摘要 某盾構(gòu)區(qū)間與線路上方機場下穿通道存在交叉作業(yè)施工,文章從風險概率及風險損失方面對盾構(gòu)停機風險進行了分析,并對盾構(gòu)停機前后提出了相應措施。結(jié)果表明,黏土地層盾構(gòu)停機風險為二級,應盡量避免停機,確需停機應縮短停機時間,并嚴格落實停機前及復推的各項措施,同時加強地面監(jiān)測及巡視。
關鍵詞 盾構(gòu);停機;復推;地表沉降
中圖分類號 U455.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949(2025)03-0192-03
0 引言
盾構(gòu)停機的風險概率受多種因素的影響,在黏土地層中,由于土壤含水量較高,土體穩(wěn)定性較差,容易引發(fā)塌陷或變形等問題。特別是在地鐵工程施工中,該工程涉及復雜的地下和地上結(jié)構(gòu),因此在施工過程中需特別關注盾構(gòu)機在黏土地層地質(zhì)條件下的運行狀況,尤其是停機操作可能帶來的風險。為確保施工安全與順利進行,應盡量避免不必要的停機;如確需停機,則應盡可能縮短停機時間,并嚴格執(zhí)行停機前及復推的各項措施,同時加強地面監(jiān)測與巡查。
1 工程概況
某盾構(gòu)區(qū)間隧道由中間風井始發(fā),向東北方向轉(zhuǎn)入濱江濱海路后敷設,后在S203前向東南方向轉(zhuǎn)入機場高速敷設。采用φ8590氣墊式泥水平衡盾構(gòu)機進行掘進施工,設置7座聯(lián)絡通道。區(qū)間盾構(gòu)先后長距離側(cè)穿機場高速(1 400 m)、下穿仙岐IV號小橋和DN250燃氣管,側(cè)穿中航油加油站、機場高速箱涵橋,下穿機場路廣告牌、側(cè)穿南進場路B點樁基、下穿機場二期翔匯路4號通道(總長515 m,其中暗埋段長約211 m,U形槽段長304 m,基坑寬度約22 m,開挖深度為10.3~12.2 m,所處地層為lt;2-4-1gt;淤泥質(zhì)土、lt;2-4-2gt;粉質(zhì)黏土層)。區(qū)間總平面見圖1所示。
區(qū)間沿線穿越的主要地層有雜填土、耕植土、填砂、粉質(zhì)黏土、粉細砂、淤泥質(zhì)土、泥質(zhì)粉細砂、(含泥)粉細砂、中細砂、(泥質(zhì))細砂、(泥質(zhì))粉細砂、(含砂)圓礫、(含泥)粗中砂、全風化花崗巖、砂土狀強風化花崗巖。區(qū)間結(jié)構(gòu)主要穿越淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、粉細砂、(含泥)粉細砂。區(qū)間沿線地表水發(fā)育,并分布有成片池塘。
根據(jù)工籌安排,盾構(gòu)下穿施工與下穿通道基坑開挖存在交叉作業(yè)的施工風險。為減少土層擾動,下穿通道基坑開挖期間盾構(gòu)應停機等待,該文對盾構(gòu)長時間停機風險進行討論分析。
2 風險論述
盾構(gòu)停機過程及恢復推進會對周邊環(huán)境造成較明顯的附加擾動影響。
地面塌陷風險。盾構(gòu)停機過程對周邊環(huán)境造成較明顯的擾動;黏土在水的浸潤作用下易導致土體結(jié)構(gòu)松散及強度降低,進而軟化、剝落,在開挖面上方形成局部孔洞;隨著時間延長,局部孔洞向上發(fā)展貫穿地表,造成地表塌陷[1]。此外,盾構(gòu)機在長時間停機后重新啟動時,泥水繼續(xù)滲入土體,導致土體軟化和崩解。隨著掘進施工的恢復,擾動作用使得孔洞向上擴展,上部及周圍的土體逐漸剝落,在孔洞下方形成松散的堆積體,從而引發(fā)地表出現(xiàn)少量附加沉降。當盾尾通過停機位置時,如果注漿量不足以填充并滲透松散土體的孔隙中,孔洞將繼續(xù)向上擴展,地表附加沉降也會隨之增加,最終孔洞可能貫穿整個黏土地層。此外,由于砂土地層和松散填土地層的強度較低,無法形成有效的拱效應,這可能導致地表突然發(fā)生塌陷。
