特殊地質條件下軌道交通盾構施工風險及對策分析

陸勤斌 （安徽省第一建筑工程有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

某全長2.27km的四車道雙向隧道，設計時速為60km/h，其過江段按盾構法展開施工，按11.81m直徑分南北兩線開挖，二者總長1867m，該段湘江江面610m寬，覆土層最淺處僅9.14m深，自東向西對隧道展開掘進。

2 辨識風險因素

2.1 盾構自大堤壩穿越的風險源

西岸大堤所處位置上，從上往下的地層分布依次為粉砂質黏土層、圓礫層、中砂層以及強風化粉砂質泥巖層，盾構自大堤穿越時，需要經過圓礫層、中砂層與強風化粉砂質泥巖層，這些地層基本屬于復合型，而且是上軟下硬。從現(xiàn)場調研結果來看，由沖洪積形成的圓礫層與中砂層，飽和狀態(tài)下具有強透水性，整個隧道縱剖面上的地層分布見圖1。

圖1 隧道穿越大堤壩時的縱剖面地層

2.2 江底淺埋段的掘進風險源

整個盾構段的埋深均不超過1倍洞徑，埋深最淺處僅有9.14m。盾構隧道在江底淺埋段需要依次自中、強風化的粉砂質泥巖層和粉質黏土層穿越。且強風化粉砂質泥巖層具有較強的透水性，而粉質黏土也很不穩(wěn)定，大直徑盾構在這樣的地層狀態(tài)下容易產生結構上浮、河床塌陷、冒漿、冒頂透水或者是產生泥之類的事故，會讓施工安全性受到影響，使隧道無法順利貫通。在工程案例中，針對這些事故，結合具體特點，對隧道在江底部分淺埋段的盾構掘進施工中存在的風險因素展開分析如表1。

表1 江底淺埋隧道段的盾構掘進風險源

2.3 自巖溶區(qū)穿越的風險源

參照該隧道地質勘查報告，在江底使用盾構機掘進時，在Kn4+150～Kn4+360之間會有大小不同、發(fā)育不規(guī)律的溶洞區(qū)，對鉆孔期間揭示的溶洞進行詳勘發(fā)現(xiàn)，其高基本在0.6m～11.6m范圍內，標高大多在 5.15m～23.11m 內，頂板埋深則為29.1m～52.2m，其中包含的風險源如表2。

表2 自巖溶區(qū)穿越時的風險源

3 風險防范措施

3.1 自大堤壩穿越的風險處治

參照地質勘察報告，結合工程特點，擬將大堤漫灘加固措施選擇為三重管高壓旋噴樁。先做旋噴樁的試樁，結合相關經驗參數(shù)，等到試樁齡期符合要求后，測其成樁后的直徑，并做取芯檢測，若成樁直徑能夠達到要求，則該試樁參數(shù)可用；若達不到要求，需要對參數(shù)加以調整，再重新試樁，直到達到要求為止。鉆機在地面就位后，需要試噴漿、水、氣，待各項工藝參數(shù)經過檢查確實滿足設計要求后，方可將噴射管調整到設計高度，并由現(xiàn)場質檢人員予以確認，然后再開展高壓旋噴樁施工，施工期間若是發(fā)生特殊情況，需要將噴射管提到地面以上，等到處理好后再繼續(xù)施工。按照設計配合比在地面制漿后臺完成水泥漿、水玻璃以及水溶液的拌制，將漿液自后臺到噴嘴的時間計算出來，結合該時間展開試驗，將摻入水泥漿與水玻璃的體積比確定下來。將流量計安裝于輸漿泵與輸水泵上，對輸漿泵的工作電流大小進行調節(jié)，確保泵送水泥漿與水玻璃滿足設計中的溶液比要求。按設計要求在噴漿同時，逐漸提升至強透水層頂部對應的設計標高。

3.2 江底淺埋處的掘進風險處治

由于覆土最淺處僅有9.14m深，比盾構1倍洞徑要小，盾構施工時會對土體帶來較大擾動，引起隧道整體上浮。為避免隧道上浮，需要對壁后注漿工藝加以如下改進：盾構掘進期間將壁后注漿分為三步，第一步是在推進盾構的同時，經由盾尾的注漿孔將砂漿注入其中部，將管片中部以下部位填充密實，確保管片不會自盾尾脫出以致下沉，防止管片出現(xiàn)破損和或者滲漏水現(xiàn)象；第二步是掘進時確保每10環(huán)形成一個封閉環(huán)，在各封閉環(huán)的起止環(huán)頂位置上預留注漿孔，通過開孔注入雙液漿方式，形成完整封閉環(huán)，確保在補充注漿期間，漿液不會進入循環(huán)泥漿，保證漿液不會流失；第三步是形成封閉環(huán)后，需要在第五環(huán)管片的頂部位置上，做好注漿孔預留，并通過開孔注砂漿方式，對管片頂部留下的間隙進行及時填充。采用以上注漿步驟強化壁后注漿密實度，對盾構掘進期間的地面沉降、管片上浮問題實現(xiàn)有效控制，避免滲漏水現(xiàn)象。圖2給出了施工改進后的具體工藝。

圖2 壁后注漿改進后的工藝示意圖

3.3 自巖溶區(qū)穿越的風險處治

針對五處需要穿越的溶洞區(qū)，通過灌注擠壓法對江底溶洞原本的低密度充填物進行置換，以填充法加固溶洞空腔。先要完成水上作業(yè)平臺的搭建，用鋼護筒在鉆孔后進行護孔，以注漿管兩根+封孔管一根，形成漿液循環(huán)置換系統(tǒng)，先壓注雙液漿進行封孔，等到密閉環(huán)境形成后，再對溶洞邊界加以穩(wěn)固，最后采用灌注擠壓法實現(xiàn)對低密度充填物的置換施工。用25的注漿管將水泥漿注入，經由50的注漿管底小孔填充向溶洞空腔，再自兩管之間的空隙流出，從而形成一個循環(huán)，將壓力表放置在注漿管處，控制注漿、排漿的壓力，二者的流量差就是實際填充到溶洞中的水泥漿方量。圖3給出了其具體循環(huán)置換示意圖。

圖3 注漿循環(huán)置換加固示意圖

4 結語

文中通過對隧道工程施工風險源展開分析，對具體風險因素做出了歸納，并有針對性地制定了具體的風險防控措施。實踐表明，在實際掘進盾構期間，完全未產生上浮、沉降以及陷落問題，證明提出的防控措施確實是有效的。日后將對施工工藝繼續(xù)進行優(yōu)化改進，以促進隧道施工早日實現(xiàn)安全、環(huán)保、經濟的理想目標。