盾构穿越构筑物安全技术措施探析

盾构穿越构筑物安全技术措施探析

唐军

合肥市轨道交通集团有限公司安全质量和应急管理部

1、引言

如今，城市发展规模不断加大，城市公共交通需求日益增长，而城市轨道交通以其拥有快速、便捷、绿色、环保等优势为人们所接受，国内很多城市轨道交通建设都在有序推进，而将传统地面交通方式改为地下交通方式，正在积极缓解大城市地面交通的压力。本文主要对城市轨道交通建设中地下通道结构盾构穿越构筑物施工的安全技术措施进行分析，为城市轨道交通盾构施工中，重要安全风险控制措施提供参考。

关键词：盾构施工 构筑物 安全技术措施

2、工程概况

本文以和平路站～巢湖路站盾构区间为例，该区间自和平路站起，沿下穿螺丝岗变电站地下分压室、裕溪路高架桥墩、侧穿南淝河新桥、110kV高压铁塔、下穿多条管线、经裕溪路、当涂路掘进等建构筑物后进入巢湖路站，区间全长1978.523m，线间距 10～17m，隧道拱顶覆土厚度约 14.9～25m；最小曲线半径450m，纵向呈“V”型坡，最大坡度27‰，设置两个联络通道。区间采用盾构法施工，联络通道采用冷冻法加固矿山法施工。

3、区间隧道与构筑物相互关系

3.1盾构隧道下穿南淝河，隧道距河底竖向间距13.45m，风险等级二级；侧、下穿河底DN800钢给水管（与隧道水平净距0～2.3m、竖向净距2.2～3.3m），风险等级二级；侧穿南淝河新桥桥桩（与隧道水平净距4.7～15.1m），风险等级三级。

3.2盾构隧道侧穿2号110kV高压铁塔（与隧道水平距离1.6m，竖向间距17.6m），风险等级一级；侧穿5号110kV高压铁塔（与隧道水平距离1.1m，竖向间距17.9m），风险等级一级。

3.3盾构隧道侧穿裕溪路高架桥桥桩（与隧道水平净距1.9m），风险等级二级。下穿螺丝岗变电站地下分压室（与隧道竖向间距13.51m），风险等级二级；

3.4盾构隧道穿越DN1000污水管、DN800给水管和DN500燃气管等各类市政管线，风险等级三级。

3.5盾构隧道ZK29+730～30+410处为复合地层，区间穿越范围大量粉土、粉细砂等富水地层，地表6m厚杂填土，风险等级三级。

4、盾构穿越构筑物安全技术措施

4.1土压力控制

在盾构下穿裕溪路高架桥、南淝河新桥过程中必须严格控制开挖面的土压力平衡，使得盾构切开挖面的地层有微小的隆起量来平衡盾构背土时的地层沉降量。在给定一定推进速度的情况下，通过调节螺旋机马达的出土速度的高和低来相应调节土仓压力的大小。

4.2推进速度控制

盾构隧道掘进均采用加泥保压，加泥保压通过顶进速度与出土速度的相互配合得以实现。顶进速度控制在4cm/min，并保持匀速，每日推进5～7环，避免在穿越过程中停机，均衡施工，减少对周围土体的扰动。

4.3出土量控制

开挖量是判断掘进是否超挖的标准之一，随时关注渣土出土量，适时调整掘进参数，每隔5环检查出渣量，以此评判是否出现超挖，保证下穿风险源过程中掌子面的土压平衡，达到控制桥梁等构筑物沉降的目的。

4.4盾构机纠偏控制

在盾构机进入穿越区之前，尽量将盾构机的姿态调整至最佳，严格控制盾构的纠偏量。在穿越过程中，严禁大量纠偏，只能少纠或不纠，左右区域千斤顶顶力差及相邻两区域千斤顶顶力差不宜过大，防止盾构机“蛇”形推进或者出现“犁地走”的情况，以此保证减小对土体的扰动，达到减小地面沉降的最终目的。确保盾构均衡匀速施工，盾构姿态变化不可过大、过频。避免盾构与管片间夹角过大造成土体损失，多注意观察管片与盾壳的间隙，相对区域油压的变化量随出土箱数和千斤顶行程逐渐变化。

