工文区间右线过水囊案例分析2014.4.19.doc

工～文区间盾构遇水囊案例分析 沈阳地铁二号线三标项目经理部 焦倓然 【摘 要】本文介绍了沈阳地铁二号线工～文区间盾构掘进遭遇地下水囊时，盾构采取的一系列措施与掘进参数调整；以及因水囊导致喷涌、超挖引起地面空洞的发现与处理措施。 【关键词】盾构 地下水囊 喷涌 地面治理 一、工程水文地质概况 1.1工程概况 沈阳地铁二号线一期工程3标工业展览馆站至文体路站盾构区间线路是自工业展览馆站出发，沿青年大街由北向南至文体路站为止,区间隧道为单洞单线圆形断面。线路纵向线性为Ｖ形坡，最大纵坡为30‰，最小纵坡10‰。区间隧道结构底最大埋深31.66m（覆土厚度25.66m），最小埋深16.442m（覆土厚度10.6m），隧道采用海瑞克S-368土压平衡式盾构进行施工，先自右线文体路站始发至工业展览馆调头，由左线至文体路站完成隧道施工。 图1 喷涌过后的盾构隧道 2.3原因的确定及分析 盾构喷涌发生后，项目部领导高度重视，并立即组织人员查找喷涌原因。后经详细的施工调查及现场钻探发现，科学宫广场下有一条废弃水渠，水渠宽1米，深1.2米；埋深为3~4米（隧道拱顶埋深10.57米）。水渠与隧道斜交于里程k13+622.4（见图2）。由于水渠的混凝土保护层经长期冲刷发生破损，渗漏严重，再加上以前是生活污水排放渠道，长期冲刷、渗漏、淤积，已将埋深5.2~9米左右中粗砂置换成为中粗砂含淤泥质土，已具备形成水囊的地质条件。 图2 水渠与盾构隧道平面位置关系 经确定水渠位置以及盾构机在喷涌前后的姿态变化，可以推断：由于生活废水水渠的长期渗漏与淤积，在右线隧道的右上方形成了一个长度为5~6米、高度不详、体积不详的水囊（见图3）。当盾构掘进至23环时，由于刀盘对土体的扰动导致了水囊隔水层的破裂，水囊中的游离地下水夹带着大量水囊与隧道之间的砂、土体进入盾构机土仓内。螺旋输送机出土口压力传感器显示的压力与土仓内的压力基本一致，可以看出土仓内与螺旋输送机内已经被地下水充满。 图3 水囊与盾构隧道位置示意图 三、盾构通过水囊后的后续处理 3.1地面空洞位置的确定 喷涌发生时不可避免的造成了盾构掘进的超挖。后经钻孔确认，此次喷涌大概造成了8.5~10m3左右的超挖 （由于喷涌过程中土仓中的地下水较多，实际方量统计较困难）。为避免因为超挖造成地面突然塌陷形成交通安全事故，项目部决定采取抢先处理的方法避免塌陷的空洞影响到地面安全。主要采取先人工探孔再机械探孔的方法确定空洞位置，具体方法为先使用∮108水钻先破开地面硬化层。之后使用洛阳铲、自制钢筋夹继续向下探孔，向下探至3米位置。人工探孔主要作用是为了确定探孔位置是否有管线，避免机械钻孔时对城市管线造成损伤，而造成次生灾害。机械钻孔手段主要有旋喷钻机与重锤式冲击打孔机。旋喷钻机主要优点有噪音小，探孔深度大，随时可以注浆等；重锤式冲击打孔机主要优点有结构简单，组装快速，缺点也很明显：易塌孔、探孔深度浅、噪音大等。探孔按平面2*2米矩形布置，在一个隧道截面上保证有5个探孔，（见图4）。 图4 人工探孔与盾构隧道、喷涌位置关系图 3.2地面处理 在发现地面下有空洞后，应立即采取下列相应措施：采用从探孔填细砂并加水夯实的方法初步处理（见图5），等到夜晚地面交通情况好转之后立即采取袖阀管注单液浆的方式进行地面加固（见图6）。注浆材料采用普硅42.5水泥浆液，水灰比1:1，注浆机械采用普通单液注浆泵。考虑到盾尾没有脱离地面脱空区域，为防止地面加固水泥浆液渗透至盾尾将盾尾刷、盾尾油脂管、盾尾同步注浆管封死，因此地面加固范围定为地面下2~5米范围内，通过袖阀管的止浆塞控制浆液扩散范围，注浆压力严格控制在0.2~0.3Mpa之间，切忌注浆压力过大而扩大浆液渗透范围，导致水泥浆浆液进入盾尾。注浆顺序定为先外围后中间，确保浆液填充饱满、密实。 图5 使用细砂加水夯进行初步处理 图6 袖阀管进行地面注浆处理 四、事故发生后的经验总结 喷涌超挖事故发生后，项目部积极总结经验教训，主要确定了以控制推进参数为主，人工探孔、地面注浆抢险为辅的过喷涌段施工方案。 （1）掘进速度 盾构推进速度与正面土仓压力、千斤顶推力、土体性质等因素有关，一般应综合考虑。盾构喷涌及长时间停机后，土仓内充满膨润土和粗颗粒，试掘进时难有贯入度，推进速度控制在5～10mm/min。正常掘进后推进速度控制在10～30mm/min。 （2）盾构推力 盾构推力在1700吨左右，再次推进考虑增加压力，总推力控制在2000吨。正常掘进后盾构推力控制在1600~1900吨左右 （3）出土数量 根据的出土参数，砾砂层松散系数1.05～1.1，盾构穿该段时严格控制出土量，出土量控制在4m3左右（1.2m管片），严禁出土超量。采取对碴土车标定、专人计量、专人清理碴土车等措施，确