■張 昀 ■江西中昌工程咨詢監(jiān)理有限公司，江西 南昌 330038

1 區(qū)間位置及工程概況

秋水廣場站～中山西路站區(qū)間線路從秋水廣場站出發(fā)后向東下穿贛江中大道、贛江和沿江中大道，最終接至本區(qū)間終點(diǎn)中山西路站。始發(fā)里程CK10 +983.830、接收里程CK12 +873.572、全長1889.742m，區(qū)間最小平面曲線R=349.851m，最大縱坡28‰。本區(qū)間設(shè)計(jì)采用兩臺泥水平衡盾構(gòu)施工，均從秋水廣場站進(jìn)行始發(fā)，中山西路站進(jìn)行接收。

秋中區(qū)間平面位置圖

2 風(fēng)險分析

盾構(gòu)下穿贛江共存在以下潛在風(fēng)險:

(1)盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、到達(dá)的風(fēng)險。根據(jù)地質(zhì)勘察報告，盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)的主要地層砂層主要由細(xì)砂、粗砂、礫砂組成，該層滲透性好，水量極為豐富，屬于中等～強(qiáng)透水層。且與贛江地表水連通，其力學(xué)性質(zhì)有明顯的觸變性和流動性，在水動力的作用下可能產(chǎn)生管涌、流砂現(xiàn)象，進(jìn)而降低土層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，影響施工安全。

(2)盾構(gòu)機(jī)穿越F5 斷層的風(fēng)險。區(qū)間隧道在ZK11 +840～ZK11 +890，穿越F5 斷層，該段巖體破碎，并透過孔隙水含水層與贛江水體相連，形成互相補(bǔ)排關(guān)系。主要存在以下風(fēng)險:盾構(gòu)掘進(jìn)推力過小，導(dǎo)致盾構(gòu)管片間擠壓不密實(shí)，易造成后期管片滲水;斷裂帶掌子面不易保壓，且易造成泥漿流失，對掌子面穩(wěn)定不利。

(3)盾構(gòu)機(jī)穿越江底淺覆土區(qū)存在的風(fēng)險。本工程盾構(gòu)隧道推至江底后，局部河道地段上部松散砂礫卵石層厚度較小，最小揭露厚度僅5.2 米。掘進(jìn)過程中，由于覆土過淺，不利于盾構(gòu)掌子面的保壓控制，容易擊穿江底，造成涌水涌砂。

(4)盾構(gòu)機(jī)在上軟下硬復(fù)合地層掘進(jìn)存在的風(fēng)險。根據(jù)盾構(gòu)隧道縱斷面圖，盾構(gòu)機(jī)在穿越CK10 +983.818～CK11 +280 掘進(jìn)段時，隧道上部為主要由圓礫、卵石組成，顆粒大小混雜，均勻性較差，最大直徑達(dá)7cm 左右，該層巖性成分復(fù)雜，以石英、砂巖為主，少量硅質(zhì)巖，磨圓度較好，多為次圓、扁平狀。下部為主要為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、未風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，間夾鈣質(zhì)泥巖，屬于第三系新余群，由于贛江在沉積上部第四系覆蓋層時沖刷作用，全風(fēng)化層基本沒有分布，強(qiáng)風(fēng)化層厚度一般也較薄，厚度0.30～1.80m 左右，中風(fēng)泥質(zhì)粉砂巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值6.50MPa，實(shí)測天然單軸抗壓強(qiáng)度6.0～14.2MPa，微風(fēng)泥質(zhì)粉砂巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值9.6MPa，實(shí)測天然單軸抗壓強(qiáng)度6.2～18.4MPa;未風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值11.7MPa，實(shí)測天然單軸抗壓強(qiáng)度2～20.4Mpa。隧道巖質(zhì)軟硬不一，圍巖穩(wěn)定性比較差，容易坍塌、變形。盾構(gòu)穿越軟硬不均地層主要存在以下風(fēng)險:①對刀具的磨損比較嚴(yán)重;②容易造成盾構(gòu)“磕頭”現(xiàn)象;③隧道上部粉細(xì)砂層發(fā)生坍塌，影響地表及其下部地質(zhì)體產(chǎn)生沉降變形;④盾構(gòu)掘進(jìn)過程中容易引起掘進(jìn)方向的偏差。

