盾構機到達富水砂層時的技術措施

包世波，劉寶許，王建軍

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

與盾構機始發(fā)一樣，盾構機到達同為盾構施工重難點之一。而在很大程度上，地質條件決定了其施工風險的大小。而盾構機到達富水砂層中，其難度系數(shù)和風險程度更高。廣州軌道交通三號線北延段11標的高增站—新機場南站盾構區(qū)間盾構機到達砂層時出現(xiàn)涌水、涌沙問題，經(jīng)過及時處理，保證了盾構出洞的安全和機場高速公路的安全，未造成大的影響。

1 工程概況

廣州軌道交通三號線北延段11標的高增站—新機場南站盾構區(qū)間的吊出井位于機場高速公路中央綠化帶內(nèi)，兩側毗鄰機場高速公路，水平距離不足6 m。隧頂埋深6～7 m。地質勘察資料顯示，盾構機到達范圍內(nèi)隧道地質主要為:＜3-2＞沖積～洪積中粗砂層和少量＜4-1＞沖積～洪積土層，其中砂層約占隧道斷面4/5，見圖1。

該區(qū)間地質勘察資料顯示:＜3-1＞沖積～洪積粉細砂層，＜3-2＞沖積～洪積中粗砂層及＜3-3＞沖積～洪積礫砂層是透水層，滲透性強，為主要含水層。地下水主要為第四系孔隙水，由于本段砂層分布廣泛，且厚度大，連通好，和地表水水力聯(lián)系密切，富水性強。

為保證盾構到達吊出井的安全，吊出井端頭加固采取單排φ600 mm@400 mm雙管旋噴樁 +φ850 mm密排咬合200 mm三軸攪拌樁加固處理，在靠近連續(xù)墻外側施作單排雙管旋噴樁，吊出井端頭10 m(長)×21 m(寬)范圍內(nèi)施作三軸攪拌樁。見圖2。

圖1 隧道到達范圍內(nèi)地質(單位:m)

圖2 吊出井端頭加固平面示意(單位:mm)

2 涌水、涌沙事故的處理與原因分析

左、右線盾構機到達洞門之前，均按節(jié)點驗收要求完成盾尾雙液注漿封閉止水等工作，但到達時洞門仍出現(xiàn)不同程度的涌水、涌沙情況。特別是左線隧道，盾構機刀盤接近連續(xù)墻約50 cm時(此時洞門連續(xù)墻破除僅剩下最后一層鋼筋)，掌子面左下側及右側中部分別有兩股直徑約10 cm水流夾雜部分砂粒流出。

從開始處理涌水、涌沙事故到左線盾構機完全出洞，約持續(xù)了48 h，總涌水量超過600 m3，總涌沙量約10 m3。分別采取在盾尾后第三、四環(huán)管片(非加固區(qū)與加固區(qū)的交界處)開孔注聚氨酯和雙液漿，以封阻加固體后方地層中賦水流向前方土倉，過程中涌水、涌沙量基本無變化;同時，通過盾構機的同步注漿管路注水泥砂漿。由于涌水、涌沙量較大，處理工作的后期，吊出井端頭左前方(加固體外側)出現(xiàn)一個約2.0 m(長)×1.5 m(寬)×2.0 m(深)的坑洞，為保證毗鄰行車道安全，及時對該坑洞用混凝土回填后，又在其周圍進行地表注漿，將因涌水、涌沙引起的土體空隙填充密實。后期監(jiān)測結果顯示，該處地表逐步趨于穩(wěn)定。

綜合端頭加固設計、施工情況和整個涌水、涌沙處理過程分析，此次涌水、涌沙事故的可能原因有:

