2.3 软土地区盾构隧道端头加固方式的经验总结

2.3.1 南京、上海等城市部分盾构隧道端头加固方式调研

本书初期阶段调研的端头主要为南京、上海地铁各隧道，具体包括南京地铁10号线过江隧道中间风井东端头（始发）、江心洲站西端头（到达）；南京地铁2号线逸仙桥站西端头（始发）、大行宫站东端头（到达）、大行宫站西端头（始发）、新街口站东端头（到达）、汉中门站南端头（到达）、莫愁湖站北端头（始发）、莫愁湖站南端头（始发）、茶亭站东端头（到达）、茶亭站西端头（始发）、集庆门大街站北端头（到达）、中和村站北端头（始发）、元通站左线南端头（到达）；南京地铁1号线南延线岔路口站北端头（始发）、张府园站北端头（始发）、张府园站南端头（始发）；上海地铁7号线浦江南浦站—浦江耀华站区间中间风井处、上海地铁2号线西延线中山公园站西端头（到达）、上海市上中路越江隧道南线隧道盾构出洞工程、上海市翔殷路隧道工程；广州地铁3号线大石站北端头等端头加固工程。

具体各工程的经验总结如表2-2所示。

2.3.2 苏州地铁1号线盾构隧道端头加固方式现场调查

苏州地铁1号线建设期间，盾构进出洞施工为盾构隧道施工的关键工程。如何选择安全的盾构隧道端头的加固方式，已成为苏州地铁建设需要解决的关键课题。研究苏州地铁1号线盾构隧道端头的加固方式及其安全性具有重要工程意义和社会效益。

1.调研目的

本次现场调研的主要目的如下：

（1）掌握苏州地铁1号线各盾构隧道端头实际采用的加固方式、加固范围以及施工技术参数等详细信息。

（2）了解苏州地铁1号线各盾构隧道端头在加固过程中出现的问题以及针对所出现的问题采用的应急措施，总结加固施工过程中的经验教训。

（3）结合苏州地区现场施工情况，研究并提出适合苏州地区土层的端头土体加固方式。

2.调研对象

本次现场调研的对象为1号线各盾构施工标段的施工单位及相关技术负责人。调研对象如表2-3所示。

3.调研方式

本次现场调研采用的调研方式为观察法、访谈法、资料法。通过对施工现场的实地考察，与相关技术人员及工人的相互交流，以及收集具体的加固施工方案和图纸等，加深对苏州地铁1号线各盾构隧道端头实际采用加固方式的了解。

4.调研时间

第一阶段：2009年5月24日至2009年6月7日。

第二阶段：2009年6月25日至2009年7月14日。

5.调研过程

本次现场调研分为两个阶段，第一阶段实地调研了1 标、2 标、5 标、7 标和9标这5个盾构施工标段；第二阶段实地调研了11 标、12 标、13 标、14 标和16标这5个盾构施工标段。通过调研发现，玉山公园站—苏州乐园站区间、会展中心站西端头等盾构机已经顺利始发或到达；金枫路站东端头盾构机即将始发（始发日期为2009年6月2日）。图2-9为部分现场调研实地照片。

图2-9 部分现场调研实地照片

6.苏州地铁盾构隧道端头所处地层情况

苏州地铁1号线全线共有24座车站，全部为地下车站，因此，共有48个盾构隧道端头，加上金鸡湖中间岛工作井东、西端头，一共50个盾构隧道端头。除了华池街站东端头与星湖街站西端头由于区间采用明挖法施工，以及钟南街站东端头不需要作加固处理之外，其余47个盾构隧道端头均需要作相应的加固处理，以确保盾构顺利进出洞。

这47个盾构隧道端头的隧道中心埋深在地表以下11～16m。其中，养育巷站、人民路站、临顿路站和金鸡湖中间岛工作井的隧道端头埋深较深，在地表以下15～16m，其余车站的隧道端头中心埋深均在11～13m。

这47个盾构隧道端头所处地层自上而下大部分为：①填土层，③-1黏土层，③-2粉质黏土层，④-1粉土层，④-2粉砂层，⑤粉质黏土层。而②-1黏土层，②-2粉质黏土层只在木渎站东西端头地层中含有，④-3粉黏夹粉土层也只出现在南施街站东西端头、星塘街站东西端头和钟南街西端头的地层中。端头隧道所穿越的地层大部分为：④-1稍密粉土、④-2稍密～中密粉土～粉砂、⑤软塑～流塑粉质黏土。端头隧道底部大部分位于④-2稍密～中密粉土～粉砂、⑤软塑～流塑粉质黏土。

苏州地铁1号线盾构隧道端头所处地层情况及风险评价如表2-4所示。

7.苏州地铁盾构隧道端头采用的加固方式

为保证盾构进出洞时隧道端头土体的自稳和防水要求，需在盾构进出洞前对洞口地基进行加固处理。根据现场调研情况，1号线各标段盾构进出洞地基加固几乎都采用三轴搅拌桩加固，搅拌桩与车站围护结构（连续墙、SMW等）间夹心层采用双重高压旋喷桩作为止水帷幕止水，增加加固区与车站结构的整体性。