(5)江底帶壓換刀存在的風(fēng)險。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，本工程盾構(gòu)隧道主要在江底段穿越軟硬不均地層(上部為粉細(xì)砂層，下部為卵石層及強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖夾砂巖頁巖)盾構(gòu)機(jī)在江底段長距離掘進(jìn)，可能出現(xiàn)刀具磨損嚴(yán)重，盾構(gòu)穿越時具有一定的換刀風(fēng)險。開倉換刀可能帶來難以預(yù)料的災(zāi)難性的后果。因江底換刀的復(fù)雜性，可能對工期產(chǎn)生嚴(yán)重影響，從而影響整個工程的進(jìn)展。

(6)穿越臨近構(gòu)(建)筑物存在的風(fēng)險。隧道于CK11 +120 處左右下穿贛江西駁岸，岸邊有防汛墻(樁徑Φ750，長6m)和圍護(hù)樁(樁徑Φ750，長4m)，樁底離隧道約6.28m，隧道埋深為7.4～16.6m。隧道于CK12 +670 處左右下穿贛江東駁岸，卵石樁基礎(chǔ)，樁徑為Φ850，樁長為6.0m，樁底離隧道約9.4m;隧道于CK12 +680 處臨近新洲電排站排洪箱涵(整板基礎(chǔ))，距離左線的距離為11m，隧道埋深15m 左右;隧道于CK12 +800 左右臨近南昌市水電局宿舍(磚5):350 ×350 預(yù)制方樁，樁長為15m，樁底相對標(biāo)高為-16.45m，平面距隧道最近凈距約2.22m，隧道埋深17.2m。

施工過程種可能存在的風(fēng)險引發(fā)因素如下:工作面失穩(wěn)，隧道滲漏水嚴(yán)重，盾構(gòu)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，推進(jìn)壓力過大，地表產(chǎn)生不均勻沉降，防汛墻、圍護(hù)樁基礎(chǔ)加固處理不當(dāng)，地層移動等。在防汛墻、圍護(hù)樁基礎(chǔ)加固擾動下沉后，盾構(gòu)通過引起基礎(chǔ)二次下沉基于以上因素可能導(dǎo)致防汛墻、圍護(hù)樁傾斜，樁基、建筑物傾斜、開裂等風(fēng)險后果。

3 風(fēng)險控制

3.1 盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)風(fēng)險控制

(1)選擇合適的加固方法;(2)加強(qiáng)土體加固效果的檢測;(3)采取降水等輔助措施;(4)確保洞門密封的有效性;(5)盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)良好。

3.2 盾構(gòu)機(jī)穿越F5 斷層的風(fēng)險控制

過斷層前30 米檢修盾構(gòu)，檢查更換刀具，快速通過，及時進(jìn)行二次注漿，封堵裂隙，截斷區(qū)間隧道與贛江水體的聯(lián)系。

3.3 盾構(gòu)機(jī)穿越江底淺覆土區(qū)風(fēng)險控制

為了保證盾構(gòu)安全穿越贛江淺覆土區(qū)，根據(jù)本工程實(shí)際情況，在江底設(shè)立試驗(yàn)段推進(jìn)，采集優(yōu)化各類施工參數(shù)，作好防漏、防冒、防沉、防堵、防浮、防磕等防范措施，加強(qiáng)江底段江底地形沉降監(jiān)測，確保盾構(gòu)安全通過淺覆土區(qū)，保證工程的順利完成。

(1)防止盾尾漏漿(防漏)措施:①提高同步注漿質(zhì)量;②保持切口水壓穩(wěn)定;③管片接縫外側(cè)粘貼自粘橡膠;④均勻足量壓注盾尾油脂;⑤合理的管片選型，確保管片盾尾間隙。

(2)防止江底冒漿(防冒)措施:①嚴(yán)格控制切口水壓波動范圍;②嚴(yán)格控制出土量，原則上按理論出土量出土，可適當(dāng)欠挖，保持土體的密實(shí)，以免江水滲透入土體并進(jìn)入盾構(gòu);③嚴(yán)格控制同步注漿壓力，并在注漿管路安裝安全閥，以免由于注漿壓力過高而頂破覆土;④若出現(xiàn)機(jī)械故障或其它原因造成盾構(gòu)停推，應(yīng)采取措施防止盾構(gòu)機(jī)移動。