1)加固體與連續(xù)墻接縫處的雙管旋噴樁止水效果不佳，致使加固體與連續(xù)墻接縫處成為止水薄弱環(huán)節(jié)，成為地下水滲流通道。

2)設計的端頭加固范圍不合理，未能考慮到所有可能的滲水薄弱環(huán)節(jié)，比如吊出井端頭兩側及其斜前方砂層中的水體，在洞門破除后所形成的水壓差作用下，沿著加固體與連續(xù)墻間的薄弱通道滲到洞門，并由于反復沖刷逐漸加大涌水量。從處理的過程來看，這也是洞門涌水、涌沙的主要來源。用聚氨酯和雙液漿在盾尾后方封堵成環(huán)后涌水量仍不見減少，而隨著盾構機前進，盾尾同步注漿逐漸將加固體和連續(xù)墻間的滲水通道封堵，涌水、涌沙逐步得到控制。

3 總結

1)端頭加固的目的是保證盾構機出洞安全，端頭加固設計應根據(jù)地質風險的高低選擇合理的加固方案。盾構機幾乎在全斷面富水砂層中到達時，應采取U型外包式加固范圍，對吊出井端頭兩側和側前方一定范圍也分別采取土體加固措施，同時加長正前方加固區(qū)(超過盾體長度3～5 m)，以降低涌水、涌沙的可能。

2)在現(xiàn)有施工工藝中，三軸攪拌樁和雙管旋噴樁是砂層地質端頭加固較為成熟的工藝。但其加固質量很大程度上取決于其過程中的參數(shù)控制(如水泥摻量、噴射壓力、提升速度等)，過程控制的好壞直接反映在最終的加固效果上。當加固深度超過10 m時，其垂直度就難以控制，鄰樁之間很難達到設計預期的咬合搭接效果。

3)盾構機到達富水砂層時，須高度重視出洞前的準備工作，盡可能考慮到各種潛在風險并做好對應防范措施，如水平探孔觀察、盾尾注漿止水、安裝橡膠防水簾布與托架以及洞門或地表注漿準備等。

4)在盾構機到達出洞之前，須從最不利情況考慮安排工序:為安全起見，應在盾構機刀頭頂?shù)竭B續(xù)墻后，再安排洞門破除，在洞門破除之前安裝防水簾布，而托架安裝在洞門破除之后。只有這樣，方可在刀頭頂?shù)竭B續(xù)墻后，空倉觀察土倉內(nèi)是否有水位上升現(xiàn)象，若有，則采取各種有效措施隔斷水路，確保盾構出洞時無涌水、涌沙現(xiàn)象。

5)盾尾注漿封閉止水環(huán)可采取“聚氨酯 +雙液漿”，先在靠近盾尾的最后一環(huán)或兩環(huán)管片上開孔注入聚氨酯，然后再在盾尾后的第三或四環(huán)管片開孔注雙液漿，這樣既能保證止水效果持久，又能避免雙液漿流到盾體外殼快速固結以及導致盾體被固結不能前進的次生事故。

6)出現(xiàn)洞門涌水、涌沙時，可以采取洞內(nèi)注“聚氨酯+雙液漿”，地表回灌注漿或洞門預埋管注漿，以及時固結周圍松散顆粒(砂粒)、封閉滲水通道，必要時洞門四周回填反壓甚至吊出井基坑部分回填反壓，防止涌水、涌沙量過大造成周邊地表沉降過大，危及周邊建構筑物及基坑安全。

4 結語

盡管盾構機在富水砂層到達出洞風險較高，但如果能在設計和施工時提高重視程度和安全系數(shù)，風險終究也是能夠克服的。對此增加的可見經(jīng)濟成本而言，因規(guī)避了施工風險或事故而獲得的潛在經(jīng)濟效益和社會效益會更大。

［1］竺維斌，鞠世健，史海歐.廣州地鐵三號線盾構隧道工程施工技術研究［M］.廣州:暨南大學出版社，2007.

［2］竺維斌，鞠世健.復合地層中的盾構施工技術［M］.北京:中國科學技術出版社，2006.

［3］李喬榮.隧道盾構施工監(jiān)測及結果分析［J］.鐵道建筑，2009(10):36-38.