廖云洋 ¹?   陳叔 ²

（1.中鐵二局集團第五工程有限公司，四川 成都 610091； 2.中鐵二局集團有限公司，四川 成都 610031） 

摘要：南通市軌道交通1號線一期工程北起通州區平潮鎮，向東連接至南通經濟技術開發區振興路。軌道交通1號線一期全長39.46km，共設車站28座，其中換乘站5座。工程第3標段盾構施工區間，地處南通市中心，穿越5A景區濠河風景區、中心商業區、城市主干道、農貿市場及老舊居民區，與既有建筑及河床底部距離近。同時區間線路設計轉彎半徑小，轉彎曲線距離長，工程施工難度大、風險高。因此，必須采用相應對策和特殊施工方法，才能安全完成施工任務。

關鍵詞：南通地鐵；盾構施工；風險及對策

1 引言

　　南通位于長江入海口北翼，素有“江海門戶”之稱，地形為長江沖積平原，基本為粉砂、砂質粉土及填土，地下水位高、地質情況惡劣。南通市軌道交通1號線一期工程第2、3標段盾構施工線路穿越河流、道路、老舊建筑群，與既有建筑最小距離為1.5米，區間覆土最大埋深23.14m，最小埋深7.22m，與河床底部最小距離為9.33米，線路最小轉彎半徑為350米。盾構施工區間平均地下水位為2.3米，為控制地表沉降，施工中不允許采用降水手段。由于該標段位于南通城市中心，設計盾構施工有多處短距離掘進，需要盾構機頻繁地進出洞。這些客觀條件和主觀要求，給盾構施工帶來極大的施工風險，施工方案及組織管理，必須制定相應對策才能保證工程安全正常進行。

2 南通地鐵概況及地質主要情況

2.1  南通地鐵概況

　　南通地鐵現正在建設的是南通市軌道交通1號線和2號線，其中1號線一期工程北起通州區平潮鎮，向東連接南通火車西站—長泰路—永和路—緯六路—人民路—工農路—崇川路—新開路—通盛大道，經通州區、港閘區、崇川區至終點南通經濟技術開發區振興路。軌道1號線一期全長39.46km，共設車站28座，其中換乘站5座。最大站間距3000m，位于居康路站至宏興路站；最小站間距560m，位于環西文化廣場站至孩兒巷路站，平均站間距1.438km。

　　南通市軌道交通1號線一期工程共分為4個標段，01標為1號線一期工程設計起點至深南路站（不含）（6站6區間2出入線）；02標為深南路站至中級法院站（不含）（7站7區間），1車輛段（平東車輛段）；03標為中級法院站至盤香路站（8站7區間），主變電站，1停車場；04標為盤香路站（不含）至1號線一期設計終點（7站7區間）。線路走向圖詳見下圖1。

圖1  線路走向圖

　　本文涉及的盾構施工段為南通地鐵1號線03標四工區，包含2站3區間1工作井，2站為環西文化廣場站、環城東路站；3區間為孩兒巷路站～環西文化廣場站盾構區間、環西文化廣場站～環城東路站盾構區間、環城東路站～中級法院站盾構區間；1工作井為環中區間工作井，采用盾構法施工，隧道外徑為6.2m；本區間含一個聯絡通道兼泵房，埋深約29.65m；一個聯絡通道，埋深約25.25m，具體位置示意圖如圖2。

圖2  具體位置示意圖

2.2  南通市軌道交通1號線一期工程第3標段主要地質情況

　　擬建的南通市軌道交通1號線一期工程第2、3標段，擬建場地20m深度范圍內分布的地層為灰色粉砂，有粉砂夾粉土處于液化土地層。場地淺部地下水屬潛水類型，主要接受大氣降水的垂直補給和地表水體側滲補給，以自然蒸發為主要排泄途徑，水位隨季節性變化明顯。場地潛水與周邊河道水可能存在一定水力聯系，鄰近河道的工程會受到河道水位變化的不利影響。工程局部區域填土厚度較大，沿線分布有一定數量的明浜塘，浜塘底一般分布有一定厚度的淤泥，工程地質性質差。

3 該標段盾構施工主要風險點及對策

3.1  該標段盾構施工主要風險點

3.1.1 盾構掘進主要在灰色粉砂、粉砂夾粉土的液化土層、粉砂為非液化土層、粉質粘土夾粉土、砂質粉土夾粉質粘土層，沿線隧道底所處的土層存在著不均勻變化。另外，線路最小轉彎半徑為350米，因此盾構機的選型存在一定風險；

3.1.2 盾構主要在砂土中掘進，掘進過程中粉土、砂土易發生涌水、流砂等事故，并引發開挖面失穩和地面沉陷，嚴重時會隨著地層空洞的擴大引起地面的突然塌陷；

3.1.3 沿線地下水豐富，盾構進出洞和聯絡通道地下水會造成不利影響；

3.1.4 盾構經常在軟硬不同土層間推進施工，易發生偏斜現象；

3.1.5 由于要穿越市區道路、河流、老舊房屋和市場，盾構機掘進控制和管理也是一個風險點。

3.2  針對盾構施工主要風險點的風險對策

3.2.1  盾構機選型風險對策

　　根據地質情況分析，區間隧道所穿越的主要土層以泥水盾構機最為適宜，但泥水盾構機價格高昂且也有其局限性。

　　該施工區間在南通市中心，臨時用地困難，根本沒有泥水盾構機所需泥漿制漿場地，且因毗鄰5A旅游景區，建設方對大氣、水域的環保要求極其嚴格，選用泥水盾構機不能獲得通過。因此，經過多方論證，最終選用土壓平衡盾構機，并針對風險點對土壓平衡盾構機的功能和參數提出特殊要求，分別選用了鐵建重工和三三工業的土壓平衡盾構機。