设计加固范围为盾构外径外侧、底、顶部3.0m范围内为加固区，隧道顶部以上3.0m至地面为弱加固区，即加固高度约为12.2m，加固宽度为线间距+3.1m×2+3m×2，加固长度为盾构始发9m，到达8m；左右线间用一排搅拌桩封闭。若洞门探孔检查有漏砂漏水等现象时，应设置降水井，井管深度为加固底面以下5m。具体加固方式示意如图2-10所示。

图2-10（一） 盾构进出洞加固方式示意

图2-10（二） 盾构进出洞加固方式示意（单位：mm）

盾构进出洞加固区采用850＠600mm三轴搅拌桩加固，靠近车站端头夹心层采用单排800＠600mm双重高压旋喷桩加固，如图2-10所示。A 区搅拌桩水泥掺入量取20%，B区搅拌桩水泥掺入量取15%，弱加固区搅拌桩水泥掺入量7%，采用P.O-42.5R级普通硅酸盐水泥。旋喷桩水泥用量取225kg/m。施工前进行试桩，并根据加固效果，调整施工工艺及各项施工参数。

经加固后的土体应保证良好的均质性、自立性，其中A 区无侧限抗压强度不小于1MPa，渗透系数应小于10^-8cm/s；B 区无侧限抗压强度不小于0.5MPa，渗透系数应小于10^-7cm/s。

8.苏州地铁盾构隧道端头的加固工艺

（1）三轴深层搅拌桩施工。三轴搅拌桩施工采用φ850三轴搅拌桩，桩间搭接250mm，主要施工参数如表2-5所示。

三轴搅拌桩施工要点及技术要求如下：

①开机前必须探明和清除一切地下障碍物，须回填土的部位，必须分层回填夯实，以确保桩的质量。②桩机行使道路不得下沉，桩机垂直偏差不大于1.5%。③施工前应进行水泥检验，并将检验报告报监理工程师审查。④水泥浆搅拌系统应配有可靠的计量装置，喷浆系统应配备流量表、压力计等检测装置；搅拌头下降、提升过程中应有速度控制装置和措施。⑤施工前应在监理工程师的旁站监督下，对浆液流量、喷浆压力、搅拌提升下降速度等进行标定。⑥成桩过程中，必须严格控制搅拌机的提升速度和搅拌次数，搅拌次数以二次喷浆二次搅拌为宜，且最后一次提升搅拌宜采用慢速提升，桩底应进行复喷。⑦桩搅拌头二次提升速度均控制在1m/min以内。注浆泵出口压力控制在0.4～0.6MPa。⑧桩与桩搭接时间不应大于10h，相搭接宽度大于100mm；如超过12h，则在第二根桩施工时增加注浆量20%，同时减慢提升速度。⑨在成桩过程中必须有专人进行详细的施工记录，包括：测量定位、浆液配比、喷浆压力、浆液流量、搅拌机下沉和提升速度、成桩深度、复喷及复搅等。

（2）高压旋喷桩施工。高压旋喷桩采用双重管注浆法，注浆体为φ800mm，桩体搭接200mm，水泥掺量为25%（450kg/m³），采用P.O-32.5R级普通硅酸盐水泥。主要施工参数如表2-6所示。

高压旋喷桩施工（双重管）施工要点及技术要求如下：

①水泥浆搅拌系统应配有可靠的计量装置，喷浆系统应配备流量表、压力计等检测装置；在喷浆过程中对提升速度应有速控装置和措施。②施工前应在监理工程师的旁站监督下，对浆液流量、喷浆压力、喷嘴提升速度等进行标定。③拆卸钻杆继续旋喷时，须保持钻杆有20cm的搭接长度。成桩中钻杆的旋转和提升必须连续不中断。④注浆泵与钻机距离一般控制在50～80m范围内，并根据施工场地调整。⑤发生故障时立即停止提升和旋喷，排除故障后复喷，复喷高度不小于50cm。⑥水泥浆应在旋喷前一个小时内搅拌，旋喷过程中，钻孔中正常的冒浆量控制在20%以下。超过20%或完全不冒浆时，应查明原因采取相应措施。⑦在施工过程中必须有专人进行详细的施工记录，包括：测量定位、浆液配比、喷浆压力、浆液流量、喷嘴提升速度、成桩深度及复喷等。

9.加固时机

在基坑开挖前，应施工三轴深搅桩，待三轴深搅桩加固区的强度和抗渗性等达到要求以后再进行基坑开挖；当基坑内主体结构做完以后，再处理加固区与基坑围护结构之间的接缝（俗称“夹心饼干”）。接缝的宽度应该控制在0.3～0.4m。先在接缝的两端施工高压旋喷桩，待两端的高压旋喷桩强度达到要求以后再施工两端间的接缝。

10.应急措施

为了确保盾构进出洞的安全，推进前在洞门上开米字形探孔观察，未发现异常才能进行施工，否则应采取补加固措施。若探孔发现漏水漏泥现象，可采用以下应急措施：①启动在端头设置的降水井作为应急方案处理。②当降水深度因周围环境要求受限而无法实施时，采用垂直冻结在原加固区再次进行加固，情况紧急或严重的应采用液氮冻结。