在软土地区修建地铁，风险要高于其他地区。当采用盾构法施工时，由于其较复杂的施工工艺及对周围环境影响较敏感，施工过程中更容易出现各种事故[1]。本文介绍了天津地铁某盾构隧道在发生透水事故后采取的修复方案，并结合实际施工过程中遇到的问题，归纳总结了该方案的优缺点。
天津地铁某盾构隧道右线在施工至埋深17.7 m时，由于施工单位操作不当，造成盾构机扭力过大，将拼装完成的盾构管片顶裂，使相邻两环盾构管片发生差异沉降约40 cm，导致隧道内发生涌水涌沙。为安全起见，施工单位在距离施工地点约200 m处设置混凝土坝将隧道密封，盾构机留在事故现场被水淹没。此时盾构隧道左线尚未施工至右线事故里程，相距约400 m。事故地点的左右线线间距为15 m。
右线事故地段自上而下主要土层及厚度分别为：杂填土①1，厚度3 m；粉质黏土④1，厚度3.5 m；黏质粉土⑥1a，厚度2.1 m；粉质黏土⑥4，厚度6.4 m；粉质黏土⑦，厚度1.4 m；粉质黏土⑧1，厚度4.1 m；粉质黏土⑨1，厚度4.0 m；砂质粉土⑨1a，厚度1.4 m；粉质黏土⑨1，厚度6.4 m；粉质黏土⑩1，厚度6.3 m；粉质黏土
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静止水位埋深2.7 m，承压水层⑨1a距离盾构隧道下部约1.4 m，承压水头埋深为6.80 m。
在图3 所设计的访问规则下，system administrator角色用户对event 资源仅有查询和新增权限，其余操作均为禁止，则当以用户system administrator 对events 资源进行增删改查操作，如图4 结果（本例使用IDEA 的mocha 测试可视化插件），对号为成功返回预期结果，惊叹号为未能返回结果。其他用户和不同权限的情况与本例类似，不再重复测试。
由于天津为软土地区，地质情况与上海类似。在参考上海轨道交通类似案例的基础上[2-3]，经多方论证后确定了最终的修复方案：为方便移除盾构管片并拆解吊出盾构机，事故段隧道由盾构法施工改为明挖法施工，明挖段长度75 m，基坑深度24.7～28.3 m；围护结构采用地下连续墙+混凝土内支撑方案；明挖段隧道与已施工的盾构隧道之间的过渡段在冻结后采用矿山法施工。修复方案总平面图如图1所示。
图1 修复方案总平面图
通过三维数值模拟分析，得出该修复方案围护结构的最大水平位移约为23 mm。围护结构水平位移仿真模拟结果如图2所示。
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图2 围护结构水平位移仿真模拟结果
该修复工程施工重点难点如下：
1) 为保证明挖段围护结构闭合，需对部分已施工盾构管片进行破除。在破除管片施工时，把对周围管片的影响降到最低是本工程的难点。
2) 为保证尽量缩短工期，在右线明挖段地下连续墙施工完成基坑开挖之前，左线盾构机继续掘进通过右线事故地段。左线隧道距离地下连续墙最近处距离为5.31m。在右线明挖基坑开挖过程中，保证左线隧道的变形控制满足要求是本工程的重点。
3) 保证矿山法施工段与盾构段接头处安全可靠并防止地下水渗漏同样也是本工程的难点。
经过调查并多方讨论，最终确定该工程施工步骤如下：
1) 采用全回转钻机切割右线已施工完成的盾构管片，为后续明挖围护结构的施工做准备；
2) 施工明挖段地下连续墙，左线盾构机掘进通过右线事故段；
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3) 逐层开挖右线明挖段至基坑底，开挖过程中及时架设支撑，破除损坏盾构管片，拆分吊出盾构机；
4) 施工明挖段隧道结构；
5) 对矿山法施工段采取冷冻处理，达到冻结强度后施工矿山法施工段隧道结构；
6) 回填覆土，恢复地面。
1) 为保证全回转钻机切割管片时不发生塌陷，在全回转钻机切割前，在切割部位往隧道内部注入混凝土形成保护坝，如图3所示。
图3 切割部位隧道内填筑坝体示意图
2) 左线盾构机通过后，为保证右线明挖段施工时对左线影响尽量减小，右线明挖基坑围护结构采用三道横隔墙进行分仓处理。三道横隔墙墙底位于盾构管片上方。在靠近左线的地下连续墙接缝处采用RJP(双高压旋喷)工法进行180°摆喷加固，防止地连墙渗水，以此来减小右线基坑开挖时对周围环境产生的影响。经三维数值模拟计算，在右线明挖段基坑开挖过程中，左线隧道的最大位移约为4.96 mm。三维数值模拟结果如图4所示。
图4 右线开挖后左线隧道最大位移三维数值模拟结果
3) 明挖段基坑最大深度为28.3 m，该段隧道采用拱顶结构以减小顶板厚度，并在拱肩位置设置中板来抵抗两侧土压力。明挖段隧道结构的标准断面如图5所示。
尺寸单位：mm
图5 明挖段隧道结构标准断面示意图
