盾构隧道进出洞施工风险

盾构隧道进出洞施工风险、对策、教训和方法（共同学习之一）编写人：章履远盾构隧道掘进施工中处于正常掘进状态时，往往工作顺利，不会产生多大的问题。

而在进出洞施工时，由于施工环节多，复杂而且要求高，包括洞口地基加固、洞圈密封装置、盾构基座、后盾支撑等，只要某一环节控制不当，带来的危害无法估量。

从而形成盾构隧道掘进施工中的一道关键工序。

现求有关盾构施工中出现的进出洞事故是如何发生的、造成后果、处理措施，应有怎样的教训，以及盾构进出洞施工各工序应注意的事项逐一列下，供各位施工人员作为工作参考。

以求达到共同探讨，共同提高的目的。

一、进出洞事故举例：1、某一工程，在区间隧道中间设立一风井，风井地下部分为24.2m ×15.6m矩形基坑，深约31.7m。

风井围护为厚1.2m、深49.7m地下连续墙。

隧道外径6.2m、内径5.5m，管片厚0.35m、宽1.2m。

风井盾构进出洞地基处理采用高压旋喷桩加强，要求加强后土体无侧限抗压强度Q u≥0.5Mpa～0.8Mpa。

加强范围地面下一直到坑底下3.0m。

实际施工检验Q u值达到1.0Mpa以上，满足设计要求。

2006年5月某日，在盾构安全进出风井一个月后，拆除上行线洞口防水装置时出现了进洞处的下方局部渗水。

施工人员当即进行抢险作业，进行堵漏、注双液浆、注聚氨酯等。

并在隧道内加支撑、压砂袋，并加强隧道和地面沉降观察。

抢险后总算险情得到控制，也未对周围环境、交通造成影响，也无人员伤亡。

为消除事故隐患，事后立即采取地面注浆，补打降水井等措施。

几天后，风井上行线出洞口又发生漏水、涌砂现象，出现第二次险情。

抢险人再次抢险，用水泥封堵出洞口漏水点，并在隧道内进行聚氨酯注浆，再次堵漏成功。

事后，继续对地面下注浆，以填充流失的土体，并同时降水。

三天后下午，进洞口附近再次发生漏水涌砂。

抢险人员又在隧道内注聚氨酯，直到晚上堵漏成功。

分析原因认为，加固体与基坑围护体之间，加固体与隧道管片之间存在渗水通道。

当洞口止水装置拆除过程中，在地下水压力下，通过渗水通道涌出，造成突涌事故。

为了处理事故，地面共钻孔46个，地面双液注浆99.7吨，隧道内注双液浆48.15吨，地面和隧道内注聚氨酯17吨。

据估算，险情发生时，砂土流失量约260～300m3（因为地面和隧道内总注浆量300m3）。

险情虽没有造成大的影响，但造成了盾构进出洞段管片变形破损。

上述事故得出什么教训呢？本人认为：土体加固质量差，存在漏洞，造成加固体与围护体有渗流通道；其次，加固体与隧道外壁不密贴，即进洞时没有很好做到密封工作（超挖、注浆）；再次抢险时降水井不到位，如果到位，第一次渗漏没有预计到，第二次、第三次就不会发生。

