浅析土压平衡盾构过珠江风险与控制措施

黄璐珈

（中国水利水电建设工程咨询中南有限公司，湖南长沙 410014）

0 引言

伴随城市现代化建设逐渐发展，隧道工程特别是地铁隧道项目愈来愈多地在城市的建设当中出现。盾构施工方式以其环保、安全、经济以及高效的特征，于隧道施工工作当中获得广泛采用，而盾构穿越劣质地层状况也经常出现。盾构施工工作过程对于周边土体产生的作用和地震发生情况下是不一样的，其关键通常体现于施工过程对周边土体产生一定的振动以及挤压、卸载以及加载等情况，进而造成盾构施工区域液化土层的应力状态发生相应的变动，极易发生流砂等情况导致盾构装置产生姿态变化等问题，涌水和涌砂问题也易造成开挖面的失稳情况，对于隧道自身和周围建（构）筑物安全稳定造成一定威胁[1]。本文与工程实例相结合，讨论了土压平衡盾构穿越珠江过程中需要怎样开展风险的判别以及预测，并提出部分盾构阶段和施工中控制方案。土压平衡盾构如图1所示。

图1 土压平衡盾构

1 工程概况

1.1 区间概况

东湖站—滨江东路站区间盾构机由东湖站始发向南掘进下穿珠江后沿滨江中路及滨江东路掘进至滨江东路站吊出，沿线重要建构筑物有6号线轨排井兼盾构井、荣宝斋、东山体育场、珠江、鸭礅涌桥。外部重大环境风险主要有：下穿六号线轨排井兼盾构井、下穿珠江、下穿鸭墩涌桥等。

本盾构区间全长约2504.851m，左线ZDK12+411.500—ZDK13+671.800，长1244.980m（短 链15.32m）；右线YDK12+411.500~YDK13+671.800，长1260.328m（长链0.028m），区间左线出东湖站大里程端后以R=1000m（右线1000m）下穿珠江，再以左线R=450m（右线450m）沿滨江东路敷设进入滨江东路站。区间布设了两个位置联络通道，而其中的1#号联络通道还兼做废水泵房。盾构区间下穿珠江道现场如图2所示。

图2 盾构区间下穿珠江道现场

1.2 水文情况

线路沿线区域地下水的水位深浅是不相同的，通常地下水位的埋深是1.30~4.10m，而稳定区域地下水埋深通常可以达到1.90~5.10m。工点周边范围地表水发育，珠江和海珠涌地层为砂层，局部砂层直接覆盖在基岩上方，砂层的透水性由中等变强，而地下水关键是由地表水渗透产生，通常和地表水有着一定程度上排泄以及补给联系。

地下水位变动和地下水排泄、赋存还有补给等方面具有紧密关联，每年的5~10月份是雨季，具有充沛的降雨，则水位将会明显出现上升迹象，而冬季由于降水下降，地下水位也会随其降低，第四系孔隙水的水位年变化幅度为1.0～2.0m，层状基岩裂隙水的变化幅度为1.0～1.5m。

1.3 区间珠江概况

本段隧道场地内地表水发育，在本区间线路在YDK12+725.028~YDK13+323.884（210环~617环）；ZDK12+726.047~ZDK13+350.557（210环~612环）处下穿珠江，宽约600m，水深约9m，隧道拱顶距离河底埋深在23.7~31.6m范围内，共计左417环、右线各402环，左线与右线中心之间的线间距为13.00～16.1m。水平为直线，竖直方向为5‰的上坡及17.218‰的上坡。

2 过程中对风险的分析以及应对措施

2.1 珠江堤岸发生形变风险以及应对措施

盾构机穿过河堤的时候，需要把河堤地表沉降控制在+10mm~-20mm之内，确保河堤基础和构造是稳定可靠的，避免河堤沉降，发生开裂、渗漏等情况。

依据试掘进试验段来对掘进沉降状况进行检测：在试验段设置的切口压力进的时候，依据地质环境情况和地表沉降突起量，对工程施工主要参数开展调整，在进入河堤影响范围前将参数优化。