　　⑴ 鐵建重工土壓平衡盾構機主要技術參數見表1。

　　⑵ 三三工業土壓平衡盾構機主要技術參數見表2。

表1  鐵建重工土壓平衡盾構機主要技術參數表         表2  三三工業土壓平衡盾構機主要技術參數表

3.2.2 盾構機防噴涌、防結泥餅、防地表沉降風險對策

　　針對盾構機主要在砂土中掘進，沿線地下水豐富，掘進過程中粉土、砂土易發生刀盤磨損、結泥餅、涌水、流砂等事故，并引發開挖面失穩和地面沉陷，嚴重時會隨著地層空洞的擴大引起地面的突然塌陷等風險。加強地下水控制工作，合理選擇工作面壓力，重視管片拼裝時的止水效果，是相應風險控制對策。

　　具體方式為：

　　（1）改善刀盤的耐磨性，使用不同的刀具，合理選擇掘進參數，這些優化設計加上選擇合適的土體改良劑（如常用的泡沫、膨潤土等），并根據地質情況，進行科學的動態施工管理，改善土體的流塑性，使之切屑成流動型，這樣可以有效減少刀盤磨損。刀盤布置見圖3。

圖3 刀盤布置示意圖

　　（2）優化刀盤設計，在刀盤面板上設置了6個添加劑注入孔及2個主動攪拌棒，配置了添加劑注入系統，可根據需要向開挖面添加泡沫、膨潤土和聚合物，改善碴土的流動性、止水性，減小刀盤面“泥餅”形成的機會。

　　（3）盾構機螺旋輸送機防噴涌設計：配備雙閘門、防涌門，在富水地層掘進作業時，可以通過交互開閉兩道閘門造成迷宮通道，緩沖和降低噴涌效果，螺旋機筒體上布置有多個注入口，可通過這些孔注入膨潤土或泡沫來改善碴土的流動性，同時預留保壓泵渣裝置的連接法蘭。通過刀盤及土倉壁上的添加劑注入孔中的若干個注入孔往土倉內注入膨潤土和各種添加劑，并可向土倉注入壓縮空氣將地下水置換和凝聚。特殊情況還可以采用聚合物對涌水進行抑止。螺旋輸送機示意圖見圖4。

圖4  螺旋輸送機示意圖

　　（4）盾構機穿越軟硬不同土層間及建筑時，注意不要發生偏斜現象，以及引起的沉降，從而造成建筑受損及安全質量事故。控制這個風險的措施是精細調整盾構機推進速度、刀盤轉速、正面土艙壓力、出土量、同步注漿量等施工參數，減少盾構的超挖和欠挖。必要時及時打開管片內預留注漿管進行二次注漿，減少盾尾通過后隧道外周圍形成的建筑空隙。

　　（5）由于本工程不允許采取降水，端頭加固是控制本工程風險的重點。盾構的始發、接收涉及盾構機刀盤的進洞、出洞，容易引起涌水、涌泥及地表沉降，如果加固效果不能達到設計要求，可能會造成始發失敗的重大風險。端頭加固主要是采取水泥系加固和凍結法加固，這樣可以有效控制風險。凍結法加固見圖5。

圖5 凍結法加固

　　（6）始發洞門加裝密封裝置：延伸環+洞門鋼絲刷，在預埋洞門圈上安裝L=700的延伸環，在延伸環內圈焊接兩道洞門鋼絲刷，見圖6、圖7。當刀盤抵在掌子面時，盾體與鋼絲刷之間形成一道密封腔，并向密封腔內注滿盾尾油脂，此為第一道止水密封裝置；延伸環外側安裝有止水簾布及折頁壓板，為第二道止水密封裝置。

圖6  延伸環                                         圖7  鋼絲刷

　　（7）套筒法盾構整體接收：接收井內安裝盾構接收抗風險裝置，即一個直徑比盾構略大、長度比盾構略長的密閉鋼筒狀結構與洞門密閉連接，采用全密封設計。在裝置內澆筑適當強度砂漿混凝土基座，以承受盾構機自重壓力。同時鑿除洞門后，在整體接收裝置內回填盾構土作為介質，保持裝置內壓力與土層壓力平衡，保證接收過程中土體的穩定,有效防止井外水土流失。套筒法接收見圖8。

圖8  套筒法接收 

　　（8）雖然洞門實施了端頭加固措施，但洞門破除風險預防及處理、避免洞門密封失效，仍然是控制工程風險的重點。圖9是洞門破除狀況。

圖9  洞門破除狀況

4 結語

　　南通市軌道交通1號線一期工程第2、3標段盾構施工區段，雖然地質情況復雜，工程環境惡劣，且建設方對地表沉降和環保要求極其嚴格，不允許采取降水等傳統穩妥措施控制風險，但施工單位通過對盾構機合理選型及優化設計；嚴控盾構機推進參數、增加凍結法加固等輔助措施，確保了工程安全平穩實施。目前，工程最難段環區區間盾構機已平安通過，剩余的工程也在有效穩定的開展，能夠保證南通首條地鐵目標實現。

(責任編輯：休魚）