南昌市轨道交通1 号线一期工程秋水广场站～中山西路站区间盾构下穿赣江主要风险控制

■张 昀 ■江西中昌工程咨询监理有限公司，江西 南昌 330038

1 区间位置及工程概况

秋水广场站～中山西路站区间线路从秋水广场站出发后向东下穿赣江中大道、赣江和沿江中大道，最终接至本区间终点中山西路站。始发里程CK10 +983.830、接收里程CK12 +873.572、全长1889.742m，区间最小平面曲线R=349.851m，最大纵坡28‰。本区间设计采用两台泥水平衡盾构施工，均从秋水广场站进行始发，中山西路站进行接收。

秋中区间平面位置图

2 风险分析

盾构下穿赣江共存在以下潜在风险:

(1)盾构机始发、到达的风险。根据地质勘察报告，盾构始发与到达的主要地层砂层主要由细砂、粗砂、砾砂组成，该层渗透性好，水量极为丰富，属于中等～强透水层。且与赣江地表水连通，其力学性质有明显的触变性和流动性，在水动力的作用下可能产生管涌、流砂现象，进而降低土层结构强度，影响施工安全。

(2)盾构机穿越F5 断层的风险。区间隧道在ZK11 +840～ZK11 +890，穿越F5 断层，该段岩体破碎，并透过孔隙水含水层与赣江水体相连，形成互相补排关系。主要存在以下风险:盾构掘进推力过小，导致盾构管片间挤压不密实，易造成后期管片渗水;断裂带掌子面不易保压，且易造成泥浆流失，对掌子面稳定不利。

(3)盾构机穿越江底浅覆土区存在的风险。本工程盾构隧道推至江底后，局部河道地段上部松散砂砾卵石层厚度较小，最小揭露厚度仅5.2 米。掘进过程中，由于覆土过浅，不利于盾构掌子面的保压控制，容易击穿江底，造成涌水涌砂。

(4)盾构机在上软下硬复合地层掘进存在的风险。根据盾构隧道纵断面图，盾构机在穿越CK10 +983.818～CK11 +280 掘进段时，隧道上部为主要由圆砾、卵石组成，颗粒大小混杂，均匀性较差，最大直径达7cm 左右，该层岩性成分复杂，以石英、砂岩为主，少量硅质岩，磨圆度较好，多为次圆、扁平状。下部为主要为强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩、微风化泥质粉砂岩、未风化泥质粉砂岩，间夹钙质泥岩，属于第三系新余群，由于赣江在沉积上部第四系覆盖层时冲刷作用，全风化层基本没有分布，强风化层厚度一般也较薄，厚度0.30～1.80m 左右，中风泥质粉砂岩饱和单轴抗压强度标准值6.50MPa，实测天然单轴抗压强度6.0～14.2MPa，微风泥质粉砂岩饱和单轴抗压强度标准值9.6MPa，实测天然单轴抗压强度6.2～18.4MPa;未风化泥质粉砂岩饱和单轴抗压强度标准值11.7MPa，实测天然单轴抗压强度2～20.4Mpa。隧道岩质软硬不一，围岩稳定性比较差，容易坍塌、变形。盾构穿越软硬不均地层主要存在以下风险:①对刀具的磨损比较严重;②容易造成盾构“磕头”现象;③隧道上部粉细砂层发生坍塌，影响地表及其下部地质体产生沉降变形;④盾构掘进过程中容易引起掘进方向的偏差。

(5)江底带压换刀存在的风险。根据地质勘察资料，本工程盾构隧道主要在江底段穿越软硬不均地层(上部为粉细砂层，下部为卵石层及强风化泥质砂岩夹砂岩页岩)盾构机在江底段长距离掘进，可能出现刀具磨损严重，盾构穿越时具有一定的换刀风险。开仓换刀可能带来难以预料的灾难性的后果。因江底换刀的复杂性，可能对工期产生严重影响，从而影响整个工程的进展。

