1 引言

　　南通位于長江入?？诒币?，素有“江海門戶”之稱，地形為長江沖積平原，基本為粉砂、砂質(zhì)粉土及填土，地下水位高、地質(zhì)情況惡劣。南通市軌道交通1號(hào)線一期工程第2、3標(biāo)段盾構(gòu)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(qū)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(zhuǎn)彎半徑為350米。盾構(gòu)施工區(qū)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(biāo)段位于南通城市中心，設(shè)計(jì)盾構(gòu)施工有多處短距離掘進(jìn)，需要盾構(gòu)機(jī)頻繁地進(jìn)出洞。這些客觀條件和主觀要求，給盾構(gòu)施工帶來極大的施工風(fēng)險(xiǎn)，施工方案及組織管理，必須制定相應(yīng)對(duì)策才能保證工程安全正常進(jìn)行。

　　2 南通地鐵概況及地質(zhì)主要情況

　　2.1 南通地鐵概況

　　南通地鐵現(xiàn)正在建設(shè)的是南通市軌道交通1號(hào)線和2號(hào)線，其中1號(hào)線一期工程北起通州區(qū)平潮鎮(zhèn)，向東連接南通火車西站—長泰路—永和路—緯六路—人民路—工農(nóng)路—崇川路—新開路—通盛大道，經(jīng)通州區(qū)、港閘區(qū)、崇川區(qū)至終點(diǎn)南通經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)振興路。軌道1號(hào)線一期全長39.46km，共設(shè)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(huán)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(hào)線一期工程共分為4個(gè)標(biāo)段，01標(biāo)為1號(hào)線一期工程設(shè)計(jì)起點(diǎn)至深南路站（不含）（6站6區(qū)間2出入線）；02標(biāo)為深南路站至中級(jí)法院站（不含）（7站7區(qū)間），1車輛段（平東車輛段）；03標(biāo)為中級(jí)法院站至盤香路站（8站7區(qū)間），主變電站，1停車場；04標(biāo)為盤香路站（不含）至1號(hào)線一期設(shè)計(jì)終點(diǎn)（7站7區(qū)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(gòu)施工段為南通地鐵1號(hào)線03標(biāo)四工區(qū)，包含2站3區(qū)間1工作井，2站為環(huán)西文化廣場站、環(huán)城東路站；3區(qū)間為孩兒巷路站～環(huán)西文化廣場站盾構(gòu)區(qū)間、環(huán)西文化廣場站～環(huán)城東路站盾構(gòu)區(qū)間、環(huán)城東路站～中級(jí)法院站盾構(gòu)區(qū)間；1工作井為環(huán)中區(qū)間工作井，采用盾構(gòu)法施工，隧道外徑為6.2m；本區(qū)間含一個(gè)聯(lián)絡(luò)通道兼泵房，埋深約29.65m；一個(gè)聯(lián)絡(luò)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(hào)線一期工程第3標(biāo)段主要地質(zhì)情況

　　擬建的南通市軌道交通1號(hào)線一期工程第2、3標(biāo)段，擬建場地20m深度范圍內(nèi)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(bǔ)給和地表水體側(cè)滲補(bǔ)給，以自然蒸發(fā)為主要排泄途徑，水位隨季節(jié)性變化明顯。場地潛水與周邊河道水可能存在一定水力聯(lián)系，鄰近河道的工程會(huì)受到河道水位變化的不利影響。工程局部區(qū)域填土厚度較大，沿線分布有一定數(shù)量的明浜塘，浜塘底一般分布有一定厚度的淤泥，工程地質(zhì)性質(zhì)差。

　　3 該標(biāo)段盾構(gòu)施工主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及對(duì)策

　　3.1 該標(biāo)段盾構(gòu)施工主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

　　3.1.1 盾構(gòu)掘進(jìn)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(zhì)粘土夾粉土、砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)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(zhuǎn)彎半徑為350米，因此盾構(gòu)機(jī)的選型存在一定風(fēng)險(xiǎn)；

