灰?guī)r與砂層地區(qū)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)與施工應(yīng)對(duì)措施

黃嘉恒

【摘要】下部為灰?guī)r，上部為砂層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)是極易引起地面塌陷，形成地質(zhì)災(zāi)害的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。在該地層中建造地下鐵路，施工風(fēng)險(xiǎn)極高。為確保施工與運(yùn)營(yíng)期間的安全，必須加強(qiáng)勘查設(shè)計(jì)與施工措施。

【關(guān)鍵詞】灰?guī)r；砂層；盾構(gòu)

1、工程概況：

廣州地鐵九號(hào)線位于廣州市花都區(qū)，是國(guó)內(nèi)首條在全灰?guī)r地區(qū)地下敷設(shè)的地鐵線路。從初步勘查顯示，九號(hào)線沿線大部分地段分布的下伏基巖是石灰?guī)r，灰?guī)r巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，大部分石灰?guī)r巖面與上覆的第四系含水砂層直接接觸，水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件非常復(fù)雜。通過(guò)比選，區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。但線路受障礙物、技術(shù)條件影響，一旦遇到未探明的溶洞，極有可能短時(shí)間內(nèi)發(fā)生盾構(gòu)機(jī)栽頭等現(xiàn)象。同時(shí)，由于灰?guī)r面起伏較大，部分區(qū)段盾構(gòu)在上部為砂層、中間缺失粘土性隔水層、下部為石灰?guī)r的“上軟下硬”地層掘進(jìn)，容易造成盾構(gòu)盾構(gòu)刀具磨損停機(jī)、換刀困難，地層沉降難以控制甚至地面塌陷等事故。項(xiàng)目業(yè)主在其他線路施工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上充分認(rèn)識(shí)到地鐵九號(hào)線的施工風(fēng)險(xiǎn)，在勘查設(shè)計(jì)與施工上，帶同參建單位加強(qiáng)措施和管理，最大限度確保了施工安全。

2、勘查設(shè)計(jì)

2.1 開(kāi)展了超常規(guī)的地質(zhì)勘探工作

勘查單位按照設(shè)計(jì)總體的要求，對(duì)線路進(jìn)行了加密詳細(xì)勘查，分別在線路左右兩個(gè)各布置了一排鉆孔（共4排），線間距較小地段共布置了3排。鉆孔間距一般控制在15～20米。完成土建工程招標(biāo)后，施工單位根據(jù)需要對(duì)線路進(jìn)行了補(bǔ)充勘查，最民地段鉆孔間距加密到2米。通過(guò)高密度的勘查，最大限度地了解溶洞分部、灰?guī)r巖面和砂層情況，為后續(xù)溶洞處理和線路敷設(shè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

通過(guò)淺層地震、高密度電法、土壤氡氣測(cè)量等綜合物探方法，解析物探成果再采用鉆探取芯驗(yàn)證，輔以室內(nèi)試驗(yàn)、原位測(cè)試（標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)）、抽水試驗(yàn)等綜合勘察手段及方法，進(jìn)一步查明九號(hào)線所經(jīng)區(qū)域斷裂的發(fā)育位置。

采用地下同位素測(cè)試技術(shù)對(duì)地下水的流向流速進(jìn)行了測(cè)試。

2.2 設(shè)計(jì)

2.2.1 線路埋深的選擇

在下部為灰?guī)r，上部為砂層的地層中，隧道深埋或淺埋將有不同的風(fēng)險(xiǎn)。如采用深埋的方式，由于巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，溶洞見(jiàn)洞率超過(guò)50%，盾構(gòu)掘進(jìn)需要面對(duì)大量的溶洞。由于勘查鉆探僅為“一孔之見(jiàn)”，即使加密了鉆孔間距仍會(huì)有溶洞未能發(fā)現(xiàn)，一旦盾構(gòu)碰到較大型的溶洞、極有可能出現(xiàn)盾構(gòu)栽頭、隧道變形，對(duì)盾構(gòu)施工是災(zāi)難性的事故。另外，處理溶洞的投資亦較大。如采用淺埋的方式，由于灰?guī)r面起伏較大，無(wú)規(guī)律性，盾構(gòu)在砂層中掘進(jìn)仍有可能觸碰到灰?guī)r，形成在上軟下硬地層中掘進(jìn)。此時(shí)，下部的硬巖使掘進(jìn)緩慢，期間刀盤(pán)對(duì)上部砂層的不停擾動(dòng)，容易引起砂層流失，引起地面塌陷。綜合考慮，線路最終采用了淺埋的敷設(shè)方式。