4) 矿山法施工段采用冻结法施工，右线隧道明挖段结构与既有隧道结构的对接设计采用水平冻结。冻结壁设计有效厚度为3.0 m，平均温度小于-15℃，冻结壁弯折强度和抗剪强度取2.0 MPa。冻结壁长度已超过拟拆除隧道管片2环多(约3.5 m)，由于基坑最大有效净宽度为9.2 m，故在隧道腰部仅能布置单圈冻结孔，在隧道顶、底板仅能布置2圈冻结孔。因此腰部冻结壁强度无法满足设计要求，需将连续墙向外侧延伸，利用连续墙强度承载。进行三维数值模拟，暗挖过程中冻结壁应力分布云图如图6所示，冻结壁位移分布云图如图7所示。图6和图7表明，改进方案满足设计要求。
图6 冻结壁应力分布云图
5) 矿山法施工段与未损坏盾构段相接，为保证接头可靠，凿除连接处盾构管片混凝土保护层，将矿山法施工段钢筋与盾构管片钢筋可靠焊接，并在交界处设置后张钢环。连接处构造如图8所示。
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图7 冻结壁位移分布云图
注：d为二衬水平钢筋直径
图8 矿山法施工段与盾构管片连接处结构示意图
6) 为保证防水效果，在参考了当地成熟的经验后[5]，在矿山法施工段与未损坏盾构段相接处采用了多项防水措施，防水构造如图9所示。
图9 矿山法施工段与盾构管片接头处防水构造示意图
1) 地下连续墙设置分隔墙分仓，能有效减小基坑对周边环境的影响，对限制左线位移有着重要作用。在右线明挖基坑施工工程中，左线最大水平位移为5.34 mm，满足设计要求。然而实际施工过程中的监测数据较数值模拟结果稍大，究其原因，可能是在数值模拟过程中地层参数取值与实际地质情况有所偏差，或者数值模拟过程中未考虑施工偏差的影响而造成了数值偏小。然而，因分隔墙下部悬空，为保证分隔墙的安全，在基坑开挖过程中，要求随着基坑开挖，逐步凿除分隔墙混凝土保护层，将分隔墙水平钢筋焊接连接，施工十分繁琐，可以优化。
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2) 由于分隔墙的存在，使得基坑支撑腰梁闭合困难，需要在分隔墙钢筋中预留支撑腰梁的钢筋连接条件。对横隔墙钢筋笼吊装标高控制要求较高。在施工过程中发现，在腰梁与横隔墙连接处因混凝土分期浇筑易出现裂缝。
3) 根据地质勘查报告，基坑底部的砂质粉土层⑨1a为承压水层，承压水头埋深为6.80 m。实际施工中发现，该层承压水尽管距离基底很近，但由于地下连续墙阻断了其同外界承压水的联系，在坑内抽水后开挖基坑并不会产生风险。
4) 矿山法施工段采取冻结法施工。冻结法在软土富水地区已经具有成熟的经验，可以取得良好的效果[6]。本工程先期设置地下连续墙目的是为了保护该段盾构管片的安全，但预留宽度稍小，造成后期冻结时对冻结质量要求较高。根据实际施工情况，若将该处地下连续墙取消，则能够方便冻结施工，增大冻结范围，对工程安全反而有利。
5) 明挖段隧道结构采用拱形顶板能有效减小顶板厚度。中板的设置能有效增强侧墙抵抗两侧土压力的能力，但需在设计时详细考虑后期预留检修通道及排水措施。
6) 矿山法施工段与盾构管片采用后张钢环连接具有一定的优势[7]，可以供类似工程借鉴。
7) 在矿山法施工段两侧设置地下连续墙，目的是减小矿山法施工过程中对左线隧道的影响，但该地下连续墙预留冷冻空间不足，造成了后期冷冻施工时隧道中部的冷冻壁厚度不足，施工危险程度增高。建议类似工程在施工过程中加大矿山法施工段两侧地下连续墙间距离，为后期的施工留出余量。
8) 在矿山法施工段与盾构管片连接处尽管采用了多重防水措施，但由于该连接部位空间狭小，防水质量难以保证，造成后期该处出现少量渗水。对于类似工程，可在盾构管片中设置注浆孔，通过后期注浆来达到防水效果。
本文介绍的盾构隧道修复方案总体可行，在保证安全的前提下可以缩短总体工期。同时，该方案中的一些做法存在进一步改进的可能。后续若遇到类似工程案例，可参照该方案并进行改进后实施。
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参考文献
[1] 崔玖江.盾构隧道施工风险与规避对策[J].隧道建设,2009,29(4):377.
[2] 陆明,秦灏,朱祖熹.上海轨道交通9号线盾构区间隧道抢险修复工程介绍[J].中国建筑防水,2007(1):27.
[3] 沈国红.上海轨道交通11号线盾构隧道损坏调查及修复[J].中国市政工程,2010(5):29.
[4] 刘玉琦,李养平,王宝来,等.天津地铁1号线隧道渗漏治理[J].中国建筑防水,2004(9):23.
[5] 李凯,程桦.天津地铁隧道修复工程冻土力学性能试验研究[J].安徽理工大学学报(自然科学版),2013,33(2):67.
[6] 罗昭明,董志超.地铁盾构隧道管片破损修复技术研究[J].人民长江,2015,46(24):59.
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