严格控制切口压力对于避免河堤沉降来说有关键的作用，切口压力大，则地表突起；过小则有可能导致地表塌陷下去。依据盾构和管片中间的空隙及各土壤层特点有效控制出土的量，大概为开挖截面的98%~100%之间。并根据现场的分析进行调节，找寻最合理有效的标值。

掘进时可依据推进的速度以及实际的出土量和理论的出土量之间的偏差。盾构机操作员在掘进时可以依据显示的推动间距，对螺旋机出土的速率进行及时调整，控制出土量在容许的误差值内。在穿过河堤时根据调节同步灌浆的浆体配制，增多水泥的使用量来确保同步注浆浆液的迅速硬化，会使强度更强。

要控制盾构合理的推进速度，在穿越区工程施工的时候，盾构掘进的速度控制在3~4cm/min，尽可能维持平稳的推动速率，保证盾构平衡、匀速地穿过河堤，以减小对周围土体的扰动，以防对其构造产生不良的影响。

为确保盾构安全地穿过河堤，除事前做好充分的准备工作外，信息化管理工程施工变成此次施工过程中的关键技术。依据设计规定在河堤地表布置监控点，根据检测系统带来的数据监测，并调节和控制盾构穿过珠江河堤时作业的相关参数，保障盾构工程施工对路面的危害降至最少。

2.2 盾构把河底击穿的风险以及应对措施

（1）需要对切口土压力波动起伏范围进行严格的把控。推进的时候，需要在中央控制间有相关的专业工作人员对施工的参数进行人工调节，把切口土压力起伏值调节在-0.2bar～+0.2bar之间，使开挖面保持一定的平稳。盾构在河底段穿越的时候，手动式操控切口土压，人工调节工程施工的主要参数，要在工作时细心认真。

（2）需要对掘进的主要参数进行严格的把控。正常情况下要严格的控制出土量，根据理论出土量来出土。为了避免河流渗入到盾构，可以适度少挖掘，使泥土的密实度较高。控制同步注浆压力，需要在注浆管道上裝安全阀，避免注浆的压力太大把覆土顶开。

（3）针对河底冒浆的应对措施。察觉河底出现冒浆情况时，若河底只是有少许冒浆，可以在不减低开挖面土压的情况下向前加快推进，提升拼装的效率，使盾构加快越过冒浆的地方。当河底出浆比较严重导致没法推进时，要采用以下措施：适度减少开挖面土压力。为了更好地使盾构前行，查验掘出的土量，确保没有超挖。开掘一定间距后，需要开展壁后注浆。使开挖面土压力恢复到正常在进行开掘。若有河水从盾尾流到隧道，应先剖析现阶段状况，采取紧急措施进行抢救工作[2]。在紧急抢救时，在渗水位置压进聚氨脂，同时加强排水的工作，让进到盾构的水可以顺利排出。

2.3 盾构喷涌的风险以及应对措施

上端的隔水层被击穿毁坏后，因为开挖面土压力太高、水流量大，开挖的渣土虽然自身具备一定的止水性，但高压水体穿过压力室和排土器会产生集中渗流，带动土粒运动进而有产生喷涌。应对措施主要包含以下6点。

（1）开挖珠江段的时候要选用螺旋运输机双闸门进行控制，引入膨润土浆或者高效聚合物，避免出现喷涌的情况。与此同时，运用盾构机配套的二次注浆设施及时进行注浆，在管片的外围形成不间断的封闭环，避免盾构周边的地下水连通，出现喷涌。

