某盾構區間下穿某河及采砂坑原因分析與處理措施

王智，梁春，白朝旭，魏小月

(北京市勘察設計研究院有限公司，北京 100038)

1 引 言

隨著城市軌道交通的迅猛發展，地鐵隧道下穿河湖等風險源越來越多，穿越過程中如何加強對河湖等風險源的管控變得尤為重要。

本文系統地闡述了盾構區間下穿河流、采砂坑區間出現河道滲漏、裂縫等情況，通過盾尾底部填充海綿、鋼絲球等措施，有效控制盾尾漏漿情況，保證同步注漿質量，變形得到有效控制，風險得到有效控制。

2 工程概況

某區間沿六圈路東行下穿Φ500燃氣管線及白盆窯住宅地塊至六圈路與規劃張新路交叉口，左右線分別以 450 m、460 m半徑下穿某河后轉彎向北延伸，下穿采砂坑后以 R=500 m半徑再次下穿某河，沿規劃張新路向北至四環路南側接入四環路站，在四環路站盾構吊出。區間在六圈路與規劃張新路路口側穿白盆窯規劃地塊東南角綠化部分，在某河東岸側穿空軍計量總站及巴莊子村部分民房(最小水平距離為 1.93 m)。圖1為盾構區間穿越某河及采砂坑平面位置圖。

圖1 盾構區間穿越某河及采砂坑平面位置圖

3 工程地質及水文情況

根據對現場鉆探、原位測試及室內土工試驗綜合分析，按地層沉積年代、成因類型將擬建場區地面以下 60.0 m深度范圍內的地層劃分為人工堆積層、一般第四紀新近沉積層、一般第四紀沖洪積層及古近紀巖層四大類。

根據初步勘察結果，主要地層有素填土、雜填土、粉質黏土、黏質粉土、粉細砂、圓礫、卵石、風化巖。隧道基本位于卵石⑥層，局部位于卵石⑤層，地下水位位于隧道底板以下 5 m～15 m。隧道內各圍巖均勻性和穩定性較好。

根據初勘報告，在樊羊路站～四環路站區間勘察深度范圍內，共揭露一層地下水，地下水的類型為潛水，水位埋深 28.9 m～31.6 m，相應水位標高 14.53 m～16.34 m，含水層主要賦存于卵石層中，受大氣降水影響，水位有一定的變化，變化幅度一般為 2 m～3 m。圖2、圖3為區間第一、二次下穿某河地質剖面圖，圖4為區間下穿采砂坑地質剖面圖。

圖2 第一次下穿某河地質剖面圖 圖3 第二次下穿某河地質剖面圖

圖4 區間下穿采砂坑剖面圖

4 盾構機概況

本工程投入的盾構機DL255由中國鐵建重工集團有限公司生產的土壓平衡盾構機，開挖直徑 6 280 mm，掘進參數根據組段劃分確定。盾構下穿某河及采砂坑大部分處于砂卵石地層，無地下水影響。

5 穿越風險工程情況

5.1 區間下穿某河

盾構區間左線381～454環范圍第一次下穿某河，河底寬 16 m，頂部寬 27 m，水位約 0.5 m，河底做過防滲處理，隧道拱頂埋深 19.84 m，區間與某河豎向最小凈距約為 15.42 m。區間右線956～ 1 111環、左線920～ 1 055環范圍第二次下穿某河，河底寬 16 m，頂部寬 30 m，水位約 0.5 m，河底做過防滲處理，隧道拱頂埋深 15.79 m，區間與某河豎向最小凈距約為 10.42 m。

5.2 區間下穿采砂坑

區間在右線643～889環、左線629～870環下穿采砂坑，風險等級為一級。采砂坑段區間長度左線約 289 m，右線約 295 m，采砂坑最深處為 24.0 m，進入隧道頂部最大距離約 1.67 m。主要穿越地層為素填土、雜填土卵石層。隧道結構主要位于卵石層⑥層中。地下水位埋深約 30.4 m～ 30.8 m，距隧道約 2.7 m～3.4 m。

6 風險事件詳情

盾構區間左線掘進至403環，現場巡視發現第一次下穿某河期間，西側河道出現旋渦，疑似河水滲漏，且河堤監測點DB-28-03出現較大沉降，當日沉降變形速率為 -5.05 mm/d，連續兩天出現較大變形，結合現場監測及巡視情況，第三方監測單位立即通知相關單位，并及時發布橙色巡視預警。針對上述情況，加密現場監測及巡視。下午3時現場進行復測，河堤監測點DB-28-03在該時間段沉降量較平穩，變形速率為 -1.15 mm/d。次日上午10時監測數據顯示，河堤監測點DB-28-03變形基本穩定，沉降變形速率為 -0.42 mm/d。河道滲漏水情況如圖5所示。

圖5 河道滲漏水

盾構右線穿越采砂坑區域期間，沿線上覆地表監測點出現明顯下沉，其中DB-50-02監測點累計沉降量 -112.38 mm，速率 -53.77 mm/d，地面出現長度約 2 m的縱向裂縫。地面裂縫情況如圖6所示。