2.2.2 溶洞處理

以詳堪和業(yè)主確認(rèn)的補(bǔ)堪發(fā)現(xiàn)的溶洞為中心，2米間距鉆孔進(jìn)行溶洞處理。結(jié)合以往設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)，在確保安全的情況下節(jié)約工程投資，溶洞處理范圍為隧道底板以下2米，視具體地層情況隧道外擴(kuò)1米或3米。溶洞邊界采取雙液漿封邊，溶洞內(nèi)采用單液漿充填。

3、施工

除施工單位在盾構(gòu)掘進(jìn)的推力、土倉(cāng)壓力、扭矩、盾構(gòu)姿態(tài)等控制外，項(xiàng)目業(yè)主要求施工及監(jiān)理單位采取其他措施，加強(qiáng)安全管理。

3.1 做好施工調(diào)查報(bào)告

在開(kāi)工前，要求施工單位編制地質(zhì)補(bǔ)堪報(bào)告、周邊房屋基礎(chǔ)調(diào)查報(bào)告、周邊管線調(diào)查報(bào)告、周邊環(huán)境調(diào)查報(bào)告，報(bào)監(jiān)理部和業(yè)主審批。使參建各方充分認(rèn)識(shí)工程實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)源，提前制定應(yīng)對(duì)措施。

3.2 配置綜合工程處理車(chē)

為確保盾構(gòu)掘進(jìn)期間一旦出現(xiàn)的地陷等險(xiǎn)情，業(yè)主在合同中明確施工單位須配置綜合工程處理車(chē)，跟隨盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)向前移動(dòng)。處理車(chē)具備宣傳作用，安裝警示燈，提醒過(guò)往車(chē)輛避讓風(fēng)險(xiǎn)較大的盾構(gòu)機(jī)頭對(duì)應(yīng)的地面位置；車(chē)上能放置圍蔽欄和雪糕筒，如出現(xiàn)地陷等險(xiǎn)情能馬上對(duì)地陷處進(jìn)行圍蔽；具有提供注漿、鉆孔功能，車(chē)上布置了發(fā)電機(jī)、注漿泵、攪拌桶、能儲(chǔ)備適量的水泥、水玻璃，如出現(xiàn)地陷，能及時(shí)從處理車(chē)提供設(shè)備、用電和原材料，盡可能縮短處理的準(zhǔn)備時(shí)間。

3.3 24小時(shí)現(xiàn)場(chǎng)值班

由于地面沉陷的不確定性和瞬間性，需要能及時(shí)發(fā)現(xiàn)才能快速處理。為此，業(yè)主要求施工單位安排人員24小時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)值班，監(jiān)理部每隔2小時(shí)巡視。值班工作明確了責(zé)任制，值班人員需要在值班記錄填寫(xiě)值班情況，簽名，監(jiān)理員巡視時(shí)也需要簽名，拍照。

3.4 與管線單位建立聯(lián)系

區(qū)間線路多數(shù)沿馬路敷設(shè)，而馬路兩側(cè)鋪設(shè)了煤氣、高壓電、通信、供水、排數(shù)等管線，如路面出現(xiàn)較大沉降甚至地陷，容易造成管線破壞，引發(fā)次生事故。為此，項(xiàng)目業(yè)主連同參建單位與管線權(quán)屬、維護(hù)單位建立了聯(lián)動(dòng)制度。在施工前與管線單位開(kāi)會(huì)，介紹了線路走向，施工可能引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，也通過(guò)管線單位向施工單位交底不同地段存在的管線，做好應(yīng)對(duì)措施。施工期間，施工現(xiàn)場(chǎng)存有管線單位負(fù)責(zé)人的聯(lián)系電話，一旦出現(xiàn)事故立即通知管線單位，對(duì)供水、煤氣等較大危險(xiǎn)性的管線立即關(guān)閉閥門(mén)，降低次生事故發(fā)生的可能性。

4、總結(jié)

在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)設(shè)計(jì)的加強(qiáng)和施工的精細(xì)管理，雖然出現(xiàn)了幾次地陷事故，由于準(zhǔn)備充分、且對(duì)搶險(xiǎn)進(jìn)行了方案編制和演練，能對(duì)地陷及時(shí)處理。事故期間未造成次生事故和人員傷亡，最大限度地確保了灰?guī)r與砂層地層中盾構(gòu)掘進(jìn)的施工安全。