富水圆砾地层地铁区间盾构施工风险分析与控制

富水圆砾地层地铁区间盾构施工风险分析与控制

罗路

南宁轨道交通集团有限责任公司

摘要：地铁区间隧道施工中比较常用的施工方法是采用盾构法施工，这种施工方法具有安全性高、施工速度快等特点。本文从施工概述入手，分析了盾构施工中存在的风险，并从施工风险因素、风险控制等方面提出了相应的对策。

关键词：盾构区间；盾构施工；施工方法

引言：随着城市化的快速发展，城市的人口迅速增加，地铁已成为公共交通出行的首选。在地铁区间隧道施工中，盾构法得到了广泛的应用。盾构区间隧道施工技术要求高，施工风险大，现行情况下急需解决的问题是如何有效地控制盾构区间隧道的施工风险。

1.地铁区间隧道盾构法施工概述

盾构法是一种利用盾构机在开挖时，在地铁区间隧道内形成一种新的掘进方式，它的盾体起到抵御土压力的作用，并利用其刀盘的推动力，使其在土体间来回切割。盾构法是地下隧道施工的一种新型隧道施工工法，相对于传统的暗挖法，这种施工方式既安全，又不会影响到城市的地面交通环境，也可以缩短建设周期，提高经济效益，保证工程质量等优点。

2.地铁区间盾构施工风险分析

2.1工程地质条件

（1）地层岩性

南宁地铁5号线新秀公园站～广西大学站区间范围内主要揭露第四系、古近系及泥盆系地层，包括填土层①、黏性土层②、粉土层③、砂土层④、圆砾层⑤、古近系半成岩的泥岩和粉砂岩地层⑦。圆砾层的岩土特征分述如下：

1）圆砾层（Q3al）

圆砾⑤1-1（Q3al）：灰色、灰白色、灰黄色等杂色，饱和，中密～密实状，级配良好，主要成分为圆砾及砂，母岩成分以石英岩、砂岩、硅质岩为主，多呈弱~微风化状，不均匀系数Cu平均值78.69，曲率系数Cc平均值4.9，级配不良，粒径一般2～20mm，少量30～50mm，卵石约占10%～20%，圆砾约占30%～40%，砂约占30%～40%，粉、黏粒约10%。

（2）区间隧道穿越地层

本区间隧道主要穿越地层为②5-2粉质黏土层、⑤1-1圆砾层、③1粉土层、⑦1-2、⑦1-3泥岩层。

2.2地质风险

（1）特殊地层中的盾构掘进施工

本区间隧道（约ZDK20+588.134m～ZDK21+188.754m/ YDK20+996.969～YDK21+104.806m）洞身地层大多位于圆砾层、粉砂所占比例较大，圆砾层粘聚力低，且富含地下水，若盾构掘进施工控制不当，可能会导致圆砾层随地下水流滚、坍塌，圆砾层以上的硬塑状粘性土层，在失去下部部分圆砾层作其下卧层后，在下部地下水向上突涌冲刷和上部结构压力的共同作用下，可能会引起塌陷、沉降。盾构圆砾层掘进时，刀盘、刀具和螺旋输送机的磨损严重，盾构姿态调整与控制难度较大，掘进完成后在后期易出现滞后沉降。

本区间隧道穿越泥岩、粉砂质泥岩时，由于泥岩、粉砂质泥岩黏粉粒含量高，掘进过程中可能存在仓内和刀盘形成泥饼。

本区间穿越圆砾和泥岩复合地层时，由于洞身地层主要为泥岩、粉砂质泥岩、富水圆砾，而泥岩、粉砂质泥岩黏粉粒含量高，在复合地层中掘进时需要经常变换盾构施工模式,调整施工参数，且容易出现刀具磨损严重、盾构机抬头、地层沉降、管片错台破损、掘进效率低下等问题。

2.3环境风险

本区间隧道下穿南宁市城市东西向快速路工程西段(清川大道~北湖南路)K3+970~K3+990段，区间隧道影响里程范围为右线YDK21+515~YDK21+545（左线ZDK21+510~ZDK21+540），侧穿东西向快速路桥桩（桩身直径1.8m，桩长约55m，桩底标高约16.14m），右线区间隧道与桥桩最小水平净距约2.9m，邻近处轨面标高为47.87，隧顶埋深约20.9m，隧道穿越地层主要为泥岩层。桥桩与右线隧道最小水平净距约2.9m，盾构侧穿时对地层扰动易造成桥桩沉降变形，对桥体结构安全影响较大。

