富水圓礫地層土壓盾構(gòu)施工中的風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策

(廣東華隧建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510335)

在進(jìn)行地鐵盾構(gòu)隧道施工中,由于施工技術(shù)的多樣性，施工環(huán)境因素的復(fù)雜性,導(dǎo)致盾構(gòu)施工具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性。

南寧市軌道交通1號(hào)線一期工程陳村站～廣西大學(xué)站（一站三區(qū)間）土建施工項(xiàng)目，盾構(gòu)區(qū)間采用2臺(tái)直徑6 280mm的德國(guó)海瑞克土壓平衡盾構(gòu)施工，共3次始發(fā)、3次到達(dá)。盾構(gòu)先在廣西大學(xué)站始發(fā)掘進(jìn)魯班路站～廣西大學(xué)站區(qū)間和動(dòng)物園站～魯班路站區(qū)間；掘進(jìn)完這2個(gè)區(qū)間后盾構(gòu)始發(fā)基地整體搬遷至動(dòng)物園站，盾構(gòu)在動(dòng)物園站始發(fā)掘進(jìn)清川～動(dòng)物園站區(qū)間，最后在清川站到達(dá)吊出，完成隧道掘進(jìn)。其中廣西大學(xué)站盾構(gòu)始發(fā)工法為盾構(gòu)密閉始發(fā)工法，其它站點(diǎn)均采用常規(guī)的盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)施工。在該工程盾構(gòu)施工中，出現(xiàn)了地面沉降、盾構(gòu)磨損、富水圓礫地層中掘進(jìn)噴涌、開(kāi)倉(cāng)換刀、過(guò)江風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題，提出相應(yīng)對(duì)策。

1 地面沉降

本標(biāo)段盾構(gòu)隧道通過(guò)地層主要為圓礫層⑤1-1，局部穿越砂層、粘土層，上方地層中存在大量地下管線，道路上有行人和車輛，一旦造成道路沉陷、坍塌，將可能造成重大人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失。動(dòng)～魯區(qū)間需近距離穿越心圩江橋橋樁，如果地面沉降過(guò)大，可能造成橋梁傾斜、倒塌。通過(guò)預(yù)定方案，在實(shí)際施工中出現(xiàn)的小幅度地面沉降，采取以下做法。

1）查看是否超挖 ①計(jì)算理論出土量需要結(jié)合各地層松散系數(shù)和地下水等諸多因素，進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，做好實(shí)際出土量統(tǒng)計(jì)，并與理論值對(duì)比,當(dāng)?shù)孛娉鐾亮砍^(guò)5%理論值時(shí)，分析洞內(nèi)外的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，查看是否超挖；②一旦存在超挖導(dǎo)致地面沉降，馬上調(diào)節(jié)螺旋輸送機(jī)出土速度，增加土倉(cāng)的土含量，對(duì)頂部的建筑物或管線進(jìn)行保護(hù)，進(jìn)行加氣壓非滿倉(cāng)掘進(jìn)；③根據(jù)統(tǒng)計(jì)超挖位置和超挖量，通過(guò)盾尾注漿及時(shí)將超挖量回補(bǔ)。盾尾注漿孔口的注漿壓力應(yīng)大于隧道埋深處的水土壓力。

2）保證注漿量 ①采用同步注漿和二次補(bǔ)漿兩套注漿系統(tǒng)，確保注漿量滿足要求；②根據(jù)理論計(jì)算，管片和圍巖間的施工空隙體積為4.05m3，為了達(dá)到良好的填充效果，含圓礫地層中至少應(yīng)保證注漿量在150%以上，即每環(huán)注漿量6.3m3以上。注漿量以注漿壓力控制為主，注漿壓力一般控制在外界水土壓力+60～80kPa之間，若壓力明顯增大，則暫時(shí)停止注漿，以免注漿壓力擊穿地層或破壞管片。

3）加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè) 在盾構(gòu)施工及相關(guān)輔助工程（比如地基加固、跟蹤注漿等）的施工過(guò)程中，針對(duì)相應(yīng)范圍內(nèi)建（構(gòu)）筑物及地下管線，進(jìn)行全面性的監(jiān)控測(cè)量，信息化施工。根據(jù)反饋內(nèi)容，調(diào)整優(yōu)化各項(xiàng)施工參數(shù)，以確保盾構(gòu)施工安全和建（構(gòu)）筑物、地下管線的正常使用，必要時(shí)采取應(yīng)急措施。同時(shí)依據(jù)監(jiān)控測(cè)量項(xiàng)目的內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)建（構(gòu)）筑物、地下管線的具體情況以及相關(guān)部門(mén)的技術(shù)要求確定監(jiān)控測(cè)量方案。

