摘要：本文以广州地铁五号线[西场-草暖公园]区间为例，在盾构机掘进过程中，遇地下暗河，水压高达3.5bar，盾构机推进速度缓慢且造成隧道内螺旋机大量喷涌，施工风险极高。
关键词：刀盘；固结；粉煤灰；聚氨酯；脱困
1.前言
随着国内人民生活水平的不断提高，地下轨道交通日益为各城市居民出行的首选交通方式。因此，国内各城市也纷纷将地铁建设提上日程。在地铁建设中，最常用的设备为盾构机，盾构机在地下施工领域具有安全、高效的特点。但是盾构机经常遇到地下暗河，在该区域土压平衡盾构机施工风险系数极高，为安全快速通过地下暗河，施工方一般采用地面注浆的方法来阻断水流，该方法安全可靠，但是一旦操作不慎就会使刀盘甚至盾构机被固结，再次恢复推进困难。
2.地下暗河对盾构施工的影响及危害
地下暗河也叫"伏流"，指地面以下的河流，是由地下水汇集，或地表水沿地下岩石裂隙渗入地下，经过岩石溶蚀、坍塌以及水的搬运而形成的地下河道。有些地下暗河水流量大、压力高、覆盖范围广、地勘难以勘测等特点。一般市内地铁盾构机多采用EPB模式盾构，此模式盾构机行经暗河区域时会造成螺旋机大量喷涌，大量喷涌出的泥水沙堆积在盾构机内部，不但影响了盾构机推进速度（盾构机停机清渣占据大量工作时间），还使得盾构机所在地层泥沙大量流失，对地面失去支撑力，极容易造成地面沉降或者塌方；另一方面，盾构机在高水压区域推进力受高水压的影响而抵消，真正作用在开挖面上的推进力很小，盾构机贯入度小，使盾构机一直处于大推力、低扭矩、小贯入度的推进状态，推进速度缓慢，影响了整体工期规划，造成大量资源浪费。
3.盾构机经过暗河区域的应对及处理措施
3.1已探明暗河
本项目在对已探明暗河采用如下措施，并取得较好效果
（1）在距离盾构机刀盘前至少100米外（原则上越远越好）的范围内进行打孔注浆，注浆的同时在盾构机掘进方向距离刀盘20米范围内先打一排间隔1m探孔对前方情况进行探测，确保安全后方可向前掘进。
（2）沿开挖线外布置Φ42超前小导管L=4.5m，间排距为1m，梅花型布置。小导管注浆材料采用CS浆，C:S=1:(0.4～0.6)(体积比），水泥浆水灰比0.8:1～1:1，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水玻璃模数为2.8，水玻璃浓度为35Be′。注浆采用纯压式灌浆，注浆压力大约为1.0MPa。
3.2未探明暗河
本文重点讨论未探明暗河，在本项目正常推进期间，途经未探明暗河区域，盾构机出现严重喷涌现象，且盾构机推进困难，地面沉降比较严重。盾构机推进期间，螺旋机泄流门开启，既有大量泥水涌出，盾构机呈快速前进状，待泄流门关闭后，盾构机被高达3.5bar水压推回，掘进异常困难，频繁原位泄流，致使地面失去支撑力，开始沉降。
3.2.1采取应对措施
本项目盾构机遇到未探明暗河后由于采取措施不当，导致盾构机刀盘被水泥固结。因停机位置为立交桥桥底，处于闹市区，且开挖面水压高达3.5bar不适合开挖竖井及人工进仓破除凝固水泥，这时候可采取以下措施：
（1）盾尾管片后六环注入双液浆做止水环，阻断已成形隧道内水流。
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（2）盾构机主机通过盾体内部盾壁注浆孔注入少量废机油使其附着在盾构机主机外壁（注入量严格控制，避免污染环境，一般注入50-60L左右视盾构机开挖直径不同而不同，本文以φ6280mm盾构机为例，注入油脂主要为所有处理措施完毕后更容易恢复掘进做准备），外壁注入衡盾泥，填充外壁空间，阻止水泥浆进入（本操作主要是为避免水泥浆进入盾体外壁和超挖隧道外壁之间的空隙，一旦水泥浆进入该空间，硬化后致使盾构机与周围土体固结为一刚体，盾构机推进力远小于其产生的摩擦力，使盾构机恢复推进困难）。
