淺談深圳復(fù)合地層盾構(gòu)法施工重難點(diǎn)控制

辛?xí)?XIN Shu-jie

（中鐵隧道集團(tuán)有限公司 專用設(shè)備中心，河南 洛陽 471000）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,越來越多的城市地鐵及地下工程采用先進(jìn)的盾構(gòu)法施工,因?yàn)槎軜?gòu)刀盤和刀具對(duì)地層的適應(yīng)范圍很窄,當(dāng)遇到地質(zhì)情況發(fā)生突變時(shí),掘進(jìn)會(huì)受到很大的影響,甚至?xí)斐稍O(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。隧道施工還要盡量減少對(duì)周圍環(huán)境(地表及建筑物)的影響。

1 工程概況

1.1 工程范圍

深圳市地鐵11號(hào)線車紅區(qū)間線路沿深南大道和白石路布設(shè)，主要包括1個(gè)中間風(fēng)井、左右線盾構(gòu)區(qū)間隧道6 871.356單線延米、1座聯(lián)絡(luò)通道兼廢水泵房、7座聯(lián)絡(luò)通道（其中6號(hào)位于中間風(fēng)井、8號(hào)位于中間始發(fā)井）、洞門8個(gè)、端頭加固4處、農(nóng)林南人行天橋加固區(qū)、鳳塘河干渠加固區(qū)及下穿地鐵1號(hào)線竹僑區(qū)間加固區(qū)各1處（圖1）。線路最小曲線半徑600m，線間距13～37.6m；隧道最大縱坡28‰，最小縱坡4‰，隧道軌面埋深13.0～28.65m。車紅區(qū)間全長(zhǎng)約5 448m，隧道內(nèi)徑6 000mm，擬采用4臺(tái)?6 980mm盾構(gòu)施工，區(qū)間穿越主要不良地質(zhì)和特殊巖土，沿線緊鄰或穿越1號(hào)線、竹子林車輛段等多處建（構(gòu)）筑物及歡樂海岸人工湖等重要建（構(gòu)）筑物和地表水體，且為深圳首次采用?6 980mm盾構(gòu)施工，盾構(gòu)性能及可靠性備受關(guān)注。

1.2 工程地質(zhì)

區(qū)間擬建場(chǎng)地原地貌為剝蝕殘丘（臺(tái)地）間沖溝以及濱海灘涂地貌單元，現(xiàn)已填筑或推平，現(xiàn)狀為道路、住宅區(qū)等，地形平坦。該地段建筑不多，交通繁忙。區(qū)間隧道主要穿越地層為：<4-11>礫砂、<7-1>礫質(zhì)粘性土、<8-1>全風(fēng)化粗?；◢弾r、<8-2>強(qiáng)風(fēng)化粗?；◢弾r、<8-3>中風(fēng)化粗粒花崗巖。

不良地質(zhì)：①區(qū)間多處揭示有風(fēng)化球，共有12個(gè)孔揭示，風(fēng)化球厚度在0.4～4.1m之間，區(qū)間內(nèi)花崗巖風(fēng)化球十分發(fā)育；②基巖突起里程K 5+083～K 5+480范圍地質(zhì)圖顯示有微風(fēng)化巖層突起，基巖突起附近，基巖面起伏較大，軟硬不均現(xiàn)象嚴(yán)重；球狀風(fēng)化體：區(qū)間在MKZ2-SZZ-03（YCK 4+515）揭示有球狀風(fēng)化體（孤石）發(fā)育，厚度1.8m；③拋填片石部分地段為拋石擠淤形成，塊石直徑0.20～1.50m，主要零星分布在濱海灘涂地貌人工造海區(qū)（YCK 6+320m～YCK 6+919m），厚度最大約6.0m；④區(qū)間范圍內(nèi)揭露到3條斷層，受斷層擠壓、張扭等影響，巖體較破碎且風(fēng)化不均，殘積土及全風(fēng)化巖中常夾塊狀強(qiáng)風(fēng)化及中等風(fēng)化巖塊，里程K 6+520～K 6+700范圍有斷層穿越。

本工程沿線場(chǎng)地普遍分布有軟土、填石、液化砂土、球狀風(fēng)化、基巖突起、斷裂破碎帶等不良地質(zhì)，對(duì)施工造成較大困難。若處理不當(dāng)，可能引起基坑及隧道坍塌、地面沉陷等工程災(zāi)害，進(jìn)而危及鄰近建筑物、管線等周邊環(huán)境及人員安全。

