（1）工程简介
深圳地铁2号线土建2202标段位于深圳市南山区，主要包括两站两区间：沙河东站、科技园站、沙河东站—世界之窗站区间、科技园站—沙河东站区间。两区间大部分采用盾构法施工，在沙河东站—世界之窗站区间有500m为矿山法隧道。本文主要介绍科技园站端头盾构始发、沙河东站东端头盾构始发以及沙河东站西端头盾构到达的端头加固情况。2202标的位置关系情况如图1所示。
科技园站盾构始发端头从上到下依次为素填土、人工填石、淤泥质黏土、粗砂、黏土、粗砂、砾质黏性土。盾构隧道顶板处主要为砂层，土层分布如图2所示。地下水位距离地表约4.2m。
沙河东站盾构始发与到达端头处地层中从上到下依次为素填土、人工填石、淤泥质黏土、砾砂、砾质黏性土。除右线始发端头隧道掌子面局部范围内夹有黏土，沙河东站盾构隧道始发与到达端头地层中几乎为全断面砂层。该地层地下水主要有两种类型：一是松散土层孔隙潜水，二是基岩裂隙水。地下水位埋深约为4.8m。该区间段为大沙河下游入海口段，入海口河水受海洋潮汐影响，涨落潮水位差为1~2m，地层情况如图3、图4所示。
根据岩土工程勘察资料，科技园站、沙河东站端头隧道拱顶和拱底均位于砂层中，原设计方案采用高压旋喷桩进行端头加固，根据高压旋喷桩的特点与技术现状，结合以往旋喷桩在砂层中的施工经验，旋喷桩用在砂土地层中加固时，旋喷桩桩体的垂直度、桩体底部成桩效果均很难达到设计要求。富水砂土地层中，桩体搭接咬合效果不好会在加固体中间形成水的渗流通道，容易引发涌水涌砂、塌方等工程事故。
基于以上因素，借鉴其他项目成功经验，经过仔细分析与论证，对比各种端头加固方法的优缺点后，决定变更端头加固设计方案。变更后本工程端头加固采用以水平前进式深孔注浆为主，旋喷桩和素混凝土桩以及降水为辅的注浆加固方案。各个端头拟采用以下设计方案：
科技园站盾构始发端头加固拟采用洞内全断面水平前进式深孔注浆为主，地面两排?600mm的三重管旋喷桩加固为辅的端头加固方案对始发端头土体进行加固处理，水平注浆加固中浆液进入土体后主要是劈裂、挤密以及渗透作用，通常以劈裂和挤密为主。水平注浆管采用?42mm，壁厚3~4mm的无缝钢管或焊管，盾构隧道全断面一共布置了31个注浆孔，各个注浆孔中注浆管的长度与角度如下：1号和5号注浆管埋设角度为79°53′，长度6.09m；2号和4号注浆管埋设角度为83°37′，长度6.04m；3号注浆管埋设角度为86°11′，长度6.01m；19号~22号注浆管的埋设角度为75°57′，长度4.12m；23号~27号注浆管的埋设角度为53°7′，长度2.5m；6号~ 18号和28号~31号注浆管的埋设角度为0°，长度6m。
全断面水平前进式深孔注浆法注浆管纵向布置深度约为6m，在注浆压力的作用下，浆液进入土中逐渐向外挤密、扩散与渗透，按照以往的施工经验，一般能保证纵向9m的加固范围，由于注浆孔沿着掌子面周围布置，根据扩散原理，一般能保证上部和左右两侧3m的加固范围，同时由于注浆管设置了向下的角度，因此下部3m的加固范围也应该保证。
为了进一步保证堵水和补强的要求，避免单一加固方法由于施工操作上的失误出现加固薄弱区域，从而引发涌砂涌水、塌方等工程事故，因此地面采用三重管旋喷加固，配合水平前进式深孔注浆加固，起到补强堵漏的作用（实际上这个措施是在水平注浆实施前已经进行了的措施）。水平注浆和地面旋喷桩加固情况如图5和图6所示。
图6 科技园站端头地面旋喷加固方案（尺寸单位：mm）
根据盾构始发工作井的结构形式以及端头土体的工程地质条件和水文地质条件，沙河东站东端头洞内采用全断面水平前进式深孔注浆加固，加固方案同科技园站水平前进式深孔注浆加固方案，如图5所示；地面加固采用两排直径为1m的C15素混凝土桩，桩间采用三重管旋喷桩加固止水，并辅以地面降水，如图7所示。
图7 沙河东站盾构始发端头地面加固设计（尺寸单位：mm）
