特殊地质条件下轨道交通盾构施工风险及对策分析

陆勤斌 （安徽省第一建筑工程有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概况

某全长2.27km的四车道双向隧道，设计时速为60km/h，其过江段按盾构法展开施工，按11.81m直径分南北两线开挖，二者总长1867m，该段湘江江面610m宽，覆土层最浅处仅9.14m深，自东向西对隧道展开掘进。

2 辨识风险因素

2.1 盾构自大堤坝穿越的风险源

西岸大堤所处位置上，从上往下的地层分布依次为粉砂质黏土层、圆砾层、中砂层以及强风化粉砂质泥岩层，盾构自大堤穿越时，需要经过圆砾层、中砂层与强风化粉砂质泥岩层，这些地层基本属于复合型，而且是上软下硬。从现场调研结果来看，由冲洪积形成的圆砾层与中砂层，饱和状态下具有强透水性，整个隧道纵剖面上的地层分布见图1。

图1 隧道穿越大堤坝时的纵剖面地层

2.2 江底浅埋段的掘进风险源

整个盾构段的埋深均不超过1倍洞径，埋深最浅处仅有9.14m。盾构隧道在江底浅埋段需要依次自中、强风化的粉砂质泥岩层和粉质黏土层穿越。且强风化粉砂质泥岩层具有较强的透水性，而粉质黏土也很不稳定，大直径盾构在这样的地层状态下容易产生结构上浮、河床塌陷、冒浆、冒顶透水或者是产生泥之类的事故，会让施工安全性受到影响，使隧道无法顺利贯通。在工程案例中，针对这些事故，结合具体特点，对隧道在江底部分浅埋段的盾构掘进施工中存在的风险因素展开分析如表1。

表1 江底浅埋隧道段的盾构掘进风险源

2.3 自岩溶区穿越的风险源

参照该隧道地质勘查报告，在江底使用盾构机掘进时，在Kn4+150～Kn4+360之间会有大小不同、发育不规律的溶洞区，对钻孔期间揭示的溶洞进行详勘发现，其高基本在0.6m～11.6m范围内，标高大多在 5.15m～23.11m 内，顶板埋深则为29.1m～52.2m，其中包含的风险源如表2。

表2 自岩溶区穿越时的风险源

3 风险防范措施

3.1 自大堤坝穿越的风险处治

参照地质勘察报告，结合工程特点，拟将大堤漫滩加固措施选择为三重管高压旋喷桩。先做旋喷桩的试桩，结合相关经验参数，等到试桩龄期符合要求后，测其成桩后的直径，并做取芯检测，若成桩直径能够达到要求，则该试桩参数可用；若达不到要求，需要对参数加以调整，再重新试桩，直到达到要求为止。钻机在地面就位后，需要试喷浆、水、气，待各项工艺参数经过检查确实满足设计要求后，方可将喷射管调整到设计高度，并由现场质检人员予以确认，然后再开展高压旋喷桩施工，施工期间若是发生特殊情况，需要将喷射管提到地面以上，等到处理好后再继续施工。按照设计配合比在地面制浆后台完成水泥浆、水玻璃以及水溶液的拌制，将浆液自后台到喷嘴的时间计算出来，结合该时间展开试验，将掺入水泥浆与水玻璃的体积比确定下来。将流量计安装于输浆泵与输水泵上，对输浆泵的工作电流大小进行调节，确保泵送水泥浆与水玻璃满足设计中的溶液比要求。按设计要求在喷浆同时，逐渐提升至强透水层顶部对应的设计标高。

3.2 江底浅埋处的掘进风险处治

由于覆土最浅处仅有9.14m深，比盾构1倍洞径要小，盾构施工时会对土体带来较大扰动，引起隧道整体上浮。为避免隧道上浮，需要对壁后注浆工艺加以如下改进：盾构掘进期间将壁后注浆分为三步，第一步是在推进盾构的同时，经由盾尾的注浆孔将砂浆注入其中部，将管片中部以下部位填充密实，确保管片不会自盾尾脱出以致下沉，防止管片出现破损和或者渗漏水现象；第二步是掘进时确保每10环形成一个封闭环，在各封闭环的起止环顶位置上预留注浆孔，通过开孔注入双液浆方式，形成完整封闭环，确保在补充注浆期间，浆液不会进入循环泥浆，保证浆液不会流失；第三步是形成封闭环后，需要在第五环管片的顶部位置上，做好注浆孔预留，并通过开孔注砂浆方式，对管片顶部留下的间隙进行及时填充。采用以上注浆步骤强化壁后注浆密实度，对盾构掘进期间的地面沉降、管片上浮问题实现有效控制，避免渗漏水现象。图2给出了施工改进后的具体工艺。

图2 壁后注浆改进后的工艺示意图

3.3 自岩溶区穿越的风险处治

针对五处需要穿越的溶洞区，通过灌注挤压法对江底溶洞原本的低密度充填物进行置换，以填充法加固溶洞空腔。先要完成水上作业平台的搭建，用钢护筒在钻孔后进行护孔，以注浆管两根+封孔管一根，形成浆液循环置换系统，先压注双液浆进行封孔，等到密闭环境形成后，再对溶洞边界加以稳固，最后采用灌注挤压法实现对低密度充填物的置换施工。用25的注浆管将水泥浆注入，经由50的注浆管底小孔填充向溶洞空腔，再自两管之间的空隙流出，从而形成一个循环，将压力表放置在注浆管处，控制注浆、排浆的压力，二者的流量差就是实际填充到溶洞中的水泥浆方量。图3给出了其具体循环置换示意图。

图3 注浆循环置换加固示意图

4 结语

文中通过对隧道工程施工风险源展开分析，对具体风险因素做出了归纳，并有针对性地制定了具体的风险防控措施。实践表明，在实际掘进盾构期间，完全未产生上浮、沉降以及陷落问题，证明提出的防控措施确实是有效的。日后将对施工工艺继续进行优化改进，以促进隧道施工早日实现安全、环保、经济的理想目标。