成都地鐵6號線盾構(gòu)穿越特殊地段風險源控制施工技術(shù)

任 霄

（中鐵二十局集團第三工程有限公司 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，普遍夾雜有粉細砂層透鏡體，地下水豐富、水位高、補給迅速，部分地段地層中還存在粒徑超過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)條件下長距離實施盾構(gòu)隧道施工，風險高、難度大。

穿越上述特殊地段危險源，采取相應的控制措施，及時調(diào)整盾構(gòu)掘進參數(shù)并加強施工監(jiān)測，才能保證盾構(gòu)順利穿越。

2 工程概況

地鐵6號線3標位于郫都區(qū)，區(qū)間出檬梓站后沿西區(qū)大道由西北向東南敷設，在西區(qū)大道前進入尚錦路站，出尚錦路站后繼續(xù)向東南敷設，穿越紅光支渠進入紅高路站，出紅高路站后向東南敷設，穿越繞城高速大院子橋，進入天宇路站，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、細砂、卵石。動力觸探將卵石層分為松散卵石、稍密卵石、中密卵石、密實卵石四個亞層。

區(qū)域地貌單元為岷江一級階地，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、水位較高，形成貫通的自由水面。

在尚錦路站選擇2個點位挖掘探坑，并進行人工篩分，對漂石含量進行統(tǒng)計分析。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 風險源統(tǒng)計與篩查

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，力學性質(zhì)差異性較大，多具強度較低、壓縮性高、自穩(wěn)性差、滲透性大等特點。盾構(gòu)施工時容易產(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，由于富水強，在掘進過程中易發(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，嚴重時直接影響其安全和穩(wěn)定，個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，卵石層中含砂層透鏡體，盾構(gòu)施工時可能引起流砂、河底冒漿、突涌水等現(xiàn)象。與此同時隧道施工引起局部水土環(huán)境變化，可能造成橋臺樁基兩側(cè)土壓力不平衡，導致其受損或側(cè)移、沉降，加之部分漂石無法破碎，盾構(gòu)掘進受阻，引起渠底開裂和橋梁側(cè)移、沉降。

（1）進一步查明本標段區(qū)間隧道范圍內(nèi)大漂石、孤石等分布情況［4］，對出現(xiàn)“大漂石、孤石”幾率大的地段作為補充鉆探的重點區(qū)域來考慮。

（2）盾構(gòu)機進、出洞端頭的補充鉆探目的是摸清其地質(zhì)情況，為選擇加固方案做準備。

（3）鉆探孔的布置采用逐級加密的方法，在實施過程中根據(jù)現(xiàn)場實際情況實行動態(tài)管理，對鉆探孔的布置和數(shù)量進行適當調(diào)整，以提高“大漂石、孤石”探測的準確性并降低成本。

（4）補鉆方案實施前要進行走訪調(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、埋深查清楚并標示出來，避免鉆孔施工將之損壞，并根據(jù)實際情況調(diào)整補鉆方案。

結(jié)合以上，對特定區(qū)段調(diào)用了高分辨率的隧道超前預報系統(tǒng)（地質(zhì)雷達）進行掃描，及時掌握淺層不可預知的地質(zhì)狀況、盾構(gòu)掌子面前端及隧道周圍的風險源（包括區(qū)域非金屬管線分布、地層空洞、塌陷等）情況。具體過程如圖1～圖2所示。

圖1 地面淺層預報探測

圖2 洞內(nèi)地質(zhì)雷達監(jiān)測

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)大道主管道且無其他倒排管道。該管為20世紀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)場實測流量400 m3／h。該污水管由于流量過大，形成帶壓運行現(xiàn)象，實測帶壓水頭為 3.5 m［5-6］。

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

如果施工時處理不好，會對地面建筑物及其基礎(chǔ)造成嚴重影響，所以調(diào)整了原有的加固方式，設計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 污水管流速測量

污水抽排水泵流量應滿足高峰期排污需求，故按管內(nèi)最大流速計算污水管流量。計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)驗算可知滿足需求。

4.2 管線控制施工

根據(jù)現(xiàn)場情況和盾構(gòu)施工需要，對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)，防止因掘進超方導致污水管破壞后污水倒灌進入隧道，危及隧道和設備安全。