2 盾構(gòu)磨損

本項(xiàng)目盾構(gòu)隧道區(qū)間穿越地層58%～93%為⑤1-1圓礫層，盾構(gòu)須長(zhǎng)距離在圓礫地層中掘進(jìn)，刀盤(pán)、刀具和螺旋輸送機(jī)極易磨損。為此采取的措施有：

1）主切削刀具配置 中心刀具（1#～8#軌跡線)：4把中心雙齒刀,刀高175mm；正面滾刀（9#～39#軌跡線)：31把單刃寬刃滾刀。

2）其它刀具配置 面板焊接21把先行刀，刀高160mm，21把刀分開(kāi)焊接在離廠家設(shè)計(jì)位置最近的主切削刀具軌跡線上，焊接位置均勻分布在軌跡線上；正面刮刀28把，刀寬250mm，刀高140mm，雙排螺栓；邊緣刮刀8把，刀高140mm，雙排螺栓；邊緣保徑刀6把；磨損檢測(cè)裝置2個(gè)。

3）增強(qiáng)螺旋輸送機(jī)的耐磨性 螺旋輸送機(jī)殼體內(nèi)壁焊接合金條，葉片焊接耐磨塊及中軸采用耐磨焊滿焊；單獨(dú)設(shè)計(jì)刀具，增強(qiáng)刀具母材及表面的耐磨性，刀圈鑲嵌合金塊(圖1、圖2)。

圖1 螺旋機(jī)耐磨處理示意圖

圖2 螺旋機(jī)耐磨處理照片

3 富水圓礫地層中掘進(jìn)噴涌

該盾構(gòu)隧道穿越的地層主要為富水圓礫地層，滲透系數(shù)80～105m/d，盾構(gòu)中心水頭4～14.8m，為了避免產(chǎn)生管涌、流土等滲透變形現(xiàn)象，采取以下做法。

1）采用?800mm的軸式雙閘門(mén)螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)（圖3），能排出尺寸在290mm×520mm以內(nèi)的石子，且能有效防止螺旋輸送機(jī)噴涌。

圖3 雙閘門(mén)系統(tǒng)

2）多元化渣土改良：①土倉(cāng)注入足夠的稠泥漿，根據(jù)國(guó)外施工實(shí)例，圓粒層段掘進(jìn)時(shí)需向土倉(cāng)內(nèi)注入粘土改良成流塑狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)滿倉(cāng)掘進(jìn)并有效防止噴涌，稠泥漿輸送采用混凝土泵（接力）連續(xù)將稠泥漿送入臺(tái)車儲(chǔ)罐內(nèi)，再由柱塞泵送入土倉(cāng)；②通過(guò)泡沫系統(tǒng)注入膨潤(rùn)土漿到刀盤(pán)面板；③必要時(shí)注入聚合物改良渣土，特別是可能噴涌時(shí)在螺旋機(jī)前端注入；④發(fā)生噴涌后立即關(guān)閘停機(jī)，首先在螺旋機(jī)前端注入聚氨酯封堵，再對(duì)土倉(cāng)渣土補(bǔ)充改良，然后利用雙閘門(mén)分次排土掘進(jìn)，盡早恢復(fù)正常狀態(tài)。

4 開(kāi)倉(cāng)換刀

盾構(gòu)隧道穿越的地層主要為自穩(wěn)性較差的富水圓礫地層，滲透系數(shù)80～105m/d，盾構(gòu)中心水頭4～14.8m，自穩(wěn)性較差，除聯(lián)絡(luò)通道加固范圍外常壓下開(kāi)倉(cāng)存在坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。為了確保進(jìn)倉(cāng)作業(yè)人員的安全，必須采用帶壓開(kāi)倉(cāng)。

配備帶壓進(jìn)倉(cāng)系統(tǒng)：①配置充足的壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)：每臺(tái)盾構(gòu)分別配置2臺(tái)10m3/min空氣壓縮機(jī)，為在透氣性大的砂礫石地層中帶壓進(jìn)倉(cāng)換刀創(chuàng)造條件；②配置壓縮空氣自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（Samson系統(tǒng)）：Samson系統(tǒng)能設(shè)定土倉(cāng)內(nèi)氣體壓力，當(dāng)土倉(cāng)內(nèi)氣體壓力波動(dòng)時(shí)能自動(dòng)調(diào)節(jié)，保持土倉(cāng)內(nèi)壓力的恒定，為人員進(jìn)倉(cāng)作業(yè)提供了可靠的保證；③配備超前鉆機(jī)系統(tǒng)：通過(guò)在中盾、承壓隔板上開(kāi)設(shè)超前注漿孔實(shí)現(xiàn)對(duì)刀盤(pán)前上方掌子面的超前加固，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固土體開(kāi)倉(cāng)換刀的目標(biāo)。

