土壓平衡盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)距離通過(guò)淺埋富水砂層的風(fēng)險(xiǎn)分析與應(yīng)對(duì)策略

1、    土壓平衡盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)距離通過(guò)淺埋富水砂層的風(fēng)險(xiǎn)分析與應(yīng)對(duì)策略    史晉鵬【摘要】隨著社會(huì)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(shí)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(hào)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(duì)其通過(guò)淺埋富水砂層的風(fēng)險(xiǎn)因素與避免風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)；應(yīng)對(duì)措施一、掘進(jìn)工程的簡(jiǎn)要介紹廈門市軌道交通

2、1號(hào)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(zhǎng)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(gè)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(jiǎn)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(lái)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(lái)說(shuō)，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(huì)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(lái)了不小的難度。二、盾構(gòu)機(jī)通過(guò)淺埋富水砂層的風(fēng)險(xiǎn)分析經(jīng)過(guò)有關(guān)人員仔細(xì)完整的對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行了地質(zhì)勘測(cè)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(xiǎn)類型主要分為以下二種：2.1

4、工程自身風(fēng)險(xiǎn)與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)在工程自身與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)等級(jí)為二級(jí)。（1）不利的地質(zhì)條件。在施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)有關(guān)人員的地質(zhì)勘測(cè)后發(fā)現(xiàn)有以下三種地質(zhì)現(xiàn)象會(huì)對(duì)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(huì)對(duì)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(lái)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(jí)屬于中等階段。b.人工作業(yè)產(chǎn)生的積土，經(jīng)過(guò)人為施工或者人為填土工作后，分布在整個(gè)場(chǎng)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(guò)特殊的壓實(shí)處理后會(huì)分布不均勻

5、，分布的范圍也窄，對(duì)施工會(huì)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(guò)地質(zhì)勘測(cè)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(huì)產(chǎn)生軟化現(xiàn)象，對(duì)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(guò)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(zhǎng)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(xiǎn)等級(jí)為二級(jí)。2.2施工突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)這里的施工突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)是結(jié)合盾構(gòu)機(jī)將要進(jìn)行掘進(jìn)工作的時(shí)間來(lái)預(yù)測(cè)的。據(jù)施工方的規(guī)劃來(lái)看，在春夏季2月到6月期間為此方案實(shí)行的最佳時(shí)間，但是在這段時(shí)間內(nèi)也會(huì)遇到雨季施工的種種風(fēng)險(xiǎn)，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(dòng)后易液化，因此土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在該地層中掘進(jìn)時(shí)極易出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象。在盾構(gòu)機(jī)下穿碧溪河過(guò)程中，容易發(fā)生隧道與河底水系貫通，造成管片上浮、錯(cuò)臺(tái)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(shí)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(cè)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(cuò)臺(tái)和破裂引起盾構(gòu)隧道內(nèi)進(jìn)水事故；掘進(jìn)過(guò)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(xiǎn)所在的地方。三、對(duì)盾構(gòu)機(jī)在通過(guò)淺埋富水砂層時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)的主要措施在盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)距離，長(zhǎng)時(shí)間的通過(guò)淺埋富水砂層時(shí)會(huì)產(chǎn)生一系列上述所提到的有關(guān)安全風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題，對(duì)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(duì)工程自身風(fēng)險(xiǎn)與環(huán)

8、境風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，施工方應(yīng)積極采取地質(zhì)勘測(cè)方法仔細(xì)研究施工區(qū)域的地質(zhì)特征，對(duì)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(shí)，首先就要對(duì)盾構(gòu)機(jī)的整體全面的性能進(jìn)行一個(gè)檢測(cè)與檢查，將盾構(gòu)機(jī)的主要?jiǎng)恿ρb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(shí)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(duì)施工區(qū)域的水文地質(zhì)條件的深入認(rèn)識(shí)，嚴(yán)格控制盾構(gòu)的整體動(dòng)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(duì)措施的采取如果面臨嚴(yán)重的砂土層液化現(xiàn)象時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)立即將情況報(bào)告給總部，并

9、采取及時(shí)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(cè)儀進(jìn)行勘測(cè)，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(guò)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(shí)應(yīng)該根據(jù)過(guò)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(shí)有關(guān)人員應(yīng)積極組織專家對(duì)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(duì)該區(qū)域進(jìn)行封堵作業(yè)，并加強(qiáng)對(duì)施工周邊的生態(tài)水域的檢測(cè)，有必要時(shí)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(guò)程中遇到注漿困難與管片裝置的復(fù)雜時(shí)，這時(shí)我們應(yīng)該首先要對(duì)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(shí)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(lái)，再利用科學(xué)技術(shù)對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行分析并采取積極有效的措施。四、結(jié)語(yǔ)在過(guò)去遇到此類問(wèn)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(duì)廈門市軌道交通一號(hào)線開展掘進(jìn)工作也是可以的。其產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)就需要專業(yè)人員進(jìn)行合理分析并積極采取措施