a）盾构始发端头地面加固平面图；b）1-1 剖面图
沙河东站西端（盾构到达端头）由于距基坑2m处有一条南北走向的管线无法迁改，为了确保端头土体强度、稳定性以及渗透性的要求，同时为了保证不损坏地下管线，地面加固采用1排直径为1m的C15素桩和桩间旋喷加固为辅，同时洞内全断面水平前进式深孔注浆为主的施工方案进行端头加固，地面如图8所示，水平前进式深孔注浆加固方案如图5所示。
由深圳地铁2号线地质勘察报告可知，盾构隧道断面范围内地层中主要为砾砂，地下水埋深较浅，为了保证端头土体加固效果，保证土体加固后能有较高的强度和较好的止水效果，地面采用三重管旋喷注浆固技术，以辅助洞门处的水平前进式深孔注浆加固。
三重管旋喷加固施工参数的选取直接关系到加固效果的好坏，在本次施工中主要参数选取如表1 所示。
水平前进式深孔注浆加固的施工流程具体操作与施工如下：
正式开始注浆加固之前，首先应该做好施工准备工作，选好主要机械设备，如YT-24~28风动凿岩机、ZTGZ-120/150型注浆泵等，同时必须准备好其他各种必备材料。对注浆泵进行试运转，并对操作人员进行上岗培训。按每循环使用量配齐所有注浆材料。对注浆施工人员进行技术交底、技术培训以及安全教育。
导向管长度70cm，采用内径为65mm，壁厚3.5mm钢管加工而成。一端焊接内径为65mm的法兰盘，另一端端头植于掌子面上。植入深度约为30cm，止浆墙施工后埋入30cm，最终外露10cm。
浆液的配制是水平前进式深孔注浆加固的关键，本工程中水平前进式深孔注浆采用水泥和水玻璃双液浆，水泥浆配比为1:0.75，水玻璃浓度30~35°Bé。水泥和水玻璃的体积比为3:1，具体配比根据注浆时的具体地质状况和压力变化情况以及需要的注浆凝结时间等因素进行调节。原则上，开始先注单液水泥浆，如果注浆压力上不去且浆液用量大，则逐步改用双液浆，以达到注浆压力控制要求。
注浆工作开始之前，按注浆角度和位置布设图，在连续墙内进行导向管开孔施工。开孔直径为120mm，采用钻孔取芯机进行施工，钻孔深度30cm。用快干水泥植入导向管，待快干水泥凝固后，在连续墙外侧立模，浇筑30cm的C30混凝土作为止浆墙。
①采用风动凿岩机从止浆墙上埋设的导向管进行钻孔，成孔直径50mm。
②钻孔过程中若遇到涌水、涌砂现象，则立即将注浆软管与盲板连接，用螺栓与导向管法兰盘连接后注入水泥水玻璃双液浆。如未出现涌水、涌砂等现象，则钻深8m后进行注浆。
③根据注浆断面的结构形式和浆液进入土层后可能的扩散运动方式，为了保证加固范围，主要按照以下顺序进行注浆管的布置和注浆的施工，12→13→11→14→10→15→9→16→8→17→7→16→6→1→5→2→4→3→19→20→21→22→23→24→25→26→27→28→29→30→31，28、29、30、31作为检查孔，具体注浆管布置位置如图5所示。
注浆前应进行注浆试验，确定最佳的注浆压力、扩散半径、单孔注浆量及合适的浆液配合比。按注浆要求安设注浆设备，注浆管路和制作注浆泵站。关闭孔口阀门，开启注浆泵，进行管路压水试验，如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆终压。然后将注浆泵吸管放入浆液中（吸头有D80滤网包紧），进行正式注浆。注浆时，采取低压力中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐渐减少，当压力升至注浆终压时，继续压注5min，即可结束注浆。注浆时通过控制注浆压力控制注浆量。当注浆压力较小，而注浆量较大时增大水泥浆的浓度，直至终压达到3 ~ 4MPa，持续注浆至设计孔位深度。钻杆钻进时，注意保护管口不受损、变形，以便与注浆管路连接。
（1）导向钢管外插角必须严格照图施工，保证注浆管外插角度，小导管外插角一般取5°~15°，处理坍体时可适当加大。
