盾构掘进前的软基加固处理技术探讨

盾构掘进前的软基加固处理技术探讨

屈恩久

深圳市地铁集团有限公司

摘要：在地铁隧道施工中，遇到软土地层需要考虑盾构掘进过程是否满足盾构机承载力要求，以及列车长期运营载荷作用引起的沉降问题，需要对淤泥质土、液化砂层等软土地基采取预加固措施，由于地铁线路下穿公路、桥梁、河道等复杂环境，当无法满足地面预加固条件时可采取洞内注浆加固的措施。本文以某地铁工程为例，分析盾构掘进前的软基加固处理技术措施，可以对类似工程提供一定的参考和借鉴。

关键词：地铁工程；盾构施工；软基加固；静压注浆

随着城市轨道交通建设的快速发展，地铁工程的覆盖范围越来越多，必然会遇到淤泥质土等各种不良地质状况，给地铁工程施工增添了难度，可能带来沉降风险。从已建地铁的运行情况来看，软土地区地铁运营期间会发生一定程度的沉降，不少地铁线路面临长期沉降和差异沉降问题^[1]。长期沉降将导致管片渗漏等病害，沉降原因与列车振动荷载作用、隧道渗漏、地下水开采等相关，因此在软土地区地铁隧道施工中必须采取一定的加固措施。

1.软土地层对地铁工程的影响

地铁隧道往往下穿建筑物、管线、河道，在地铁修建过程中，软土地层及富水软土地层广泛分布，国内已建地铁城市中上海、广州等南方地区普遍存在软土地层情况，以淤泥、淤泥质土、淤泥粉细砂地层等最为常见^[2]。淤泥是流塑状的灰黑色土体，有机质含量高，有腥臭味，地基承载力特征值不超过60kPa；淤泥质土多为流塑状灰黑、灰褐色土体，由淤泥质粉土、黏土组成，地基承载力特征值70kPa；淤泥质粉细砂含有较多淤泥夹层，地基承载力特征值90kPa^[3]。

软土地层的地质承载力较低，施工过程中在盾构机掘进时可能发生“栽头”现象，在垂直方向纠偏困难。地铁投入运营后，软土地层区间隧道异常沉降现象较为突出，在富水砂层中容易因列车长期荷载作用产生液化情况。通常情况下，优先考虑地面加固措施，如果不具备地面加固条件，可采用洞内注浆加固措施，在富水软土地层采用洞内注浆加固难度较大，需要克服地下水带来的施工难题，解决注浆过程中的管片质量病害问题^[4]。

2.盾构掘进前软基加固处理技术的工程应用

2.1工程概况

某地铁工程当欢区间线路大致呈南-北走向，起点设计里程为YDK30+730.800～YDK31+725.955，右线长度约995.155m。左线长976.518m（短链18.637m），总长度约1931.673m。本段区间在右DK31+200处设置一处联络通道兼泵房，埋深为20m。区间隧道主要穿越地层为中细砂、淤泥夹砂、粉质粘土及淤泥。盾构隧道底部存在淤泥质土等软弱地层，会对工程建设造成一定程度的危害。

为满足施工和运营后的承载力要求，减少后期沉降，经注浆加固，改善地层，提高软弱地层的承载力，可满足结构使用要求。对于当欢区间软弱地基采取基底加固措施，加固方法采用洞内注浆加固。

2.2注浆加固设计

水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥，用直径95cm、高75cm的搅拌罐进行拌浆，浆罐容积为0.5m³。每罐浆液按0.4m³拌制，每罐浆液加入水泥6包。拌浆时根据试验段确定的水灰比进行拌制，注入前拌制5分钟使其搅拌均匀。注浆过程中每天至少测量一次水泥浆比重，保证浆液稠度。浆液为水泥液浆，水灰比为0.6～1.0，注浆后静止压力0.5～0.7MPa，注浆速率为10～15L/min，施工时以注浆压力与隧道抬升5mm为双控指标，稳定5min即可结束单孔注浆。改良后土体强度为0.2～0.3MP，并有良好的均匀性。

图1：注浆加固施工示意图

土层液化对盾构隧道的危害主要是隧道下部的土层蠕变造成隧道的下沉变形，因此隧道加固可以只加固隧道底部120°范围，加固渗透系数深度隧道底淤泥层2m。如图1所示。

2.3注浆加固工艺试验

在试验段进行注浆试验，根据设计图纸要求，水灰比控制在0.6～1.0之间，现场左线第6环～20环为试验段，每环注浆5个孔，每孔注浆量0.82m³。注浆压力达到0.7Mpa时，稳压5min（注浆参数见表1）。

