盾構(gòu)下穿南沙河風(fēng)險原因分析及應(yīng)對措施

謝遵泉

（中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

近年，我國城市交通建設(shè)事業(yè)發(fā)展迅速，盾構(gòu)法施工以其在地下軌道交通程施工中的優(yōu)越性，施工時占地少、對地面交通影響范圍小，受到越來越廣泛的應(yīng)用。但盾構(gòu)施工下穿河流時如何有效降低、規(guī)避施工風(fēng)險，仍是目前盾構(gòu)施工控制的重點和難點［1］。本文結(jié)合太原市軌道交通2號線雙塔西街站至大南門站盾構(gòu)區(qū)間盾構(gòu)下穿南沙河工程施工實例，結(jié)合工程地質(zhì)水文條件總結(jié)出系列降低、規(guī)避風(fēng)險的應(yīng)對措施。

雙塔西街站至大南門站區(qū)間自雙塔西街站北端頭井始發(fā)，向北下穿南沙河，沿著長治路向北延伸，止于迎澤大街與解放路交叉口，至大南門站南端頭井處接收。區(qū)間左線為左DK22+019.629～DK23+191.509，長度為1171.880單線延米。區(qū)間左線平曲線半徑分別為400m、2500m和400m。最大縱坡為26.78‰，最小坡度為2‰，隧道底埋深約為15.7～28.5m。

1 工程地質(zhì)情況

區(qū)間隧道主要穿越地質(zhì)情況依次為：2-22粉質(zhì)黏土、2-34黏質(zhì)粉土、2-51細(xì)砂、2-52細(xì)砂、2-33黏質(zhì)粉土。

該處地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水和微承壓水?？紫稘撍€(wěn)定水位埋深為5.10～10.30m，變幅1.0～2.0m。微承壓水靜止水位埋深8.00～14.00m，承壓水頭3.0～5.0m。地質(zhì)斷面圖1所示。

2 盾構(gòu)下穿南沙河風(fēng)險分析

由本工程地質(zhì)縱斷面圖可知，盾構(gòu)下穿河流區(qū)域覆土厚度約14m，穿越土層主要為②51、②52細(xì)砂層，地下水為第2層微承壓水層，水位埋深13.9～19.6m，水量豐富，承壓水頭3.0～5.0m；盾構(gòu)下穿時可能產(chǎn)生噴涌、切口冒頂、盾尾發(fā)生泄漏、隧道上浮等現(xiàn)象，對施工構(gòu)成威脅，因此要充分估計可能發(fā)生的不利情況，采取相應(yīng)對策。

噴涌風(fēng)險分析：在富水砂層中掘進(jìn)，水含量大，土層穩(wěn)定性差，為防止地面沉降，都需土倉保壓推進(jìn)。土倉壓力大，倉內(nèi)土體改良效果差，在倉內(nèi)形成泥漿，掘進(jìn)時大量水進(jìn)入土倉，在倉內(nèi)經(jīng)過攪拌就會形成水、渣離析的情況，當(dāng)螺旋機(jī)排土?xí)r，大量的泥水將會從螺旋機(jī)噴涌而出。這種渣土和泥水無法通過皮帶機(jī)輸送，將大量流入隧道底部，而且由于螺旋機(jī)排土不暢，掘進(jìn)速度會明顯降低，土壓難以控制，往往忽高忽低，進(jìn)一步擾動前方土體，形成惡性循環(huán)，大大影響了施工效率。

圖1 地質(zhì)斷面圖

切口冒頂風(fēng)險分析：盾構(gòu)下穿河流時，由于線路坡度限制及河床下沉深度較地面大等原因，盾構(gòu)覆土厚度一般不會太大，在承壓水頭作用下，刀盤前方土壓平衡不容易建立；河水常從擾動土體的裂縫中經(jīng)刀盤開口及盾尾進(jìn)入盾構(gòu)，造成安全事故。

隧道上浮風(fēng)險分析：本工程穿越河底地層主要為砂層，滲透系數(shù)大，地下水量豐富，承壓水頭3.0～5.0m，隧道可能產(chǎn)生上浮現(xiàn)象，且該段位于曲線段，對土體擾動較直線段加大，不利于隧道穩(wěn)定。

3 盾構(gòu)下穿河流風(fēng)險防治措施

3.1 防噴涌控制措施

（1）碴土改良是防止噴涌的關(guān)鍵。通過碴土改良降低土倉內(nèi)水含量，碴土在膨潤土漿液和高分子聚合物的吸附和隔離作用下變得粘稠不易離析沉淀，不會砂水分離，螺旋機(jī)排土?xí)r便會均勻流暢。

（2）合理設(shè)置土壓力值。掘進(jìn)過程中，根據(jù)螺旋機(jī)實際壓力、刀盤扭矩和千斤頂總推力等及時調(diào)整設(shè)定土壓力，使土倉壓力略高于水壓，確保正面的土壓保持平衡，嚴(yán)格控制出土數(shù)量，防止超挖和欠挖。

