1、1引言盾构法因其安全、效率高、对环境扰动小等优点，被广泛应用于隧道建设1，实现了复杂地质条件下隧道的快速施工2。目前，盾构技术正向着大埋深、大断面、长距离等方向发展，伴随着跨河、跨湖、跨江、跨海的水下隧道建设需求，超大直径泥水盾构应运而生。受目前工艺限制，超大直径泥水盾构的施工仍面临许多挑战，如盾构吊装、始发、接收、泥水仓压力计算、带压开仓等工序中存在众多难点和风险点，其中盾构始发是最为棘手的问题之一，尤其是在富水软土地层中进行超大直径盾构始发，极易发生塌方、涌水等工程事故3。因此，盾构始发端头加固方案的确定至关重要4。2工程概况及地质条件2.1工程概况本文以济南黄河隧道（济泺路穿黄隧道）北岸
2、盾构始发井基坑工程为依托，隧道位于济南城市北部，采用市政道路与地铁合建方案，为超大断面盾构法隧道，刀盘直径15.76m。2.2工程地质与水文地质条件该隧道工程地处冲积平原，根据钻孔揭露，地层主要为素填土、细砂、粉质黏土。盾构始发层位于粉质黏土层。该基坑工程所处地貌单元为黄河I级阶地，地表水主要为黄河河水、水库及水塘等，地下水埋深1.101.70 m。3加固方案选择为满足盾构机吊装及始发的需要，始发井基坑宽度设计为50 m，开挖深度为31.2 m，围护结构设计为1.2 m地连墙，深度51.5 m，采用水下C35钢筋混凝土浇筑，接缝处使用H型钢连接，并配合800 mm600 mm的旋喷桩进行加固并
3、作为止水帷幕，桩底伸入基坑以下14 m，内撑采用7道钢撑+混凝土撑。由于盾构吊装时龙门吊和盾构组件的荷载较大，在上述加固措施基础上，再采用裙边+抽条对始发井进行加固，抽条宽3 m，净距3 m。盾构吊装和始发前，需对始发端头进行加固，结合洞门所处地层条件，经过研究，决定对始发端头采用水泥系（三重管旋喷法）+冻结法的加固方法，能够满足富水软土地层的加固要求和止水要求。加固区见图1。富水软土地层大直径泥水盾构始发端头加固技术Reinforcement Technology of Starting End of Large Diameter SlurryShield in Water Rich Sof
4、t Soil Layer张晴（中铁十四局集团大盾构工程有限公司，南京 211800）ZHANG Qing（China Railway 14th Bureau Group Shield Engineering Co.Ltd.,Nanjing 211800,China）【摘要】以济南黄河隧道盾构始发工程为依托，介绍工程概况及地质条件，并对富水软土地层中超大直径泥水盾构始发端头加固技术进行研究，发现采用三重管旋喷法+垂直冻结法对始发端头进行加固，可有效降低洞门凿除和盾构始发的风险。【A b s t r a c t】Based on the shield starting project of Jin
5、an Yellow River tunnel,this paper introduces the engineering general situation andgeologicalcondition,studiesthereinforcement technologyofthestartingendofsuperlarge-diameterslurryshieldinwaterrichsoftsoillayer.Itis found that the reinforcement of the starting end by triple pipe rotary jet method+ver
6、tical freezing method can effectively reduce the risk oftunnelportalchiselingandshieldstarting.【关键词】软土地层；大直径盾构；盾构始发；高压旋喷桩；冻结法【K e y w o r d s】softsoilstratum;largediametershield;shieldlaunching;highpressurejetgroutingpile;freezingmethod【中图分类号】U455.43【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）03-0179-03【DOI】10.136
7、16/ki.gcjsysj.2023.03.053【作者简介】张晴（1993），女，山东济南人，工程师，从事地下空间工程研究。Construction Technology工程施工技术179Construction&DesignForProject工程建设与设计加固区图 1济南黄河隧道工程剖面图4三重管高压旋喷加固三重管高压旋喷法即用3层喷射管，同时向地层中高压喷注水和空气，低压喷注水泥浆，水和空气可切割土体，而后水泥浆注入土体的孔隙中，实现加固的效果。始发端头三重管旋喷加固设计指标为：（1）加固区边缘距洞门5 m，长度为20 m；（2）无侧限抗压强度不小于1.0 MPa；（3）渗透系数k11