4.5管片拼装控制

在下穿构筑物过程中，要严抓管片拼装，尤其是正确选择K块管片定位直接影响到管片的姿态，从而影响盾构机姿态。采取24小时跟班制度，协助盾构推进工班长及盾构司机准确的进行K块定位，并使拼装后管片尽量不碎裂、不渗水，减小错台量，提高下穿过程中的拼装速度。拼装结束之后，应当尽可能快地恢复推进，减少风险源的沉降。

4.6严控同步注浆

盾构下穿构筑物时严格控制同步注浆量和浆液质量，盾构下穿风险源施工期间同步注浆要做到及时、均匀、足量，确保其建筑空隙得以及时和足量的充填，将地面变形和管片偏移控制到最小。

4.7做好二次注浆

二次注浆过程中严格按照要求进行跟踪注浆。计划二次注浆压力控制在0.2～0.3MPa，下穿风险源完毕继续进行跟踪监测，及时补浆处理，避免后期沉降，充分压注盾尾油脂，确保盾尾密封效果。

4.8渣土改良措施

本区间隧道主要穿越土层为粉质黏土、粉细砂等，在盾构掘进时需对土体进行改良，采用钠基膨润土+泡沫剂的方式进行改良。其中，膨润土注入量为10m³/环，水土比为4:1～8:1），泡沫剂用量暂定60kg/环，做好盾构平稳掘进。

4.9控制地表沉降

在盾构掘进过程中根据地面监测点数据，调整土仓土压力，保持盾构开挖面有0.5mm～1mm微小隆起以利于减缓后期沉降，盾构掘进后应及时通过同步注浆及二次注浆填充盾尾间隙，严格控制土层损失量，降低地层损失率。

4.10信息化施工

在下穿构筑物阶段，项目部将24小时在地面安排值班领导及技术人员，通过移动电话随时向盾构作业面反馈最及时的地面信息。并安排专职测量人员进行构筑物沉降观测，及时了解施工现状和沉降情况，确定新的掘进参数和注浆指令，确保隧道施工安全。

5、应急管理措施

5.1构筑物沉降、倾斜过大应急措施

①隧道内应急措施：立即停止盾构掘进，并保持土仓压力，有效控制地表继续沉降。②对已拼装成形的盾构隧道，在沉降区段进行管片背后补注浆，在此期间提高监测的频率，并进行日常路面巡视工作。③施工时还应准备好足够的抢险物资及设备，如二次注浆机、水泥、盾尾油脂等。④保证能在沉降达到警戒值后保持畅通有序的信息沟通渠道及命令发布途径。

5.2突发隧道涌水、涌泥应急措施

①隧道内立即停止作业，盾构司机立即将盾构螺旋机的紧急闸门以及其它闸门关闭，并关注构筑物沉降变形情况和盾构测量系统数据。②向刀盘前及螺旋机中注聚合物等添加材料，适当提高千斤顶推力，防止涌水时造成进一步塌方事故。③如果采取以上措施仍有涌水、涌泥现象，应在隧道上方进行注浆加固，防止构筑物沉降变形。

5.3盾尾密封失效应急措施

盾尾刷失效会导致注浆浆液流失，管片外侧地层填充物缺失，从而引起地表下沉，针对此类情况采取以下应急措施：

①如果漏浆不严重，可采用海绵条来防止漏浆；②如果漏浆比较严重，要提前选择盾构机停放的位置，做好土体加固。密封刷只能更换前两道，第三道密封刷不可更换。③更换盾尾密封刷时，做好地面构筑物沉降变形观测。

6、结语

盾构穿越重大风险源施工，是盾构隧道施工的安全风险控制难点和要点，不仅关系到地面重要构筑物的结构安全，还关联着地下盾构区间管片结构安全，施工过程中要加强盾构推进施工安全技术措施，做好重要构筑物及管线的监测工作，落实好构筑物沉降和管线破坏时突发情况的应急救援措施，扎实做好城市轨道交通建设的建设安全管理工作。

二〇二〇年七月二十日