1、淺議土壓平衡盾構(gòu)在含微承壓水軟土地層中的到達(dá)風(fēng)險(xiǎn) 盾構(gòu)到達(dá)前突遇微承壓水的處理方法及其啟示 提 要 盾構(gòu)到達(dá)是盾構(gòu)施工中的主要風(fēng)險(xiǎn)源之一。本文結(jié)合寧波市軌道交通1號(hào)線(xiàn)一期TJ標(biāo)【福盛區(qū)間】左線(xiàn)盾構(gòu)在即將到達(dá)前，螺旋機(jī)口突然發(fā)生噴涌現(xiàn)象及所采取的處理措施，分析了土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在含有微承壓水的軟土地層中到達(dá)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)及其防范措施，為同類(lèi)地層中的盾構(gòu)到達(dá)提供了參考案例。關(guān)鍵詞 土壓平衡盾構(gòu) 微承壓水 盾構(gòu)到達(dá)1、 事發(fā)經(jīng)過(guò)*市軌道交通1號(hào)線(xiàn)一期工程盾構(gòu)所穿越的地層較為復(fù)雜，主要為2-1層灰色淤泥、2-2層灰色淤泥質(zhì)粘土，到達(dá)端底部含有少量的1層粉砂、2層灰色粉質(zhì)粘土夾粉砂。該土層為軟土地層，具有高壓縮

2、性、低透水性、強(qiáng)度低、穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，在盾構(gòu)機(jī)的擾動(dòng)下易發(fā)生流變，地面易產(chǎn)生較大沉降。自今年4月7日始發(fā)以后，盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程一直較為順利。至9月7日晚，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)至826環(huán)第四箱土（此時(shí)，刀盤(pán)距洞門(mén)僅剩3環(huán)，且洞門(mén)只剩外層鋼筋和最后一層砼（厚約15cm）尚未破除）時(shí)，螺旋機(jī)出土口突然涌出大量泥水（約有12立方），其中水約占7成，皮帶機(jī)打滑無(wú)法使用（如圖1所示），當(dāng)即停止掘進(jìn)并緊急關(guān)閉螺旋機(jī)閘門(mén)。此后，出土口仍有少量滲水?，F(xiàn)場(chǎng)勘查時(shí)，將螺旋機(jī)閘門(mén)打開(kāi)，仍有泥水涌出，同時(shí)土壓力從0.10MPa下降到0.04MPa；將螺旋機(jī)閘門(mén)關(guān)閉后，土壓力即又迅速上升至0.10MPa。因此，初步判斷該處存在微承壓

3、水層。針對(duì)以上情況，在勘查完現(xiàn)場(chǎng)后召開(kāi)專(zhuān)題分析會(huì)，并于9月8日下午召開(kāi)專(zhuān)家咨詢(xún)會(huì)，就該事件的產(chǎn)生原因和處理措施提出意見(jiàn)。圖1 螺旋機(jī)閘門(mén)流泥水 圖2 出土呈稀泥狀（換照片） 2、原因分析及處理意見(jiàn)（1）地層條件的影響該區(qū)間到達(dá)段土層主要為2-1、2-2和1層，其中，前兩種地層為淤泥質(zhì)粘土，透水性低；只有1層（粉砂層）含有微承壓水，且占隧道斷面約1/3，分析判斷該地層應(yīng)為此次螺旋機(jī)閘門(mén)涌水的主要來(lái)源。詳見(jiàn)圖3所示：圖3 到達(dá)段盾構(gòu)穿越土層示意圖表1 盾構(gòu)到達(dá)段土層分布及其特性層 號(hào)地層名稱(chēng)狀 態(tài)特 征 描 述分布情況3淤泥質(zhì)粘土流 塑上部局部為粘土，含少量有機(jī)質(zhì)，局部夾薄層或團(tuán)狀粉砂-2.49-

4、7.25m土質(zhì)不均2-1淤泥流 塑局部為淤泥質(zhì)粘土，含少量有機(jī)質(zhì)-4.60-11.65m土質(zhì)不均2-2淤泥質(zhì)粘土流 塑局部為淤泥-10.1-14.05m土質(zhì)不均1粉砂土質(zhì)不均，夾粘性土，局部較多-13.1-17.49m2粉質(zhì)粘土夾粉砂軟 塑夾薄層粉砂，局部粉性較重為粘質(zhì)粉土-16.04-22.07土質(zhì)不均 （2）到達(dá)端降水井事先未施工按照設(shè)計(jì)要求，在該盾構(gòu)到達(dá)端應(yīng)打設(shè)三口降水井。由于盾構(gòu)隧道上方為在建公路U型槽，且主體結(jié)構(gòu)已施工完畢，在原設(shè)計(jì)位置施工降水井存在一定困難。因此，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)至826環(huán)時(shí)，該處降水井仍未施工。（3）端頭加固質(zhì)量存在問(wèn)題根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該盾構(gòu)到達(dá)端洞門(mén)采用三軸攪拌樁加固，