(6)穿越临近构(建)筑物存在的风险。隧道于CK11 +120 处左右下穿赣江西驳岸，岸边有防汛墙(桩径Φ750，长6m)和围护桩(桩径Φ750，长4m)，桩底离隧道约6.28m，隧道埋深为7.4～16.6m。隧道于CK12 +670 处左右下穿赣江东驳岸，卵石桩基础，桩径为Φ850，桩长为6.0m，桩底离隧道约9.4m;隧道于CK12 +680 处临近新洲电排站排洪箱涵(整板基础)，距离左线的距离为11m，隧道埋深15m 左右;隧道于CK12 +800 左右临近南昌市水电局宿舍(砖5):350 ×350 预制方桩，桩长为15m，桩底相对标高为-16.45m，平面距隧道最近净距约2.22m，隧道埋深17.2m。

施工过程种可能存在的风险引发因素如下:工作面失稳，隧道渗漏水严重，盾构参数设置不当，推进压力过大，地表产生不均匀沉降，防汛墙、围护桩基础加固处理不当，地层移动等。在防汛墙、围护桩基础加固扰动下沉后，盾构通过引起基础二次下沉基于以上因素可能导致防汛墙、围护桩倾斜，桩基、建筑物倾斜、开裂等风险后果。

3 风险控制

3.1 盾构始发、到达风险控制

(1)选择合适的加固方法;(2)加强土体加固效果的检测;(3)采取降水等辅助措施;(4)确保洞门密封的有效性;(5)盾构始发姿态良好。

3.2 盾构机穿越F5 断层的风险控制

过断层前30 米检修盾构，检查更换刀具，快速通过，及时进行二次注浆，封堵裂隙，截断区间隧道与赣江水体的联系。

3.3 盾构机穿越江底浅覆土区风险控制

为了保证盾构安全穿越赣江浅覆土区，根据本工程实际情况，在江底设立试验段推进，采集优化各类施工参数，作好防漏、防冒、防沉、防堵、防浮、防磕等防范措施，加强江底段江底地形沉降监测，确保盾构安全通过浅覆土区，保证工程的顺利完成。

(1)防止盾尾漏浆(防漏)措施:①提高同步注浆质量;②保持切口水压稳定;③管片接缝外侧粘贴自粘橡胶;④均匀足量压注盾尾油脂;⑤合理的管片选型，确保管片盾尾间隙。

(2)防止江底冒浆(防冒)措施:①严格控制切口水压波动范围;②严格控制出土量，原则上按理论出土量出土，可适当欠挖，保持土体的密实，以免江水渗透入土体并进入盾构;③严格控制同步注浆压力，并在注浆管路安装安全阀，以免由于注浆压力过高而顶破覆土;④若出现机械故障或其它原因造成盾构停推，应采取措施防止盾构机移动。

(3)发生江底冒浆时，采取的主要对策:①当发现江底冒浆时，如果是轻微的冒浆，在不降低开挖面水压下能进行推进，则向前推进，同时适当加快推进速度，提高拼装效率，使盾构尽早穿过冒浆区;②当冒浆严重，不能推进时:将开挖面水压降低到(土压+水压)平衡为止;提高泥水比重和粘度;为了能使盾构向前推进，检查掘削干砂量，确认有无超挖;掘进一定距离后进行充分的壁后注浆;将开挖面水压返回到正常状态，进行正常掘进。

(4)防止江底土层沉降(防塌)采取的对策:①按设计值设定切口水压;②加强泥浆管理，防止超挖;③利用土体探测装置，检查正面土体的稳定情况;④适当增加同步注浆量，及时进行二次压浆。

(5)防止隧道上浮措施:①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，每环均匀纠偏，减少对土体的扰动;②提高同步注浆质量，要求浆液有较短的初凝时间，使其遇泥水后不产生裂化，并要求浆液具有一定的流动性，能均匀地布满隧道一周，及时充填建筑空隙;③对已建隧道进行补压浆措施，以割断泥水继续流失路径;④

