某盾构区间下穿某河及采砂坑原因分析与处理措施

王智，梁春，白朝旭，魏小月

(北京市勘察设计研究院有限公司，北京 100038)

1 引 言

随着城市轨道交通的迅猛发展，地铁隧道下穿河湖等风险源越来越多，穿越过程中如何加强对河湖等风险源的管控变得尤为重要。

本文系统地阐述了盾构区间下穿河流、采砂坑区间出现河道渗漏、裂缝等情况，通过盾尾底部填充海绵、钢丝球等措施，有效控制盾尾漏浆情况，保证同步注浆质量，变形得到有效控制，风险得到有效控制。

2 工程概况

某区间沿六圈路东行下穿Φ500燃气管线及白盆窑住宅地块至六圈路与规划张新路交叉口，左右线分别以 450 m、460 m半径下穿某河后转弯向北延伸，下穿采砂坑后以 R=500 m半径再次下穿某河，沿规划张新路向北至四环路南侧接入四环路站，在四环路站盾构吊出。区间在六圈路与规划张新路路口侧穿白盆窑规划地块东南角绿化部分，在某河东岸侧穿空军计量总站及巴庄子村部分民房(最小水平距离为 1.93 m)。图1为盾构区间穿越某河及采砂坑平面位置图。

图1 盾构区间穿越某河及采砂坑平面位置图

3 工程地质及水文情况

根据对现场钻探、原位测试及室内土工试验综合分析，按地层沉积年代、成因类型将拟建场区地面以下 60.0 m深度范围内的地层划分为人工堆积层、一般第四纪新近沉积层、一般第四纪冲洪积层及古近纪岩层四大类。

根据初步勘察结果，主要地层有素填土、杂填土、粉质黏土、黏质粉土、粉细砂、圆砾、卵石、风化岩。隧道基本位于卵石⑥层，局部位于卵石⑤层，地下水位位于隧道底板以下 5 m～15 m。隧道内各围岩均匀性和稳定性较好。

根据初勘报告，在樊羊路站～四环路站区间勘察深度范围内，共揭露一层地下水，地下水的类型为潜水，水位埋深 28.9 m～31.6 m，相应水位标高 14.53 m～16.34 m，含水层主要赋存于卵石层中，受大气降水影响，水位有一定的变化，变化幅度一般为 2 m～3 m。图2、图3为区间第一、二次下穿某河地质剖面图，图4为区间下穿采砂坑地质剖面图。

图2 第一次下穿某河地质剖面图 图3 第二次下穿某河地质剖面图

图4 区间下穿采砂坑剖面图

4 盾构机概况

本工程投入的盾构机DL255由中国铁建重工集团有限公司生产的土压平衡盾构机，开挖直径 6 280 mm，掘进参数根据组段划分确定。盾构下穿某河及采砂坑大部分处于砂卵石地层，无地下水影响。

5 穿越风险工程情况

5.1 区间下穿某河

盾构区间左线381～454环范围第一次下穿某河，河底宽 16 m，顶部宽 27 m，水位约 0.5 m，河底做过防渗处理，隧道拱顶埋深 19.84 m，区间与某河竖向最小净距约为 15.42 m。区间右线956～ 1 111环、左线920～ 1 055环范围第二次下穿某河，河底宽 16 m，顶部宽 30 m，水位约 0.5 m，河底做过防渗处理，隧道拱顶埋深 15.79 m，区间与某河竖向最小净距约为 10.42 m。

5.2 区间下穿采砂坑

区间在右线643～889环、左线629～870环下穿采砂坑，风险等级为一级。采砂坑段区间长度左线约 289 m，右线约 295 m，采砂坑最深处为 24.0 m，进入隧道顶部最大距离约 1.67 m。主要穿越地层为素填土、杂填土卵石层。隧道结构主要位于卵石层⑥层中。地下水位埋深约 30.4 m～ 30.8 m，距隧道约 2.7 m～3.4 m。

6 风险事件详情

盾构区间左线掘进至403环，现场巡视发现第一次下穿某河期间，西侧河道出现旋涡，疑似河水渗漏，且河堤监测点DB-28-03出现较大沉降，当日沉降变形速率为 -5.05 mm/d，连续两天出现较大变形，结合现场监测及巡视情况，第三方监测单位立即通知相关单位，并及时发布橙色巡视预警。针对上述情况，加密现场监测及巡视。下午3时现场进行复测，河堤监测点DB-28-03在该时间段沉降量较平稳，变形速率为 -1.15 mm/d。次日上午10时监测数据显示，河堤监测点DB-28-03变形基本稳定，沉降变形速率为 -0.42 mm/d。河道渗漏水情况如图5所示。

图5 河道渗漏水

盾构右线穿越采砂坑区域期间，沿线上覆地表监测点出现明显下沉，其中DB-50-02监测点累计沉降量 -112.38 mm，速率 -53.77 mm/d，地面出现长度约 2 m的纵向裂缝。地面裂缝情况如图6所示。

