高水头深厚砂层地区的盾构端头土体加固体系技术领域
本发明属于轨道交通工程、市政道路、综合管廊等工程领域，具体涉及一种高水头
深厚砂层地区的盾构端头土体加固体系。
背景技术
在地铁工程中，盾构法是区间隧道施工的一种常见方法。盾构的始发与到达是盾
构施工过程中的两个关键节点，同时也是施工的重难点。盾构端头加固通常采用竖直注浆、
旋喷加固或者水平冻结法。采用竖直注浆、旋喷加固形成的加固体均匀性较差，会出现漏
水、漏砂等现象，影响了加固土体的整体质量，并且局部土体会出现强度未达到设计指标或
施工要求而产生塌方进而威胁到盾构进出洞时的安全。采用水平冻结法进行加固时，冻结
加固体所产生的冻胀及融沉较难控制，对周边环境影响较大。并且采用水平冻结法时需要
在车站端墙施工冻结管，冻结管施工会对车站侧墙及防水层造成损伤，影响车站的结构安
全及防水效果。另外冷冻法相比竖直加固而言，造价增加较多，经济性较差。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种高水头深厚砂层地区的盾构端
头土体加固体系，减小高水头深厚砂层地区的盾构进出洞过程中土体出现的涌水、涌砂的
风险。
本发明提供了一种高水头深厚砂层地区的盾构端头土体加固体系，包括位于盾构
隧道端部的盾构端头井及位于盾构端头井外围的主体围护结构，所述主体围护结构靠近隧
道的一侧设置有加固区，盾构隧道穿过加固区；其特征在于：还包括止水帷幕，止水帷幕设
置于加固区外围；止水帷幕两端与主体围护结构通过接头旋喷桩连接。
所述加固区外侧的土体内设置有降水井，降水井位于止水帷幕和加固区之间。
所述加固区包括主加固区和次加固区,主加固区和次加固区沿盾构隧道的延伸方
向并排布置，盾构隧道穿过主加固区和次加固区，主加固区靠近于主体围护结构，主加固区
的宽度大于次加固区。
所述加固区还包括弱加固区，弱加固区位于主加固区和次加固区顶面与地面之间
的土体内。
所述主加固区和主体围护结构之间设置有墙缝旋喷桩。
所述加固区外侧的土体内设置有观察井，观察井位于止水帷幕和加固区之间。
所述主加固区的采用三轴搅拌桩，三轴搅拌桩相互咬合，其水泥掺量为20％-
24％；次加固区的采用三轴搅拌桩，三轴搅拌桩相互咬合，其水泥掺量为12％-18％；弱加固
区的采用三轴搅拌桩，三轴搅拌桩相互咬合，其水泥掺量为7％-10％。
所述降水井的底端位于加固区的下方。
所述降水井内部均匀间隔设置有滤水管；降水井内壁不间断均匀分布有中粗砂；
降水井内壁顶部采用粘性土层。
所述止水帷幕采用三轴搅拌桩，三轴搅拌桩相互咬合。
本发明在盾构端头采用了三轴搅拌桩进行加固，加固区的均匀性好，加固区的土
体的物理力学性能得到明显改善。为了保证三轴搅拌桩加固体与车站主体结构围护之间的
密贴性，在三轴搅拌桩加固区与主体围护结构之间增设了墙缝旋喷桩进行补强。同时本发
明在加固区外围增设了三轴搅拌桩的止水帷幕，止水帷幕的与主体围护结构的接缝处用接
头旋喷桩进行封闭，有效减少涌水涌砂风险。本发明对加固范围内的土体布置了降水井，在
盾构进出洞前进对土体进行提前疏干，这种方式能有效减少加固范围内的土体含水量，可
以有效的提高盾构端头土体的强度。本技术方案通过上述三种技术措施可以减小高水头深
厚砂层地区的盾构进出洞过程中土体出现的涌水、涌砂的风险。同时本发明设置有观察井，
在盾构始发或到达前7天进行降水试运行，对坑内土体进行疏干，根据降水试运行情况确定
盾构始发或到达前的运行时间并进行维护施工。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明A-A剖视图；
图3是降水井示意图；
其中，1—止水帷幕；2—次加固区；3—主加固区；4—接头旋喷桩；5—墙缝旋喷桩；
6—降水井；7—观察井；8—主体围护结构；9—盾构隧道；10—弱加固区；11-地面，12-滤水
管，13-中粗砂，14-粘性土，15-盾构端头井。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发
明，但它们不对本发明构成限定。
如图所示，本发明提供了一种高水头深厚砂层地区的盾构端头土体加固体系，包