1.3 地表及建筑物

本標(biāo)段下穿、上穿多眾多既有建構(gòu)筑物。區(qū)間下穿地鐵1號(hào)線車竹區(qū)間、鳳塘河干渠、豐盛町過街道、農(nóng)林南人行天橋、廣深高速立交橋、竹子林過街道；上穿地鐵1號(hào)線竹僑區(qū)間、1號(hào)線竹子林車輛段、歡樂海岸別墅等。

2 工程重難點(diǎn)及對(duì)策

2.1 球狀風(fēng)化、基巖突起地層施工對(duì)策

盾構(gòu)區(qū)間球狀風(fēng)化、基巖突起分布十分廣泛，且探測(cè)難度非常大，是施工中的高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，如何提前發(fā)現(xiàn)并預(yù)處理是本工程的重難點(diǎn)。本工程地處深圳市沿海，根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)資料，11號(hào)線盾構(gòu)隧道花崗巖風(fēng)化球十分發(fā)育，風(fēng)化球厚度0.4～4.1m，天然抗壓強(qiáng)度為92.5～131MPa，平均值108MPa，盾構(gòu)強(qiáng)行掘進(jìn)勢(shì)必造成隧道管片破損、隧道中心線偏移、刀具卡死、刀盤開裂甚至盾構(gòu)損壞等許多難以預(yù)料的問題。

對(duì)策:①采用物探和鉆探相結(jié)合的手段，對(duì)沿線地層進(jìn)行勘探，爭(zhēng)取最大限度的發(fā)現(xiàn)球狀風(fēng)化體和基巖突起地層；②根據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果，針對(duì)不同情況，采用地面預(yù)爆破、人工開挖、掘進(jìn)通過等手段，達(dá)到有計(jì)劃、有預(yù)案的通過此類地段；③在球狀風(fēng)化預(yù)處理階段，指定合理方案，強(qiáng)化方案的執(zhí)行力，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理，步步為營(yíng)，做到徹底處理；④在盾構(gòu)制造階段充分考慮盾構(gòu)的掘進(jìn)性能、強(qiáng)化并增加相關(guān)附屬設(shè)備，從設(shè)備方面滿足要求；⑤編制多套“過球狀風(fēng)化、基巖突起施工方案”，做到組織到位、管理有序、分工明確，并按照決策層、管理層、作業(yè)層的順序逐級(jí)培訓(xùn)，先從思想上認(rèn)識(shí)到位，再?gòu)牟僮魃蠄?zhí)行到位，達(dá)到“徹底發(fā)現(xiàn)、提前預(yù)判、處理到位、掘進(jìn)有序”的目標(biāo)。

2.2 近距離下穿地鐵1號(hào)線的施工對(duì)策

近距離下穿地鐵1號(hào)線區(qū)間是施工難點(diǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。11號(hào)車紅區(qū)間盾構(gòu)下穿運(yùn)營(yíng)中的深圳市地鐵1號(hào)線車竹區(qū)間，凈距約1.44m。下穿1號(hào)線車輛段時(shí)埋深僅為4m，不足1倍洞徑（圖2）。由于地鐵運(yùn)營(yíng)對(duì)沉降要求高，如果控制不當(dāng)就有可能對(duì)地鐵1號(hào)線產(chǎn)生影響，因此順利下穿1號(hào)線既有隧道是本工程的一個(gè)施工控制重點(diǎn)。

圖2 隧道下穿1號(hào)線車竹區(qū)間位置示意圖

對(duì)策:①按照“高度重視，充分準(zhǔn)備、嚴(yán)格控制、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、快速通過、補(bǔ)漿加固”的原則進(jìn)行掘進(jìn)控制；②提前做好與地鐵運(yùn)營(yíng)部門溝通，在對(duì)應(yīng)位置布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)并測(cè)得初始值，并做好協(xié)調(diào)工作，保證監(jiān)測(cè)工作的實(shí)施；③盾構(gòu)通過前做好姿態(tài)控制、設(shè)備維修、物資材料準(zhǔn)備、對(duì)施工人員進(jìn)行交底，統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，全面做到施工準(zhǔn)備，調(diào)整好施工計(jì)劃，盡量安排在地鐵停止運(yùn)行階段（夜間）下穿既有隧道；④盾構(gòu)通過過程中加強(qiáng)掘進(jìn)參數(shù)控制、同步注漿控制、做好碴土改良，控制好出碴量，避免超挖，保證管片背后回填密實(shí)；⑤盾構(gòu)通過后繼續(xù)做好監(jiān)測(cè)工作，并及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充注漿，控制后期沉降，對(duì)下穿段前后50米范圍內(nèi)滲漏地段及時(shí)處理。

