沿海城市復雜地質下通過地面加固確保盾構開倉安全的技術措施研究

徐 斌

中鐵十二局集團有限公司第二工程有限公司

1 引言

近年來，隨著各大城市地鐵建設的規模不斷擴大，在富水地層、地層疏松、殘積土層、基巖上軟下硬地層中進行盾構開倉作業，極易發生坍塌等安全風險，且工期要求高，通過地面加固，使原本只能進行帶壓開倉作業變成常壓開倉，使常壓開倉掌子面更穩固、開倉作業更為安全，便成為各地鐵項目施工的重點和難點。針對這一難點，通過優化地面加固工藝，使帶壓開倉變常壓開倉、確保常壓開倉必定成功，可以減少開倉持續時間，確保施工安全。

2 工程概況

2.1 工程簡介

某城市洋翔盾構區間沿在建石厝路由西往東行進，下穿洪鐘立交橋進入車站，施工起訖里程：K24+165.417 至K24+908.809，區間單線全長743.192m（618 環），結構埋深8.5m～15.6m，埋深較淺。

2.2 工程地質水文情況

洋翔區間范圍內覆蓋層主要為第四系人工填土層（Q4ml）、第四系坡積層（qsl）、第四系殘積層（qsl）；下伏基巖主要為燕山晚期侵入巖—中粗?；◢弾r（γ），受區域地質構造和風化作用影響，巖石風化不均勻，中等～微風化基巖面起伏較大?；鶐r凸起段落長、強度大，墩狀凸起多，拱頂空洞、松散體、水囊較多，地下水豐富、施工噴涌現象常發，地質條件極其復雜。

地下水位一般3月開始上升，9月逐漸下降，5～6月為最高水位，12 月至翌年2 月為最低水位，其變化幅度又因地形、含水層的不同而有差異，總體上基巖裂隙水和風化殘積孔隙裂隙水水位隨降雨變化較大，地下水位埋深1.1m～7.1m，地下水年變幅可達3.0m。

3 現狀調查

（1）洋翔區間基巖凸起量大，孤石群極其發育，盾構機下穿上軟下硬區段長，盾構姿態極難控制，多次長時開倉，發生安全事故的概率也相應增大。

（2）常壓開倉時，由于拱頂處于殘積砂質黏性土層中，拱頂上方土體松散、空洞、水囊多，且該土層遇水極易崩解，容易形成拱頂脫空、塌陷，進而發生安全風險事故。

（3）4 月4 日右線YDK24+834 第二次帶壓開倉時，該處開倉點采用洞內超前注漿，保壓最長1d，倉內壓力就開始變化，掌子面發生坍塌，不滿足繼續帶壓開倉條件，該處開倉總用時60天，至6月5日才開始掘進。

4 原因分析

（1）隧道中心線以上多處于殘積砂質黏性土層中，該層為不透水層，無水時，自身強度較高，工程性能較好，但遇水極易崩解、坍塌。而隧道中心線以下多處于基巖中，基巖裂隙水較為發育，在盾構掘進時，受施工擾動影響，豐富的地下水會向掌子面匯集，對殘積砂質黏性土層造成侵蝕，從而導致殘積砂質黏性土層崩解、坍塌。

（2）區間隧道上方存在松散、空洞、水囊等不良地質，在土倉壓力及施工震動等多方面作用下，原本的土體平衡狀態被打破，造成水土流失穩，掌子面坍塌，發生安全事故。

（3）開倉停機時間太長，掌子面裸露時間長，在地下水不停地侵蝕下，倉內泥膜脫落，掌子面土體也被侵蝕，土體崩解，掌子面坍塌。

5 基本思路

綜合分析，諸多原因造成掌子面失穩，進而發生坍塌，造成安全事故，故此只要解決掌子面穩定性問題，開倉風險就大大降低。

針對袖閥管注漿、WSS地面加固注漿后，常壓開倉中存在拱頂脫空的現象，QC 小組通過咨詢國內業內資深專家，決定在開倉點采用地面素混凝土排樁加固，并輔以排樁間地面注漿加固止水的方式來加固開倉點，以確保開倉掌子面及拱頂的穩定性，確保常壓開倉一次成功。

6 主要對策措施

采用地面素混凝土排樁加固。工藝參數如下：（1）在計劃開倉點，采用旋挖鉆施工2 排毒混凝土樁，樁徑1m，樁與樁咬合0.2m，每處施工素樁17根，迎刀盤方向8根，背刀盤方向9根。樁間咬合0.2m，施工時，先施工第二排樁，再施工第一排樁，防止第一排樁樁底塌孔。（2）素樁采用C15 混凝土，空樁采用水泥改良土進行回填，采用輕型夯錘夯實。（3）素樁采用跳孔法施工，展開平行、流水作業。（4）施工時盡量采用干孔作業。（5）針對素樁空樁部分較長的特點，采用6m 長鋼護筒，防止樁基塌孔。（6）灌注樁灌注混凝土深度為：①迎刀盤側（樁編號1#～8#）0：隧道拱頂6m至隧道拱頂以下3.24m（下至盾構機刀盤中心線）或深入中風化基巖面0.5m，2根邊樁（編號為1#、8#）深入隧道結構底板以下0.5m或深入中風化基巖面0.5m。②背刀盤側（樁編號9#～17#）：隧道拱頂3m 至中風化基巖面以下0.5m。（7）盾構機刀盤掘進至第2排樁0.2m，確保刀盤處于素樁內。開倉時，素樁在開倉加固區上方形成一個穩固的整體，防止開倉時拱頂不穩定而土層垮塌，造成事故。

7 采取的措施效果

第一次（ZDK24+416.283，403環）地面素混凝土樁加固及地面注漿于2019年7月1日開始，7月5日結束，累計用時5天。于2019年7月22日進行常壓開倉，開倉作業持續3d，開倉作業過程中，掌子面穩定無異常，拱頂無掉塊、坍塌現象，整個施工過程安全可控。

截止至2019年8月12日，素混凝土排樁加固一共進行5處，進行常壓開倉4處，每個開倉點加固均能滿足常壓開倉施工，每次常壓開倉用時2d，開倉一次成功，沒有發生安全事故及工期延誤情況，施工安全可靠。

8 結語

盾構施工中，常壓開倉不可避免，但是開倉過程中的安全是必須確保的，而復雜地質下，盾構施工的開倉作業一直是事故多發、常發區，而在盾構開倉點采用地面素混凝土排樁對土體進行加固，并輔以樁間注漿止水，可以使盾構開倉點掌子面及刀盤上下左右均處于素混凝土結構內，開倉作業安全可靠，且能滿足長時間的開倉作業要求，在地下水豐富，土質疏松、基巖凸起上軟下硬地段的盾構施工中值得推廣。