黃旭

（中鐵二局集團有限公司城通分公司，四川 成都 610083）

隨著珠三角地區(qū)經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市之間的聯(lián)系越來越緊密，城際軌道交通作為連接紐帶，建設(shè)勢頭良好。在水系發(fā)育且地質(zhì)不良的情況下，進行盾構(gòu)下穿河流存在較大的安全風(fēng)險，牛方杰[1]對盾構(gòu)穿越既有鐵路進行了研究，張德文等[2]對盾構(gòu)穿越敏感地點進行了論述，珠三角城際琶洲支線PZH-1標(biāo)二工區(qū)大學(xué)城東站—新造豎井盾構(gòu)區(qū)間連續(xù)下穿水系，且穿越地質(zhì)多為強風(fēng)化和全風(fēng)化巖層，風(fēng)險疊加，通過多方面和全過程的實際控制，保證了穿越工作的安全順利完成。

1 工程概況

珠三角城際琶洲支線PZH-1標(biāo)二工區(qū)大學(xué)城東站—新造豎井盾構(gòu)區(qū)間由西北向東南敷設(shè)，從大學(xué)城東站出發(fā)，先后下穿江瀝海（寬100m）、瀝滘水道（寬640 m）和部分建構(gòu)筑物，到達新造豎井，線路左線起止里程為DK6+050—DK8+585，全長2 535 m；右線起止里程為YDK 6+050—YDK 8+585.065，全長2 535.065 m；線路最小半徑2 500 m，最大縱坡14‰，設(shè)5個疏散通道。盾構(gòu)鋼筋混凝土管片外徑8.8 m，內(nèi)徑8 m，環(huán)寬1.8 m，稧行量40 mm，區(qū)間線路走向如圖1所示。

圖1 盾構(gòu)隧道區(qū)間線路示意圖

2 地質(zhì)及水系情況

2.1 地質(zhì)情況

盾構(gòu)線路穿越水系段上覆土層主要為淤泥（2）0、中砂sm（3）4-1、W4（8）2-1全風(fēng)化二長花崗巖、強風(fēng)化二長花崗巖W3（8）2-2、中風(fēng)化二長花崗巖W2（8）2-3，穿越線路主要位于強風(fēng)化、全風(fēng)化巖石中，抗壓強度及土層黏粒含量對盾構(gòu)施工影響較大，穿越江瀝海和瀝滘水道的地質(zhì)剖面分別如圖2所示。

圖2 穿越江瀝海和瀝滘水道線路段地質(zhì)示意圖

2.2 水系情況

盾構(gòu)線路穿越主要水系情況：線路沿線屬珠江水系，河汊發(fā)育，其中江瀝海河道水面寬86 m，最大水深3.6 m，最高潮位3.84 m，最低潮位0 m，覆土厚度17.4～18.6 m，現(xiàn)場情況如圖3所示。瀝滘水道水面寬600 m，最大水深11.7 m，最高潮位2.05 m，最低潮位-0.48 m，覆土厚度23.81～33.6 m，現(xiàn)場情況如圖4所示。

圖3 江瀝海現(xiàn)場情況

圖4 瀝滘水道現(xiàn)場情況

3 主要風(fēng)險

3.1 突泥涌水及坍塌

珠江流域地表水系發(fā)達，江瀝海和瀝滘水道與地面水存在聯(lián)通，在施工時存在涌水突泥風(fēng)險?？赡艽嬖诙軜?gòu)機在推進過程中，改變原有受力結(jié)構(gòu)，引發(fā)洞頂巖層失穩(wěn)，導(dǎo)致水底的河床發(fā)生坍塌，造成透水事故。

3.2 隧道透水

盾構(gòu)尾部（以下簡稱“盾尾”）設(shè)置密封刷，是保證盾尾密閉性的關(guān)鍵，如果出現(xiàn)密封間隙將導(dǎo)致地下水涌入隧道區(qū)間，或者姿態(tài)控制不好，導(dǎo)致管片破碎、拉裂形成持續(xù)滲漏，都有可能造成隧道透水，造成江水倒灌，導(dǎo)致淹溺和設(shè)備損失事故。

