任 霄

（中鐵二十局集團(tuán)第三工程有限公司 重慶 400065）

1 引言

成都地鐵穿越的地層主要包含富水砂卵石地層、微膨脹泥巖地層和中風(fēng)化富水砂巖地層。其中砂卵石地層最具代表性，普遍夾雜有粉細(xì)砂層透鏡體，地下水豐富、水位高、補(bǔ)給迅速，部分地段地層中還存在粒徑超過(guò)600 mm的漂石。例如郫都區(qū)及溫江區(qū)一些區(qū)域地鐵隧道斷面內(nèi)漂石含量較多加之地下管線眾多、地表建筑物密集。在這種地質(zhì)條件下長(zhǎng)距離實(shí)施盾構(gòu)隧道施工，風(fēng)險(xiǎn)高、難度大。

穿越上述特殊地段危險(xiǎn)源，采取相應(yīng)的控制措施，及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)并加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，才能保證盾構(gòu)順利穿越。

2 工程概況

地鐵6號(hào)線3標(biāo)位于郫都區(qū)，區(qū)間出檬梓站后沿西區(qū)大道由西北向東南敷設(shè)，在西區(qū)大道前進(jìn)入尚錦路站，出尚錦路站后繼續(xù)向東南敷設(shè)，穿越紅光支渠進(jìn)入紅高路站，出紅高路站后向東南敷設(shè)，穿越繞城高速大院子橋，進(jìn)入天宇路站，均采用盾構(gòu)法施工。

區(qū)間隧道主要穿越富水砂卵石地層［1］。根據(jù)巖土鉆孔顯示，段內(nèi)廣泛上覆第四系全新統(tǒng)人工填土，主要為雜填土，局部為素填土；其下為第四系全新統(tǒng)沖洪積層粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土、細(xì)砂、卵石。動(dòng)力觸探將卵石層分為松散卵石、稍密卵石、中密卵石、密實(shí)卵石四個(gè)亞層。

區(qū)域地貌單元為岷江一級(jí)階地，具有豐富的地表徑流。區(qū)間地下水類型主要有兩種:一是賦存于黏性土層之上填土層中的上層滯水；二是第四系砂卵石層的孔隙潛水。卵石層較厚且局部夾薄層砂，其間賦存有大量的孔隙潛水，其富水性較強(qiáng)、水位較高，形成貫通的自由水面。

在尚錦路站選擇2個(gè)點(diǎn)位挖掘探坑，并進(jìn)行人工篩分，對(duì)漂石含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。分析結(jié)果如下:該車站13.3～14.7 m深度范圍內(nèi)漂石含量17.39%～19.70%，平均含量18.55%，其中30 cm以上漂石含量5.48%～6.37%，平均含量為5.93%，漂石最大粒徑為62×35 cm。

3 風(fēng)險(xiǎn)源統(tǒng)計(jì)與篩查

本區(qū)間地表分布的特殊性人工填土，該層土分布厚度不一、均勻性差、成分不一、結(jié)構(gòu)疏松，力學(xué)性質(zhì)差異性較大，多具強(qiáng)度較低、壓縮性高、自穩(wěn)性差、滲透性大等特點(diǎn)。盾構(gòu)施工時(shí)容易產(chǎn)生地面變形及不均勻沉降甚至地層空洞，影響鄰近管線、建筑物及道路安全［2-3］。

盾構(gòu)穿越卵石地層時(shí)，由于富水強(qiáng)，在掘進(jìn)過(guò)程中易發(fā)生突涌水，在水壓力作用下，易發(fā)生流砂、水土流失，造成隧道變形、管片破損甚至地面下沉、塌陷。

隧道施工沿線污水管線密集，管身多為砼，周邊土體的變形易引起這些老舊承壓管道破裂損壞，造成漏水、涌水，大量水浸入周邊土體，造成周邊建構(gòu)筑物的沉降、開裂，嚴(yán)重時(shí)直接影響其安全和穩(wěn)定，個(gè)別埋深較大的管線還可能影響隧道頂板處圍巖的穩(wěn)定性。

隧道下穿局部地段河渠時(shí)，卵石層中含砂層透鏡體，盾構(gòu)施工時(shí)可能引起流砂、河底冒漿、突涌水等現(xiàn)象。與此同時(shí)隧道施工引起局部水土環(huán)境變化，可能造成橋臺(tái)樁基兩側(cè)土壓力不平衡，導(dǎo)致其受損或側(cè)移、沉降，加之部分漂石無(wú)法破碎，盾構(gòu)掘進(jìn)受阻，引起渠底開裂和橋梁側(cè)移、沉降。

