超大直徑泥水平衡盾構近距離穿越防汛墻及碼頭樁基

范 杰

（上海隧道工程股份有限公司，上海 200233）

1 工程概況

上海市長江西路越江隧道位于上海市東北角，連接寶山區和浦東新區，工程起于浦東港城路雙江路交叉口，止于浦西郝橋港以東，按北線、南線分別布置。北線盾構段隧道長1545.683 m，計775環。南線盾構段隧道長1538.942 m，計770環，整個工程的平面圖如圖1所示。

圖1 長江西路隧道總設計平面圖

施工盾構采用德國海瑞克公司設計制造的Ф15430 mm氣壓泥水平衡盾構機。隧道襯砌結構外徑 15000 mm，內徑 13700 mm，厚 650 mm，南北線隧道將分別穿越浦西防汛墻和碼頭樁基各一次。盾構所穿越的防汛墻及浦西碼頭樁基平面圖如圖2所示。

圖2 長江西路隧道穿越防汛墻及浦西碼頭樁基平面圖

1.1 浦西防汛墻及浦西碼頭樁基結構形式（見圖3）

圖3 浦西防汛墻及碼頭樁基結構簡圖（單位：mm）

1.2 盾構穿越浦西防汛墻時狀態

南線盾構在里程SK1+414.188即512環處直線穿越浦西防汛墻，豎向為R 4000 m的曲線，盾構頂部覆土約32.5 m，約2.106D。

北線盾構在里程NK1+402.964即251環以直線姿態穿越浦西防汛墻，豎向為R 4000 m的曲線，盾構頂部覆土約30.22 m，約為1.958D。

浦西防汛墻與隧道的相對位置見圖4、圖5所示。

圖4 浦西防汛墻及碼頭樁基與南北隧道平面圖

圖5 浦西防汛墻與南北線隧道縱剖面圖（單位：m）

2 地質狀況

根據地質勘探報告，南北線盾構在浦西防汛墻段推進范圍內的地質資料從上至下依次為：①2江底淤泥、③灰色淤泥質粉質粘土、④灰色淤泥質粘土、⑤1灰色粘土、⑤2灰色砂質粉土、⑤3灰色粉質粘土、⑤4灰綠色粉質粘土、⑧灰色粉質粘土。

過浦西防汛墻時，南北線盾構所穿越的主要土層的地基土物理力學性質如表1所列。

表1 穿越浦西防汛墻盾構所處土層主要物理力學性質表

3 盾構穿越防汛墻風險分析及對防汛墻沉降估算

3.1 穿越防汛墻及碼頭樁基時的風險分析

該工程南線盾構機將以87°夾角穿越浦西防汛墻，到達浦西工作井后，調頭進行北線隧道施工。北線盾構機以89°夾角穿越浦西防汛墻。兩條隧道之間最小凈距離15 m，相應的土層擾動可能對浦西防汛墻產生一定的影響。

施工過程中將采取有效措施，嚴格控制防汛墻和碼頭的變形，確保盾構推進質量，保證防汛墻和碼頭的安全。

3.2 穿越防汛墻和碼頭樁基時的沉降估算

盾構施工中引起的地表沉降，可用派克（peck）法估算。即假定盾構施工引起的地表沉降是在不排水情況下發生的，所以沉降槽的體積應該等于地層損失的體積，此法假定地層損失在隧道長度上均勻分布，地表沉降的橫向分布似正態分布曲線。

地面沉降量的橫向分布估算公式為：

式中：δmax——最大地面沉降量；

V——單位長度內沉降槽體積；

i——自隧道中心至沉降曲線反彎點的距離（沉降槽寬度參數）；

Z——隧道中心的埋深；

R——隧道半徑；

K——常數，粘土取1，砂土取0.63～0.82；

n——常數，粘土取1，砂土取0.36～0.97。

在已知盾構穿越的土層性質、覆土深度、隧道直徑及施工方法后，即可事先估算盾構施工可能引起的地面沉降量，同時可及時地采取措施把影響控制在允許范圍內。在推進過程中充分發揮隧道公司豐富的經驗，根據盾構性能及監測數據及時調整施工參數，控制變形量，確保周邊環境的絕對安全，實現信息化施工。

