摘  要：总结并分析了西安地铁盾构施工穿越古城墙建筑,同时介绍了成功的加固方案和施工方法,并结合西安地铁的地表沉降现象,验证了该加固方案的实用性和可借鉴性。

关键词：地质；加固；方案；工艺；机理

 

      西安市地铁一号线（后围寨～纺织城段）工程的五路口站～朝阳门站区间隧道（简称：五朝区间）起迄里程为Z (Y)DK21+536.250～Z(Y)DK22+384.200（其中 ZDK22+274.282=ZDK22+270.274 长 链4.008m), 左 、 右线区间分别长：851.958m 和 847.95m，均采用盾构法施工。

      右 线 在 里 程 为 YDK22+165.234～YDK22+203.232段下穿朝阳门明城墙，本城墙于1993年重新修缮，城墙北部为含两层地下室的钢筋砼框架结构，基础采用静压桩基。

      左线下穿朝阳门北城墙下的地下室，地下室底板埋深约3.7m，地下室底板下双排静压桩，桩长14.4m，盾构隧道与静压桩平面最小净距约为2.441m。区间隧道右线下穿朝阳门城门洞，门洞基础为5 排静压桩基，桩长为 15.5m，与右线竖向最小净距约 0.742m，平面最小净距约为2.863m （详见下图1- 1盾构过朝阳门城墙平面示意图；图1- 2盾构过朝阳门城墙横剖面图）。

      盾构在穿越朝阳门门洞下部时主要位于1- 1老黄土层和粉质粘土层中，左线区间隧道与城墙地下室基础最小净距约为15.4m，右线区间隧道与城墙门洞基础最小净距约为 15.5m。地下水位埋深约6.5m（详见下图 1- 3 盾构过朝阳门城墙地质剖面图）。

      朝阳门城墙采用 Ф42 袖阀管进行预加固，间距 0.6m×0.6m，有效加固深度 3m。

      （1） 朝阳门门洞结构基础两侧，详见下图2- 1。

      （2）朝阳门北城墙加固范围为沿城墙方向盾构中线向北 16m 范围，城墙东西两侧各打设一排（详见下图2- 1）。

      （1）预埋袖阀管

      在盾构机通过城墙前在地表沿城墙四周对城墙基底下方预埋袖阀管注浆加固，袖阀管埋深在地下水位以下。袖阀管间 距 0.6m×0.6m，梅花形布置，加固范围为地面下3m。当地表沉降或城墙倾斜值达到报警值时，立即进行跟踪注浆。注浆采用 1:1水泥－水玻璃双液浆，注浆过程中应注意控制注浆压力，防止注浆压力过大，造成对城墙基础的破坏，注浆压力初步定为0.4～0.8MPa。

      （2）盾构掘进参数

       选择盾构机通过城墙前的 10环管片，作为盾构过城墙时的模拟段进行掘进，以确定在无城墙加载时的地层参数，根据模拟段的掘进参数，总结并制定详细的城墙段盾构掘进参数，保证城墙段施工的安全。

      在盾构机下穿朝阳门城墙过程中，将古城墙作为地面荷载进行土压力计算，其土压力为控制在0.2~0.25MPa， 掘 进 速 度20~30mm/min， 同 步 注 浆 压 力0.18~0.2MPa，同步注浆量 4~5m3，二次注浆压力 0.2~0.25MPa。

      通过钻孔向地层中压入水泥浓浆或速凝型浆液，随着地层的压密和浆液的挤入，在压浆点周围形成大小不一的固化浆泡，形成一层固化浆泡层，提高土体的强度和抗渗能力，从而达到加固土体的目的。

