行业要闻

      盾构区间常位于闹市区，提前加固软土场地条件局限性很大。同时，因杭州软土分布面积大，如果要处理则工程量非常大。在实际施工过程中，主要采用调整液压千斤顶和增加配重来控制盾构机姿态，避免出现隧道“蛇形”和盾构机“叩头”现象。对于少量无桩浅基础多层建筑物主要采用拆除的办法来确保安全，总体施工效果良好。

      杭州地区潜水位浅埋，浅层粉土因含水量大，沉积时间短，可能在动力条件下产生砂土液化。特别在钱塘江两岸的围垦区，浅表松散回填粉土和浅部新近沉积的地层，沉积年代只有几十年。这类粉砂土的砂土液化等级一般为轻微，局部可达中等。

通常情况下，粉土和砂土( 统称粉砂性土) 并不看作为特殊土，但对于盾构施工而言，粉砂性土因其粘聚力低而具有特殊性: 易液化，易坍塌。

      ( 1) 砂土液化主要原因是地震。杭州市地铁已开工线路“近场区不具备发生 6 级以上地震的构造条件”，所以砂土液化产生的可能性较小。但 1 号线下沙段洞身围岩主要为沉积时间相对较短的粉砂性土，仍然不能排除地震液化的可能。

      ( 2) 盾构隧道之间的横通道施工和盾构机进出工作井时，易坍塌的粉砂性土给施工带来困难，必须做好地基加固和围护工作。当加固效果不理想时，可能会发生管涌、流砂并导致大面积塌方的严重后果。杭州地铁隧道横通道施工常采用冰冻法处理，盾构机进出工作井常采用冰冻法或高压旋喷桩配合三重水泥搅拌桩处理方案。

      杭州地层中有 2 层 ～3 层圆砾层，局部( 钱塘江两岸) 连续分布，形成厚度达 20 m 以上的巨厚圆砾层，层面埋深 30 m 左右。总体上圆砾层中大于 2 mm 以上砾石颗粒占 50% ～65%，其中大于 2 cm 以上卵石颗粒占 20% ～ 30% 左右。其中 4 号线富春路站以南区段范围颗粒稍大，但还未达到卵石类别，且埋深达35 m 以上。通常情况下，盾构区间底板埋深小于25 m，但 1 号线和 2 号线下穿钱塘江段最大埋深大于30 m，其中 1 号线会揭露圆砾层。由此，会有两个风险: 圆砾层为最主要的承压水含水层，盾构机会面临高水头承压水的威胁; 盾构会出越上软( 软塑 ～ 可塑状的粉质粘土) 下硬( 圆砾) 的不良地层组合( 详细分析参见第 3 节) 。该区间承压水水位为 －4 m ～0 m，承压水顶板高程一般为－31. 55 m ～ －33. 97 m。圆砾层粘粒含量极少，渗透系数大，一般可达 1 m/d，含水量极丰富。一旦土压较大波动，就可能会造成过量砂粒和粘粒涌入密封舱，可能导致密封舱的失压，引发江底沉陷。

 

      本文所述不利复合地层( 上软下硬组合) 是针对盾构施工工艺而言的，当采用矿山法施工时却很可能属于常规地层组合。主要考虑淤泥质土或软塑的粘性土与其他力学性质相对较好的地层组成不良地层组合，地层的软硬是相对的，如可塑以上粘性土、粉砂性土、砾石层、基岩等均可以看作相对于淤泥质土的硬土层。

      典型的上软下硬不利复合地层如 1 号线某区间中深埋的区段^［3］，盾构上部2/3 左右为软塑 ～ 可塑状的含砂粉质粘土，下中部1/3 为细砂或圆砾层。圆砾层呈中密 ～密实状。本地层组合的区间长度约 330 m，占整个区间总长度的 11. 8%，主要分布在江中埋深最深的部分。盾构在推进过程中，刀盘上下所受阻力不同，会造成控制盾构机姿态困难，刀具磨损严重等问题。

      为了避免在江底进行更换刀盘的复杂施工工艺，进行设计优化并经专家论证，最终将江底部分隧道底板适当上调约 2 m，以避开圆砾层。实际施工过程中盾构推进顺利，既降低了施工风险，且节约了工期和工程投资。

 

      杭州地铁1 号线江南段( 钱塘江南岸 ～ 湘湖区段)多处存在浅层天然气。2007 年8 月18 日某区间及其相邻站点的勘探过程中，有数个孔出现严重的喷水、气、砂混合物的现象，其中喷出的最大高度达 8 m，喷出时间最长持续 18 h，点燃火焰高度 3 m ～4 m^［4］。且出现反复喷发现象，当第一次喷出稳定后，临近 1 m 左右再打静探沼气探测孔，又会出现沼气的喷出，如图2 所示。

      本地区浅层天然气属甲烷型生物成因气，因江南地区属于萧绍平原地貌单元，由于钱塘江近代频繁改道，形成分布不均的牛轭湖及内河道; 牛轭湖及内河道大量生物繁殖，这些生物由于地质环境的改变在无氧状态下，经细菌分解为甲烷和二氧化碳。甲烷生成后，以溶存于地下水的溶存气体及存在于土颗粒空隙中的游离气体两种形式存在于地层中。根据国家天然气总公司上世纪 50 年代在滨江区和萧山区探测，土层中气体的主要成分为甲烷，呈蜂窝状、透镜体状不连续分布，埋深在 10 m ～35 m 之间，最大压力根据喷出水柱高度估算为 400 kPa。结合本场地地层情况分析，气源层为浅海相的⑥₁层淤泥质粉质粘土和湖沼相的⑧₂层淤泥质粉质粘土夹粉砂层，主要储集层为⑧₂层淤泥质粉质粘土夹粉砂和层粉砂，上述土层具有较好的透水透气性，加上覆盖层淤泥质粘土层稳定分布，形成气水同层，具有面积大、分布广等特点。在后续的勘探过程中，1 号线富春路站 ～ 滨江站区间、滨江站 ～西兴站区间、西兴站 ～ 滨和路站区间、九堡东站 ～ 下沙西站区间、下沙西站 ～ 下沙中心站区间、下沙中心站 ～下沙东站区间等区间，及相邻车站均发现了有害气体。

      甲烷是无色无味的气体，对人基本无毒，但在通风不良的情况下，浓度过高时，可使人窒息死亡。其浓度达到 5%时，遇高温或明火时，具有气爆性。由于设计线路隧道底埋深为 14 m ～20 m，正好位于富存甲烷气体土层，因此在区间施工过程中存在一定风险。

      1 号线下沙段某车站在施工过程中出现底板翻砂翻水和冒气的现象，危及地下连续墙的稳定性。在马上采取应急措施后，进行了系统的处理排气措施。排气主要采取了竖向隔断和水平隔断有力措施^［5］，有效地解决了沼气对车站施工的危害。竖向隔断是指采用高压旋喷桩隔断车站外侧与内侧的储气层，使外侧气流不能进入内侧，孤立基坑内气层。水平隔断是采取对底板下部土体进行旋喷桩加固或者注浆加固，同时也起到加基底土层的效果，有效控制了有害气体冒出时带出水、泥沙现象。

      应该要注意的是虽隔断法的功效较为明显，但并不能保证完全隔断储气层，所以还要进行有效地排气，并设坑外有害气体释放孔，将基坑内气压力控制在0. 1 MPa 下。同时，基坑内气压力减小后，水位会上升，所以应加强基坑内降水。