某城市地鐵隧道盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)研究

陳俊杰

（中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)工程有限公司，江蘇 南京211800）

1 概述

城市地鐵區(qū)間隧道一般要穿過城市主要干道，鄰近區(qū)域內(nèi)存在大量樓房與管道線路，因地下空間限制和周邊環(huán)境復(fù)雜，極大的增加了盾構(gòu)施工難度。城市地鐵隧道發(fā)生施工事故往往帶來嚴(yán)重的后果，對城市以及人民群眾造成巨大危害，開展行之有效的施工風(fēng)險管理，對潛在風(fēng)險進(jìn)行識別與評價，并制定風(fēng)險控制施工方案，具有很強的現(xiàn)實意義[1-3]。侯艷娟等[4]對北京地鐵施工安全事故進(jìn)行原因歸納和措施分析，提出了城市地鐵施工安全控制和風(fēng)險管理的具體措施；胡群芳等[5]統(tǒng)計了我國地鐵隧道的施工事故數(shù)據(jù)，提出了控制和減低事故發(fā)生的對策與建議；馬歡歡等[6]針對南昌地鐵2 號線盾構(gòu)施工過程中的工程難點，提出了相應(yīng)的改良措施；屈克軍[7]結(jié)合南通世紀(jì)大道站矩形頂管過街通道工程，基于現(xiàn)場監(jiān)控、數(shù)值模擬和理論分析等手段，探討飽和砂層中流固耦合效應(yīng)對淺埋矩形頂管隧道開挖面穩(wěn)定性的影響，提出了相應(yīng)的施工建議。

本文以某地軌道交通1 號線為工程背景，分析該該線路兩盾構(gòu)區(qū)間施工時的重難點問題。并制定了解決方案，為施工順利進(jìn)行提供技術(shù)支持。

2 工程概況

虹橋路站- 洪江路站區(qū)間里程范圍右線SK25+728.250～SK26+544.850（長度816.6m，共681 環(huán)）、左線SK25+728.250～SK26+544.850（長度816.6m，共681 環(huán)）；本區(qū)間采用一臺盾構(gòu)機(jī)，從虹橋路站上行線井口先行始發(fā)，盾構(gòu)到達(dá)洪江路站后，進(jìn)行拆解，轉(zhuǎn)場至虹橋路站下行線井口推進(jìn)下行線隧道，最后在洪江路站進(jìn)洞接收。洪江路站- 世紀(jì)大道站區(qū)間里程范圍右線SK26+835.750～SK27+556.700（長度720.95m，共601 環(huán)）、左線SK26+835.750～SK27+556.700 （長度720.95m，共601環(huán)）；本區(qū)間采用一臺盾構(gòu)機(jī)，從洪江路站上行線井口先行始發(fā)，盾構(gòu)到達(dá)世紀(jì)大道站后，進(jìn)行拆解，轉(zhuǎn)場至洪江路站下行線井口推進(jìn)下行線隧道，最后在世紀(jì)大道站進(jìn)洞接收。

3 工程地質(zhì)及環(huán)境條件

本工程地層有16 個亞層，工區(qū)地質(zhì)剖面圖如圖1 所示。區(qū)間隧道埋深10.3～14.1m，隧道主要穿越粉砂夾粉土層、粉細(xì)砂層；該地層土主要是青灰色的飽和土，較密，壓縮性中等，在局部夾雜少量的粉質(zhì)黏土。隧道上覆土層為①1 層回填土、②層黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)砂土、③-1粉砂夾粉土，其中回填土是雜色，濕，松散不均，以雜填土為主，上部一般為混凝土或瀝青路面；下臥層地層主要為③-2 粉細(xì)砂層、④-1 粉質(zhì)粘土層。③-1、③-2 粉土、粉砂層透水性強，在一定的動水壓力下易產(chǎn)生流砂；④1層土體相對軟弱，具有一定觸變特性，易破壞。

圖1 地質(zhì)剖面圖

4 盾構(gòu)施工重難點分析

4.1 盾構(gòu)穿越富水砂層

該地區(qū)地表水資源豐富，對本工程有明顯影響的地下水類型為潛水和第I 承壓水。

4.1.1 潛水

潛水主要賦存于①層雜填土至③-4 層粉細(xì)砂層中。潛水的補給來源主要為大氣降水、管道滲漏和場外含水層的側(cè)向補給，以蒸發(fā)、側(cè)向徑流為主要方式排泄。

潛水穩(wěn)定水位埋深1.3～3.8m(標(biāo)高0.7～2.7m)，其對本工程施工影響較大。

4.1.2 承壓水

承壓水主要賦存于⑥層粉砂層中。隔水頂板為④-2粉質(zhì)黏土與砂質(zhì)粉土層，隔水效果一般，兩水層之間有一定的水力聯(lián)系。根據(jù)區(qū)域水文資料，承壓水埋深為2～5m。

本工程區(qū)間穿越主要地層由于土層含水量豐富，滲透性強，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中土體在動水壓力作用下易發(fā)生螺旋機(jī)涌水、涌砂，造成出土超量，導(dǎo)致地面坍塌事故，危及盾構(gòu)施工安全[7]；同時刀盤刀具等機(jī)械損傷較為嚴(yán)重。主要對策措施為：

