盾构始发与到达是盾构法的主要施工工序之一，也是盾构施工中最容易发生事故的环节,直接关系盾构隧道能否顺利实施与及时贯通。目前，随着城市地下工程的快速发展，盾构隧道的直径和埋深不断加大，地层和环境条件越来越复杂，盾构始发与到达施工过程中的塌方、透水等工程事故有不断增多的趋势。因此，盾构始发与到达前必须根据地层条件及其变化情况进行端头加固设计和相关的调整，确定合理的加固范围，并选定合理的辅助工法后才能进行施工作业。

本专题分享江玉生教授《盾构始发与到达——端头加固理论研究与工程实践(第2版)》中盾构端头加固案例，重点介绍端头加固方案、施工工艺及加固检测手段等。本文案例来自于广州地铁3号线北延段施工10标人和站接收井端头加固工程。

工程概况

（1）工程简介

人和站位于白云区人和镇交通要道——G106 国道之下，两侧建筑物大多为2~5 层的商住楼房，距基坑25~30m。施工中必须做好交通疏解，在车站主体施工完毕后，再分别施工两侧出入口，工期紧张。

人和站北端扩大端头区段设计为10标盾构吊出井，左右线两台盾构均在此到达终点接收。

（2）工程地质与水文地质条件

人和站到达端头从上而下地层分布主要为①、④1、③1、③2、③3、④1、⑦、⑧。右线隧道掘进范围内主要③2 中粗砂层和③3 砂砾层，左线隧道掘进范围内主要是③3 砂砾层。③2 中粗砂层和③3 砂砾层地质情况描述如下：

③2 冲积~洪积中粗砂层（Q₄^al+pl）：呈灰白色、灰黄色、灰色等，组成物主要为中砂、粗砂、砾砂，含少量黏粒。局部为圆砾、卵石，呈稍密~ 密状，局部为松散状或密实状，标贯击数13~17击，平均15击。本层分布较广泛，且厚度较大，钻孔揭露厚度为7.9m。

③3 砾砂层：呈灰色、浅灰色、灰白色、黄色等，组成物主要为砾砂及圆砾，含黏粒，级配较差，饱和，呈稍密~密实状，局部松散状。标贯实测击数为15~ 22 击，平均19击。本层局部有分布，层厚1.3 ~ 6.0m。

原设计端头加固简介

原设计盾构从人和站到达端头吊出，端头地层采用?600mm@ 450mm 水泥土搅拌桩结合外包?800mm @ 600mm旋喷桩进行加固。端头土体纵向加固长度10m，宽度25m，深度19. 043m，其中实桩12m（隧道及其上下各3m）。隧道顶埋深10. 043m。

原设计施工难点和解决办法

1）旋喷桩加搅拌桩端头加固难点

（1）成桩质量不易保证。设计旋喷桩及搅拌桩加固深度为19.043m，从地勘资料分析，加固桩施工范围地层标贯高达16~28击，尤其是隧道底部标贯击数最高。加固深度大则成桩质量不易控制，土层标贯值较高，搅拌桩难以实施。

（2）交通疏解影响作业场地。人和站位于G106国道道路正下方，车站主体结构施工之后还要继续施工车站出入口，由于交通疏解的需要，人和站每次只能提供半幅场地用于端头加固施工，桩基作业面狭小，施工组织极为不便，地面加固施工工期难以控制。

（3）对环境污染较大，现场文明施工较难保持。旋喷桩、搅拌桩施工，产生大量泥浆、渣土和污水，对周边环境污染严重。

2）解决方法

为解决以上问题，通过多方了解和实地考察，综合比较分析，提出采取“全断面水平深孔注浆方案”。该方案设计思路是：在已完成的吊出井主体结构内，沿洞门周边向需要加固的土体内，全断面施作水平钻孔和斜孔，一边钻孔一边注浆加固地层并进行堵水，逐段推进注浆加固到设计深度，满足盾构到站出洞掌子面不坍塌、不漏水涌砂的安全要求。

目前，端头水平加固方案应用较多，天津、深圳、广州各地均有成功经验。

3）施工方案对比

两方案的优缺点比较如表1所示。

表1 两个方案成本、工期优缺点比较

水平加固方案

1）端头加固设计

（1）洞门土体的加固设计。洞门土体加固强度能保证洞门破除后、盾构到达时的土体稳定，且盾构能够顺利切割加固土体。

（2）洞门加固土体的抗渗性能。加固体的抗渗性能要考虑地下水位的高低，地下水的流速，土体的粉粒、砂粒、砾石的含量等。如果抗渗性能不佳，同样会造成严重的涌砂、涌水现象（特别是水+砂+压力同时存在的情况下更加危险）。

（3）洞门加固范围。盾构到达的洞门加固范围必须保证一定的加固体长度、宽度和高度，确保土体的强度和止水需要。此次加固长度定为10m，基本满足几何准则的要求。

2）端头加固方案

根据现场地质资料，人和站端头隧道拱顶和拱底均位于③2 和③3 砂层中，原设计端头采用旋喷桩加固止水和提高土体强度，根据实际施工经验，旋喷桩在砾砂质中，旋喷效果不能完全保证端头区砂体止水和稳定要求。借鉴其他项目成功经验，人和站端头加固方案采用洞内全断面水平前进式深孔注浆的施工方案。导向管采用内径65mm、壁厚3.5mm的无缝钢管或焊接管，注浆角度和长度为：1号和5号的埋设角度为83°89′，长度为10.057m；2号和4号的埋设角度为86° 17′，长度为10.22m；3号的埋设角度为87° 71′，长度为10.01m；19号和22号的埋设角度为84°29′，长度为6.68m；23号和27 号的埋设角度为65°75′，长度为3.65m；6~16号和28~31号的埋设角度为0°00′，长度为10m。详细情况如图1和图2所示。

图1 水平注浆管布置示意图（尺寸单位：m）

图2 注浆管布置侧面图及注浆管埋设角度图（尺寸单位：m）

分析和结论

如图3所示，2009年2月10日，盾构安全到达人和站接收竖井。施工单位及时变更端头加固设计，将原有的旋喷桩和搅拌桩加固改为全断面水平前进式深孔注浆加固，确保了盾构的顺利到达。

图3 盾构进入人和站接收竖井

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知识点：盾构端头加固工程案例