加强隧道纵向变形的监测，并根据监测的结果进行针对性的注浆纠正。如调整注浆部位及注浆量，配制快凝及提高早期强度的浆液。

3.4 盾构机在上软下硬复合地层掘进的风险控制

盾构机在穿过此类围岩时，必须在保持掌子面稳定的同时选择合适的掘进参数，保证盾构机顺利的通过。同时，加强管片背填注浆质量，防止在盾构机穿过后，隧道上部粉细砂层发生坍塌，影响地表及其下部地质体产生沉降变形。因此，必须从盾构机的泥浆质量、泥水压力、盾构推进压力、掘进速度、背填注浆及姿态控制等各方面加强控制。

(1)盾构机掘进控制:①泥浆质量控制。泥浆配合比必须满足相关标准、规则和技术规范的规定。对于本工程对应的砂层拟选用膨润土泥浆。泥浆配合比(重量比)为膨润土:CMC:纯碱:水=100∶0.28∶3.3∶700。施工过程根据具体情况进行调整，使用膨润土(粉末粘土)提高泥浆比重;添加CMC 来增大泥浆粘度;使用纯碱可控制泥浆的稳定性。泥浆指标如下:泥浆密度1.2g/cm3左右;泥浆粘度25～30s(漏斗粘度);析水率＜5%;颗粒粒径＜74μm(根据实际施工情况做相应调整)。②泥浆压力控制。在盾构掘进，保持泥水仓压力与作业面压力(土压与水压之和)平衡是防止地表沉降的关键。泥浆压力P 的保持主要通过维持开挖土量与排泥量的平衡来实现。可通过设定掘进速度、调整排泥量或设定排泥量、调整掘进速度两条途径来达到。泥浆压力P 值能与地层土压力和静水压力相抗衡。在盾构掘进过程中根据地质和埋深实际情况以及监测信息进行反馈和调整优化。③盾构推进速度控制。选择合适的掘进速度，防止由于盾构机推进过快，盾构机刀盘受力严重失衡，造成盾构机下沉和掌子面涌砂，一般控制掘进速度为5～10mm/min 之间。

(2)壁后注浆控制。在盾构掘进过程中，要尽快在脱出盾尾的衬砌管片背后同步注入足量的浆液材料充填环形建筑空隙。为了及早建立起浆液的高粘度，以便在浆液向空隙中充填的同时将地下水疏干(将地下水赶入地层深处)，获得最佳充填效果，必须保证二次注浆紧随盾构机的推进。

(3)盾构姿态控制:①盾构姿态偏差。在盾构掘进过程中，由于不同部位掘进千斤顶参数设定的偏差引起掘进方向的偏差。同时由于盾构表面与隧洞间的摩擦阻力不均匀，开挖掌子面上的土压力以及切口环切削欠挖地层引起的阻力不均匀，也会引起一定的偏差。开挖掌子面岩层分界面起伏较大，掌子面土层软硬不均，也易引起方向偏差。即使在开挖掌子面土体的力学性质十分均匀的情况下，受刀盘自重的影响，盾构也有低头的趋势。因此，在掘进过程中，应对竖直方向的误差进行监测和控制。②盾构姿态的调整。通过减缓盾构机掘进速度，使盾构机在掘进的瞬间刀盘上下部位受力尽量相同，减少对刀具的偏磨和盾构机下俯现象。适当控制盾构机纠偏力度，防止由于纠偏造成刀盘受力不均，影响盾构机的掘进姿态。盾构通过软硬不均地层(即作业面土体的抗压强度等力学性能指标存在很大差异的地层)时应根据掌子面的地质情况，对液压掘进油缸进行分区操作。

3.5 江底带压换刀存在的风险控制

(1)制定带压换刀方案;(2)成立带压进仓换刀的机构组织;(3)制定开仓作业细则;(4)制定带压作业的应急处理措施;(5)制定带压作业的安全注意事项;(6)带压作业进行安全培训及交底;(7)带压进行过程中的全程监控。

