富水敏感区既有地铁站盾构接收控水技术研究

1 工程概况济南轨道交通1号线济南西站主体土建结构为预埋工程，方特站至济南西站区间采用盾构法施工，盾构机在既有济南西站实现接收。地铁济南西站结构侧墙与高铁站台直线距离98 m，基坑围护结构为直径1200@1 400钻孔灌注桩（C 35）+直径 700@500高压旋喷桩。济南西站盾构接收井端头自上向下依次为杂填土、粉质粘土、细砂层、卵石层、粘土层，其中细砂层厚约3 m，卵石层厚1~2 m不等，盾构接收端地质剖面图如图1所示。承压水层主要位于细砂层、卵石层，该地区地下水极其丰富，盾构接收存在突水涌砂风险。盾构接收前，对洞门范围底部打设水平探孔，发现水平孔内出现渗水情况，影响盾构正常接收。图1 盾构接收端地质剖面示意2 盾构接收控水机理分析2.1 水源分析结合济南西站工程水文地质及施工调查，分析水源主要有以下4种途径。（1）接收加固方案是在原基坑围护外9 m范围内采用“旋喷加固+减压井”的措施，但高铁济南西站于2011年6月开通运营，作为同期预埋的地铁济南西站早已回填完成，当期施工的直径 700旋喷桩止水帷幕或已失效，新加固区与原围护桩间隙成为砂卵石层承压水的通道，盾构底部以下4.2~4.5 m为细砂层，富含承压水，承压水通过济南西站钻孔灌注桩间隙及失效的高压旋喷桩止水帷幕突涌至洞门处。（2）地下水位在地面以下5~6 m，所设减压井深度及数量无法满足降低砂卵石层承压水至盾构区间底板以下500~1 000 mm的需求。（3）方案中新增旋喷桩加固桩底距离地表25.24 m，局部处于承压卵石层中，旋喷桩加固质量难以保证，可能无法完全封堵底部承压水，无法达到理想止水效果。（4）济南西站施工时工期紧张，土方回填可能存在级配不良情况，加之此处水位较高，造成洞门附近积水较深。从现场情况可以看出，涌砂涌水来源方向为两根围护桩间，可见桩间土流失较多，推测原基坑旋喷桩及围护桩为底部承压水的突涌通道。2.2 盾构接收控水机理根据分析，确定水源路径后，有针对性地采取洞外、洞内相结合的控水措施。在盾构接收端加固范围外侧施工高压旋喷桩，高压旋喷桩相互咬合形成止水帷幕，且高压旋喷桩与既有济南西站旋喷桩及围护桩咬合，以此达到竖向封闭水源补给通道的目的，保证盾构机接收区域安全可控。在接收洞门区域，施作止浆墙，采取环向注浆，在接收洞门轮廓线位置形成横向止水帷幕，确保洞门范围内水量可控。通过竖向、横向止水帷幕相结合的方式，可实现盾构接收端重点区域安全可控。3 洞外控水措施3.1 盾构接收加固区外围加固鉴于原加固旋喷桩或已失效，在接收端原止水帷幕桩位置增加两排共84根直径800 mm高压旋喷桩，咬合原高压旋喷桩，在加固区北侧增加1排45根直径800 mm高压旋喷桩，具体布置如图2所示。图2 接收端加固区布置示意3.2 地表布设补充降水井因地下水位在地表下6 m左右，接收盾构区间底板在地表下24.5 m左右，承压水水头约18.5 m。为确保安全，根据粘土及砂卵石的渗透系数及降深要求，由接收端向外在加固区两侧布设直径800 mm、井深35 m的降水井12眼（降水井在旋喷桩及水平注浆完成后实施），井内设置功率7.5 kW、扬程40 m、出水量40 m3的多级清水泵以备应急降水，通过水位观察井判定降水效果，以此降低盾构接收涌水涌砂的风险。4 洞内控水措施4.1 安装洞门钢环对洞门范围内漏水部位，预埋带有止水阀的钢管进行引流。在钢环与墙体间植筋并浇筑C 40细石高强混凝土，植入钢筋采用直径20 mm螺纹钢，锚固深度满足规范要求，确保连接牢固后完成混凝土浇筑。安装洞门钢环的目的是确保钢环与洞门形成整体，在钢环上施作止浆墙，为止浆墙提供充足的锚固力。4.2 洞门止浆墙施工4.2.1 施工流程铺挂首层钢筋网并预埋带止水环钢管→喷射首层混凝土→铺挂二层钢筋网→喷射二层混凝土→养护，喷射混凝土标号为C 25，止浆墙厚度为400 mm。4.2.2 钢筋网制作与安装（1）钢筋网直径8 mm，网格间距为150 mm×150 mm，点焊成整体。（2）为保证钢筋网安装牢固，在混凝土初喷面植筋挂设钢筋网。钢筋插入围护桩深度不小于15 cm，钻孔内填充植筋胶。（3）钢筋网外翻150 mm至洞门钢环内侧并与钢环进行焊接，确保焊接效果，从而保障止浆墙与钢环连接牢固。4.2.3 预埋带止水环套管在距洞门钢环500 mm和1000 mm处分别预埋带有止水环的钢管，钢管直径50 mm，用作后期管内打设注浆管的套管。将带止水环的钢管固定在桩基钢筋上，其中水平线以上钢管预埋间距为1 000 mm，水平线以下钢管预埋间距为800 mm，预埋方向为外插角10°。在洞门中心预留5根钢管作为后期注浆效果观察孔及注浆孔。预埋钢管共34个，预埋钢管位置如图3所示，注浆管位置如图4所示。图3 预埋钢管平面布置示意图4 注浆管位置示意4.2.4 喷射混凝土施工（1）混凝土初喷前应清除浮土碎石，通过试喷调节水灰比，使喷射混凝土表面光顺平整，骨料分配均匀，回弹量小。每隔1~3 m布设钢筋头，用于测定混凝土喷射厚度。（2）喷射顺序。自下至上、以S曲线移动喷射，均匀慢速移动。（3）喷射角度。喷射时喷头尽量保持与受喷面垂直。喷射交角过小将增加混凝土的回弹率，降低喷射密实度；垂直于岩面喷射时连续的混凝土“稀薄流”对反弹物有二次嵌入作用，可以降低回弹率，增加一次喷射厚度。4.3 打孔注浆注浆采用TGRM水泥基特种灌浆料，注浆孔直径40 mm，水泥浆由TGRM水泥基特种灌浆料和水搅拌而成，扩散半径1.5 m，注浆压力一般为1.2~2 MPa。注浆时随时观测压力和流量变化。当压力逐渐上升，流量逐渐减少，注浆压力达到终压时，稳定3 min后结束本次注浆。洞内注浆加固后，在预留的套管内进行水平探孔，探明止水效果，探孔无较大渗漏或水量不大时可进行盾构接收。

5 盾构接收盾构接收前，对加固区进行水平探孔取芯，芯样基本完整，探孔内仅有少量水流出，说明水平注浆加固起到了相应的止水效果，盾构接收过程中涌水涌砂可能性较小，满足盾构机接收条件。盾构接收过程中，盾构机平稳通过加固区，刀盘顺利抵达围护桩。破除洞门止浆墙时，仅在洞门拱脚处有少量残留水流出。破除围护桩期间，洞口及桩间亦未发现涌水涌沙现象。盾构接收过程中，对端头加固区地面沉降、周边建筑物沉降进行监测，地面最大沉降值为3.17 mm，桥桩最大沉降值为2.18 mm，西站