深圳地鐵巖溶隧道下穿河流段盾構施工技術

張細寶

（中國中鐵五局集團有限公司，湖南 長沙 410075）

引言

隨著我國城市建設速度不斷加快，地鐵在大型城市中發揮了越來越重要的作用，而地鐵盾構施工因具有安全、高效、對周圍環境影響小等優點被廣泛應用，但盾構施工涌現復雜地質條件成為阻礙盾構順利推進的主要因素，其中下穿河流施工狀況引起了許多學者關注［1-2］。張寶良等［3］利用有限元軟件和地表沉降觀測數據對盾構下穿河流施工造成地表沉降的原因進行分析，結果表明，盾構襯砌同步灌漿層厚度越大，填隙效果越好，地面沉降隨盾構的掘進壓力的增大而減小。王偉和辛振?。?］利用力學平衡原理及河堤的破壞機理，并考慮確保施工安全的最小覆土厚度，對盾構下穿河流的實際案例進行研究，其結果證明拋土法可有效得降低覆土過薄的地方的過大沉降。姚春橋等［5］從掘進參數、河堤注漿等方面對盾構下穿河流的實際案例進行分析研究，認為加強施工設備管理、嚴格控制出渣量，是盾構水利通過的重要保證。GURSOY［6］利用有限元分析軟件對盾構隧道穿越河流施工開挖引起的土體沉降情況進行了分析，結果表明，非均勻注漿形式與實際情況相符，壁后注漿能夠有效減少土體沉降。

1 工程概況

14 號線區間隧道左線ZDK27+967—ZDK28+044 段（79～130 環）、右線DK27+962—DK28+005（86～115 環）下穿龍崗河。河寬約43 m，交叉點設計河底高程為31.32 m，現狀河底高程約32 m；龍崗河南側截污箱涵（87～89 環）為3.5 m×2.5 m的預制鋼筋混凝土結構，北側污水箱涵（121～123環）為1.2 m×1.8 m 的預制鋼筋混凝土結構。該段79～86 環為R=750 cm 右圓曲線段，87～130 環為R=750 cm 右緩和曲線，均為擬合27.4‰的下坡。掘進74 環時刀盤進入龍崗河南側河堤；掘進82 環時刀盤進入截污箱涵；掘進83 環時刀盤進入龍崗河東側河灘；掘進87 環時刀盤進入龍崗河河床；掘進92環時盾尾脫離截污箱涵；掘進116 環時刀盤進入污水箱涵；掘進118環時刀盤開始進入龍崗河北側河灘；掘進124 環時盾尾脫離污水箱涵；掘進132 環時盾構脫離龍崗河北側河堤范圍，盾構完成下穿龍崗河。

1.1 巖溶處理

由于巖溶發育區位于龍崗河河床區域，需進行河內圍堰施工，共分兩期進行，兩期圍堰范圍均為22 m×52 m，一期施工龍崗河北側圍堰，二期施工南側圍堰，分期導流，采用沙袋圍堰，圍堰施工時采用水上拋填沙袋、搭設鋼管架，外側迎水面設置復合土工膜結構作為倒濾層。施工先進行北側圍堰施工，先將北側圍堰內的巖溶處理完成后，再進行南側圍堰施工，同時拆除北側圍堰。

1.2 巖溶處理原則

（1）溶洞探邊原則。施工前根據詳勘報告及巖溶專項勘察報告，對推測溶洞范圍進行施工鉆孔探邊，施工前布置2 m×2 m 鉆孔摸探溶洞邊界，梅花形分布，鉆孔深度要求進入隧道底板以下不少于10 m，揭露溶洞時根據工程需要適當加深。（2）溶洞處理原則。對于處理范圍內的溶洞（隧道頂板3 m 至隧底10 m范圍內），被充填情況可分為全充填、半充填及未充填三種類型，處理方式主要采用袖閥管注漿填充。（3）封孔原則。巖溶處理完成后對孔口下2.0 m 設止漿段，采用水泥砂漿封堵袖閥管與孔壁之間的縫隙。

2 盾構下穿龍崗河關鍵技術

區間隧道下穿河流作業可以劃分為隧道內以及隧道外兩個部分。對于貫穿河流道隧道外項目工程來說，主要以下穿河流圍巖導流、鉆孔探邊和巖溶注漿處置工作為主。施工工程應更加注重洞內超前地質預報探測，二次驗證探邊狀況，經檢驗巖溶是否得到完全處置，以避免因巖溶裂隙與隧道貫通造成盾構掘進事故發生，并且調整盾構機掘進參數。

2.1 超前地質預報

HSP 法在地鐵盾構法施工隧道中，采用一發多收空間陣列式測試布置方法，即在兩側壁各布置一排接收檢波器。測試時，兩排距有一點偏移距的檢波器接收隧道輪廓，盾構掘進時刀盤切割巖體產生的震動信號，每次接收都形成一個振動記錄波形，見圖1。數據處理時，應用多個共炮波形信號，結合激發與接收點位信息，并通過深度域繞射掃描偏移疊加成像技術進行波場空間成像技術，進行反演解釋。

