地铁盾构隧道掘进地下障碍物处理技术

岳飞

随着社会经济的快速发展，建筑行业也获得了较大进步。但在施工期间不免会遇到各种障碍物影响施工，尤其是地铁隧道施工期间。对此，应采用合理方法及时清除障碍物，保证施工进度。本文通过地铁盾构隧道掘进期间遇到的障碍物问题，提出了具体的处理方案，以期为此后地铁施工提供更多的借鉴依据。

盾构施工对地上建筑物的影响较小，机械自动化性能较高，适用于不同地面，但掘进期间会遇到一些障碍物，加大了施工难度。对此，应充分掌握盾构施工障碍物的清理工作，采用合理恰当的清除方法。

一、工程概况

某市地铁2号线隧道总长为873m，管片外径为6200mm，管片内径为5500mm，共728环。隧道盾构机在掘进至562环674m时，无法继续推进，施工人员开始检查故障原因。通过带压进仓检查发现掌子面存在障碍物，为两根DN200热轧无缝钢管，侵入掌子面内的长度为1900mm、1030mm。具体障碍物与刀盘之间的关系图见下图1所示。

图1 障碍物与刀盘位置示意图

同时，检查盾构机停机位置的周围环境发现，刀盘位于围栏外人行道，左线盾构机停机处顶部埋深为32.5m，位于粉砂层中。

二、障碍物处理方案

当到达隧道埋深32.5m时，盾构机停机此处位于粉细砂层，掌子面存在较大的水土压力，增大了障碍物的处理难度。此隧道属于节点工程，工期受到一定限制，在确定障碍物处理方案时应综合考虑工期与安全因素。根据现场实际情况，施工人员初步确定明挖法、直接进仓处理、盐水冷冻加固进仓处理以及液氮冷冻加固再进仓处理等几种方案，进行对比分析。

1.明挖法施工

清除障碍物时若采用明挖施工法，需要清除隧道影响范围内的钢筋混凝土，之后回填土方至地面，穿过明挖区域。明挖法施工虽可以保证隧道范围内的钢筋混凝土被彻底清除，但施工难度大，风险较高。期间施工人员需要迁改管线，将其移至地下，但管线较多，且道路狭窄，周边存在较多的建筑物，因此可供管线改迁的空间范围较小。同时，管线年久失修，缺乏参考资料，增大了物探难度，当清除障碍物时采用明挖施工方法会中断路面的交通。因此，施工单位需要结合实际情况，改成曲线绕行或半幅通行模式。且每条管线的迁改工期各不相同，排布站点需要20天左右的时间，甚至复杂的站点排布还会持续2-3个月的时间。完成管线的改迁工作后，施工人员还应对隧道进行竖井开挖，通过机械开挖方法处理粉细砂层、卵石圆砾层以及杂填土等，并人工辅助进行有效修整。明挖采用分层方法，在建立环框梁后挂网喷锚，并利用长臂挖机处理竖井开挖期间产生的碴土，利用卡车运出，因此完成整个开挖过程大约需要15-20天。

2.直接带压进仓处理

施工人员应采用高压水开挖作业洞室、带压进仓切割的施工方案，在固定掌子面时采用高强度膨润土浆，在明确泥膜厚度之后再确定作业洞室的开挖厚度，之后向掌子面压注膨润土浆液，并开始开挖洞室，循环进行作业，直至开挖洞室可以进仓进行切割钢管作业。

3.冷冻加固后进仓处理

盐水冷冻时先加固掌子面周边，采用垂直钻孔冻结方式，之后带压进仓切割，在掌子面前方与盾构机上采用垂直冻结加固地层方法，冻结掌子面左右侧、上部以及前方内的土体，利用形成的冷冻加固体固定掌子面。

4.方案比较

在结合隧道实际情况的基础上合理选择施工方案，并综合考虑施工成本、工期、周边环境影响等因素。发现带压直接进仓虽然技术具备一定的可行性，但无法确定障碍物清除的彻底性，且存在较大的安全风险。盐水冷冻加固与带压进仓方法可以检查障碍物的清除效果，稳定性较强且安全性较高，但需要较长的冷冻时间，且对周边环境的影响程度较大。液氮冷冻加固与带压进仓方法可以检查障碍物的清除效果，进仓切割比较安全，冷冻时间较短，虽然对周边环境也会存在影响，但程度较轻。

综合各种因素，最终选择液氮冷冻加固后带压进仓切割方法，在盾构机上部及掌子面利用垂直冻结孔保证地层的进一步加固，之后冻结掌子面左右侧、上部以及前方范围，当带压进仓切割钢管时，可以利用冷冻加固体稳定掌子面。

三、冷冻清障施工流程

1.冷冻孔钻孔施工

合理布置冷冻孔钻孔位置，保证孔间距为1.0-1.2m，且呈梅花形状，总共布置三排冷冻孔，根据盾构机顶部深度确定具体深度，A型冷冻孔底距盾构机周边为1m，设置16个，B型冷冻孔深度为42m，设置13个，且同步设计测温孔，保证深度为42m。

2.冻结施工

冷冻过程中，还应通过控制时间保证冷冻体效果，在冻结管中，液氮的蒸发量各不相同，冻土发展速度为1-5cm/h，根据施工经验，冻土发展速度确定为10cm/d。人员合理设定冻结孔间距为1m，且冻土满足厚度与时间设计要求。在完成冷冻管的布设工作后，施工人员开始采用液氮冷冻方法，确定合理的冷冻体扩散速度，在冷冻运行10天后，则可以完全交圈冷冻体。之后确定掌子面冷冻体的厚度，距离掌子面600mm，为了保证水仓作业空间不结冰，还应设置刀具保护措施。

3.带压进仓开挖洞室

开始运行冷冻后，通过测温孔测定温度，达到要求后带压进仓开挖洞室，并在完成后焊接槽钢与钢板，以防掌子面掉落土体。在完成洞室的开挖工作后，施工人员带压进仓切割钢管。

四、安全性分析

使用上述液氮冷冻方法依然存在一定风险，施工单位还应合理测定冷冻体温度与周边环境的影响，保证安全性。一是监控冷冻体温度，对测温孔进行温度监控，统计冷冻开始至开挖洞室完成这段时间内冷冻孔温度数据。发现在冷冻10天后，温度稳定，冷冻体成型质量满足要求。在停止冷冻后，开挖洞室清除障碍物。二是测定周边环境，最大限度地减小影响。冷冻开始至障碍物清除过程中，冻胀效应管线最大隆起量为5-6mm，随着冷冻的解除，管线沉降保持在3-4mm内，对周边环境的影响较小，符合标准要求。

五、结语

本文描述了某市地铁2号线隧道障碍物的处理过程，得出如下结论：一是地铁施工采用冷冻加固法清除地下障碍物时，应详细计算冷冻参数，确定合理的冷冻强度、冷冻范围以及冷冻时间等参数，确保施工顺利进行。二是在施工期间应考虑冷冻加固技术对周边环境的影响，分析发现，融沉效应的下沉量为3-4mm，冷冻效应产生的最大隆起量为5-6mm，对周边建筑影响较小。