超大直径泥水盾构穿越长江大堤施工技术

杨有诗 中铁十四局集团有限公司

超大直径泥水盾构穿越长江大堤施工技术

杨有诗 中铁十四局集团有限公司

本文通过南京长江隧道工程右线隧道穿越长江大堤的施工实例，介绍了超大直径泥水盾构穿越长江大堤的施工技术和控制措施，对类似盾构施工具有重要指导意义。

超大直径；泥水盾构；长江大堤；施工技术

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

1 工程概况

南京长江隧道工程左汊盾构隧道设计为双向6车道，隧道长3022m，采用两台直径Φ14.93m的泥水盾构、由江北始发井出发，同向掘进施工，隧道管片内径13. 3m，外径14.5m，厚度60cm。南京长江隧道于RK3＋733.7处下穿长江北岸防洪堤，基底至隧道顶的距离在11.5～12.5m之间，长江防洪堤为重要防洪工程，保护等级定为二级，在盾构通过时必须确保防洪堤万无一失。长江防洪堤与盾构隧道的位置关系见图1。

盾构机穿越长江大堤时间选择在2008年3月份，属于长江枯水期。

2 风险分析

盾构穿越长江大堤时，主要的风险即由于盾构掘进掌子面失稳造成地层坍塌，从而引起大堤坍塌，造成江水涌出危及附近群众的生命和财产安全；其次在盾构穿越大堤时可能因为泥水压力过大击穿覆土层，造成江水由盾尾密封处或管片防水薄弱位置涌入隧道，给施工人员和设备造成威胁。

3 施工技术措施

3.1 施工调查

施工前我项目部认真对长江防洪大堤进行了详细的调查，明确其结构和基础状况。进一步判断接近施工影响程度。已查明长江防洪堤为素土回填，迎水面为30cm厚干砌块石，砂浆灌缝，背水面为黏土回填，上有植被覆盖（江堤防护林）。

3.2 水土压力控制

施工过程中加强泥水管理，并根据周围地层的渗透性调整泥浆性状，以保持泥水仓压力与开挖面水土压力平衡。

⑴ 切口泥水压力值的设定是控制开挖面水土压力平衡的关键：切口水压力波动太大，会增加正面土体的扰动，导致影响大堤的稳定，因此应尽可能减少切口水压波动，在技术上要求操作人员由自动控制改为人工手动控制，将切口水压波动值控制在-0.1bar～+0.1bar之间，保证掌子面稳定。

⑵ 加强对正面土体的支护，采用重浆推进。泥水进浆比重控制在1.15～1.20g/cm3之间，黏度控制在23～25s。泥水采用优质膨润土结合不同级别的大分子材料和原植物纤维、惰性矿物质组装的新型材料进行调制。

⑶ 在推进过程中，要加大泥浆测试频率，及时调整泥浆质量，保证推进顺利进行。

⑷ 开挖过程中加强盾构机操作管理，减少盾构机偏转和横向偏移，防止蛇行发生，保持地层的稳定。

3.3 管片壁后注浆管理

同步注浆材料为水泥砂浆，施工时通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中的土体变形，保证长江大堤的稳固不受破坏。另外根据监测情况，同当同步注浆无法满足要求时，则通过管片预留的二次注浆孔灌注双液浆（水泥浆和水玻璃），在较短时间内使土体固结稳定从而对大堤进行补充加固。

3.4 加强盾尾保护

盾构穿越大堤区域属于透水系数大，自稳性差的地层，其显著特点就是对盾尾密封止水性能的要求非常高，在掘进过程中，要时刻注意盾尾是否有漏浆情况，并每掘进一段距离要通过二次补浆孔进行检查（距离可根据实际情况而定），如发现漏或油脂仓内油脂含有其他杂质时，要及时清洗油脂仓。

3.5 跟踪注浆补强

在盾构通过过程中，根据监测情况采用跟踪注浆对防洪堤地基进行加固，加固方案为在盾构轴线周围各25m范围内，在大堤背水面坡角预埋PVC注浆管，注浆管与铅垂面呈30度夹角，距隧道顶3m，间距1m。