在對周邊環(huán)境產(chǎn)生最小影響的前提下，整體過程經(jīng)過評估后建立施工封閉區(qū)域。

選擇污水流量最小的時候，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，同時采用水泵將上游井內(nèi)污水通過DN400PE地面導排管抽排至下游井內(nèi)，并保證整體過程完整流暢，無漏排現(xiàn)象。

完成上述過程后，用小型污水泵通過中間2#井將污水抽排，保持DN800砼污水管處于空管狀態(tài)。盾構(gòu)開始掘進無水管道之間區(qū)段。該段掘進徹底完成后，恢復臨時封堵狀態(tài)，并在需要跳排的地點循環(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程

4.3 掘進參數(shù)控制

盾構(gòu)掘進無水管道之間區(qū)段，對出渣量采取體積和重量雙控制管理措施，嚴格出土量管理，每環(huán)出土量控制在56 m3，重量120 t。掘進過程中盡量減少刀盤空轉(zhuǎn)，減少土體擾動。施工中加強監(jiān)控，超量出土會引起管底沉降，形成漏斗通道，危及盾構(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，避免壓力過高而頂破覆土。

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

4.4 洞內(nèi)注漿

在盾構(gòu)通過污水管后，通過增加注漿孔特殊管片及時進行洞內(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］。

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

根據(jù)地質(zhì)及掘進情況，盾構(gòu)通過后在洞內(nèi)對隧道周圍2 m范圍內(nèi)進行二次注漿，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)壓時間不小于30 min，現(xiàn)場實際操作見圖6。

圖6 洞內(nèi)二次注漿

4.5 施工監(jiān)測

（1）監(jiān)測點布設

管線測點重點布置在污水管線上。測點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布置一個測點。測點可利用檢查井直接布置在管線上，也可以在管線上方埋設地表樁進行間接監(jiān)測或直接監(jiān)測。

（2）測量方法

采用電子水準儀測量地表及管線沉降，采用分層沉降測量儀測量分層沉降量。

（3）沉降控制值及預警值

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

（4）沉降異常處置

①當發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時，通知立刻停機，并第一時間將異常情況上報值班領(lǐng)導，同時檢查盾構(gòu)機各工作狀態(tài)是否有異常。如停機時間過久，注入膨潤土。

②檢查監(jiān)測儀器、儀表是否有問題，確認儀器無故障；派人在停機點處檢查周邊是否出現(xiàn)異常。

③立刻通知測量班復測；成立臨時應急情況處理小組，對原因進行分析。

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）設置20 m的穿越試驗段。根據(jù)穿越試驗段掘進參數(shù)總結(jié)，結(jié)合深層量測、控制欠壓、充分注漿、主動防護等原則設定盾構(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)注漿方式通過注漿泵將水泥漿液通過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、水化反應以及團粒作用等，形成懸浮膠體和團粒，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。注漿完成后及時沖洗袖閥管，盾構(gòu)通過時進行跟蹤注漿［11］。

（1）渠底加固

為避免盾構(gòu)穿越時透水，渠底鋪設200 mm厚C20素混凝土+防水卷材+100 mm厚C20細石混凝土進行渠底防滲漏加固處理（見圖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→鋪設土工布→鋪設1.5 mm PVC防水板→鋪設土工布→100 mm細石混凝土保護層→倒邊施工另一側(cè)。

（2）加強監(jiān)控量測

加強施工監(jiān)控量測工作，當掘進面距離監(jiān)測斷面前后≤20 m時，2次／d；當掘進面距離監(jiān)測斷面前后≤50 m時，1次／d。

（3）洞內(nèi)注漿加固

盾構(gòu)通過后，及時進行洞內(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

隨著城市地鐵建設的快速發(fā)展，地鐵盾構(gòu)隧道越來越多地需要穿越建（構(gòu)）筑物、河流、管線等風險源。合理運用現(xiàn)場補勘結(jié)合地質(zhì)雷達掃描的方法，填補了特殊地質(zhì)條件下風險源調(diào)查缺口。

對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)，防止因掘進超方導致污水管破壞后污水倒灌進入隧道，危及隧道和設備安全。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、影響地面交通、社會及環(huán)境影響大、加固效果難以保證且施工過程易發(fā)生管線破壞事故等弊端，同時節(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)掘進的安全性和時效性。需結(jié)合施工經(jīng)驗，總結(jié)規(guī)律，設置穩(wěn)定高效的盾構(gòu)穿越參數(shù)，為后續(xù)研究打下基礎(chǔ)。