本区间隧道在YDK21+440里程处侧穿南宁市第一轻业技工学校住宅楼，建筑物为6层砖混结构，与地铁区间右线隧道平面距离约10.8m，邻近处建筑物采用条形基础，基底标高73.31，邻近处轨面标高为48.63，隧顶埋深约19.4m，隧道穿越地层主要为泥岩层。在盾构施工扰动下容易出现地层沉降变形，对建筑物的安全造成较大影响。

新秀公园站～广西大学站区间平面图

2.4施工风险

本区间右线长1323m（左线1458m），长距离的掘进对刀盘和刀具耐磨性和刀具的破岩能力是一次极大考验，同时对盾尾密封刷的完好性也是一次严峻考验。且根据区间勘察报告揭露区间盾构机始发及到达端头地质有素填土、粉质黏土层及圆砾土层,端头地质差，地下水位高，盾构始发到达方案不合理或工序控制不严可能产生涌水、涌砂，大幅度地面沉陷、周边建筑物(包括管线等)损坏、隧道被淹等风险。

3.地铁盾构区间施工风险控制

3.1盾构机选型风险与日常管理控制

在盾构区间隧道施工中，盾构机的选型非常重要，只有合理的选型，才能确保其具有优良的力学性能，适应地下盾构区间的掘进。盾构机的选型与日常管理应做到以下几点：

（1）盾构机应进修针对性设计，包括刀盘开口率、刀盘及螺旋输送机的耐磨性等盾构各系统功率性能的计算和设计，渣土改良设计等。（2）做好出渣量控制。根据圆砾层的土层特性，计算出理论出渣量，与现场实际相结合，同时采用出渣车装渣体积现场测算，及门吊称重两种方式计量出渣量，严格出渣量的控制。（3）改良渣土。掘进该段时向土仓内添加膨润土，改良渣土，严格土压平衡模式掘进，保证掌子面的稳定。（4）保证掘进施工的连续性，长时间停机时，提前向仓内注入膨润土，并保持土仓压力。（5）盾构掘进时加强同步注浆管理，注浆量及注浆间隔时间必须及时跟上，掘进后及时通过管片预留注浆孔进行二次补充注浆。（6）加强监测频率，掘进完成后持续监测一定时间，根据监测结果，洞内补充注浆或地表对地层进行注浆加固。

3.2控制重要建筑物和地层沉降

本盾构区间在施工前对周边进行了细致的考察，并对施工中的地下设施、管线、障碍物、周边建筑等进行了预测。同时，在盾构施工之前，对有关建筑物进行加强防护，避免地层和建筑物在施工过程中发生的地层破坏和建筑物沉降。另外，建设单位设置了隧道沉降控制网，以保证对建筑物的真实状况和地层状况进行监测，并根据有关资料，确定影响建筑物的环境因素。一般情况下，盾构机前端的检测点的变形量应该控制在5 mm以内，而对盾尾的变形应该控制在10-30毫米以内。

3.3盾构机施工过程中的风险控制

在地铁建设中，盾构机的作业涉及范围很广，包括河流、地下管道、道路、进出洞土体等，其中存在着潜在的危险，从而影响到工程的顺利实施。所以，在盾构法施工中，最大的风险之一来自于洞口附近的土体，如果出现不稳定的情况，很可能会导致盾构机沉陷，从而影响到盾构机的安全。一般情况下，通过旋喷注浆、高压喷射、三轴搅拌等工法可以对这一区域的土体进行加固，保证这一区域的稳定。在盾构掘进过程中，地面可能会产生沉降，这是一种不均匀的沉降，很容易导致路面开裂，因此，为了防止隧道内的过大扰动，必须合理控制盾构掘进的各项参数，从而确保盾构安全平稳掘进。

结束语

总之，盾构施工是一种高风险、高难度的工程，必须在工程建设中采取有效的控制措施，才能保证工程的安全、稳定，使工程得以顺利进行。

参考文献

[1]余晓斌, 韩昌进. 地铁盾构区间隧道施工风险分析与控制分析[J]. 建筑技术研究, 2020, 3(8):124-125.

[2]沈安乐. 地铁盾构区间隧道施工风险分析及评价[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2013, 000(005):1-5.