（本人不能确定另一原因可能是地面向下注浆时，由于注浆压力破坏了堵漏体，使出现第二次、第三次渗漏）。

从漏水事故发生到三次抢险，用了17吨聚氨酯、99.7＋48.15≈148吨双液浆，及隧道破损加固，损失不小。

还要几十号人几天几夜不睡觉，处于紧张状态的精神损伤也不能小看。

本人依为，不采用降水辅助措施是最大败笔。

因为31.7深基坑其水压力多大。

2、南京地铁某区间盾构进洞事故：该区间用一台土压盾构机从区间右线始发，到站后解体吊出，转运到原站第二次左线始发，到站后解体运出。

地层情况为；上部淤泥质粘土，下部为粉土、粉细砂。

上部为潜水，下部砂土有承压性。

深部含水层与长江水有一定水力联系。

端头井处为中密，局部稍密粉土，上部为流塑状淤泥质粉质粘土。

采用高压旋喷桩配合三轴搅拌桩加固土体。

进洞时，发现盾构刀盘顶上地连墙外侧。

开始人工破除混凝土切割钢筋，当操作人员转动刀盘，方便割除钢筋时，刀盘下部出现较大漏水涌砂点，并迅速扩大发展。

瞬时涌水涌砂量约达260m3/h。

仅10分钟，盾尾急剧沉降，隧道内局部管片角部及螺栓部位产生裂缝。

洞内作业人员迅速用方木、木楔，对车架与管片紧邻部位填充加固，控制管片变形。

不到一小时，到达段地表沉陷。

决定封堵洞门。

第一天：①紧急抽水；②在洞口外面放置竹胶板，后面用编织袋装土、装水泥封堵。

后再用吊车吊入钢钣封堵；③隧道内用方木对车架与管片空隙支顶（无法控制时撤出作业人员）。

隧道内再用袋装水泥筑挡墙，共用90吨水泥。

在堆砌过程中还有局部渗漏。

以后还对始发洞口进行封堵；第二天：①端头井洞口用钢钣封堵，在钢钣后架设支撑，并浇筑34.0m3混凝土；②地表向下进行注浆；③始发站洞口叠起袋装水泥挡墙。

第三天：①端头井洞口架设支撑，再在封闭口内浇入混凝土；②洞门钢环下还出现漏水漏砂，再用袋装水泥、棉被封堵；③右线盾构井内立模板浇2.0m高混凝土封井。

几天后：始发井水泥堵墙施工完成，并按装钢筋网片，纵横向架设支撑，向洞内灌水；端头井二侧钻孔注双液浆；地表沉陷处回土。

十天后：在端头井端部再浇混凝土，险情才得到控制。

对于本次事故我们应接受的教训是什么呢？本人认为有以下几点应吸取：①、没有充分认识到该区域地层中沙土含水量丰富并有压力，与长江水系连通，补给充分这一事实而疏于防范；②、没有采用辅助降水措施是最大败笔；③、加固体封堵不密实，存在很大漏洞，当凿除洞门混凝土时瞬即发生漏水；④、因为凿除洞门混凝土，采用的洞门封闭失效，又没有其他防水措施跟上。

砂性土、高水压、与长江水系有联系，这些危险因素在施工管理人员心中没有意识到。

个人认为，如果管理人员意识到这些危险因素，只要采用一项降水措施，并降水到位，就不会造成上述重大事故。

（从事故照片上看出，该车站好像位于郊外）二、洞门土体加固方法和效果：当盾构机从洞门始发，或盾构机到达接收井，在穿洞门时都必须先凿除端头井洞门口的围护墙。

一旦围护墙凿除后，洞门口就暴露出地下的自然土体，该土体在地下10余米深，洞门直径达6.5m，肯定不能自立，并且地下水丰富，如果不采取措施，洞门口连土带水涌入端头井内而形成事故。

因此洞门口的土体必须作加强处理，以保证洞门口围护墙凿除后土体能自立。

其次还要保持洞外土体与洞门外井壁处于密封状态，使地下水也不会流入井内。

以达到安全施工之目的。

洞门口土体的加固方法选择是根据端头井洞门外土层物理力学指标、隧道直径和埋深、洞门结构、拆除方法、地面及周围环境等因素，来选用合理、安全的地基加固处理方法和范围。

常可采用：高压旋喷桩、水泥土搅拌桩、SMW桩、注浆法、冻结法、降水法等。

各种加固方法其加固土体效果是不同的，包括适用性、经济性、方便性及环境影响等。

现分别叙述如下：1、水泥土搅拌桩法加固：水泥土搅拌桩法土体加固在SMW工法没有引进之前，上海地铁的洞门口土体加固常采用此法，一般为双轴Φ700mm直径搅拌头，二轴之间距离为500mm，因此搅拌体形成200mm 的搭接。

由于该设备机体制作简单，搅拌轴细，搅拌叶片仅在头上几片，垂直度保持差，动力小，加固深度只能在20m以内，相对加固质量差，遇有较硬、较密实土层就搅不动，应用受到限止。

自从引进了SMW工法桩，因为该工法设备机体粗壮，搅拌轴粗，垂直度保持好，相对搅拌均匀，并有Φ650mm、Φ850mm、Φ1000mm多种规格可供选用，由于动力大，各种软硬土层都能适用，搅拌轴为螺旋状或叶片状全程搅拌且加固深度可达40m。

从而凡采用洞门口水泥土搅拌桩加固法时，多由SMW工法桩替代了。

现重点来讨论SMW工法桩的要求、注意点和捡验方法。

①、对设备的要求：a、搅拌驱动电机具有工作电流显示；b、具有桩架垂直度调整功能；c、主卷扬机具有无级调速功能；d、采用电机驱动的主卷扬机应有电机工作电流显示，采用液压驱动的主卷扬机应有油压显示；e、桩架立柱下部搅拌轴应有定位导向装置；f、在搅拌深度超过20m时，须在搅拌轴中部位置的立柱导向架上安装移动式定位导向装置。

