土壓平衡盾構(gòu)機(jī)長距離通過淺埋富水砂層的風(fēng)險分析與應(yīng)對策略

1、    土壓平衡盾構(gòu)機(jī)長距離通過淺埋富水砂層的風(fēng)險分析與應(yīng)對策略    史晉鵬【摘要】隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在許多大型城市軌道交通的建設(shè)逐步走向正軌，然而在隧洞建設(shè)的同時需要利用到土壓平衡盾構(gòu)機(jī)開展掘進(jìn)工作。本論文就以廈門市軌道交通一號線軟件園站到集美大道站之間作為盾構(gòu)掘進(jìn)的區(qū)間，對其通過淺埋富水砂層的風(fēng)險因素與避免風(fēng)險產(chǎn)生的相應(yīng)解決措施作深入闡述與分析，以確保在本工程內(nèi)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)工作的安全實(shí)施，并提高隧洞的掘進(jìn)速率促進(jìn)廈門軌道交通的建設(shè)，為市民的出行提供便利?！娟P(guān)鍵詞】土壓盾構(gòu)機(jī)；淺埋砂層；掘進(jìn)工作；風(fēng)險；應(yīng)對措施一、掘進(jìn)工程的簡要介紹廈門市軌道交通

2、1號線軟件園站至集美大道站盾構(gòu)區(qū)間起點(diǎn)里程為dk27+953.022，終點(diǎn)里程為dk28+897.069，其中左線存在12.912m的斷鏈，左、右線的長度分別為956.959m、944.046m。由于其覆蓋的線路范圍內(nèi)主要是由砂質(zhì)粘性土、風(fēng)化花崗巖類、粉質(zhì)性粘性土與砂礫等組成一個富水砂層的地質(zhì)形式，因此，專業(yè)人員決定采用盾構(gòu)法進(jìn)行此區(qū)間內(nèi)的隧道掘進(jìn)工作，在地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、與施工簡便程度等種種因素的影響下，本次施工將采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)作為基本設(shè)備來進(jìn)行此項(xiàng)掘進(jìn)工作。在仔細(xì)地查詢了詳勘、補(bǔ)勘等地質(zhì)資料后，我們了解到此處區(qū)域的地質(zhì)條件是屬于復(fù)雜性的富水砂層，其是按照粘土質(zhì)素填土、粉質(zhì)粘土、中砂、粗砂、礫

3、砂、卵石、淤泥質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)粘性土等的順序排列的。從水文地質(zhì)方面來說，施工區(qū)域內(nèi)的地表水發(fā)育程度較低，在積砂沖擊土層中還存在著孔隙潛水，在其人工的填土層中也存在著上層滯水的情況。除此之外基巖裂隙水也在中等性的風(fēng)化帶中存在，由于巖性的差異性與其結(jié)構(gòu)不完整，發(fā)育不完善的特性，富水砂層的含水性與參透性也就會有所不同。在相同情況下，裂隙發(fā)育地帶地下水的含量較為豐富。因此這些不同的因素也給土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)工作帶來了不小的難度。二、盾構(gòu)機(jī)通過淺埋富水砂層的風(fēng)險分析經(jīng)過有關(guān)人員仔細(xì)完整的對施工區(qū)域進(jìn)行了地質(zhì)勘測工作后明確指出，在軟件園站到集美大道站這一區(qū)間內(nèi)最易產(chǎn)生的風(fēng)險類型主要分為以下二種：2.1

