王智，梁春，白朝旭，魏小月

(北京市勘察設計研究院有限公司，北京 100038)

1 引 言

隨著城市軌道交通的迅猛發(fā)展，地鐵隧道下穿河湖等風險源越來越多，穿越過程中如何加強對河湖等風險源的管控變得尤為重要。

本文系統(tǒng)地闡述了盾構區(qū)間下穿河流、采砂坑區(qū)間出現(xiàn)河道滲漏、裂縫等情況，通過盾尾底部填充海綿、鋼絲球等措施，有效控制盾尾漏漿情況，保證同步注漿質量，變形得到有效控制，風險得到有效控制。

2 工程概況

某區(qū)間沿六圈路東行下穿Φ500燃氣管線及白盆窯住宅地塊至六圈路與規(guī)劃張新路交叉口，左右線分別以 450 m、460 m半徑下穿某河后轉彎向北延伸，下穿采砂坑后以 R=500 m半徑再次下穿某河，沿規(guī)劃張新路向北至四環(huán)路南側接入四環(huán)路站，在四環(huán)路站盾構吊出。區(qū)間在六圈路與規(guī)劃張新路路口側穿白盆窯規(guī)劃地塊東南角綠化部分，在某河東岸側穿空軍計量總站及巴莊子村部分民房(最小水平距離為 1.93 m)。圖1為盾構區(qū)間穿越某河及采砂坑平面位置圖。

圖1 盾構區(qū)間穿越某河及采砂坑平面位置圖

3 工程地質及水文情況

根據(jù)對現(xiàn)場鉆探、原位測試及室內土工試驗綜合分析，按地層沉積年代、成因類型將擬建場區(qū)地面以下 60.0 m深度范圍內的地層劃分為人工堆積層、一般第四紀新近沉積層、一般第四紀沖洪積層及古近紀巖層四大類。

根據(jù)初步勘察結果，主要地層有素填土、雜填土、粉質黏土、黏質粉土、粉細砂、圓礫、卵石、風化巖。隧道基本位于卵石⑥層，局部位于卵石⑤層，地下水位位于隧道底板以下 5 m～15 m。隧道內各圍巖均勻性和穩(wěn)定性較好。

根據(jù)初勘報告，在樊羊路站～四環(huán)路站區(qū)間勘察深度范圍內，共揭露一層地下水，地下水的類型為潛水，水位埋深 28.9 m～31.6 m，相應水位標高 14.53 m～16.34 m，含水層主要賦存于卵石層中，受大氣降水影響，水位有一定的變化，變化幅度一般為 2 m～3 m。圖2、圖3為區(qū)間第一、二次下穿某河地質剖面圖，圖4為區(qū)間下穿采砂坑地質剖面圖。

圖2 第一次下穿某河地質剖面圖 圖3 第二次下穿某河地質剖面圖

圖4 區(qū)間下穿采砂坑剖面圖

4 盾構機概況

本工程投入的盾構機DL255由中國鐵建重工集團有限公司生產(chǎn)的土壓平衡盾構機，開挖直徑 6 280 mm，掘進參數(shù)根據(jù)組段劃分確定。盾構下穿某河及采砂坑大部分處于砂卵石地層，無地下水影響。

5 穿越風險工程情況

5.1 區(qū)間下穿某河

盾構區(qū)間左線381～454環(huán)范圍第一次下穿某河，河底寬 16 m，頂部寬 27 m，水位約 0.5 m，河底做過防滲處理，隧道拱頂埋深 19.84 m，區(qū)間與某河豎向最小凈距約為 15.42 m。區(qū)間右線956～ 1 111環(huán)、左線920～ 1 055環(huán)范圍第二次下穿某河，河底寬 16 m，頂部寬 30 m，水位約 0.5 m，河底做過防滲處理，隧道拱頂埋深 15.79 m，區(qū)間與某河豎向最小凈距約為 10.42 m。

5.2 區(qū)間下穿采砂坑

區(qū)間在右線643～889環(huán)、左線629～870環(huán)下穿采砂坑，風險等級為一級。采砂坑段區(qū)間長度左線約 289 m，右線約 295 m，采砂坑最深處為 24.0 m，進入隧道頂部最大距離約 1.67 m。主要穿越地層為素填土、雜填土卵石層。隧道結構主要位于卵石層⑥層中。地下水位埋深約 30.4 m～ 30.8 m，距隧道約 2.7 m～3.4 m。

