淺析土壓平衡盾構過珠江風險與控制措施

黃璐珈

（中國水利水電建設工程咨詢中南有限公司，湖南長沙 410014）

0 引言

伴隨城市現代化建設逐漸發展，隧道工程特別是地鐵隧道項目愈來愈多地在城市的建設當中出現。盾構施工方式以其環保、安全、經濟以及高效的特征，于隧道施工工作當中獲得廣泛采用，而盾構穿越劣質地層狀況也經常出現。盾構施工工作過程對于周邊土體產生的作用和地震發生情況下是不一樣的，其關鍵通常體現于施工過程對周邊土體產生一定的振動以及擠壓、卸載以及加載等情況，進而造成盾構施工區域液化土層的應力狀態發生相應的變動，極易發生流砂等情況導致盾構裝置產生姿態變化等問題，涌水和涌砂問題也易造成開挖面的失穩情況，對于隧道自身和周圍建（構）筑物安全穩定造成一定威脅[1]。本文與工程實例相結合，討論了土壓平衡盾構穿越珠江過程中需要怎樣開展風險的判別以及預測，并提出部分盾構階段和施工中控制方案。土壓平衡盾構如圖1所示。

圖1 土壓平衡盾構

1 工程概況

1.1 區間概況

東湖站—濱江東路站區間盾構機由東湖站始發向南掘進下穿珠江后沿濱江中路及濱江東路掘進至濱江東路站吊出，沿線重要建構筑物有6號線軌排井兼盾構井、榮寶齋、東山體育場、珠江、鴨礅涌橋。外部重大環境風險主要有：下穿六號線軌排井兼盾構井、下穿珠江、下穿鴨墩涌橋等。

本盾構區間全長約2504.851m，左線ZDK12+411.500—ZDK13+671.800，長1244.980m（短 鏈15.32m）；右線YDK12+411.500~YDK13+671.800，長1260.328m（長鏈0.028m），區間左線出東湖站大里程端后以R=1000m（右線1000m）下穿珠江，再以左線R=450m（右線450m）沿濱江東路敷設進入濱江東路站。區間布設了兩個位置聯絡通道，而其中的1#號聯絡通道還兼做廢水泵房。盾構區間下穿珠江道現場如圖2所示。

圖2 盾構區間下穿珠江道現場

1.2 水文情況

線路沿線區域地下水的水位深淺是不相同的，通常地下水位的埋深是1.30~4.10m，而穩定區域地下水埋深通常可以達到1.90~5.10m。工點周邊范圍地表水發育，珠江和海珠涌地層為砂層，局部砂層直接覆蓋在基巖上方，砂層的透水性由中等變強，而地下水關鍵是由地表水滲透產生，通常和地表水有著一定程度上排泄以及補給聯系。

地下水位變動和地下水排泄、賦存還有補給等方面具有緊密關聯，每年的5~10月份是雨季，具有充沛的降雨，則水位將會明顯出現上升跡象，而冬季由于降水下降，地下水位也會隨其降低，第四系孔隙水的水位年變化幅度為1.0～2.0m，層狀基巖裂隙水的變化幅度為1.0～1.5m。

1.3 區間珠江概況

本段隧道場地內地表水發育，在本區間線路在YDK12+725.028~YDK13+323.884（210環~617環）；ZDK12+726.047~ZDK13+350.557（210環~612環）處下穿珠江，寬約600m，水深約9m，隧道拱頂距離河底埋深在23.7~31.6m范圍內，共計左417環、右線各402環，左線與右線中心之間的線間距為13.00～16.1m。水平為直線，豎直方向為5‰的上坡及17.218‰的上坡。

2 過程中對風險的分析以及應對措施

2.1 珠江堤岸發生形變風險以及應對措施

盾構機穿過河堤的時候，需要把河堤地表沉降控制在+10mm~-20mm之內，確保河堤基礎和構造是穩定可靠的，避免河堤沉降，發生開裂、滲漏等情況。

依據試掘進試驗段來對掘進沉降狀況進行檢測：在試驗段設置的切口壓力進的時候，依據地質環境情況和地表沉降突起量，對工程施工主要參數開展調整，在進入河堤影響范圍前將參數優化。

