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                                      大直徑盾構隧道穿越繁華區施工風險評價及控制措施

                                      游永鋒
                                      (中鐵隧道股份有限公司)
                                      1工程簡介
                                      1.1工程概況
                                          春風隧道工程是深圳市“東進戰略”中的重點交通項目之一。隧道西起濱海大道上步立交東側,向東與新秀立交對接,全長約5.08km,其中盾構段3.6km,盾構開挖直徑為15.8m,為國內最大。隧道穿越上軟下硬、全斷面硬巖等復合地層,并且在城市主城區繁華路段施工,穿越布吉河、羅湖火車站、廣深鐵路、多棟高層建筑等風險源,施工條件復雜,技術難度大,施工風險高。
                                      1.2水文地質情況
                                          根據其賦存介質的不同,沿線地下水主要分為兩類:一類是第四系地層中的孔隙潛水,主要賦存于沖洪積細砂、中砂、礫砂層和殘積礫(砂)質黏土層中;另一類為基巖裂隙(構造裂隙)水,主要賦存于強、中等風化帶及斷裂構造裂隙中,略具承壓性。主要地層為人工填土層、第四系新近沖積層、第四系全新統海陸交互沉積層、第四系全新統沖洪積層、第四系上更新統沖洪積層、第四系中更新統殘積層及場內下伏基巖。
                                      2隧道盾構段風險評估
                                          根據深圳市春風隧道的實際情況、評價需達到的目標、已有的資料等,選擇R=P×C定級法為主要的風險評價方法。從設備風險、進出洞風險、掘進風險以及對既有結構物的影響等方面考慮,得出盾構段隧道風險清單如表1所示。
                                       
                                       
                                      3重要節點風險分析
                                          為了減少施工過程中對既有結構物的影響,針對盾構段重要施工節點進行數值模擬,模擬結果可為施工風險控制提供理論參考。
                                      3.1下穿濱河-寶安立交橋風險分析
                                          濱河-寶安立交橋位于羅湖區寶安南路,上跨濱河大道,屬于市政橋梁,所屬線路等級為城市主干路,橋梁養護類別為Ⅲ類。該橋全長213.84m,共三聯十跨,具體分跨為:第一聯(3×18.5m)+第二聯(19.839m+26m+33m+24m)+第三聯(3×18.5m)。經分析辨識,存在以下風險點:盾構隧道在ZK1+330—ZK1+460段約130m范圍內,側穿濱河-寶安立交橋1~7號樁,根據地質勘查報告,該穿越段范圍地質條件變化明顯,基巖面起伏較大,1~7號樁樁底位于強~中風化碎裂巖層;盾構隧道斷面位于強~微風化碎裂巖層,穿越F6、F6-1、F6-2等斷裂帶;盾構隧道頂部主要為強風化碎裂巖層,該穿越段面臨上軟下硬的地質條件。為了解盾構隧道下穿濱河-寶安立交橋橋樁的相互影響及地層預注漿加固措施在盾構隧道施工中的作用效果,通過數值建模對該風險源進行了安全性分析。數值模擬結果顯示:正常掘進情況下,地表最大沉降為11.8mm,距離盾構隧道水平最近的6號樁最大豎向位移為14.7mm,樁頂水平位移為3.0mm;樁四周采取加固措施后,地表最大沉降為11.1mm,6號樁最大豎向位移為13.1mm,樁頂水平位移為5.6mm;盾構機刀盤到達監測斷面之前,地表基本不產生沉降,到達監測斷面時,地表開始出現2mm左右沉降,盾構機在穿越監測斷面過程中地表沉降快速增大,隨著盾構機的持續推進,在刀盤穿過監測斷面25m處,地表沉降趨于穩定。
                                      3.2下穿布吉河及布吉河橋風險分析
                                          布吉河橋位于濱河大道,屬于市政橋梁,道路等級為城市主干路,橋梁養護類別為Ⅲ類。該橋全長70.55m,上部結構采用3×23.46m等截面預制簡支T梁,橋寬47.78m,左幅橫向布置16片梁,右幅橫向布置13片梁,梁高為1.20m,腹板高為1.05m,底板寬為0.40m,為普通鋼筋混凝土結構,橋下凈高6.3m。布吉河是深圳河的一級支流,干流全長9.8km,流域面積63.41km2。春風隧道穿越布吉河段,河道寬約45m,河底標高約為-1.66m。布吉河西側箱涵為兩孔雨水箱涵,結構外尺寸為7.3m×3.5m,材料為C25鋼筋混凝土。為了解盾構隧道下穿布吉河及布吉河橋橋樁的相互影響及地層預注漿加固措施在盾構隧道施工中的作用效果,通過數值建模對該風險源進行了安全性分析。數值模擬結果顯示:土層最大沉降點分布在隧道拱頂,西側橋臺樁基處隧道拱頂地層沉降最大,沉降值約為17.0mm;地表最大沉降發生在布吉河橋臺樁基礎所在位置河床面,最大沉降值約為8.30mm;施工過程中布吉河橋基礎承臺最大沉降發生在西側橋臺中部,其值為7.34mm,最大隆起發生在西側中橋墩最南墩柱上,其隆起值為1.67mm;箱涵最大沉降和最大總位移均發生在箱涵中部,最大沉降量和總位移分別為5.55mm和5.91mm。箱涵兩端略有隆起,最終隆起值為3.38mm,箱涵的傾斜率為0.15‰。
                                      4風險控制措施
                                          (1)在盾構機穿越前,做好監測點布設,并取得原始數據。盾構機下穿寶安立交橋前15m時,全面檢修盾構機。布吉河下方地層為風化層,較軟弱,在這種地層條件下長時間停機更換刀具的風險較大,因此盾構掘進至穿樁前距離橋樁大約50m處時,停機進行全面檢修,對盾構機械設備進行檢查和保養。
                                          (2)下穿布吉河及布吉河橋段的施工控制應該遵循“保泥壓、防堵塞、嚴同步、緊密封、不停機”的原則。
                                          (3)嚴格控制盾構掘進姿態,做到連續、均衡、平穩推進,依據現場情況調整泥水壓力,盡量減少對土體的擾動。
                                          (4)盾構施工要控制氣墊倉壓力,使土體與氣墊倉壓力平衡,及時填充開挖斷面和隧道的空隙,減少盾構掘進造成的影響。選取凝結速度快、滲透性好、止水性強的同步注漿材料,確保起到填充、隔水的作用。
                                          (5)管片脫離盾尾起,應進行二次補注漿。根據現場情況控制注入量和注漿壓力。
                                          (6)科學合理地調整盾構機姿態,做到勤糾偏、小糾偏,減少超挖量,合理布設管片,確保盾尾與管片的間隙均勻、合理,避免因間隙偏差過大造成漏水。
                                          (7)盾構掘進施工過程中,應加強監測,必要時對注漿加固情況進行跟蹤。
                                      5結論
                                          綜上所述,本文得出以下結論。
                                          (1)通過PC風險評價法對隧道的設備風險、掘進風險、環境風險和進洞風險進行定級,施工安全風險總體評價為“高度”,屬于高風險隧道,施工過程中需采取相應的風險應對措施,以規避和降低風險。
                                          (2)對盾構機下穿寶安立交橋、布吉河、布吉河橋進行風險分析,通過數值模擬得出盾構施工對它們的影響,并提出具體的風險控制措施。
                                          (3)在施工過程中應根據實際情況對風險進行再評估,并提出相應的風險應對措施,保證以合理的成本,安全、可靠地實現工程建設目標。
                                          參考文獻:中國知網

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