韓　丹

(中鐵隧道局集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 511458)

城市地鐵建設(shè)是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容，是便捷城市生活，擴(kuò)大城市生活半徑的重要交通設(shè)施。地鐵連接江河兩岸多采用盾構(gòu)隧道形式穿越江河，如上海、廣州、南京地鐵建設(shè)等。地鐵盾構(gòu)的施工工藝與安全程度有別于礦山法，但因穿越江河不定因素多，施工風(fēng)險(xiǎn)依然很大，所以在設(shè)計(jì)階段就需高度重視，對(duì)地鐵穿江風(fēng)險(xiǎn)的研究與控制，也顯得較為有意義[1-4]。

1　工程概況

本段區(qū)間設(shè)計(jì)起始里程為SK13+833.128 m～SK15+739.117 m，區(qū)間總長(zhǎng)度為1 905.989 m(右線),左右線中心間距為12～17 m，其中SK14+105.412 m～SK15+294.372 m(共計(jì)1 188.96 m)為江面水低段，隧頂覆土厚度為9～25m。該段區(qū)間設(shè)置3條聯(lián)絡(luò)通道，其中線路最低處的1條泵房兼聯(lián)絡(luò)通道，南岸江堤為新修防洪大堤，大堤中設(shè)置了鋼閘板防滲墻。區(qū)間線路出始發(fā)站后，以R400 m曲線向東方向偏轉(zhuǎn)，穿越過某斜拉橋后以R800 m曲線轉(zhuǎn)向東南方向，之后為直線段，最后以R-450 m向東偏轉(zhuǎn)至接收站，如圖1所示。

2　工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

2.1　工程地質(zhì)

本區(qū)間隧道主要穿越的地層分為河漫灘區(qū)和江底區(qū)，漫灘區(qū)海拔高度117.42～128.04 m，地形平緩，起伏不大。地層主要由人工填土層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、中砂、白堊系嫩江組沉積巖等組成。隧道穿越區(qū)間地質(zhì)主要以中砂為主。江底段地層主要由砂層與粉質(zhì)粘土構(gòu)成，隧道主要在砂層中穿越。

圖1　區(qū)間平面示意圖

2.2　水文地質(zhì)

根據(jù)勘探揭示，河漫灘區(qū)地下水分為潛水、微承壓水和承壓水。

潛水含水層由人工填土、淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)粉土構(gòu)成，主要補(bǔ)給液為大氣降水。

微承壓水含水層由粉砂、中砂構(gòu)成，相對(duì)隔水底板為粉質(zhì)粘土。該含水層與其上潛水含水層有密切的水力聯(lián)系，主要補(bǔ)給來源為地下徑流以及上層孔隙潛水的越流補(bǔ)給，以地下徑流為主要排泄方式。地下水位隨季節(jié)不同有升降變化，其年變幅較潛水小，約為0.5 m左右。

承壓含水層由中砂、粉質(zhì)粘土層構(gòu)成，在其上部的相對(duì)隔水頂板為粉質(zhì)粘土，相對(duì)隔水底板為強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。該含水層主要補(bǔ)給來源為地下徑流補(bǔ)給，以地下徑流為主要排泄方式。地下水位基本不隨季節(jié)變化。

3　風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)

依據(jù)《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》(GB50652-2011)中定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來判定，并結(jié)合已有工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來綜合分析確定。按照軌道交通風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率和損失等級(jí)，將地下工程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為Ⅰ～Ⅳ級(jí)，其中Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)最高，Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)最低，同時(shí)給出了針對(duì)不同等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的接受準(zhǔn)則及風(fēng)險(xiǎn)控制處置措施。通過LEC評(píng)分法，并組織專家會(huì)議進(jìn)行分析，確定I級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源如表1所示。

表1　區(qū)間主要風(fēng)險(xiǎn)源(風(fēng)險(xiǎn)工程)匯總表

4　風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)措施

4.1　盾構(gòu)下穿江面水域

1)對(duì)于富含地下水的砂層，考慮到地下水的含量及水壓，以及土的塑性流動(dòng)及透水性等問題，推薦采用泥水盾構(gòu)機(jī)。

2)河漫灘區(qū)域地下水位較高，在過砂層之前對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全面檢查及維修保養(yǎng)，要求盾構(gòu)刀盤密封和盾尾密封能抵抗地層的水壓并具有一定的安全系數(shù)，以確保盾構(gòu)施工安全。