嚴格控制切口壓力對于避免河堤沉降來說有關鍵的作用，切口壓力大，則地表突起；過小則有可能導致地表塌陷下去。依據盾構和管片中間的空隙及各土壤層特點有效控制出土的量，大概為開挖截面的98%~100%之間。并根據現場的分析進行調節，找尋最合理有效的標值。

掘進時可依據推進的速度以及實際的出土量和理論的出土量之間的偏差。盾構機操作員在掘進時可以依據顯示的推動間距，對螺旋機出土的速率進行及時調整，控制出土量在容許的誤差值內。在穿過河堤時根據調節同步灌漿的漿體配制，增多水泥的使用量來確保同步注漿漿液的迅速硬化，會使強度更強。

要控制盾構合理的推進速度，在穿越區工程施工的時候，盾構掘進的速度控制在3~4cm/min，盡可能維持平穩的推動速率，保證盾構平衡、勻速地穿過河堤，以減小對周圍土體的擾動，以防對其構造產生不良的影響。

為確保盾構安全地穿過河堤，除事前做好充分的準備工作外，信息化管理工程施工變成此次施工過程中的關鍵技術。依據設計規定在河堤地表布置監控點，根據檢測系統帶來的數據監測，并調節和控制盾構穿過珠江河堤時作業的相關參數，保障盾構工程施工對路面的危害降至最少。

2.2 盾構把河底擊穿的風險以及應對措施

（1）需要對切口土壓力波動起伏范圍進行嚴格的把控。推進的時候，需要在中央控制間有相關的專業工作人員對施工的參數進行人工調節，把切口土壓力起伏值調節在-0.2bar～+0.2bar之間，使開挖面保持一定的平穩。盾構在河底段穿越的時候，手動式操控切口土壓，人工調節工程施工的主要參數，要在工作時細心認真。

（2）需要對掘進的主要參數進行嚴格的把控。正常情況下要嚴格的控制出土量，根據理論出土量來出土。為了避免河流滲入到盾構，可以適度少挖掘，使泥土的密實度較高。控制同步注漿壓力，需要在注漿管道上裝安全閥，避免注漿的壓力太大把覆土頂開。

（3）針對河底冒漿的應對措施。察覺河底出現冒漿情況時，若河底只是有少許冒漿，可以在不減低開挖面土壓的情況下向前加快推進，提升拼裝的效率，使盾構加快越過冒漿的地方。當河底出漿比較嚴重導致沒法推進時，要采用以下措施：適度減少開挖面土壓力。為了更好地使盾構前行，查驗掘出的土量，確保沒有超挖。開掘一定間距后，需要開展壁后注漿。使開挖面土壓力恢復到正常在進行開掘。若有河水從盾尾流到隧道，應先剖析現階段狀況，采取緊急措施進行搶救工作[2]。在緊急搶救時，在滲水位置壓進聚氨脂，同時加強排水的工作，讓進到盾構的水可以順利排出。

2.3 盾構噴涌的風險以及應對措施

上端的隔水層被擊穿毀壞后，因為開挖面土壓力太高、水流量大，開挖的渣土雖然自身具備一定的止水性，但高壓水體穿過壓力室和排土器會產生集中滲流，帶動土粒運動進而有產生噴涌。應對措施主要包含以下6點。

（1）開挖珠江段的時候要選用螺旋運輸機雙閘門進行控制，引入膨潤土漿或者高效聚合物，避免出現噴涌的情況。與此同時，運用盾構機配套的二次注漿設施及時進行注漿，在管片的外圍形成不間斷的封閉環，避免盾構周邊的地下水連通，出現噴涌。

