成都地铁6号线盾构穿越特殊地段风险源控制施工技术

任 霄

（中铁二十局集团第三工程有限公司 重庆 400065）

1 引言

成都地铁穿越的地层主要包含富水砂卵石地层、微膨胀泥岩地层和中风化富水砂岩地层。其中砂卵石地层最具代表性，普遍夹杂有粉细砂层透镜体，地下水丰富、水位高、补给迅速，部分地段地层中还存在粒径超过600 mm的漂石。例如郫都区及温江区一些区域地铁隧道断面内漂石含量较多加之地下管线众多、地表建筑物密集。在这种地质条件下长距离实施盾构隧道施工，风险高、难度大。

穿越上述特殊地段危险源，采取相应的控制措施，及时调整盾构掘进参数并加强施工监测，才能保证盾构顺利穿越。

2 工程概况

地铁6号线3标位于郫都区，区间出檬梓站后沿西区大道由西北向东南敷设，在西区大道前进入尚锦路站，出尚锦路站后继续向东南敷设，穿越红光支渠进入红高路站，出红高路站后向东南敷设，穿越绕城高速大院子桥，进入天宇路站，均采用盾构法施工。

区间隧道主要穿越富水砂卵石地层［1］。根据岩土钻孔显示，段内广泛上覆第四系全新统人工填土，主要为杂填土，局部为素填土；其下为第四系全新统冲洪积层粉质黏土、黏质粉土、细砂、卵石。动力触探将卵石层分为松散卵石、稍密卵石、中密卵石、密实卵石四个亚层。

区域地貌单元为岷江一级阶地，具有丰富的地表径流。区间地下水类型主要有两种:一是赋存于黏性土层之上填土层中的上层滞水；二是第四系砂卵石层的孔隙潜水。卵石层较厚且局部夹薄层砂，其间赋存有大量的孔隙潜水，其富水性较强、水位较高，形成贯通的自由水面。

在尚锦路站选择2个点位挖掘探坑，并进行人工筛分，对漂石含量进行统计分析。分析结果如下:该车站13.3～14.7 m深度范围内漂石含量17.39%～19.70%，平均含量18.55%，其中30 cm以上漂石含量5.48%～6.37%，平均含量为5.93%，漂石最大粒径为62×35 cm。

3 风险源统计与筛查

本区间地表分布的特殊性人工填土，该层土分布厚度不一、均匀性差、成分不一、结构疏松，力学性质差异性较大，多具强度较低、压缩性高、自稳性差、渗透性大等特点。盾构施工时容易产生地面变形及不均匀沉降甚至地层空洞，影响邻近管线、建筑物及道路安全［2-3］。

盾构穿越卵石地层时，由于富水强，在掘进过程中易发生突涌水，在水压力作用下，易发生流砂、水土流失，造成隧道变形、管片破损甚至地面下沉、塌陷。

隧道施工沿线污水管线密集，管身多为砼，周边土体的变形易引起这些老旧承压管道破裂损坏，造成漏水、涌水，大量水浸入周边土体，造成周边建构筑物的沉降、开裂，严重时直接影响其安全和稳定，个别埋深较大的管线还可能影响隧道顶板处围岩的稳定性。

隧道下穿局部地段河渠时，卵石层中含砂层透镜体，盾构施工时可能引起流砂、河底冒浆、突涌水等现象。与此同时隧道施工引起局部水土环境变化，可能造成桥台桩基两侧土压力不平衡，导致其受损或侧移、沉降，加之部分漂石无法破碎，盾构掘进受阻，引起渠底开裂和桥梁侧移、沉降。

（1）进一步查明本标段区间隧道范围内大漂石、孤石等分布情况［4］，对出现“大漂石、孤石”几率大的地段作为补充钻探的重点区域来考虑。

（2）盾构机进、出洞端头的补充钻探目的是摸清其地质情况，为选择加固方案做准备。

（3）钻探孔的布置采用逐级加密的方法，在实施过程中根据现场实际情况实行动态管理，对钻探孔的布置和数量进行适当调整，以提高“大漂石、孤石”探测的准确性并降低成本。

（4）补钻方案实施前要进行走访调查，与有关单位联系沟通，将区间线路上地下管线的位置、走向、埋深查清楚并标示出来，避免钻孔施工将之损坏，并根据实际情况调整补钻方案。