3)合理確定渣土的松散系數(shù)，嚴(yán)格控制出土量，對(duì)土體添加聚合物進(jìn)行改良，做好同步注漿和二次注漿工作。

4)合理選擇掘進(jìn)模式和掘進(jìn)參數(shù)，在進(jìn)入江中段前，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件選擇掘進(jìn)參數(shù)，對(duì)泥水平衡模式與間接控制模式進(jìn)行合理選擇，并設(shè)置不小于100 m的試驗(yàn)段，收集合理的掘進(jìn)參數(shù)。

5)高度重視監(jiān)控量測(cè)工作，及時(shí)根據(jù)反饋監(jiān)測(cè)信息，調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)。

4.2　江中聯(lián)絡(luò)通道暗挖施工

1)區(qū)間設(shè)置了3個(gè)聯(lián)絡(luò)通道，最大施工風(fēng)險(xiǎn)為江中的聯(lián)絡(luò)通道施工，該通道采用暗挖法施工，結(jié)合周邊環(huán)境，需要采用冷凍法對(duì)開挖范圍進(jìn)行加固，并合理選擇冷凍法施工機(jī)械，并嚴(yán)格控制施工的精度，保證冷凍效果。

2)聯(lián)絡(luò)通道加固區(qū)域?yàn)轫?、底板不小? m范圍，帶泵房的聯(lián)絡(luò)通道加固范圍為頂板不小于3 m、底板以下不小于2 m。

3)采用鹽水冰凍法施工時(shí)，嚴(yán)格控制鹽水冰凍時(shí)的最低溫度、養(yǎng)護(hù)時(shí)間。凍土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)后方可進(jìn)行施工。

4)施工過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)冰凍土體強(qiáng)度及變形的監(jiān)測(cè)，當(dāng)凍土強(qiáng)度降低、變形增大時(shí)立即停止開挖，分析原因，補(bǔ)強(qiáng)后復(fù)工。

5)施工完畢后應(yīng)采取有效的措施進(jìn)行封堵，防止出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。

4.3　穿越南岸江堤

4.3.1江堤變形與穩(wěn)定性計(jì)算分析

1)模型建立情況。 為了分析盾構(gòu)下穿江堤下樁基時(shí)對(duì)堤壩的影響，采用有限元分析軟件PLAXIS進(jìn)行計(jì)算，本次采用HS計(jì)算模型(如圖2所示)，主要參數(shù)包含江堤鋼閘板樁基礎(chǔ)、地鐵隧道的幾何特征、地層分布等，采用的地質(zhì)參數(shù)為地勘報(bào)告參數(shù)以及部分經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。本次模擬計(jì)算主要為盾構(gòu)下穿過程中對(duì)周邊土體擾動(dòng)引起堤壩沉降以及對(duì)裝配式活動(dòng)鋼閘板樁基礎(chǔ)的影響[5-9]。

圖2　盾構(gòu)下穿江堤有限元計(jì)算模型

2)鋼閘板樁基礎(chǔ)內(nèi)力、變形。 根據(jù)有限元沉降計(jì)算結(jié)果可知，區(qū)間下穿江堤鋼閘板樁基礎(chǔ)處的地層沉降最大值為8.48 mm，發(fā)生在拱頂。鋼閘板樁基礎(chǔ)頂冠梁處的地層沉降值為4 mm，小于盾構(gòu)下穿過程中的鋼閘板樁基礎(chǔ)允許不均勻沉降值5 mm。

盾構(gòu)下穿鋼閘板樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)控制工況為：盾構(gòu)下穿鋼閘板的基礎(chǔ)只承受水平力，僅需要驗(yàn)算鋼閘板樁基礎(chǔ)的水平承載能力。通過數(shù)值計(jì)算可得引起的鋼閘板樁基礎(chǔ)附加彎矩值為18.77 kN·m，遠(yuǎn)小于正常配筋的800 mm鉆孔灌注樁樁身承載力。因此盾構(gòu)下穿引起的鋼閘板樁基礎(chǔ)附加彎矩在樁基礎(chǔ)承載能力范圍內(nèi)。