3.6 穿越临近构(建)筑物存在的风险控制

(1)施工中，对于以上三个建构筑物，制定严密的专业监测方案，在整个施工过程中对建筑物的沉降、偏移等进行监测，根据监测结果，对变形超出规范要求的管线及建筑物采取必要的措施对变形加以控制。

(2)南昌市水电局宿舍距离隧道比较近，在周围布置跟踪注浆管，加强对这些建筑物的沉降变形观测，加密观测的点位，增加监测的频率，建立日报制度，及时通过安全监控信息平台上传监测信息，超出变形预控要求立即跟踪注浆，减小建筑物变形确保其安全。

(3)施工前，要求施工单位编制建筑物专项保护应急方案并报专家评审，一旦发生险情，立即组织抢险。

(4)加强施工管理，严格控制施工程序，防止因施工不当而产生对周边建筑物不良影响的现象发生。按照施工组织设计及建筑物专项保护应急方案严格要求施工，当建筑物下沉速率较快，变形量较大超过规范允许值时立即停止施工，查明原因并采取有利措施后方可继续施工。

(5)对天然浅基础建筑物:加强建筑物变形监测分析，加强地表沉降监测反馈指导施工;严格控制掘进参数，做好泥水压控制，减少地层损失，控制地表沉降。

(6)以建筑物调查结果和量测结果为基础，对施工前和施工初期施工引起的地层沉降及其对建筑物的影响进行精确预测。对地表沉降和建筑物变形进行严密监测，对所有受影响的建筑物进行布点监测，对楼房再增加倾斜监测，并及时分析反馈。同时利用实测数据进一步修正完善地表沉降和建筑物变形的预测结果，对可能引起有害变形的建筑物作出早期预警并制订应急措施，和确定备用方案的实施与否。

(7)在施工期间严格控制隧道出土量，减少地层损失，及时进行同步注浆及二次注浆，减少地层变形。确保盾构机及后配套设备正常运转，加快推进速度，快速通过赣江防洪大提段。控制好泥水仓压力、调整泥浆粘度和比重，避免掌子面失稳，加强泥水循环系统控制和泥浆管理，适当减少出碴量。保证同步注浆系统工作正常，适当加大注浆量。加强施工监测，及时反馈地表沉降信息，指导盾构掘进施工。做好地表注浆准备工作，当大堤沉降超过其允许值，立即进行地表注浆。

4 风险控制结果

针对以上各个风险，施工前我监理部要求施工单位制定了专项施工方案，并通过专家评审，施工过程中严格按照施工方案及专家评审意见监控施工，以上施工风险均在可控状态，未出现较大施工质量、安全事故，对隧道周边建(构)筑物影响较小，成型隧道施工质量良好。具体风险控制结果表现在以下几个方面:(1)盾构始发和到达施工顺利，未出现涌水涌砂现象，风险过程控制良好。(2)F5 断层掘进顺利通过，掘进过程中掌子面未出现较大的漏浆、跑浆现象，二次注浆质量控制较好，成型隧道未出现较大渗水现象。(3)盾构机在穿越江底浅覆土地层过程中，通过严格控制，未出现击穿地层现象，施工质量较好。(4)上软下硬复合地层掘进过程中，未出现盾构机磕头或者上漂现象，盾构姿态控制较好。通过对掘进参数和泥浆性能指标的严格把控，未出现刀盘磨损较严重的情况，过程控制较好。(5)通过详细的方案制定、应急预案制定、精心的施工组织和严密的监控，保证整个作业过程风险处于可控状态，带压换刀过程中未出现任何安全事故。(6)盾构下穿赣江两岸防汛大堤及地面建筑过程中，通过严格监测地面及建筑物沉降，通过监测数据来控制掘进参数，保证了地面沉降在可控范围，未对临近构(建)筑物造成较大影响。