　　3.1.2 盾構(gòu)主要在砂土中掘進(jìn)，掘進(jìn)過程中粉土、砂土易發(fā)生涌水、流砂等事故，并引發(fā)開挖面失穩(wěn)和地面沉陷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)隨著地層空洞的擴(kuò)大引起地面的突然塌陷；

　　3.1.3 沿線地下水豐富，盾構(gòu)進(jìn)出洞和聯(lián)絡(luò)通道地下水會(huì)造成不利影響；

　　3.1.4 盾構(gòu)經(jīng)常在軟硬不同土層間推進(jìn)施工，易發(fā)生偏斜現(xiàn)象；

　　3.1.5 由于要穿越市區(qū)道路、河流、老舊房屋和市場，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)控制和管理也是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

　　3.2 針對(duì)盾構(gòu)施工主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策

　　3.2.1 盾構(gòu)機(jī)選型風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策

　　根據(jù)地質(zhì)情況分析，區(qū)間隧道所穿越的主要土層以泥水盾構(gòu)機(jī)最為適宜，但泥水盾構(gòu)機(jī)價(jià)格高昂且也有其局限性。

　　該施工區(qū)間在南通市中心，臨時(shí)用地困難，根本沒有泥水盾構(gòu)機(jī)所需泥漿制漿場地，且因毗鄰5A旅游景區(qū)，建設(shè)方對(duì)大氣、水域的環(huán)保要求極其嚴(yán)格，選用泥水盾構(gòu)機(jī)不能獲得通過。因此，經(jīng)過多方論證，最終選用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，并針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)對(duì)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的功能和參數(shù)提出特殊要求，分別選用了鐵建重工和三三工業(yè)的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。

　?、?鐵建重工土壓平衡盾構(gòu)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

　　⑵ 三三工業(yè)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表2。

　　表1 鐵建重工土壓平衡盾構(gòu)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表 表2 三三工業(yè)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

　　3.2.2 盾構(gòu)機(jī)防噴涌、防結(jié)泥餅、防地表沉降風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策

　　針對(duì)盾構(gòu)機(jī)主要在砂土中掘進(jìn)，沿線地下水豐富，掘進(jìn)過程中粉土、砂土易發(fā)生刀盤磨損、結(jié)泥餅、涌水、流砂等事故，并引發(fā)開挖面失穩(wěn)和地面沉陷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)隨著地層空洞的擴(kuò)大引起地面的突然塌陷等風(fēng)險(xiǎn)。加強(qiáng)地下水控制工作，合理選擇工作面壓力，重視管片拼裝時(shí)的止水效果，是相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策。

　　具體方式為：

　?。?）改善刀盤的耐磨性，使用不同的刀具，合理選擇掘進(jìn)參數(shù)，這些優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jù)地質(zhì)情況，進(jìn)行科學(xué)的動(dòng)態(tài)施工管理，改善土體的流塑性，使之切屑成流動(dòng)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

　?。?）優(yōu)化刀盤設(shè)計(jì)，在刀盤面板上設(shè)置了6個(gè)添加劑注入孔及2個(gè)主動(dòng)攪拌棒，配置了添加劑注入系統(tǒng)，可根據(jù)需要向開挖面添加泡沫、膨潤土和聚合物，改善碴土的流動(dòng)性、止水性，減小刀盤面“泥餅”形成的機(jī)會(huì)。

　?。?）盾構(gòu)機(jī)螺旋輸送機(jī)防噴涌設(shè)計(jì)：配備雙閘門、防涌門，在富水地層掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，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(jī)筒體上布置有多個(gè)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(dòng)性，同時(shí)預(yù)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(gè)注入孔往土倉內(nèi)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(duì)涌水進(jìn)行抑止。螺旋輸送機(jī)示意圖見圖4。

