土压平衡盾构机长距离通过浅埋富水砂层的风险分析与应对策略

史晋鹏

【摘要】随着社会经济的不断发展，在许多大型城市轨道交通的建设逐步走向正轨，然而在隧洞建设的同时需要利用到土压平衡盾构机开展掘进工作。本论文就以厦门市轨道交通一号线软件园站到集美大道站之间作为盾构掘进的区间，对其通过浅埋富水砂层的风险因素与避免风险产生的相应解决措施作深入阐述与分析，以确保在本工程内盾构机掘进工作的安全实施，并提高隧洞的掘进速率促进厦门轨道交通的建设，为市民的出行提供便利。

【关键词】土压盾构机；浅埋砂层；掘进工作；风险；应对措施

一、掘进工程的简要介绍

厦门市轨道交通1号线软件园站至集美大道站盾构区间起点里程为DK27+953.022，终点里程为DK28+897.069，其中左线存在12.912m的断链，左、右线的长度分别为956.959m、944.046m。由于其覆盖的线路范围内主要是由砂质粘性土、风化花岗岩类、粉质性粘性土与砂砾等组成一个富水砂层的地质形式，因此，专业人员决定采用盾构法进行此区间内的隧道掘进工作，在地质、经济、与施工简便程度等种种因素的影响下，本次施工将采用土压平衡盾构机作为基本设备来进行此项掘进工作。

在仔细地查询了详勘、补勘等地质资料后，我们了解到此处区域的地质条件是属于复杂性的富水砂层，其是按照粘土质素填土、粉质粘土、中砂、粗砂、砾砂、卵石、淤泥质粘土、残积砂质粘性土等的顺序排列的。从水文地质方面来说，施工区域内的地表水发育程度较低，在积砂冲击土层中还存在着孔隙潜水，在其人工的填土层中也存在着上层滞水的情况。除此之外基岩裂隙水也在中等性的风化带中存在，由于岩性的差异性与其结构不完整，发育不完善的特性，富水砂层的含水性与参透性也就会有所不同。在相同情况下，裂隙发育地带地下水的含量较为丰富。因此这些不同的因素也给土压平衡盾构机进行掘进工作带来了不小的难度。

二、盾构机通过浅埋富水砂层的风险分析

经过有关人员仔细完整的对施工区域进行了地质勘测工作后明确指出，在软件园站到集美大道站这一区间内最易产生的风险类型主要分为以下二种：

2.1工程自身风险与环境风险

在工程自身与环境风险类型中，主要分为由不利的地质条件、盾构机的性能条件与碧溪所处的环境影响这三种原因造成的，其所造成的风险等级为二级。

（1）不利的地质条件。在施工现场经过有关人员的地质勘测后发现有以下三种地质现象会对施工进程产生一定的影响：

A.砂土易产生液化现象。一旦砂土产生液化就会对整体地基的稳定性产生一定的影响。根据统计结果来看，隧道掘进断面内中砂、粗砂和砾砂的分布比例占据较大，其产生液化的等级属于中等阶段。

B.人工作业产生的积土，经过人为施工或者人为填土工作后，分布在整个场地的土质即为粘土质砂土，这是一种呈灰褐色，粘性较强的砂土，其在经过特殊的压实处理后会分布不均匀，分布的范围也窄，对施工会产生一定的影响。

C.花岗岩与风化岩的残积面受损严重。在经过地质勘测后，有关人员指出隧洞区域内的花岗岩与风化岩处于残积状态，受损严重，花岗岩易形成网纹的特征，而风化岩呈影塑土形状，软硬分布不均匀，且遇水后会产生软化现象，对整体的砂土稳定性产生危害。

（2）盾构机的性能条件。在施工方经过仔细深入的研究后发现在集美大道站区域内地质条件十分不利，由砂砾与砂质粘性土质层构成，整体的渗透性与稳定性都不高，属于典型的富水砂层地貌特征。而土压平衡盾构机自身的性能由于不像泥水型的盾构机可以长距离的在富水砂层内进行施工，所以，其的不足之处需要有关施工人员的仔细研究并采取措施减少其的损害。风险等级为二级。