5、因隧道上方有公路U型槽，故加固長(zhǎng)度為11米，且由福慶路站土建單位（非盾構(gòu)施工單位）負(fù)責(zé)施工。盡管加固區(qū)抽芯檢測(cè)報(bào)告顯示的結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求（1MPa），但抽芯的具體位置不詳。根據(jù)此次漏水的情況判斷，該端頭加固的效果值得懷疑，要么是三軸攪拌樁底部開(kāi)叉或斷開(kāi)，要么是樁體咬合不合要求。 綜合考慮此次螺旋機(jī)閘門(mén)涌泥水對(duì)盾構(gòu)到達(dá)造成的風(fēng)險(xiǎn)以及在上述地層條件下盾構(gòu)到達(dá)的特殊性，經(jīng)專(zhuān)家咨詢(xún)會(huì)議研究，提出的處理意見(jiàn)如下：（1） 在盾構(gòu)到達(dá)端實(shí)施地面降水。針對(duì)此次螺旋機(jī)閘門(mén)涌泥水的情況，降水應(yīng)是最好的處理方法。即在福慶路站東端頭公路U型槽兩側(cè)各打設(shè)三口降水井，在實(shí)施降水的過(guò)程中，對(duì)降水效果要及時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，在確認(rèn)地

6、下水位降至隧道斷面以下后，方可進(jìn)行下一步施工。（2） 在盾體和已拼裝管片上做環(huán)箍堵水。即分別在盾尾附近管片及中盾處用雙液漿或聚胺脂做多道環(huán)箍，以隔絕盾體前、后方來(lái)水。（3） 在洞門(mén)安裝密封系統(tǒng)防水。即在盾構(gòu)到達(dá)洞口安裝密封插板、橡膠簾布和扇形壓板，且扇形壓板用鋼絲繩固定，防止泥水從盾構(gòu)機(jī)外殼和洞門(mén)圈內(nèi)側(cè)涌出。（4） 為防止隧道到達(dá)段已成型管片松馳，從824環(huán)起在已成型管片環(huán)之間安裝剛性拉桿。（5） 密切關(guān)注螺旋機(jī)及土倉(cāng)內(nèi)壓力的變化，如果土壓力能降下去，在做好保護(hù)措施后，盾構(gòu)可以推進(jìn)；一旦土壓力降不下去，則暫緩?fù)七M(jìn)。（6） 在洞門(mén)處及隧道內(nèi)備好應(yīng)急搶險(xiǎn)物資（聚氨脂、聚氨脂泵、快硬水泥、水玻璃、雙

7、液漿泵、沙袋、棉被、海綿等），歸類(lèi)存放，以備搶險(xiǎn)之用。（7） 在盾構(gòu)機(jī)前盾已進(jìn)入接收井時(shí)，還要時(shí)刻保持警惕，降水井繼續(xù)降水，防止盾尾脫出洞門(mén)圈時(shí)，泥水從洞門(mén)圈處竄出。 3、處理方法與措施 針對(duì)螺旋機(jī)閘門(mén)處涌水涌泥現(xiàn)象，根據(jù)專(zhuān)家咨詢(xún)會(huì)議的意見(jiàn)，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理和施工三方研究決定，從到達(dá)端地面、隧道內(nèi)以及洞口三個(gè)方面采取措施加以處理，以防范盾構(gòu)到達(dá)時(shí)可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，確保該盾構(gòu)能夠恢復(fù)正常推進(jìn)并安全到達(dá)。 3.1 到達(dá)端地面降水 為降低地下水位，保證該盾構(gòu)在到達(dá)端能夠恢復(fù)正常推進(jìn)，在洞門(mén)加固區(qū)左線(xiàn)北側(cè)及右線(xiàn)南側(cè)各打三口降水井（見(jiàn)圖4所示）。降水井深度在24m左右，在1層和2層布設(shè)濾管，以達(dá)到預(yù)期的降水效

8、果。在降水井施工完成后，立刻開(kāi)始降水。在降水過(guò)程中，時(shí)刻觀察刀盤(pán)切口前方土壓力的變化值，當(dāng)土壓力下降到0.04Mpa時(shí)（螺旋機(jī)噴水時(shí)切口前方土壓力值）停止降水，觀察土壓力的變化量：若停止降水后，土壓力值保持不變，則在停止降水2小時(shí)后繼續(xù)降水并維持0.04Mpa的土壓力值；若停止降水后，土壓力值迅速攀升，則繼續(xù)降水，將切口前方土壓力維持在0.04Mpa左右的范圍內(nèi)。根據(jù)上述情況連續(xù)性降水36小時(shí)后，開(kāi)啟螺旋機(jī)閘門(mén)，探視刀盤(pán)切口前方土體含水量。降水井位置：如圖4如示圖4 補(bǔ)打降水井平面布置圖 圖5 真空泵降水 圖6 抽排出的明水 水位變化情況統(tǒng)計(jì)：該處盾構(gòu)中心標(biāo)高為-12.876m，底部標(biāo)高為-1

