特殊地質(zhì)條件下軌道交通盾構(gòu)施工風險及對策分析

陸勤斌 （安徽省第一建筑工程有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

某全長2.27km的四車道雙向隧道，設計時速為60km/h，其過江段按盾構(gòu)法展開施工，按11.81m直徑分南北兩線開挖，二者總長1867m，該段湘江江面610m寬，覆土層最淺處僅9.14m深，自東向西對隧道展開掘進。

2 辨識風險因素

2.1 盾構(gòu)自大堤壩穿越的風險源

西岸大堤所處位置上，從上往下的地層分布依次為粉砂質(zhì)黏土層、圓礫層、中砂層以及強風化粉砂質(zhì)泥巖層，盾構(gòu)自大堤穿越時，需要經(jīng)過圓礫層、中砂層與強風化粉砂質(zhì)泥巖層，這些地層基本屬于復合型，而且是上軟下硬。從現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果來看，由沖洪積形成的圓礫層與中砂層，飽和狀態(tài)下具有強透水性，整個隧道縱剖面上的地層分布見圖1。

圖1 隧道穿越大堤壩時的縱剖面地層

2.2 江底淺埋段的掘進風險源

整個盾構(gòu)段的埋深均不超過1倍洞徑，埋深最淺處僅有9.14m。盾構(gòu)隧道在江底淺埋段需要依次自中、強風化的粉砂質(zhì)泥巖層和粉質(zhì)黏土層穿越。且強風化粉砂質(zhì)泥巖層具有較強的透水性，而粉質(zhì)黏土也很不穩(wěn)定，大直徑盾構(gòu)在這樣的地層狀態(tài)下容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上浮、河床塌陷、冒漿、冒頂透水或者是產(chǎn)生泥之類的事故，會讓施工安全性受到影響，使隧道無法順利貫通。在工程案例中，針對這些事故，結(jié)合具體特點，對隧道在江底部分淺埋段的盾構(gòu)掘進施工中存在的風險因素展開分析如表1。

表1 江底淺埋隧道段的盾構(gòu)掘進風險源

2.3 自巖溶區(qū)穿越的風險源

參照該隧道地質(zhì)勘查報告，在江底使用盾構(gòu)機掘進時，在Kn4+150～Kn4+360之間會有大小不同、發(fā)育不規(guī)律的溶洞區(qū)，對鉆孔期間揭示的溶洞進行詳勘發(fā)現(xiàn)，其高基本在0.6m～11.6m范圍內(nèi)，標高大多在 5.15m～23.11m 內(nèi)，頂板埋深則為29.1m～52.2m，其中包含的風險源如表2。

表2 自巖溶區(qū)穿越時的風險源

3 風險防范措施

3.1 自大堤壩穿越的風險處治

參照地質(zhì)勘察報告，結(jié)合工程特點，擬將大堤漫灘加固措施選擇為三重管高壓旋噴樁。先做旋噴樁的試樁，結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗參數(shù)，等到試樁齡期符合要求后，測其成樁后的直徑，并做取芯檢測，若成樁直徑能夠達到要求，則該試樁參數(shù)可用；若達不到要求，需要對參數(shù)加以調(diào)整，再重新試樁，直到達到要求為止。鉆機在地面就位后，需要試噴漿、水、氣，待各項工藝參數(shù)經(jīng)過檢查確實滿足設計要求后，方可將噴射管調(diào)整到設計高度，并由現(xiàn)場質(zhì)檢人員予以確認，然后再開展高壓旋噴樁施工，施工期間若是發(fā)生特殊情況，需要將噴射管提到地面以上，等到處理好后再繼續(xù)施工。按照設計配合比在地面制漿后臺完成水泥漿、水玻璃以及水溶液的拌制，將漿液自后臺到噴嘴的時間計算出來，結(jié)合該時間展開試驗，將摻入水泥漿與水玻璃的體積比確定下來。將流量計安裝于輸漿泵與輸水泵上，對輸漿泵的工作電流大小進行調(diào)節(jié)，確保泵送水泥漿與水玻璃滿足設計中的溶液比要求。按設計要求在噴漿同時，逐漸提升至強透水層頂部對應的設計標高。

3.2 江底淺埋處的掘進風險處治

由于覆土最淺處僅有9.14m深，比盾構(gòu)1倍洞徑要小，盾構(gòu)施工時會對土體帶來較大擾動，引起隧道整體上浮。為避免隧道上浮，需要對壁后注漿工藝加以如下改進：盾構(gòu)掘進期間將壁后注漿分為三步，第一步是在推進盾構(gòu)的同時，經(jīng)由盾尾的注漿孔將砂漿注入其中部，將管片中部以下部位填充密實，確保管片不會自盾尾脫出以致下沉，防止管片出現(xiàn)破損和或者滲漏水現(xiàn)象；第二步是掘進時確保每10環(huán)形成一個封閉環(huán)，在各封閉環(huán)的起止環(huán)頂位置上預留注漿孔，通過開孔注入雙液漿方式，形成完整封閉環(huán)，確保在補充注漿期間，漿液不會進入循環(huán)泥漿，保證漿液不會流失；第三步是形成封閉環(huán)后，需要在第五環(huán)管片的頂部位置上，做好注漿孔預留，并通過開孔注砂漿方式，對管片頂部留下的間隙進行及時填充。采用以上注漿步驟強化壁后注漿密實度，對盾構(gòu)掘進期間的地面沉降、管片上浮問題實現(xiàn)有效控制，避免滲漏水現(xiàn)象。圖2給出了施工改進后的具體工藝。

圖2 壁后注漿改進后的工藝示意圖

3.3 自巖溶區(qū)穿越的風險處治

針對五處需要穿越的溶洞區(qū)，通過灌注擠壓法對江底溶洞原本的低密度充填物進行置換，以填充法加固溶洞空腔。先要完成水上作業(yè)平臺的搭建，用鋼護筒在鉆孔后進行護孔，以注漿管兩根+封孔管一根，形成漿液循環(huán)置換系統(tǒng)，先壓注雙液漿進行封孔，等到密閉環(huán)境形成后，再對溶洞邊界加以穩(wěn)固，最后采用灌注擠壓法實現(xiàn)對低密度充填物的置換施工。用25的注漿管將水泥漿注入，經(jīng)由50的注漿管底小孔填充向溶洞空腔，再自兩管之間的空隙流出，從而形成一個循環(huán)，將壓力表放置在注漿管處，控制注漿、排漿的壓力，二者的流量差就是實際填充到溶洞中的水泥漿方量。圖3給出了其具體循環(huán)置換示意圖。

圖3 注漿循環(huán)置換加固示意圖

4 結(jié)語

文中通過對隧道工程施工風險源展開分析，對具體風險因素做出了歸納，并有針對性地制定了具體的風險防控措施。實踐表明，在實際掘進盾構(gòu)期間，完全未產(chǎn)生上浮、沉降以及陷落問題，證明提出的防控措施確實是有效的。日后將對施工工藝繼續(xù)進行優(yōu)化改進，以促進隧道施工早日實現(xiàn)安全、環(huán)保、經(jīng)濟的理想目標。