（3）土仓内注入聚氨酯和粉煤灰的混合物。经实验聚氨酯与粉煤灰的混合比为3:2（体积比）所生成混合物遇水抗压强度约为0.5Mpa，且注入土仓后遇水迅速凝结硬化，地下水流不能使其移位，0.5Mpa的抗压强度人工可轻易破除（实际结果显示：双液浆原初凝时间为12s，但是双液浆进入水体以后，其浓度被地下水稀释，凝结时间远大于12s。在实际应用中，双液浆尚未凝结即被流动地下水输送到盾构机所在区域，最终聚集在刀盘及土仓内，待凝结时间到，双液浆凝结在刀盘内，使得刀盘和盾构机被水泥固结为一整体，造成刀盘不能启动，不能回复掘进施工。本操作主要是为了避免刀盘固结。）。
（4）土仓及刀盘空间充满聚氨酯与粉煤灰混合物硬化后，在刀盘前十米范围内（可根据地下暗河影响区域范围自由调整）进行双液注浆。首先采取普通水泥加水玻璃浆液时，水泥-水玻璃双液注浆参数为:水玻璃模数M=2.8～3.1,水玻璃溶液浓度Be′=35～40,水泥浆水灰比W/C=0.75:1～1.0:1(重量比),水泥浆:水玻璃=1:0.25(体积比),初凝时间12s终凝时间35s，注浆压强为0.6～3.5MPa,浆液扩散半径为0.5～1.3 m注浆终压控制在3.5Mpa以内。
（5）6～8小时后，派专人依次打开各点位盾壁放水孔（球阀控制，每人监察一孔）检查土仓内压力及水流状况，如无水流出，表示土仓内已充满填充物。然后进行地面加固区取芯测，每隔50cm横向纵向取芯，检查加固情况及地下水流情况，如无水流表示加固阻水效果良好。最后视各盾构机具体条件，根据刀盘停机角度选取合适点位探孔进行掌子面钻孔测试（此步骤非常重要），探孔深度可根据加固区厚度而定，一般为加固区的三分之一，确保探孔无水流流出。以上步骤，每一步都须确保无水流流出，一旦有水流出，说明加固深度及范围不足，还需继续加固，直到满足以上条件为止。
（6）根据当地业主及监理要求进行保压或者常压开仓（此处如果加固措施合理效果理想，作者建议常压开仓，因聚氨酯常含有可挥发性醚、酯、脲等物质，对人体有伤害且可能会引起爆燃等，保压开仓增加进仓人员的风险。），进仓人员需做好必要的防护措施，衣着避免静电，另外需配备防毒面具、灭火器等相关设备。现场需做好通风排气措施，避免可燃气体聚集。
（7）进仓人员作业时，禁止一切电动工具，尽量人工破除，如需机械破除，需使用气动工具。
（8）舱内物质清除完毕后进行刀盘清理，确保刀盘无水泥及其他填充物。根据实际情况，进行刀具更换（作者建议此处更换相应滚刀，加固体一次通过，避免加固体内换刀，给操作人员及工程带来巨大风险）。
（9）舱内填充物处理完毕后，根据现场情况可恢复掘进。因盾壁与土体之间充满填充物，掘进初期可能会遇到推力大且无速度的情况，可反复多尝试几次，如还无速度显示，可考虑土体膨胀致使盾构机被土体箍住。此种情况脱困技术已比较成熟，在此不再进行赘述。
综上：EPB盾构机在掘进过程中遇到未探明暗河时，每一步处理措施及操作都需谨慎，切不可盲目采取措施，特别是在高水压、高富水的闹市区，稍有不慎有可能会对现场施工人员及整个隧道工程乃至地面人员、建筑等造成巨大安全隐患。
4.结语
本文结合广州、哈尔滨、长沙等地地铁的实际情况，针对广州、深圳、厦门等地区地层情况复杂、溶洞、破碎带、裂隙多，造成地下暗流多等特点，撰写地下暗河处理措施一文，希望对广州及全国地下工程盾构施工提供借鉴，对未来珠三角及其沿海地带盾构施工有参考意义。
参考文献
[1]王禹.《广州地铁盾构隧道施工中地表沉降的SVR法预测研究》. 2016-04
[2]区穗辉.《大直径泥水盾构穿越硬塑状粉质粘土层防治泥饼技术》. 2012-02
[3]陈沅江，万秀峰.《外加剂对水泥-水玻璃浆液凝固特性的影响》. 2014-07
论文作者:李继龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/19
标签：盾构论文; 地下论文; 暗河论文; 水玻璃论文; 水泥浆论文; 水流论文; 水压论文; 《基层建设》2019年第13期论文;