超大直徑泥水盾構穿越長江大堤施工技術

楊有詩 中鐵十四局集團有限公司

超大直徑泥水盾構穿越長江大堤施工技術

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本文通過南京長江隧道工程右線隧道穿越長江大堤的施工實例，介紹了超大直徑泥水盾構穿越長江大堤的施工技術和控制措施，對類似盾構施工具有重要指導意義。

超大直徑；泥水盾構；長江大堤；施工技術

super large diameter; slurry shield , the Yangtze river embankment; construction technology

1 工程概況

南京長江隧道工程左汊盾構隧道設計為雙向6車道，隧道長3022m，采用兩臺直徑Φ14.93m的泥水盾構、由江北始發井出發，同向掘進施工，隧道管片內徑13. 3m，外徑14.5m，厚度60cm。南京長江隧道于RK3＋733.7處下穿長江北岸防洪堤，基底至隧道頂的距離在11.5～12.5m之間，長江防洪堤為重要防洪工程，保護等級定為二級，在盾構通過時必須確保防洪堤萬無一失。長江防洪堤與盾構隧道的位置關系見圖1。

盾構機穿越長江大堤時間選擇在2008年3月份，屬于長江枯水期。

2 風險分析

盾構穿越長江大堤時，主要的風險即由于盾構掘進掌子面失穩造成地層坍塌，從而引起大堤坍塌，造成江水涌出危及附近群眾的生命和財產安全；其次在盾構穿越大堤時可能因為泥水壓力過大擊穿覆土層，造成江水由盾尾密封處或管片防水薄弱位置涌入隧道，給施工人員和設備造成威脅。

3 施工技術措施

3.1 施工調查

施工前我項目部認真對長江防洪大堤進行了詳細的調查，明確其結構和基礎狀況。進一步判斷接近施工影響程度。已查明長江防洪堤為素土回填，迎水面為30cm厚干砌塊石，砂漿灌縫，背水面為黏土回填，上有植被覆蓋（江堤防護林）。

3.2 水土壓力控制

施工過程中加強泥水管理，并根據周圍地層的滲透性調整泥漿性狀，以保持泥水倉壓力與開挖面水土壓力平衡。

⑴ 切口泥水壓力值的設定是控制開挖面水土壓力平衡的關鍵：切口水壓力波動太大，會增加正面土體的擾動，導致影響大堤的穩定，因此應盡可能減少切口水壓波動，在技術上要求操作人員由自動控制改為人工手動控制，將切口水壓波動值控制在-0.1bar～+0.1bar之間，保證掌子面穩定。

⑵ 加強對正面土體的支護，采用重漿推進。泥水進漿比重控制在1.15～1.20g/cm3之間，黏度控制在23～25s。泥水采用優質膨潤土結合不同級別的大分子材料和原植物纖維、惰性礦物質組裝的新型材料進行調制。

⑶ 在推進過程中，要加大泥漿測試頻率，及時調整泥漿質量，保證推進順利進行。

⑷ 開挖過程中加強盾構機操作管理，減少盾構機偏轉和橫向偏移，防止蛇行發生，保持地層的穩定。

3.3 管片壁后注漿管理

同步注漿材料為水泥砂漿，施工時通過同步注漿及時充填建筑空隙，減少施工過程中的土體變形，保證長江大堤的穩固不受破壞。另外根據監測情況，同當同步注漿無法滿足要求時，則通過管片預留的二次注漿孔灌注雙液漿（水泥漿和水玻璃），在較短時間內使土體固結穩定從而對大堤進行補充加固。

3.4 加強盾尾保護

盾構穿越大堤區域屬于透水系數大，自穩性差的地層，其顯著特點就是對盾尾密封止水性能的要求非常高，在掘進過程中，要時刻注意盾尾是否有漏漿情況，并每掘進一段距離要通過二次補漿孔進行檢查（距離可根據實際情況而定），如發現漏或油脂倉內油脂含有其他雜質時，要及時清洗油脂倉。

3.5 跟蹤注漿補強

在盾構通過過程中，根據監測情況采用跟蹤注漿對防洪堤地基進行加固，加固方案為在盾構軸線周圍各25m范圍內，在大堤背水面坡角預埋PVC注漿管，注漿管與鉛垂面呈30度夾角，距隧道頂3m，間距1m。

