盾構(gòu)機(jī)到達(dá)富水砂層時(shí)的技術(shù)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(gòu)機(jī)始發(fā)一樣，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)同為盾構(gòu)施工重難點(diǎn)之一。而在很大程度上，地質(zhì)條件決定了其施工風(fēng)險(xiǎn)的大小。而盾構(gòu)機(jī)到達(dá)富水砂層中，其難度系數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)程度更高。廣州軌道交通三號(hào)線北延段11標(biāo)的高增站—新機(jī)場(chǎng)南站盾構(gòu)區(qū)間盾構(gòu)機(jī)到達(dá)砂層時(shí)出現(xiàn)涌水、涌沙問題，經(jīng)過(guò)及時(shí)處理，保證了盾構(gòu)出洞的安全和機(jī)場(chǎng)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(hào)線北延段11標(biāo)的高增站—新機(jī)場(chǎng)南站盾構(gòu)區(qū)間的吊出井位于機(jī)場(chǎng)高速公路中央綠化帶內(nèi)，兩側(cè)毗鄰機(jī)場(chǎng)高速公路，水平距離不足6 m。隧頂埋深6～7 m。地質(zhì)勘察資料顯示，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)范圍內(nèi)隧道地質(zhì)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(zhì)勘察資料顯示:＜3-1＞沖積～洪積粉細(xì)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(qiáng)，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(qiáng)。

為保證盾構(gòu)到達(dá)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(cè)施作單排雙管旋噴樁，吊出井端頭10 m(長(zhǎng))×21 m(寬)范圍內(nèi)施作三軸攪拌樁。見圖2。

圖1 隧道到達(dá)范圍內(nèi)地質(zhì)(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(gòu)機(jī)到達(dá)洞門之前，均按節(jié)點(diǎn)驗(yàn)收要求完成盾尾雙液注漿封閉止水等工作，但到達(dá)時(shí)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(gòu)機(jī)刀盤接近連續(xù)墻約50 cm時(shí)(此時(shí)洞門連續(xù)墻破除僅剩下最后一層鋼筋)，掌子面左下側(cè)及右側(cè)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(gòu)機(jī)完全出洞，約持續(xù)了48 h，總涌水量超過(guò)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(cāng)，過(guò)程中涌水、涌沙量基本無(wú)變化;同時(shí)，通過(guò)盾構(gòu)機(jī)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(cè))出現(xiàn)一個(gè)約2.0 m(長(zhǎng))×1.5 m(寬)×2.0 m(深)的坑洞，為保證毗鄰行車道安全，及時(shí)對(duì)該坑洞用混凝土回填后，又在其周圍進(jìn)行地表注漿，將因涌水、涌沙引起的土體空隙填充密實(shí)。后期監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，該處地表逐步趨于穩(wěn)定。

綜合端頭加固設(shè)計(jì)、施工情況和整個(gè)涌水、涌沙處理過(guò)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(shè)計(jì)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(cè)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(fù)沖刷逐漸加大涌水量。從處理的過(guò)程來(lái)看，這也是洞門涌水、涌沙的主要來(lái)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(gòu)機(jī)前進(jìn)，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(jié)

1)端頭加固的目的是保證盾構(gòu)機(jī)出洞安全，端頭加固設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的高低選擇合理的加固方案。盾構(gòu)機(jī)幾乎在全斷面富水砂層中到達(dá)時(shí)，應(yīng)采取U型外包式加固范圍，對(duì)吊出井端頭兩側(cè)和側(cè)前方一定范圍也分別采取土體加固措施，同時(shí)加長(zhǎng)正前方加固區(qū)(超過(guò)盾體長(zhǎng)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(zhì)端頭加固較為成熟的工藝。但其加固質(zhì)量很大程度上取決于其過(guò)程中的參數(shù)控制(如水泥摻量、噴射壓力、提升速度等)，過(guò)程控制的好壞直接反映在最終的加固效果上。當(dāng)加固深度超過(guò)10 m時(shí)，其垂直度就難以控制，鄰樁之間很難達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的咬合搭接效果。

3)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)富水砂層時(shí)，須高度重視出洞前的準(zhǔn)備工作，盡可能考慮到各種潛在風(fēng)險(xiǎn)并做好對(duì)應(yīng)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(zhǔn)備等。

4)在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)出洞之前，須從最不利情況考慮安排工序:為安全起見，應(yīng)在盾構(gòu)機(jī)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(cāng)觀察土倉(cāng)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(gòu)出洞時(shí)無(wú)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(jié)以及導(dǎo)致盾體被固結(jié)不能前進(jìn)的次生事故。

6)出現(xiàn)洞門涌水、涌沙時(shí)，可以采取洞內(nèi)注“聚氨酯+雙液漿”，地表回灌注漿或洞門預(yù)埋管注漿，以及時(shí)固結(jié)周圍松散顆粒(砂粒)、封閉滲水通道，必要時(shí)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(guò)大造成周邊地表沉降過(guò)大，危及周邊建構(gòu)筑物及基坑安全。

4 結(jié)語(yǔ)

盡管盾構(gòu)機(jī)在富水砂層到達(dá)出洞風(fēng)險(xiǎn)較高，但如果能在設(shè)計(jì)和施工時(shí)提高重視程度和安全系數(shù)，風(fēng)險(xiǎn)終究也是能夠克服的。對(duì)此增加的可見經(jīng)濟(jì)成本而言，因規(guī)避了施工風(fēng)險(xiǎn)或事故而獲得的潛在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益會(huì)更大。

［1］竺維斌，鞠世健，史海歐.廣州地鐵三號(hào)線盾構(gòu)隧道工程施工技術(shù)研究［M］.廣州:暨南大學(xué)出版社，2007.

［2］竺維斌，鞠世健.復(fù)合地層中的盾構(gòu)施工技術(shù)［M］.北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2006.

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