2.3 近距離上穿1號(hào)線竹僑區(qū)間的對(duì)策

近距離上穿1號(hào)線竹僑區(qū)間是施工難點(diǎn)高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)（圖3）。11號(hào)車紅區(qū)間在1號(hào)線竹僑城區(qū)間上跨地段為礦山法施工，斷面6.2m×6.605m，初支厚度0.25m，二襯厚度0.3m，結(jié)構(gòu)頂埋深約16m。11號(hào)線區(qū)間隧道拱部位于礫砂層中，最小覆土深度約10m，隧道拱頂部位處于砂層中，距離1號(hào)線隧道頂凈距離僅1m，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中土倉(cāng)壓力容易損失，從而引起地面塌陷，另外，上跨段掘進(jìn)時(shí)盾構(gòu)自重會(huì)對(duì)1號(hào)線隧道結(jié)構(gòu)帶來巨大的外部荷載。

圖3 隧道上穿1號(hào)線竹僑區(qū)間位置示意圖

對(duì)策:①結(jié)合場(chǎng)地條件，擬對(duì)隧道重疊部位的地層采用盾構(gòu)通過前進(jìn)行袖閥管注漿，通過改善土體密實(shí)度，以降低盾構(gòu)淺埋段冒頂?shù)氖┕わL(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)有利于降低盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)對(duì)既有隧道產(chǎn)生的附加應(yīng)力，袖閥管布孔間距為1m，梅花形布置，加固體距離既有隧道結(jié)構(gòu)凈距按1m進(jìn)行控制；②車紅區(qū)間上穿1號(hào)線竹僑部位，由于1號(hào)線施工期間發(fā)生過塌方，進(jìn)場(chǎng)后需重新補(bǔ)勘，進(jìn)一步摸清塌方回填的范圍以及孤石的分布情況；③對(duì)受影響地段進(jìn)行全面整修，軌道扣件擰緊，軌距、水平調(diào)正、受影響地段每隔3對(duì)短軌枕設(shè)置1根絕緣軌距拉桿、受影響地段鋼軌內(nèi)側(cè)安裝防脫護(hù)軌、受影響地段設(shè)置警示標(biāo)志、采用調(diào)高墊板調(diào)整軌面標(biāo)高；④遵循“連續(xù)掘進(jìn)、順利通過”的原則、選用復(fù)合式盾構(gòu)、選用熟練操作手、動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整主要掘進(jìn)參數(shù)（如土倉(cāng)壓力、推進(jìn)速度、刀盤轉(zhuǎn)速和推力等）、優(yōu)化外加劑配比，改良泥膜、控制出土量、做好壁后同步注漿和二次注漿。

2.4 下穿鳳塘河干渠施工對(duì)策

11號(hào)線盾構(gòu)隧道下穿鳳塘河干渠是本工程的重點(diǎn) (圖 4)。

鳳塘河為2孔6.5m×4.2m的砼箱涵，埋深約5.5m，橫跨于區(qū)間隧道左右線上方，處于素填土（礫質(zhì)粘性土）層中，涵底處于礫質(zhì)粘性土層中。距隧道頂部約5.32m。

對(duì)策:①盾構(gòu)過前對(duì)鳳塘河干渠下方土體進(jìn)行雙管旋噴樁加固，采用雙管旋噴樁對(duì)鳳塘河干渠底部進(jìn)行加固，保證加固后的土體具有良好的均勻性、自立性、止水性；②盾構(gòu)經(jīng)過時(shí)，對(duì)建筑物變形加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，必要時(shí)擴(kuò)大加固范圍和深度，并增加其他有效的保護(hù)措施；③為有效控制鳳塘河結(jié)構(gòu)沉降，擬從車公廟站內(nèi)打設(shè)水平向大管棚，間距0.4m。

3 結(jié) 論

1）針對(duì)該段盾構(gòu)區(qū)間的重難點(diǎn)提出了相應(yīng)的控制措施，為盾構(gòu)掘進(jìn)施工的安全提供了保障。

2）針對(duì)類似復(fù)合地層，在盾構(gòu)施工時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，根據(jù)掘進(jìn)的實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。

3）在掘進(jìn)時(shí)，針對(duì)不同地層制定相應(yīng)的渣土改良措施，防止“結(jié)泥餅”現(xiàn)象或者“噴涌”現(xiàn)象的發(fā)生，以免造成掘進(jìn)困難。

4）探究使用復(fù)合型土壓平衡盾構(gòu)在該地層的掘進(jìn)模式、掘進(jìn)參數(shù)的轉(zhuǎn)換，以提高掘進(jìn)效率，降低掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)。 O