4、工程自身風(fēng)險與環(huán)境風(fēng)險在工程自身與環(huán)境風(fēng)險類型中，主要分為由不利的地質(zhì)條件、盾構(gòu)機(jī)的性能條件與碧溪所處的環(huán)境影響這三種原因造成的，其所造成的風(fēng)險等級為二級。（1）不利的地質(zhì)條件。在施工現(xiàn)場經(jīng)過有關(guān)人員的地質(zhì)勘測后發(fā)現(xiàn)有以下三種地質(zhì)現(xiàn)象會對施工進(jìn)程產(chǎn)生一定的影響：a.砂土易產(chǎn)生液化現(xiàn)象。一旦砂土產(chǎn)生液化就會對整體地基的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，隧道掘進(jìn)斷面內(nèi)中砂、粗砂和礫砂的分布比例占據(jù)較大，其產(chǎn)生液化的等級屬于中等階段。b.人工作業(yè)產(chǎn)生的積土，經(jīng)過人為施工或者人為填土工作后，分布在整個場地的土質(zhì)即為粘土質(zhì)砂土，這是一種呈灰褐色，粘性較強(qiáng)的砂土，其在經(jīng)過特殊的壓實(shí)處理后會分布不均勻

5、，分布的范圍也窄，對施工會產(chǎn)生一定的影響。c.花崗巖與風(fēng)化巖的殘積面受損嚴(yán)重。在經(jīng)過地質(zhì)勘測后，有關(guān)人員指出隧洞區(qū)域內(nèi)的花崗巖與風(fēng)化巖處于殘積狀態(tài)，受損嚴(yán)重，花崗巖易形成網(wǎng)紋的特征，而風(fēng)化巖呈影塑土形狀，軟硬分布不均勻，且遇水后會產(chǎn)生軟化現(xiàn)象，對整體的砂土穩(wěn)定性產(chǎn)生危害。（2）盾構(gòu)機(jī)的性能條件。在施工方經(jīng)過仔細(xì)深入的研究后發(fā)現(xiàn)在集美大道站區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件十分不利，由砂礫與砂質(zhì)粘性土質(zhì)層構(gòu)成，整體的滲透性與穩(wěn)定性都不高，屬于典型的富水砂層地貌特征。而土壓平衡盾構(gòu)機(jī)自身的性能由于不像泥水型的盾構(gòu)機(jī)可以長距離的在富水砂層內(nèi)進(jìn)行施工，所以，其的不足之處需要有關(guān)施工人員的仔細(xì)研究并采取措施減少其的損害。風(fēng)

6、險等級為二級。2.2施工突發(fā)風(fēng)險這里的施工突發(fā)風(fēng)險是結(jié)合盾構(gòu)機(jī)將要進(jìn)行掘進(jìn)工作的時間來預(yù)測的。據(jù)施工方的規(guī)劃來看，在春夏季2月到6月期間為此方案實(shí)行的最佳時間，但是在這段時間內(nèi)也會遇到雨季施工的種種風(fēng)險，具體被劃分為：2.2.1隧洞內(nèi)的封閉性不強(qiáng)，引起進(jìn)水現(xiàn)象由于富水砂層含水量豐富，滲透性好，且受擾動后易液化，因此土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在該地層中掘進(jìn)時極易出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象。在盾構(gòu)機(jī)下穿碧溪河過程中，容易發(fā)生隧道與河底水系貫通，造成管片上浮、錯臺甚至開裂破損，引發(fā)河水灌入隧道等災(zāi)難性后果。2.2.2盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行掘進(jìn)工作時易產(chǎn)生的安全事故在該地質(zhì)條件下進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)施工產(chǎn)生的安全事故具體預(yù)測有以下幾種：盾構(gòu)姿態(tài)

7、不好或者鉸接密封本身存在缺陷引起的盾構(gòu)鉸接處漏水、漏砂或涌水、涌砂；盾尾密封刷損壞引起的盾尾漏水、漏砂和涌水、涌砂；管片錯臺和破裂引起盾構(gòu)隧道內(nèi)進(jìn)水事故；掘進(jìn)過程中螺旋機(jī)噴涌，大量地下水、泥沙涌入隧道內(nèi)，造成極大的安全隱患；在注漿作業(yè)中同步注漿的難度很大，所需要的機(jī)器配合度高，管片拼裝的工作量極大，而工作部位卻很小，所旋轉(zhuǎn)與拼裝的難度也極高，這也是風(fēng)險所在的地方。三、對盾構(gòu)機(jī)在通過淺埋富水砂層時產(chǎn)生的風(fēng)險的主要措施在盾構(gòu)機(jī)長距離，長時間的通過淺埋富水砂層時會產(chǎn)生一系列上述所提到的有關(guān)安全風(fēng)險的問題，對此我們就要采用科學(xué)的方法從不同的方面去預(yù)防并解決它。3.1預(yù)防措施的采取在應(yīng)對工程自身風(fēng)險與環(huán)

