某城市地鐵隧道盾構施工關鍵技術研究

陳俊杰

（中鐵十四局集團大盾構工程有限公司，江蘇 南京211800）

1 概述

城市地鐵區間隧道一般要穿過城市主要干道，鄰近區域內存在大量樓房與管道線路，因地下空間限制和周邊環境復雜，極大的增加了盾構施工難度。城市地鐵隧道發生施工事故往往帶來嚴重的后果，對城市以及人民群眾造成巨大危害，開展行之有效的施工風險管理，對潛在風險進行識別與評價，并制定風險控制施工方案，具有很強的現實意義[1-3]。侯艷娟等[4]對北京地鐵施工安全事故進行原因歸納和措施分析，提出了城市地鐵施工安全控制和風險管理的具體措施；胡群芳等[5]統計了我國地鐵隧道的施工事故數據，提出了控制和減低事故發生的對策與建議；馬歡歡等[6]針對南昌地鐵2 號線盾構施工過程中的工程難點，提出了相應的改良措施；屈克軍[7]結合南通世紀大道站矩形頂管過街通道工程，基于現場監控、數值模擬和理論分析等手段，探討飽和砂層中流固耦合效應對淺埋矩形頂管隧道開挖面穩定性的影響，提出了相應的施工建議。

本文以某地軌道交通1 號線為工程背景，分析該該線路兩盾構區間施工時的重難點問題。并制定了解決方案，為施工順利進行提供技術支持。

2 工程概況

虹橋路站- 洪江路站區間里程范圍右線SK25+728.250～SK26+544.850（長度816.6m，共681 環）、左線SK25+728.250～SK26+544.850（長度816.6m，共681 環）；本區間采用一臺盾構機，從虹橋路站上行線井口先行始發，盾構到達洪江路站后，進行拆解，轉場至虹橋路站下行線井口推進下行線隧道，最后在洪江路站進洞接收。洪江路站- 世紀大道站區間里程范圍右線SK26+835.750～SK27+556.700（長度720.95m，共601 環）、左線SK26+835.750～SK27+556.700 （長度720.95m，共601環）；本區間采用一臺盾構機，從洪江路站上行線井口先行始發，盾構到達世紀大道站后，進行拆解，轉場至洪江路站下行線井口推進下行線隧道，最后在世紀大道站進洞接收。

3 工程地質及環境條件

本工程地層有16 個亞層，工區地質剖面圖如圖1 所示。區間隧道埋深10.3～14.1m，隧道主要穿越粉砂夾粉土層、粉細砂層；該地層土主要是青灰色的飽和土，較密，壓縮性中等，在局部夾雜少量的粉質黏土。隧道上覆土層為①1 層回填土、②層黏質粉土夾粉質砂土、③-1粉砂夾粉土，其中回填土是雜色，濕，松散不均，以雜填土為主，上部一般為混凝土或瀝青路面；下臥層地層主要為③-2 粉細砂層、④-1 粉質粘土層。③-1、③-2 粉土、粉砂層透水性強，在一定的動水壓力下易產生流砂；④1層土體相對軟弱，具有一定觸變特性，易破壞。

圖1 地質剖面圖

4 盾構施工重難點分析

4.1 盾構穿越富水砂層

該地區地表水資源豐富，對本工程有明顯影響的地下水類型為潛水和第I 承壓水。

4.1.1 潛水

潛水主要賦存于①層雜填土至③-4 層粉細砂層中。潛水的補給來源主要為大氣降水、管道滲漏和場外含水層的側向補給，以蒸發、側向徑流為主要方式排泄。

潛水穩定水位埋深1.3～3.8m(標高0.7～2.7m)，其對本工程施工影響較大。

4.1.2 承壓水

承壓水主要賦存于⑥層粉砂層中。隔水頂板為④-2粉質黏土與砂質粉土層，隔水效果一般，兩水層之間有一定的水力聯系。根據區域水文資料，承壓水埋深為2～5m。

本工程區間穿越主要地層由于土層含水量豐富，滲透性強，盾構掘進過程中土體在動水壓力作用下易發生螺旋機涌水、涌砂，造成出土超量，導致地面坍塌事故，危及盾構施工安全[7]；同時刀盤刀具等機械損傷較為嚴重。主要對策措施為：

