馬南豐

(中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，山西太原 030032)

1 工程概況

北京地鐵10號(hào)線二期工程施工設(shè)計(jì)樊家村站—玉泉營站區(qū)間線路采用盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)端頭井需進(jìn)行加固。

盾構(gòu)進(jìn)出洞口加固在車站圍護(hù)樁施工完畢、土方開挖之前進(jìn)行。盾構(gòu)進(jìn)出洞口加固存在如下的難點(diǎn):

1)成孔施工。本區(qū)段處理區(qū)域主要為砂卵石地層，旋噴鉆機(jī)無法自成孔，須采用專用成孔設(shè)備進(jìn)行引孔。

2)注漿量的控制。由于本區(qū)段主要為砂卵石地層且地下水位低，如何確保水泥漿均勻有效加固土體，同時(shí)防止?jié){液過多的流失到加固范圍外，形成浪費(fèi)。

3)加固范圍。盾構(gòu)始發(fā)區(qū)段加固范圍為:圍護(hù)結(jié)構(gòu)外6 m長，隧道中心線兩側(cè)各6 m寬，隧道(含)上下各3 m深。

盾構(gòu)接收區(qū)段加固范圍為:圍護(hù)結(jié)構(gòu)外8 m長，隧道中心線兩側(cè)各6 m寬，隧道(含)上下各3 m深。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)北京城建勘察設(shè)計(jì)研究院提供的《北京地鐵10號(hào)線二期工程樊家村站—玉泉營站區(qū)間巖土工程勘察報(bào)告》，本工程盾構(gòu)穿越的主要地質(zhì)概況如下:

1)④層卵石:雜色，密實(shí)，濕～飽和，低壓縮性，一般粒徑2 cm～7 cm，最大粒徑大于10 cm，細(xì)中砂充填25%～35%，局部夾細(xì)砂薄層，亞圓形。

2)④1層粘土:褐黃色，中密，濕～飽和，中低壓縮性，含云母、氧化鐵，土質(zhì)不均，局部夾砂質(zhì)粉土。

3)④2層細(xì)中砂:褐黃色，密實(shí)，濕，低壓縮性，含云母及少量卵石、圓礫。

本層層底標(biāo)高16.65 m ～21.69 m。

3 施工部署

3.1 作業(yè)人員配置

選派精干的作業(yè)人員對(duì)端頭土體加固作業(yè)進(jìn)行精細(xì)管理，作業(yè)人員配置見表1。

3.2 施工設(shè)備配置

施工設(shè)備匯總表見表2。

3.3 水、電、水泥等材料供應(yīng)計(jì)劃

1)自來水供應(yīng)。

每個(gè)工作區(qū)域生產(chǎn)用水采用1根直徑2.5″水管，平均流量不小于10 m3/h，連通至施工設(shè)備附近。

2)供電。

施工最大用電負(fù)荷約200 kW，設(shè)一臺(tái)250 kW變壓器，工作電壓220 V/380 V，每臺(tái)套設(shè)備均安裝配電柜一個(gè)，連通至施工作業(yè)區(qū)。

3)水泥。

水泥品種:P.S 32.5礦渣硅酸鹽水泥(袋裝);每臺(tái)套設(shè)備平均日供應(yīng)量:100 t～200 t。

表1 主要施工作業(yè)人員配置表

表2 投入本工程的主要設(shè)備

3.4 工程進(jìn)度計(jì)劃

本工程進(jìn)度主要受地層影響，需要引孔，引孔相對(duì)速度較慢，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每臺(tái)引孔機(jī)每日能夠完成約3個(gè)鉆孔，每個(gè)加固區(qū)按2臺(tái)引孔機(jī)布置，每個(gè)區(qū)加固時(shí)間約35 d。

4 注漿加固作業(yè)

4.1 注漿方法確定

根據(jù)本工程的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特性及注漿質(zhì)量的要求，依據(jù)以往類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，確定采用汽車鉆機(jī)成孔，再用高壓旋噴法旋噴注漿加固，漿液采用復(fù)合硅酸鹽水泥漿，水泥選用P.S 32.5礦渣硅酸鹽水泥。

4.2 旋噴加固設(shè)計(jì)

主要依據(jù):GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范、JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范。