（1）進(jìn)一步查明本標(biāo)段區(qū)間隧道范圍內(nèi)大漂石、孤石等分布情況［4］，對(duì)出現(xiàn)“大漂石、孤石”幾率大的地段作為補(bǔ)充鉆探的重點(diǎn)區(qū)域來(lái)考慮。

（2）盾構(gòu)機(jī)進(jìn)、出洞端頭的補(bǔ)充鉆探目的是摸清其地質(zhì)情況，為選擇加固方案做準(zhǔn)備。

（3）鉆探孔的布置采用逐級(jí)加密的方法，在實(shí)施過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，對(duì)鉆探孔的布置和數(shù)量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以提高“大漂石、孤石”探測(cè)的準(zhǔn)確性并降低成本。

（4）補(bǔ)鉆方案實(shí)施前要進(jìn)行走訪調(diào)查，與有關(guān)單位聯(lián)系溝通，將區(qū)間線路上地下管線的位置、走向、埋深查清楚并標(biāo)示出來(lái)，避免鉆孔施工將之損壞，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整補(bǔ)鉆方案。

結(jié)合以上，對(duì)特定區(qū)段調(diào)用了高分辨率的隧道超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)（地質(zhì)雷達(dá)）進(jìn)行掃描，及時(shí)掌握淺層不可預(yù)知的地質(zhì)狀況、盾構(gòu)掌子面前端及隧道周圍的風(fēng)險(xiǎn)源（包括區(qū)域非金屬管線分布、地層空洞、塌陷等）情況。具體過(guò)程如圖1～圖2所示。

圖1 地面淺層預(yù)報(bào)探測(cè)

圖2 洞內(nèi)地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測(cè)

4 管線控制技術(shù)

檬尚區(qū)間左線盾構(gòu)與隧道平行有一條DN800砼污水管，混凝土結(jié)構(gòu)。污水管為西區(qū)大道主管道且無(wú)其他倒排管道。該管為20世紀(jì)90年代修建鋼筋混凝土承插管，管徑800 mm，管道埋深4.2～5.2 m，距隧道頂間距約4.1～7.2 m，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)流量400 m3／h。該污水管由于流量過(guò)大，形成帶壓運(yùn)行現(xiàn)象，實(shí)測(cè)帶壓水頭為 3.5 m［5-6］。

由于隧道施工時(shí)引起污水管周邊土體變形，造成污水管的沉降、開裂，嚴(yán)重時(shí)直接影響其安全和穩(wěn)定。

如果施工時(shí)處理不好，會(huì)對(duì)地面建筑物及其基礎(chǔ)造成嚴(yán)重影響，所以調(diào)整了原有的加固方式，設(shè)計(jì)了新的污水管地面跳排方案，能最大限度地保證施工安全。具體流程如圖3所示。

圖3 管線控制流程

4.1 污水管流量確定

在污水排放高峰期采用流速儀測(cè)定污水管內(nèi)污水流速 v［7］，結(jié)果如表1所示。

表1 污水管流速測(cè)量

污水抽排水泵流量應(yīng)滿足高峰期排污需求，故按管內(nèi)最大流速計(jì)算污水管流量。計(jì)算得污水管高峰期排污量為434.07 m3／h，擬選水泵流量為600 m3／h并經(jīng)驗(yàn)算可知滿足需求。

4.2 管線控制施工

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和盾構(gòu)施工需要，對(duì)污水管采用跳排措施保證盾構(gòu)正上方污水管處于空管狀態(tài)，防止因掘進(jìn)超方導(dǎo)致污水管破壞后污水倒灌進(jìn)入隧道，危及隧道和設(shè)備安全。

在對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生最小影響的前提下，整體過(guò)程經(jīng)過(guò)評(píng)估后建立施工封閉區(qū)域。

選擇污水流量最小的時(shí)候，專業(yè)潛水員下井封堵DN800砼污水管上游1#井的下井口和下游3#井的上井口，同時(shí)采用水泵將上游井內(nèi)污水通過(guò)DN400PE地面導(dǎo)排管抽排至下游井內(nèi)，并保證整體過(guò)程完整流暢，無(wú)漏排現(xiàn)象。

完成上述過(guò)程后，用小型污水泵通過(guò)中間2#井將污水抽排，保持DN800砼污水管處于空管狀態(tài)。盾構(gòu)開始掘進(jìn)無(wú)水管道之間區(qū)段。該段掘進(jìn)徹底完成后，恢復(fù)臨時(shí)封堵?tīng)顟B(tài)，并在需要跳排的地點(diǎn)循環(huán)前述步驟。盾構(gòu)下穿污水管地面跳排控制流程如圖4，具體施工過(guò)程如圖5。

