盾构穿越复杂地层涌水防治措施

摘要：盾构穿越复杂地层时常面临涌水风险，影响施工安全与工程质量。本文围绕盾构施工中涌水问题，分析了地质超前探测、地层注浆加固、冻结法隔水、合理控制土压等防治措施，提出了系统、科学的应对策略。通过多措施联动，可有效降低涌水风险，确保盾构施工顺利进行。

关键词：盾构；涌水风险；施工安全

引言

在盾构穿越多变、复杂的地层过程中，时常由于工程地质条件的复杂、水文地质的复杂，进而容易产生突泥涌水等安全生产事故，导致施工过程进展缓慢以及施工人员的安全问题。为了最大程度上保障盾构施工顺利推进，有必要做好涌水防治工作，确保施工的质量以及安全。

一、盾构穿越复杂地层涌水的概念

复杂地层涌水是盾构施工过程中由于隧道埋深浅、地层较薄、砾石透水性强、裂隙水压力较大或地层富水带水且洞内施工环境不良而产生的涌水，土体一旦在开挖面压力作用下破坏，会产生巨大的涌水情况，整个施工过程极易出现塌方，造成设备严重损伤，甚至危及施工人员的生命安全，是一种突发性强、难控制的涌水现象[1]。复杂地层地下水活动剧烈，地质条件不均衡，涌水情况十分复杂多变，所以应在盾构施工前进行详细勘探调查，并依据实际环境及地质条件做好具体合理的盾构施工涌水应对措施，从而保证盾构施工及工程工作的正常有序安全进行。盾构推进复杂地层会出现涌水情况，是由该地质层的渗透能力强、含水层水压大或地质变化剧烈，如含水砂砾层、断层破碎带等处易出现突涌等情况造成的，此种涌水过程具有突发性强、涌水速度大、涌水量大的特点，非常容易引发土体扰动、沉降，以及施工人员人身安全受到危害的不良施工情况，再加上盾构推进时需掌握土压的变化，并对封闭系统进行严密的施工管理，若土压控制不妥或无法严密封闭，极易导致地下水从掌子面、盾尾渗入掌子面的情况发生。

二、盾构穿越复杂地层涌水防治的基本原则

根据复杂地层盾构掘进过程中可能出现突发涌水的特点，考虑工程实际，总结归纳，得到复杂地层盾构施工涌水防治基本原则可以概括为“预防第一、防排并举、因情施策、综合治理”。一是施工前充分了解盾构隧道所处地层结构，掌握地层水文情况，厘清风险点源，以便编制有针对的施工和防水方案。二是针对涌水的具体情况，在施工过程中确保盾构掘进面稳定，降低盾构施工中突发涌水事故风险。科学应用超前探测、注浆加固、地表沉降观测等手段，对前方地层变化进行监测，达到早发现、早处置，将风险控制在初始状态。三是秉持防排结合，根据复杂地层采用注浆加固、冻结法、帷幕注浆等手段，以降低地层的透水性，增加地层结构的稳定性。在盾构掘进施工过程中应保证盾构自身的密封性和良好的排水系统，以便涌水发生时能将水排走，避免聚集形成水压造成二次灾难。合理根据不同的地层采用不同的施工、设计及建设手段，协调工程的安全及建设成本的节约，使涌水防治做到量体裁衣，以科学的规划建设理念和多方位的涌水防治方法相结合的措施，保障盾构工程在复杂地层中的安全和抗涌水能力。

三、盾构穿越复杂地层涌水防治措施分析

（一）地质超前探测

超前地质预报是盾构穿越岩溶区防止发生突发涌水的首要举措，主要目的是提前获取隧道前方的地质构造、地下水情况和不良地质区等信息，进行地质雷达法、地震波法、超前钻探等综合预报手段，开展隧道前方地层超前地质综合预报，及时查明前方盾构推进过程中潜在的断层破碎带、富水带、空洞区等不良地质体，并按照查明的地质预报图，评价突水风险等级，针对性地对突水区域进行预防和处理，防止出现突发事故造成施工中断，实现盾构施工的连续性和安全性。而且通过地质预报对隧道前方不良地质情况的全面了解，可进一步指导隧道后续的盾构超前注浆、压力设置、盾构掘进参数等各项工艺的合理性设置，通过超前地质预报与实时监测的有效联动，构建地质、预报、研判的“预测—预警—处置”一体化管理，优化盾构施工过程中的应变能力，提高风险抵御水平。在岩溶区地质条件突变等多变复杂情况下，只有结合超前地质预报工作并加以制度化、常态化，才能有效避免盾构推进过程中的突发突涌、突泥等情况，从根源上确保盾构施工安全[2]。

