地鐵盾構隧道掘進地下障礙物處理技術

岳飛

隨著社會經濟的快速發展，建筑行業也獲得了較大進步。但在施工期間不免會遇到各種障礙物影響施工，尤其是地鐵隧道施工期間。對此，應采用合理方法及時清除障礙物，保證施工進度。本文通過地鐵盾構隧道掘進期間遇到的障礙物問題，提出了具體的處理方案，以期為此后地鐵施工提供更多的借鑒依據。

盾構施工對地上建筑物的影響較小，機械自動化性能較高，適用于不同地面，但掘進期間會遇到一些障礙物，加大了施工難度。對此，應充分掌握盾構施工障礙物的清理工作，采用合理恰當的清除方法。

一、工程概況

某市地鐵2號線隧道總長為873m，管片外徑為6200mm，管片內徑為5500mm，共728環。隧道盾構機在掘進至562環674m時，無法繼續推進，施工人員開始檢查故障原因。通過帶壓進倉檢查發現掌子面存在障礙物，為兩根DN200熱軋無縫鋼管，侵入掌子面內的長度為1900mm、1030mm。具體障礙物與刀盤之間的關系圖見下圖1所示。

圖1 障礙物與刀盤位置示意圖

同時，檢查盾構機停機位置的周圍環境發現，刀盤位于圍欄外人行道，左線盾構機停機處頂部埋深為32.5m，位于粉砂層中。

二、障礙物處理方案

當到達隧道埋深32.5m時，盾構機停機此處位于粉細砂層，掌子面存在較大的水土壓力，增大了障礙物的處理難度。此隧道屬于節點工程，工期受到一定限制，在確定障礙物處理方案時應綜合考慮工期與安全因素。根據現場實際情況，施工人員初步確定明挖法、直接進倉處理、鹽水冷凍加固進倉處理以及液氮冷凍加固再進倉處理等幾種方案，進行對比分析。

1.明挖法施工

清除障礙物時若采用明挖施工法，需要清除隧道影響范圍內的鋼筋混凝土，之后回填土方至地面，穿過明挖區域。明挖法施工雖可以保證隧道范圍內的鋼筋混凝土被徹底清除，但施工難度大，風險較高。期間施工人員需要遷改管線，將其移至地下，但管線較多，且道路狹窄，周邊存在較多的建筑物，因此可供管線改遷的空間范圍較小。同時，管線年久失修，缺乏參考資料，增大了物探難度，當清除障礙物時采用明挖施工方法會中斷路面的交通。因此，施工單位需要結合實際情況，改成曲線繞行或半幅通行模式。且每條管線的遷改工期各不相同，排布站點需要20天左右的時間，甚至復雜的站點排布還會持續2-3個月的時間。完成管線的改遷工作后，施工人員還應對隧道進行豎井開挖，通過機械開挖方法處理粉細砂層、卵石圓礫層以及雜填土等，并人工輔助進行有效修整。明挖采用分層方法，在建立環框梁后掛網噴錨，并利用長臂挖機處理豎井開挖期間產生的碴土，利用卡車運出，因此完成整個開挖過程大約需要15-20天。

2.直接帶壓進倉處理

施工人員應采用高壓水開挖作業洞室、帶壓進倉切割的施工方案，在固定掌子面時采用高強度膨潤土漿，在明確泥膜厚度之后再確定作業洞室的開挖厚度，之后向掌子面壓注膨潤土漿液，并開始開挖洞室，循環進行作業，直至開挖洞室可以進倉進行切割鋼管作業。

3.冷凍加固后進倉處理

鹽水冷凍時先加固掌子面周邊，采用垂直鉆孔凍結方式，之后帶壓進倉切割，在掌子面前方與盾構機上采用垂直凍結加固地層方法，凍結掌子面左右側、上部以及前方內的土體，利用形成的冷凍加固體固定掌子面。

4.方案比較

在結合隧道實際情況的基礎上合理選擇施工方案，并綜合考慮施工成本、工期、周邊環境影響等因素。發現帶壓直接進倉雖然技術具備一定的可行性，但無法確定障礙物清除的徹底性，且存在較大的安全風險。鹽水冷凍加固與帶壓進倉方法可以檢查障礙物的清除效果，穩定性較強且安全性較高，但需要較長的冷凍時間，且對周邊環境的影響程度較大。液氮冷凍加固與帶壓進倉方法可以檢查障礙物的清除效果，進倉切割比較安全，冷凍時間較短，雖然對周邊環境也會存在影響，但程度較輕。

綜合各種因素，最終選擇液氮冷凍加固后帶壓進倉切割方法，在盾構機上部及掌子面利用垂直凍結孔保證地層的進一步加固，之后凍結掌子面左右側、上部以及前方范圍，當帶壓進倉切割鋼管時，可以利用冷凍加固體穩定掌子面。

三、冷凍清障施工流程

1.冷凍孔鉆孔施工

合理布置冷凍孔鉆孔位置，保證孔間距為1.0-1.2m，且呈梅花形狀，總共布置三排冷凍孔，根據盾構機頂部深度確定具體深度，A型冷凍孔底距盾構機周邊為1m，設置16個，B型冷凍孔深度為42m，設置13個，且同步設計測溫孔，保證深度為42m。

2.凍結施工

冷凍過程中，還應通過控制時間保證冷凍體效果，在凍結管中，液氮的蒸發量各不相同，凍土發展速度為1-5cm/h，根據施工經驗，凍土發展速度確定為10cm/d。人員合理設定凍結孔間距為1m，且凍土滿足厚度與時間設計要求。在完成冷凍管的布設工作后，施工人員開始采用液氮冷凍方法，確定合理的冷凍體擴散速度，在冷凍運行10天后，則可以完全交圈冷凍體。之后確定掌子面冷凍體的厚度，距離掌子面600mm，為了保證水倉作業空間不結冰，還應設置刀具保護措施。

3.帶壓進倉開挖洞室

開始運行冷凍后，通過測溫孔測定溫度，達到要求后帶壓進倉開挖洞室，并在完成后焊接槽鋼與鋼板，以防掌子面掉落土體。在完成洞室的開挖工作后，施工人員帶壓進倉切割鋼管。

四、安全性分析

使用上述液氮冷凍方法依然存在一定風險，施工單位還應合理測定冷凍體溫度與周邊環境的影響，保證安全性。一是監控冷凍體溫度，對測溫孔進行溫度監控，統計冷凍開始至開挖洞室完成這段時間內冷凍孔溫度數據。發現在冷凍10天后，溫度穩定，冷凍體成型質量滿足要求。在停止冷凍后，開挖洞室清除障礙物。二是測定周邊環境，最大限度地減小影響。冷凍開始至障礙物清除過程中，凍脹效應管線最大隆起量為5-6mm，隨著冷凍的解除，管線沉降保持在3-4mm內，對周邊環境的影響較小，符合標準要求。

五、結語

本文描述了某市地鐵2號線隧道障礙物的處理過程，得出如下結論：一是地鐵施工采用冷凍加固法清除地下障礙物時，應詳細計算冷凍參數，確定合理的冷凍強度、冷凍范圍以及冷凍時間等參數，確保施工順利進行。二是在施工期間應考慮冷凍加固技術對周邊環境的影響，分析發現，融沉效應的下沉量為3-4mm，冷凍效應產生的最大隆起量為5-6mm，對周邊建筑影響較小。