几种盾构隧道端头加固技术比选

几种盾构隧道端头加固技术比选

在珠三角地区，应用最多的是“搅拌桩 +旋喷桩”的端头加 固方法，现对各种端头加固方法从加固机理、适用条件、工期、 造价、对环境影响等方面进行分析比较以及各种加固方法的优缺 点在盾构隧道端头加固过程中体现出的优缺点。

1. 各种端头加固技术的比较

1.1

高压旋喷桩加固

高压旋喷桩地基加固技术， 是利用钻机把带有喷嘴的注浆管 钻至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为 20MPa左右 的高压水流从喷嘴中喷射出来， 冲击破坏土体， 同时钻杆以一定 速度向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土 中形成固结体，即为旋喷桩。

高压旋喷桩施工工艺： 高压旋喷采用双重管法（气、浆二介质）施工，高压旋喷桩 施工原理是利用高压浆切割土体， 两出浆口处包一圈气体， 使喷 出的水泥浆能均匀地和加固土体结合。水泥掺入比为

比 1：1，材料采用普通硅酸盐 42.5 级水泥；外加剂掺入比为 1%， 材料采用HA-JS1型的高效减水剂；28天桩体无侧限抗压强度不 小于1.2MPa。按25%水泥掺量计算，每 m水泥用量为：体积X掺 量X土重=0.35 X 0.35 X n X 1.8 X 0.25 X 1000=173kg,每 m水泥 用量的体积为： 173/3=57.7L 。按 1： 1 水灰比配制， 浆液比重为： 173X 2/(57.7+173)=1.50kg/L ，每 m高喷桩体需喷入的浆液量 Q 为：Q=173^ 2/1.50=230.7L，高压喷射泵泵量 100L/min，根据 现有专业配套高压注浆泵的实际泵量只能达到额定泵量的

60%---70%计算，每 m喷浆时间为：230.7/ (100X 0.65 ) =3.55min , 与此对应，每 m提升速度为1/3.55=0.28m/min

由以上计算得出推荐参数为：喷浆压力 23r/min，提升速度28cm/min，气压0.6MPa。通过试桩最后确定 施工参数，并以此进行控制。

( 1 )水泥浆配制  

拌制浆液采用 42.5 普通硅酸盐水泥拌制，浆液在使用前 1 小时内开

25%

25Mp回转速度

始拌制， 灰浆搅拌机搅拌均匀后， 倒入盖有筛网的集料 斗内中待用。浆液在喷射前不能停止搅动，防止水泥浆离析。  

(2) 旋喷钻机就位  

将高压旋喷钻机安放在设计孔位上，用两根

5mX 20cm

木作为钻机前进的轨道， 使钻头对准孔位中心， 纵横向偏差不得 大于50mm为保证钻孔达到规范要求的垂直度偏差

1.5 %以

钻机就位后， 必须作水平及垂直度校正， 使钻杆轴线垂直对准孔 位，并固定好桩机。钻机就位时，钻盘要与钻机对正，机座要平 稳，垂直施工时，钻杆的斜率不大于 1.5%，旋喷前要检查高压 设备和管路系统， 其压力和流量必须满足设计要求， 注浆管和喷 嘴内不得有任何杂物。  

(3) 旋喷钻机钻进沉管  

钻机校正固定、钻头对中后，开启空压机，高压浆泵，待正 常运转后，向孔内送气、送少量浆液，同时缓缓下沉钻针钻进成 孔，直至设计深度10cm处。 

(4) 提升喷浆及成桩  

待成孔到离设计深度10c m处，将高压泵由低速低压，调整 到设计要求压力。 为保证桩底有足够的水泥浆量， 达到设计深度 后应暂时停止提升，原地旋喷 10秒，然后按设计提升速度边旋 转喷浆边提升，直至桩顶标高为止。  

(5) 机械清洗、移位   达到设计要求后将钻机等机具设备移

动到新孔位上， 重复第 一步进行下一孔位的施工。

1.1.1

加固机理

高压旋喷法加固地基机理主要体现在 4个方面： (1) 高压旋 喷流切割破坏土体作用； (2) 混合搅拌作用； (3) 压密作用； (4) 水泥与土发生物理化学反应。

1.1.2

适用条件 该工法适用砂层、淤泥、淤泥质土、流塑、

软塑或可塑粘性 土、粉土等地层， 但在砂砾层和粘着力大的粘土中成桩效果较差。 对于地下水流速过大的地层， 无填充物的岩溶地段永冻土和

对水 泥有严重腐蚀的土质加固效果差， 度大于25m时，因

另外施工深

桩位垂直度无法保证造成加固效果较差。 在砂层特别是含水的砂 层中成桩效果相当差。一般不采用单一的施喷桩加固方案。

1.1.3

优缺点 优点：施工工艺成熟，成桩效果好，加固土体

强度均匀，并 且加固后加固体的整体止（防）水性能好，工期短。

缺点：在砂层中或软弱地层中的端头土体加固范围较大， 工 程造价较高；施工中返浆量大，泥浆排出容易引起污染。旋喷桩 的高旋喷压力可能会使始发井结构产生变形，影响附近的管线。