區(qū)間下穿江堤鋼閘板樁基礎(chǔ)里程處的樁基礎(chǔ)水平變形為1.46 mm，樁基礎(chǔ)豎向變形為3.94 mm，小于盾構(gòu)下穿過程中的鋼閘板樁基礎(chǔ)允許變形值。

根據(jù)上述有限元模擬計(jì)算結(jié)果可知，在地鐵盾構(gòu)區(qū)間正常設(shè)計(jì)、正常施工的條件下，堤壩及其鋼閘板樁基礎(chǔ)豎向沉降值小于沉降允許值，能保證樁、梁、柱不被破壞，鋼閘板能安裝，無需采取專門的加固措施[10-13]。

4.3.2設(shè)計(jì)措施

1)對(duì)該部位隧道周圍土體采用φ600@450 mm旋噴樁加固，加固深度為隧道上方3 m，隧道下方1 m。

2)待旋噴樁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在其中間進(jìn)行袖閥管注漿。

3)盾構(gòu)施工過程中，采用同步注漿工藝，確保漿液填充滿盾尾管片與加固后土體間的建筑空隙。

4)在盾構(gòu)到達(dá)防滲墻前，降低推進(jìn)速度，嚴(yán)格控制盾構(gòu)方向，根據(jù)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)及分析的反饋信息，及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)，確保盾構(gòu)機(jī)的平穩(wěn)穿越。

5)盾構(gòu)通過后，為防止后期沉降產(chǎn)生空隙，須進(jìn)行二次注漿，將管片與地層的空隙填滿，完全切掉滲流路徑。

4.4　施工監(jiān)控量測(cè)

根據(jù)盾構(gòu)區(qū)間穿江的各種工況及一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源情況，加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)穿江時(shí)江面的巡查、對(duì)穿越的江堤進(jìn)行監(jiān)測(cè)、對(duì)聯(lián)絡(luò)通道施工進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)[14-16]。主要測(cè)試的項(xiàng)目有：管片沉降與收斂、地面沉降、江堤(含鋼閘板)沉降與傾斜等。根據(jù)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)情況，對(duì)盾構(gòu)的施工進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)信息化施工，保證施工安全。

1)從盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)階段數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，砂層的地表沉降變形控制在2.48～-50.22 mm，地面略微抬升，脫出盾尾后，逐漸沉降加劇，隨著二次注漿加固的施工，沉降逐漸穩(wěn)定，砂層中縱向沉降槽長(zhǎng)度為10～45 m；

2)管片沉降與姿態(tài)控制、壓力控制等掘進(jìn)參數(shù)對(duì)施工影響較大，尤其數(shù)據(jù)離散型較大時(shí)，但二次注漿的及時(shí)性與施工規(guī)范性對(duì)沉降與收斂有很大抑制作用；

3)江堤(含鋼閘板)沉降與傾斜主要受到旋噴樁加固施工的影響，此段施工過程中的沉降為3.1～-4.8 mm，傾斜變化比較大，最大為0.28%。盾構(gòu)快速穿越，泥水平衡，盾構(gòu)能夠很好地滿足變形控制要求，河堤處于安全范圍內(nèi)。

5　結(jié)論與總結(jié)

1)高度重視越江風(fēng)險(xiǎn)分析，采用多種方式對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)，結(jié)合理論建模的計(jì)算結(jié)果，合理制定越江風(fēng)險(xiǎn)控制措施；

2)盾構(gòu)穿江時(shí)，要根據(jù)地質(zhì)情況，合理進(jìn)行盾構(gòu)選型，在穿越砂層時(shí)，優(yōu)選采用泥水盾構(gòu)；

3)盾構(gòu)越江時(shí)，兩側(cè)堤岸的安全直接影響周邊環(huán)境安全，為此，需要對(duì)堤岸的安全進(jìn)行重點(diǎn)研究，要對(duì)堤岸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并制定合理的控制標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合信息化施工手段，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，以保證周邊環(huán)境安全。

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