5 盾尾密封

本項(xiàng)目線路單線最長(zhǎng)為1 440m，掘進(jìn)地層主要為圓礫層，對(duì)尾刷的磨損影響較大，地下水位高于隧道埋深最大為14.8m，該地層滲透系數(shù)大，為了確保本工程施工的安全，需保證盾尾止水效果，施工過(guò)中做好尾刷的保護(hù)及更換措施，確保盾尾密封的完好性。

1）保證盾構(gòu)始發(fā)前第一次油脂的涂抹質(zhì)量。

2）保證油脂質(zhì)量及施工中盾尾油脂量和壓力。

3）控制壁后注漿壓力，避免漿液擊穿盾尾刷。

4）保證管片拼裝質(zhì)量，防止管片拼裝變形和管片錯(cuò)臺(tái)后使得盾尾密封無(wú)法緊密包裹整環(huán)管片，形成滲漏通道。

5）對(duì)管片拼接邊的管片縫隙粘貼可壓縮防水密封填充物，保證盾尾刷緊貼管片，保證油脂倉(cāng)飽滿，有效保護(hù)盾尾刷。

6）掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)尾刷磨損轉(zhuǎn)為嚴(yán)重，但距離接收井較遠(yuǎn)，因此選擇在聯(lián)絡(luò)通道加固體進(jìn)行尾刷的更換，掘進(jìn)過(guò)程中的盾尾刷更換只能更換盾尾前兩排尾刷，更換后滿足了盾構(gòu)正常掘進(jìn)。

6 盾構(gòu)過(guò)江風(fēng)險(xiǎn)

動(dòng)～魯區(qū)間盾構(gòu)需下穿心圩江，且需近距離從心圩江橋樁和高壓電線塔通過(guò)，隧道邊界距離橋樁最近為7.4m。心圩江底隧道拱頂從下往上依次為約5.5m的強(qiáng)透水層圓礫地層、0.5m的淤泥質(zhì)粘性土層厚和2m的填土層，地層穩(wěn)定性較差，且心圩江下游已攔壩蓄水，致本區(qū)間水位上升，盾構(gòu)在通過(guò)時(shí)容易出現(xiàn)河床沉降或塌方情況，甚至影響心圩江橋樁的穩(wěn)定。盾構(gòu)通過(guò)前進(jìn)行優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)、編制應(yīng)急措施、防止河床沉降及噴涌,使盾構(gòu)快速順利地穿越心圩江。

1）盾構(gòu)在過(guò)心圩江過(guò)程中，其覆土厚度從17m變化到8m，施工過(guò)程中對(duì)土倉(cāng)壓力進(jìn)行控制，防止江底的隆起，減小對(duì)地層的擾動(dòng)。

2）盾構(gòu)在過(guò)心圩江前先通過(guò)動(dòng)物園站～魯班路站2#聯(lián)絡(luò)通道加固體，在加固體內(nèi)提前對(duì)刀具進(jìn)行檢查及更換，并采用全新刀具配置通過(guò)心圩江底，確保盾構(gòu)在通過(guò)江底時(shí)不會(huì)出現(xiàn)由于刀具磨損導(dǎo)致扭矩過(guò)大而無(wú)法掘進(jìn)的情況，確保盾構(gòu)順利迅速通過(guò)。

3）在盾構(gòu)通過(guò)前對(duì)盾構(gòu)設(shè)備進(jìn)行全面檢查，特別是盾構(gòu)施工易磨損的部位進(jìn)行更換，確保盾構(gòu)以最佳的狀態(tài)通過(guò)心圩江。

4）采用滿倉(cāng)模式進(jìn)行掘進(jìn)，可有效防止上層覆土的坍塌，且控制好開(kāi)挖量，嚴(yán)禁超挖，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，做好防噴涌措施。

7 結(jié) 語(yǔ)

本工程通過(guò)地層主要為圓礫層⑤1-1，局部穿越砂層、粘土層，在盾構(gòu)掘進(jìn)擾動(dòng)中其穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生沉降。盾構(gòu)長(zhǎng)距離在圓礫地層中掘進(jìn)，刀盤(pán)、刀具和螺旋輸送機(jī)極易磨損，因此通過(guò)提前制定應(yīng)對(duì)方案，并在實(shí)際施工中得以有效的應(yīng)用，減少后續(xù)施工困難，確保施工的安全性，優(yōu)質(zhì)高效的完成該項(xiàng)目施工，為后續(xù)同類地層施工積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]賈文愷.地鐵隧道盾構(gòu)法施工中的地面沉降問(wèn)題探析[J].工程技術(shù)研究.2017，(9)：67-68.

[2]王定軍,程盼盼.地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì).2016，(4)：167-170.