6 風險事件詳情

盾構區(qū)間左線掘進至403環(huán)，現(xiàn)場巡視發(fā)現(xiàn)第一次下穿某河期間，西側河道出現(xiàn)旋渦，疑似河水滲漏，且河堤監(jiān)測點DB-28-03出現(xiàn)較大沉降，當日沉降變形速率為 -5.05 mm/d，連續(xù)兩天出現(xiàn)較大變形，結合現(xiàn)場監(jiān)測及巡視情況，第三方監(jiān)測單位立即通知相關單位，并及時發(fā)布橙色巡視預警。針對上述情況，加密現(xiàn)場監(jiān)測及巡視。下午3時現(xiàn)場進行復測，河堤監(jiān)測點DB-28-03在該時間段沉降量較平穩(wěn)，變形速率為 -1.15 mm/d。次日上午10時監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，河堤監(jiān)測點DB-28-03變形基本穩(wěn)定，沉降變形速率為 -0.42 mm/d。河道滲漏水情況如圖5所示。

圖5 河道滲漏水

盾構右線穿越采砂坑區(qū)域期間，沿線上覆地表監(jiān)測點出現(xiàn)明顯下沉，其中DB-50-02監(jiān)測點累計沉降量 -112.38 mm，速率 -53.77 mm/d，地面出現(xiàn)長度約 2 m的縱向裂縫。地面裂縫情況如圖6所示。

圖6 地面縱向裂縫

7 應急處置措施

盾構下穿某河出現(xiàn)滲漏險情發(fā)生后，現(xiàn)場采取如下措施：

(1)在盾尾使用聚氨酯做止水環(huán)；

(2)在盾尾處，使用泡沫條塞住盾尾間隙，并使用鋼環(huán)封?。?/p>

(3)關閉螺旋機前后閘門，防止水自土倉進入；

(4)提高盾尾油脂的注入量和壓力；

(5)從坑洞處注漿回填的方式對滲水處進行封堵，共回填24 m3混凝土；

(6)加密現(xiàn)場監(jiān)測及巡視，制定24小時值班。

盾構右線下穿采砂坑出現(xiàn)明顯沉降及裂縫后，現(xiàn)場采取如下措施：

(1)采取在盾尾底部填充海綿、鋼絲球等措施，并適時注入盾尾油脂，如圖7所示；

圖7 盾尾填充海綿及鋼絲球

(2)在同步注漿及二次補漿過程中，適時觀測盾尾漏漿情況，發(fā)現(xiàn)異常及時封堵，并注入盾尾油脂。

8 監(jiān)測情況

(1)盾構下穿某河

河道發(fā)生滲漏后，現(xiàn)場加密監(jiān)測頻率。當日下午3時現(xiàn)場進行復測，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，河堤監(jiān)測點DB-28-03在該時間段沉降量較平穩(wěn)，變形速率為 -1.15 mm/d。次日上午10時監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，河堤監(jiān)測點DB-28-03變形基本穩(wěn)定，沉降變形速率為 -0.42 mm/d。盾構第一次下穿某河平面圖如圖8所示。左線第一次下穿DB-28-03監(jiān)測點時曲線圖如圖9所示。

圖8 盾構左線第一次下穿某河滲漏位置平面圖

圖9 DB-28-03監(jiān)測點時沉曲線圖(左線第一次下穿)

從圖9可以看出，盾構左線第一次下穿某河期間，河堤監(jiān)測點出現(xiàn)明顯下沉(現(xiàn)場巡視發(fā)現(xiàn)河堤出現(xiàn)滲漏水)，出現(xiàn) -9.59 mm沉降量，后施工單位及時對河堤滲漏部位進行回填處理，洞內采取如下措施：①在盾尾使用聚氨酯做止水環(huán)；②在盾尾處，使用泡沫條塞住盾尾間隙，并使用鋼環(huán)封?。虎坳P閉螺旋機前后閘門，防止水自土倉進入；④提高盾尾油脂的注入量和壓力。

盾構通過后，使用雙液漿進行二次補漿，后續(xù)變形漸趨穩(wěn)定。鑒于左線第一次下穿某河出現(xiàn)河底滲漏水問題，施工單位在后續(xù)穿越某河之前，優(yōu)化盾構掘進參數(shù)，穿越期間24小時值班，做好應急物資儲備。