(3)發(fā)生江底冒漿時，采取的主要對策:①當(dāng)發(fā)現(xiàn)江底冒漿時，如果是輕微的冒漿，在不降低開挖面水壓下能進(jìn)行推進(jìn)，則向前推進(jìn)，同時適當(dāng)加快推進(jìn)速度，提高拼裝效率，使盾構(gòu)盡早穿過冒漿區(qū);②當(dāng)冒漿嚴(yán)重，不能推進(jìn)時:將開挖面水壓降低到(土壓+水壓)平衡為止;提高泥水比重和粘度;為了能使盾構(gòu)向前推進(jìn)，檢查掘削干砂量，確認(rèn)有無超挖;掘進(jìn)一定距離后進(jìn)行充分的壁后注漿;將開挖面水壓返回到正常狀態(tài)，進(jìn)行正常掘進(jìn)。

(4)防止江底土層沉降(防塌)采取的對策:①按設(shè)計(jì)值設(shè)定切口水壓;②加強(qiáng)泥漿管理，防止超挖;③利用土體探測裝置，檢查正面土體的穩(wěn)定情況;④適當(dāng)增加同步注漿量，及時進(jìn)行二次壓漿。

(5)防止隧道上浮措施:①施工期間嚴(yán)格控制隧道軸線，使盾構(gòu)盡量沿著設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)，每環(huán)均勻糾偏，減少對土體的擾動;②提高同步注漿質(zhì)量，要求漿液有較短的初凝時間，使其遇泥水后不產(chǎn)生裂化，并要求漿液具有一定的流動性，能均勻地布滿隧道一周，及時充填建筑空隙;③對已建隧道進(jìn)行補(bǔ)壓漿措施，以割斷泥水繼續(xù)流失路徑;④

加強(qiáng)隧道縱向變形的監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果進(jìn)行針對性的注漿糾正。如調(diào)整注漿部位及注漿量，配制快凝及提高早期強(qiáng)度的漿液。

3.4 盾構(gòu)機(jī)在上軟下硬復(fù)合地層掘進(jìn)的風(fēng)險控制

盾構(gòu)機(jī)在穿過此類圍巖時，必須在保持掌子面穩(wěn)定的同時選擇合適的掘進(jìn)參數(shù)，保證盾構(gòu)機(jī)順利的通過。同時，加強(qiáng)管片背填注漿質(zhì)量，防止在盾構(gòu)機(jī)穿過后，隧道上部粉細(xì)砂層發(fā)生坍塌，影響地表及其下部地質(zhì)體產(chǎn)生沉降變形。因此，必須從盾構(gòu)機(jī)的泥漿質(zhì)量、泥水壓力、盾構(gòu)推進(jìn)壓力、掘進(jìn)速度、背填注漿及姿態(tài)控制等各方面加強(qiáng)控制。

(1)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)控制:①泥漿質(zhì)量控制。泥漿配合比必須滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則和技術(shù)規(guī)范的規(guī)定。對于本工程對應(yīng)的砂層擬選用膨潤土泥漿。泥漿配合比(重量比)為膨潤土:CMC:純堿:水=100∶0.28∶3.3∶700。施工過程根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整，使用膨潤土(粉末粘土)提高泥漿比重;添加CMC 來增大泥漿粘度;使用純堿可控制泥漿的穩(wěn)定性。泥漿指標(biāo)如下:泥漿密度1.2g/cm3左右;泥漿粘度25～30s(漏斗粘度);析水率＜5%;顆粒粒徑＜74μm(根據(jù)實(shí)際施工情況做相應(yīng)調(diào)整)。②泥漿壓力控制。在盾構(gòu)掘進(jìn)，保持泥水倉壓力與作業(yè)面壓力(土壓與水壓之和)平衡是防止地表沉降的關(guān)鍵。泥漿壓力P 的保持主要通過維持開挖土量與排泥量的平衡來實(shí)現(xiàn)?？赏ㄟ^設(shè)定掘進(jìn)速度、調(diào)整排泥量或設(shè)定排泥量、調(diào)整掘進(jìn)速度兩條途徑來達(dá)到。泥漿壓力P 值能與地層土壓力和靜水壓力相抗衡。在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中根據(jù)地質(zhì)和埋深實(shí)際情況以及監(jiān)測信息進(jìn)行反饋和調(diào)整優(yōu)化。③盾構(gòu)推進(jìn)速度控制。選擇合適的掘進(jìn)速度，防止由于盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過快，盾構(gòu)機(jī)刀盤受力嚴(yán)重失衡，造成盾構(gòu)機(jī)下沉和掌子面涌砂，一般控制掘進(jìn)速度為5～10mm/min 之間。

