富水砂卵石地層中大直徑土壓平衡盾構(gòu)近距離下穿既有線施工風(fēng)險管控措施

中交二航局成都城市建設(shè)工程有限公司，四川 成都 610000

1 工程概況

成都軌道交通17號線一期工程鳳溪河—溫泉大道站區(qū)間采用雙線盾構(gòu)隧道，該盾構(gòu)區(qū)間南起溫泉大道站，沿鳳溪大道向北掘進(jìn)至鳳溪河站，區(qū)間沿線經(jīng)過4個交叉路口，分別為五洞橋路、永興路、南江路及南熏大道。鳳溪大道為溫江區(qū)主干道，地面車流量較大，道路形式為4+2車道。

區(qū)間隧道在里程Y（Z）DK60+830—Y（Z）DK60+852范圍內(nèi)下穿地鐵4號線，正穿位置位于924～937環(huán)，考慮兩端影響段，下穿段為920～946環(huán)。下穿段處隧道埋深約26.3～27.2m，平面位于直線上，10環(huán)～935環(huán)為3.007‰的單向下坡，935環(huán)～946環(huán)為半徑為5000m的圓曲線。4號線與17號線平面交叉角度約為87～89°，4號線隧道底與17號線隧道拱頂最小距離約為3.41m。

2 工程地質(zhì)條件

新建17號線隧道主要穿越地層為2-9-3密實卵石土和3-8-3密實卵石土，局部可能夾雜有中密粉細(xì)砂層。詳細(xì)分布情況如表1所示。

表1 地質(zhì)分布情況表

2.1 2-9-3密實卵石土

區(qū)間隧道主要穿越該地層，根據(jù)室內(nèi)試驗，該地層天然密度ρ為2.2g/cm3；天然含水率w為2.33%～7.11%；天然抗壓強度為5.4～30.2MPa；滲透系數(shù)為25m/d；承載力特征值為700kPa；卵石成分以花崗巖、灰?guī)r、砂巖為主，磨圓度好，分選性差，粒徑60～180mm約占75%，局部地段見漂石。

2.2 3-8-3密實卵石土

區(qū)間隧道主要穿越該地層，根據(jù)室內(nèi)試驗，該地層天然密度ρ為2.3g/cm3；天然含水率w為2.33%～7.11%；天然抗壓強度為5.4～30.2MPa；滲透系數(shù)為18m/d；承載力特征值為700kPa；卵石成分以花崗巖、灰?guī)r、砂巖為主，磨圓度好，分選性差，粒徑60～190mm約占75%，局部地段見漂石。

2.3 3-4-2中密粉細(xì)砂

區(qū)間局部含有該地層，褐黃色，飽和，中密—密實，礦物成分主要以石英、長石為主，含云母碎片。層厚約為0.4～1.7m，呈層透鏡狀分布于卵石土層中，僅局部鉆孔發(fā)現(xiàn)。

3 富水砂卵石地層中大直徑土壓平衡盾構(gòu)近距離下穿既有線施工的風(fēng)險

3.1 既有線隧道沉降變形

盾構(gòu)下穿過程中對土層擾動，造成既有線隧道下方土層垮塌，導(dǎo)致既有線下方產(chǎn)生空洞，既有線隧道管片失去支撐下沉變形，當(dāng)沉降過大時會造成管片螺栓被剪斷，既有線隧道破壞，進(jìn)而列車軌道變形斷裂、列車脫軌等。根據(jù)上述情況綜合判定，既有線隧道沉降變形破壞屬于特別重大危險源。

3.2 既有線隧道隆起變形

管棚或地面袖閥管注漿壓力過大、注漿量過多造成既有線隧道上浮，線路隆起，或盾體注漿、同步注漿、二次注漿等注漿量過多、壓力過高，會造成既有線隧道上浮、列車軌道變形、列車脫軌等。根據(jù)上述情況綜合判定，既有線隧道隆起變形屬于特別重大危險源。

3.3 緊急停機

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中因遇到孤石導(dǎo)致刀盤被卡，扭矩突然增大，盾構(gòu)機跳閘導(dǎo)致緊急停機，或者突然斷電導(dǎo)致緊急停機，土倉壓力下降，會造成既有線沉降或地面下沉等。根據(jù)上述情況綜合判定，緊急停機屬于一般危險源。

3.4 管線破壞

既有線隧道內(nèi)的各種管線固定在隧道管片上，當(dāng)隧道發(fā)生沉降或隆起時，管片產(chǎn)生錯臺，部分剛性管道或無富余量的柔性管線會增加其內(nèi)部應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力增加到一定程度后就會引起管線破壞，地面沉降過大時引起地表淺埋管線發(fā)生斷裂風(fēng)險。根據(jù)上述情況綜合判定，管線破壞屬于一般危險源。

3.5 超方出現(xiàn)坑洞

盾構(gòu)掘進(jìn)時未能嚴(yán)格控制超方，將會導(dǎo)致盾構(gòu)機上方土層被掏空，發(fā)展到地面時就會導(dǎo)致地面變形過大，出現(xiàn)坑洞。地面車輛行人眾多，將可能導(dǎo)致人員、車輛吊入坑內(nèi)，導(dǎo)致車毀人亡。根據(jù)上述情況綜合判定，超方出現(xiàn)坑洞屬于重大危險源。

3.6 盾構(gòu)涌水、涌砂

盾構(gòu)機掘進(jìn)時遇到暗河、溝渠或雨水管、污水管發(fā)生破壞漏水，會導(dǎo)致掌子面涌進(jìn)大量的水；或者端頭降水井失效，地下水位陡升，螺機閘門關(guān)閉不及時；或盾尾密封不良，水由盾尾進(jìn)入隧道淹沒隧道。根據(jù)上述情況綜合判定，盾構(gòu)涌水、涌砂風(fēng)險屬于重大危險源。