　　圖4 螺旋輸送機(jī)示意圖

　?。?）盾構(gòu)機(jī)穿越軟硬不同土層間及建筑時(shí)，注意不要發(fā)生偏斜現(xiàn)象，以及引起的沉降，從而造成建筑受損及安全質(zhì)量事故。控制這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的措施是精細(xì)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)速度、刀盤轉(zhuǎn)速、正面土艙壓力、出土量、同步注漿量等施工參數(shù)，減少盾構(gòu)的超挖和欠挖。必要時(shí)及時(shí)打開管片內(nèi)預(yù)留注漿管進(jìn)行二次注漿，減少盾尾通過后隧道外周圍形成的建筑空隙。

　?。?）由于本工程不允許采取降水，端頭加固是控制本工程風(fēng)險(xiǎn)的重點(diǎn)。盾構(gòu)的始發(fā)、接收涉及盾構(gòu)機(jī)刀盤的進(jìn)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(dá)到設(shè)計(jì)要求，可能會(huì)造成始發(fā)失敗的重大風(fēng)險(xiǎn)。端頭加固主要是采取水泥系加固和凍結(jié)法加固，這樣可以有效控制風(fēng)險(xiǎn)。凍結(jié)法加固見圖5。

　　圖5 凍結(jié)法加固

　?。?）始發(fā)洞門加裝密封裝置：延伸環(huán)+洞門鋼絲刷，在預(yù)埋洞門圈上安裝L=700的延伸環(huán)，在延伸環(huán)內(nèi)圈焊接兩道洞門鋼絲刷，見圖6、圖7。當(dāng)?shù)侗P抵在掌子面時(shí)，盾體與鋼絲刷之間形成一道密封腔，并向密封腔內(nèi)注滿盾尾油脂，此為第一道止水密封裝置；延伸環(huán)外側(cè)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(huán) 圖7 鋼絲刷

　?。?）套筒法盾構(gòu)整體接收：接收井內(nèi)安裝盾構(gòu)接收抗風(fēng)險(xiǎn)裝置，即一個(gè)直徑比盾構(gòu)略大、長度比盾構(gòu)略長的密閉鋼筒狀結(jié)構(gòu)與洞門密閉連接，采用全密封設(shè)計(jì)。在裝置內(nèi)澆筑適當(dāng)強(qiáng)度砂漿混凝土基座，以承受盾構(gòu)機(jī)自重壓力。同時(shí)鑿除洞門后，在整體接收裝置內(nèi)回填盾構(gòu)土作為介質(zhì)，保持裝置內(nèi)壓力與土層壓力平衡，保證接收過程中土體的穩(wěn)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

　?。?）雖然洞門實(shí)施了端頭加固措施，但洞門破除風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防及處理、避免洞門密封失效，仍然是控制工程風(fēng)險(xiǎn)的重點(diǎn)。圖9是洞門破除狀況。

　　圖9 洞門破除狀況

　　4 結(jié)語

　　南通市軌道交通1號(hào)線一期工程第2、3標(biāo)段盾構(gòu)施工區(qū)段，雖然地質(zhì)情況復(fù)雜，工程環(huán)境惡劣，且建設(shè)方對(duì)地表沉降和環(huán)保要求極其嚴(yán)格，不允許采取降水等傳統(tǒng)穩(wěn)妥措施控制風(fēng)險(xiǎn)，但施工單位通過對(duì)盾構(gòu)機(jī)合理選型及優(yōu)化設(shè)計(jì)；嚴(yán)控盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)參數(shù)、增加凍結(jié)法加固等輔助措施，確保了工程安全平穩(wěn)實(shí)施。目前，工程最難段環(huán)區(qū)區(qū)間盾構(gòu)機(jī)已平安通過，剩余的工程也在有效穩(wěn)定的開展，能夠保證南通首條地鐵目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

　?。卧蒲螅褐需F二局集團(tuán)第五工程有限公司，四川 成都 610091；陳叔：中鐵二局集團(tuán)有限公司，四川 成都 610031）