(2)姿態(tài)超限、管片破損等風險。因盾構(gòu)機自身較重,軟土地層長時間停機時將壓縮下臥土層,加大了該位置已完成拼裝的管片沉降,使管片不均勻沉降過大,受力不均;恢復掘進時,姿態(tài)難以控制,且極易因受力不均勻造成管片破損。
(3)其他影響。長時間停機容易造成盾構(gòu)機液壓管破裂、管片拼裝機失靈、泥漿管堵塞破裂等,以及對周邊環(huán)境造成較明顯的附加擾動影響,如上方地層損失、掌子面土壓平衡破壞等[2]。
3 風險評估
3.1 風險評估方法
(1)風險評估的參考標準
風險量為風險發(fā)生的概率估值與風險發(fā)生后可能造成的損失估值的乘積。地鐵盾構(gòu)施工風險發(fā)生的可能性,一般是采用概率或頻率作為衡量指標,見表1所示:
軌道交通施工的風險損失評估,應綜合考慮五個方面:人員傷亡、經(jīng)濟損失、工期延誤、環(huán)境破壞及社會影響,以全面評定風險損失的嚴重程度。人員傷亡等級標準見《城市軌道交通地下工程建設風險管理規(guī)范》(GB 50652—2011)表3.2.3~3.2.7中的相關要求。
風險損失等級標準見表2所示。
(2)風險評估的分級標準
根據(jù)工程建設風險發(fā)生的可能性和綜合損失等級,將地鐵建設工程風險等級分為四個級別,建立風險分級矩陣,具體見《城市軌道交通地下工程建設風險管理規(guī)范》表3.3.1~3.3.2中的相關要求,Ⅳ級到Ⅰ級由輕到重依次排序。不同等級風險一般對應不同的預防處置方案。從工程建設初步設計階段,就應綜合周邊地質(zhì)、環(huán)境等考慮工程的風險等級,對風險等級進行初步判斷,再綜合考慮施工現(xiàn)場周邊環(huán)境設施、風險單元等級及相互影響關系,最終邀請業(yè)內(nèi)專家進行評審并結(jié)合以往工程建設經(jīng)驗對等級進行適當調(diào)整,以確定最終的風險等級。風險等級打分及對應等級見表3所示。
3.2 風險源辨識與評價
結(jié)合現(xiàn)場資源配置情況、技術能力狀況、當?shù)貧庀蟆⑺臈l件,以及隧道段地質(zhì)情況,對施工過程中存在的危險因素進行辨識和評價,然后根據(jù)評價結(jié)果對風險等級較大的風險源采取控制措施。風險源辨識如表4~5所示。
4 建議措施
4.1 盾構(gòu)停機前主要措施
為確保盾構(gòu)機在長時間停機期間不發(fā)生沉降、不出現(xiàn)泄漏,并能隨時恢復掘進,必須選擇停機位置,使其底部具備良好的承載能力,拱頂應具有充足的支撐力;與外界接觸部位密封良好,盾構(gòu)機在停機過程中應維修保養(yǎng)到位[3]。
(1)停機位置的確定
停機位置的選擇關系隧道及地面的穩(wěn)定,盾構(gòu)機停機位置的地層條件應選擇承載力相對較高的地層;承載力不足時建議提前對停機位置進行注漿加固。
(2)姿態(tài)控制
根據(jù)勘察報告、實地情況,以及以往盾構(gòu)停機的經(jīng)驗:由于盾構(gòu)機頭部較重,為防止其在停機時出現(xiàn)“磕頭”或下沉現(xiàn)象,需要綜合考慮盾構(gòu)機所處區(qū)域的坡度和土層條件。在停機前,應確保盾構(gòu)機的實際軸線略高于設計軸線,且盾構(gòu)機頭部位置略高于尾部,以維持整體穩(wěn)定性[4]。
(3)盾構(gòu)機與外界接觸部位的防水措施
