盾构下穿南沙河风险原因分析及应对措施

谢遵泉

（中铁十八局集团第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

近年，我国城市交通建设事业发展迅速，盾构法施工以其在地下轨道交通程施工中的优越性，施工时占地少、对地面交通影响范围小，受到越来越广泛的应用。但盾构施工下穿河流时如何有效降低、规避施工风险，仍是目前盾构施工控制的重点和难点［1］。本文结合太原市轨道交通2号线双塔西街站至大南门站盾构区间盾构下穿南沙河工程施工实例，结合工程地质水文条件总结出系列降低、规避风险的应对措施。

双塔西街站至大南门站区间自双塔西街站北端头井始发，向北下穿南沙河，沿着长治路向北延伸，止于迎泽大街与解放路交叉口，至大南门站南端头井处接收。区间左线为左DK22+019.629～DK23+191.509，长度为1171.880单线延米。区间左线平曲线半径分别为400m、2500m和400m。最大纵坡为26.78‰，最小坡度为2‰，隧道底埋深约为15.7～28.5m。

1 工程地质情况

区间隧道主要穿越地质情况依次为：2-22粉质黏土、2-34黏质粉土、2-51细砂、2-52细砂、2-33黏质粉土。

该处地下水类型主要为第四系松散层孔隙潜水和微承压水。孔隙潜水稳定水位埋深为5.10～10.30m，变幅1.0～2.0m。微承压水静止水位埋深8.00～14.00m，承压水头3.0～5.0m。地质断面图1所示。

2 盾构下穿南沙河风险分析

由本工程地质纵断面图可知，盾构下穿河流区域覆土厚度约14m，穿越土层主要为②51、②52细砂层，地下水为第2层微承压水层，水位埋深13.9～19.6m，水量丰富，承压水头3.0～5.0m；盾构下穿时可能产生喷涌、切口冒顶、盾尾发生泄漏、隧道上浮等现象，对施工构成威胁，因此要充分估计可能发生的不利情况，采取相应对策。

喷涌风险分析：在富水砂层中掘进，水含量大，土层稳定性差，为防止地面沉降，都需土仓保压推进。土仓压力大，仓内土体改良效果差，在仓内形成泥浆，掘进时大量水进入土仓，在仓内经过搅拌就会形成水、渣离析的情况，当螺旋机排土时，大量的泥水将会从螺旋机喷涌而出。这种渣土和泥水无法通过皮带机输送，将大量流入隧道底部，而且由于螺旋机排土不畅，掘进速度会明显降低，土压难以控制，往往忽高忽低，进一步扰动前方土体，形成恶性循环，大大影响了施工效率。

图1 地质断面图

切口冒顶风险分析：盾构下穿河流时，由于线路坡度限制及河床下沉深度较地面大等原因，盾构覆土厚度一般不会太大，在承压水头作用下，刀盘前方土压平衡不容易建立；河水常从扰动土体的裂缝中经刀盘开口及盾尾进入盾构，造成安全事故。

隧道上浮风险分析：本工程穿越河底地层主要为砂层，渗透系数大，地下水量丰富，承压水头3.0～5.0m，隧道可能产生上浮现象，且该段位于曲线段，对土体扰动较直线段加大，不利于隧道稳定。

3 盾构下穿河流风险防治措施

3.1 防喷涌控制措施

（1）碴土改良是防止喷涌的关键。通过碴土改良降低土仓内水含量，碴土在膨润土浆液和高分子聚合物的吸附和隔离作用下变得粘稠不易离析沉淀，不会砂水分离，螺旋机排土时便会均匀流畅。

（2）合理设置土压力值。掘进过程中，根据螺旋机实际压力、刀盘扭矩和千斤顶总推力等及时调整设定土压力，使土仓压力略高于水压，确保正面的土压保持平衡，严格控制出土数量，防止超挖和欠挖。

（3）合理调整掘进参数。盾构机操作人员主要通过对推力及出渣速度的控制，尽量维持土仓压力的稳定，降低喷涌风险。

（4）出渣门开度、螺旋机转速适中，不宜过大，在喷涌来临时，受出渣门流量影响，泥浆会在出渣口出积累而不会瞬间全喷，延长操作人员的反应时间，以便采取措施降低喷涌风险。

（5）根据盾构推进的地质预报及渣样分析，了解前方地层情况，及时制定应对方案，添加调整渣土改良材料，以改良碴土，增加水密性和流动性，防止产生喷涌［2］。

3.2 防止切口冒顶措施

（1）严格控制出土量，可适当欠挖，以免河水渗入土体并进入盾构。

（2）若盾构出现故障或其他原因停推，应采取措施防止盾构机后退。

（3）每环推进结束后，关闭螺旋机闸门方可拼装。

（4）控制壁后注浆的压力，在注浆管路中设置安全阀，以免注浆压力过高而顶破覆土。

3.3 防止盾尾漏泥、漏水措施

（1）定期、定量、均匀压注盾尾油脂。

（2）控制壁后注浆的压力，以免浆液进入盾尾造成密封装置被击穿，从而引起土体中的水跟着漏入隧道，导致盾尾密封性能降低。

（3）管片尽量居中拼装，以防盾构与管片之间的建筑空隙过大而降低盾尾密封效果，引发盾构漏泥、漏水。

（4）为防止盾尾漏泥、漏水，在过河掘进中，管片拼装时，需在盾尾整圈垫放海绵以止水，封堵管片与盾构间的间隙。

（5）在盾构工作面，配置适量的双块水泥、木楔、回丝、海绵等堵漏材料及工具。

3.4 盾尾发生泄漏现象的对策

（1）针对泄露部分集中压注盾尾油脂。

（2）配置初凝时间较短的双液浆进行二次注浆。

（3）利用堵漏材料进行封堵。

（4）如上述措施效果均不好，可根据实际情况停止掘进，在需要位置进行聚氨酯压注封堵。

3.5 防止隧道上浮及保持纵向稳定的对策

在过南沙河阶段，土中含水量较高，土的渗透系数大，隧道不可避免地存在上浮现象，且隧道有坡度（特别是下坡）时，对周围土体的扰动较直线段大，对于隧道的稳定性不利。为了减少隧道的上浮量，使隧道尽快稳定，可采取下列措施：

（1）下坡段施工期间严格控制隧道轴线，使盾构尽量沿着设计轴线推进。下坡时千斤顶对管片有向上的分力，可控制高程误差在-20～-30mm内，以减少后期上浮。

（2）每环均匀纠偏，减少对土体的扰动。

（3）加强对隧道纵向变形的监测，并根据监测结果进行有针对性的注浆纠正，如调整注浆部位及注浆量、配置快凝及提高早期强度的浆液。

4 结束语

盾构实际施工中，在盾构下穿风险源前，通过对盾构下穿河流可能产生的风险因素进行细致的分析与研究，制定有针对性的应对措施，提前做好各项准备工作，可有效降低和避免下穿风险源时各项风险因素对正常盾构掘进的影响；从而有效应对风险，为本工程及太原地区其他盾构下穿建筑物或构筑物风险应急准备积累经验，并提供可靠的应对措施。

［1］ 沙原亭. 地铁盾构下穿河流及桥梁桩基施工与监测技术［J］. 铁道建筑技术. 2015（10）：45-47.

［2］ 胡俊，曹祝华. 复杂地质条件盾构机穿越新城河涌技术［J］. 铁道建筑技术. 2014（09）：91-93.