端头加固与盾构密闭钢套筒平衡始发技术的应用

1、端头加固与盾构密闭钢套筒平衡始发技术的应用 摘 要：本文分析地铁盾构施工端头加固的适应性和存在问题，介绍盾构密闭钢套筒平衡始发技术的应用，以供同行参阅和借鉴。 关键词：地铁施工；端头加固；钢套筒；始发技术 地铁施工中，地质情况的复杂多变性带给地铁施工巨大的难度和不确定性。地铁盾构隧道施工过程中，盾构始发及到达一直以来都是盾构施工的主要技术难点，针对复合地层结构复杂，考虑到经济性和适用性，端头加固形式多变，但受限于目前各种加固工艺以及检测手段的局限性，盾构始发的风险实际上并不能完全排除。 1.端头加固的作用 端头加固的主要作用有两方面： （1）、控制水土流失 盾构始发及到达过程中，在渗透系数大，

2、含水量较高的地层，如果始发到达过程中，刀盘掌子面存在水土压力差，容易造成水土流失，如果土体没有进行加固，没有一定的强度和整体性，容易造成地面坍塌。 （2）、设备吊装的土体承载力 除通过土体加固，控制水土流失外，因盾构组装和拆卸过程中，均需利用始发、到达端头进行设备吊装，而盾构设备重量较大，所采用吊装设备本身自重较大，因而始发、到达端头需具备一定的承载力，防止吊装过程中土体沉陷，导致设备倾覆、失稳以及危及基坑、隧道的安全。 2.端头加固的形式 端头加固的种类和形式较多，但从经济上及适用性考虑，不同的地层宜采用不同的加固形式。 （1）注浆加固 该工艺主要通过注射带压力浆液，渗入土体的孔隙中，将孔隙

3、水和空气排挤出去，该方法主要是增强土体的凝聚力和抗渗性，但对土体强度改良效果有限，主要适用于砂性土体、砂砾层和有裂隙的岩层。由于存在土塞作用，始发或到达过程中，如采用水平探孔，往往不能判断土体的实际加固情况，因而该加固形式存在一定的盲目性，加固效果不能提前预判。 （2）旋喷桩、搅拌桩加固 通过旋喷桩和搅拌桩加固，不但能够改良土体的抗渗性能，同时也能提高土体的强度。但由于旋喷桩钻杆刚度不够，随着加固深度增加，钻杆垂直度存在偏差，容易偏桩，且随着加固深度的增加，气升效果会越来越弱，高压喷嘴的喷射效率会下降，桩径会收缩，造成成桩效果较差等问题。一般超过20米深度的加固效果难以保证，不适合深层土体加固

4、，且综合单价高。适用于砂层、淤泥、粉土和粘土层等。搅拌桩也能够改良土体的抗渗性能，同时也能提高土体的强度，但受限于国内设备性能局限，一般加固深度较浅，超过15米深度的加固效果差，适用于淤泥、粘土层和砂层，但在砂层加固效果差。目前通过设备改良，市场上采用的三轴搅拌桩因搅拌轴刚度较大，能够适应30米以上的加固深度，但综合单价较高，且设备大型，某些场地使用存在一定的限制。 （3）地下连续墙 地下连续墙的应用适用于各种地层，特别适用于渗水量较大的地层。主要作为渗水通道的阻隔措施，需同时采用注浆、旋喷桩、搅拌桩、降水井等辅助措施来提高土体抗渗性能，但该工艺存在接口渗漏难处理，往往因槽段接口处渗漏导致加固

5、失效，且因目前检测手段的限制，槽段质量和渗漏点不能提前预判，存在潜在风险。 （4）冷冻法加固 该工艺适用于富水地层，特别是砂层、砂砾层、淤泥层等。但该工艺会产生冻胀和融沉效应，对地面沉隆控制和周边建筑物影响较大。冻胀和融沉因地基条件、冻结时间、冻结规模、解冻速度、荷载条件等而异，一般在砂和砂砾层上小，在粘土、粉砂、亚粘土层大。该工艺施工时间较长，造价高，后期沉隆控制差，因而采用该加固形式应较为慎重。 3.存在问题 上述加固手段和措施均存在一定范围的局限性，施工过程中存在一定的风险。 对于盾构始发来说，为避免击穿密封帘板（一般不超过120kpa），大多数盾构始发时实际是以欠压的状态掘进，如地层加

6、固质量得到保证，土体具有整体性和抗渗性，采用欠压模式是允许的，不会因基坑内外压差大而出现土体大范围沉降、坍塌，但随着部分端头盾构覆土埋深的增大，或者地层复合程度高，目前采用的加固手段（文中所述）其加固效果难以保证，且地面因管线迁改等其它前期因素而无法进行加固，此时盾构始发为避免击穿密封帘板，以欠压模式掘进，因打破水土平衡，易引发土体大范围沉降、坍塌，影响周边建筑物安全。 另一方面，盾构机过密封帘板的过程中，在帘板包裹盾构机筒体到包裹管片过程转换的瞬间，由于洞门压板不同步，管片与洞门间存在缝隙，如端头加固效果不能保证，也容易渗漏水，特别是强透水地层中，因此时盾尾未完全进洞门，不能开启同步注浆，因

7、而渗漏通道一旦形成，其结果更为致命，易引起地面沉降和周建筑物坍塌。 4.密闭始发技术介绍 据笔者了解，目前有施工单位采用密闭钢套筒平衡始发技术用于盾构始发施工。该工艺不受地层、埋深、地面环境的影响，具有较为广泛的适用性。 该方式是将盾构安装在密闭钢套筒内进行始发，通过钢套筒使盾构机破除洞门前即已建立了水土平衡的环境，始发等同于常规掘进，从而避免了盾构机始发过程中因为欠压而出现塌方的情况。该方式通过在盾构始发井内安装钢套筒，盾构机安装在钢套筒内，然后在钢套筒内填充回填物，通过钢套筒这个密闭的空间提供平衡掌子面的水土压力，盾构机在钢套筒内实现安全始发掘进。 该工艺可以通过提前计算始发时水土平衡所需掌子面压力，在盾构始发前以掌子面所需压力进行提前试压，如钢套筒满足试压条件，未出现渗漏，则盾构始发时可以采用上述试压压力进行掘进，在保证水土平衡的条件下，始发端头不会出现坍塌的情况。该工艺由于采用钢套筒，无须安装密封帘板，因而不存在击穿帘板的风险，只要钢套筒密封性能满足切口压力要求，始发过程中风险大范围降低。 5.结论 随着城市化建设进程的推进，盾构施工技术不断发展，但受到地层、工期、场地的制约，原有的端头加固方式或多或少存在一定的局限性，盾构始发存在一定的风险，但通过采用钢套筒平衡始发，可以突破地层、工期、场地的制约，是现有端头加固技术的有益补充