(2)壁后注漿控制。在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，要盡快在脫出盾尾的襯砌管片背后同步注入足量的漿液材料充填環(huán)形建筑空隙。為了及早建立起漿液的高粘度，以便在漿液向空隙中充填的同時將地下水疏干(將地下水趕入地層深處)，獲得最佳充填效果，必須保證二次注漿緊隨盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)。

(3)盾構(gòu)姿態(tài)控制:①盾構(gòu)姿態(tài)偏差。在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，由于不同部位掘進(jìn)千斤頂參數(shù)設(shè)定的偏差引起掘進(jìn)方向的偏差。同時由于盾構(gòu)表面與隧洞間的摩擦阻力不均勻，開挖掌子面上的土壓力以及切口環(huán)切削欠挖地層引起的阻力不均勻，也會引起一定的偏差。開挖掌子面巖層分界面起伏較大，掌子面土層軟硬不均，也易引起方向偏差。即使在開挖掌子面土體的力學(xué)性質(zhì)十分均勻的情況下，受刀盤自重的影響，盾構(gòu)也有低頭的趨勢。因此，在掘進(jìn)過程中，應(yīng)對豎直方向的誤差進(jìn)行監(jiān)測和控制。②盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整。通過減緩盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度，使盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)的瞬間刀盤上下部位受力盡量相同，減少對刀具的偏磨和盾構(gòu)機(jī)下俯現(xiàn)象。適當(dāng)控制盾構(gòu)機(jī)糾偏力度，防止由于糾偏造成刀盤受力不均，影響盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)。盾構(gòu)通過軟硬不均地層(即作業(yè)面土體的抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)存在很大差異的地層)時應(yīng)根據(jù)掌子面的地質(zhì)情況，對液壓掘進(jìn)油缸進(jìn)行分區(qū)操作。

3.5 江底帶壓換刀存在的風(fēng)險控制

(1)制定帶壓換刀方案;(2)成立帶壓進(jìn)倉換刀的機(jī)構(gòu)組織;(3)制定開倉作業(yè)細(xì)則;(4)制定帶壓作業(yè)的應(yīng)急處理措施;(5)制定帶壓作業(yè)的安全注意事項(xiàng);(6)帶壓作業(yè)進(jìn)行安全培訓(xùn)及交底;(7)帶壓進(jìn)行過程中的全程監(jiān)控。

3.6 穿越臨近構(gòu)(建)筑物存在的風(fēng)險控制

(1)施工中，對于以上三個建構(gòu)筑物，制定嚴(yán)密的專業(yè)監(jiān)測方案，在整個施工過程中對建筑物的沉降、偏移等進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，對變形超出規(guī)范要求的管線及建筑物采取必要的措施對變形加以控制。

(2)南昌市水電局宿舍距離隧道比較近，在周圍布置跟蹤注漿管，加強(qiáng)對這些建筑物的沉降變形觀測，加密觀測的點(diǎn)位，增加監(jiān)測的頻率，建立日報制度，及時通過安全監(jiān)控信息平臺上傳監(jiān)測信息，超出變形預(yù)控要求立即跟蹤注漿，減小建筑物變形確保其安全。

