角度超大直徑泥水盾構始發關鍵技術

劉永強

（中交隧道局工程有限公司，北京100102）

1 工程概況

南京和燕路過江通道南段工程位于長江大橋和長江二橋之間，隧道盾構段長2 975.906m，采用開挖直徑15.03m 的泥水氣壓平衡式盾構機，隧道管片外徑14.5m，內徑13.3m，寬度2m，楔形量48mm（雙面楔形），錯縫拼裝。盾構始發隧道頂部覆土僅7.5m，盾構下穿段埋深為10.53～13.1m，該段隧道埋深均不足0.5D（盾構半徑）。始發段地層由上而下為素填土、淤泥質黏土、粉土、粉砂，均屬于軟弱地層，長江漫灘區水位5.05～6.82m，微承壓水勘察期間水位埋深1.9～3.9m、水位5.17～5.41m。始發段隧道軸線縱向設計坡度-3.975%，設計軸線與洞門存在1°的夾角，屬斜線始發，對盾構始發要求技術更高。

2 施工準備技術措施

2.1 始發基座、反力架

始發基座采用C40 現澆鋼筋混凝土結構，始發基座為弧形結構，分前盾、中盾和盾尾基座3 部分。基座橫向和縱向分別預留2 道1.2m 寬溝槽作為盾體焊接操作空間，始發基座每2 塊基座中間的溝槽設置2 根50b 工字鋼連接，增加始發基座整體性。在基座邊塊頂面分別對稱預埋2 條350mm×350mm×12mm×19mm H 型鋼作為盾體組裝以及后期負環支撐的工裝。基座中心線與洞門平面呈1°夾角，與設計線路中心線平行。基座前盾和中盾沿基座中線對稱設置4 條導軌，導軌夾角分別為30°和87°，尾盾在中心塊布置2 條導軌，夾角為50°。基座導軌采用20cm×20cm 實心方鋼，方鋼與預埋在基座上的H 型鋼焊接。

和燕路隧道斜線始發，盾構始發過程中對反力架受力變形影響，綜合考慮反力架受力及建筑結構的適應性，采用鋼結構，反力架與環框梁接觸位置預留3 道嵌槽，將環框梁嵌入槽中，反力架厚度1.5m[1]。反力架與負環相連接的部位采用φ400mm×20mm 的鋼管支撐，鋼管內灌注C40 混凝土，在反力架、管片及鋼管對應位置埋設鋼板。反力架后背與結構縫隙將填充C40 混凝土，填塞密實。

2.2 洞門止水裝置

洞門止水裝置設計為外掛圓環端面與隧道始發軸線保持垂直的上部最小寬度680mm、下部最大寬度1 264mm 的圓環板結構，鋼環內側面直徑15.5m。密封鋼環由封板、加筋板、2道圓環板、2 道翻板、2 道簾布橡膠板組成。密封鋼環設計1 道12 根間距30°φ50mm 油脂預埋管（壁厚4mm）用于橡膠簾布堵漏，預埋管均沿圓周均勻布設，并與密封鋼環內側面連通。為了保證盾構始發過程中能順利建立泥水壓力和盾尾注漿壓力，在洞門止水密封鋼環內部增設1 道密封鋼絲刷，鋼絲刷長度410mm。

2.3 導軌延長

盾構機在始發掘進時盾體下部切口至洞門距離5 645mm，為了防止盾構機栽頭，必須將第一次安裝的導軌（下部2 根）接長至洞門下部止水箱體處，安裝傾角位置與基準導向軌道一致，并焊接固定導軌。導軌從始發基座上引伸出來，導軌底座采用C30 素混凝土，寬度為導軌兩側各1m，長度至密封環邊緣。當盾構機進入密封環后接觸掌子面前，盾構機前部最大懸空距離為2 200mm，為避免后盾構機栽頭，在地連墻內澆筑1 000mm 寬C15 混凝土墊層用于支撐盾構機。如圖1 所示為導軌延長剖面圖。

圖1 導軌延長剖面圖

3 實施措施

3.1 負環拼裝

工作井沿掘進方向寬度21m，綜合考慮工作井主體結構、反力架位置等因素，始發時從反力架到正環共需要8 環負環和1 環0 環，本工程襯砌均采用鋼筋混凝土管片，0 環位置通過-8 環與反力架之間的支撐長度進行調整，目的是保證0 環背部預埋鋼板與二次密封環板位置有效搭接，-8 環上部支撐長度1 238mm，下部支撐長度686mm。