經計算得：Smax（穿越浦西防汛墻）=0.033 m

實際的地面變形數據和理論計算數據為盾構穿越防汛墻和碼頭樁基提供了一定的把握。在實際穿越時，通過更嚴格的施工控制及相應的輔助措施，保證“防汛墻和碼頭樁基”的安全。

4 穿越防汛墻施工措施

4.1 防汛墻監測

4.1.1 浦西防汛墻及碼頭樁基測點布置

浦西防汛墻及碼頭樁基沿軸線縱向監測點需加密，監測點間距4 m，并在浦西防汛墻處布4條橫斷面，相鄰橫斷面間距為6 m、6 m、10 m。每個橫向斷面布點為推進軸線中心處布一點，左右各布 9點，點間距為 4 m、4 m、6 m、6 m、10 m、10 m、10 m、15 m、15 m，如圖6所示。

圖6 浦西防汛墻及碼頭樁基監測布點圖（單位：m）

在上述需重點加密監測的區域內布設沉降監測時，視不同環境地質情況宜采用不同的布設方法。

4.1.2 監測頻率（見表2）

4.1.3 報警值

防汛墻垂直日變化量大于等于2 mm或累計變化量大于等于10 mm時報警。達到報警值后立即上報防汛指揮部及防汛墻管理所等單位。

表2 盾構穿越防汛墻監測頻率一覽表

4.2 穿越前準備工作

4.2.1 監測防汛墻的自然沉降

在盾構穿越前1個月開始對防汛墻進行監測，掌握防汛墻的自然沉降量，為盾構穿越防汛墻提供參考數據。

4.2.2 施工參數優化

在盾構穿越防汛墻之前的施工過程中，應當及時總結出盾構所穿越土層的地質條件，同時根據推進過程中地層的沉降和位移監測結果調整施工參數，掌握在此種地質條件下盾構推進施工各施工參數和同步壓漿量的設定，并通過實踐不斷地對其進行優化，以求達到盾構以最合理的施工參數穿越防汛墻。

4.2.3 機械設備檢查

在盾構進入防汛墻影響范圍之前，對盾構機進行機械設備（重點為推進、拼裝施工設備）和壓漿管路的檢查和維護，對于存在故障和故障隱患的機械一律進行維修，對壓漿管路進行一次徹底的清洗，保證穿越防汛墻過程中不發生機械故障和壓漿管路堵塞情況。

4.3 盾構穿越階段

在穿越防汛墻施工過程中主要采用的技術措施有以下幾個方面。

4.3.1 嚴格控制施工參數

在盾構穿越防汛墻過程中要嚴格按照實際情況進行泥水壓力控制，適當提高泥水指標。在盾構推進過程中，要根據地面監測信息的反饋及時調整泥水指標。

4.3.2 盾構背部沉降控制

為了減小盾構穿越防汛墻過程中盾構機背部產生地面沉降，利用原盾構殼體的注漿孔對盾構殼體進行壓注，在盾構推進時根據防汛墻變形的實際情況，向盾構上部壓注一定量漿液以控制地面沉降。

4.3.3 加強防汛墻監測

對防汛墻的變形、垂直位移和水平位移進行監測，并將監測數據及時反饋給相關部門指導施工。

4.3.4 隧道穩定性控制

引起隧道上浮的主要原因是由于盾構上部覆土較淺或覆土被較大擾動，這樣使土層與隧道及盾殼周邊的握裹力減弱，盾構正面泥水沿盾殼流向已建成隧道，同時，部分泥水還帶有一定壓力，導致盾構上浮。另一方面由于同步注漿欠佳，使注出襯砌外的漿液不能形成環箍，起不到充填建筑空隙和阻止泥水滲流的作用，這樣盾構正面泥水沿盾殼流向已建成隧道，導致隧道周邊充滿帶有一定水壓力的泥水，使隧道上浮。為此盾構在穿越防汛墻過程中必須采取相應的技術措施控制已建隧道的穩定，避免隧道的上浮或沉降對防汛墻產生影響。