在盾構(gòu)施工過程中,與外界環(huán)境接觸的主要位置包括主軸承密封處、鉸接部位及盾尾。
1)在推進至距離停機環(huán)5環(huán)左右時,將鉸接千斤頂回縮至收回狀態(tài)。2)停機前對最后一環(huán)管片盾尾間隙進行嵌縫封堵。3)在盾構(gòu)推進施工過程中進行注漿時,優(yōu)先選用比重較大的單液漿,并確保其及時、足量且均勻壓注,以保證建筑空隙得到充分而密實的填充。4)盾構(gòu)機停機后,及時進行二次注漿(盾尾后10~15環(huán))。
(4)同步注漿及二次注漿
盾構(gòu)同步注漿主要為填充土體與管片環(huán)之間的建筑間隙,減少后期變形,應做到及時、均勻、足量,確保其建筑空隙得以及時充填,停機前應調(diào)整同步注漿配比,減少其含沙量,避免漿液裹住盾尾,造成恢復推進困難。
二次注漿目的是穩(wěn)定成形隧道,阻斷隔開隧道后方的地下水。在壓漿過程中,安排專人負責,對壓入位置、注漿量和注漿壓力進行詳細記錄。同時,根據(jù)地層變形的監(jiān)測信息及時調(diào)整壓漿參數(shù),以確保壓漿工序的施工質(zhì)量。
(5)監(jiān)控測量
監(jiān)控量測分為周邊環(huán)境監(jiān)測、隧道拱底隆沉監(jiān)測、盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)測等,停機期間應做到環(huán)境監(jiān)測點的加密布置、拱底隆沉監(jiān)測頻率加密,盾構(gòu)姿態(tài)應采用自動測量系統(tǒng),每天測量并做好記錄。
4.2 恢復掘進措施
在停機過程中,必須確保盾構(gòu)機能夠隨時恢復掘進。影響盾構(gòu)機正常運行的主要因素包括刀盤抱死、設備維護不當導致的故障,以及注漿管路堵塞等。針對這些問題,可以采取以下措施:
(1)向土倉內(nèi)注入高濃度膨潤土置換土倉內(nèi)的渣土(停機前3~5環(huán)),定期旋轉(zhuǎn)刀盤,防止刀盤抱死。
(2)停機后向中盾構(gòu)機周圍徑向注漿孔注入濃膨潤土漿液,防止盾體被周圍土體固結(jié)。
5 結(jié)束語
根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,黏土地層中的盾構(gòu)停機風險評估為Ⅱ級,屬于中等風險級別。如果發(fā)生盾構(gòu)停機事故,可能會導致一系列的嚴重后果,如隧道結(jié)構(gòu)損壞、施工進度延誤、經(jīng)濟損失等。特別是在機場下穿通道附近施工時,任何意外情況都可能影響機場的正常運營,進而造成更大的社會和經(jīng)濟影響。因此,必須充分考慮這些潛在的風險損失,通過科學合理的風險管理措施,可以有效降低盾構(gòu)停機帶來的風險,確保地鐵工程的安全順利進行。
參考文獻
[1]張亞洲,閔凡路,孫濤,等.硬塑性黏土地層泥水盾構(gòu)停機引起的地表塌陷機制研究[J].巖土力學, 2017(4):1141-1147.
[2]何彥承,童磊,劉興旺,等.考慮停機影響的軟土盾構(gòu)隧道施工變形性狀分析[J].四川建筑科學研究, 2020(S1):48-55.
[3]張平,劉國棟.淺談盾構(gòu)機掘進過程中長時間停機措施[J].中國標準化, 2019(8):91-92.
[4]吳意.城市地鐵隧道盾構(gòu)機停機保障措施[J].居舍, 2019(24):154-155.
收稿日期:2025-01-06
作者簡介:鄭彬(1990—),男, 碩士研究生,工程師,主要從事安全科學與工程方面的研究工作。