圖6 地面縱向裂縫

7 應急處置措施

盾構下穿某河出現滲漏險情發生后，現場采取如下措施：

(1)在盾尾使用聚氨酯做止水環；

(2)在盾尾處，使用泡沫條塞住盾尾間隙，并使用鋼環封住；

(3)關閉螺旋機前后閘門，防止水自土倉進入；

(4)提高盾尾油脂的注入量和壓力；

(5)從坑洞處注漿回填的方式對滲水處進行封堵，共回填24 m3混凝土；

(6)加密現場監測及巡視，制定24小時值班。

盾構右線下穿采砂坑出現明顯沉降及裂縫后，現場采取如下措施：

(1)采取在盾尾底部填充海綿、鋼絲球等措施，并適時注入盾尾油脂，如圖7所示；

圖7 盾尾填充海綿及鋼絲球

(2)在同步注漿及二次補漿過程中，適時觀測盾尾漏漿情況，發現異常及時封堵，并注入盾尾油脂。

8 監測情況

(1)盾構下穿某河

河道發生滲漏后，現場加密監測頻率。當日下午3時現場進行復測，監測數據顯示，河堤監測點DB-28-03在該時間段沉降量較平穩，變形速率為 -1.15 mm/d。次日上午10時監測數據顯示，河堤監測點DB-28-03變形基本穩定，沉降變形速率為 -0.42 mm/d。盾構第一次下穿某河平面圖如圖8所示。左線第一次下穿DB-28-03監測點時曲線圖如圖9所示。

圖8 盾構左線第一次下穿某河滲漏位置平面圖

圖9 DB-28-03監測點時沉曲線圖(左線第一次下穿)

從圖9可以看出，盾構左線第一次下穿某河期間，河堤監測點出現明顯下沉(現場巡視發現河堤出現滲漏水)，出現 -9.59 mm沉降量，后施工單位及時對河堤滲漏部位進行回填處理，洞內采取如下措施：①在盾尾使用聚氨酯做止水環；②在盾尾處，使用泡沫條塞住盾尾間隙，并使用鋼環封住；③關閉螺旋機前后閘門，防止水自土倉進入；④提高盾尾油脂的注入量和壓力。

盾構通過后，使用雙液漿進行二次補漿，后續變形漸趨穩定。鑒于左線第一次下穿某河出現河底滲漏水問題，施工單位在后續穿越某河之前，優化盾構掘進參數，穿越期間24小時值班，做好應急物資儲備。

(2)盾構下穿采砂坑

盾構區間右線下穿采砂坑區域期間，沿線上覆地表監測點出現明顯下沉，其中DB-50-02監測點累計沉降量 -112.38 mm，速率 -53.77 mm/d。后施工單位通過洞內加強同步注漿及二次補漿，測點變形漸趨穩定。

盾構第一次下穿某河平面圖如圖10所示。圖11為盾構區間下穿采砂坑區域地表DB-50-01、DB-50-02監測點時間-沉降量曲線圖。

圖10 盾構區間下穿采砂坑位置平面圖

圖11 監測點時沉曲線圖(右線下穿期間)

采砂坑監測點變形情況匯總表 表1

從圖11、表1可以看出，盾構右線穿越采砂坑期間，地表監測點出現急劇變形。分析原因為：采砂坑區域土體回填不密實，左線掘進期間已對地層產生擾動；右線穿越期間，采砂坑區域地表有積水，且右線附近有村民自動的排污池，部分水體滲漏至土體；施工單位同步注漿量不足，盾尾刷損壞等。

9 原因分析

盾構區間穿越某河實際及組段劃分盾構參數情況如表2、表3所示。

盾構穿越某河實際盾構參數情況 表2

盾構穿越某河組段劃分盾構參數情況 表3

盾構左線第一次下穿某河導致河底出現滲漏，如圖12～圖14所示，分析原因如下：

圖12 左線第一次下穿某河出土量情況匯總

圖13 左線第一次下穿某河同步注漿量情況匯總

圖14 左線第一次下穿某河土壓力情況匯總

(1)土壓偏低，土壓低于組段劃分值；

(2)出土量高，大于組段劃分值；

(3)同步注漿量低，低于組段劃分值；

(4)河道底部有空洞。

后及時對掘進參數進行調整，后續穿越某河未出現異常情況。

盾構區間穿越采砂坑區域實際及組段劃分盾構參數情況如表4、表5所示。

盾構穿越采砂坑實際盾構參數情況 表4

盾構穿越采砂坑組段劃分盾構參數情況 表5

盾構右線下穿采砂坑出現明顯變形及裂縫，如圖15、圖16所示，分析原因如下：

圖15 盾構右線下穿采砂坑同步注漿情況匯總

圖16 盾構右線下穿采砂坑土壓力情況匯總

采砂坑區域土體回填不密實，左線掘進期間已對地層產生擾動；右線穿越期間，采砂坑區域地表有積水，且右線附近有村民自動的排污池，部分水體滲漏至土體；施工單位同步注漿量不足，盾尾刷損壞等。

10 風險管控總體評價及總結

盾構區間左線第一次下穿某河期間，土壓偏低，出土量較多，河底出現滲漏，及時發布橙色巡視預警，并加密現場監測及巡視，施工單位處置較為及時，風險隱患消除。

后續在左線第二次、右線第一二次下穿某河期間，施工單位制定24小時值班計劃，做好應急預案，并建立“穿越某河風險管控群”，及時反饋盾構各項參數信息，現場監測及巡視信息，后三次穿越某河均順利通過。

建議在后續類似盾構下穿河湖之前，施工單位應高度重視，控制盾構掘進參數，做好應急預案及物資儲備。現場24小時值班，發現異常情況及時通知各方，現場第一時間處置。

盾構區間右線穿越采砂坑期間，采砂坑區域地面出現明顯下沉，且地面出現縱向裂縫。后施工單位提高同步注漿量，盾尾底部填充海綿、鋼絲球等措施，有效地控制了沉降變形發展。

建議在后續類似盾構穿越期間地面沉降較大情況，施工單位應及時分析沉降變形原因，必要情況下組織專家咨詢會，及時采取有效措施控制變形發展。

盾構掘進過程中，總體上風險處于可控狀態，風險管控整體效果較好。