4.3.4.1 隧道的縱向變形監測

在隧道管片上設立一定數量的隧道沉降觀測標志，在盾構穿越防汛堤過程中，對每環管片的上浮情況及管片之間的錯位情況進行監測。推進每5環設1點，若有較大的隧道沉降可增加測點，使施工人員及時了解隧道沉降量，以便及時采取相應措施，如調整注漿部位及注漿量，調整漿液坍落度等。

4.3.4.2 隧道抗浮措施

（1）嚴格控制隧道軸線。使盾構盡量沿著設計軸線推進，每環均勻糾偏，減少對土體的擾動。

（2）加強同步注漿管理，確保間隙能充分填滿，從而有效地阻止因泥水后竄引起的管片上浮。

（3）確保每環管片之間緊密連接，在管片脫出盾尾后重新擰緊所有縱環向螺栓。

（4）特殊條件下，在泥水中增加堵漏劑，防止泥水后竄。

4.4 穿越后技術措施

（1）當盾構穿越防汛墻后，繼續對防汛墻監測。

（2）根據實際地面沉降情況，進行隧道內壁后補壓漿。

4.5 關鍵點的針對性措施

4.5.1 地面沉降控制要點

4.5.1.1 切口水壓控制

在施工過程中，若切口水壓力波動太大，會增加正面土體的擾動，導致正面土體的流失。因此應盡可能地減少切口水壓的波動。在技術上要求有關操作人員由自動控制改為人工手動控制，以人工調整施工參數，保證正面穩定。

南北線隧道穿越浦西防汛墻時，切口壓力參照表3所列數據進行設定，實際操作中，也要根據監測信息，作及時調整。

表3 南北線隧道盾構穿越浦西防汛墻切口壓力計算表

4.5.1.2 同步注漿控制

同步注漿是防止地層沉陷的重要措施。同步注漿控制包括注漿量和注漿壓力控制。注漿量及注漿壓力按照設定值進行設定，并保持均勻壓注。

每環所壓注的漿液坍落度指標需嚴格檢查，不合格的漿液嚴禁使用。

此外，盾構穿越防汛墻施工期間首先需要確保注漿設備的正常、注漿管路的通暢，一旦管路不暢通或者設備出現問題，就會導致所讀取的數據與實際值有較大偏差。因此，必須經常清洗注漿管、漿桶、并經常檢查傳感器位置管路是否堵塞等。

4.5.1.3 泥水質量控制

考慮到優質泥漿有較好的護壁性能，并能快速地形成泥膜，因此在穿越防汛墻的盾構推進施工中，應適當提高泥水指標。為了確保泥水質量，在推進過程中，泥水處理人員應加大對泥水的測試頻率，及時調整泥水密度，保證推進的順利。

4.5.2 平面或高程糾偏注重事項

在盾構進行平面或高程糾偏的過程中，必然會增加建筑空隙，因此在盾構進入大堤影響范圍內之前，盾構姿態應當盡可能地保持良好，盡可能地保證盾構勻速通過，減少盾構糾偏量和糾偏頻率。在穿越大堤過程中，尤其要注意保持坡度，嚴禁隨意調節坡度。

5 結語

上海長江西路越江隧道南線隧道于2012年2月10日順利穿越浦西防汛墻和碼頭樁基，北線隧道于2013年2月14日順利穿越浦西防汛墻和碼頭樁基。防汛墻和碼頭沉降均控制在±10 mm內，為今后類似工程施工提供了借鑒。

其中南線隧道穿越防汛墻時，最大沉降值為FXQ5：-7.34 mm；南線隧道穿越碼頭時，最大沉降值為503環：-7.65 mm。如圖7、圖8所示。

圖7 南線隧道穿越防汛墻期間沉降累計值曲線圖

圖8 南線隧道穿越碼頭期間沉降累計值曲線圖

北線隧道穿越防汛墻時，最大沉降值為FX4：+3.77 mm；北線隧道穿越碼頭時，最大沉降值為255環：+9.14 mm。如圖9、圖10所示。

圖9 北線隧道穿越防訊墻期間沉降累計值曲線圖

[1]周文波.盾構法隧道施工技術及應用[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[2]余暄平,沈永東,凌宇峰,王吉云.上海長江隧道工程盾構施工技術[J].上海建設科技,2007,(04).

[3]凌宇峰.上海長江隧道工程建設與施工風險控制[J].城市道橋與防洪,2010,(09).