城市地铁盾构法隧道与矿山法隧道对接加固处理施工技术

摘要：结合深圳地铁2号线蛇口港站～海上世界站暗挖区间盾构法隧道与矿山法隧道对接加固处理的工程实例，比较了搅拌桩、旋喷桩、洞内水平加固、回筑砼几种加固方法，并阐述了回筑砼在特定条件下的应用，给类似情况城市地铁工程中应用提供参考。
关键词：城市地铁，深圳地铁2号线，盾构法隧道，矿山法隧道，对接加固处理。
1引言
在我国的软土盾构工程中，目前基本上采用始发端头加固长度6m、到达端头加固长度3.5m，端头土体加固的范围为盾构隧道轮廓外3m；土体加固强度要求0.8～1.5MPa，加固后土体的渗透系数满足10-8cm/s。
在填海区的富水软土中，盾构施工端头土体加固是施工中极为重要的环节，也是施工控制的重点。端头加固作为一项临时工程其目的就是保证盾构机安全顺利地始发或者到达，主要作用是稳定地层和防止地下水涌出。因此，要求加固后的土体在凿除端头墙后能有良好的自稳性、防水性、匀质性。
2工程概况
深圳地铁2号线蛇口港站～海上世界站暗挖区间盾构法隧道（440m）与矿山法隧道(155m)相接，矿山法隧道先开挖支护后，盾构从蛇口港站向海上世界站掘进出洞，进入矿山法隧道空推管片通过，从海上世界站吊出。在盾构法隧道与矿山法隧道交界处，盾构出洞时必须进行加固处理，类似于盾构出洞到达端头加固。一般加固要求如图1所示。
图1盾构法隧道与矿山法隧道对接加固平面示意图
该区间交界段场地原始地貌为滨海沙堤，现已堆填整平，现状为道路。盾构法隧道与矿山法隧道交界处，隧道覆土厚度仅有9m。覆土层为素填土（填石）、填砂、淤泥质粘土、粗砂（含淤泥）、圆砾、淤泥质粘土、砾砂、砾（砂）质粘性土、全风化花岗岩。地层松散，地下水丰富，为承压水，与海水有较强的水力联系。
盾构法隧道和矿山法隧道交界处，右线位于太子路和人行道上，太子路为行车双向四车道，通行车辆多，交通繁忙。左线位于太子路上，且距离6层天然浅基建筑物——太子宾馆较近。其右线人行道有给水、通信、电力、燃气等众多管线。
3盾构法隧道与矿山法隧道对接加固处理的方案比选
3.1加固目的
1、控制地表沉降，交界处不产生坍塌。
加固是为了提高盾构法隧道与矿山法隧道交界处土体强度，增强整体性，控制地表沉降，防止盾构出洞时发生坍塌。一般情况，在盾构出洞前，需要凿除端头墙，割断钢筋，以满足盾构顺利出洞。由于凿除时间长，先要避免凿除过程发生坍塌，再要避免因开挖面暴露时间过长而坍塌或造成地表道路、建筑物沉降过大。
2、控制水土流失。
盾构掘进出洞穿过加固体时，在赋水丰富、渗透系数大的圆砾、砾质粘性土等软弱地层，盾构出洞瞬间无法保持土压平衡，盾体上部地层容易因失水沉降或不稳定，也会使加固体发生水土流失，如果土体不具备一定强度，很容易造成坍塌。
3、保障地下管线、地面道路及天然浅基建筑物的安全。
4、有利于盾构机从盾构法隧道向矿山法隧道掘进对接的姿态控制。
3.2常用的加固施工方法及其适用性
目前，盾构始发端头、到达端头加固的方法主要搅拌桩加固、旋喷桩加固、注浆加固、SMW工法加固和冻结加固等。选择合理的端头加固施工工法，是保证盾构顺利出洞非常重要的环节。端头加固可以单独采用一种工法或多种工法相结合的加固手段，主要取决于地质情况、地下水、覆盖层厚度、盾构机直径、盾构机型、施工环境等因素。同时，也要综合考虑安全性、施工方便性、经济性、进度等因素。
1、搅拌桩
该工法是软土地层最常用的端头加固方法之一。通过搅拌桩使端头土体凝聚力和内摩擦角改变，主要适用于填土、淤泥、粘土层和砂层、圆砾、砾质粘性土，但在砂层加固效果差，须与旋喷桩等工法配合使用。该方法受国产设备性能限制，一般在18m深度以下加固效果即很差；它的优点是工程造价低。但加固不连续，加固体强度偏低。施工条件从地面施作。
2、旋喷桩
该工法对于砂层改良效果好，也适用于淤泥、粉土、粘土层，但圆砾（砾砂）、砾质粘性土地层和粘着力大的粘土有时不能形成满意的改良桩，施工深度在40m以下时，效果较差。端头加固经常被采用。施工条件主要从地面施作。