4 监控量测

在盾构机穿越大堤施工过程中，必须随时了解和掌握盾构掘进前后的变形位移情况和地表沉降、地下水位变化、土体位移对大堤以及周围建筑物的影响等，将信息反馈给设计、监理、优化设计参数及施工方法，组织信息化施工，实行动态管理，因此需对隧道施工的全过程进行全方位的监测，以确保大堤及隧道的施工安全。监测点、监测人员及方式见表一。

5 应急预案

表一

表二

盾构穿越长江大堤前召开专项会议，针对可能出现的各类风险进行讨论分析，并制定相应的对策，详见表二。

具体操作控制要点如下：

⑴为防止大堤坍塌，在掘进过程中需安排专人检查掘进指令是否落实到位，泥水参数是否符合要求。

⑵地面监测情况需及时反馈至值班领导、技术人员和盾构机、泥水场操作人员处。

⑶如长江大堤出现坍塌现象，需提高泥水仓压力，增加泥水比重，增加大堤的跟踪注浆孔数量，加大注浆量，以对大堤底部进行加固，防止坍塌进一步发展；同时对大堤坍塌区域进行粘土回填，防止江水涌入。

⑷如发生江面冒浆现象，说明泥水压力已击穿覆土层，此时江水与泥水仓已发生水力联系，可能发生大量的泥浆泄漏和水土流失，此时需适当调低泥浆压力，加大泥浆比重，增加掘进速度，使盾构迅速穿越冒浆区。盾构穿越冒浆区后，停机补充注浆，封闭贯通缝。

⑸如发生江水涌入隧道现象，说明盾尾密封或管片止水条存在部分失效现象，此时需先进行强排水，防止盾构机部件被水浸泡，同时查明漏水部位，如管片渗漏水，可采取注聚氨酯等常规混凝土堵漏工艺；如盾尾漏水可启动盾尾应急密封装置，加大油脂和同步注浆量，以起到防水止水的作用。

⑹为确保以上措施工的顺利实施，在盾构穿越大堤前安排对所有设备、材料、人员到位情况进行全面检查。

6 施工反馈

⑴盾构机穿越长江大堤过程中，因长江大堤背水面一侧有植被（防护林），迎水面一侧为浆砌片石护坡，对沉降均不敏感，所以均未发现沉降。大堤顶部为粘土回填，对沉降较敏感，盾构机开挖时有20mm左右的沉降，盾体穿越过程中有10mm左右的沉降，管片脱出该位置后有几毫米的隆起。均在允许隆陷值控制－10/+30mm设计值以内，大堤安然无恙。

⑵盾构机穿越长江大堤过程中，大堤顶部靠背水面一侧发生轻微冒浆现象，但浆液自冒浆位置1米远处渗入地下，说明大堤在施工过程中背水面一侧未进行压实，地层较松散。冒浆发生后，采取了降低泥水压力，提高泥浆比重的措施，使冒浆得到控制。

⑶盾构机穿越长江大堤过程中，管片未发生破损，盾尾未发生渗漏水，施工处于可控状态，施工过程中对大堤的正常交通未产生影响。

7 施工体会

超大直径泥水盾构机作为城市快速交通穿江越河的利器，不可避免的要从江河堤防下穿越，能否顺利的穿越大堤不但影响着施工进度，还关系着人民群众的生命安全。通过本工程的成功经验，证明通过详细的施工调查、合理的掘进参数（泥水压力、泥浆指标、注浆压力、注浆量、砂浆指标等）、精细的操作管理（盾尾保护、管片拼装等）和完备的应急措施下，超大直径泥水盾构完全可以在无损的情况下完成对长江大堤或同类堤防的穿越。另外选择在枯水期穿越江河，对规避施工风险也是较为有利的。

［1］盾构法隧道施工与验收规范［S]. GB50446-200.30-33

［2］胡登辉，耿云鹏.盾构机以D模式推进工艺穿越安庆长江大堤[J].石油工程建设.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