工程案例
業務范圍
盾構隧道淺覆土區域施工安全防范措施
發布時間：2014-07-15
1 概述xx水底隧道有五種主要的施工方法: 圍堤明挖法、氣壓沉箱法、巖鉆法、盾構法和沉管法。盾構法是修建隧道的一種重要施工方法, 尤其是在軟土地層中自從1843年第一條盾構法隧道在倫敦泰晤士河下建成以來, 盾構法隧道的設計和施工技術得到了很大發展, 出現了泥水加壓式和土壓平衡式盾構, 襯砌由鑄鐵轉向鋼筋混凝土或鋼材組成。
盾構法施工的主要特點：可在盾構的掩護下安全地進行土層開挖和襯砌的支護工作；進行水底隧道施工時, 不影響航道通航；盾構推進、出土、拼裝襯砌等主要工序循環進行, 施工易于管理, 施工人員也較少；施工不受風雨等氣象條件影響。
盾構法存在的一些問題是：當隧道曲線半徑過小時, 施工較為困難；在水下作業時, 覆土太淺則不夠安全；盾構施工中采用全氣壓方法以疏干和穩定地層時, 對勞動保護要求較高, 施工條件差；在飽和含水層中, 盾構法施工所用的拼裝襯砌, 對達到整體 結構防水性的技術要求較高。
2 淺覆土區域盾構掘進時存在的安全問題
2.1 淺覆土易產生冒頂通透水流
為了減少線路的坡度，一般河底段覆土極淺。在淺覆土區域，在高水頭壓力情況下，大刀盤前方土壓平衡不容易建立。河水常從擾動土體的裂縫中經大刀盤開口及盾尾進入盾構機，造成盾構淹水。這種機損人亡事故時有發生。
2.2 隧道上浮
水域下淺覆土中推進的盾構，上下受到的力不均衡，盾構姿態上揚，壓坡困難、隧道上浮，軸線難以控制。拼裝完成的隧道環脫開盾尾后，由于上部壓載及自重無法抵抗地下水引起的浮力使隧道上浮。如果不采取相應加固對策，極易引起隧道局部開裂，漏水。
隧道穿越飽和土層，會受到水的浮力，當浮力超過隧道上覆土重量和隧道及隧道內設備自重時，隧道將上浮。當管片脫離盾尾時，隧道被包圍在壁后注漿的漿液中，受到漿液的浮力比在飽和土中受到的浮力要大得多。同時，盾構推進挖出土方導致地基卸載，拼裝好的隧道會受到地基回彈的作用向上偏離中心軸線。在浮力和地基回彈共同作用下，隧道上覆土產生隆起，若最大隆起值得不到有效控制，覆土層將被頂裂，產生透水裂縫，河水沿透水裂縫涌入盾尾將嚴重影響隧道和隧道施工的安全。
3 廣州地鐵三號線瀝～大區間盾構淺覆土區域施工難點
廣州地鐵三號線瀝?～大石北盾構區間工程，共分為2個區間段構成：大石北始發井~廈?站，區間隧道長1429.791m；廈?站~瀝?站，區間隧道長1621.75m。共有2次xx。
其中，隧道在YCK13+780~YCK14+098處過三枝香水道，水道河面寬度約為300m。隧道包括左、右線各一條，采用2臺泥水加壓平衡盾構機施工，先施工隧道右線，盾構機由三枝香水道南岸往北岸方向推進，當右線盾構推xx后，隧道左線由三枝香水道南岸往北岸方向推進施工。
隧道在過三枝香水道的斷面內存在著強風化巖、中風化巖和微風化等粉砂質泥巖的復合地層，拱頂以上主要為淤泥、淤泥質細砂和粘土。xx段隧道總長約為312m，存在風化夾層，強度較高，巖體較為破碎，地表水與砂層及基巖裂隙水聯系較為密切，且隧道上方存在軟弱地層，對盾構破巖能力及防冒漿的能力要求較高。盾構機穿越三枝香水道，隧道洞身圍巖水文地質條件受其影響較大。三枝香水道的水位主要受北江洪水和潮汐的影響，而且兩個相鄰的高潮或低潮的潮位和潮流歷時均不相等，一般歷年最高潮位多出現在汛期，最低潮位則 出現在枯期，漲潮歷時短，落潮歷時長，高潮平均水位為5.85m，低潮平均水位為4.33m。
隧道過三枝香水道是在YCK13+780~YCK14+098處，河面寬約312m。隧道洞身巖層全部為巖石全~微風化帶，地質均勻，地下水亦較為豐富，且xx段覆土厚度較薄，土層軟弱，江中水壓較高，故盾構掘進時風險較大。