表1：区间基底注浆试验段注浆参数

根据图纸要求，注浆后管片上抬5mm。在试验段对管片每环布设监测点，对比观察注浆前后管片变化情况。管片注浆前后姿态测量数据对比，第6环～第20环管片上抬量在5.5～12.7mm之间。在后续注浆过程，采用水准仪每天监测管片抬升情况，控制抬升量指标。每环抬升量控制在5～7mm。

表2：管片姿态对比表

3.软基加固处理技术的控制要点

3.1软基加固处理技术的应用要点

注浆机采用双液注浆泵，在注浆机出口处安装一套流量计及注浆压力表，另外在隧道内管片进浆口出安装一个移动式压力表，可实时掌握浆液注入实际压力。注浆压力控制0.3MPa逐渐增加至0.7MPa，施工时以注浆压力0.5～0.7MPa与隧道抬升5mm为双控指标。具体由现场情况确定。注浆时，注浆机放置在地面，管路采用直径25mm双液注浆软管，长度规格为20m，中间采用直径25mm对丝连接，注浆软管与注浆钢管之间采用三通连接。

①注浆结束标准，可采用注浆量控制、注浆压力控制与管片抬升量进行控制：使用水准仪每天测量抬升量，每环完成注浆以后抬升量控制在5mm～7mm；使用注浆机上的流量计控制注浆量，每环注浆量控制在4.1m³左右，可根据抬升量做适当调整；通过注浆机及隧道内的注浆压力表控制注浆压力，注浆压力控制在0.5～0.7MPa左右。

②原则上加固区域内进行多次反复定量注浆。

③在较高压力（0.5～0.7MPa）条件下能够稳压5分钟即可终止注浆，可采用压力控制标准。

④浆液沿注浆管壁上冒、击裂封堵层，地层中软土从附近注浆孔冒出。

⑤将严格按照设计浆液配比，在液化砂层段至少采用1:1比例进行注浆，每天测量比重。

⑥按照设计图纸液化砂层、软弱地基段注浆配比不同及采用分段后退式注浆，步距控制在0.3～0.6米。

⑦考虑到浆液扩散半径及浆液凝固时间与施工现场施工进度不匹配，为防止前后环串浆，同环注浆应按先下后上的顺序，尽量利用管片注浆孔进行对称交错注浆。纵向注浆采用跳孔隔环注浆工艺。

3.2盾构掘进控制措施

为了避免盾构掘进过程中出现地面沉降、塌陷等质量事故，不仅要采取必要的软基加固处理技术措施，还要对盾构掘进过程进行合理控制^[5]。在对盾构掘进过程中的刀盘转速等参数和正面土压力、出土量进行控制的基础上，做好同步注浆加固作业，再进行盾构下穿后的注浆加固。

在盾构掘进过程中，应合理控制盾构掘进参数，扭矩根据盾构机特性设定，通常处于3000-4000kN·m，根据土压传感器数据控制推进速度，使推进速度与刀盘转速等参数相匹配。土仓中心土压力值需要结合土层情况和埋深合理设定，控制压力波动不超过0.02MPa，根据地表监测结果调整盾构掘进的参数设置，合理确定盾构机下穿危险源过程的土压值。同时，出土量采用行程体积控制，对每环渣土称重，对比分析渣土控制情况，避免盾构掘进过程不均匀出土。如果发现出土量超标，需要分析原因，采取相应措施及时解决问题。

结语：

地铁工程隧道设计以百年为目标，应在建设阶段考虑软土地层等不良地质对使用功能和耐久性的影响，针对性采取合理的加固处理措施，确保满足地铁隧道结构耐久性要求。在具体工程中，应结合工程现场实际情况，合理选用加固处理措施，确保盾构掘进顺利，提升地铁隧道投入运营后的抗沉降能力。

参考文献：

[1]刘新军,田俊峰,叶万军,张磊霄,王岩,马宝芬.南京地铁软流塑地层盾构下穿既有隧道处理加固技术[J].科学技术与工程,2021,21(01):366-373.

[2]刘健美.深厚软土地基加固范围对盾构隧道受力变形的影响[J].施工技术,2020,49(07):33-36.

[3]肖颖.不良地层盾构隧道注浆加固技术[J].交通世界,2019(13):112-113+117.

[4]王先仁.地铁软土地基加固处理技术应用[J].建材与装饰,2018(48):235-236.

[5]楼朝伟,赵冬旭.地铁隧道下穿淤泥地层工法比选及技术探讨[J].铁道标准设计,2016,60(12):99-103.