劉永強

（中交隧道局工程有限公司，北京 100102）

盾構端頭始發(fā)土體加固質量是隧道成敗的關鍵，特別是在高水壓粉細砂性土層中，粉細砂層土體滲透性強，容易形成過水通道，在進行土體加固過程中漿液被流動水帶走，目前常用的加固方法如深層攪拌樁、高壓旋噴樁在這種地層成樁質量差，甚至無法成樁，不能滿足加固要求。通常在加固體外包設計素混凝土作為止水帷幕來隔斷過水通道，而在實際素混凝土墻施工過程中，每幅墻縫間隙不容易處理，會形成透水通道，影響加固土體質量。盾構機在穿越加固土體及素混凝土墻中，對刀盤、刀具磨損嚴重。

和燕路過江通道盾構始發(fā)端頭采用新型工法的自凝灰漿墻作為加固土體的外包止水帷幕，其特點是強度低、可承受較大變形，且不破壞塑型墻體，整體防滲性好。由于灰漿墻強度低，刀盤所受作用較小，減輕刀具磨損，盾構機能迅速通過加固體而降低始發(fā)風險。

1 工程概況及加固方法

南京和燕路過江通道南段工程位于長江大橋和長江二橋之間，盾構段長2975.906m，采用開挖直徑15.03m 的泥水盾構機。端頭加固地層主要為淤泥質粉質黏土、粉土夾粉砂、粉砂夾粉土、細砂、粉細砂，隧道覆土厚度7.2m，微承壓水水位埋深1.9～3.9m、水位5.17～5.41m，地面標高6.2m。

端頭加固采用Φ800@600mm 三軸攪拌樁+冷凍法并外包800mm 厚自凝灰漿墻（墻厚0.8m，墻深48m，縱向長度20m，橫向寬46m，加固深度到隧道底以下5m 與施工完成的地連墻形成閉合體），加固設計平面圖如圖1 所示。要求墻體滲透系數(shù)不大于1×10-6cm/s，28d 無側限抗壓強度不小于0.3MPa。

2 自凝灰漿配合試驗比

圖1 始發(fā)端頭加固設計圖

自凝灰漿主要材料由水、水泥、膨潤土、緩凝劑及外加劑組成，合理的試驗配合是自凝灰漿強質量的關鍵，由于地區(qū)不同、各個工程復雜程度相差甚遠，選擇試驗配比尤為重要。首先經試驗確定配合比，選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥、優(yōu)質納基膨潤土、蘇博特JM-Ⅵ型緩凝劑，根據成墻工藝，施工要求初凝時間大于30h 以上進行配合比試驗，選取代表性土層特征的4 組，其特性如表1 所示。

3 施工工藝

3.1 導墻施工

導墻為鋼筋混凝土結構，采用倒“L”形導。凈寬比自凝灰漿墻厚5cm。

3.2 泥漿制作

自凝灰漿的制作：首先按照一般泥漿標準拌制膨潤土泥漿，拌制膨潤土泥漿采用復合納基膨潤土，使用高速泥漿攪拌機拌制，控制泥漿比重在1.02～1.10g/cm3，黏度在28～35s，失水量在0.5～0.7ml/min，pH 值為9～11。拌制好的膨潤土泥漿必須在泥漿池內通過泥漿泵充分循環(huán)2～3h，檢測其性能指標，合格后輸送至儲漿池內膨化12h 以上。成槽施工時，將膨潤泥漿輸送至專用灰漿池內按照配合比加入水泥和緩凝劑，經泥漿攪拌機攪拌2min 后由自凝灰漿池自流到開挖槽段內。自凝灰漿凝結體的抗壓強度和彈模主要取決于灰水比的大小，灰水比越大，這兩個指標越大。

表1 自凝灰漿配合比及其特征

3.3 成槽施工

自凝灰漿墻采用跳躍法工法，相鄰槽段灰漿初凝達到一定強度（一般30h 以上，具體以現(xiàn)場實際情況為準）后方可進行開挖。根據設計圖紙將自凝灰漿墻分幅，幅段按照首開幅2.8m、閉合幅2.4m，相鄰兩幅之間咬合20cm 原則進行布置。設備采用SG60 型液壓抓斗成槽機。

3.4 清底

清底采用沉淀法，使用挖槽作業(yè)的液壓抓斗直接挖除槽底沉渣。由于泥漿有一定的比重和黏度，土渣在泥漿中沉降會受阻滯，沉到槽底需要一段時間，因而采用沉淀法清底要在成槽結束1h 左右之后才開始。