4 監控量測

在盾構機穿越大堤施工過程中，必須隨時了解和掌握盾構掘進前后的變形位移情況和地表沉降、地下水位變化、土體位移對大堤以及周圍建筑物的影響等，將信息反饋給設計、監理、優化設計參數及施工方法，組織信息化施工，實行動態管理，因此需對隧道施工的全過程進行全方位的監測，以確保大堤及隧道的施工安全。監測點、監測人員及方式見表一。

5 應急預案

表一

表二

盾構穿越長江大堤前召開專項會議，針對可能出現的各類風險進行討論分析，并制定相應的對策，詳見表二。

具體操作控制要點如下：

⑴為防止大堤坍塌，在掘進過程中需安排專人檢查掘進指令是否落實到位，泥水參數是否符合要求。

⑵地面監測情況需及時反饋至值班領導、技術人員和盾構機、泥水場操作人員處。

⑶如長江大堤出現坍塌現象，需提高泥水倉壓力，增加泥水比重，增加大堤的跟蹤注漿孔數量，加大注漿量，以對大堤底部進行加固，防止坍塌進一步發展；同時對大堤坍塌區域進行粘土回填，防止江水涌入。

⑷如發生江面冒漿現象，說明泥水壓力已擊穿覆土層，此時江水與泥水倉已發生水力聯系，可能發生大量的泥漿泄漏和水土流失，此時需適當調低泥漿壓力，加大泥漿比重，增加掘進速度，使盾構迅速穿越冒漿區。盾構穿越冒漿區后，停機補充注漿，封閉貫通縫。

⑸如發生江水涌入隧道現象，說明盾尾密封或管片止水條存在部分失效現象，此時需先進行強排水，防止盾構機部件被水浸泡，同時查明漏水部位，如管片滲漏水，可采取注聚氨酯等常規混凝土堵漏工藝；如盾尾漏水可啟動盾尾應急密封裝置，加大油脂和同步注漿量，以起到防水止水的作用。

⑹為確保以上措施工的順利實施，在盾構穿越大堤前安排對所有設備、材料、人員到位情況進行全面檢查。

6 施工反饋

⑴盾構機穿越長江大堤過程中，因長江大堤背水面一側有植被（防護林），迎水面一側為漿砌片石護坡，對沉降均不敏感，所以均未發現沉降。大堤頂部為粘土回填，對沉降較敏感，盾構機開挖時有20mm左右的沉降，盾體穿越過程中有10mm左右的沉降，管片脫出該位置后有幾毫米的隆起。均在允許隆陷值控制－10/+30mm設計值以內，大堤安然無恙。

⑵盾構機穿越長江大堤過程中，大堤頂部靠背水面一側發生輕微冒漿現象，但漿液自冒漿位置1米遠處滲入地下，說明大堤在施工過程中背水面一側未進行壓實，地層較松散。冒漿發生后，采取了降低泥水壓力，提高泥漿比重的措施，使冒漿得到控制。

⑶盾構機穿越長江大堤過程中，管片未發生破損，盾尾未發生滲漏水，施工處于可控狀態，施工過程中對大堤的正常交通未產生影響。

7 施工體會

超大直徑泥水盾構機作為城市快速交通穿江越河的利器，不可避免的要從江河堤防下穿越，能否順利的穿越大堤不但影響著施工進度，還關系著人民群眾的生命安全。通過本工程的成功經驗，證明通過詳細的施工調查、合理的掘進參數（泥水壓力、泥漿指標、注漿壓力、注漿量、砂漿指標等）、精細的操作管理（盾尾保護、管片拼裝等）和完備的應急措施下，超大直徑泥水盾構完全可以在無損的情況下完成對長江大堤或同類堤防的穿越。另外選擇在枯水期穿越江河，對規避施工風險也是較為有利的。

［1］盾構法隧道施工與驗收規范［S]. GB50446-200.30-33

［2］胡登輝，耿云鵬.盾構機以D模式推進工藝穿越安慶長江大堤[J].石油工程建設.2010年01期：25-28

In this paper, as example of right lane of Nanjing Yangtze river tunnel project, it describes the construction techniques and control measures of across the Yangtze River embankment for the super large diameter slurry shield, it has important guiding significance for similar to shield tunnel construction.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.15.030