劉 坤

(中鐵隧道集團三處有限公司，廣東深圳 518052)

0 引言

盾構(gòu)施工在始發(fā)及到達2個工序中，存在較大的安全風險。在無錫地鐵1號線15標高浪路站—蘇錫路站區(qū)間掘進過程中，臨近蘇錫路站14.5～18 m處下穿麗觀河，該接收井盾構(gòu)施工均屬淺覆土盾構(gòu)過河到達，施工安全風險較大。

針對盾構(gòu)過河及到達施工風險控制問題，大量管理及技術人員作了很多探討，如:文獻［1－5］對不同地質(zhì)淺覆土情況下盾構(gòu)施工技術風險進行了分析;文獻［6－7］對土體改良及加固作了詳細分析;文獻［8－10］對盾構(gòu)施工過程中的技術控制要點及風險進行了介紹。本文即在借鑒以上研究成果的基礎上，針對盾構(gòu)過河后到達這一特殊條件下的各種施工風險進行了全面的分析，并根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)、水文條件，并結(jié)合盾構(gòu)機本身的性能制定了一系列的技術措施，確保盾構(gòu)過河后安全到達。

1 工程概況

1.1 河道與區(qū)間相對位置關系

根據(jù)區(qū)間設計圖紙及項目部對所轄范圍內(nèi)的區(qū)間重要構(gòu)建筑物調(diào)查，無錫地鐵1號線高浪路站—蘇錫路站區(qū)間在距蘇錫路站接收井約14.5～18 m處下穿麗觀河。區(qū)間與麗觀河關系如圖1所示。

圖1 區(qū)間與麗觀河位置關系圖Fig.1 Relationship between tunnel section and Liguan River

高—蘇區(qū)間共860環(huán)，區(qū)間右線在830～845環(huán)下穿麗觀河，左線在833～848環(huán)下穿麗觀河。

1.2 地質(zhì)概況

經(jīng)現(xiàn)場檢查，麗觀河河底淤泥量較少，河底土質(zhì)堅實，該段隧道上半部分為③3粉土夾粉質(zhì)黏土層，下半部分為④層粉砂層及⑤1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。

盾構(gòu)區(qū)間下穿河道處主要土層物理力學性能指標如表1所示。

表1 盾構(gòu)區(qū)間地質(zhì)情況表Table 1 Geological conditions of the tunnel section

1.3 水文地質(zhì)概況

根據(jù)蘇錫路站地質(zhì)資料，蘇錫路站主要地下水如表2所示。

表2 地下水作用評價表Table 2 Effects of groundwater

2 淺覆土水下盾構(gòu)到達施工難點

當盾構(gòu)機推進至位于河底時，覆土深度約5.6 m，給盾構(gòu)的推進帶來較大的風險，集中體現(xiàn)在4個方面。

1)淺覆土易產(chǎn)生冒頂通透水流的危險。主要受覆土厚度及隧道頂部及周邊地質(zhì)條件影響，盾構(gòu)在推進過程中，如土壓設置過高、出土量較小、注漿量偏大、注漿壓力偏大則會引起河底隆起，可能導致河底部原狀土體表面開裂，引起河水倒灌;如土壓設置過低、出土量過大、注漿量不足、注漿壓力偏大則會造成橋梁沉降過大，影響橋梁本身安全。

2)隧道上浮。在水下淺覆土中盾構(gòu)掘進，上下受到的力不均衡，盾構(gòu)姿態(tài)上揚壓坡困難，隧道上浮軸線難以控制。拼裝完成的管片脫出盾尾后，由于上部壓載及自重無法抵抗地下水引起的浮力使隧道上浮，如果不采取相應的加固措施可能引起管片開裂漏水。

3)流沙、管涌。在砂土、粉質(zhì)土等易液化的土層中，由于盾構(gòu)推進、刀盤轉(zhuǎn)動、切削擠壓等的擾動，加上過高的水頭壓力，液化砂土隨盾尾和管片拼縫等位置滲漏進入隧道內(nèi)，如不及時采取措施可能出現(xiàn)局部地基掏空、管片下沉、螺栓斷裂的危險，甚至破壞隧道。