4 施工效果

（1）和燕路過江通道工作始發(fā)井地連墻墻深48m，穿越地層為高水位粉細砂層，根據現(xiàn)場實際抽水試驗結果得出：綜合滲透系數(shù)45m/d，由于實驗結果和勘察設計資料（綜合滲透系數(shù)7.8m/d）出入較大，工作井地連墻所處地層透水性強，容易造成塌孔或較厚的沉渣，造成成槽困難，為此施做始發(fā)井端部地連墻之前先期施工自凝灰漿墻，形成半封閉止水帷幕，極大程度降低了富水粉細砂層地連墻成槽困難，現(xiàn)場實際結果表明，在形成止水帷幕后，護臂泥漿比重控制在1.15～1.25g/cm3，黏度24～30s，下放鋼筋籠至混凝土澆筑前10～12h，槽壁穩(wěn)定性較好，沉渣厚度8～15cm。

（2）始發(fā)端頭加固土體在地連墻與灰漿墻施工完畢后施工，此時形成一個封閉的空間，進行三軸攪拌樁加固，很大程度降低了因動水作用造成的加固漿液隨著水壓力作用而流失的問題，使?jié){液與土體充分攪拌，大幅度提高土加固質量，加固效果整體性較好、強度高及止水性好的加固體，齡期通過水平和垂直鉆孔取芯的方法進行檢測，檢測結果水平探孔無涌水涌砂現(xiàn)象，垂直取芯深度和土體加固效果滿足設計要求，加固土體的強度和滲透系數(shù)良好。

（3）和燕路過江通道項目盾構始發(fā)覆土7.2m，為典型的超淺覆土始發(fā)，盾構在穿越加固體掘進過程中風險極大，尤其在盾構剛通過加固體進入未加固地層后，由于土層變化引起掘進參數(shù)有較大的變化，對周圍土體擾動大，容易造成地面冒漿，甚至地面沉陷。國內以往類似工程外側設置C15 素混凝土墻作止水帷幕，墻體素混凝土施工每幅墻采用鎖口管接頭，墻體接縫容易形成縫隙，形成滲透水流通道，造成墻外動水進入加固土體中影響加固效果。而自凝灰漿墻每幅墻體采用咬合形式，不容易形成墻體間隔縫隙，墻體整體性較好，止水效果明顯。加固土體外包形式的選擇，對盾構穿越墻體過程中盾構掘進各項參數(shù)有直接的影響。通過類似經驗對比盾構掘進參數(shù)如表2 所示。

表2 盾構穿越墻體參數(shù)表

以上數(shù)據表明，相同工況下盾構推力及扭矩都明顯大于自凝灰漿墻，極易造成地面土體擾動波動大。泥水壓力隨之增大，墻體與未加固土體之間存在一定間隙，進而使得泥漿從這個間隙冒出地面。在推力增大的情況下，容易使盾構始發(fā)反力架受力過大而變形破壞，從而造成負環(huán)失穩(wěn)及隧道管片變形，引起極大的風險。穿越混凝土墻過程中推力及扭矩過大且隧道覆土較淺，容易造成管片壁后注漿效果失穩(wěn)，盾體過墻體后進入正常土層中，未加固土層中承壓水隨著動水壓力的增大，造成盾尾涌水涌砂，形成極大的風險。而盾構機穿越自凝灰漿墻時，由于灰漿墻強度小，盾構各項掘進參數(shù)和未加固土層掘進參數(shù)沒有太大變化，盾構姿態(tài)容易控制，并且塑性灰漿墻能與管片壁同步注漿，實現(xiàn)有效黏結，止水效果明顯，有效防止隧道“噴涌”現(xiàn)象。

5 結束語

（1）南京和燕路過江通道在盾構始發(fā)端頭加固土體外包采用自凝灰漿止水帷幕墻，針對長江漫灘高水位富水砂層地質特點，在地連墻、土體加固及盾構穿越加固體的參數(shù)控制取得顯著效果，對今后隔區(qū)止水進行圍護施工、土體加固、大盾構穿越加固體具有重要意義。

（2）自凝灰漿墻質量保證前提為試驗配合比，確定試驗配合比除考慮水文地質、施工工藝、場地條件外，由于前期試驗配合比時間長，且國內具有這類檢測資質的單位很少，因此還應提前考慮工程施工期。