      根据设计图纸，朝阳门城墙袖阀管注浆加固范围为城墙 5 个门洞两侧，每个门洞两侧城墙脚下布设一排袖阀管，平面布置图如图2- 1。 袖 阀 管 采 用 φ42， 间 距0.6m×0.6m，一字型布置，长 4m，暂不注浆。袖阀管埋设完成后，用宽胶带或塑料布封闭管口，堵塞注浆口，并用钢制盖将袖阀管口遮盖防止杂物落入，待盾构通过后，如果地表沉降或城墙倾斜值达到报警值时，立即向袖阀管内注浆加固，浆液采用水泥-水玻璃双液浆（配比 1：1。在盾构通过之前进行注 浆 加 固 ， 注 浆 压 力 控 制 在0.4MPa~0.8MPa之间。

      （1）袖阀注浆管及花管、心管：袖阀注浆管为每节长0.3m 至 3m、内径 40mm、外径 42mm的硬质塑料管，它是由钙塑聚丙烯制造而成。注浆管内壁光滑，接头有螺口，端头有斜口，外壁有加强筋以提高其抗折强度。注浆管分 A、B两种，A 种注浆管上未开设溢浆孔，B 种注浆管上开有 8mm 的溢浆孔 6个，注浆管构造如 （详见下图2- 2）。在 B种注浆管有孔部位外面紧紧地套着抗爆破压力为 4.5MPa的橡胶管，橡胶套覆盖着溢浆孔，这样，注浆时，浆液可以通过溢浆孔进入地层，如管外压力大于管内时，小孔外的橡皮套自动闭合而地层中的水和颗粒不能进入注浆管中，从而达到注浆管的单向阀作用。

      （2） 每个注浆长度固定为60cm~200cm，还可以根据地层情况调整注浆长度，实现定量定尺可控注浆。

      （3）可根据需要灌注任何一个注浆段，还可重复注浆。

      （4） 注浆前由于套壳料的作用，阻断了孔孔之间及单孔的前后之间的通道，可使用较小的注浆压力，注浆时冒浆和串浆的可能性较小。

      （5）由于在被加固的地层中，进行了多点、定量、均衡的注浆，注浆体在地层中均匀分布，均匀连接，因此，大大提高了被加固地层段的整体稳定性。

      施工工艺流程见图2- 3。

      （1）钻孔：要求保证钻孔的垂直度。

      （2）安装袖阀管：安装袖阀管包括安装套壳料、袖阀管并连接一定要保证质量，连接紧密、不得有断开现象；封口按设计进行封口料的制作，并保证封口的长度在1.5m以上。

      （3）安装 PVC 管：先检查注浆头的状况，如单向阀的状态是否良好；检查管路不能有堵塞现象，并保证各节管路的连接质量；如果袖阀管出现堵塞，应先进行洗管，尽量使PVC管伸至孔底。

      （4）浆液制作：按设计和现场值班工程师提供的配合比拌制好浆液，浆液的比重符合要求，添加剂按试验人员确定的参量进行添加，保证水泥浆液的配制质量。

      （5）开注浆机：在一切工作都做好后方可开注浆机进行注浆，注浆过程中主要通过听声音、看压力、看注浆量来判断注浆的实施效果；听声音是否有异常，看压力是否过高，看注浆量是否达到设计的注入量；这个过程主要靠注浆司机来控制，另外注浆司机还要做好注浆记录，来保证记录的真实性。

      （6）双液混合：双液注浆一般把 浆 液 的 凝 固 时 间 控 制 在60~120s，主要根据注浆要求和作用的不同，通过调整浆液的配合比和水泥液的浓度比重，来调整浆液的凝固时间。双液浆是在注浆机的混合器处混合的，理论上浆液比例是1：1，但有时由于注浆机的一些原因，会造成比例相差较大，所以现场要经常做试验，必要时从混合器处取浆液来做试验，以保证合理的浆液凝固时间。

      （7）清洗及文明施工：在注浆完毕后要及时清洗注浆机、搅拌机和各种管路，这是一项非常重要的工作，不能马虎。另外就是要做好现场文明施工工作，做到工完料清。