1)注漿孔距。

粗砂、礫砂、卵石層，樁徑1 000 mm，孔距取800 mm，跳樁隔排施工，樁互相咬合200 mm，樁布置見圖1。

2)漿液配合比設(shè)計(jì)。

圖1 旋噴樁交圈示意圖

水泥∶水 =1∶1。

3)旋噴施工參數(shù)。

高壓泵壓力20 MPa～40 MPa，流量100 L/min～120 L/min。

空壓機(jī)壓力0.7 MPa，流量1 L/min ～3 L/min。

泥漿泵壓力3 MPa～5 MPa，流量:100 L/min～150 L/min。

施工時(shí)按漿液壓力3 MPa，水壓30 MPa，氣壓0.7 MPa，漿液流量100 L/min～150 L/min控制，漿液比重 1.49 ～1.69，水灰比1∶1(根據(jù)現(xiàn)場試噴情況決定);P.S 32.5礦渣硅酸鹽水泥。

注漿管外徑90 mm，提升速度約19 cm/min～21 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度9 r/min～11 r/min。施工中根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行微調(diào)。

4)漿液注入量。

漿液注入量以單根旋噴樁為例，依據(jù)體積法進(jìn)行計(jì)算。

式中:Q——需用的漿量，m3;

De——旋噴體直徑(1.0 m);

K1——填充率(0.8 ～0.9);

h1——旋噴深度(11 m ～13 m);

β——損失系數(shù)(0.1 ～0.3);

D0——注漿管直徑(0.09 m);

K2——未旋噴范圍土的填充率(0.5 ～0.8);

h2——未旋噴長度(9 m)。

Q=3.14 ×12×(0.8 ～0.9)×(11 ～13)×［1+(0.1 ～0.3)］/4+3.14 × 0.092× (0.5 ～ 0.8)× 9/4=7.63 m3/根 ～11.99 m3/根;每根每延米用漿量 0.59 m3～1.09 m3。

4.3 施工工藝

4.3.1 工藝流程

1)三重管旋噴法施工工藝流程圖見圖2。

圖2 旋噴法施工工藝流程圖

2)注意事項(xiàng):

a.旋噴開始時(shí)，高壓水先送，水泥漿后送，最后送壓縮空氣，壓縮空氣可晚送30 s。在樁底部進(jìn)行噴射作業(yè)1 min后，才能緩慢旋轉(zhuǎn)、逐漸提升、噴射。

b.噴射過程中，應(yīng)先達(dá)到噴射預(yù)定壓力和預(yù)定噴漿量后，才能逐漸提升注漿管。中間若發(fā)生故障，應(yīng)先停止提升、旋噴，以防斷樁，接著進(jìn)行檢查，排除故障;若漿液噴射不足，影響樁體的成樁直徑時(shí)，應(yīng)進(jìn)行復(fù)核。

c.為防止?jié){液過量流失，旋噴作業(yè)時(shí)采取由外及內(nèi)的順序，跳孔施工。樁號(hào)按1，3，5，7…的順序施工，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到30%左右時(shí)進(jìn)行樁的咬合。

施工總體程序詳見圖3。

圖3 施工總體程序

4.3.2 測量定位

根據(jù)設(shè)計(jì)給定的樁號(hào)坐標(biāo)進(jìn)行測量放線，準(zhǔn)確標(biāo)定出注漿孔位置。

4.3.3 鉆機(jī)成孔

加固地層主要為粘土、礫石、石層，采用汽車鉆機(jī)成孔，孔徑150 mm。成孔采用膨潤土泥漿護(hù)壁，護(hù)壁泥漿密度保持在1.3 t/m3～1.5 t/m3。汽車鉆機(jī)鉆孔前需要控制好鉆機(jī)垂直度，保證鉆孔垂直度偏差小于1.5%。

1)鉆機(jī)成孔流程。

采用汽車鉆機(jī)帶動(dòng)車載小型組合式牙輪鉆對(duì)砂、卵石地層、風(fēng)化巖及破碎地層進(jìn)行破碎鉆進(jìn)，同時(shí)泵送人工制備的優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁。鉆進(jìn)中合理利用設(shè)備的正反循環(huán)系統(tǒng)，將破碎的砂、卵石小顆粒從孔底帶出。

2)泥漿配比設(shè)計(jì)。

因?yàn)檫x用優(yōu)質(zhì)的泥漿，使砂、卵石層孔壁能長效地保持穩(wěn)定，在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)不坍孔。所以，成孔的關(guān)鍵在于泥漿的配比，在鉆孔前需在試驗(yàn)室內(nèi)做好配比試驗(yàn)。

鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中，泥漿性能會(huì)隨著鉆孔情況的變化而改變。如鉆到粘土層時(shí)，泥漿會(huì)變稠，粘度、切力增大，糊鉆、泥包鉆頭的情況增多;如鉆到砂層時(shí)，大量砂粒會(huì)混入泥漿中，使泥漿含砂量增加，使?jié){液泥皮松散、失水量和比重加大，會(huì)降低護(hù)壁性能，加速水泵磨損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成因泥皮塌落而發(fā)生孔內(nèi)坍孔事故;如遇到承壓水層時(shí)，地下水會(huì)大量侵入孔內(nèi)使泥漿稀釋、性能被破壞等。此時(shí)，需要及時(shí)調(diào)整泥漿的性能，維持正常的鉆進(jìn)。

