富水砂卵石地層中大直徑土壓平衡盾構近距離下穿既有線施工風險管控措施

中交二航局成都城市建設工程有限公司，四川 成都 610000

1 工程概況

成都軌道交通17號線一期工程鳳溪河—溫泉大道站區間采用雙線盾構隧道，該盾構區間南起溫泉大道站，沿鳳溪大道向北掘進至鳳溪河站，區間沿線經過4個交叉路口，分別為五洞橋路、永興路、南江路及南熏大道。鳳溪大道為溫江區主干道，地面車流量較大，道路形式為4+2車道。

區間隧道在里程Y（Z）DK60+830—Y（Z）DK60+852范圍內下穿地鐵4號線，正穿位置位于924～937環，考慮兩端影響段，下穿段為920～946環。下穿段處隧道埋深約26.3～27.2m，平面位于直線上，10環～935環為3.007‰的單向下坡，935環～946環為半徑為5000m的圓曲線。4號線與17號線平面交叉角度約為87～89°，4號線隧道底與17號線隧道拱頂最小距離約為3.41m。

2 工程地質條件

新建17號線隧道主要穿越地層為2-9-3密實卵石土和3-8-3密實卵石土，局部可能夾雜有中密粉細砂層。詳細分布情況如表1所示。

表1 地質分布情況表

2.1 2-9-3密實卵石土

區間隧道主要穿越該地層，根據室內試驗，該地層天然密度ρ為2.2g/cm3；天然含水率w為2.33%～7.11%；天然抗壓強度為5.4～30.2MPa；滲透系數為25m/d；承載力特征值為700kPa；卵石成分以花崗巖、灰巖、砂巖為主，磨圓度好，分選性差，粒徑60～180mm約占75%，局部地段見漂石。

2.2 3-8-3密實卵石土

區間隧道主要穿越該地層，根據室內試驗，該地層天然密度ρ為2.3g/cm3；天然含水率w為2.33%～7.11%；天然抗壓強度為5.4～30.2MPa；滲透系數為18m/d；承載力特征值為700kPa；卵石成分以花崗巖、灰巖、砂巖為主，磨圓度好，分選性差，粒徑60～190mm約占75%，局部地段見漂石。

2.3 3-4-2中密粉細砂

區間局部含有該地層，褐黃色，飽和，中密—密實，礦物成分主要以石英、長石為主，含云母碎片。層厚約為0.4～1.7m，呈層透鏡狀分布于卵石土層中，僅局部鉆孔發現。

3 富水砂卵石地層中大直徑土壓平衡盾構近距離下穿既有線施工的風險

3.1 既有線隧道沉降變形

盾構下穿過程中對土層擾動，造成既有線隧道下方土層垮塌，導致既有線下方產生空洞，既有線隧道管片失去支撐下沉變形，當沉降過大時會造成管片螺栓被剪斷，既有線隧道破壞，進而列車軌道變形斷裂、列車脫軌等。根據上述情況綜合判定，既有線隧道沉降變形破壞屬于特別重大危險源。

3.2 既有線隧道隆起變形

管棚或地面袖閥管注漿壓力過大、注漿量過多造成既有線隧道上浮，線路隆起，或盾體注漿、同步注漿、二次注漿等注漿量過多、壓力過高，會造成既有線隧道上浮、列車軌道變形、列車脫軌等。根據上述情況綜合判定，既有線隧道隆起變形屬于特別重大危險源。

3.3 緊急停機

盾構掘進過程中因遇到孤石導致刀盤被卡，扭矩突然增大，盾構機跳閘導致緊急停機，或者突然斷電導致緊急停機，土倉壓力下降，會造成既有線沉降或地面下沉等。根據上述情況綜合判定，緊急停機屬于一般危險源。

3.4 管線破壞

既有線隧道內的各種管線固定在隧道管片上，當隧道發生沉降或隆起時，管片產生錯臺，部分剛性管道或無富余量的柔性管線會增加其內部應力，當應力增加到一定程度后就會引起管線破壞，地面沉降過大時引起地表淺埋管線發生斷裂風險。根據上述情況綜合判定，管線破壞屬于一般危險源。

3.5 超方出現坑洞

盾構掘進時未能嚴格控制超方，將會導致盾構機上方土層被掏空，發展到地面時就會導致地面變形過大，出現坑洞。地面車輛行人眾多，將可能導致人員、車輛吊入坑內，導致車毀人亡。根據上述情況綜合判定，超方出現坑洞屬于重大危險源。

