0 引言

　　近年来，随着城市轨道交通、铁路隧道、综合管廊的快速发展，盾构施工技术已经成为隧道施工的主流施工方法，盾构机在复杂多变的地质条件环境中施工时也面临各种技术难题的挑战。其中复合式土压平衡盾构机在近海区域复杂地质条件下富水动压砂层进行盾构开仓作业难度很大。带压开仓作业在富水动压砂层条件下基本很难实现，常压开仓则需要对加固区进行地基处理，安全可靠条件下才具备开仓条件。在富水动压砂层条件下常规的地基处理技术(旋喷桩、压密注浆、搅拌桩等)基本很难达到预期效果，迫切需要寻求一种新的地基处理技术。本文以深圳地铁3号线南延线3131标复合式土压平衡盾构机因中心回转体脱落，需要对中心回转体进行开仓修复及处理为例，对开仓所处地层(一部分处于全、强花岗岩地层，一部分处于富水动压砂层)，距离海边约800m的加固区进行地基处理，总结形成盾构机在近海填海富水动压砂层地质条件下，可有效、快速、可靠地对地层进行地基处理，形成加固体达到可安全开仓处理问题的条件。

　　1 工程概况

　　本工程福保站—益田站盾构区间右线起讫里程YDK0+545.328—YDK1+423.763，右线全长878.435m;左线起讫里程ZDK0+559.128—ZDK1+423.763，左线全长890.519m。区间出福保站后，由东向西延伸，下穿红花路及红花路与绒花路之间，逐渐向北偏转，先后下穿红柳道、深福保单身公寓A栋、凤凰道、桂花路、广深高速、最后沿正北方向转入益田中街，再侧穿益田村小区，接已经运营的益田站，线路平面由直线段、曲线段和缓和曲线段构成，线路最小曲线半径351m，线间距14.2～17.2m。区间隧道埋深约15.5～24.6m。使用2台NFM复合式土压平衡盾构机掘进。

　　所使用的2台盾构机均由于中心回转体与刀盘脱落，需要开仓进行机械结构的修复及改装，由于开仓所处区域是近海的填海区域，对开仓所处地层一部份处于全、强花岗岩地层以及一部份处于富水动压砂层，带压作业掌子面不能安全保压，且需要在土仓中进行动火作业，带压作业开仓操作难度极大，故需要选择常压作业进行开仓作业，本次加固区里程范围盾构隧道左线为ZDK1114.4—ZDK1121.9，盾构隧道右线加固里程范围为YDK0+951.057—YDK0+957.958。

　　本次加固区采用Φ600mm双管旋喷咬合桩@450mm密排咬合布置，加固宽度为隧道边线外扩1m，加固竖向深度范围为隧道上方5m至隧道下方2m，隧道埋深顶部为18m，底部为24m。加固完成后对加固区进行抽芯，实际成桩不理想，桩身完整性较差，短时间开仓查看了前方围岩情况，前方加固体有失稳情况发生，并向土仓中流泥和流水，因此本次加固失败。

　　2 加固失败原因分析

　　2.1 水文地质条件

　　根据地勘资料显示，加固区自上而下主要为:(1)₁素填土、(2)₃淤泥质粉质黏土、(4)₉中砂、(4)₂粉质黏土、(4)₁₀粗砂、(7)_1-2砾质黏性土、(8)₁中等风化石英岩脉、(8)₂全、强风化花岗岩。

　　加固区为近海填海区，地下水水位埋深为地下1.2～2.1m，地下水主要为潜水，带有一定承压性，且具有流动性。

　　从打开土仓查看前方围岩情况看，在中风化和全、强风化花岗岩地层中，旋喷桩加固的桩身完整性较好，但在砂层、砾质黏性土地层中桩身完整性较差。砂层孔隙率较大，含水丰富，具有流动性和承压性，与海水有一定的连通性，受潮汐水影响严重，采用高压旋喷桩施工的浆液很难停留在加固半径范围内，浆液在富水区域被稀释并随着流动水流失，很难实现凝固结晶，导致加固效果很差，这是导致采用双管高压旋喷桩加固失败的主要原因。

　　2.2 高压旋喷桩施工工艺

　　1)桩的水平位置及垂直度

　　钻机应按设计桩位准确定位，并进行水平校正，钻杆头对准桩位，精确控制桩机对中位置，允许偏差为50mm，桩机导向架倾斜度控制在<1.5%的范围内，每钻进5m测量垂直度，孔斜率≤0.5%。

　　在盾构机开仓查看前方围岩情况时，发现高压旋喷桩桩身在全、强风化花岗岩地层中存在咬合不完全的情况，说明高压旋喷桩在施工过程中没能很好控制垂直度，影响了加固效果。

　　2)高压旋喷过程中冒浆量的控制

　　在高压旋喷注浆施工中冒浆(内有土粒、水及浆液)量小于注浆量的20%为正常现象，但超过20%或完全不冒浆时，为不正常现象。本次高压旋喷注浆加固在遇上砂层施工时地表返浆量较少，采取了降低提升速度及注浆压力、加大浆液浓度、灌注黏土浆、在浆液中掺加骨料、加泥球封闭等措施后，地表返浆量仍然较少，说明旋喷浆液窜浆以及浆液流失严重，直接影响加固效果;在遇到中风化和全、强风化地层时，地表返浆量较大，采取了降低喷射压力，适当缩小喷嘴直径，适当加快提升速度等措施后，返回地面的浆量仍然较多，且水泥浆含量较大，说明在该地层进行旋喷施工时，浆液强行切割土体效果差，对土体形成挤压密实加固效果不理想。