图6 地面纵向裂缝

7 应急处置措施

盾构下穿某河出现渗漏险情发生后，现场采取如下措施：

(1)在盾尾使用聚氨酯做止水环；

(2)在盾尾处，使用泡沫条塞住盾尾间隙，并使用钢环封住；

(3)关闭螺旋机前后闸门，防止水自土仓进入；

(4)提高盾尾油脂的注入量和压力；

(5)从坑洞处注浆回填的方式对渗水处进行封堵，共回填24 m3混凝土；

(6)加密现场监测及巡视，制定24小时值班。

盾构右线下穿采砂坑出现明显沉降及裂缝后，现场采取如下措施：

(1)采取在盾尾底部填充海绵、钢丝球等措施，并适时注入盾尾油脂，如图7所示；

图7 盾尾填充海绵及钢丝球

(2)在同步注浆及二次补浆过程中，适时观测盾尾漏浆情况，发现异常及时封堵，并注入盾尾油脂。

8 监测情况

(1)盾构下穿某河

河道发生渗漏后，现场加密监测频率。当日下午3时现场进行复测，监测数据显示，河堤监测点DB-28-03在该时间段沉降量较平稳，变形速率为 -1.15 mm/d。次日上午10时监测数据显示，河堤监测点DB-28-03变形基本稳定，沉降变形速率为 -0.42 mm/d。盾构第一次下穿某河平面图如图8所示。左线第一次下穿DB-28-03监测点时曲线图如图9所示。

图8 盾构左线第一次下穿某河渗漏位置平面图

图9 DB-28-03监测点时沉曲线图(左线第一次下穿)

从图9可以看出，盾构左线第一次下穿某河期间，河堤监测点出现明显下沉(现场巡视发现河堤出现渗漏水)，出现 -9.59 mm沉降量，后施工单位及时对河堤渗漏部位进行回填处理，洞内采取如下措施：①在盾尾使用聚氨酯做止水环；②在盾尾处，使用泡沫条塞住盾尾间隙，并使用钢环封住；③关闭螺旋机前后闸门，防止水自土仓进入；④提高盾尾油脂的注入量和压力。

盾构通过后，使用双液浆进行二次补浆，后续变形渐趋稳定。鉴于左线第一次下穿某河出现河底渗漏水问题，施工单位在后续穿越某河之前，优化盾构掘进参数，穿越期间24小时值班，做好应急物资储备。

(2)盾构下穿采砂坑

盾构区间右线下穿采砂坑区域期间，沿线上覆地表监测点出现明显下沉，其中DB-50-02监测点累计沉降量 -112.38 mm，速率 -53.77 mm/d。后施工单位通过洞内加强同步注浆及二次补浆，测点变形渐趋稳定。

盾构第一次下穿某河平面图如图10所示。图11为盾构区间下穿采砂坑区域地表DB-50-01、DB-50-02监测点时间-沉降量曲线图。

图10 盾构区间下穿采砂坑位置平面图

图11 监测点时沉曲线图(右线下穿期间)

采砂坑监测点变形情况汇总表 表1

从图11、表1可以看出，盾构右线穿越采砂坑期间，地表监测点出现急剧变形。分析原因为：采砂坑区域土体回填不密实，左线掘进期间已对地层产生扰动；右线穿越期间，采砂坑区域地表有积水，且右线附近有村民自动的排污池，部分水体渗漏至土体；施工单位同步注浆量不足，盾尾刷损坏等。

9 原因分析

盾构区间穿越某河实际及组段划分盾构参数情况如表2、表3所示。

盾构穿越某河实际盾构参数情况 表2

盾构穿越某河组段划分盾构参数情况 表3

盾构左线第一次下穿某河导致河底出现渗漏，如图12～图14所示，分析原因如下：

图12 左线第一次下穿某河出土量情况汇总

图13 左线第一次下穿某河同步注浆量情况汇总

图14 左线第一次下穿某河土压力情况汇总

(1)土压偏低，土压低于组段划分值；

(2)出土量高，大于组段划分值；

(3)同步注浆量低，低于组段划分值；

(4)河道底部有空洞。

后及时对掘进参数进行调整，后续穿越某河未出现异常情况。

盾构区间穿越采砂坑区域实际及组段划分盾构参数情况如表4、表5所示。

盾构穿越采砂坑实际盾构参数情况 表4

盾构穿越采砂坑组段划分盾构参数情况 表5

盾构右线下穿采砂坑出现明显变形及裂缝，如图15、图16所示，分析原因如下：

图15 盾构右线下穿采砂坑同步注浆情况汇总

图16 盾构右线下穿采砂坑土压力情况汇总

采砂坑区域土体回填不密实，左线掘进期间已对地层产生扰动；右线穿越期间，采砂坑区域地表有积水，且右线附近有村民自动的排污池，部分水体渗漏至土体；施工单位同步注浆量不足，盾尾刷损坏等。

10 风险管控总体评价及总结

盾构区间左线第一次下穿某河期间，土压偏低，出土量较多，河底出现渗漏，及时发布橙色巡视预警，并加密现场监测及巡视，施工单位处置较为及时，风险隐患消除。

后续在左线第二次、右线第一二次下穿某河期间，施工单位制定24小时值班计划，做好应急预案，并建立“穿越某河风险管控群”，及时反馈盾构各项参数信息，现场监测及巡视信息，后三次穿越某河均顺利通过。

建议在后续类似盾构下穿河湖之前，施工单位应高度重视，控制盾构掘进参数，做好应急预案及物资储备。现场24小时值班，发现异常情况及时通知各方，现场第一时间处置。

盾构区间右线穿越采砂坑期间，采砂坑区域地面出现明显下沉，且地面出现纵向裂缝。后施工单位提高同步注浆量，盾尾底部填充海绵、钢丝球等措施，有效地控制了沉降变形发展。

建议在后续类似盾构穿越期间地面沉降较大情况，施工单位应及时分析沉降变形原因，必要情况下组织专家咨询会，及时采取有效措施控制变形发展。

盾构掘进过程中，总体上风险处于可控状态，风险管控整体效果较好。