4)進洞過程中滲漏及坍塌。由于加固區(qū)域較小，不能全部包裹盾構(gòu)機主機，導致河水沿加固體與非加固體間縫隙滲入到洞門，或地下水沿加固體與連續(xù)墻間縫隙滲透到洞門，引起粉砂層及粉土層土體大量流失，導致在到達階段大量滲漏，從而引起地面坍塌。

3 到達施工方案及技術措施

3.1 防止切口冒頂措施

嚴格控制出土量，原則上按理論出土量出土，可適當欠挖，保持土體的密實，以免河水滲透入土體并進入盾構(gòu)。若出現(xiàn)機械故障或其他原因造成盾構(gòu)停推，應采取措施防止盾構(gòu)后退。每環(huán)推進結(jié)束后，關閉螺旋機閘門方可進行拼裝。在螺旋機的出口設置防噴涌設施，在發(fā)生漏水情況時關閉螺旋機出口，將水堵在盾構(gòu)外。控制壁后注漿的壓力，以免注漿壓力過高而頂破覆土。

必要時，可通過盾構(gòu)前體的超前注漿孔，對切口前上方的土體進行加固改良。避免出現(xiàn)切口冒頂，泥水涌入或切口塌陷的情況。

3.2 防止隧道上浮及保持縱向穩(wěn)定措施

河底段，隧道上部負載相對較輕，可能造成隧道上浮，對于隧道的穩(wěn)定不利。為了減小隧道的上浮量，使隧道盡快穩(wěn)定，施工期間嚴格控制隧道軸線，使盾構(gòu)盡量沿設計軸線推進，每環(huán)均勻糾偏，減少對土體的擾動，加強隧道縱向變形的監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果進行針對性的注漿糾正。如調(diào)整注漿部位及注漿量，配制快凝及提高早期強度的漿液。

1)適當降低盾構(gòu)機姿態(tài)，壓低管片高程，使脫出盾尾的管片不至于超限。

2)優(yōu)化同步注漿漿液配比，在滿足漿液注入的順暢下，適當降低漿液的初凝時間。

3)控制盾構(gòu)掘進的姿態(tài)，盡量減小其蛇形運動，以保證形成隧道建筑間隙的最小量。切斷管片上浮的空間。

4)控制掘進速度，確保管片脫出盾尾時形成的空隙量與注漿量平衡，避免注入的漿液被水稀釋而降低漿液性能。

5)根據(jù)監(jiān)測成果，及時對成型管片隧道進行二次補充注漿。二次補充注漿采用雙液瞬凝性漿液(水泥－水玻璃雙液漿)。

3.3 螺旋機防噴措施

區(qū)間盾構(gòu)使用小松盾構(gòu)，具有2道閘門，1道為應急閘門。河底施工時，如果出現(xiàn)螺旋機噴涌，可立即關閉第1道螺閘門。若在緊急情況下螺旋機閘門由于被異物卡住或機械原因無法正常啟閉第1道閘門，在第1道閘門防噴失敗的情況下，可立即關閉應急閘門。雙閘門組成雙保險，確保盾構(gòu)施工安全。

3.4 盾尾發(fā)生泄漏應急措施

為防止盾尾發(fā)生漏泥、漏水，應定期、定量、均勻地壓注盾尾油脂。控制注漿的壓力，以免漿液進入盾尾，造成盾尾密封裝置被擊穿，引起土體中的水跟著漏入隧道，盾尾密封性能降低。管片盡量居中拼裝，以防盾構(gòu)與管片之間的建筑空隙過分增大，降低盾尾密封效果，引發(fā)盾尾漏泥、漏水。在河中段推進過程中，如出現(xiàn)大量漏漿，在盾尾整圈墊放海綿用以止水，封堵管片與盾構(gòu)間的間隙，必要時，每隔一定的距離壓注聚氨酯止水保護圈。當盾尾發(fā)生泄漏時，針對泄漏部分集中壓注盾尾油脂，利用堵漏材料進行封堵，并配制初凝時間較短的雙液漿進行二次注漿。