泥漿配比設(shè)計(jì)過程其實(shí)就是確定泥漿各組分在泥漿中所占比例的過程，目的就在于使所配泥漿的性能符合不同鉆進(jìn)地層的需要。如在流砂層或砂層中，泥漿就需要具備足夠大的比重，較小的失水量，薄而堅(jiān)韌的泥皮;在細(xì)砂層中，因地表循環(huán)系統(tǒng)除砂較困難，就需要更嚴(yán)格地控制泥漿的含砂量;在粘性土層中，由于粘性土自身具有造漿能力，則需設(shè)法控制泥漿粘度不斷增大的趨勢(shì);如果遇到水敏膨脹性地層就應(yīng)在泥漿中加入適量的防坍劑;鉆進(jìn)風(fēng)化層、礫石層，要減少泥漿的比重，加大粘度等。因此，泥漿的性能設(shè)計(jì)須經(jīng)初選→應(yīng)用→改性→再應(yīng)用→基本達(dá)到要求這樣一個(gè)過程。

汽車鉆機(jī)見圖4。

4.3.4 下護(hù)壁PVC管

圖4 成孔設(shè)備示意圖

鉆孔到設(shè)計(jì)要求深度后，在鉆孔內(nèi)下φ110 mm薄壁脆質(zhì)PVC管護(hù)壁，防止孔坍塌。

4.3.5 旋噴鉆機(jī)就位

鉆孔完成后旋噴機(jī)就位，在PVC管內(nèi)鉆入89 mm的噴射管。下噴射管時(shí)應(yīng)連續(xù)低壓通水以防止堵塞噴射嘴。

4.3.6 旋噴

旋噴擬分二序進(jìn)行，即跳孔旋噴，并沿周邊向內(nèi)逐圈進(jìn)行。

噴射管入孔后，依據(jù)選定的試驗(yàn)參數(shù)，自下而上邊旋轉(zhuǎn)邊噴射邊提升。高壓噴射注漿材料為P.S 32.5礦渣硅酸鹽水泥，拌制時(shí)的水灰比采用1∶1的純水泥漿液，漿液的比重不小于1.49(漿液的比重通過比重計(jì)測定)。水泥漿采用WJ-100型灰漿攪拌機(jī)通過兩次拌制后成型。噴射注漿設(shè)備為GZB-40型高壓注漿泵供漿。噴漿施工作業(yè)必須連續(xù)，噴射過程中，若發(fā)現(xiàn)注漿壓力驟然升高或降低，同時(shí)孔口不返漿或返漿量大等情況時(shí)，則需立即停止提升和噴射漿液，防止樁體斷樁，等查明原因，排除故障后再繼續(xù)噴射提升。繼續(xù)噴漿作業(yè)前，要將噴射管往孔內(nèi)下插0.3 m～0.5 m，確保停噴前后樁體有足夠的搭接長度。

噴射結(jié)束時(shí)，應(yīng)適當(dāng)延長注漿時(shí)間，拔出噴射管后繼續(xù)進(jìn)行人工注漿，直至孔口漿液面不再下降為止。

4.3.7 注意事項(xiàng)

注漿過程中，應(yīng)及時(shí)對(duì)周邊地面、建筑物、地下管線進(jìn)行隆起、傾斜、變形和位移觀測測量。一旦發(fā)現(xiàn)問題，馬上向上級(jí)管理人員報(bào)告;情況嚴(yán)重時(shí)，立即停止作業(yè)，待處理完畢后才能繼續(xù)施工。

4.4 注漿效果

中粗砂、礫砂、圓礫、卵石層的地基無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8 MPa～1 MPa;滲透系數(shù)不大于 1 ×10－8cm/sec。

5 結(jié)語

采用此方法加固達(dá)到如下目的:

1)解決砂卵石地層中旋噴鉆機(jī)自成孔難的問題。

2)通過注漿量的控制，保證了砂卵石地層水泥漿均勻有效加固土體，防止?jié){液過多的流失。

［1］ 張永波，孫新忠.基坑降水工程［M］.北京:地震出版社，2000:40-63.

［2］ 江正榮.建筑施工計(jì)算手冊(cè)［M］.第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007:237-264.

［3］ 徐 輝，李向東.地下工程［M］.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2009:178-225.