　　3)高压旋喷桩钻孔时遇到障碍物

　　高压旋喷桩加固地层属于近海填海区域，在填海过程中不可避免地回填了抛石、漂石，由于抛石、飘石的存在严重阻碍了钻机的钻进和偏移，根据高压旋喷桩施工记录，存在桩机钻进遇到障碍，难以钻进及桩位偏移的情况，导致加固体出现断桩和畸形桩，采取了引孔措施后仍有部分桩位偏移和卡钻现象，导致该加固位置加固效果达不到质量要求。

　　4)注浆压力异常

　　根据施工记录，在高压旋喷桩施工过程中，旋喷钻头提升至砂层位置时，发现旋喷注浆压力骤减，原因是砂层中含水丰富，具有承压性和流动性，在旋喷注浆过程中，注入浆液被水流稀释及带走，很难形成固结体，极大影响了加固质量，使加固体达不到要求。

　　综合上述原因分析、本工程特点及结合常规地基处理加固方法，高压旋喷桩、搅拌桩、袖阀管压密注浆、降水固结等方法很难保证加固质量，在埋深较深、富水动压、砂层等地质条件下采用常规加固方法失败几率较高，其关键点在于处理富水动压的问题，加固需要在良好的隔水帷幕内进行方可确保加固质量。

　　3 新加固方案比选

　　根据本工程加固区工程特点，富水动压、砂层要求选取的加固方式要形成良好的隔水帷幕，并在隔水帷幕内进行加固，施工方案比选如表1所示。

　　4 咬合桩墙施工

　　4.1 加固方式及范围

　　加固里程选取范围为ZDK1 114.4—ZDK1 122.2，加固范围为长7.8m，宽11.9m的闭合矩形素混凝土咬合桩(墙)止水帷幕，并对盾构机拟定停机开仓位置掌子面处施工1排素混凝土桩以稳定掌子面。

　　咬合桩采用钻孔桩施工，桩径1.2m，桩间咬合0.4m，桩长27.0m，止水帷幕伸入隧道底3.0m，上浇筑至地面标高，采用C20P8水下混凝土。

　　完成咬合桩施工以后，为防止咬合桩搭接不到位，对桩间采用桩袖阀管注浆。袖阀管注浆深约28m，具体需考虑现场填平后场地标高。注浆段为隧道底下3m，上注浆到接近地面，加固段长度约28m。浆液采用水泥水玻璃双液浆。新加固区域如图1所示，咬合桩施工布置如图2所示。

　　4.2 施工注意要点

　　图1 新加固区域示意  

　　图2 钻孔咬合桩施工布置(单位:m) 

　　1)护筒埋设

　　护筒内径比桩径大30cm，埋设好的护筒顶面高出地下水位1.5m。护筒中心轴线对正桩位中心，确保轴线误差≤±10mm，桩垂直度偏差≤5‰，护筒顶面平整度偏差≤5mm。埋设的护筒质量影响成孔质量，确保其平面位置及竖直度，保证护筒底脚密实度，是提高成孔质量的有效途径。

　　表1 施工方案比选 

　　表1 施工方案比选

　　2)桩成孔过程中垂直度监测和检查

　　依靠旋挖机自身的仪表控制系统，靠旋挖机进行自我调整来完成，从而达到控制成孔垂直度的目的;在地面选择两个相互垂直的方向采用经纬仪监测地面以上的垂直度，发现偏差随时纠正。

　　3)泥浆质量控制

　　制备泥浆是旋挖钻机能否成孔的关键，也是影响钻孔进度和桩基混凝土质量的关键，泥浆过稀时不能浮渣影响钻进，过稠时泥浆附在孔壁上，影响桩基混凝土的质量。成孔采用制备泥浆作为孔桩护壁，泥浆材料选用膨润土或黏土，制备泥浆在泥浆池内进行，每立方米泥浆需膨润土450～500kg，加入适量烧碱可提高泥浆的黏度。

　　施工中根据出渣情况判断土层结构及时合理地调整泥浆性能指标，遇松散地层时，适当增大泥浆相对密度和黏度，保持孔内水头高度，尽量减轻冲液对孔壁的影响，同时降低转速和钻压以满足施工质量控制要求。

　　4)孔深质量控制

　　在开孔前对钻具总长度准确计算并做好记录，根据转盘标高和设计孔深及钻具总长度之间的关系计算成孔后是否达到设计深度。成孔深度达到设计孔深时可停止钻进，将钻头提离孔底20cm左右空转，稀释孔底泥浆进行清孔，用测绳准确测量孔深，达到设计孔深停止清孔，否则将重新清孔。

　　5)桩咬合质量控制

　　钻孔咬合桩施工顺序为:A1→A3→A2→A5→A4→A7→A6(见图3)。

　　图3 咬合桩施工顺序  

　　在钻孔咬合桩施工过程中，若因A1桩超缓凝混凝土的质量不稳定，出现早凝现象或机械设备故障等原因，在施工A2桩成孔施工时，其一侧A1桩的混凝土已经凝固，使旋挖机不能按正常要求切割咬合A1,A3桩，宜向A3桩方向平移A2桩桩位，使旋挖钻机单侧切割A3桩施工A2桩，并在A1桩和A2桩外侧另增加1根旋喷桩作为防水处理。

　　5 结语

　　本次地层加固通过查找高压旋喷桩施工加固失败的原因，探寻了一种新的加固方式，针对富水动压砂层等不良地质条件可以快速、安全、有效完成土体加固，并取得良好的效果，缩短了盾构机停机时间，保证了盾构机常压开仓修复中心回转体的安全性和可靠性。