高滲透性富水砂層盾構進出洞施工技術探索

曾紅兵

（南通市建設安全生產監督站，江蘇南通 226000）

1 引言

受地質水文、機械性能、作業環境等因素影響，高滲透性富水砂層條件下，盾構進出洞端頭井加固體質量有時難以保證；加固區轉角處、接縫處往往是薄弱環節。在高滲透性富水砂層開展的施工活動中，一旦發生涌水涌砂情況，滲漏通道能迅速擴大，短時間內帶走大量粉細砂層，很容易引發大范圍的地表沉降、塌陷等次生災害，見圖1。文章結合南通市軌道交通工程盾構進出洞施工實際情況，對高滲透性富水砂層條件下盾構進出洞施工技術進行探索與分析。

圖1 洞門涌水涌砂導致地面沉陷圖

2 工程概況

南通地區地貌類型屬于第四系全新統（Q4）長江下游三角洲沖積層，自上而下可分為：①填土層，②砂質粉土層，③-1 粉砂夾粉土層，③-2 粉砂層，④-1 粉質黏土層，④-2 粉質黏土與砂質粉土互層，⑤-1 粉砂夾砂質粉土層，局部④層缺失。南通市軌道交通1 號、2 號線總長60.03 km，區間隧道采用盾構法施工；盾構進出洞影響范圍內土層主要為③-2 粉砂層，滲透系數建議值為1.3 m/d。

南通地區濱江臨海，地表水資源豐富[1]，較大地表水體為長江、通呂運河等。根據勘察揭示的地層結構和地下水埋藏條件，施工涉及的地下水類型主要為上層滯水及第一承壓水。潛水埋藏于①、②、③層中，勘察期間實測潛水穩定水位一般埋深1.6～2.8 m，第一承壓水埋藏于④層以下，一般埋深3～4 m。

3 盾構進出洞施工滲漏原因分析

受設計深度、施工經驗等因素影響，早期南通地區盾構進出洞主要采用端頭水泥系加固+簾布橡膠+折頁板為代表的簡單防滲漏措施。水泥系加固范圍沿隧道方向為10 m，加固寬度為盾構隧道結構每側3 m，豎向強加固（加固二區）范圍為隧道結構上下左右各3 m，地表至強加固上邊線范圍為弱加固（加固一區）區域，加固區與車站圍護結構之間采用 1 排三重管旋噴樁填充空隙[2]。加固體采用φ850@600 三軸攪拌樁施工，加固一區水泥摻量為7%，加固二區的水泥摻量為20%。洞門簾布橡膠、圓環板、折頁壓板用螺栓按照一定順序固定在洞門鋼環上進行洞門密封，見圖2。

圖2 洞門密封裝置安裝示意圖（單位：mm）

實踐表明，上述條件下的洞門滲漏問題難以避免，尤其是三層車站的盾構進出洞施工過程中滲漏較為常見且能快速發展為地表的沉降、下陷。分析原因主要有以下5 點。

（1）端頭加固體質量難以保證。富水砂層條件下，受管線遷改、泥漿配比、施工環境等因素影響，地下連續墻常有鼓包、漏筋等質量缺陷，致使高壓旋噴樁往往無法按正常位置實施。常規三軸加固工藝在深層富水砂層中施工，下部成樁質量不佳。

（2）降水效果不能保證。受制于作業環境與建（構）筑物嚴格的保護要求，部分盾構施工區域止水帷幕不能封閉；止水帷幕不能隔斷潛水層或承壓水層，降水施工對周邊環境影響較大。部分區域前期基坑施工階段已發現周邊建（構）筑物出現不均勻沉降、開裂等病害，施工中被迫不降水或減少降水。

（3）環箍質量不佳。富水砂層條件下隧道內環箍質量難以完全保證，掘進施工過程中頻繁擾動、注漿量與注漿壓力控制不當等因素都可能再次引起盾構機前后的水力聯系。部分區域在前期探孔階段無任何滲漏，而盾構進出洞過程中發生較大的涌水涌砂現象。

（4）密封止水措施效果不佳。受盾構姿態等因素影響，掘進過程中盾構機刀盤很容易撕裂簾布橡膠或局部間隙較大致使簾布橡膠包裹不嚴，且三層車站進出洞區域往往涉及承壓水層，水頭較高，折頁板的收緊不能完全限制承壓水的噴涌。

