唐京生

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100124）

1 端頭加固原理

1.1 端頭加固的目的

進行地鐵盾構(gòu)始發(fā)以及接收的施工工作之前，要將原來的圍護結(jié)構(gòu)進行破除。這樣能夠確保進行洞門破除的時候，掌子面能夠確保穩(wěn)定，還可以防止出現(xiàn)滲水。另外一定要加固原有的圍護結(jié)構(gòu)背后的土體，并且在進行施工設(shè)計時，所有的相關(guān)參數(shù)都要和要求是一致的。進行盾構(gòu)施工作業(yè)的過程中，盾構(gòu)的掘進力量非常大，一些地質(zhì)不太好的底層很容易被擾動，并且在進行盾構(gòu)接收的時候，對于開挖面的平衡很難有所保證，可能會出現(xiàn)坍塌等情況，所以為了避免這些危險情況的發(fā)生，加固的范圍要加大一些，對端頭周圍的底層也要進行加固。

1.2 強度大小的驗算過程

這里把需要進行加固的土體作為厚度是t的周邊自由支撐的彈性園板。實際現(xiàn)場，土體會受到外側(cè)壓力的作用，使得板中心處的最大彎曲應(yīng)力能夠通過彈性力學進行計算，得出強度大小，具體的公式如下：

在上面的式子里面：r 代表著洞門半徑的大小；t代表著加固土體厚度的大?。沪襱代表著加固土體極限抗拉強度的大??；K 代表著安全系數(shù)的大??；W表示作用于洞門中心處的側(cè)向水土壓力大??；μ代表著加固后土體的泊松比大小。周邊自由支撐的圓板的支座處的最大剪力也能夠通過彈力學原理進行抗剪強度的計算，具體的公式如下：

在上面的式子里面中：τc代表著加固后土體的極限抗剪強度大小。

1.3 整體穩(wěn)定性的驗算過程

在進行施工的時候洞外面的加固土體會受到地面堆載P以及上部土體的作用，在這個力的作用下，土體的位置會出現(xiàn)一定的變化，可能會沿著某滑動面往洞里面進行整體的滑動，這里假定滑動面是基于頂點O為弧面的圓心，洞涇D為弧度半徑的圓弧面，具體描述如圖1所示。

圖1 穩(wěn)定性驗算示意圖

假設(shè)施工中所面對的是粘土底層，并且抗滑力矩是全部通過土體的粘聚力進行提供的，那么根據(jù)土體的平衡條件就能夠得出，則：

在上面的式子里面：M 代表滑動力矩的大小；Md代表抗滑力矩的大小；?c代表改良后土體增加的粘聚力大小；K 代表抗滑安全系數(shù)的大?。沪却砑庸掏馏w和滑移面之間的夾角大小。

1.4 端頭加固范圍

（1）進行施工設(shè)計的時候，設(shè)計的盾構(gòu)端頭上部加固范圍是不能小于3米的，不僅是為了起到保持穩(wěn)定性以及止水的作用，還能夠起到對地面一定的保護，避免地面出現(xiàn)沉降。

（2）在施工的時候針對盾構(gòu)端頭、端頭兩側(cè)以及下部的土體加固范圍在設(shè)計的時候一般設(shè)計為3米，這么設(shè)計的主要原因就是為了能夠有效的防水，因為對于一些軟土富水層土體，原來的圍護結(jié)構(gòu)并沒有得到很好的加固，很容易在始發(fā)和接收施工過程中發(fā)生涌水情況。

（3）針對軟土富水層的盾構(gòu)施工，要注意的是，如果端頭加固的長度是小于盾構(gòu)機的長度的，那么水土就會很容易沿著土體和盾殼之間間隙達到盾構(gòu)井里面。所以，針對施工現(xiàn)場是軟土富水層的情況，加固寬度就相當于盾構(gòu)機的長度以及盾構(gòu)片的寬度大小。

表1 工程實例

2 端頭加固的幾種方法

2.1 攪拌加固法

目前很多地鐵盾構(gòu)施工過程中，都是采用的攪拌加固，這個方法最適合于端頭的加固。

這種方法速度快、施工方便、造價低，比較適合于粉土以及粘土的加固，但是在砂性地層里面的加固效果不是很好。為了能夠確保一定的止水效果，必須使得原來的維護和加固土體的結(jié)構(gòu)密貼，這個對于攪拌樁來說很難實現(xiàn)，所以一般在使用攪拌加固的時候，都不是單獨使用，而是和其他加固方法一起使用。