圖4 污水管地面跳排流程

圖5 污水管跳排下井施工過(guò)程

4.3 掘進(jìn)參數(shù)控制

盾構(gòu)掘進(jìn)無(wú)水管道之間區(qū)段，對(duì)出渣量采取體積和重量雙控制管理措施，嚴(yán)格出土量管理，每環(huán)出土量控制在56 m3，重量120 t。掘進(jìn)過(guò)程中盡量減少刀盤空轉(zhuǎn)，減少土體擾動(dòng)。施工中加強(qiáng)監(jiān)控，超量出土?xí)鸸艿壮两担纬陕┒吠ǖ?，危及盾?gòu)施工安全。

控制同步注漿壓力，保證盾構(gòu)上方土體穩(wěn)定，壓漿引起的泥水壓力不大于盾構(gòu)頂部的垂直壓力。嚴(yán)格控制同步注漿壓力，并在注漿管路中安裝安全閥，避免壓力過(guò)高而頂破覆土。

同時(shí)嚴(yán)格控制與切口土壓力有關(guān)的施工參數(shù)，如推進(jìn)速度、總推力、出土量等，盡量減少土壓力的波動(dòng)；嚴(yán)格控制盾構(gòu)糾偏量；保證盾構(gòu)機(jī)處于良好姿態(tài)，減少對(duì)土層的擠壓和擾動(dòng)［8-9］。

4.4 洞內(nèi)注漿

在盾構(gòu)通過(guò)污水管后，通過(guò)增加注漿孔特殊管片及時(shí)進(jìn)行洞內(nèi)徑向注漿，隧道拱頂180°范圍，注漿深度3 m。洞內(nèi)注漿采用水泥單漿液，水灰比為1∶1，注漿壓力不大于0.4 MPa，防止管片被注漿壓壞［10］。

為防止掘進(jìn)后的后期沉降，在管片脫出盾尾3～4環(huán)1對(duì)，立即通過(guò)吊裝孔和增設(shè)的二次注漿孔對(duì)管片后因同步注漿收縮和不飽滿產(chǎn)生的空隙進(jìn)行二次注漿。在盾構(gòu)通過(guò)段影響范圍內(nèi)的管片上增設(shè)注漿孔。

根據(jù)地質(zhì)及掘進(jìn)情況，盾構(gòu)通過(guò)后在洞內(nèi)對(duì)隧道周圍2 m范圍內(nèi)進(jìn)行二次注漿，加固土體。二次注漿采用1∶1的雙漿液，注漿材料采用P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，注漿壓力控制在0.3～0.4 MPa之間，穩(wěn)壓時(shí)間不小于30 min，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作見(jiàn)圖6。

圖6 洞內(nèi)二次注漿

4.5 施工監(jiān)測(cè)

（1）監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

管線測(cè)點(diǎn)重點(diǎn)布置在污水管線上。測(cè)點(diǎn)布置在管線的接頭處，或者變化敏感部位，沿著管線延伸方向每20 m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)可利用檢查井直接布置在管線上，也可以在管線上方埋設(shè)地表樁進(jìn)行間接監(jiān)測(cè)或直接監(jiān)測(cè)。

（2）測(cè)量方法

采用電子水準(zhǔn)儀測(cè)量地表及管線沉降，采用分層沉降測(cè)量?jī)x測(cè)量分層沉降量。

（3）沉降控制值及預(yù)警值

地表沉降控制值累計(jì)25 mm，日變形量3 mm／d；管線沉降控制值累計(jì)30 mm，日變形量2 mm／d；分層沉降控制值累計(jì)50 mm，日變形量5 mm／h。預(yù)警值為累計(jì)／日變形量控制值的70%。

（4）沉降異常處置

①當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)，通知立刻停機(jī)，并第一時(shí)間將異常情況上報(bào)值班領(lǐng)導(dǎo)，同時(shí)檢查盾構(gòu)機(jī)各工作狀態(tài)是否有異常。如停機(jī)時(shí)間過(guò)久，注入膨潤(rùn)土。

②檢查監(jiān)測(cè)儀器、儀表是否有問(wèn)題，確認(rèn)儀器無(wú)故障；派人在停機(jī)點(diǎn)處檢查周邊是否出現(xiàn)異常。