9、6.046m，降水井頂部標(biāo)高為-2.2m，降水井距離盾構(gòu)中線(xiàn)平面距離約10米。9月11日開(kāi)始抽水，至9月20日上午，觀測(cè)井水位由初始的5.3米降至19.7米，此時(shí)水位已降至隧道底部5.15米。水位變化情況如表2和圖7所示：表2 降水井水位變化情況統(tǒng)計(jì)表測(cè)量時(shí)間水位深度（m）水位標(biāo)高（m）9月11日53-7.79月15日上午7點(diǎn)10.65-12.859月15日下午3點(diǎn)10.96-13.169月16日上午8點(diǎn)12.65-14.859月17日上午8點(diǎn)10.85-13.059月18日上午8點(diǎn)10.88-13.089月19日上午8點(diǎn)13.00-15.209月19日下午5點(diǎn)19.00-21.209月20日

10、上午9點(diǎn)19.70-21.90 圖7 降水井降水示意圖 3.2 隧道內(nèi)打設(shè)環(huán)箍 在盾構(gòu)機(jī)中盾處，利用8個(gè)預(yù)留孔，均勻、滿(mǎn)圓注入聚胺脂二道，以封堵盾構(gòu)機(jī)本體周邊可能出現(xiàn)的水源，且每推進(jìn)一環(huán)注一環(huán)，逐段控制水壓來(lái)源；同時(shí)，在出盾尾處利用已成型管片上的吊裝孔注入雙液漿，分別在819、821和818環(huán)共注雙液漿三道，注漿壓力控制在0.4Mpa，每道環(huán)箍水泥用量約100包，以控制盾構(gòu)機(jī)后方來(lái)水，詳見(jiàn)表3所示。 表3 隧道內(nèi)打設(shè)環(huán)箍統(tǒng)計(jì)環(huán)箍類(lèi)型日期注漿時(shí)間環(huán) 號(hào)孔 位注入量雙液漿9月8日2.5小時(shí)8195個(gè)孔3方9月9日3小時(shí)8215個(gè)孔5方9月10日3小時(shí)8185個(gè)孔5方聚氨酯9月8日2小時(shí)8245個(gè)孔

11、120公斤9月9日2小時(shí)盾構(gòu)機(jī)中盾4個(gè)孔90公斤 圖8 雙液漿環(huán)箍 圖9 聚胺脂環(huán)箍3.3 洞口加密封 在盾構(gòu)到達(dá)前，洞門(mén)處地下連續(xù)墻大部分已被鑿除，只留有最后一排鋼筋及15厘米厚的混凝土層。從水平探孔的情況來(lái)看，洞門(mén)情況良好，基本無(wú)明水滲出。為確保盾構(gòu)到達(dá)時(shí)洞門(mén)的安全，除在洞口安裝橡膠簾布及扇形壓板之外，在洞圈內(nèi)加設(shè)兩道花紋鋼板密封。（1）洞圈內(nèi)加裝兩道密封鋼板。在洞圈內(nèi)360焊接兩道高30cm厚4mm的鋼板。在兩道鋼板間塞入海綿等止水材料，同時(shí)在鋼板上預(yù)留注漿管（如圖10、圖11、圖12所示）：預(yù)埋注漿管花紋鋼板 圖10 兩道鋼板及注漿管 圖11 注漿孔示意圖圖12 兩道花紋鋼板示意圖（2

12、）洞圈外插板封堵 洞口密封主要由洞門(mén)簾布橡膠板、洞門(mén)插板及固定鐵件組成，洞圈四周安裝16mm鋼板插板，在盾構(gòu)本體進(jìn)洞時(shí)進(jìn)行貼合封堵（具體如圖13、圖14所示）： 圖13 洞門(mén)圈安裝的簾布及插板 圖14 插板示意圖3.4 洞口段各環(huán)管片之間增設(shè)縱向拉桿盾構(gòu)到達(dá)時(shí)，由于盾構(gòu)推力較小，洞門(mén)附近的管片環(huán)與環(huán)之間連接不緊密，容易引起管片松弛，為防止管片環(huán)縫及錯(cuò)臺(tái)過(guò)大，從824環(huán)開(kāi)始，采用6道槽鋼縱向?qū)⑾噜徆芷h(huán)連接成一個(gè)整體，并對(duì)該段管片螺栓進(jìn)行多次緊固（如圖15所示）。圖15 洞口段管片之間增設(shè)縱向拉桿4、 恢復(fù)掘進(jìn)后的推進(jìn)情況與控制措施通過(guò)采取上述多項(xiàng)處理措施后，于9月20日16：00開(kāi)始試推進(jìn)，首