2.2 旋噴加固法

這種方法也是一種比較常用的加固方法，在粉土以及粘土地層中使用較多，加固密實砂層的效果不是很好，通常情況下，施工的深度不要大于25米。這種方法速度快、施工方便、造價相比于攪拌加固來說會高一些，可以很好的和原來的圍護結(jié)構(gòu)實現(xiàn)密貼。

2.3 凍結(jié)加固法

這種方法的最大優(yōu)勢就是可以用于各類的地層，所有的加固方法中應(yīng)用的范圍最為廣泛，不僅能夠選擇地面垂直凍結(jié)加固，并且還能夠進行洞內(nèi)水平的加固，并且效果較好。

相比于旋噴加固以及攪拌加固，凍結(jié)法的專業(yè)性更高，并且對于施工技術(shù)的質(zhì)量要求也非常高，如果施工結(jié)束之后沒有達到設(shè)計之初的預(yù)期效果，那么在以后的使用中就會造成很大的安全隱患。同時這種方法跟其他方法有一個不同之處在于會出現(xiàn)融沉以及凍脹等問題，為了能夠在施工結(jié)束之后達到影響最小的效果，一定要提前進行注漿施工，并且在后期要通過相關(guān)的監(jiān)測情況進行融沉注漿。因為能夠在洞里面水平打孔凍結(jié)，所以這種方法可以應(yīng)用在一些場地熟悉的端頭加固施工中。

2.4 注漿加固法

這種方法單獨使用的情況不是很多，這是由于通過這種方法進行加固之后，加固土體的均質(zhì)性不是很好，所以在使用這種方法進行加固的時候，都是要配合其他方法一起使用的。

3 工程實例

由于天津地層屬于屬于軟土富水層，因此以天津地鐵的盾構(gòu)始發(fā)和接收施工工程為例，通常情況下，進行實際應(yīng)用的時候，加固方式都不會只選擇一種，這是由于只靠一種加固方式是無法取得好的加固效果的。在表1中是以已經(jīng)施工完成的天津地鐵盾構(gòu)端頭的加固施工為例。

4 結(jié)語

在盾構(gòu)施工作業(yè)過程中，盾構(gòu)始發(fā)以及接收是兩個重要環(huán)節(jié)，科學的選擇端頭加固方法以及單位是保證盾構(gòu)始發(fā)以及接收施工安全所需要考慮的問題。本文針對軟土地層的特點，對端頭加固目的、軟土地層里面端頭加固的要求進行了介紹，并結(jié)合實際工程進行了對比分析,得出了以下結(jié)論：

（1）對于軟土富水層地層的端頭加固范圍大小的選取時，首先要考慮的就是加固體的強度和穩(wěn)定性能夠得到保障，另外還要對地下水的影響進行考慮。

（2）針對地下2層地鐵站的施工時，端頭的加固深度不能太大，一般限制在20米，這樣的深度能夠有效的保證成樁質(zhì)量，在加固方法的選擇上，通常情況下都是選擇旋噴樁和攪拌樁結(jié)合的方式，如果沒有條件進行這兩種方法的加固，那么使用洞內(nèi)水平凍結(jié)和注漿加固的方式進行也可以。

（3）針對地下3層地鐵站的施工時，端頭的加固深度不能太淺，一般下限設(shè)計為25米，這樣的深度能夠有效的保證成樁質(zhì)量，在加固方法的選擇上，通常情況下都是選擇注漿加固和凍結(jié)法相結(jié)合的方式，但是如果土體主要是粘性土，并且周邊沒有重要建筑物的時候，那么使用旋噴樁結(jié)合攪拌樁的方式進行加固也可以。

參考文獻：

[1]胡俊.高水壓砂性土層地鐵大直徑盾構(gòu)始發(fā)端頭加固方式研究[D].南京林業(yè)大學,2012.

[2]朱世友,林志斌,桂常林.盾構(gòu)始發(fā)與到達端頭地層加固方法選擇與穩(wěn)定性評價[J].隧道建設(shè),2012,32(06):788-795.