（2）小导管顶进钻孔长度不小于90%管长，钢管尾部外露足够长度。
（3）注浆前在地下连续墙外侧浇筑30cm止浆墙封闭洞门以防漏浆。
（5）严格控制注浆配合比及凝结时间，初选配合比后，用凝结时间控制调整配合比，并测定凝结体的强度，选定最佳配合比。
（6）严格控制注浆压力，终压必须达设计要求，保持稳压时间，保证浆液渗透范围。注浆完成后要检验注浆效果，在隧道开挖后可检查注浆固结体厚度，如达不到设计要求时，在注浆时调整注浆参数，改善注浆工艺。
（7）注浆过程中，专人记录注浆情况，并根据实际情况调整注浆压力、进度，保证注浆效果。
端头加固时间根据加固方法的不同而异，但一般考虑到加固所需时间、加固体龄期和加固体检测后所需进行的补充加固等因素，端头加固一般需要提前至少1个月进行。加固体的检测方法多种多样，科技园和沙河东站主要采用垂直取芯和水平设置探孔的方法检测端头加固体的强度、稳定性及其渗透性。
在砂层中，垂直抽芯特别要注意加固体连续性和整体性是否良好，要求抽芯率在90%以上。抽芯位置一般选取在桩间咬合部位，抽芯数量按规定选取，且每个端头不应少于根。现场取芯施工情况如图9所示。
沿洞门圈加固体范围内打数个水平探孔，观察渗水情况。探孔数量不少于6个，中间和四周均布。现场取芯施工情况如图10所示。
本工程对三个端头分别进行了垂直和水平抽芯检测，结果表明三个端头加固效果良好，加固土体的强度、稳定性和渗透性均能满足设计要求，具备盾构始发和到达条件。以科技园站始发端头为例，介绍端头加固效果检验和评定的具体情况。
首先，从外观上可以初步判定端头土体加固效果，如图11和图12所示，加固前，科技园站始发端头土体强度稳定性较差，打开探孔出现涌砂涌水现象。加固后，整个掌子面如一面混凝土墙体，强度和稳定性较好。
a）加固后掌子面情况（一）；b）加固后掌子面情况（二）
其次，按要求进行抽芯检测。科技园站始发端头垂直和水平抽芯芯样如图13和图14所示。对取芯试样进行抗压和渗透性试验，试验得出的无侧限抗压强度和渗透系数（平均值）如下：
（1）左线端头：无侧限抗压强度qu=1.21MPa，渗透系数K=1×10-9cm/s。
（2）右线端头：无侧限抗压强度qu=1.25MPa，渗透系数K=1×10-10cm/s。
该标段盾构始发与到达端头地层条件较为复杂，端头处盾构隧道几乎为全断面砂层，地下水丰富，地下水位埋深较浅，位于隧道顶板以上，而且该区间段位于大沙河下游入海口段，地下水受海洋潮汐影响，涨落潮水位差约为1~2m。在如此复杂的工程地质和水文地质条件下，该标段所有端头经过加固处理后，盾构始发与到达非常顺利，均未出现任何安全事故，分析和总结端头加固全过程，以下几点值得借鉴和学习：
（1）施工单位对地层的判断和加固工法的选取至关重要，直接关系到端头加固的效果以及盾构始发与到达的成败。该标段施工单位经验较丰富，对施工区域地层预测准确，熟悉各种端头加固工法的优缺点和地层适应性。深知在砂层中采用旋喷桩加固，地层底部很难保证成桩效果，桩体搭接咬合很难达到设计的要求，容易引发塌方、透水等工程事故。因此果断地否定了旋喷桩加固的方案，改用水平前进式深孔注浆加固为主的方案，避免了事故的发生。
（2）富水砂土地层中，采用以全断面水平前进式深孔注浆加固为主，旋喷、降水为辅的端头加固方案是可行、有效的，能起到很好增强堵漏的效果，加固后的土体满足本书前面章节中多次提到的加固体应满足的强度、稳定性、渗透性和相关的几何准则，且经济效益良好，具有很好的市场推广价值。
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知识点： 深圳地铁2号线盾构始发与到达端头加固案例分析
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