劉根寧

(中鐵三局橋隧分公司，河北邯鄲 056000)

1 概述

在城市地鐵隧道施工中，盾構(gòu)法由于具有安全、環(huán)保、機(jī)械化程度高、掘進(jìn)速度快、對(duì)地面交通影響小等優(yōu)點(diǎn)，已成為在軟弱富水地層中標(biāo)準(zhǔn)斷面隧道施工主要施工方法。但盾構(gòu)法并非萬能的，在盾構(gòu)的始發(fā)、到達(dá)端頭，通過的地層復(fù)雜，有淤泥、淤泥質(zhì)土、各類砂土和強(qiáng)中微風(fēng)化地層，由于地層的自穩(wěn)能力有限，特別是在地下水豐富時(shí)，需對(duì)盾構(gòu)端頭的一定范圍內(nèi)的地層進(jìn)行加固，以確保盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)安全。目前，國內(nèi)外盾構(gòu)端頭加固的方法較多，主要以以下兩種方式為主:一是采用凍結(jié)法;二是非凍結(jié)法，后者主要利用攪拌、旋噴、注漿等工藝進(jìn)行加固，使原天然土地基通過加固過程中原狀土與水泥、水玻璃等發(fā)生物理、化學(xué)作用后，形成有一定強(qiáng)度和止水性的加固體，以保證洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)在鑿除后后方土體有一定的自穩(wěn)和止水能力。由于凍結(jié)法成本較高且工藝復(fù)雜，除非在一些特定條件下采用，一般情況下采用第二種施工方法較多。在非凍結(jié)法施工盾構(gòu)端頭加固過程中，由于加固地層工程地質(zhì)、水位地質(zhì)的特殊性，加之設(shè)計(jì)考慮不周，施工工藝缺陷或不完善，施工過程把控不嚴(yán)等多方面原因，造成加固體強(qiáng)度不高，均勻性、止水性較差，導(dǎo)致盾構(gòu)始發(fā)或到達(dá)時(shí)發(fā)生透水、涌水、涌砂、地面塌陷、建筑物開裂等事故，不僅造成工期延誤，同時(shí)也加大了工程成本，情況嚴(yán)重者給企業(yè)、社會(huì)造成較大損失和負(fù)面影響。作者對(duì)近年來國內(nèi)已開工和在建的多個(gè)城市地鐵盾構(gòu)端頭加固失敗案例進(jìn)行收集統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)采用非凍結(jié)法進(jìn)行端頭加固失效大多發(fā)生在富水飽和砂層中，本文著重對(duì)富水砂層中采用非凍結(jié)法進(jìn)行端頭加固的失效案例從設(shè)計(jì)和施工工藝兩個(gè)方面入手，分析加固體失效原因，提出預(yù)防措施。

2 國內(nèi)主要工程案例及原因

國內(nèi)已建和在建地鐵在富水砂層中因加固體失效引發(fā)的盾構(gòu)始發(fā)或到達(dá)失敗的部分案例見表1。

表1 國內(nèi)部分盾構(gòu)端頭加固體失效案例

3 加固體失效原因分析

表1中只是盾構(gòu)法隧道在端頭加固過程中失敗的部分代表性案例，實(shí)際施工中，由于端頭井加固失效致使盾構(gòu)始發(fā)或到達(dá)發(fā)生滲水漏水的情況也屢見不鮮。特別是在軟弱地層、富水飽和砂層中，這種情形發(fā)生的概率較高。加固體失效的原因可以從設(shè)計(jì)、施工兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.1 設(shè)計(jì)方面

1)加固的方法和形式選擇不當(dāng)。

目前，國內(nèi)盾構(gòu)法隧道端頭加固的形式除凍結(jié)法外，基本上采用攪拌、旋噴、注漿(含水平、垂直注漿)等加固方式，這幾種方法可以單獨(dú)使用，也可以結(jié)合使用。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，結(jié)合使用的案例較多，效果較好。但在實(shí)際中，由于地質(zhì)條件和施工環(huán)境復(fù)雜性，導(dǎo)致加固方法和范圍不甚合理。

2)加固選用的設(shè)計(jì)參數(shù)不當(dāng)。

現(xiàn)實(shí)中，加固區(qū)范圍內(nèi)是單一地層的幾乎很少，地層自上而下往往是數(shù)種水文地質(zhì)和工程地質(zhì)差異較大的地層依次出現(xiàn)或交互出現(xiàn)，而當(dāng)加固方法確定后，設(shè)計(jì)提出采取某一種或幾種方法施工時(shí)，給出參數(shù)如注漿壓力、漿液配比、提升(下沉)速度、鉆機(jī)轉(zhuǎn)速等一般都是固定的、一成不變的。這些固定的設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)用于不同的地層中，成樁或注漿的效果顯然是差異較大的，也不符合因地制宜和靈活性原則，需在現(xiàn)場進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)前，盡管盾構(gòu)法隧道在國內(nèi)發(fā)展很快，但盾構(gòu)法引進(jìn)國內(nèi)只有短短幾十年時(shí)間，盾構(gòu)法隧道實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并非十分豐富，很多是引進(jìn)和借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，在盾構(gòu)法隧道理論研究方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于現(xiàn)場施工，缺乏指導(dǎo)性。在設(shè)計(jì)參數(shù)的選取方面往往采用工程類比法，這種方法本身具有局限性和不確定性因素，有待于在實(shí)際施工中檢驗(yàn)和完善。