三枝香xx段地質條件復雜多變、風險極大，xx段覆土厚度較薄（僅為7.4m），江底780環到840環覆土厚度一般都在6～7米的范圍內，即使是最厚處也僅有8.6米，略大于1倍盾構直徑，地質條件極差，上部為透水性差的砂質土；840環附近風險最大，隧道頂部全部為穩定性極差的淤泥層，容易塌方，盾構機容易抬頭，稍有不慎，將導致噴涌、江底塌方、江水灌入隧道等重大安全事故，后果不堪設想。而且受潮汐等影響，隧道穩定難度大。xx段是關鍵地段，直接影響到盾構施工的成敗，為了保證盾構機順利穿越難度極大的三枝香水道，在整個施工過程中必須運用信息化施工、控制隧道變形，并對盾構掘進中的各類施工參數進行動態管理。
為確保xx成功，避免重大事故的發生，地鐵總公司多次組織國內外著名地鐵盾構施工方面的專家對《盾構xx專項方案》的安全性進行審查、論證、分析和研究。經過與會專家科學、嚴肅、認真地論 證，提出了“護頭保尾”、“xx監測”、“作業預案”、“管片上浮監測”等有針對性的意見。
施工單位在xx前對盾構機進行了檢修保養并更換了刀具，避免了江底換刀的風險。在施工過程中，采用感應器法和聲納法的監測技術，保護了河道的安全。此外，還結合實際制定了xx應急預案，確保萬無一失。
4 江底淺覆土區域盾構掘進安全防范措施
4.1 防止盾尾漏漿（防漏）措施
（1）提高同步注漿質量與管理
每環推進前，對同步注漿的漿液進行小樣試驗，嚴格控制初凝時間，初凝時間為13～15秒。在同步注漿過程中，合理掌握注漿壓力，注漿出口壓力＝切口水壓+60～100KPa，使注漿量、注漿流量和推進速度等施工參數形成最佳匹配。
（2）加強盾尾艙的管理
在推進過程中，因設備故障和操作失誤往往引起切口水壓的波動，在每次調高切口水壓后，必須進行試推進，并安排專人觀察盾尾漏漿情況，確定無漏漿后再正式調高切口水壓，進行正常掘進。同時還應注意盾構機本身要增加盾尾刷保護及其嚴格控制盾尾油脂的壓注；在使用時對盾尾艙進行定期檢查，平均每30 環全面檢查一次；并且在管片拼裝前必須把盾殼內的雜物清理干凈，以防對盾尾刷造成損壞。
（3）盾尾漏漿對策
發現盾尾漏漿情況比較嚴重時，則配制初凝時間較短的雙液（A、B 液）進行襯砌（管片）壁后注漿，壓漿部位為后5~8環，并適當調低切口水壓，但調整量不大于0.5 Kg/cm2。若此時漏漿情況仍得不到有效控制，則在后6~8環處用聚氨酯進行壓注予以封堵。為了防止在隧道內的漏漿和漏水、積水情況的發生，在隧道內加大型抽水水泵，以備必要時使用。
4.2 防止江底地層沉降措施
（1）控制切口水壓穩定性
在推進過程中，按設計值設定切口水壓，更重要的是還要根據推進時潮位的不斷變化情況對其進行相應的調整。因此，在盾構機推進過程中，要嚴格控制好切口水壓的波動范圍，一般控制在設定值的±5％以內，以保證切削面穩定。特別是在盾構機穿越覆土厚度僅為7.48m的江中段時，應采用手動控制切口水壓，并設定切口水壓值為120KPa。必要時采用人工調整施工參數，對開閉VE閥、轉旁路狀態時的切口水壓上、下限控制參數進行設定，并做好記錄。每天推進施工前，先檢查VE閥開、閉情況和PLC系統工作狀態。在確定系統對切口水壓上、下控制的工作情況良好的前提下，再進行正常掘進。同時擬定在設計隧道軸線就近進行潮位測量，平時每隔20min記錄一次潮位，在潮位變化較快的漲急、落急時段加密至10min，以保證潮位資料的準確性。
（2）提高注漿量
若發現江底沉降量較大（>5cm）時，則適當的增加同步注漿量，必要時更要進行襯砌（管片）壁后補注漿。注漿量爭取達到理論建筑空隙的130%以上。