（5）重視程度不夠，管理經驗不足。不同于其他地質條件下施工，高滲透性富水砂層條件下，一旦滲漏，粉細砂層能隨水流迅速流失；在水壓力作用下，滲漏通道迅速擴大，對應急處置時間、聚氨酯等應急處置物資效用要求較高。部分從黃土、黏土、地下水位低的地區過來的作業人員對相關問題重視程度不夠、處理經驗明顯不足。

4 盾構進出洞施工技術探索

為做好盾構進出洞的施工安全管理，各參建單位在降水加固、密封止水、應急管理等方面開展大量的探索與實踐，也取得較好的成效。需要關注的關鍵問題有以下3 個。

（1）降水加固。高滲透性富水砂層盾構進出洞施工的核心問題在于止水；有效降低端頭井地下水位能大幅提高施工的安全性。根據現場實際情況，可以在端頭井范圍內打設6～8 口降水井，按需降水。但深層降水往往涉及降承壓水，容易造成周邊建（構）筑物不均勻沉降，引發結構開裂等問題；其中，周邊的淺基礎老舊建筑物所受負面影響更為明顯，需謹慎采取降水措施。砂層地質條件下，端頭井水泥系補充加固過程容易造成已完成的降水井堵塞，需特別注意；降水井無法使用時應及時增補。

（2）密封止水。在水泥系加固質量與端頭井降水效果無法保證的情況下，強化洞門的密封止水尤為關鍵。各參建單位對該項措施進行重點探索，施工方案大致可分為6 類，對比分析見表1。

表1 盾構進出洞施工方案對比分析表

（3）應急管理。盾構進出洞施工前，把加固體、隧道輪廓線在地面上標識，在夾心旋噴位置盾構機2 側外緣事先預埋應急注漿管，深度在盾構機底部下5 m 左右，并接好管路，應對突發滲漏，見圖8。洞門位置周邊，尤其是底部位置也應預埋注漿管或球閥，以應對洞門涌水涌砂情況，見圖9。洞門探孔有明顯水流時應對加固體再次注漿加固。深層車站盾構接收時，洞口段隧道管片應改為注漿環，接收前嚴格進行環箍注漿。為應對突發情況，明確聚氨酯等搶險物資發泡時間并開展應急演練。

圖8 端頭井位置地面預埋注漿管圖

圖9 洞圈位置預埋注漿管圖

5 結論

高滲透性富水砂層條件，在降水受限、現有施工工藝不能保證端頭井加固質量的情況下，合理評估施工風險，根據工期、造價、環境等方面的要求選擇合適的施工方案尤為重要。6 類施工方案的實踐表明。

圖3 水泥系加固+水平冷凍+鋼套筒接收圖

圖4 水泥系加固+水平冷凍+短套筒接收圖

圖5 水泥系加固+短套筒+盾尾刷始發圖

（1）降水問題是關鍵。高滲透性富水砂層條件下進行盾構施工時，將地下水位有效降至洞門圈以下，涌水涌砂風險將大幅下降。

圖6 洞圈氣囊圖

圖7 水泥系加固+短套筒+割盾尾接收圖

（2）提前施做應急處置措施很重要。洞口段增設管片注漿環，提前施作端頭井應急注漿孔等應急處置措施，在涌水涌砂時可以大幅縮減處置時間，效果顯著。

（3）必須優化洞門密封措施，強化止水最后防線。一般風險條件下，地下2 層車站的盾構施工作業采用短套筒+盾尾刷/彈簧鋼板類的止水措施較為經濟適用。城中段地下3 層及以上的盾構進出洞作業，風險較高，可以采用鋼套筒+凍結施工的防護措施，但采用水平凍結還是垂直凍結方式視現場情況決定。洞門處于車站蓋板區域時，需采取水平凍結方式。垂直凍結操作方便，凍結管與鋼套筒之間無相互干擾，但止水效果不如水平凍結方式。采用增設氣囊等新型止水措施也可取得較好止水效果，但應做好氣囊的保護工作。

（4）必須加強施工質量控制，強化施工前條件核查。無論采取何種措施，均應加強每道安全防護措施的施工質量控制，否則容易造成相互依賴，最后又層層失守的結局。盾構始發/接收前應按規定開展施工前條件驗收，驗收不通過不得進入下道工序。