8、0-7cm/s。具体流程见图2。测放桩位引孔钻机就位开孔检查钻进成孔换浆清渣清孔移钻启动高压机送风试喷检查启动高压泵送水插入高喷管浆液配制泵送高喷作业观察高喷参数孔内保持满浆回灌搬迁图 2三重管旋喷施工工艺流程4.1场地平整施工前，首先应探明地下管线的分布，对管线进行改迁或者做好保护，然后将地面整平；其次，备好施工所需设备，提前做好线路的布设工作。4.2桩位放样场地平整完成后，采用全站仪进行桩位放样，做好标记，严格控制桩孔中心偏差。4.3钻机就位将钻机移至指定位置，进行调平和垂直度检查校正，严格控制孔位偏差5 mm，严格控制垂直度偏差1/500；开机前检查确保线路正确连接、设备正常运行。4.4
9、成孔、清孔准备就绪后引孔钻进，钻进过程中应注意垂直度的检验和矫正，确保成孔的垂直度、深度满足要求，并及时清孔。4.5插入高喷管钻孔完成后，将岩芯管拔出，换上喷射注浆管，用塑料布包裹高压水喷嘴，将注浆管缓慢插入孔中达到设计深度。在插管时，应小水压边射水边插管，以防止泥砂进入管内，导致喷嘴堵塞。4.6旋喷提升浆液制备完成，喷射注浆管就位后，便可以进行旋喷提升。为了提高桩底的成桩质量，开始旋喷后，速度不应过快，桩底部分可适当延长时间。提升钻杆应连续进行，不能中断，直至完成旋喷。5冻结加固始发端头盾构吊装的荷载主要由高压旋喷桩的加固体承担，冻结法的作用主要是洞门凿除时的止水作用。始发端头冻结加固设计指
10、标为：（1）冻结加固区上、左、右边缘距洞门5 m、下边缘距洞门4 m，厚度2 m；（2）冻土平均温度-13；（3）盐水温度-28-30，盐水去回温差2；（4）洞门周边水平探孔温度-5。5.1钻孔与下管首先按冻结孔设计位置固定钻机，用取芯钻开孔，为了保证钻孔精度，钻进前要确认钻杆垂直度、每钻进5 m进行一次垂直度的检验和矫正。钻进时，应根据需要，做到匀速旋转、钻进。钻孔完成后进行下管工作。冻结管应在预先配组完成，并清除冻结管内的杂物。先将第一根管的底部进行焊接密封，然后逐一与后续钢管焊接并下放，下放完成后，进行试压并封堵管口，最后用土将冻结管周围的空隙填实。冻结孔最大偏斜值不超过250 mm。靠
11、地连墙的第一排冷冻管控制外偏，外偏最大偏斜值不超过100 mm。如超过此规定，需逐一复核所有终孔间距，绘制终孔图提交设计单位复核，如超过终孔间距的控制规定，应考虑是否增加冻结孔，作为施工措施予以补救。1805.2测斜与测漏工作测斜工作采用经纬仪灯光测斜法进行，灯光测斜是指将光源作为观测标志。冻结管下管完成后，放入光源，用经纬仪的对点器分段观测冻结管内灯光的位置，解析出钻孔在某深度的偏距、偏向和偏斜率。测漏工作采用加压法进行。冻结管测斜工作完成后，需通过测漏对其密封效果进行检验。向冻结管里加入水，然后焊接密封测漏管，通过阀门加压到0.8 MPa，压力能够稳定1 h后则视为密封合格，如果不合格则应
12、拔出冻结管重复上述工作，直至密封性达标。5.3供液管的施工冻结管施工完毕后在冻结管内下入一长一短两根盐水供液管。施工时将短管底部切除一部分以增大回液面积，并将冻结管管口焊接密封。5.4管路连接所有供液管下放完毕后进行管路连接工作。整个系统的管路分为去、回两路，冻结管之间采用串并联的方式连接，两个孔串联成一组，并根据组数在去、回的路上布置相应数目的进出液孔，各组并联与去、回路连接。管路连接简图如图3所示。盐水系统制冷机冷却系统图 3管路连接简图5.5管路保温盐水箱、盐水管路采用保温板包裹形成保温层进行保温，厚度50 mm，保温层的外面包扎严实；用高压胶管连接集配液圈与冻结管，每组冻结管的进出口各
13、装一个阀门，以便控制流量；冷冻机组的蒸发器及低温管路采用棉絮进行保温。5.6拔管方案在盾构始发进入洞门圈后，刀盘顶部距离冻结壁20 cm时进行拔管作业，所有冻结管一次性拔除，拔除后用M15砂浆回填冻结管孔洞，所有拔管工作需在24 h内完成。拔管采用热盐水循环局部解冻的方案，通过热盐水循环使得冻土融化至4060 mm时，进行拔管。操作步骤如下。1）盐水加热：用电热丝对盐水进行加热，加热至4050；2）盐水循环：利用盐水泵进行热盐水循环，循环5 min左右便可进行试拔，边循环边拔。3）用千斤顶进行试拔，拔起约20 cm时，停止热盐水循环，并将热盐水排出，然后用吊车快速拔出冻结管，边拔边转动冻结管，
14、如拔不动时，再进行一遍热盐水循环，直至拔管完成。热盐水循环及吹盐水系统见图4。图 4热盐水循环系统图6结语济南黄河隧道盾构始发工程，在富水粉质黏土条件下，采用三重管高压旋喷法+垂直冻结法对始发端头加固，实现盾构安全始发，可有效降低洞门凿除和盾构始发的风险，以期为类似工程提供参考。【参考文献】1岳小丽,何亚伯.隧道盾构法施工的成本分析与降低成本措施J.现代隧道技术,2008(2):69-72.2肖明清.国内大直径盾构隧道的设计技术进展J.铁道标准设计,2008(8):84-87.3韦良文,吴韬,张庆贺.大直径盾构隧道出洞段土体稳定性分析J.低温建筑技术,2006(2):85-86.4胡俊.高水压砂性土层地铁大直径盾构始发端头加固方式研究D.南京:南京林业大学,2012.【收稿日期】2022-06-09Construction Technology工程施工技术181