楊彥奇

【摘要】以新加坡地鐵湯姆森線T221矩形頂管地下通道項目為例，簡單介紹WSM加固技術(shù)在“加冷構(gòu)造”（主要為海相淤泥）地層中的應(yīng)用，與本項目中使用的深層攪拌樁和高壓旋噴樁進(jìn)行了比較，結(jié)合現(xiàn)場加固效果分析得出：與深層攪拌樁和高壓旋噴樁相比，WSM加固技術(shù)對現(xiàn)有地下管線影響小、成樁效果好、設(shè)備小且靈活、施工效率高，非常適用于地下管線密集區(qū)地層加固。

【關(guān)鍵詞】海相淤泥地層；地層加固；WSM加固；深層攪拌樁；高壓旋噴樁

引言

T221矩形頂管地下人行通道項目位于新加坡市中心，長156m，通道斷面為7.6m×5.6m，采用矩形頂管機(jī)進(jìn)行施工。該項目為新加坡第一次利用大型矩形頂管來進(jìn)行地下人行通道施工，具有廣泛的技術(shù)影響和社會影響。由于項目所處區(qū)域地層條件差、管線眾多、建筑物林立、交通量大，增加了施工難度。因此，需選擇合適的地層加固方法以促進(jìn)項目的實施。

1.地質(zhì)情況介紹

根據(jù)前期勘察報告可分為：人工填土層；加冷構(gòu)造；基巖。基巖主要為武吉知瑪花崗巖，按風(fēng)化程度可分為強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化、微風(fēng)化。

由淺至深，工程范圍內(nèi)的地層情況如下：

（1）填土層：主要夾雜著礫石、磚塊等的砂土、粘土等，隨新加坡的城市發(fā)展形成于19世紀(jì)和20世紀(jì)早期。（2）加冷構(gòu)造：，主要由海岸、河口、沖積層沉積而成，形成于約一萬五千年前的全新世和晚更新世時代，主要為兩種。

a.海相淤泥M（Marine Clay）：海相淤泥非常軟，呈綠色或藍(lán)灰色且夾雜貝殼碎片等，無標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗數(shù)據(jù)。

b.河口粘土E（Estuarine Clay）：河口粘土表現(xiàn)非常軟，高有機(jī)質(zhì)含量，呈褐色或黑色。。

（3）武吉知馬花崗巖構(gòu)造：武吉知馬花崗巖構(gòu)造約占了新加坡主島的三分之一。本構(gòu)造的相關(guān)巖石是酸性火成巖，通常被稱為武吉知馬花崗巖。武吉知馬花崗巖的侵入據(jù)信發(fā)生在早期、早中期三疊紀(jì)時期（200～250萬年前）。主要礦物為石英，長石，黑云母，角閃石。武吉知馬花崗巖風(fēng)化等級共六級，其中第六級（Ⅵ）風(fēng)化程度最強(qiáng)，其性質(zhì)如表1-1所示

2.地下管線情況

該項目處于新加坡市區(qū)，下穿和樂路與錫安路交叉口，并沿錫安路至和樂路車站，地下管線種類多，情況復(fù)雜。。

其中包括污水管、水管及再生水管、煤氣管道、高壓與低壓電纜以及通信電纜，且所屬不同的產(chǎn)權(quán)單位。地層加固過程可能影響地下管線，根據(jù)新加坡規(guī)范要求，不同種類地下管線沉降及不均勻沉降的要求如表2-1所示。

相比國內(nèi)，新加坡對地下管線的保護(hù)要求非常高，在現(xiàn)場工作開始前，要根據(jù)已經(jīng)取得業(yè)主批準(zhǔn)的施工圖，完成工藝圖、地下管線保護(hù)設(shè)計、沉降檢測點布設(shè)圖等設(shè)計，并取得業(yè)主及相應(yīng)管線產(chǎn)權(quán)單位同意后，方可開始施工，施工過程中根據(jù)設(shè)定的監(jiān)測頻率進(jìn)行監(jiān)控，一旦超過警示值，需重新審定施工方案。因此，確定一個合適的基礎(chǔ)加固方法保證項目進(jìn)度，降低管線上浮或沉降具有重大意義。

3.頂管隧道地層加固設(shè)計與施工方法選用

地下通道掘進(jìn)方向大約60m范圍內(nèi)，通道底部為海相淤泥地層，標(biāo)準(zhǔn)貫入度N值為0～5， 含水量接近100%，地下水位高（設(shè)計準(zhǔn)則要求，設(shè)計時選用地下水位0m），為滿足120年設(shè)計使用壽命的要求，避免頂管管節(jié)在運(yùn)營期間內(nèi)大幅沉降造成漏水、錯臺等問題，也為了保證頂管機(jī)始發(fā)、到達(dá)時安全，對后靠背、始發(fā)井基底、始發(fā)端、軟弱底層段、到達(dá)端地基進(jìn)行加固處理。

始發(fā)井基底、后靠背主要采用深層攪拌樁進(jìn)行加固，設(shè)計不排水抗剪強(qiáng)度均為300KPa，始發(fā)井內(nèi)遺留大量已拆除老舊建筑物的微型樁，始發(fā)端頭及圍擋以內(nèi)的軟弱段，經(jīng)探明存在新加坡電信公司的36路（6*6）（即將廢棄）與49路（7*7）地下通信電纜，埋深約1.3m，截面尺寸約1.3m*1.3m，周圍由素混凝土包裹，在項目初期，為避開這些地下障礙物選用了設(shè)備更小、分包資源豐富的高壓旋噴樁方案。