结合以上，对特定区段调用了高分辨率的隧道超前预报系统（地质雷达）进行扫描，及时掌握浅层不可预知的地质状况、盾构掌子面前端及隧道周围的风险源（包括区域非金属管线分布、地层空洞、塌陷等）情况。具体过程如图1～图2所示。

图1 地面浅层预报探测

图2 洞内地质雷达监测

4 管线控制技术

檬尚区间左线盾构与隧道平行有一条DN800砼污水管，混凝土结构。污水管为西区大道主管道且无其他倒排管道。该管为20世纪90年代修建钢筋混凝土承插管，管径800 mm，管道埋深4.2～5.2 m，距隧道顶间距约4.1～7.2 m，现场实测流量400 m3／h。该污水管由于流量过大，形成带压运行现象，实测带压水头为 3.5 m［5-6］。

由于隧道施工时引起污水管周边土体变形，造成污水管的沉降、开裂，严重时直接影响其安全和稳定。

如果施工时处理不好，会对地面建筑物及其基础造成严重影响，所以调整了原有的加固方式，设计了新的污水管地面跳排方案，能最大限度地保证施工安全。具体流程如图3所示。

图3 管线控制流程

4.1 污水管流量确定

在污水排放高峰期采用流速仪测定污水管内污水流速 v［7］，结果如表1所示。

表1 污水管流速测量

污水抽排水泵流量应满足高峰期排污需求，故按管内最大流速计算污水管流量。计算得污水管高峰期排污量为434.07 m3／h，拟选水泵流量为600 m3／h并经验算可知满足需求。

4.2 管线控制施工

根据现场情况和盾构施工需要，对污水管采用跳排措施保证盾构正上方污水管处于空管状态，防止因掘进超方导致污水管破坏后污水倒灌进入隧道，危及隧道和设备安全。

在对周边环境产生最小影响的前提下，整体过程经过评估后建立施工封闭区域。

选择污水流量最小的时候，专业潜水员下井封堵DN800砼污水管上游1#井的下井口和下游3#井的上井口，同时采用水泵将上游井内污水通过DN400PE地面导排管抽排至下游井内，并保证整体过程完整流畅，无漏排现象。

完成上述过程后，用小型污水泵通过中间2#井将污水抽排，保持DN800砼污水管处于空管状态。盾构开始掘进无水管道之间区段。该段掘进彻底完成后，恢复临时封堵状态，并在需要跳排的地点循环前述步骤。盾构下穿污水管地面跳排控制流程如图4，具体施工过程如图5。

图4 污水管地面跳排流程

图5 污水管跳排下井施工过程

4.3 掘进参数控制

盾构掘进无水管道之间区段，对出渣量采取体积和重量双控制管理措施，严格出土量管理，每环出土量控制在56 m3，重量120 t。掘进过程中尽量减少刀盘空转，减少土体扰动。施工中加强监控，超量出土会引起管底沉降，形成漏斗通道，危及盾构施工安全。

控制同步注浆压力，保证盾构上方土体稳定，压浆引起的泥水压力不大于盾构顶部的垂直压力。严格控制同步注浆压力，并在注浆管路中安装安全阀，避免压力过高而顶破覆土。

同时严格控制与切口土压力有关的施工参数，如推进速度、总推力、出土量等，尽量减少土压力的波动；严格控制盾构纠偏量；保证盾构机处于良好姿态，减少对土层的挤压和扰动［8-9］。

4.4 洞内注浆

在盾构通过污水管后，通过增加注浆孔特殊管片及时进行洞内径向注浆，隧道拱顶180°范围，注浆深度3 m。洞内注浆采用水泥单浆液，水灰比为1∶1，注浆压力不大于0.4 MPa，防止管片被注浆压坏［10］。

为防止掘进后的后期沉降，在管片脱出盾尾3～4环1对，立即通过吊装孔和增设的二次注浆孔对管片后因同步注浆收缩和不饱满产生的空隙进行二次注浆。在盾构通过段影响范围内的管片上增设注浆孔。

根据地质及掘进情况，盾构通过后在洞内对隧道周围2 m范围内进行二次注浆，加固土体。二次注浆采用1∶1的双浆液，注浆材料采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，注浆压力控制在0.3～0.4 MPa之间，稳压时间不小于30 min，现场实际操作见图6。