4.3 防止隧道上浮措施
（1）嚴格控制盾構機和管片姿態
在盾構掘進過程中，加強隧道監測是防止隧道上浮的積極措施，對盾構機和管片進行姿態控制，能夠有效的控制隧道上浮：
a 對盾構機的掘進方向進行自轉測量，自轉角度控制在0.3度；
b 利用千斤頂行程儀對千斤頂進行測量，并對測量數據作演算處理、方向修正值的解析和對千斤頂的選擇；
c 測量垂直、平面位置，為了能準確測量盾構機的位置，在每推進2環進行一次檢查和修正，不斷的將現行的位置設置在新 坐標的已知點上。盾構機的垂直、平面偏差控制在±50mm以內，盾構姿態變化不可過大、過頻。推進時不急糾、不猛糾，多注意觀察管片與盾殼的間隙，以減少盾構施工對盾尾密封效果的影響；
d 管片姿態須嚴格控制，高程和平面偏差控制在±50mm以內，每環相鄰管片平整度控制在4mm以內，縱向相鄰管片平整度控制在5mm以內。
（2）管片選型具體責任化
利用盾構機的導向系統以及人工測量的方法，精確的測量出盾尾和最后一環管片之間的間隙值，該盾尾間隙值分別從上、下、左、右四個方向測出，在盾構xx時，嚴格控制每一個值均要控制在＜40mm，然后把測得的數據結合導向系統的隧道線路數據，從而選擇下一環的管片類型，確保管片姿態跟隨盾構機的姿態，并與盾構機盡可能的在同一條軸線上。
（3）提高同步注漿質量
提高注漿與盾構推進的同步性，使漿液能及時充填建筑空隙，同步注漿的位置在第四環管片的11點和5點、1點和7點的位置，具體注漿的順序可根據對管片測量的結果來確定，當注漿充填量＜110%時,采用二次補壓雙液注漿的措施，補壓漿要求均勻，壓漿后漿液成環狀，注漿范圍5～8環。
4.4 防止形成泥餅
（1）中央控制室人員強化責任制
通過現有的地質資料，詳細預先分析泥餅形成的可能地段，并在盾構掘進至該地段時，要求中央控制室人員嚴格監測盾構機的各種參數，若發現有異常情況（排泥比重增大、流量減少，送泥壓力增加和推力、扭矩的變化情況），及時判斷有無形成泥餅。
（2）嚴格控制操作規范
嚴禁單純為了進度，實行野蠻操作，嚴格按操作規范科學合理地進行中央操控，在掘進時，特別是在泥餅形成的可能地段，需控制好泥漿的比重，以防止降低泥餅的形成。
（3）技術措施
如發現有異常苗頭，應及時降低泥漿比重并利用高壓水進行沖擊，及時降低泥餅形成的機會，并化解已初步形成的泥餅。
5 結束語
淺覆土區域施工是盾構xx隧道工程成敗的關鍵，制定嚴密的施工方案，加強施工過程的信息化管理，并重點控制防漏、防沉、防浮和防磕等四個方面，可以確保淺覆土段施工的安全。2004年7月17日廣州地鐵三號線線瀝?～大石北盾構區間工程順利穿過三枝香水道，近30天的施工過程中沒有出現重大安全問題。此次盾構穿越三枝香水道難度之大、速度之快實乃全國罕見。瀝～大區間盾構工程左線和右線要兩次xx，此次成功xx為下一階段盾構穿越517米寬的南珠江水域打下了良好的基礎，也對三號線2006年全線開通具有十分重要的意義。
相關施工技術文章
-
2014-07-04聚氨酯防水涂料技術入選建筑行業新技術 - 2015-03-08衛生間漏水怎么處理
- 2015-03-31衛生間防水涂料選購有技巧
- 2014-08-05衛生間防水補漏
- 2014-08-09新房樓頂補漏防水技術
- 2014-08-05屋面防水堵漏舊房改造防水堵漏施工方案
- 2014-08-09磚混結構房屋中常見的溫度裂縫分析與防治
- 2014-08-05鋼結構工程在冬季施工時應采取的措施
- 2014-08-09廚衛二次裝修改造要注意保護成品與做好防水
- 2014-07-15建筑結構加固技術淺析