3)加固范圍不能滿足要求。

盾構(gòu)始發(fā)或到達(dá)的端頭加固不只要考慮土體強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求，更要考慮盾構(gòu)幾何尺寸和滲透(止水)要求，這一點(diǎn)對(duì)于松散砂層和淤泥質(zhì)含水粘土地層時(shí)顯得尤為重要。盾構(gòu)的始發(fā)或到達(dá)范圍主要包括縱向加固范圍和橫向加固范圍兩種。一般情況下橫向加固范圍比較容易滿足要求，而對(duì)縱向加固范圍(即加固長度)往往考慮的不是很到位、不合理，這也是導(dǎo)致盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)事故主要原因之一。

3.2 施工方面

1)施工工藝存在缺陷;

2)施工參數(shù)選取不當(dāng);

3)漿液配比、粘度、比重偏差過大和不符合要求;

4)施工設(shè)備有缺陷;

5)施工材料質(zhì)量不符合要求;

6)鉆機(jī)的垂直度偏差過大，樁孔間距過大，咬合厚度過小或沒有咬合;

7)沒有經(jīng)過試樁，對(duì)施工參數(shù)沒有進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，工藝未進(jìn)行改進(jìn);

8)技術(shù)交底不清，操作人員培訓(xùn)不到位，責(zé)任心不強(qiáng)，過程把控不嚴(yán)等;

9)檢測手段不完善，檢測孔數(shù)量不足，布設(shè)不合理，角度(對(duì)水平注漿而言)、長度不符合要求，判定標(biāo)準(zhǔn)不合理;

10)圍護(hù)結(jié)構(gòu)鑿除后，加固體暴露時(shí)間過長，致使土體變形過大而失穩(wěn)。

由于以上因素導(dǎo)致加固體質(zhì)量不能滿足盾構(gòu)始發(fā)或到達(dá)的要求，具體表現(xiàn)在:加固體搭接寬度或厚度不夠或沒有搭接;樁間存在加固盲區(qū);加固體上下直徑不一致，下部出現(xiàn)開叉現(xiàn)象;強(qiáng)度和止水性檢測不符合要求;加固體不均勻，垂直和水平芯樣不連續(xù)，水平探孔存在漏水漏砂現(xiàn)象。若存在上述現(xiàn)象，如果不采取補(bǔ)充加固，很難保證盾構(gòu)在始發(fā)或到達(dá)過程中不發(fā)生漏水涌砂現(xiàn)象，引發(fā)險(xiǎn)情造成始發(fā)或到達(dá)失敗。

4 預(yù)防措施

為避免上述現(xiàn)象發(fā)生，分別從設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防。

4.1 設(shè)計(jì)方面

1)對(duì)地層的工程地質(zhì)和水位地質(zhì)等勘察資料和周邊環(huán)境進(jìn)行充分了解與認(rèn)識(shí)，如:地層滲透系數(shù)，漿液擴(kuò)散半徑等，選擇合理的加固方法。2)因地制宜，針對(duì)不同地層選用不同的施工參數(shù)。3)按照端頭加固“幾何準(zhǔn)則”理論，選取合理的縱向加固長度。針對(duì)富水砂層地層，盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)加固體長度不小于盾構(gòu)機(jī)長度加上2，3環(huán)管片寬度。

4.2 施工方面

1)在正式加固之前，必須進(jìn)行試樁，通過試樁驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)是否合理。2)針對(duì)不同的地層采取相應(yīng)的施工工藝，必要時(shí)對(duì)施工工藝進(jìn)行完善和改進(jìn)。3)施工參數(shù)應(yīng)根據(jù)不同地層進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。4)每班作業(yè)中及時(shí)對(duì)漿液各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行抽檢，確保漿液符合要求。5)對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行定期檢修保養(yǎng)，不得“帶病”作業(yè)，保證鉆機(jī)的垂直度，防止樁體傾斜度過大。6)嚴(yán)格控制樁位間距，保證咬合寬度，防止漏樁、跳樁和出現(xiàn)加固盲區(qū)現(xiàn)象。7)嚴(yán)把水泥、水玻璃、膨潤土等材料進(jìn)場質(zhì)量，不符合標(biāo)準(zhǔn)材料不得用于工程本身。8)加強(qiáng)技術(shù)交底，做好人員培訓(xùn)，讓每一個(gè)參與施工人員了解加固意圖、操作規(guī)程、施工參數(shù)和檢查檢驗(yàn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。9)增強(qiáng)作業(yè)人員責(zé)任心，細(xì)節(jié)決定成敗，嚴(yán)格施工過程控制。10)檢測手段應(yīng)完善，垂直取芯和水平取芯的芯樣應(yīng)具有代表性，水平探孔位布置分布均勻，數(shù)量一般不少于9個(gè)，孔位、深度、發(fā)散型水平注漿的角度、長度符合要求，判定標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)，滿足不了質(zhì)量要求的必須補(bǔ)充加固，直到符合要求為止。11)加快盾構(gòu)始發(fā)或到達(dá)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)鑿除速度，盡量減少加固體長時(shí)間暴露，減小土體變形和水土流失。

5 結(jié)語

盾構(gòu)始發(fā)或到達(dá)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，也是盾構(gòu)施工中風(fēng)險(xiǎn)最大工序之一。盾構(gòu)端頭加固一是保證加固體止水性;二是保證加固體強(qiáng)度;三是根據(jù)不同的水文地質(zhì)條件設(shè)定合理的加固體范圍，特別是加固體長度。同時(shí)在盾構(gòu)始發(fā)接收前保證抽芯方法和抽芯率要達(dá)到規(guī)范規(guī)程要求，如此方能保證盾構(gòu)始發(fā)接收的成功。

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