图6 洞内二次注浆

4.5 施工监测

（1）监测点布设

管线测点重点布置在污水管线上。测点布置在管线的接头处，或者变化敏感部位，沿着管线延伸方向每20 m布置一个测点。测点可利用检查井直接布置在管线上，也可以在管线上方埋设地表桩进行间接监测或直接监测。

（2）测量方法

采用电子水准仪测量地表及管线沉降，采用分层沉降测量仪测量分层沉降量。

（3）沉降控制值及预警值

地表沉降控制值累计25 mm，日变形量3 mm／d；管线沉降控制值累计30 mm，日变形量2 mm／d；分层沉降控制值累计50 mm，日变形量5 mm／h。预警值为累计／日变形量控制值的70%。

（4）沉降异常处置

①当发现数据异常时，通知立刻停机，并第一时间将异常情况上报值班领导，同时检查盾构机各工作状态是否有异常。如停机时间过久，注入膨润土。

②检查监测仪器、仪表是否有问题，确认仪器无故障；派人在停机点处检查周边是否出现异常。

③立刻通知测量班复测；成立临时应急情况处理小组，对原因进行分析。

④打孔排查是否存在空洞，若发现空洞则回填；未发现空洞则埋设袖阀管注浆加固，稳定地层，防止污水管破坏。

⑤持续跟踪沉降情况，如存在滞后沉降则再次打孔注浆加固。

5 桥渠加固控制技术

5.1 盾构穿越试验段的建立

尚锦路站-红高路站区间右线隧道首先穿越红光渠及桥梁。结合隧道的埋深及地质情况，在里程YDK10+235～YDK10+215（均为卵石土含漂石，埋深一致）设置20 m的穿越试验段。根据穿越试验段掘进参数总结，结合深层量测、控制欠压、充分注浆、主动防护等原则设定盾构穿越红光渠及桥梁参数。

5.2 盾构穿越控制技术

注浆预加固桥墩采取袖阀管注浆加固，注浆采用普通水泥浆液，采用循环注浆方式通过注浆泵将水泥浆液通过袖阀管均匀地注入土体中，以填充、渗透和挤密等方式，驱走卵石层（含漂石）颗粒间的水分和气体，并填充其位置；通过水泥中所含矿物与土体中的水土分别发生水解、水化反应以及团粒作用等，形成悬浮胶体和团粒，使土体变形能力增加，提高了变形模量，从而防止或减少红光渠桥梁桩基侧移、沉降。注浆完成后及时冲洗袖阀管，盾构通过时进行跟踪注浆［11］。

（1）渠底加固

为避免盾构穿越时透水，渠底铺设200 mm厚C20素混凝土+防水卷材+100 mm厚C20细石混凝土进行渠底防渗漏加固处理（见图7～图8）。

图7 红光支渠渠底加固

图8红光支渠防渗施工示意

红光支渠防渗施工工艺:清除河床底部淤泥、平整河床→围堰施工→钢筋网绑扎→200 mm混凝土找平层→铺设土工布→铺设1.5 mm PVC防水板→铺设土工布→100 mm细石混凝土保护层→倒边施工另一侧。

（2）加强监控量测

加强施工监控量测工作，当掘进面距离监测断面前后≤20 m时，2次／d；当掘进面距离监测断面前后≤50 m时，1次／d。

（3）洞内注浆加固

盾构通过后，及时进行洞内径向注浆［12］，洞内注浆采用水泥单浆液，水灰比为1∶1，注浆压力不大于0.5 MPa。洞内径向加固如图9所示。

图9 洞内径向加固示意（单位：mm）

6 结束语

随着城市地铁建设的快速发展，地铁盾构隧道越来越多地需要穿越建（构）筑物、河流、管线等风险源。合理运用现场补勘结合地质雷达扫描的方法，填补了特殊地质条件下风险源调查缺口。

对污水管采用跳排措施，确保管线安全，有效防止地表塌陷。保证盾构正上方污水管处于空管状态，防止因掘进超方导致污水管破坏后污水倒灌进入隧道，危及隧道和设备安全。与传统施工地面管线加固或改迁的方式相比，避免了工期长、影响地面交通、社会及环境影响大、加固效果难以保证且施工过程易发生管线破坏事故等弊端，同时节约施工成本。

桥渠加固施工控制措施的合理性决定了盾构掘进的安全性和时效性。需结合施工经验，总结规律，设置稳定高效的盾构穿越参数，为后续研究打下基础。