3.6 盾構涌水、涌砂

盾構機掘進時遇到暗河、溝渠或雨水管、污水管發生破壞漏水，會導致掌子面涌進大量的水；或者端頭降水井失效，地下水位陡升，螺機閘門關閉不及時；或盾尾密封不良，水由盾尾進入隧道淹沒隧道。根據上述情況綜合判定，盾構涌水、涌砂風險屬于重大危險源。

4 項目施工過程中的風險管控措施

4.1 對既有線隧道沉降變形的管控措施

對盾構機上方與4號線隧道下方之間的土體采用管棚加固，管棚鋼管全部頂進后，立即由最低處的管棚管向高處的管棚管的順序進行注漿，同時利用管棚上注漿管進行填充注漿，以補償地層的松散變形。嚴格控制出土量，并對出渣量采取體積及重量雙控制管理，根據下穿施工過程中實際工況對盾構參數進行實時調整。嚴格控制管片拼裝質量，防止因管片拼裝質量問題或選型錯誤導致既有線沉降加大。同時，采取同步注漿、盾體定點注漿和盾尾同步注漿及地面袖閥管跟蹤注漿措施，盾尾脫出后進行二次注漿，盾尾通過后持續補充注漿，使4號線左、右線沉降結構減少。通過人工及自動化監測手段，持續對地面及既有線隧道進行監控，觀察沉降趨勢，并做好數據統計。

4.2 對既有線隧道隆起變形的管控措施

調整頂進速度加快螺旋出土量，發現既有建構筑物隆起，可在管棚鋼管上方用螺旋鉆成孔釋放隆起土壓力，保證既有建構筑物安全。盾構機降低掘進速度至20～30mm/min，降低同步注漿壓力及減少注漿量，螺旋機快速出土，降低上部土倉壓力，壓力控制在0.1MPa左右。安排監控人員持續對地面及既有線隧道進行監控，觀察隆起趨勢，并做好數據統計。

4.3 對緊急停機的管控措施

盾構操作室內應24h有值班人員負責記錄土壓力變化，隨時掌握開挖面土壓力，并負責在土壓下降較大時采取向土倉內注入高密度膨潤土的措施來維持壓力，確保停機期間既有線路安全。在停機期間應加強對地表沉降的監測，必要時提高監測頻率，并及時對監測數據進行匯總，繪制地表沉降時間-位移曲線圖。在停機期間加派人員對既有線及其他構筑物進行觀察；制訂意外停機應急措施，一旦發現有大的沉降或塌方異常等情況，立即通知附近的人員疏散，并啟動應急預案。

4.4 對管線破壞的管控措施

一旦發生管線損壞，立即啟動應急預案，協助管線單位搶修。

應立即聯系產權單位進行處置，積極配合組織搶修，做好對居民的解釋工作，待修復工作完成后繼續施工。

4.5 對超方出現坑洞的管控措施

若地面發現裂紋，應立即拉警戒線進行探孔施工，周圍放置“應急施工，減速慢行”的標識標牌；應急領導小組立即將情況上報監理、業主。對坍陷處回填1～2m厚度的砂，然后回填混凝土或砂漿，塌陷坑內有積水時應使用潛水泵抽排。對回填完的松散塌陷體及四周進行注漿加固，形成穩定加固層，同時要阻止地下水的滲透形成隔水層，加固可采用袖閥管注漿法。對塌陷處進行沉降跟蹤監測，并加大監測頻率，分析沉降值及沉降速率變化情況，及時反饋監測數據。

4.6 對盾構涌水、涌砂的管控措施

推進過程中一旦出現涌水、流沙現象，可參照以下應急措施：首先立即停止隧道內作業，上報項目部商討解決方案，撤出施工人員，盾構司機立即關閉盾構螺旋機的緊急閘門及其他閘門，并時刻觀察現況及盾構測量系統所顯示的各項參數；減小螺旋機轉速，適當提高千斤頂推力，防止涌水時造成塌方事故；當險情得到控制和排除后，組織相關人員進行現場驗收和善后處理。

5 結束語

綜上所述，文章分析了此次施工過程中可能存在的風險問題，然后針對這些問題探索出富水砂卵石地層中大直徑土壓平衡盾構近距離下穿既有線施工的風險管控措施，在一定程度上有效控制和解決了施工中的風險，確保了盾構下穿施工安全、順利實施，同時也有效控制了地表沉降及既有線隧道沉降，確保了既有線的安全運營，可為以后富水砂卵石地層中大直徑土壓平衡盾構近距離下穿既有線的相關工程提供參考。