2.2施工突发风险

这里的施工突发风险是结合盾构机将要进行掘进工作的时间来预测的。据施工方的规划来看，在春夏季2月到6月期间为此方案实行的最佳时间，但是在这段时间内也会遇到雨季施工的种种风险，具体被划分为：

2.2.1隧洞内的封闭性不强，引起进水现象

由于富水砂层含水量丰富，渗透性好，且受扰动后易液化，因此土压平衡盾构机在该地层中掘进时极易出现喷涌现象。在盾构机下穿碧溪河过程中，容易发生隧道与河底水系贯通，造成管片上浮、错台甚至开裂破损，引发河水灌入隧道等灾难性后果。

2.2.2盾构机在进行掘进工作时易产生的安全事故

在该地质条件下进行盾构掘进施工产生的安全事故具体预测有以下几种：盾构姿态不好或者铰接密封本身存在缺陷引起的盾构铰接处漏水、漏砂或涌水、涌砂；盾尾密封刷损坏引起的盾尾漏水、漏砂和涌水、涌砂；管片错台和破裂引起盾构隧道内进水事故；掘进过程中螺旋机喷涌，大量地下水、泥沙涌入隧道内，造成极大的安全隐患；在注浆作业中同步注浆的难度很大，所需要的机器配合度高，管片拼装的工作量极大，而工作部位却很小，所旋转与拼装的难度也极高，这也是风险所在的地方。

三、对盾构机在通过浅埋富水砂层时产生的风险的主要措施

在盾构机长距离，长时间的通过浅埋富水砂层时会产生一系列上述所提到的有关安全风险的问题，对此我们就要采用科学的方法从不同的方面去预防并解决它。

3.1预防措施的采取

在应对工程自身风险与环境风险时，施工方应积极采取地质勘测方法仔细研究施工区域的地质特征，对其砂土产生的液化现象也要积极采取预防措施。在此次掘进区间内，施工方配置了两部盾构机，分别于2014年11月与12月投入使用，因此，在采取预防措施时，首先就要对盾构机的整体全面的性能进行一个检测与检查，将盾构机的主要动力装置，局部连接装置进行检查，将盾构机的油脂量加满，使得盾构机的尾密封刷能够正常运转。与此同时还应该加强盾构区间的监管力度，加深施工人员对施工区域的水文地质条件的深入认识，严格控制盾构的整体动力以及推进速度，在平稳中开展掘进工作。

3.2应对措施的采取

如果面临严重的砂土层液化现象时，相关人员应立即将情况报告给总部，并采取及时的例如暂停盾构机的掘进工程，采用最新的地质勘测仪进行勘测，制定出合理的解决方案。如果在盾构机在富水砂层掘进过程产生一系列的盾构机突发事件或者是隧洞进水现象，这时应该根据过去所采集的水位记录，设置防水限度与措施，采用水泵等排水设备进行排水作业，进水区域采用沙袋等进行封堵。

如果是遇到了盾构机内的进水现象，这时有关人员应积极组织专家对此现象进行科学的分析，找出致病区域，尽快组织排水工作并对该区域进行封堵作业，并加强对施工周边的生态水域的检测，有必要时积极联系紧急救援单位，保证盾构机的性能良好。

在掘进过程中遇到注浆困难与管片装置的复杂时，这时我们应该首先要对极其设备进行暂停，停电措施，如果有伤亡人员应及时送去就医，再通知就近的施工人员与项目的负责人，积极联系隧洞内的负责人，将人员全部安全的引导出来，再利用科学技术对此现象进行分析并采取积极有效的措施。

四、结语

在过去遇到此类问题传统的解决方法是将盾构机转化为泥水型或者是采取明挖法开展掘进工作。但是随着现如今科学技术的不断发展，地质勘查水平的不断提高，在条件受到限制的条件下，采用土压型的盾构机对厦门市轨道交通一号线开展掘进工作也是可以的。其产生的风险就需要专业人员进行合理分析并积极采取措施防止由失水、喷出等现象引起的地基沉降情形，这样才可以确保隧洞掘进工作的持续进行。

参考文献：

[1]竺维彬，鞠世健.地鐵盾构施工风险源及典型事故的研究[M].暨南大学出版社，2009-11-23

[2]李宏安. 砂—粘复合地层土压平衡盾构隧道开挖面稳定性研究[M].中国地质大学出版社，2013-15-01