摘要:在软弱地层中由于一般盾构带压开仓未能满足长时间作业，需要采取加固措施创造常压开仓条件，来对盾构机刀盘进行开仓动火作业或设备检修改造。因需满足长时间常压开仓，结合考虑经济性及场地条件，通过对比冷冻法、搅拌加固等方案比较，通过采用地面钻孔化学注浆加固+填仓方式创造常压开仓进行尝试，总结本次成功案例，为同类工程提供借鉴参考。 关键词:丙烯酸盐;富水砂层;盾构开仓
1、引言
复合地层双仓式泥水盾构掘进施工由于经常存在堵管、堵仓现象，掘进不连续，导致泥水仓切口压力波动频繁，影响掌子面的稳定控制，对此需要采取加固措施创造常压开仓对盾构机设备进行改造，解决堵仓、堵管问题及刀具更换。此次加固盾构机所处掌子面地层自上而下为<3-2>中粗砂、<5n-2>硬塑状碎屑岩残积土、<6>全风化泥质粉砂岩。在此地层中常压开仓是一个巨大的挑战，国内应用丙烯酸盐地面加固常压开仓施工技术极少，十一号线出入段线Ⅰ
超低温制冷机
线采用了丙烯酸盐地面注浆加固创造常压开仓顺利完成了设备改造及刀具更换作业，应用取得了关键成效。
2、工程概况
蒙自水芹广州地铁十一号线出入段线Ⅰ线连接赤沙滘站和赤沙车辆段，从赤沙车辆段始发，沿东南方向敷设，穿过红卫村用地，下穿华南快速干线，下穿大洲涌后东折，沿新滘中路布置，进入赤沙滘西端明挖段。Ⅰ线长1297m，隧顶埋深为11~17.7m，最大坡度为25‰。
3、工程地质及水文情况
3.1加固及开仓位置地质情况
Ⅰ线隧道从上至下地质主要为<2-1a>淤泥、<2-2>淤泥质粉细砂、<2-3>淤泥质中砂、<2-1b>淤泥质土、<3-2>中粗砂、<5n-2>硬塑状碎屑岩残积土、<6>全风化泥质粉砂岩、<7-3>强风化泥质粉砂岩。埋深13.5m。 加固区地层为<3-2>中粗砂、<5n-2>硬塑状碎屑岩残积土、<6>全风化泥质粉砂岩，洞身3m的<3-2>中粗砂，隧顶为厚度3.82m的<3-2>中粗砂。
3.2水文情况
加固区域中粗砂<3-2>中，其含水性能与砂的形状、大小、颗粒级配及黏粒含量等有密切关系。<3-2>层透水性强，含水层较连续分布，富水性较好。
根据场地内水文地质特征及场地情况，抽水试验 2 组，共进行 12 次降深试验。在砂层及基岩、岩层、砂层，对砂层、基岩强中风化层分别进行抽水试验，利用抽水试验成果如下：
表1 抽水试验渗透系数成果一览表
根据试验成果可知，砂层透水性较好，红层强风化和中风化层透水性弱。
3.3加固及开仓位置地面概况
地面刀盘切口环里程为：IDK1113.22，盾构掘进177环s=306mm位置，加固及开仓位置地面为红卫村农田范围靠近赤沙涌侧，刀盘所处位置为赤沙涌绿道与红卫村农田范围，加固前将完成施工现场围蔽，加固位置距离北侧赤沙涌河道位置约为4.26m。
图2 地面平面示意图
4、盾构机加固开仓目的
盾构机掘进至177环，考虑到下穿河涌段为190环，长距离下穿赤沙涌存在较大风险，加上
自动打饭机盾构机掘进过程出浆管频繁堵塞，掘进过程中气垫仓与泥水仓处闸口频繁堵塞导致切口压力波动较大，容易造成地面沉降。为了避免盾构机下穿河涌掘进由于压力波动，掘进不连续导致压力击穿河床风险，保证盾构机下穿河涌顺利掘进，需对盾构机设备进行常压开仓改造优化。
5、加固方案
5.1加固方案机理
丙烯酸盐分子结构为化学键缩合连锁反应成大分子结构，具有真溶液、粘度低、可灌性和渗透性好，通过快速渗透至软土地层中形成整体性，能渗透到0.03~0.001mm缝隙中，甚至能深入到软土泥岩中，浆液凝结时间快，化学灌浆材料能快速达到设计强度（10min左右），从很稀的液体变成凝胶体或固结聚合物，粘度突变特性强，最终形成固结、堵水或空腔充填，达到粘结、抗压、抗拉、抗剪切、适应动压变形性等。丙烯酸盐加固在富水地层中体现较强的堵水反应特性和反应结果，在水中破碎体注浆固结，浆液固结特性和力学性能不受水影响，是亲水型凝胶材料。
图3 丙烯酸盐灌浆凝固时间曲线 图4 水泥灌浆凝固时间曲线
5.2加固方案
注浆加固范围为盾构机刀盘上方宽3米，长8.28米，盾体上方布置两排纯丙烯酸盐化学注浆孔位,梅花形间距0.8475m，排距0. 75m，钻孔深度13.4m（盾体上方0.1m），加固范围：13.4~8.5m范围，加固深度4.9m。
刀盘切口环上方布置1排双液注浆孔位,梅花形间距0.8475m，排距0. 75m，钻孔深度13m（刀盘上方0.5m），加固范围：13~8.5m范围，加固深度4.5m。
刀盘前方布置2排，间距0.8475m，排距0. 75m，加固深度盾构机底部以下1.5m，钻孔深度21.28m，加固范围：21.28~8.5m范围，加固深度12.78m。
盾体两边各布置1排丙烯酸盐加水泥注浆孔位,梅花形间距0.8475m，排距0. 75m，加固深度盾构机底部以下1.5m，钻孔深度21.28m，加固范围：21.28~8.5m范围，加固深度12.78m。
图5 化学注浆加固示意图溶洞处理
5.3加固工艺流程
地面注浆施工前测量部门需根据交底对地面注浆加固孔位及刀盘位置进行放点。变速箱取力器
（1）钻孔
本次加固共计57个孔，钻孔时须严格根据测量放点位置进行钻孔。钻孔深度根据现场情况和需要调整，钻头不得接触到盾构机盾体，避免对盾体造成损坏。
（2）下注浆管：首先制作诱导管，用Φ50塑料管制作，管周边钻Φ5的小孔，间距约250mm，梅花形开小孔，根据注浆加固厚度来确定花管长度。
（3）封孔：下管完成后管外缝隙灌注水泥化学浆进行封堵。
（4）冲管：管外缝隙封堵硬化后，用高压水把管内泥沙冲洗干净。
（5）安装灌浆管路系统，然后进行灌浆。灌浆自下而上，缓慢进浆，少量多次的施工工艺。
图6 地面加固照片
5.4前期辅助加固
吸咪头
5.4.1径向孔注入膨润土及聚氨酯
目的：
盾构机在加固前通过中体径向孔注入膨润土，防止地面加固导致卡盾。
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