13、先推826環(huán)剩下的最后3cm，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)速度控制在78mm/min，土倉(cāng)壓力（中部）設(shè)定在0.05Mpa。開(kāi)始推進(jìn)時(shí)，螺旋機(jī)出土口土樣較干（能上皮帶機(jī)），推完826環(huán)后立即進(jìn)行管片拼裝。當(dāng)天晚班繼續(xù)推進(jìn)827環(huán)，螺旋機(jī)出土逐漸變稀，推至20cm時(shí)皮帶機(jī)上漸有稀泥滑落；推至30cm時(shí)（晚上22：00），出土土樣已變化成泥水狀，皮帶機(jī)無(wú)法帶動(dòng)，泥水直接從螺旋機(jī)出土口流至隧道內(nèi)。項(xiàng)目部當(dāng)即決定關(guān)閉螺旋機(jī)閘門(mén)，停止推進(jìn)，清理隧道內(nèi)泥水。盾構(gòu)停止推進(jìn)約2小時(shí)后，土倉(cāng)壓力逐步從0.03Mpa上升至0.06Mpa，之后又試推進(jìn)了5cm左右，但螺旋機(jī)流出的仍然是泥水。至9月21日早上7點(diǎn)，土倉(cāng)壓力上升至0.1

14、0Mpa。此后，改用小土斗直接放在螺旋機(jī)出土口下方出土，讓泥水直接從出土口流至小土斗內(nèi)，最后兩箱土為皮帶機(jī)運(yùn)送，直至隧道貫通。土倉(cāng)壓力具體變化過(guò)程如表4所示：表4 土倉(cāng)壓力變化表時(shí) 間施工狀態(tài)土倉(cāng)壓力（MPa）9月20日19：40推進(jìn)0.059月20日22：00停推0.109月21日00：30推進(jìn)0.039月21日00：35停推0.039月21日00：370.059月21日00：410.069月21日00：490.079月21日1：050.089月21日1：220.099月21日1：360.109月22日推進(jìn)0.109月23日推進(jìn)0.10 9月23日晚9點(diǎn)，隨著盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)磨過(guò)最后一層加固體，刀

15、盤(pán)鼻尖在洞口中心位置上先行露出（如圖16），隨后，第一時(shí)間將最后一層地墻鋼筋割除，清理洞門(mén)下方流出的渣土。第二天上午該區(qū)間左線(xiàn)盾構(gòu)刀盤(pán)順利貫通（如圖17）。 圖16 刀盤(pán)鼻尖露出 圖17 刀盤(pán)整體露出 6、幾點(diǎn)啟示 此次【福盛區(qū)間】左線(xiàn)盾構(gòu)到達(dá)時(shí)遭遇微承壓水事件的處理過(guò)程，盡管未造成任何事故，可謂是有驚無(wú)險(xiǎn)，但前后畢竟耽誤了近半個(gè)月時(shí)間，其中有不少教訓(xùn)值得總結(jié)。我們認(rèn)為至少有以下幾點(diǎn)啟示值得記取： （1）盾構(gòu)到達(dá)端降水井必須要按設(shè)計(jì)要求施工，不能存有僥幸心理。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該盾構(gòu)到達(dá)端設(shè)置有三口降水井，其位置分別在左、右線(xiàn)的南、北及中間。但由于盾構(gòu)機(jī)上方公路U型槽主體結(jié)構(gòu)已施工完成，左、右線(xiàn)中間的降水井已無(wú)法施工，且南、北兩側(cè)地理位置受限，加之建筑垃圾較多，考慮到降水井是應(yīng)急措施，當(dāng)時(shí)施工方存有僥幸心理便沒(méi)有打設(shè)，監(jiān)理方也未能堅(jiān)持。通過(guò)此次事故的處理，使我們認(rèn)識(shí)到盾構(gòu)到達(dá)時(shí)降水井的重要性，尤其是在含有砂層的土層條件下。（2）到達(dá)端洞門(mén)加固宜由盾構(gòu)施工單位負(fù)責(zé)施工。 由于多種原因，該盾構(gòu)到達(dá)端洞門(mén)加固是由車(chē)站施工單位負(fù)責(zé)實(shí)施的，盡管加固體抽芯檢測(cè)報(bào)告結(jié)論為合格，但并未顯示出具體的抽芯位置。當(dāng)盾構(gòu)遭遇不明地下水時(shí)，由于該處洞門(mén)加固不是盾構(gòu)單位負(fù)責(zé)施工，因而不便對(duì)當(dāng)初端頭加固的施工質(zhì)量進(jìn)行追