汕头过海电缆隧道盾构推进高气压辅助清障施工

汕头过海电缆隧道盾构推进高气压辅助清障施工

发表时间：2019-03-12T16:14:16.127Z 来源：《电力设备》2018年第27期作者：吕文胜

[导读] 摘要：[目的]汕头港海底地质条件复杂，220kV华月线过海电缆隧道盾构穿越范围的地质环境差异大，海相沉积土层极易扰动，盾构在推进过程中分别需要穿越砂层、贝壳层、淤泥层、码头块石层和灰堤筑基块石层，多变的地质环境给过海电缆隧道工程带来了很大的困难。

(广东电网公司汕头供电局 515041)

摘要：[目的]汕头港海底地质条件复杂，220kV华月线过海电缆隧道盾构穿越范围的地质环境差异大，海相沉积土层极易扰动，盾构在推进过程中分别需要穿越砂层、贝壳层、淤泥层、码头块石层和灰堤筑基块石层，多变的地质环境给过海电缆隧道工程带来了很大的困难。对盾构推进及盾构姿态控制都带来了极其不利的影响。[方法]通过增加气压装置和局部改造盾构设备，全断面高气压辅助施工。[结果]有效清除盾构切口正面石块等障碍。[结论] 加快盾构推进速度，有效控制盾构坡度及其姿态，使隧道质量也得到了保证。本文介绍盾构全断面高气压辅助清障施工方法。

关键词：海底电缆隧道全断面高气压辅助清障施工

Shield Driving High Pressure Auxiliary Obstacle Removal Construction Cross-sea Cable Tunnel of Shantou

Lv Wen sheng

(China southern power grid - Power supply company in Shantou,515041)

Abstract: The geological conditions of the seabed of Shantou Port are complex. The geological environment of the 220kV Huayue Line cross-sea cable tunnel has a large difference in geological environment. The marine sedimentary soil is extremely disturbed. The shield needs to cross the sand layer, shell layer and silt in the process of propulsion. The varied geological environment has brought great difficulties to the cross-sea cable tunnel project. It has extremely adverse effects on shield propulsion and shield attitude control. By adding a pneumatic device and a partially modified shield device and a full-section high-pressure auxiliary construction, the obstacles such as the front stone of the shield can be effectively removed. The tunnel quality can be guaranteed by speeding up the speed of the shield and effectively controlling the slope and attitude of the shield. This paper introduces the Shield Driving High Pressure Auxiliary Obstacle Removal Construction Cross-sea Cable Tunnel of Shantou.

Key words: Cross-sea Cable Tunnel; Full section high pressure; Auxiliary Obstacle Removal Construction

1 引言

汕头220kV华月线过海电缆隧道位于汕头海湾大桥西侧，隧道全长2060m，平均埋深约30m，采用Ф3540mm网格式水力机械盾构机进行掘进施工。本工程由2007年12月起开始进行盾构法隧道施工，2008年3月3日，推进至第+118环时，发生了隧道前端块石太卡住盾构切口液压闸门，块石击穿盾构土仓前胸板灯罩从而引发隧道被淹的情况。在采用海上冰冻法清障修复盾构设备后，于2009年3月底恢复推进施工。由恢复推进至2009年5月20日停止推进期间，仅完成了+119～+133环的推进和拼装任务，在以上15米隧道推进过程中，发现盾构切口前堆积了大量花岗岩块石，有些块石的大小甚至超过了盾构液压闸门的大小，故而造成盾构推进阻力极大，对盾构推进及盾构姿态控制都带来了极其不利的影响。随着推进阻力的增大，增加了4个200T千斤顶辅助推进以后，盾构总推力已超过2100T，盾构才勉强可以向前推进，但推进速度极慢，且盾构姿态始终没有好转,越来越难以控制。基于这种情况，清障作业无法有效实施。为此，决定采用全断面高气压辅助清障施工，来保障盾构机穿越复杂地层。

盾构全断面高气压辅助清障施工前，需对盾构机进行局部改造，同时增设气压装置和气压工人。在气压环境下清障工作量大，但是能解决高富水砂层、贝壳层和块石层等复杂恶劣土层中的盾构掘进问题，施工安全和进度也能得到保障。

2 工程概况

本工程为华能汕头电厂二期工程高压出线跨海段，该过海电缆隧道位于汕头海湾大桥的西侧、汕头港区（汕头市第二过海水管）的旁边。过海隧道南端接收井位于华能汕头电厂灰场灰堤内，北端工作井位于汕头港务集团第三公司的码头后方区域。

本工程采用盾构法施工，盾构隧道内径2900 mm，外径3400 mm，管片厚度为250mm，管片环宽1000mm。隧道采用钢筋混凝土管片，采用通缝拼装。隧道标准段每环由1块封顶块F、2块邻接块L1、L2和2块标准块B1、B2，共5块管片构成。隧道环与环之间用10根M30的纵向螺栓相连接，每环管片块与块间以10根M24的环向螺栓连接。接缝防水均采用水膨胀橡胶与氯丁橡胶复合而成的弹性密封垫。

本工程盾构掘进里程K0+006.6～K2+072.6（为盾构始发井、接收井井内壁里程），隧道平面布置呈直线型。隧道纵断面从工作井沉井往接收井沉井方向，依次为782.1m坡度为+2‰的直线段，接684.6m平均坡度为+8‰的上坡（含31.48mR5000m竖曲线段），接605.9m平均坡度为-4.1‰的下坡（含53mR5000m竖曲线段）组成；隧道出洞中心标高为－26.56m，隧道进洞中心标高为－22.00m，区间最高处标高为-19.00m。本工程采用一台3540mm网格水力机械盾构机进行施工。

由于汕头港海底地质条件复杂，隧道穿越范围的地质环境依次为砂层、块石层、贝壳层、淤泥质土层、灰堤抛填石层，地质差异大，并且海相沉积土层极易扰动，地质详勘的难度大，当时技术难以准确给出其相应的力学参数，也无法进行代表性的土层取样。

盾构在推进过程中，发现盾构切口前堆积了大量花岗岩块石，有些块石的大小甚至超过了盾构液压闸门的大小，故而造成盾构推进阻力极大，对盾构推进及盾构姿态控制都带来了极其不利的影响。另外，由于隧道位于汕头港海底约30m范围，正面水压力极高，最初的地质资料显示，地下水属潜水型，与海水连通，直接受海水涨落潮的影响，海水水位标高为-1.0～-12.0m。2008年12月进行的地质补勘显示，盾构需穿越中砂含水层，该含水层具微承压性，为承压水，其水头埋深为珠标0.60米，渗透系数为K=30.9m/d，为强透水层。因此在常规状态下，正面障碍物无法得到及时清理，因此必须采取辅助措施进行切口前清障。

为应对这种复杂环境和地层特点，确保盾构在推进过程中及时清除盾构切口前的障碍物、提高盾构推进速度、改善盾构姿态，为此决定采用盾构全断面高气压辅助清障穿越该复杂地层。

3 高气压辅助清障施工准备工作

3.1 盾构机局部改良

结合多次地质勘探的资料，为了使盾构机能更好地完成后续阶段的推进任务，对盾构机进行局部改进，主要改进的部分简介如下：（1）盾构机改用扬水器

考虑到盾构机前方空间狭小，且隧道轴线将穿越较长距离砂层，采用扬水器代替渣浆泵。