术指导施工，使施工质量、安全始终处于受控状态。
提高土的抗剪强度，防止过大的剪切变形和剪切破坏，提高地基承载力；
降低土的压缩性，减小地基变形和不均匀沉降；
改善土的渗透性，减小渗流量，防止地基渗透破坏；
改善土的特性，减轻振动反应，防止土体液化。
3 适用范围
本工艺工法适用于盾构始发和到达施工。
4主要引用标准
《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299）；
《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446）；
《地基与基础工程施工及验收规范》(GB50208)；
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202）；
其他国家现行有关施工及验收规范、质量技术标准。
5 施工方法
盾构端头加固体的强度、均匀性及止水性是施工控制的三个重要方面。加固效果应满足洞门破除后加固体能有效抵挡洞门处水土压力，有一定的强度，整体性和自稳能力，且能有效封堵地下渗水。端头土体加固方案设计应在对地质条件、
地面环境和地下管线详细调查了解的基础上，充分考虑场地条件施工工期等要求，经技术、经济比较后确定安全可靠的加固方案。在加固方案的选择上，不论采用哪种方案进行加固，一定要考虑在加固体和围护结构之间设孔注浆，以封堵加固体与围护之间的施工冷缝，封堵可能存在的来水通道。
端头加固范围
为保证洞门破除的安全和盾构机始发进入加固体（或到达时破开洞门）时端头土体的自稳性和水稳性，盾构始发和到达端头需进行加固处理，其加固范围一般为隧道上下左右各3m，加固长度始发端头为盾构机盾尾完全进入橡胶帘布时盾构机全部在加固体并且至少还有2m在加固体内，到达端头为盾构机破开土体露出刀盘时盾构机已经进入加固体2m。同时要求在加固体与围护结构之间设置一排注浆孔，在盾构始发前，需进行压密注浆，封堵可能产生的施工冷缝。
端头加固方法
目前常见的端头加固方法主要有：注浆法、深层搅拌桩、高压旋喷桩、冻结法、素砼地下连续墙（钻孔灌注桩）以及降低地下水位等工法，各工法见表1。
表1 端头加固工法汇总表
加固方案设计举例
根据地质条件和以往设计、施工经验，端头加固方案往往是几种工法的单独使用或组合使用，根据工程具体情况而定。举例如下：
【例1】苏州地铁1号线会展中心站端头隧道范围内地层为粉砂层，为良好的赋水、透水底层，隧道埋深为9.27m，经采用ф600mm＠300mm单重高压旋喷桩配合ф850mm＠600mm三轴深层搅拌桩进行端头加固施工，其中单重高压旋喷桩在车站顶板完成后施工。在加固体外侧和中部设置共3个降水井备用（围护桩背后
行。见图1
【例2
19.18m,
600mm三重高压旋喷桩配合水平注浆，辅助以降水进行加固。见图2。
图2 武汉工业四路站盾构始发端头加固平面示意图【例3】广州地铁3号线客～大区间大塘站北端头地层由上而下依次为：<1>杂填土、<2-1>淤泥及淤泥质土层、<4-1>冲洪积土层、<5-1>可塑或稍密状残积土层、<5-2>硬塑或中密状残积土层、<6>全风化泥岩、<7>强风化粉砂岩等地层。
【例4】南京地铁2号线集庆门大街站端头隧道范围内地层为淤泥质粉质粘土（②-2b4）、粉砂（②-2d3）、淤泥质粉质粘土（②-3b3-4）和②3c2-3粉土，地下水具有承压性，承压含水层中地下水与长江及秦淮河均有一定的水力联系。盾构接收有涌砂涌水的风险。由于一期的常规法端头加固失效后，经专家评审，
采用冷冻法进行端头加固。
图3 南京集庆门大街站站盾构接收端头加固平面示意图
6 工艺流程及操作要点
端头土体加固方案设计应在对地质条件、地面环境和地下管线详细调查了解的基础上，充分考虑场地条件施工工期等要求，经技术、经济比较后确定安全可靠的加固方案。
施工工艺流程
6.1.1 地基土加固
图5
3 注浆
6.1.2 降水施工6.1.3
操作要点
目前常见的端头加固方法主要有：注浆法、深层搅拌桩、高压旋喷桩、冻结法、素砼地下连续墙（钻孔灌注桩）以及降低地下水位等工法。根据施工原理和施工方法一般分为3类：一是旋喷、搅拌、素墙等地基土加固类型；二是降水固结类型；三是冷冻法加固。
6.2.1 搅拌桩施工要点
开机前必须探明和清除一切地下障碍物，须回填的部位要分批回填夯实，以确保桩的质量。
桩机行驶路轨和轨枕不得下沉，桩机垂直偏差不大于1%。
水泥宜采用级普通硅酸盐水泥，参入比8%～16%，可根据情况参入不同类型外加剂。
桩与桩搭接时间不应大于24h，若超过，应在第二根桩施工时增加20%注浆量，同时减慢提升速度；若相关时间太长，第二根无法搭接，应在设计认可下采取局部补桩或注浆措施。
6.2.2 旋喷桩施工要点
设备安装平稳对正，开孔前须严格检查桩位和开孔角度。
确保引孔深度达到设计要求。
保持引孔泥浆性能，孔壁完整，不坍孔，确保高喷管顺利下至孔底。
高喷管下至距孔底时，应先启支浆泵送浆，同时旋转下放，下到孔底（开喷深度）后，再启动高压泵和空压机，各项参数正常后方可提升。
高喷作业中，必须注意观察气、浆压力和流量达到设计要求，发现异常，要立即停止提升，查明原因，及时处理。
