盾构施工洞门土体加固的主要依据及方法

一、引言

地铁施工中，车站始发和到达端头土体的稳定是盾构机始发和到达的一个关键,端头土体加固的成功与失败直接影响到盾构机能否安全始发、到达；盾构始发和到达过程直接影响到隧道顶施工区的安全、周边环境保护的成效及工程施工的成败。 关键词：盾构施工洞门土体加固主要依据方案选择 中图分类号： u455 文献标识码： a 文章编号： 二、本案例中的地质条件

根据岩土工程详细勘察报告，地质钻孔有6个，其中3个作为主要地质参考依据，2个为取土孔，1个为静探孔。盾构始发端头地层由上到下依次为①-1杂填土、①-2-1素填土、②-1b2-3粉质粘土、②-2b4淤泥质粉质粘土~粉质粘土、②-2c-d2-3粉砂~粉土、②-3c-d2粉土-粉细砂、②-3d2粉细砂、②-4d1-2粉细沙、②-4a-b3粉质粘土、②-4d1-2粉细沙、②-5d1-2粉细沙、④-4e-1中粗砂混卵砾石、k2p-2强风化粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、k2p-3中风化粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，盾构主要穿越地层为②-2b4淤泥质粉质粘土~粉质粘土、②-2c-d2-3粉砂~粉土、②-3c-d2粉土-粉细砂。 三、本案例中的水文条件

地下水类型为松散岩类孔隙水（孔隙潜水、微承压水）和基岩裂隙水。

（1）孔隙潜水

该含水组包括：人工填土层以及漫滩相浅部全新世冲淤积成因粘性土（②-1b2-3粉质粘土、②-2b4淤泥质粉质粘土~粉质粘土）及中部砂性土（②-3d2、②-4d1、②-4d1-2）。地表人工填土结构松散，土体孔隙大，大粗骨料含量高，构成格架状大孔隙，是赋存和排泄地下水的良好空间和通道，所以在该土层厚度较大的区段地下水丰富；漫滩相沉积的饱和软弱粘性土（②-1b2-3、②-2b4）饱含地下水，但透水性弱、给水性差；中部砂性土（②-3d2、②-4d1、②-4d1-2）富水性好，透水性良好。 （2）微承压水

浅部微承压水含水组主要为漫滩相全新世沉积土层（②-2c-d2-3、②-3c-d2、②-4c1、②-4c2），深部微承压水含水组主要为漫滩相底部沉积砂性土（②-5d1、②-5d1-2层）以及上更新统冲洪积土层（④-4e-1）。②-2c-d2-3、②-3c-d2、②-4c1、②-4c2呈交互层状，间夹的薄层粉砂、粉土构成地下水水平渗透的通道，水平向透水性好于垂直向透水性； ②-5d1、②-5d1-2层给水性和透水性好，属中等透水地层，②-4a-b3、②-5b3层透水性弱、给水性差，属微透水地层，为该层水隔水顶板，隔水底板为下伏基岩。由于②-4a-b3层于区间内逐渐变薄，直至尖灭，在该段区间范围内微承压水与浅部潜水已联通。 （3）基岩裂隙水

含水层岩性主要由白垩系浦口组的碎屑岩类组成，岩石塑性较强，构造裂隙不发育。岩石浅部以风化裂隙水为主，深部风化裂隙

减弱，以构造裂隙水为主。这些岩层构造裂隙发育程度总体较差，且多闭合，或遭风化物充填。基岩的含水性、透水性受岩体的物质组成、结构、构造、裂隙发育程度等的控制，由于岩体的各向异性，软弱夹层，加之节理裂隙发育，导致岩体富水程度与渗透性也不尽相同。根据野外揭示地层，沿线未发现大的裂隙带，岩质属极软岩~软岩，基岩完整性好，判定本线段内在强风化带中局部呈线状赋存基岩裂隙水，但水量不丰富，主要由上覆④-4e-1中粗砂混卵砾石层补给及侧向基岩裂隙水补给。 四、洞门土体加固方案的选择和计算

根据本案例的工程地质条件、水文地质条件和周边环境，为确保盾构始发安全，需对洞门土体进行加固处理，加固措施采用旋喷桩配合搅拌桩加降水井。

1、旋喷桩和搅拌桩施工方案。

搅拌桩采用三轴φ850@600mm、排间距550mm深层水泥搅拌桩，搅拌桩距车站端头围护结构留出400mm距离用于旋喷桩封堵，搅拌桩套孔施工，梅花形布置。旋喷桩采用单排φ800@400mm三重管旋喷。考虑到盾构机盾体长度为9m，加固范围为长度方向9000mm，盾构隧道开挖轮廓线外3000mm内的地层。搅拌桩实桩水泥掺量初步定为25%，空桩8%，旋喷桩水灰比初步定为1:1，搅拌桩水灰比初步定为0.5:1。

2、降水井的布置和计算。

盾构始发端头采用降水措施，共布置6口降水井，在洞门打开前

进行降水，盾构第一环管片同步注浆饱满后停止降水，降水设计如下：

两竖排管井的排距为9m ,管井的滤水管直径d = 400 mm ,管井深度为30米，水位降低到隧道底面以下4m。 计算如下：

渗透系数:综合考虑粉砂-粉土、粉土-粉细砂中最大值，取k =1.01m/ d ;

降水深度: s = 18m; 基坑面积: a = 450 m2 ;

管井水位下降深度: s′= s + 9 ×1 ×i = 20.7 m( i 为水力坡度,取0. 3) ;

有效带深度: h0 = 1. 85 ( s′+ l′) =43.8( l′为管井中水位稳定后,滤水管的淹没深度,取3. 0 m) 。 基坑假想半径x0

x0 = （a /π）0.5= 12 m。 抽水影响半径r

r = 1. 95 s （h0 ×k）= 1. 95 ×18 × （43.8 ×1.01）=233m。 涌水量q

q = 1. 366 k(2 h0 - s ) s/ (lg r - lg x0 ) = 1. 366 ×1.01 ×(2 ×43.8 - 18) ×18/ (lg233 – lg12) =1329 m3/ d。 单井出水量q

= 65 ×3. 14 ×0. 4 ×3. 0 ×1.01 =245m3/ d

需要管井数量n

n = 1. 1 q/ q = 1. 1 ×1329/ 245≈6个。（实际布置6个） 施工时先进行搅拌桩施工，当主体结构端墙完成再进行端头连续墙和搅拌桩之间的旋喷桩施工，经加固的土体90天后应有很好的均质性、自立性，其中试件的无侧限抗压强度不小于1mpa，渗透系数小于10-8cm/sec。 五、结束语

因此，根据工程所处区域的工程地质、水文地质、环境条件和环境保护等要求，制定盾构机在始发端和到达端的洞门土体加固方案是地铁盾构中的重中之重。只有通过认真分析和精确计算，充分论证并精心施工，才能确保盾构施工中最重要的两个阶段的安全，保证项目的顺利完成。 编制及参考依据：

（1）××城市业主的标招投标文件；

（2）国家的现行设计规范、施工规范、验收标准及相关文件； （3）××城市工程所在地的岩土工程详细勘察报告； （4）本单位现场实地勘察、调查资料； （5）××城市轨道交通设计文件和合同文件；