（1）螺旋輸送機(jī)下口設(shè)置閘門，在螺旋輸送機(jī)檢修時使用，出渣口設(shè)置雙閘門，以防止“噴涌”產(chǎn)生風(fēng)險；

（2）組織技術(shù)人員及盾構(gòu)機(jī)專家針對盾構(gòu)過富水砂層地段進(jìn)行分析，確定盾構(gòu)過砂層掘進(jìn)參數(shù)；

（3）合理控制土倉壓力及出土量，確保掌子面的穩(wěn)定。

4.2 盾構(gòu)下穿建筑物

隧道區(qū)間位于城市繁華區(qū)域，周邊重要建筑物及居民區(qū)密集，隧道盾構(gòu)施工引起周圍土體的擾動，可能會影響鄰近構(gòu)造物的安全，對社會影響極大。主要對策措施為：

4.2.1 盾構(gòu)施工前，應(yīng)確定建筑物的基本情況以及與區(qū)間隧道的相互關(guān)系，對重要建（構(gòu)）筑物提出相應(yīng)的保護(hù)措施，并布設(shè)監(jiān)測點，如圖2 所示。監(jiān)測必測項目包括地下管線沉降、襯砌環(huán)變形及接縫張開量和聯(lián)絡(luò)通道處地面及管道沉降等。

圖2 下穿建筑物注漿加固示意圖

4.2.2 確定合理的注漿壓力等諸如此類的施工參數(shù)，精確預(yù)測這類參數(shù)可以減少土體損失。控制管片襯砌壁后注漿注漿量和壓力，及時有效且足量地填充襯砌壁后的間隙。

4.2.3 盾構(gòu)推進(jìn)過程中加強對鄰近地層、橋樁、地下管線的變形監(jiān)測，如圖2 所示，根據(jù)監(jiān)控量測中變形量、變形速率等變化情況，及時調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)及施工參數(shù)。

4.2.4 下穿風(fēng)險較大的建筑物段隧道管片增設(shè)注漿孔，根據(jù)監(jiān)測情況必要時進(jìn)行二次注漿（見圖3），并做好相關(guān)應(yīng)急預(yù)案。

圖3 下穿建筑物注漿加固示意圖

4.3 盾構(gòu)下穿地表水體

洪江路站- 世紀(jì)大道站區(qū)間隧道下穿海港引河，河道跨度約8-20 米，地表水系可能與隧道掘進(jìn)地層之間存在水力聯(lián)系，盾構(gòu)下穿河道過程中控制不當(dāng)可能造成河道滲漏、存在突水、涌泥沙風(fēng)險。主要對策措施為：

4.3.1 做好施工準(zhǔn)備，落實施工前摸排工作。

4.3.2 選用加泥式土壓平衡盾構(gòu)，選用質(zhì)量好的盾尾油脂和土體改良劑，確保盾尾密封性和開挖面穩(wěn)定性。

4.3.3 加強實時監(jiān)測和信息化監(jiān)測，及時調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)并控制軸線偏差，保證施工質(zhì)量。

4.3.4 根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時對設(shè)定的土倉壓力等參數(shù)做出調(diào)整。在盾構(gòu)進(jìn)入過地表水體段時的參數(shù)設(shè)定將以地表水體段為主，避免土倉壓力過高，導(dǎo)致隧道冒頂擊穿河道；結(jié)合同地層推進(jìn)的經(jīng)驗，過地表水體段推進(jìn)過程中可采用膨潤土改良措施。

4.3.5 二次注漿環(huán)箍止水。在盾構(gòu)下穿地表水體段岸堤處設(shè)兩處二次注漿環(huán)箍止水，阻斷河道補給水與正常段區(qū)間隧道管片外的間隙聯(lián)通。

5 下穿橋梁施工技術(shù)

洪江路站- 世紀(jì)大道站區(qū)間側(cè)穿某高架橋，最小水平凈距為8.74m，根據(jù)工程施工經(jīng)驗結(jié)合1 號線實際情況，穿越橋梁推薦采用注漿加固方案對橋梁進(jìn)行保護(hù)。盾構(gòu)推進(jìn)前，可根據(jù)管線及現(xiàn)場實際情況適當(dāng)調(diào)整注漿孔布置，沿隧道縱向注漿加固范圍為橋樁外側(cè)各3m，盾構(gòu)穿越時該構(gòu)筑物前后10 環(huán)內(nèi)布置注漿管片，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行二次注漿加固。加固區(qū)平、剖面示意圖如圖4、圖5 所示。

圖4 注漿加固平面圖

圖5 注漿加固橫截面圖

盾構(gòu)下穿橋梁具體應(yīng)對措施見表1 所示。

表1 盾構(gòu)下穿橋梁應(yīng)對措施表

6 結(jié)論

本文的主要結(jié)論如下：

6.1 本工程中盾構(gòu)施工的重難點問題主要為盾構(gòu)穿越富水砂層，盾構(gòu)下穿建筑物及盾構(gòu)下穿地表水體，針對不同的問題提出了相應(yīng)的對策措施。

6.2 針對區(qū)間內(nèi)一處下穿既有橋梁的控制節(jié)點制定了專項施工方案，從地層加固、盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制和施工監(jiān)測的角度，提出了地層加固方案以及盾構(gòu)下穿橋梁的施工應(yīng)對措施。