③立刻通知測(cè)量班復(fù)測(cè)；成立臨時(shí)應(yīng)急情況處理小組，對(duì)原因進(jìn)行分析。

④打孔排查是否存在空洞，若發(fā)現(xiàn)空洞則回填；未發(fā)現(xiàn)空洞則埋設(shè)袖閥管注漿加固，穩(wěn)定地層，防止污水管破壞。

⑤持續(xù)跟蹤沉降情況，如存在滯后沉降則再次打孔注漿加固。

5 橋渠加固控制技術(shù)

5.1 盾構(gòu)穿越試驗(yàn)段的建立

尚錦路站-紅高路站區(qū)間右線隧道首先穿越紅光渠及橋梁。結(jié)合隧道的埋深及地質(zhì)情況，在里程YDK10+235～YDK10+215（均為卵石土含漂石，埋深一致）設(shè)置20 m的穿越試驗(yàn)段。根據(jù)穿越試驗(yàn)段掘進(jìn)參數(shù)總結(jié)，結(jié)合深層量測(cè)、控制欠壓、充分注漿、主動(dòng)防護(hù)等原則設(shè)定盾構(gòu)穿越紅光渠及橋梁參數(shù)。

5.2 盾構(gòu)穿越控制技術(shù)

注漿預(yù)加固橋墩采取袖閥管注漿加固，注漿采用普通水泥漿液，采用循環(huán)注漿方式通過(guò)注漿泵將水泥漿液通過(guò)袖閥管均勻地注入土體中，以填充、滲透和擠密等方式，驅(qū)走卵石層（含漂石）顆粒間的水分和氣體，并填充其位置；通過(guò)水泥中所含礦物與土體中的水土分別發(fā)生水解、水化反應(yīng)以及團(tuán)粒作用等，形成懸浮膠體和團(tuán)粒，使土體變形能力增加，提高了變形模量，從而防止或減少紅光渠橋梁樁基側(cè)移、沉降。注漿完成后及時(shí)沖洗袖閥管，盾構(gòu)通過(guò)時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿［11］。

（1）渠底加固

為避免盾構(gòu)穿越時(shí)透水，渠底鋪設(shè)200 mm厚C20素混凝土+防水卷材+100 mm厚C20細(xì)石混凝土進(jìn)行渠底防滲漏加固處理（見(jiàn)圖7～圖8）。

圖7 紅光支渠渠底加固

圖8紅光支渠防滲施工示意

紅光支渠防滲施工工藝:清除河床底部淤泥、平整河床→圍堰施工→鋼筋網(wǎng)綁扎→200 mm混凝土找平層→鋪設(shè)土工布→鋪設(shè)1.5 mm PVC防水板→鋪設(shè)土工布→100 mm細(xì)石混凝土保護(hù)層→倒邊施工另一側(cè)。

（2）加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)

加強(qiáng)施工監(jiān)控量測(cè)工作，當(dāng)掘進(jìn)面距離監(jiān)測(cè)斷面前后≤20 m時(shí)，2次／d；當(dāng)掘進(jìn)面距離監(jiān)測(cè)斷面前后≤50 m時(shí)，1次／d。

（3）洞內(nèi)注漿加固

盾構(gòu)通過(guò)后，及時(shí)進(jìn)行洞內(nèi)徑向注漿［12］，洞內(nèi)注漿采用水泥單漿液，水灰比為1∶1，注漿壓力不大于0.5 MPa。洞內(nèi)徑向加固如圖9所示。

圖9 洞內(nèi)徑向加固示意（單位：mm）

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著城市地鐵建設(shè)的快速發(fā)展，地鐵盾構(gòu)隧道越來(lái)越多地需要穿越建（構(gòu)）筑物、河流、管線等風(fēng)險(xiǎn)源。合理運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)勘結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)掃描的方法，填補(bǔ)了特殊地質(zhì)條件下風(fēng)險(xiǎn)源調(diào)查缺口。

對(duì)污水管采用跳排措施，確保管線安全，有效防止地表塌陷。保證盾構(gòu)正上方污水管處于空管狀態(tài)，防止因掘進(jìn)超方導(dǎo)致污水管破壞后污水倒灌進(jìn)入隧道，危及隧道和設(shè)備安全。與傳統(tǒng)施工地面管線加固或改遷的方式相比，避免了工期長(zhǎng)、影響地面交通、社會(huì)及環(huán)境影響大、加固效果難以保證且施工過(guò)程易發(fā)生管線破壞事故等弊端，同時(shí)節(jié)約施工成本。

橋渠加固施工控制措施的合理性決定了盾構(gòu)掘進(jìn)的安全性和時(shí)效性。需結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)規(guī)律，設(shè)置穩(wěn)定高效的盾構(gòu)穿越參數(shù)，為后續(xù)研究打下基礎(chǔ)。