（2）利用土压平衡掘进参数；对盾构机掘进的方位与铰接油缸的行程差进行严格控制，保证铰接的密封情况。进一步增强对盾构机铰接的密封查验，防止渗水和漏砂。

（3）常常查验盾尾密封刷的密封情况，填充润滑油脂，保证密封刷情况优良。

（4）发生喷涌状况时，把螺旋运输机后门马上关闭，适当往前挖，增多仓内黏性颗粒物成分，建立土仓内的平衡，经过刀盘的转动使土仓内土体均匀搅拌。随后渐渐地开启螺旋运输机后门，使门开启度为30%，边挖边出土，使土仓内压力自始至终保持稳定。

（5）对盾构机施工配备设施的服务保障工作要重视，使其能够持续迅速推进。避免盾构机施工配备设施出现故障影响挖掘工作。

（6）严格检测螺旋机出土口状况和土仓压力转变状况，一旦发生冒浆状况，应先关掉螺旋机出土口的闸门，防止地下水或沙浆等喷涌而出，要稳定土仓内土压力。

2.4 盾尾渗漏的风险以及应对措施

盾尾产生渗漏通常是从轻度漏水逐开始的，由于没有立即解决或解决不彻底都会导致盾尾密封的油脂被冲洗和劣化，细沙进到盾尾，促使尾刷产生不正常的损坏，密封的实际效果下降，若产生盾尾空隙突然变化就有可能造成中等程度的渗水，而中等程度的渗水如未妥善处理，在很多的污泥冲洗下，盾尾油脂将持续漏出，进而导致更大程度的渗漏。

防止盾尾渗水的应对措施有以下4点。

（1）盾构的姿态。始终坚持依照每环精确测量盾尾空隙，依据精确测量的数据对盾构机姿态的做法进行调整，严控盾构机姿态（±30mm）和盾尾空隙（超过30mm）。与此同时，需对平面曲线和竖直曲线的区域增大查验的力度，平分转向度，防止急转导致盾构机姿态发生突然变化。

（2）管片的拼装。管片拼装的工作人员和机长需用心掌握管片的设计种类、偏移视角、排序部位、拼装次序等相关的规定。盾构机拼装管片前后都需要开展盾尾空隙和盾构姿态的精确测量，并按照相关规定调节管片种类和封顶块位置。管片拼装时盾尾水泥砂浆、毛巾、垫圈等物品务必完全清理干净。机长要在拼装管片的时候旁站监控，保证全过程是可控的。松千斤顶的油缸时必须逐一开展松防，不可一次性松太多的千斤顶，会导致盾构机后退。

（3）油脂的注入。盾尾油脂是维持油脂仓的压力，是使其不被盾外土水的压力穿透的关键材料。将一定量的油脂均匀的引入，不仅可以避免尾刷损坏和水泥砂浆进到油脂仓，还可换置原仓内油脂，避免出现仓内油脂发生变质而结团的状况。

（4）壁后的注浆。管片壁后的同步注浆是为了保证管片的平稳、封闭进水通道的措施。因此一定要保证同步注浆浆体的品质，品质不过关的浆体不予以应用。管片假如总体上调或下移，必然对盾尾内管片与盾尾的相对位置造成一定影响，造成盾尾空隙的恶化。而注浆不密会造成地下水随盾构机前行，会对盾尾造成威胁，也会稀释注入的同步注浆的浆体，使浆体发挥的实际效果会随之减弱[3]。因此，工作人员需要保证每环5m3的注浆量，工期紧、刷新记录都不能成为不注浆或是少注浆的托词。盾构渗漏如图3所示。

图3 盾构渗漏

3 结语

为了对于土压平衡盾构过珠江中存在的风险进行有效解决，本文结合工程实例，首先对于项目周边条件、地质情况、施工情况以及水文状况等多方面进行阐述与分析，分别针对堤岸变形风险、盾构击穿河底风险、盾构喷涌风险以及盾尾渗漏风险展开相应介绍，并提出对应解决措施，进而确保项目可以顺利开展，对于后续相关环境下开展工程施工有着一定参考意义。