圖1 HSP 探測布置

深圳地鐵14 號線采用探測方法為HSP 法儀器系統為HSP217 型超前地質預報儀及配套分析軟件系統?，F場采用空間陣列式探測布置方式，對隧道28+128 工作面前方進行了測試，預報里程范圍為28+128—28+048（80 m）；對隧道28+047 工作面前方進行了測試，預報里程范圍為28+047—27+967（80 m）。見圖2。

圖2 測反演分析成果

2.2 盾構試驗推進狀況

54～57 環由于剛復推，參數變化較大。57～60 環參數基本穩定，其中61 環有波動，62～69 環參數基本穩定。從70 環開始推力、扭矩明顯增大，54～57 環由于剛復推，參數波動較大，后續57～69 環參數基本穩定，這段地層主要為強風化砂巖。第61 環參數有波動，推力、扭矩明顯增大，結合第一次HSP 地質預報：第67～68 環存在波阻抗差異，巖體存在軟弱夾層，不排除巖溶發育。第70 環開始推力及扭矩持續增大，推進過程中抖動明顯，土壓相比之前地層，保不起來，同時地層含水量明顯增大，出來的渣土也以碎石塊為主，結合第一次HSP 地質預報，第75～76 環存在波阻抗差異，巖體存在軟弱夾層，不排除巖溶發育。以上現象，驗證了HSP 地質預報較準確，表明了超前地質預報在下穿河流施工的可行性。

2.3 擬定掘進參數

通過前期掘進過程中收集的掘進參數收集與分析可知，在強/全風化砂巖段保持推力≤18 000 kN，扭矩≤2 500 kN·m、推進速度30～40 mm/min、土壓力控制在1.2 bar、刀盤轉速1.5 r/min；全斷面微風化灰巖段保持推力≤22 000 kN、扭矩≤3500 kN·m、推進速度10～20 mm/min、土壓力控制在0 bar、刀盤轉速1.8 r/min；溶洞段保持推力≤22 000 kN、扭矩≤3 500 kN·m、推進速度為20～30 mm/min、土壓力0.5 bar、刀盤轉速1.8 r/mm，可較好地減輕地表沉降狀況，因此，將上述參數設為掘進參數。

2.4 防螺機噴涌及防漏水

為防止在掘進過程中發生螺機噴涌，在螺機出閘口下方放小土斗，減少掘進完成后盾尾清泥工作量；同時購買聚合物進行配比試驗，地下水豐富時可在土倉內注入聚合物減小水的流動性，使其與渣土膠凝，避免發生螺機噴涌。每環掘進完成后，對鉸接密封、盾尾密封進行檢查，發現異常及時進行維保。

2.5 防管片上浮

在盾構掘進過程中，每15 環進行一次管片測量，發現管片在脫出盾尾后的上浮量約為20 mm，在掘進過程中將垂直姿態控制在-20 左右。因此，在管片脫離盾尾10 環后，使用水泥-水玻璃雙液漿進行止水環施作，防止管片上浮，同時可以起到一定的防水作用。

2.6 突發情況處置

下穿龍崗河盾構在掘進至第100 環時，地面巡視發現河面刀盤位置水面有冒泡現象（105 環、106環位置），見圖3，水面無漩渦倒流情況，冒泡位置水面清澈，盾構機掘進正常，盾尾密封正常。該處為巖溶處理區域，有溶洞侵入隧道底部，經現場查看該處存在巖層裂隙，掘進過程中保壓打氣造成漏氣形成冒氣泡現象。使用沙袋在冒泡處周邊圍堰，確認冒泡位置后，用土工布配合砂袋進行了反壓，后續掘進過程中土壓能一直保持1.2 bar，河水無反灌現象。

圖3 掘進過程中河水冒泡

2.7 地表沉降監測

收集地面沉降的監測數據與盾構掘進參數的關系，刀盤在距離監測點還有4 環前，地面開始隆起，累計最大隆起0.73 mm，盾體穿越及通過后，每天沉降約0.5 mm，較為穩定。

3 結語

（1）下穿前將應急物資鉆機、注漿機、沙袋、水玻璃、水泥放在龍崗河南側河堤上方，以便險情發生的第一時間能夠及時按照應急預案實施搶險作業，避免險情的擴大；當盾構機位于巖層交接面處時，巖層裂隙水較多，要采取措施避免或減少螺機噴涌對施工連續性的影響。（2）下穿龍崗河段為巖溶發育區地層裂隙多，流通性好，在掘進過程中控制打氣壓力，保證不高于水壓力，該處最淺埋深11.6 m，水壓力最小為1.2 bar；下穿過程中，掘進參數及盾構姿態沒有異常，說明溶洞已被填充得較為密實，出土量相較平常要少，每環為70 方左右；在溶洞位置時，增大泡沫、膨潤土的注入量。（3）下穿過程中，在管片脫出盾尾10 環后使用水泥-水玻璃雙液漿施作止水環，并及時進行管片測量，根據管片上浮情況及時調整盾構姿態和二次補漿參數，防止管片脫出盾尾后上浮導致管片姿態超限；在每環掘進前后對盾尾密封、鉸接密封情況進行檢查，有異常及時進行維保。