3.3 盾構(gòu)機受困

過江段隧道洞身范圍內(nèi)主要地層強風(fēng)化和全風(fēng)化地層，在較高的土倉壓力環(huán)境下，如果渣土改良不到位，容易造成刀盤結(jié)“泥餅”，降低掘進效率，造成刀具偏磨，嚴(yán)重時將使盾構(gòu)機受困在水系之下。

4 風(fēng)險管控關(guān)鍵技術(shù)

4.1 突泥涌水及坍塌風(fēng)險管控

4.1.1 盾構(gòu)掘進模式選擇

盾構(gòu)下穿珠江施工，以快速、勻速通過為前提，根據(jù)不同地層采用不同掘進模式，對下穿珠江水系段采用土壓平衡模式掘進。

4.1.2 盾構(gòu)掘進段劃分

盾構(gòu)下穿珠江參考王英珺等[3]在安全性評價提出的在正式施工前進行必要的試驗段是風(fēng)險控制的有效手段，將施工具體分為試驗段和正式段2部分，具體如表1所示。首先為盾構(gòu)試掘進段，為人、機磨合及摸索盾構(gòu)下穿珠江水系的具體參數(shù)階段；接著為盾構(gòu)正式下穿該水系段摸索出最優(yōu)參數(shù)進行施工。試掘進段施工時，刀盤周邊刀具采用正式下穿珠江水系時的重型刀具，摸索出周邊刀具的磨損量。

表1 下穿水系掘進段劃分

4.1.3 確定掘進段參數(shù)

綜合考慮以往經(jīng)驗，根據(jù)試驗段施工收集數(shù)據(jù)，結(jié)合陳海豐等[4]和張大鵬[5]等專家和學(xué)者提出的類似工程情況，確定了掘進的參數(shù)，如表2所示。盾構(gòu)機操作手嚴(yán)格按照參數(shù)進行掘進，保證掌子面的穩(wěn)定，發(fā)現(xiàn)異常及時通報，更改參數(shù)指令由項目總工程師下達。

表2 盾構(gòu)施工參數(shù)表

4.1.4 同步注漿

同步注漿共設(shè)置6根同步注漿管，以掌子面中線為界，上部和下部沿徑向均勻布置各3根，通過管道對管片外環(huán)存在的周邊間歇注入漿液。漿液配合比為1∶7∶4.5∶3.5∶0.5（水泥∶砂∶粉煤灰∶水∶膨潤土）；注漿壓力控制為3.0～4.0bar（上部）和0.5～1.0bar（下部）；注漿量為14 m3，按照注漿量和注漿壓力進行雙控，兩者均需滿足設(shè)計和方案要求。

4.1.5 二次注漿

在穿越水系時，脫出盾尾的2～3環(huán)管片立即按照方案進行二次注漿，對同步注漿不飽滿、土體變化或漿液收縮等原因形成的空隙進行填充，以防止管片壁后的地下水竄入土倉中，導(dǎo)致江水倒灌。漿液為水泥漿+水玻璃，配合比為1∶1，其中水泥漿配合同為比為1∶1（水泥∶水），水玻璃體積比為3∶1，注漿壓力為0.5 MPa，單孔注漿量為300 kg。其中配合比可根據(jù)現(xiàn)場情況進行調(diào)整，當(dāng)發(fā)現(xiàn)管片有明顯變形，應(yīng)停止注漿。

4.1.6 施工監(jiān)測措施

穿越珠江水系施工時，監(jiān)控量測是保證正常施工和預(yù)警應(yīng)急的重要依據(jù)，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)必須及時反饋到施工管理和應(yīng)急人員處，以指導(dǎo)盾構(gòu)施工或采取相關(guān)措施。由于此段無法進行地面沉降監(jiān)測，只能進行水面觀測，所以對其洞內(nèi)監(jiān)測顯得尤為重要。

洞內(nèi)觀測：穿越水系段，監(jiān)測斷面縱向每5 m布置1道，斷面設(shè)1組拱頂沉降觀測點，2組水平位移觀測點，控制標(biāo)準(zhǔn)：拱頂沉降和水平位移為±30 mm，單次預(yù)警值為±3 mm，累計報警值為±24 mm，檢測頻率為3次/d。