1.2

深层搅拌桩加固 深层搅拌桩是是利用钻搅设备将地基土

与水泥、 石灰等固化 剂搅拌均匀，使地基土与固化剂之间产生一系列物理—化学反 应，硬凝成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。

1.2.1

加固机理

深层搅拌桩加固机理主要体现在 3 个方面：（ 1）水泥的水 解和水化反应；（ 2）离子交换和团粒化作用；（ 3）硬凝反应。

1.2.2

适用条件

该加固方法主要适用适用于饱和软黏土、 淤泥质亚黏土、 新 填土、沼泽地带炭土、沉积粉土等土层的地层加固，特别是淤泥 类土，加固效果显著。在砂层中加固效果差。

1.2.3

优缺点 优点：施工工艺成熟，加固土体自稳性较好，

工期短、费用 低。加固施工中无振动、噪音和污染小；土体加固后地面无较大 隆起或沉降；对相邻建筑物无有害影响； 加固后可很快投入使用。

缺点：通常加固深度最大只能达到 18m 一般在14m深度以 下加固效果即很差，并且无法加固标贯大于 1 8击的地层。搅拌 桩加固后的土体止水性较差， 通常需要辅以旋喷桩外圈或是接口 止水。施工过程中还存在掉钻头的风险。加固体强度偏低，单独 使用风险较大。

1.3

注浆加固

注浆法是将某些能固化的浆液注入岩土地基的裂缝或孔隙 中，以改善

其物理力学性质的方法。注浆法工艺种类较多，在端 头加固施工中应用较多的是水平注浆加固和

WSSC法（无收缩注

浆工艺）。现重点介绍一种较为先进的工法一一 WSST法。它是 采用二重管钻机钻孔至预定深度后，采用一台同步注浆机注浆。 两种浆液（A液和B液（或C液））通过二重管端头的浆液混合器 充分混合。 注浆时采用电子监控手段实施定向。 定量、定压注浆， 使岩土层的空隙或孔隙间充满浆液并固化， 以达到改变原土层性 状的目的。在旋喷桩、钻孔桩 +旋喷桩止水失效时，采用水平注 浆加固或 WSST法取得较好的效果。

1.3.1

加固机理

喷浆时在不改变地层组成的情况下， 将土层颗粒间存在的水 强迫挤出， 使颗粒间的空隙充满浆材并使其固结， 达到改良土层 性状的目的。其喷浆特性是使该土层粘结力、内磨擦角值增大， 从而使地层粘结强度及密实度增加， 起到加固作用； 颗粒间隙中 充满了不流动而且固结的浆材后， 使土层透水性降低， 而形成相 对隔水层。

1.3.2

适用条件

WSSC法适用范围广，基本可用于各种土层，尤其是含水流

砂层 (高压旋喷桩和搅拌桩成桩困难的地层 )。

1.3.3

优缺点 优点：注浆管不回转，不会出现钻杆卡死或浆

液溢流现象， 有利于环保；施工噪音低；钻机体型较小，移动方便，适用较困 难的施工环境； 特别适用于隧道埋深大或是地面受限制无法从地 面垂直加固的情形。加固后土体透水性低，强度较高。造价低， 工期较短。

缺点：水平加固深度大于 6m后效果相对变差，在砂卵石层 和存在大粒径漂石的地层施工较困难。

1.4 SEW 工法加固

SEW工法是在盾构机需要穿过连续墙或钻孔桩的部分装入玻 璃纤维材料 (FFU) 来代替钢筋，在盾构始发或到达时，盾构机的 刀盘直接对采用FFU材料做成的围护结构进行切削， 避免了洞门 凿除。

1.4.1

加固机理

SEW工法加固相当于用抗压强度、刚度等力学性能较好的材 料置换

了土体。

1.4.2 1.4.3

适用条件 该工法适用于各类地层。

优缺点 优点：该工法相对于从地面进行搅拌桩和旋喷

桩加固而言， 会更经济、更安全，施工进度更快；对于埋深较深的盾构法隧道 更具有经济性。工期短、无污染

缺点：该工法不太适合泥水盾构始发端头加固， 更适用于土 压盾构和泥水盾构到达的端头加固； 另，以刮刀为主的盾构不宜 采用。在软弱地层中需配合其他加固技术使用。

2.结语 从长远来看，建筑行业要走一条科技含量高、经济效益好、 资源消耗低、 环境污染少的道路。 盾构法隧道施工也要向促进环 保节约的可持续发展方向迈进。

以上各种加固技术都存在一定的缺点，从而限制了其使用。 在盾构隧道端头加固中， 经常采取多种工法相结合的方式来达到 最终效果， 从而增加了工程管理的难度和延长了工期。 开发适应 性更强的加固技术具有一定的经济和社会效益。