4.深層攪拌樁與高壓旋噴樁的應(yīng)用

由第3章介紹，由于始發(fā)端頭及圍擋內(nèi)存在36路、49路通信電纜，已進(jìn)場的雙軸深層攪拌樁設(shè)備太大，無法在此區(qū)域施工，選擇了高壓旋噴樁在該區(qū)域施做。施工前，在49路管線上及臨近的檢查井安裝了沉降觀測點，并根據(jù)規(guī)范及實測沉降情況對觀測點進(jìn)行觀測。在高壓旋噴樁施工過程中，49路通信電纜上的沉降觀測記錄（詳見圖4-1）顯示，該管線在不斷的上浮，在大約3個月時間內(nèi)，監(jiān)測點不均勻沉降（超過警示值、停工值，數(shù)次停工，并不斷的修改保護(hù)方案，在此期間，現(xiàn)場使用的懸吊保護(hù)、減壓孔等方案均不奏效，不能夠有效的控制地層擾動，最根本的原因是，在海相淤泥層中使用高壓旋噴樁進(jìn)行基礎(chǔ)加固，注漿壓力會傳遞至海相淤泥層，而該海相淤泥層無任何承載力、流動性大，幾乎不能判斷或控制高壓下海相淤泥的流動方向，導(dǎo)致地層及地下管線隆起、上浮。

5.WSM加固技術(shù)的應(yīng)用

由于高壓旋噴樁不能控制地層隆起，導(dǎo)致反復(fù)停工，且施工效率低（無地下管線影響情況下，本項目高壓旋噴樁正常的施工效率約60m3/班組，因地層隆起影響，其施工效率僅有10-20m3/班組），造成工期滯后。后經(jīng)比選，選用WSM加固技術(shù)對剩余部分進(jìn)行基礎(chǔ)加固。

對于WSM工法，國內(nèi)尚無明確的定義，而該工法已在新加坡多個項目實施并取得顯著效果。此方法是將旋噴注漿加固與機(jī)械攪拌相結(jié)合，利用鉆桿安裝特殊的鉆頭、攪拌棒及噴頭，在土體內(nèi)攪拌并注入漿液加固土顆粒（水泥漿），從而形成比攪拌頭直徑大的加固體。通過形成這些連續(xù)的加固體從而達(dá)到土體改良的目的。

WSM工法主要施工步驟具體見圖5-1，主要為：

（1）鉆機(jī)就位、調(diào)平，進(jìn)行鉆桿垂直度檢查，防止鉆孔偏斜；

（2）鉆至加固區(qū)設(shè)計高程，此時將水或水泥漿液與周圍土壤攪拌，直至樁底設(shè)計高程；

（3）提升鉆桿，同時按照設(shè)計轉(zhuǎn)速和壓力將水泥漿壓入設(shè)計指定樁段范圍內(nèi)，要保證設(shè)備的轉(zhuǎn)速和壓力保持穩(wěn)定，否則成樁效果無法保證，提升到加固區(qū)設(shè)計高程后，僅需采用低轉(zhuǎn)速及低壓力注入漿液即可，最后提升鉆桿至地面以上；

（4）移動設(shè)備至下一加固點，重新就位、調(diào)平、檢查垂直度，應(yīng)按交替間隔順序進(jìn)行樁位施工（比如1、3、5），相鄰樁施工應(yīng)至少間隔2小時；

（5）施工要點同步驟2；

（6）施工要點同步驟3，最后清洗機(jī)具。

表5-1為WSM方案的操作參數(shù)設(shè)計；表5-2為2015年12月29日至2016年1月8日，WSM施工期間49路通信電纜上監(jiān)測點的沉降觀測值，可看出，采用WSM方案可以很好地控制了之前由高壓旋噴樁造成的電纜上浮，電纜上浮或沉降在可控范圍內(nèi)，滿足設(shè)計要求。另外，通過調(diào)整鉆頭放置方向（攪拌棒平行于電纜，下壓后旋轉(zhuǎn)），完成了49路通信電纜下方的基礎(chǔ)加固，基本做到了無加固盲區(qū)。圖5-2顯示為加固后取芯芯樣，可看出芯樣完整性良好。經(jīng)新加坡當(dāng)?shù)刈稍児驹囼灆z測，取芯后芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度約為2.1-2.6 MPa，滿足設(shè)計要求。

6.結(jié)語

綜合三種不同類型加固方法在本項目使用情況與加固效果，可以看出：與深層攪拌樁和高壓旋噴樁相比，WSM加固技術(shù)具有明顯的優(yōu)點，該技術(shù)不僅適用于不同條件的地層加固，更重要的是可以通過調(diào)整鉆頭安裝方向與尺寸，在地下管線之間的空隙進(jìn)行工作，對地層的擾動較小，可避免大范圍的對地下管線進(jìn)行改移，能夠有效的控制地下管線的浮動或沉降。使用WSM方法，在新加坡或其他城市地下管線發(fā)達(dá)的區(qū)域進(jìn)行基礎(chǔ)加固，是一種行之有效的施工方法。

參考文獻(xiàn)

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