除以上措施之外，為防止洞門滲漏，到達階段還采取了如下方案。

3.4.1 洞門加固區(qū)加大

盾構(gòu)主機總長8.68 m，原設計洞門加固區(qū)長8 m，為減少加固體與非加固體間滲漏風險，施工階段，將加固區(qū)長度調(diào)整為9 m。

3.4.2 接縫樁補強

原設計加固體與連續(xù)墻間隙為600 mm，采用單排φ800 mm@600 mm旋噴樁加固止水，根據(jù)施工經(jīng)驗，施工階段調(diào)整為雙排φ600 mm@350 mm旋噴樁，降低加固體與連續(xù)墻間滲漏風險。

3.4.3 設置環(huán)箍止水

充分利用盾構(gòu)主機盾殼上的注漿孔，設置環(huán)箍止水(見圖2)。

圖2 盾殼注漿孔位置示意圖Fig.2 Layout of grouting holes at shield shell

1)第1道環(huán)箍。在超前刀距到達端連續(xù)墻4 500 mm處停機，此時，盾體鉸接正好位于加固體與非加固體交界處，利用布設于盾殼鉸接前、后40 cm處的注漿孔對加固體與非加固體間滲水通道進行注漿封堵，采用雙液漿打設環(huán)箍。第1次停機注漿位置如圖3所示。

圖3 第一次停機注漿位置圖Fig.3 Position of shield stopping and grouting for the first time

2)第2道環(huán)箍。在超前刀距到達端連續(xù)墻200 mm處停機，此時盾尾已包入到第一道環(huán)箍以內(nèi)，在盾構(gòu)機外置注漿孔通過時會對第1道環(huán)箍產(chǎn)生擠壓破壞，從而導致后方水源沿管片背后空隙繼續(xù)進入加固體;因此，此處設置第2道環(huán)箍，仍采用鉸接前后設置的注漿孔注漿，漿液采用水溶性聚氨酯，利用其遇水快速膨脹特點封堵空隙，同時，其材料本身強度較低，可大大降低盾構(gòu)機通過時外置注漿孔周邊的摩擦阻力。第2次停機注漿位置如圖4所示。

3)第3道環(huán)箍。在超前刀進洞2 000 mm后停機，此時盾尾已進入第2道環(huán)箍，盾體鉸接位于接縫樁位置，再次采用鉸接處的注漿孔注射雙液漿設置第3道環(huán)箍，以阻斷接縫樁處的滲漏。第3次停機注漿位置如圖5所示。

3.4.4 輔助防水措施

洞門采用雙措施止水，即在原設計設置洞門止水簾布板的情況下增設一道止水圈，提高洞門的止水、防水性能。附加止水環(huán)施工如圖6所示。

圖6 附加止水環(huán)施工圖Fig.6 Construction of additional water-sealing ring

3.5 設置監(jiān)測點、加強巡視

在麗觀橋橋面及兩側(cè)各30 m范圍內(nèi)布設沉降監(jiān)測點，斷面5 m/個，每個斷面設置7個監(jiān)測點，分別位于軸線位置，軸向兩側(cè)5，10，15 m位置，并在橋臺上布設監(jiān)測點。

在過河前、過河后、過河過程中安排專人負責對河岸周邊進行巡視。

4 結(jié)論與討論

盾構(gòu)法隧道施工是大型設備與各類技術人員緊密結(jié)合的一種施工工藝，在各項技術方案制定時必須充分掌握盾構(gòu)機的各項性能;同時，根據(jù)盾構(gòu)到達時存在的各類安全風險進行全面的分析，逐一攻克。方案制定時一方面需考慮設備本身功能的充分發(fā)揮，另一方面需考慮方案中所需材料的基本性能，防止“厚此薄彼”的現(xiàn)象發(fā)生，從而影響技術方案的實施效果。

在高浪路站—蘇錫路站盾構(gòu)區(qū)間過河到達施工中，經(jīng)項目技術人員對施工風險充分評估，在克服淺覆土作用下隧道上浮、冒頂及螺旋機噴涌等難題，集中力量解決到達過程中的滲漏風險，通過利用盾體本身的預留注漿孔在盾構(gòu)到達的不同階段注入不同的注漿材料，有效地控制了洞門滲漏，確保了盾構(gòu)安全到達。

盡管目前我國盾構(gòu)施工已大規(guī)模開展，但施工技術水平及現(xiàn)場管理水平尚待提高，在不同地質(zhì)情況下盾構(gòu)始發(fā)及到達施工仍然存在較大的風險，需持續(xù)關注。

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