3.2 洞門破除及水平探孔

洞門混凝土共分3 層破除，分2 次進行。凍結完成交圈后，開始進行破除，自上而下分層破除。首先破除內側（20cm）混凝土（第一層）剝除鋼筋網；第二層混凝土破除50cm，預留外側鋼筋及30cm 厚混凝土。第三層混凝土（30cm 厚）破除在盾構機始發前完成，必須確保在盾構機完成-6 環、-5 環的推進、拼裝前完成混凝土鑿除和清碴工作。

第三次混凝土破除前，首先在洞門上打設探孔判斷凍結壁與圍護結構的膠結情況，按照各探孔的布置在洞門上定點（探孔位置將根據現場實際情況、探查到的薄弱地點進行動態定點的調整）。

3.3 建艙及冷凍管拔除

盾構機刀盤完全進入洞門密封止水裝置內，此時需建立泥水平衡。建艙時分3 步進行：

1）將泥漿場準備好的漿液打入開挖面中，保持開挖艙泥漿液面保持在中線以上3m。

2）對氣壓艙進行緩慢加壓，每次加壓≤10Pa，將洞門密封環上的注漿孔打開排掉空氣，同時盾構機內注意查看前后艙內的液位顯示[2]。當最上方的注漿孔開始噴出泥漿時，將該注漿孔的閥門關閉。這時，檢查氣泡艙內液位，若液位在中心線±0.5m，不需調整；若在此范圍之外，啟動泥漿循環系統，微調液位至該范圍，此時切口壓力顯示為0。

3）提升氣泡艙內氣壓至設計值，并保持15min。觀察有無泄漏等異常，若有，采取堵漏措施；若無，緩慢降低氣壓，直至將切口壓力緩慢調成0Pa。

建艙后壓力穩定第一次拔管將隧道范圍內凍結管全部拔出，待二次密封焊接封堵完成后，進行第二次拔管。

3.4 洞門密封

3.4.1 橡膠簾布密封堵漏

建艙前，提前在橡膠簾布間注入堵漏材料，泥水建艙過程中根據橡膠簾布漏水情況在滲漏點附近通過密封環上的油脂注入孔（在第一道簾布與第二道簾布密封之間）添加有NSHS-2 型的泥漿封堵簾布橡膠與盾體之間的空隙，并采用涂刷油脂及包裹刀具等措施以保護密封簾布。

堵漏劑材料采用地面活塞式注漿泵進行注入。初始注漿量13m3，注漿壓力0.05～0.1MPa。

3.4.2 洞門二次密封

在盾構機向前掘進、負環拼裝、盾構機盾尾最后一道鋼絲刷完全進入密封環內，0 環完全脫離盾尾后，設計0 環管片外側面一邊預埋1 500mm 寬的鋼板，預埋鋼板厚度12mm。待盾構機盾尾完全穿過密封板后，用16mm 厚密封鋼板將圓環板邊緣與0環管片外側的預埋鋼板焊接，形成二次密封。

3.5 同步注漿

盾構斜線始發且始發軸線位于設計坡度-3.975%的縱坡，控制同步注漿是隧道成功的關鍵。

3.5.1 漿液配比

根據地層條件、地下水情況及周邊條件等，通過現場試驗優化確定，同步注漿漿液的主要物理力學性能應滿足表1 中的指標。

表1 同步注漿材料配比和性能指標表

固結體強度：P1d≥0.2MPa，P28d≥2.0MPa；漿液結石率＞95%，即固結收縮率＜5%；漿液穩定性：傾析率（靜置沉淀后上浮水體積與總體積之比）＜5%。

3.5.2 注漿壓力

和燕路隧道盾構機采用同步注漿，采用8 用8 備管路，在盾尾處左右對稱布置。具體壓力控制值見表2。

表2 同步注漿壓力控制值kPa

4 結語

綜上所述，通過本文對角度超大直徑泥水盾構始發關鍵技術的研究得出，南京和燕路過江通道設計軸線與洞門存在1°的夾角，屬斜線始發，通過盾構始發基座、反力架、洞門密封裝置的設計制作、安裝，在實施過程中對掘進參數、同步注漿、盾構姿態等數據收集分析，在本次始發成功中起到顯著效果，可供類似工程借鑒。