（二）地层注浆加固

地层注浆加固法是盾构通过地层复杂、富水性强地层时治理涌水的一项关键技术，以水泥浆、化学浆液等作为注浆材料，将松散破碎地层的空洞充填、地层固结，从而提高地层的整体性与防渗能力。隧道盾构掘进前或施工掘进过程中，遇到软弱地层、破碎带、富水层等，可以通过注浆加固截断隧道外地下水向隧道内部涌水，防止突水突涌的同时，加固隧道地层，优化地层力学性能，创造盾构施工安全施工掘进环境，保证盾构掘进施工设备及可靠性。具体地层注浆加固需要依据不同的地层条件及不同的施工需求采用不同的地层注浆材料及地层注浆加固注浆工艺，如帷幕注浆、超前注浆、同步注浆等，同时严格把控地层注浆压力值、注浆总量、地层注浆扩散范围，注浆加固范围内地层达到注浆加固设计要求；配合实时监测手段，实时掌握地层注浆加固效果，并适时进行注浆加固工艺调整。地层注浆加固可以防止注浆加固范围内地层突涌、突涌造成的突涌形成坍塌；同时，也可以使加固后的地层在一定的寿命期限范围内，地层不再塌缩，能够延长隧道结构寿命等，可以更有效预防隧道施工过程突涌、坍塌，地层注浆加固是目前常用而又较为可靠的盾构施工复杂地层下隧道安全施工的主要地层控制方法，值得推广。

（三）冻结法隔水处理

冻结法隔水是盾构施工穿越复杂地层富水问题的一种有效、可靠的办法，特别适合于高承压水砂层、富水破碎带地层等地段。其原理是采用预先埋设在地层中的冻结管，向其注入低温制冷剂，使周围土体中的水凝结为冰，形成连续的冻结墙或冻结帷幕，从而阻断地下水渗流通道、提高地层强度，形成一个临时的、稳定的临时止水加固体。这种方法可以在开始施工之前进行，为盾构安全施工开挖创造有利的条件和工作面，在过程中采用该方法要注意精准设定冻结范围、冻结深度和管布置形式，并同时结合温度检测系统保证对冻结进度掌握在可控的范围内，以保证冻结体的完整性和均匀性，其优越之处在于可控制、适应范围广以及有效的止水作用，特别是在注浆效果不太好的松散饱和地层方面有较好的适用性；缺点在于成本大、周期长，一般适用于对施工安全性要求极高的段落。对于要运用的冻结法，应该结合具体地质条件和工程情况做出合理运用，可以使盾构施工穿越复杂地层地质的盾构安全控制能力和施工控制能力大为提高。

四、结语

复杂地层下盾构施工期间涌水问题严重影响盾构掘进的安全性和进度，地质超前预报技术、地层注浆技术、冻结法技术以及控制土压等因素在盾构施工中的综合应用，均能够提高盾构抗风险水平，每一项措施也需要根据不同的地质条件合理应用，才可以在提高安全性能下保证工程质量和施工效率。随着技术的进步，复杂地层下盾构的涌水防治理论和施工技术将会越来越多样且高效，为复杂地层下盾构施工提供可靠的保障。

参考文献：

[1]苏凯，杨逢杰，龚睿，等.穿越岩溶地区隧洞施工开挖防渗措施研究[J].中国农村水利水电，2024（5）：215-220.

[2]付艳斌，王福道，陈湘生，等.破碎带地层盾构隧道建造关键问题[J].铁道标准设计，2023，67（1）：9.