满足这些要求的目的，就是要做好土体加固这一工作的设备保证。

有些承包商，价格很低，采用的是自制土设备，或改装过的设备施工，人为因素大，质量得不到保证，从而引起洞门事故，得不伤失。

②、施工准备：a、施工场地必须平整，清除表层硬物和地下障碍物，场地满足机械行走要求；b、要有施工组织设计，包括平面布置、设备材料堆放、配电供水、施工顺序、技术质量安全技术措施等；c、对测量放样复核、有监理验收签证；d、要通过成桩试验，确定搅拌机头的下沉、提升速度、水泥浆液水灰比等参数。

③、施工：a、桩机就位对中偏差≤20mm，立柱导向架垂直度偏差≤1/250；b、搅拌头下沉速度在0.5m/min～1m/min范围内，提升速度在1m/min～2m/min范围内；c、浆液泵送量应与搅拌机头的下沉或提升速度相匹配，以保证搅拌桩中水泥含量的均匀性；d、常用浆液水灰比控制在1.5～2.0之间。

水泥用量应严格控制，每台班测量水泥浆液比重不少于3次。

并填写成桩记录表。

④、验收：主要是检验水泥土搅拌桩的桩身强度。

采用的方法是：浆液试块强度试验（28天无侧限抗压强度），或钻取桩芯强度试验。

取芯数量为单桩总数的2％，并不少于3根。

每根沿不同深度、不同土层处取芯不少于5组，每组3件试块。

用Φ110mm钻头连续钻取全桩长范围内的桩芯，并立即封闭及时做强度试验。

其实用SMW工法加固土体的效果好坏，重点还在施工时的过程控制，如注浆量与下沉、提升的匹配，供浆的均匀性，尤其是垂直度，不能因为二根桩套接时造成左右偏差而形成搭接间隙（称“开裤衩”）。

从而造成盾构机进出洞的风险点。

2、高压旋喷桩法加固：高压喷射注浆最早应用于铁道、冶金、水利部门，再逐渐扩大到建筑部门，获得广泛应用。

其工艺是先在土层中钻一个孔（可以垂直、也可以倾斜、水平甚至向上），把含有高压喷射头的管子放入需加固土壤的深度处，用高压（20Mp a～40Mpa）浆流或水流去冲切土壤颗粒，使其破坏原有结构，与注入的泥浆颗粒重新组合排列，形成新的固结体。

一般来说，压力越大其冲击力越大，土体加固半经越大。

土体强度越差，切割土体半径越大。

从高压喷射形式来说可以分为最常用旋转喷射，有一定喷射角度的摆动喷射，还有喷射向一个方向不动的定向喷射。

从高压喷射的方法来说可以分为：单管法、二重管法和三重管法，分别叙述如下：①单管法：仅为一个喷嘴，喷嘴里喷出的是加固的较稀的泥浆，泥浆的压力＞20Mpa，不断地喷射旋转逐渐提升，在需加固的土体中形成一定直径的园柱状固结体。

此法设备简单、操作不复杂、材料也省，不足之处就是加固土体范围相对小些，对加固深层土体来说，有点不合算，因为要加固17.0m以下的3.0m的土体，却打了许多钻孔；②二重管法：与单管法不同的是喷嘴处有一个同轴双重喷嘴，喷嘴中间喷出的是水泥浆，中间喷嘴的周围喷出的是高压空气，由于周围高压空气的助喷作用，使中间的高压泥浆流能更有效切割土体，使加固土体直径比单管明显加大。

喷射浆液压力＞20Mpa，喷射高压空气≥0.7Mpa；③三重管法：喷嘴处有多了一个喷嘴，不过同轴喷嘴的中心喷口不喷泥浆而改为喷水，同轴喷嘴的周围还是喷空气，喷的高压水达到34～40Mpa，大大提高切割破坏土体的能力，同时喷进去的高压水沿着钻孔冒出地面，并带出需加固土体的部分颗粒，在同轴喷嘴下方10～35cm处再设一个喷嘴，专门用来注入加固土体的水泥浆，且水泥浆的压力仅为1～3Mpa，有的资料介绍仅为0.1～0.3Mpa，因为水泥浆注入机理是在被高压水破坏后的没有强度土体中与土颗粒重新组合排列形成加固体，所以不需要高压。