括位于盾构隧道9端部的盾构端头井15及其外围的主体围护结构8，所述主体围护结构8靠
近隧道的一侧设置有加固区，盾构隧道9穿过加固区；其特征在于：还包括止水帷幕1，止水
帷幕1环绕设置于加固体外侧的土体内，止水帷幕1两端与主体围护结构8的接缝处均通过
接头旋喷桩4封闭。所述止水帷幕1采用三轴搅拌桩，三轴搅拌桩相互咬合。止水帷幕1用于
保护整个加固区域的止水封闭性，作为加固区域防水的第一道屏障。
所述加固区外侧的土体内设置有降水井6，降水井6位于止水帷幕1和加固区之间。
降水井6内部均匀间隔设置有滤水管12；降水井6内壁不间断均匀分布有中粗砂13；降水井6
内壁顶部采用粘性土14层。降水井6用于在盾构进出洞前进对土体进行提前疏干，这种方式
能有效减少加固范围内的土体含水量，可以有效的提高盾构端头土体的强度。所述降水井6
的底端位于加固区的下方5m，保证加固区域周围土体含水量均符合施工需求。
所述加固区包括主加固区3和次加固区2,主加固区3和次加固区2沿盾构隧道9的
延伸方向并排布置，盾构隧道9穿过主加固区3和次加固区2，主加固区3靠近于主体围护结
构8。所述加固区还包括弱加固区10，弱加固区10位于主加固区3和次加固区2顶面与地面11
之间的土体内。所述主加固区3的采用三轴搅拌桩，三轴搅拌桩相互咬合，其水泥掺量为
20％-24％；次加固区2的采用三轴搅拌桩，三轴搅拌桩相互咬合，其水泥掺量为12％-18％；
弱加固区10的采用三轴搅拌桩，三轴搅拌桩相互咬合，其水泥掺量为7％-10％。根据盾构隧
道周围土体不同的需求将加固区进行区域划分，有效节约成本。
所述主加固区3和主体围护结构8之间设置有墙缝旋喷桩5，保证主加固区3与主体
围护结构8之间密贴性与止水效果。
所述加固区外侧的土体内设置有观察井7，观察井7位于止水帷幕1和加固区之间。
在盾构始发或到达前7天进行降水试运行，对坑内土体进行疏干，根据降水试运行情况确定
盾构始发或到达前的运行时间。
施工时，首先施工盾构端头井的主体围护结构8。然后在主体围护结构8外侧施工6
米长度的主加固区3三轴搅拌桩20％水泥掺量，在主加固区3三轴搅拌桩20％水泥掺量外施
工3米长度的次加固区2三轴搅拌桩15％水泥掺量。然后在加固区的外侧设置一圈三轴搅拌
桩止水帷幕1，止水帷幕1之间和加固区的边缘之间存在间隙。然后在三轴搅拌桩止水帷幕1
与围护结8接缝处采用两根接头旋喷桩4进行封闭。待加固区强度达标后，施工墙缝旋喷桩
5，实现主加固区3和主体围护结构8之间间隙的封闭。
盾构机出洞前，施工人员在主体围护结构凿出一个圆洞，用于盾构机的进出，不会
用盾构机的刀盘来磨围护结构。盾构机出洞时，盾构机的刀盘依次通过切割止水帷幕和加
固区和墙缝旋喷桩，到达端头井。
盾构机进洞前，施工人员在主体围护结构凿出一个圆洞，用于盾构机的进出，不会
用盾构机的刀盘来磨围护结构。盾构机进洞时，盾构机的刀盘依次通过切割墙缝旋喷桩、加
固区和止水帷幕，到达端头井。
其中主加固区3三轴搅拌桩20％水泥掺量3在平面布置上沿盾构隧道9方向的宽度
为6m；次加固区2三轴搅拌桩15％水泥掺量2在平面布置上沿盾构隧道9方向的宽度为3m并
与主加固区3三轴搅拌桩20％水泥掺量3进行搭接。主加固区3三轴搅拌桩20％水泥掺量3与
次加固区2三轴搅拌桩15％水泥掺量2在平面布置上垂直盾构隧道9方向应超出盾构隧道9
边缘2.8m。三轴搅拌桩止水帷幕1中心线与主体主体围护结构8间距为15m。在竖向布置上，
盾构隧道9顶部以上3m至底部以下3m范围均为主加固区3三轴搅拌桩20％水泥掺量3与次加
固区2三轴搅拌桩15％水泥掺量2加固范围。三轴搅拌桩止水帷幕1长度从地面11至盾构隧
道9底部以下7m。弱加固区10三轴搅拌桩7％水泥掺量10长度从地面11至盾构隧道9顶部以
上3m。墙缝旋喷桩5长度为地面11至盾构隧道9底部以下3m。接缝旋喷桩4长度与三轴搅拌桩
止水帷幕1长度相同。其中墙缝旋喷桩5与接缝旋喷桩4水泥掺量不小于200kg/m。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。