（1）螺旋輸送機下口設置閘門，在螺旋輸送機檢修時使用，出渣口設置雙閘門，以防止“噴涌”產生風險；

（2）組織技術人員及盾構機專家針對盾構過富水砂層地段進行分析，確定盾構過砂層掘進參數；

（3）合理控制土倉壓力及出土量，確保掌子面的穩定。

4.2 盾構下穿建筑物

隧道區間位于城市繁華區域，周邊重要建筑物及居民區密集，隧道盾構施工引起周圍土體的擾動，可能會影響鄰近構造物的安全，對社會影響極大。主要對策措施為：

4.2.1 盾構施工前，應確定建筑物的基本情況以及與區間隧道的相互關系，對重要建（構）筑物提出相應的保護措施，并布設監測點，如圖2 所示。監測必測項目包括地下管線沉降、襯砌環變形及接縫張開量和聯絡通道處地面及管道沉降等。

圖2 下穿建筑物注漿加固示意圖

4.2.2 確定合理的注漿壓力等諸如此類的施工參數，精確預測這類參數可以減少土體損失。控制管片襯砌壁后注漿注漿量和壓力，及時有效且足量地填充襯砌壁后的間隙。

4.2.3 盾構推進過程中加強對鄰近地層、橋樁、地下管線的變形監測，如圖2 所示，根據監控量測中變形量、變形速率等變化情況，及時調整盾構姿態及施工參數。

4.2.4 下穿風險較大的建筑物段隧道管片增設注漿孔，根據監測情況必要時進行二次注漿（見圖3），并做好相關應急預案。

圖3 下穿建筑物注漿加固示意圖

4.3 盾構下穿地表水體

洪江路站- 世紀大道站區間隧道下穿海港引河，河道跨度約8-20 米，地表水系可能與隧道掘進地層之間存在水力聯系，盾構下穿河道過程中控制不當可能造成河道滲漏、存在突水、涌泥沙風險。主要對策措施為：

4.3.1 做好施工準備，落實施工前摸排工作。

4.3.2 選用加泥式土壓平衡盾構，選用質量好的盾尾油脂和土體改良劑，確保盾尾密封性和開挖面穩定性。

4.3.3 加強實時監測和信息化監測，及時調整盾構機姿態并控制軸線偏差，保證施工質量。

4.3.4 根據監測結果及時對設定的土倉壓力等參數做出調整。在盾構進入過地表水體段時的參數設定將以地表水體段為主，避免土倉壓力過高，導致隧道冒頂擊穿河道；結合同地層推進的經驗，過地表水體段推進過程中可采用膨潤土改良措施。

4.3.5 二次注漿環箍止水。在盾構下穿地表水體段岸堤處設兩處二次注漿環箍止水，阻斷河道補給水與正常段區間隧道管片外的間隙聯通。

5 下穿橋梁施工技術

洪江路站- 世紀大道站區間側穿某高架橋，最小水平凈距為8.74m，根據工程施工經驗結合1 號線實際情況，穿越橋梁推薦采用注漿加固方案對橋梁進行保護。盾構推進前，可根據管線及現場實際情況適當調整注漿孔布置，沿隧道縱向注漿加固范圍為橋樁外側各3m，盾構穿越時該構筑物前后10 環內布置注漿管片，根據監測數據進行二次注漿加固。加固區平、剖面示意圖如圖4、圖5 所示。

圖4 注漿加固平面圖

圖5 注漿加固橫截面圖

盾構下穿橋梁具體應對措施見表1 所示。

表1 盾構下穿橋梁應對措施表

6 結論

本文的主要結論如下：

6.1 本工程中盾構施工的重難點問題主要為盾構穿越富水砂層，盾構下穿建筑物及盾構下穿地表水體，針對不同的問題提出了相應的對策措施。

6.2 針對區間內一處下穿既有橋梁的控制節點制定了專項施工方案，從地層加固、盾構掘進參數控制和施工監測的角度，提出了地層加固方案以及盾構下穿橋梁的施工應對措施。