(2)盾構下穿采砂坑

盾構區(qū)間右線下穿采砂坑區(qū)域期間，沿線上覆地表監(jiān)測點出現(xiàn)明顯下沉，其中DB-50-02監(jiān)測點累計沉降量 -112.38 mm，速率 -53.77 mm/d。后施工單位通過洞內加強同步注漿及二次補漿，測點變形漸趨穩(wěn)定。

盾構第一次下穿某河平面圖如圖10所示。圖11為盾構區(qū)間下穿采砂坑區(qū)域地表DB-50-01、DB-50-02監(jiān)測點時間-沉降量曲線圖。

圖10 盾構區(qū)間下穿采砂坑位置平面圖

圖11 監(jiān)測點時沉曲線圖(右線下穿期間)

采砂坑監(jiān)測點變形情況匯總表 表1

從圖11、表1可以看出，盾構右線穿越采砂坑期間，地表監(jiān)測點出現(xiàn)急劇變形。分析原因為：采砂坑區(qū)域土體回填不密實，左線掘進期間已對地層產(chǎn)生擾動；右線穿越期間，采砂坑區(qū)域地表有積水，且右線附近有村民自動的排污池，部分水體滲漏至土體；施工單位同步注漿量不足，盾尾刷損壞等。

9 原因分析

盾構區(qū)間穿越某河實際及組段劃分盾構參數(shù)情況如表2、表3所示。

盾構穿越某河實際盾構參數(shù)情況 表2

盾構穿越某河組段劃分盾構參數(shù)情況 表3

盾構左線第一次下穿某河導致河底出現(xiàn)滲漏，如圖12～圖14所示，分析原因如下：

圖12 左線第一次下穿某河出土量情況匯總

圖13 左線第一次下穿某河同步注漿量情況匯總

圖14 左線第一次下穿某河土壓力情況匯總

(1)土壓偏低，土壓低于組段劃分值；

(2)出土量高，大于組段劃分值；

(3)同步注漿量低，低于組段劃分值；

(4)河道底部有空洞。

后及時對掘進參數(shù)進行調整，后續(xù)穿越某河未出現(xiàn)異常情況。

盾構區(qū)間穿越采砂坑區(qū)域實際及組段劃分盾構參數(shù)情況如表4、表5所示。

盾構穿越采砂坑實際盾構參數(shù)情況 表4

盾構穿越采砂坑組段劃分盾構參數(shù)情況 表5

盾構右線下穿采砂坑出現(xiàn)明顯變形及裂縫，如圖15、圖16所示，分析原因如下：

圖15 盾構右線下穿采砂坑同步注漿情況匯總

圖16 盾構右線下穿采砂坑土壓力情況匯總

采砂坑區(qū)域土體回填不密實，左線掘進期間已對地層產(chǎn)生擾動；右線穿越期間，采砂坑區(qū)域地表有積水，且右線附近有村民自動的排污池，部分水體滲漏至土體；施工單位同步注漿量不足，盾尾刷損壞等。

10 風險管控總體評價及總結

盾構區(qū)間左線第一次下穿某河期間，土壓偏低，出土量較多，河底出現(xiàn)滲漏，及時發(fā)布橙色巡視預警，并加密現(xiàn)場監(jiān)測及巡視，施工單位處置較為及時，風險隱患消除。

后續(xù)在左線第二次、右線第一二次下穿某河期間，施工單位制定24小時值班計劃，做好應急預案，并建立“穿越某河風險管控群”，及時反饋盾構各項參數(shù)信息，現(xiàn)場監(jiān)測及巡視信息，后三次穿越某河均順利通過。

建議在后續(xù)類似盾構下穿河湖之前，施工單位應高度重視，控制盾構掘進參數(shù)，做好應急預案及物資儲備?，F(xiàn)場24小時值班，發(fā)現(xiàn)異常情況及時通知各方，現(xiàn)場第一時間處置。

盾構區(qū)間右線穿越采砂坑期間，采砂坑區(qū)域地面出現(xiàn)明顯下沉，且地面出現(xiàn)縱向裂縫。后施工單位提高同步注漿量，盾尾底部填充海綿、鋼絲球等措施，有效地控制了沉降變形發(fā)展。

建議在后續(xù)類似盾構穿越期間地面沉降較大情況，施工單位應及時分析沉降變形原因，必要情況下組織專家咨詢會，及時采取有效措施控制變形發(fā)展。

盾構掘進過程中，總體上風險處于可控狀態(tài)，風險管控整體效果較好。