4 項目施工過程中的風(fēng)險管控措施

4.1 對既有線隧道沉降變形的管控措施

對盾構(gòu)機上方與4號線隧道下方之間的土體采用管棚加固，管棚鋼管全部頂進(jìn)后，立即由最低處的管棚管向高處的管棚管的順序進(jìn)行注漿，同時利用管棚上注漿管進(jìn)行填充注漿，以補償?shù)貙拥乃缮⒆冃?。?yán)格控制出土量，并對出渣量采取體積及重量雙控制管理，根據(jù)下穿施工過程中實際工況對盾構(gòu)參數(shù)進(jìn)行實時調(diào)整。嚴(yán)格控制管片拼裝質(zhì)量，防止因管片拼裝質(zhì)量問題或選型錯誤導(dǎo)致既有線沉降加大。同時，采取同步注漿、盾體定點注漿和盾尾同步注漿及地面袖閥管跟蹤注漿措施，盾尾脫出后進(jìn)行二次注漿，盾尾通過后持續(xù)補充注漿，使4號線左、右線沉降結(jié)構(gòu)減少。通過人工及自動化監(jiān)測手段，持續(xù)對地面及既有線隧道進(jìn)行監(jiān)控，觀察沉降趨勢，并做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

4.2 對既有線隧道隆起變形的管控措施

調(diào)整頂進(jìn)速度加快螺旋出土量，發(fā)現(xiàn)既有建構(gòu)筑物隆起，可在管棚鋼管上方用螺旋鉆成孔釋放隆起土壓力，保證既有建構(gòu)筑物安全。盾構(gòu)機降低掘進(jìn)速度至20～30mm/min，降低同步注漿壓力及減少注漿量，螺旋機快速出土，降低上部土倉壓力，壓力控制在0.1MPa左右。安排監(jiān)控人員持續(xù)對地面及既有線隧道進(jìn)行監(jiān)控，觀察隆起趨勢，并做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

4.3 對緊急停機的管控措施

盾構(gòu)操作室內(nèi)應(yīng)24h有值班人員負(fù)責(zé)記錄土壓力變化，隨時掌握開挖面土壓力，并負(fù)責(zé)在土壓下降較大時采取向土倉內(nèi)注入高密度膨潤土的措施來維持壓力，確保停機期間既有線路安全。在停機期間應(yīng)加強對地表沉降的監(jiān)測，必要時提高監(jiān)測頻率，并及時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，繪制地表沉降時間-位移曲線圖。在停機期間加派人員對既有線及其他構(gòu)筑物進(jìn)行觀察；制訂意外停機應(yīng)急措施，一旦發(fā)現(xiàn)有大的沉降或塌方異常等情況，立即通知附近的人員疏散，并啟動應(yīng)急預(yù)案。

4.4 對管線破壞的管控措施

一旦發(fā)生管線損壞，立即啟動應(yīng)急預(yù)案，協(xié)助管線單位搶修。

應(yīng)立即聯(lián)系產(chǎn)權(quán)單位進(jìn)行處置，積極配合組織搶修，做好對居民的解釋工作，待修復(fù)工作完成后繼續(xù)施工。

4.5 對超方出現(xiàn)坑洞的管控措施

若地面發(fā)現(xiàn)裂紋，應(yīng)立即拉警戒線進(jìn)行探孔施工，周圍放置“應(yīng)急施工，減速慢行”的標(biāo)識標(biāo)牌；應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組立即將情況上報監(jiān)理、業(yè)主。對坍陷處回填1～2m厚度的砂，然后回填混凝土或砂漿，塌陷坑內(nèi)有積水時應(yīng)使用潛水泵抽排。對回填完的松散塌陷體及四周進(jìn)行注漿加固，形成穩(wěn)定加固層，同時要阻止地下水的滲透形成隔水層，加固可采用袖閥管注漿法。對塌陷處進(jìn)行沉降跟蹤監(jiān)測，并加大監(jiān)測頻率，分析沉降值及沉降速率變化情況，及時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4.6 對盾構(gòu)涌水、涌砂的管控措施

推進(jìn)過程中一旦出現(xiàn)涌水、流沙現(xiàn)象，可參照以下應(yīng)急措施：首先立即停止隧道內(nèi)作業(yè)，上報項目部商討解決方案，撤出施工人員，盾構(gòu)司機立即關(guān)閉盾構(gòu)螺旋機的緊急閘門及其他閘門，并時刻觀察現(xiàn)況及盾構(gòu)測量系統(tǒng)所顯示的各項參數(shù)；減小螺旋機轉(zhuǎn)速，適當(dāng)提高千斤頂推力，防止涌水時造成塌方事故；當(dāng)險情得到控制和排除后，組織相關(guān)人員進(jìn)行現(xiàn)場驗收和善后處理。

5 結(jié)束語

綜上所述，文章分析了此次施工過程中可能存在的風(fēng)險問題，然后針對這些問題探索出富水砂卵石地層中大直徑土壓平衡盾構(gòu)近距離下穿既有線施工的風(fēng)險管控措施，在一定程度上有效控制和解決了施工中的風(fēng)險，確保了盾構(gòu)下穿施工安全、順利實施，同時也有效控制了地表沉降及既有線隧道沉降，確保了既有線的安全運營，可為以后富水砂卵石地層中大直徑土壓平衡盾構(gòu)近距離下穿既有線的相關(guān)工程提供參考。