水面觀測：水面觀測主要采取目測方式，在進行穿越時，安排專人乘船沿盾構(gòu)線路方向往返進行密切觀察。如果在盾構(gòu)施工線路上發(fā)現(xiàn)發(fā)下旋渦、冒泡等異常情況，立即通知應(yīng)急小組，觀測盾構(gòu)洞內(nèi)情況，啟動應(yīng)急預(yù)案，采取撤離人員等應(yīng)對措施。

4.2 隧道透水風(fēng)險管控

4.2.1 盾尾封閉

盾尾的密封措施為“鋼絲刷（4道）+油脂密封”，保證盾構(gòu)區(qū)間臨空面不被盾構(gòu)周圍土體、地下水、注漿漿液和掌子面的渣土侵入，確保盾構(gòu)掘進和壁后注漿安全順利進行，具體如圖5所示。

圖5 盾尾鋼絲刷密封

4.2.2 管片姿態(tài)控制

管片姿態(tài)主要考慮盾構(gòu)機掘進作業(yè)姿態(tài)控制。盾構(gòu)機在進行作業(yè)時，直線段姿態(tài)控制指標(biāo)為：豎直-50～-30 mm之間，水平±30 mm。曲線段姿態(tài)控制指標(biāo)為：豎直方向±20 mm，水平方向±30 mm（左、右線），滾動角控制在±10 mm/m。過程中需要監(jiān)控成型管片安裝、變形以及上浮情況，如果發(fā)現(xiàn)異常情況需及時反饋，避免管片發(fā)生破壞，引發(fā)事故。

4.2.3 下穿水系注漿加固

盾構(gòu)在下穿江瀝海第185環(huán)和瀝滘水道第645環(huán)處前停機進行設(shè)備檢查，且對20環(huán)范圍內(nèi)管線進行二次注漿加固。同時在進行穿越水系掘進過程中，按10環(huán)/次的頻率進行全環(huán)封閉二次注漿，使沿管片整環(huán)范圍地層成加固環(huán)箍，確保有效止水和管片穩(wěn)定。

4.3 盾構(gòu)機受困風(fēng)險管控

4.3.1 渣土改良

渣土改良是在掌子面形成泥膜和潤滑刀盤，防止掌子面形成泥餅的重要措施，同時也是改善掌子面出渣和易性的重要手段。主要方式是通過管道向掌子面加入混合物，主要成分為膨潤土、泡沫劑和聚合物等。在進行渣土改良時，為保證改良效果，確保渣土不過于黏稠，通過向其加入自來水來補償改良，具體改良參數(shù)如表3所示。

表3 渣土改良參數(shù)匯總表

4.3.2 盾尾排水措施

為確保盾構(gòu)作業(yè)面在突發(fā)涌水情況下人員及設(shè)備安全，將隧道排水劃為洞內(nèi)排水、井口排水和地面排水3個區(qū)域，通過各區(qū)域的連續(xù)作業(yè)將隧道內(nèi)積水有序排出，最終經(jīng)沉淀處理后匯入市政管網(wǎng)。隧道在掘進過程中洞內(nèi)布設(shè)有4根Φ100 mm鍍鋅鋼管，包含1根污水管、1根應(yīng)急排水管、2根循環(huán)水管。始發(fā)井及五區(qū)出渣口位置分別布設(shè)1根Φ100 mm排水管通向地面沉淀池。

5 結(jié)語

珠三角城際琶洲支線PZH-1標(biāo)二工區(qū)大學(xué)城東站—新造豎井盾構(gòu)區(qū)間通過風(fēng)險控制措施的有效實施，規(guī)避了突泥涌水及坍塌、隧道透水、盾構(gòu)機受困等在盾構(gòu)沿不良地質(zhì)穿越水系的重大風(fēng)險。

各風(fēng)險的相關(guān)管控關(guān)鍵技術(shù)并非是唯一對應(yīng)的，如渣土改良是防止產(chǎn)生泥餅，進而導(dǎo)致盾構(gòu)機受困的措施，同時進行渣土改良時形成的泥膜也能增加掌子面的穩(wěn)定性，還可以保證盾構(gòu)順利推進，確保管片線形順直，防止管片破壞后的隧道透水，所以相關(guān)措施應(yīng)組合使用。

本項目實際安全完成了穿越施工，驗證了本文相關(guān)措施的針對性和合理性，為其他類似工程的開展提供了借鑒經(jīng)驗。