(3)施工前，要求施工單位編制建筑物專項(xiàng)保護(hù)應(yīng)急方案并報專家評審，一旦發(fā)生險情，立即組織搶險。

(4)加強(qiáng)施工管理，嚴(yán)格控制施工程序，防止因施工不當(dāng)而產(chǎn)生對周邊建筑物不良影響的現(xiàn)象發(fā)生。按照施工組織設(shè)計(jì)及建筑物專項(xiàng)保護(hù)應(yīng)急方案嚴(yán)格要求施工，當(dāng)建筑物下沉速率較快，變形量較大超過規(guī)范允許值時立即停止施工，查明原因并采取有利措施后方可繼續(xù)施工。

(5)對天然淺基礎(chǔ)建筑物:加強(qiáng)建筑物變形監(jiān)測分析，加強(qiáng)地表沉降監(jiān)測反饋指導(dǎo)施工;嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)，做好泥水壓控制，減少地層損失，控制地表沉降。

(6)以建筑物調(diào)查結(jié)果和量測結(jié)果為基礎(chǔ)，對施工前和施工初期施工引起的地層沉降及其對建筑物的影響進(jìn)行精確預(yù)測。對地表沉降和建筑物變形進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，對所有受影響的建筑物進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)測，對樓房再增加傾斜監(jiān)測，并及時分析反饋。同時利用實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步修正完善地表沉降和建筑物變形的預(yù)測結(jié)果，對可能引起有害變形的建筑物作出早期預(yù)警并制訂應(yīng)急措施，和確定備用方案的實(shí)施與否。

(7)在施工期間嚴(yán)格控制隧道出土量，減少地層損失，及時進(jìn)行同步注漿及二次注漿，減少地層變形。確保盾構(gòu)機(jī)及后配套設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，加快推進(jìn)速度，快速通過贛江防洪大提段?？刂坪媚嗨畟}壓力、調(diào)整泥漿粘度和比重，避免掌子面失穩(wěn)，加強(qiáng)泥水循環(huán)系統(tǒng)控制和泥漿管理，適當(dāng)減少出碴量。保證同步注漿系統(tǒng)工作正常，適當(dāng)加大注漿量。加強(qiáng)施工監(jiān)測，及時反饋地表沉降信息，指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)施工。做好地表注漿準(zhǔn)備工作，當(dāng)大堤沉降超過其允許值，立即進(jìn)行地表注漿。

4 風(fēng)險控制結(jié)果

針對以上各個風(fēng)險，施工前我監(jiān)理部要求施工單位制定了專項(xiàng)施工方案，并通過專家評審，施工過程中嚴(yán)格按照施工方案及專家評審意見監(jiān)控施工，以上施工風(fēng)險均在可控狀態(tài)，未出現(xiàn)較大施工質(zhì)量、安全事故，對隧道周邊建(構(gòu))筑物影響較小，成型隧道施工質(zhì)量良好。具體風(fēng)險控制結(jié)果表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)施工順利，未出現(xiàn)涌水涌砂現(xiàn)象，風(fēng)險過程控制良好。(2)F5 斷層掘進(jìn)順利通過，掘進(jìn)過程中掌子面未出現(xiàn)較大的漏漿、跑漿現(xiàn)象，二次注漿質(zhì)量控制較好，成型隧道未出現(xiàn)較大滲水現(xiàn)象。(3)盾構(gòu)機(jī)在穿越江底淺覆土地層過程中，通過嚴(yán)格控制，未出現(xiàn)擊穿地層現(xiàn)象，施工質(zhì)量較好。(4)上軟下硬復(fù)合地層掘進(jìn)過程中，未出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)磕頭或者上漂現(xiàn)象，盾構(gòu)姿態(tài)控制較好。通過對掘進(jìn)參數(shù)和泥漿性能指標(biāo)的嚴(yán)格把控，未出現(xiàn)刀盤磨損較嚴(yán)重的情況，過程控制較好。(5)通過詳細(xì)的方案制定、應(yīng)急預(yù)案制定、精心的施工組織和嚴(yán)密的監(jiān)控，保證整個作業(yè)過程風(fēng)險處于可控狀態(tài)，帶壓換刀過程中未出現(xiàn)任何安全事故。(6)盾構(gòu)下穿贛江兩岸防汛大堤及地面建筑過程中，通過嚴(yán)格監(jiān)測地面及建筑物沉降，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)來控制掘進(jìn)參數(shù)，保證了地面沉降在可控范圍，未對臨近構(gòu)(建)筑物造成較大影響。