8、境風(fēng)險時，施工方應(yīng)積極采取地質(zhì)勘測方法仔細(xì)研究施工區(qū)域的地質(zhì)特征，對其砂土產(chǎn)生的液化現(xiàn)象也要積極采取預(yù)防措施。在此次掘進(jìn)區(qū)間內(nèi)，施工方配置了兩部盾構(gòu)機(jī)，分別于2014年11月與12月投入使用，因此，在采取預(yù)防措施時，首先就要對盾構(gòu)機(jī)的整體全面的性能進(jìn)行一個檢測與檢查，將盾構(gòu)機(jī)的主要動力裝置，局部連接裝置進(jìn)行檢查，將盾構(gòu)機(jī)的油脂量加滿，使得盾構(gòu)機(jī)的尾密封刷能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。與此同時還應(yīng)該加強(qiáng)盾構(gòu)區(qū)間的監(jiān)管力度，加深施工人員對施工區(qū)域的水文地質(zhì)條件的深入認(rèn)識，嚴(yán)格控制盾構(gòu)的整體動力以及推進(jìn)速度，在平穩(wěn)中開展掘進(jìn)工作。3.2應(yīng)對措施的采取如果面臨嚴(yán)重的砂土層液化現(xiàn)象時，相關(guān)人員應(yīng)立即將情況報告給總部，并

9、采取及時的例如暫停盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)工程，采用最新的地質(zhì)勘測儀進(jìn)行勘測，制定出合理的解決方案。如果在盾構(gòu)機(jī)在富水砂層掘進(jìn)過程產(chǎn)生一系列的盾構(gòu)機(jī)突發(fā)事件或者是隧洞進(jìn)水現(xiàn)象，這時應(yīng)該根據(jù)過去所采集的水位記錄，設(shè)置防水限度與措施，采用水泵等排水設(shè)備進(jìn)行排水作業(yè)，進(jìn)水區(qū)域采用沙袋等進(jìn)行封堵。如果是遇到了盾構(gòu)機(jī)內(nèi)的進(jìn)水現(xiàn)象，這時有關(guān)人員應(yīng)積極組織專家對此現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)的分析，找出致病區(qū)域，盡快組織排水工作并對該區(qū)域進(jìn)行封堵作業(yè)，并加強(qiáng)對施工周邊的生態(tài)水域的檢測，有必要時積極聯(lián)系緊急救援單位，保證盾構(gòu)機(jī)的性能良好。在掘進(jìn)過程中遇到注漿困難與管片裝置的復(fù)雜時，這時我們應(yīng)該首先要對極其設(shè)備進(jìn)行暫停，停電措施，如果有傷亡人員應(yīng)及時送去就醫(yī)，再通知就近的施工人員與項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，積極聯(lián)系隧洞內(nèi)的負(fù)責(zé)人，將人員全部安全的引導(dǎo)出來，再利用科學(xué)技術(shù)對此現(xiàn)象進(jìn)行分析并采取積極有效的措施。四、結(jié)語在過去遇到此類問題傳統(tǒng)的解決方法是將盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)化為泥水型或者是采取明挖法開展掘進(jìn)工作。但是隨著現(xiàn)如今科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，地質(zhì)勘查水平的不斷提高，在條件受到限制的條件下，采用土壓型的盾構(gòu)機(jī)對廈門市軌道交通一號線開展掘進(jìn)工作也是可以的。其產(chǎn)生的風(fēng)險就需要專業(yè)人員進(jìn)行合理分析并積極采取措施