吴玮
（中铁十六局集团有限公司，10086）
【摘 要】在复杂地质条件下，盾构掘进过程中，盾构刀具的更换在所难免，但是由于地质的复杂性，无法预判开仓换刀位置并提前对其进行加固。未经过加固的掌子面土体自稳性差，透水性好等，使得盾构刀具的更换常常存在较大的风险，无法直接常压或带压开仓，必须采取其有效方法对盾构机停机位置的土体进行加固，保证开仓换刀的绝对安全。本文通过实际应用过程中加固效果的质量，对旋喷加固和地面注浆两种掌子面土体加固进行对比和分析，以及结合使用的优势进行研究，以供后期类似工程项目参考。
【关键词】复杂条件；旋喷加固；地面注浆；土体加固；刀具更换
引言
随着城市规模的不断扩大，地铁已经成为了人们出行最主要的交通工具之一，越来越多的地铁线路被审批，越来越多的盾构机投入使用，但是由于区域地质的差异，盾构施工将面临的地质风险也同样在增加，在盾构施工过程中，盾构刀具更换风险更是越来越突出。由于换刀时掌子面的不稳定，必须采取一定的加固措施才能保证刀具更换的安全，旋喷桩加固和地面注浆加固就是其中的两种加固手段，本文以广州市轨道交通九号线施工4标花都广场站～马鞍山公园站盾构区间和马鞍山公园站～莲塘村站盾构区间的工程为例，对旋喷加固和地面注浆进行分析和对比。
1．定义和适用条件
1.1 旋喷加固
旋喷加固，将带有喷嘴的注浆管下入钻孔内旋转，并以高压喷射水泥浆，使之与周围土颗粒混掺，凝结，硬化而成桩，以加固松软地基。
1.2 旋喷加固适用条件
（1）开挖面的围岩自稳性差，常压和压气换刀不成功；
（2）地面情况良好，有足够施工场地；
（3）对工期要求不高；
（4）地下无管线；
（5）对软土地基的加固。
1.3 地面注浆
地面注浆，本文选择袖阀管注浆，是通过较大的压力将浆液注（压）入岩土层中，注浆芯管上下的阻塞器可实现分段分层注浆，可由施工需要选择连续或跳段注浆。此工法在需要全程注浆的施工中，通过分段注浆，使得松散的地层和较密实的地层均得到很好的注浆加固效果，避免了以往的注浆工艺在松散地层和较密实地层同时存在时，松散地层注浆量大、较密实地层注不进浆的现象的发生。
1.2 地面注浆适用条件
（1）开挖面的围岩自稳性差，常压和压气换刀不成功；
（2）地面情况良好，有一定的施工场地；
（3）工期要求高；
（4）地下无重要管线；
（5）可作为软土和岩石裂隙注浆。
2．旋喷加固工艺简介
2.1 流程图
3.3 注浆参数
（1）袖阀管深度：掌子面正前方的深度为到达岩面即可。
（2）注浆压力0.7～1.2Mpa，注浆终止同时考虑每米注浆量和注浆压力，注浆终压2.0Mpa；使注浆体的直径为1～1.2m。
（3）水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥；
（4）双液浆的设计配比参数：现场配合比试验时，以初凝时间为指标进行控制，并且综合考虑浆液的可泵性时间。
水泥浆水灰比 = 1：1，水泥浆：水玻璃液＝ 1：1（重量比），具体参数以试验为准。
（5）注浆压力以相对小压力压力0.2～1.0MPa、多次数3～4次。
4．加固时盾构机内注意事项
4.1由于旋喷或注浆时的压力较大，浆液容易跑入土仓内，因此在施工前盾构机土仓内需充满膨润土浆液，减少土仓水泥进入量和凝固时间，便于后期的土仓清理；
4.2 考虑主轴承密封的最大承受压力，当土仓压力达到3.5bar时，需停止注浆，间隔一段时间后此区域采用低压力注浆的方式慢速提管，减少压力并保证加固的密实度；
4.3 注浆前需通过盾构机的径向孔打入聚氨酯等化学浆液达到防止浆液裹住盾体；
4.4 注浆时螺旋机需间歇性反转，防止浆液堵塞螺旋机；
5．实例分析
5.1 花马区间左线上软下硬掘进时刀具损坏，76环开始准备开仓换刀，经常压和加压换刀失败后，考虑地层较好，隧道内的地质情况从上到下依次为：<3-2>砂层（0.5m），<5c-1A>残积土层（4.8m），<9C-1>炭质灰岩微风化岩（0.7m），采用地面袖阀管注双液浆的方式对土体进行加固换刀，加固工期大约为7天，注浆量约80方；布孔图和参数控制见上述。
开仓后，发现土仓内有凝固的浆液，挂在土仓内的搅拌棒上，比较好清理，且刀盘能转动，切口环部位有微小渗水；在采用常压换刀时，刀盘转动过程中，发现土体成小块小块的剥落，逐渐渗水点加大，大约4天后，土体大面积剥落，刀具基本更换完毕，关仓恢复掘进。
5.2 马莲区间右线上软下硬掘进时刀具损坏，628环开始准备开仓换刀，先期采用了带压换刀，地面有漏气，进仓检查刀具发现部分刀具变形需要动火。隧道内的地质情况从上到下依次为：<3-2>中粗砂层（约3米厚）；<4N-2>冲积-洪积粉质粘土层（约2米厚）；<9C-2>炭质灰岩岩石微风化带（约1米厚），地面有施工场地，故重新采用了地面旋喷加固的方法加固换刀，加固工期约20天，旋喷164根桩。布孔图和参数控制见上述。
开仓后，发现土仓内有较多的水泥块挂在土仓壁上，基本无渗水，进行简单清理后，刀盘能旋转；在采用常压换刀时，刀盘初期转动过程中，土体无剥落，但有少量渗水，转动刀盘约3天后，有土体剥落，大约7天后，刀盘右侧渗水加大，成喷出状。由于需要动火更换刀具，因此刀具只更换了11把左右；喷砂加大后，立即采用准备好泥浆充填土仓，建立仓压，减少砂土流失，然后在旋喷桩的漏水位置，1m间距布置5根袖阀管，注浆约40方，重新开仓后整个掌子面很稳定，漏水很小，7天后刀具更换完成回复掘进。
5.3 从上述实例可分析出，每种注浆的方式都有优缺点，分别如下：
旋喷加固时，加固体整体性较好，抗塌方性强，但接缝容易漏水，和岩面的接触面也容易漏水，工期长。
地面注浆时，加固体整体性一般，土体容易小块剥落，填充空隙能力强，工期短，但是土体加固效果不如旋喷加固好，较容易塌方。
通过马莲区间的第二次袖阀管注浆加固看，通过将旋喷桩和注浆结合使用的方式能把两种的优缺点进行中和，可以达到很好的实际效果。
6．结束语
本文未对具体的施工方案进行详述，但提供了加固的布孔图，因为布孔的数量、间距、注浆参数等因素也将影响加固的效果，因此不同的布孔方式会达到不同的结果。通过两种方式的分析对比，能让我们清晰的认识到旋喷加固和地面注浆两种方式结合更能保证加固土体的稳定性，保证刀具更换的安全，但是工期相对延长了。本文对旋喷加固和地面注浆两种地面加固方式简单进行了分析和对比，希望能够对后期类似工程提供参考。
论文作者:吴玮
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年7月供稿
论文发表时间:2015/11/11
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