盾构过江隧道线覆土区域施工安全防范措施

    1 前言
    过江水底隧道有五种主要的施工方法：围堤明挖法、气压沉箱法、岩钻法、盾构法和沉管法。盾构法是修建隧道的一种重要施工方法，尤其是在软上地层中。自从1843年第一条盾构法隧道在伦敦泰晤士河下建成以来，盾构法隧道的设计和施工技术得到了很大发展，出现了泥水加压式和土压平衡式盾构，衬砌由铸铁转向钢筋混凝土或钢材组成。
    盾构法施工的主要特点：可在盾构的掩护下安全地进行土层开挖和衬砌的支护工作；进行水底隧道施工时，不影响航道通航；盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也较少；施工不受风雨等气象条件影响。
    盾构法存在的一些问题是：当隧道曲线半径过小时，施工较为困难；在水下作业时，覆土太浅则不够安全；盾构施工中采用全气压方法以疏干和稳定地层时，对劳动保护要求较高，施工条件差；在饱和含水层中，盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水性的技术要求较高。
    2 浅覆土区域盾构掘进时存在的安全问题
    2.1 浅覆土易产生冒顶通透水流
    为了减少线路的坡度，一般河底段覆土极浅。在浅覆土区域，在高水头压力情况下，大刀盘前方土压平衡不容易建立。河水常从扰动土体的裂缝中经大刀盘开口及盾尾进入盾构机，造成盾构淹水。这种机损人亡事故时有发生。
    2.2 隧道上浮
    水域下浅覆土中推进的盾构，上下受到的力不均衡，盾构姿态上扬，压坡困难、隧道上浮，轴线难以控制。拼装完成的隧道环脱开盾尾后，由于上部压载及自重无法抵抗地下水引起的浮力使隧道上浮。如果不采取相应加固对策，极易引起隧道局部开裂、漏水。
    隧道穿越饱和土层，会受到水的浮力，当浮力超过隧道上覆土重量和隧道及隧道内设备自重时，隧道将上浮。当管片脱离盾尾时，隧道被包围在壁后注浆的浆液中，受到浆液的浮力比在饱和土中受到的浮力要大得多。同时，盾构推进挖出土方导致地基卸载，拼装好的隧道会受到地基回弹的作用向上偏离中心轴线。在浮力和地基回弹共同作用下，隧道上覆土产生隆起，若最大隆起值得不到有效控制，覆土层将被顶裂，产生透水裂缝，河水沿透水裂缝涌入盾尾将严重影响隧道和隧道施工的安全。
    3 广州地铁三号线沥～大区间盾构浅覆土区域施工难点
    广州地三号线沥滘～大石北盾构区间工程，共分为2个区间段构成：大石北始发井～厦滘站、区间隧道长1429.791m；厦滘站～沥滘站，区间隧道长1621.75m.共有2次过江。
    其中，隧道在YCK13＋780～YCK14＋098处过三枝香水道，水道河面宽度约为300m.隧道包括左、右线各一条，采用2台泥水加压平衡盾构机施工，先施工隧道右线，盾构机由三枝香水道南岸往北岸方向推进，当右线盾构推过江后，隧道左线由三枝香水道南岸往北岸方向推进施工。
    隧道在过三枝香水道的断面内存在着强风化岩、中风化和微风化等粉砂质泥岩的复合地层，拱顶以上主要为淤泥、淤泥质细砂和粘土。过江段隧道总长约为312m，存在风化夹层，强度较高，岩体较为破碎，地表水与砂层及基岩裂隙水联系较为密切，且隧道上方存在软弱地层，对盾构破岩能力及防冒浆的能力要求较高。盾构机穿越三枝香水道，隧道洞身围岩水文地质条件受其影响较大。三枝香水道的水位主要受北江洪水和潮汐的影响，而且两个相邻的高潮或低潮的潮位和潮流历时均不相等，一般历年最高潮位多出现在汛期，最低潮位则出现在枯期，涨潮历时短，落潮历时长，高潮平均水位为5.85m，低潮平均水位为4.33m.
    隧道过三枝香水道是在YCK13＋780～YCK14＋098处，河面宽约312m隧道洞身岩层全部为岩石全~微风化带，地质均匀，地下水亦较为丰富，且过江段覆土厚度较薄，土层软弱，江中水压较高，故盾构掘进时风险较大。
    三枝香过江段地质条件复杂多变、风险极大，过江段覆土厚度较薄（仅为7.4m），江底780环到840环覆土厚度一般都在6～7m的范围内，即使是最厚处也仅有8.6m，略大于1倍盾构直径，地质条件极差，上部为透水性差的砂质土；840环附近风险最大，隧道顶部全部为稳定性极差的淤泥层，容易塌方，盾构机容易抬头，稍有不慎，将导致喷涌，江底塌方、江水灌入隧道等重大安全事故，后果不堪设想。而且受潮汐等影响，隧道稳定难度大。过江段是关键地段，直接影响到盾构施工的成败，为了保证盾构机顺利穿越难度极大的三枝香水道，在整个施工过程中必须运用信息化施工，控制隧道变形，并对盾构掘进中的各类施工参数进行报考管理。
    为确通关江成功，避免重大事故的发生，地铁总公司多次组织国内外著名地铁盾构施工方面的专家对《盾构过江专项方案》的安全性进行审查、论证、分析和研究。经过与会专家科学、严肃、认真地论证，提出了“护头保尾”、“过江监测”、“作业预案”、“管片不浮监测”等有针对性的意见。
    施工单位在过江前对盾构机进行了检修保养并更换了刀具，避免了江底换刀的风险。在施工过程中，采用感应器法和声纳法的监测技术，保护了河道的安全。此外，还结合实际制定了过江应急预案，确保万无一失。