（3）合理調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。盾構(gòu)機(jī)操作人員主要通過對推力及出渣速度的控制，盡量維持土倉壓力的穩(wěn)定，降低噴涌風(fēng)險。

（4）出渣門開度、螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速適中，不宜過大，在噴涌來臨時，受出渣門流量影響，泥漿會在出渣口出積累而不會瞬間全噴，延長操作人員的反應(yīng)時間，以便采取措施降低噴涌風(fēng)險。

（5）根據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)的地質(zhì)預(yù)報及渣樣分析，了解前方地層情況，及時制定應(yīng)對方案，添加調(diào)整渣土改良材料，以改良碴土，增加水密性和流動性，防止產(chǎn)生噴涌［2］。

3.2 防止切口冒頂措施

（1）嚴(yán)格控制出土量，可適當(dāng)欠挖，以免河水滲入土體并進(jìn)入盾構(gòu)。

（2）若盾構(gòu)出現(xiàn)故障或其他原因停推，應(yīng)采取措施防止盾構(gòu)機(jī)后退。

（3）每環(huán)推進(jìn)結(jié)束后，關(guān)閉螺旋機(jī)閘門方可拼裝。

（4）控制壁后注漿的壓力，在注漿管路中設(shè)置安全閥，以免注漿壓力過高而頂破覆土。

3.3 防止盾尾漏泥、漏水措施

（1）定期、定量、均勻壓注盾尾油脂。

（2）控制壁后注漿的壓力，以免漿液進(jìn)入盾尾造成密封裝置被擊穿，從而引起土體中的水跟著漏入隧道，導(dǎo)致盾尾密封性能降低。

（3）管片盡量居中拼裝，以防盾構(gòu)與管片之間的建筑空隙過大而降低盾尾密封效果，引發(fā)盾構(gòu)漏泥、漏水。

（4）為防止盾尾漏泥、漏水，在過河掘進(jìn)中，管片拼裝時，需在盾尾整圈墊放海綿以止水，封堵管片與盾構(gòu)間的間隙。

（5）在盾構(gòu)工作面，配置適量的雙塊水泥、木楔、回絲、海綿等堵漏材料及工具。

3.4 盾尾發(fā)生泄漏現(xiàn)象的對策

（1）針對泄露部分集中壓注盾尾油脂。

（2）配置初凝時間較短的雙液漿進(jìn)行二次注漿。

（3）利用堵漏材料進(jìn)行封堵。

（4）如上述措施效果均不好，可根據(jù)實際情況停止掘進(jìn)，在需要位置進(jìn)行聚氨酯壓注封堵。

3.5 防止隧道上浮及保持縱向穩(wěn)定的對策

在過南沙河階段，土中含水量較高，土的滲透系數(shù)大，隧道不可避免地存在上浮現(xiàn)象，且隧道有坡度（特別是下坡）時，對周圍土體的擾動較直線段大，對于隧道的穩(wěn)定性不利。為了減少隧道的上浮量，使隧道盡快穩(wěn)定，可采取下列措施：

（1）下坡段施工期間嚴(yán)格控制隧道軸線，使盾構(gòu)盡量沿著設(shè)計軸線推進(jìn)。下坡時千斤頂對管片有向上的分力，可控制高程誤差在-20～-30mm內(nèi)，以減少后期上浮。

（2）每環(huán)均勻糾偏，減少對土體的擾動。

（3）加強(qiáng)對隧道縱向變形的監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行有針對性的注漿糾正，如調(diào)整注漿部位及注漿量、配置快凝及提高早期強(qiáng)度的漿液。

4 結(jié)束語

盾構(gòu)實際施工中，在盾構(gòu)下穿風(fēng)險源前，通過對盾構(gòu)下穿河流可能產(chǎn)生的風(fēng)險因素進(jìn)行細(xì)致的分析與研究，制定有針對性的應(yīng)對措施，提前做好各項準(zhǔn)備工作，可有效降低和避免下穿風(fēng)險源時各項風(fēng)險因素對正常盾構(gòu)掘進(jìn)的影響；從而有效應(yīng)對風(fēng)險，為本工程及太原地區(qū)其他盾構(gòu)下穿建筑物或構(gòu)筑物風(fēng)險應(yīng)急準(zhǔn)備積累經(jīng)驗，并提供可靠的應(yīng)對措施。

［1］ 沙原亭. 地鐵盾構(gòu)下穿河流及橋梁樁基施工與監(jiān)測技術(shù)［J］. 鐵道建筑技術(shù). 2015（10）：45-47.

［2］ 胡俊，曹祝華. 復(fù)雜地質(zhì)條件盾構(gòu)機(jī)穿越新城河涌技術(shù)［J］. 鐵道建筑技術(shù). 2014（09）：91-93.