灰?guī)r與砂層地區(qū)盾構施工風險設計與施工應對措施

黃嘉恒

【摘要】下部為灰?guī)r，上部為砂層的地質(zhì)結構是極易引起地面塌陷，形成地質(zhì)災害的地質(zhì)結構。在該地層中建造地下鐵路，施工風險極高。為確保施工與運營期間的安全，必須加強勘查設計與施工措施。

【關鍵詞】灰?guī)r；砂層；盾構

1、工程概況：

廣州地鐵九號線位于廣州市花都區(qū)，是國內(nèi)首條在全灰?guī)r地區(qū)地下敷設的地鐵線路。從初步勘查顯示，九號線沿線大部分地段分布的下伏基巖是石灰?guī)r，灰?guī)r巖溶發(fā)育強烈，大部分石灰?guī)r巖面與上覆的第四系含水砂層直接接觸，水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件非常復雜。通過比選，區(qū)間采用盾構法施工。但線路受障礙物、技術條件影響，一旦遇到未探明的溶洞，極有可能短時間內(nèi)發(fā)生盾構機栽頭等現(xiàn)象。同時，由于灰?guī)r面起伏較大，部分區(qū)段盾構在上部為砂層、中間缺失粘土性隔水層、下部為石灰?guī)r的“上軟下硬”地層掘進，容易造成盾構盾構刀具磨損停機、換刀困難，地層沉降難以控制甚至地面塌陷等事故。項目業(yè)主在其他線路施工經(jīng)驗基礎上充分認識到地鐵九號線的施工風險，在勘查設計與施工上，帶同參建單位加強措施和管理，最大限度確保了施工安全。

2、勘查設計

2.1 開展了超常規(guī)的地質(zhì)勘探工作

勘查單位按照設計總體的要求，對線路進行了加密詳細勘查，分別在線路左右兩個各布置了一排鉆孔（共4排），線間距較小地段共布置了3排。鉆孔間距一般控制在15～20米。完成土建工程招標后，施工單位根據(jù)需要對線路進行了補充勘查，最民地段鉆孔間距加密到2米。通過高密度的勘查，最大限度地了解溶洞分部、灰?guī)r巖面和砂層情況，為后續(xù)溶洞處理和線路敷設設計打下基礎。

通過淺層地震、高密度電法、土壤氡氣測量等綜合物探方法，解析物探成果再采用鉆探取芯驗證，輔以室內(nèi)試驗、原位測試（標準貫入試驗）、抽水試驗等綜合勘察手段及方法，進一步查明九號線所經(jīng)區(qū)域斷裂的發(fā)育位置。

采用地下同位素測試技術對地下水的流向流速進行了測試。

2.2 設計

2.2.1 線路埋深的選擇

在下部為灰?guī)r，上部為砂層的地層中，隧道深埋或淺埋將有不同的風險。如采用深埋的方式，由于巖溶發(fā)育強烈，溶洞見洞率超過50%，盾構掘進需要面對大量的溶洞。由于勘查鉆探僅為“一孔之見”，即使加密了鉆孔間距仍會有溶洞未能發(fā)現(xiàn)，一旦盾構碰到較大型的溶洞、極有可能出現(xiàn)盾構栽頭、隧道變形，對盾構施工是災難性的事故。另外，處理溶洞的投資亦較大。如采用淺埋的方式，由于灰?guī)r面起伏較大，無規(guī)律性，盾構在砂層中掘進仍有可能觸碰到灰?guī)r，形成在上軟下硬地層中掘進。此時，下部的硬巖使掘進緩慢，期間刀盤對上部砂層的不停擾動，容易引起砂層流失，引起地面塌陷。綜合考慮，線路最終采用了淺埋的敷設方式。

2.2.2 溶洞處理

以詳堪和業(yè)主確認的補堪發(fā)現(xiàn)的溶洞為中心，2米間距鉆孔進行溶洞處理。結合以往設計、施工經(jīng)驗，在確保安全的情況下節(jié)約工程投資，溶洞處理范圍為隧道底板以下2米，視具體地層情況隧道外擴1米或3米。溶洞邊界采取雙液漿封邊，溶洞內(nèi)采用單液漿充填。

3、施工

除施工單位在盾構掘進的推力、土倉壓力、扭矩、盾構姿態(tài)等控制外，項目業(yè)主要求施工及監(jiān)理單位采取其他措施，加強安全管理。

3.1 做好施工調(diào)查報告

在開工前，要求施工單位編制地質(zhì)補堪報告、周邊房屋基礎調(diào)查報告、周邊管線調(diào)查報告、周邊環(huán)境調(diào)查報告，報監(jiān)理部和業(yè)主審批。使參建各方充分認識工程實施風險源，提前制定應對措施。

3.2 配置綜合工程處理車

為確保盾構掘進期間一旦出現(xiàn)的地陷等險情，業(yè)主在合同中明確施工單位須配置綜合工程處理車，跟隨盾構機掘進向前移動。處理車具備宣傳作用，安裝警示燈，提醒過往車輛避讓風險較大的盾構機頭對應的地面位置；車上能放置圍蔽欄和雪糕筒，如出現(xiàn)地陷等險情能馬上對地陷處進行圍蔽；具有提供注漿、鉆孔功能，車上布置了發(fā)電機、注漿泵、攪拌桶、能儲備適量的水泥、水玻璃，如出現(xiàn)地陷，能及時從處理車提供設備、用電和原材料，盡可能縮短處理的準備時間。

3.3 24小時現(xiàn)場值班

由于地面沉陷的不確定性和瞬間性，需要能及時發(fā)現(xiàn)才能快速處理。為此，業(yè)主要求施工單位安排人員24小時在現(xiàn)場值班，監(jiān)理部每隔2小時巡視。值班工作明確了責任制，值班人員需要在值班記錄填寫值班情況，簽名，監(jiān)理員巡視時也需要簽名，拍照。

3.4 與管線單位建立聯(lián)系

區(qū)間線路多數(shù)沿馬路敷設，而馬路兩側鋪設了煤氣、高壓電、通信、供水、排數(shù)等管線，如路面出現(xiàn)較大沉降甚至地陷，容易造成管線破壞，引發(fā)次生事故。為此，項目業(yè)主連同參建單位與管線權屬、維護單位建立了聯(lián)動制度。在施工前與管線單位開會，介紹了線路走向，施工可能引發(fā)的風險，也通過管線單位向施工單位交底不同地段存在的管線，做好應對措施。施工期間，施工現(xiàn)場存有管線單位負責人的聯(lián)系電話，一旦出現(xiàn)事故立即通知管線單位，對供水、煤氣等較大危險性的管線立即關閉閥門，降低次生事故發(fā)生的可能性。

4、總結

在盾構掘進過程中，通過設計的加強和施工的精細管理，雖然出現(xiàn)了幾次地陷事故，由于準備充分、且對搶險進行了方案編制和演練，能對地陷及時處理。事故期間未造成次生事故和人員傷亡，最大限度地確保了灰?guī)r與砂層地層中盾構掘進的施工安全。