3、注浆
注浆法常用小导管注浆、袖阀管注浆、深孔注浆，适用于多种地层，尤其是深度较深的砂质地层、砂砾层，地层较好的地段或与搅拌桩、旋喷桩等工法相结合，进行加固止水，但在富水地层中效果较差。可进行单液和双液注浆，同时可进行跟踪注浆；浆液种类较多，经济性和可施工性好，材料和施工方法多种多样，需根据地下水、地质、施工环境等来确定，同时要考虑因灌浆而引起地基隆起等的处理对策。施工条件从地面、洞内均可以施作。
4、降水
降低地下水位施工方法，在有些土质条件下，往往会产生地基沉降等现象，必须事先研究分析地下水位下降对周围地基等的影响。因此，一般在地层较好，周边环境适应，对建、构筑物影响范围小时采用。且主要应用于始发时，盾构到达时要考虑降水对隧道的影响，须与其他加固措施相结合。施工条件从地面施作。
3.3对接加固方法的选用
本区间盾构法隧道与矿山法隧道对接出洞加固处理，主要有以下问题：
第一，受地面道路、地下管线等影响，从地面进行加固条件受限，搅拌桩、旋喷桩、地面注浆均无法实施；且距离6层天然浅基建筑物——太子宾馆较近，也无法进行降水。
第二，通过试验，在填海区的圆砾、砾砂、砾质粘性土和风化花岗岩等富水软弱地层中，注浆浆液难以扩散，洞内注浆无论采用小导管注浆、袖阀管注浆、深孔注浆均难以达到加固质量。
第三，矿山法隧道采用上、下台阶开挖，并留核心土。由于交界处地层差且渗水大，在洞内端头加固质量不能保证的情况下，上、下台阶始终无法在交界里程形成垂直开挖断面，造成交界处的钢筋砼环梁、预埋环板、砼封堵墙等结构均无法实施。如强行挖除核心土，垂直开挖断面土体难以稳定，极易造成隧道坍塌。
第四，在交接处矿山法隧道从“小断面”向“大断面”外挑扩大施工，施工难度大，同时也存在隧道坍塌的风险。
鉴于以上存在的难题，通过科学研究和分析论证，拟采用在已成型的矿山法隧道初支内回筑一定长度的砼进行对接端头加固处理，来确保盾构出洞安全。
4对接加固处理方法及分析论证
盾构法隧道与矿山法隧道交界处采用回筑砼进行加固处理时，矿山法隧道仍采用上、下台阶法开挖，上台阶施工到交界位置后，采用喷射砼封闭掌子面。为防止上半断面坍塌，上、下台阶长度不小于3m，且上台阶预留核心土。从上台阶终止里程开始，采用C15砼进行全断面回筑，回筑长度9m（比盾体长度8.4m略长），盾构机掘进时对接矿山法隧道，在已成型的初期支护保护下，可以开仓慢速掘进回填砼出洞。回筑砼端头加固如图2所示。
图2盾构与矿山法二段隧道交界加固处理示意图
回筑砼端头加固优点：一是盾构出洞时，盾构机上部有已成环初期支护，不会导致上部土体沉陷及隧道坍塌。二是取消“小断面”向“大断面”的外挑过大施工，从而取消钢筋砼环框梁及预埋钢环，大大降低了矿山法隧道开挖风险，确保了施工安全。三是盾构在掘进9m长断面均匀、自稳、强度低的回填素砼，有有成型初支保护，可以开仓掘进、快速出洞，如发生少量渗水、带泥砂等情况，可以通过盾体径向孔，注聚氨酯防水材料进行封堵。
6施工注意事项
1、提前对隧道进行测量，并且将盾构与矿山法交界处断面实际线路坐标、拱顶标高进行测量、记录，向盾构提供精确数据，以保证后期盾构掘进顺利对接。
2、加强盾构法隧道及矿山法隧道联系测量，两头对接偏差由矿山法隧道开挖及盾构法隧道掘进两边进行适当调整，以保证贯通精度。
3、盾构掘进回筑砼时，应加强盾构同步注浆；并且当盾构掘进回筑砼的一半长度时(即盾尾拼装的管片进入回筑砼内)，加强管片背后的二次注浆，二次注浆采用双液浆，使管片背后形成止多道止水环，防止盾构出洞时产生涌水、涌泥砂。
4、矿山法隧道内导台在交界处施工设置一定纵坡，要保证圆顺、平滑，便于盾构顺利对接掘进至导台上。
7施工绩效
通过对深圳地铁2号线蛇口港站～海上世界站暗挖区间盾构法隧道与矿山法隧道对接加固处理，使两台盾构机顺利出洞。这种特殊的对接回筑砼端头加固方法，既保证了盾构出洞安全，又相对其它加固方法简单易行，并且经济效果十分显著，大大节约了施工成本，将成为一种安全、简易、有效的特殊洞内对接加固处理施工工法。