（2）利用土壓平衡掘進參數；對盾構機掘進的方位與鉸接油缸的行程差進行嚴格控制，保證鉸接的密封情況。進一步增強對盾構機鉸接的密封查驗，防止滲水和漏砂。

（3）常常查驗盾尾密封刷的密封情況，填充潤滑油脂，保證密封刷情況優良。

（4）發生噴涌狀況時，把螺旋運輸機后門馬上關閉，適當往前挖，增多倉內黏性顆粒物成分，建立土倉內的平衡，經過刀盤的轉動使土倉內土體均勻攪拌。隨后漸漸地開啟螺旋運輸機后門，使門開啟度為30%，邊挖邊出土，使土倉內壓力自始至終保持穩定。

（5）對盾構機施工配備設施的服務保障工作要重視，使其能夠持續迅速推進。避免盾構機施工配備設施出現故障影響挖掘工作。

（6）嚴格檢測螺旋機出土口狀況和土倉壓力轉變狀況，一旦發生冒漿狀況，應先關掉螺旋機出土口的閘門，防止地下水或沙漿等噴涌而出，要穩定土倉內土壓力。

2.4 盾尾滲漏的風險以及應對措施

盾尾產生滲漏通常是從輕度漏水逐開始的，由于沒有立即解決或解決不徹底都會導致盾尾密封的油脂被沖洗和劣化，細沙進到盾尾，促使尾刷產生不正常的損壞，密封的實際效果下降，若產生盾尾空隙突然變化就有可能造成中等程度的滲水，而中等程度的滲水如未妥善處理，在很多的污泥沖洗下，盾尾油脂將持續漏出，進而導致更大程度的滲漏。

防止盾尾滲水的應對措施有以下4點。

（1）盾構的姿態。始終堅持依照每環精確測量盾尾空隙，依據精確測量的數據對盾構機姿態的做法進行調整，嚴控盾構機姿態（±30mm）和盾尾空隙（超過30mm）。與此同時，需對平面曲線和豎直曲線的區域增大查驗的力度，平分轉向度，防止急轉導致盾構機姿態發生突然變化。

（2）管片的拼裝。管片拼裝的工作人員和機長需用心掌握管片的設計種類、偏移視角、排序部位、拼裝次序等相關的規定。盾構機拼裝管片前后都需要開展盾尾空隙和盾構姿態的精確測量，并按照相關規定調節管片種類和封頂塊位置。管片拼裝時盾尾水泥砂漿、毛巾、墊圈等物品務必完全清理干凈。機長要在拼裝管片的時候旁站監控，保證全過程是可控的。松千斤頂的油缸時必須逐一開展松防，不可一次性松太多的千斤頂，會導致盾構機后退。

（3）油脂的注入。盾尾油脂是維持油脂倉的壓力，是使其不被盾外土水的壓力穿透的關鍵材料。將一定量的油脂均勻的引入，不僅可以避免尾刷損壞和水泥砂漿進到油脂倉，還可換置原倉內油脂，避免出現倉內油脂發生變質而結團的狀況。

（4）壁后的注漿。管片壁后的同步注漿是為了保證管片的平穩、封閉進水通道的措施。因此一定要保證同步注漿漿體的品質，品質不過關的漿體不予以應用。管片假如總體上調或下移，必然對盾尾內管片與盾尾的相對位置造成一定影響，造成盾尾空隙的惡化。而注漿不密會造成地下水隨盾構機前行，會對盾尾造成威脅，也會稀釋注入的同步注漿的漿體，使漿體發揮的實際效果會隨之減弱[3]。因此，工作人員需要保證每環5m3的注漿量，工期緊、刷新記錄都不能成為不注漿或是少注漿的托詞。盾構滲漏如圖3所示。

圖3 盾構滲漏

3 結語

為了對于土壓平衡盾構過珠江中存在的風險進行有效解決，本文結合工程實例，首先對于項目周邊條件、地質情況、施工情況以及水文狀況等多方面進行闡述與分析，分別針對堤岸變形風險、盾構擊穿河底風險、盾構噴涌風險以及盾尾滲漏風險展開相應介紹，并提出對應解決措施，進而確保項目可以順利開展，對于后續相關環境下開展工程施工有著一定參考意義。