(南京)长江隧道超大直径盾构掘进施工技术

7.0～ 10.0
江中浅覆土 地层
K6+030 ~+200
4.5～5.1
60000～ 90000
30～35
0.8～1.0
30.0～44.2
3.0～6.0
20 同上
盾构掘进施工
南京长江隧道指挥部
２、盾构姿态控制
管片轴线 盾构轴线
隧道轴线
（2）推进姿态控制：推进过程中，严格控制好推进方向，将施工测量结果不 ◆根据盾构试掘进段施工参数的修正，最终确定正常掘进施工参数，同时为 （4）盾构掘进施工全过程须严格受控，工程技术人员根据地质变化、隧道埋 断地与计算的三维坐标相校核，及时调整。为了控制掘进姿态，要求每环掘进 （1）根据地质条件、覆土厚度和现场的掘进姿态对部分设定掘进参数进一步 （5）做好施工记录：盾构推力、掘进速度、刀盘转速、切口和气垫仓压力、 （3）盾构掘进过程中，坡度不能突变，隧道轴线和折角变化不能超过0.4%。 了使盾构机保持良好的掘进姿态，施工中需进行动态的现场掘进管理，具体如 深、地面荷载、地表沉降、盾构机姿态、刀盘扭矩、千斤顶推力等各种勘察、 过程中，盾构姿态要保持平稳，尤其是竖向方向高度：盾尾保持在+5~+20mm范 优化组合。 泥浆流量、进出浆比重、注脂压力、注浆压力、盾构竖直及水平偏差及盾构机 测量数据信息，正确下达每班掘进指令，并即时跟踪调整。盾构机操作人员须 下： 围，盾构机前段保持在+10~+30mm，竖向抬头趋势尽量控制在+10~+30mm/m。严 设备运行状态等。 严格执行指令，谨慎操作，对初始出现的小偏差应及时纠正，应尽量避免盾构 禁在每环掘进过程中出现“上穿下跳”现象。同时均衡盾构机掘进姿态与管片 机走“蛇”形，盾构机一次纠偏量不超过4mm/环，以减少对地层的扰动。 21 拼环姿态的一致性。
K3+850~
45000～
粉细沙、砾 砂混合地层
K4+650~ K6+030
4.0～5.8
60000～ 100000
25～35
1.0～1.2
20.8～35.0
5.0～8.0
粉细沙、砾 砂及卵石混 合地层
K5+100~ ~+970
4.0～5.8
60000～ 100000
15～25
0.7～0.9
17.0～30
穿 越 大 堤 段
到 达 浅 覆 土 段
K6+200 K6+620 K6+030 K6+500
★超浅覆土始发与到达：由于受线路控制影响，本工程盾构始发 段属于超浅埋，最浅覆土厚度为5.5m，仅为0.37D，主要穿越地层为 流塑状的④层淤泥质粉质粘土和⑥层淤泥质粉质粘土夹粉土，在国内 盾构超浅覆土始发施工中尚属首例，施工技术难度非常大。
9
盾构始发
2. 盾构机超浅覆土始发
冷冻管
-5
-6
-8 -9 -7
钢 反 管 力 撑 架
-5
-6
-7 -8 -9
10
三、盾构掘进施工
1、盾构掘进参数控制
2、盾构掘进姿态控制 3、泥水管理 4、同步注浆施工 5、管片拼装 6、中箱涵施工
11
盾构掘进施工
1.盾构掘进参数控制
◆由于南京长江隧道水域长度长达2500m，占盾构段总长度的82％以上， 且地质条件复杂多变，当盾构机进入江中后，无法采用现有手段对江底 掘进断面进行实时精确监测，因此，不同地质地段掘进施工参数的设定、 控制与修正，是掘进施工中的关键控制技术。
17
盾构掘进施工
1.盾构掘进参数控制——泥水压力设定与控制
4）泥水压力控制小结
◆根据监测数据统计显示：采用理论计算压力设定泥水压力参数完全满足掌子
面开挖稳定要求；当压力设定小于计算下限值0.2Bar以下，虽然在淤泥质黏土 中能保持掌子面平衡，但对于其它透水地层由于地面沉降量超过90mm以上，极 易造成地表塌陷和掌子面失稳的风险；当压力设定大于计算上限值0.2Bar以上 时，对于该地层由于隆起量超过50mm以上，且在池塘处出现冒气泡现象，虽然 没有出现冒浆击穿覆土，但对其它透水地层有极大的冒顶风险；因此对于地表 沉降控制严格的地段选用上限值控制为好；对于浅覆土且地表沉降控制不严地
题目
南京长江隧道超大直径盾构 掘进施工技术
1
汇报内容
汇报内容
1
工程概况 盾构始发 盾构掘进施工 盾构接收 施工体会
2
2
3
4
5
工程概况
一、工程概况
1、工程简述
2、工程难点及特点
3
工程概况
1. 工程简述
本工程采用“左汊隧道+右汊桥梁”方
南京长江隧道位于南京长江 案，左汊隧道分左右两线，左线盾构隧道
1.工程简述
本隧道的结构形式为双管单层，采用两台德国海瑞克公司生产的超 大直径泥水混合式盾构掘进机施工，盾构开挖直径14.96m，管片环外径 14.5m，内径13.3m，壁厚0.6m，环宽2m，混凝土设计强度等级C60，抗 渗等级S12。
5
工程概况
2. 工程难点及特点
130m 270m 2030m 170m 300m 120m
◆南京长江隧道在当前同类型盾构隧道中属于世界上第二大
细 始 穿 砂 直径泥水盾构隧道，具体有以下四个工程特点: 发 越 合砾 浅 大 层砂 覆 堤 段及 土 段 卵 段 石 混 K3+600 K4+000 K3+730
粉 超大直径盾构隧道，同时又是世界上地质条件最为复杂的超大 江
中 冲 槽 浅 埋 段
P下=P1＋P2＋P3= Ka [γ×(H h) ＋γsat×h]＋20
13
盾构掘进施工
1.盾构掘进参数控制——泥水压力设定及控制
2）其它透水层地段（K3+850
～ K6+620）（采用采用水土分算方式） P3=20 hw
粉 细 砂 h（ H）层 段
粉 细 砂 砾 砂 混 合 层 段
江 中 冲 槽 浅 埋 段 = Kγ′h P2
P1=γw(hw+h)
●泥水压力上限值: ◆根据以上两种计算方式，盾构机掘进时的切口泥水压力应介于理论 P上=P1＋P2＋P3= γw(hw+h)＋K0γ′h＋20 计算值上下限之间，并应根据盾构机实际开挖干砂量的变化情况、地表 ●泥水压力下限值: 建构筑物的沉降情况以及盾构机掘进当中掘进参数的异常情况进行适当 P =P ＋P2＋P3= γw(hw+h)＋Kaγ′h＋20 调整。 下 1 14
大 堤
隧道轮廓线
位移监测点
A B C D E
地表沉降监测点
4m
4m 4m 4m
隧道中心线
10m
横向监测断面
目前刀盘所处位置 右线盾构岸边非加固浅覆土区地层沉降监测孔布置平面图
现场监测 16 土体位移及沉降监测 池塘监测断面
盾构掘进施工
1.盾构掘进参数控制——泥水压力设定及控制
3）施工监测与压力调整
19
盾构掘进施工
1、盾构掘进参数控制——其它掘进参数控制
2）刀盘转速与扭矩 气垫仓泥
地层段落 里程段 水压力 Bar
各地层盾构掘进参数控制表
推力KN 推进速 度 mm/min 转速 锥入度 扭矩
r/min
mm/r
MN.m
备注
K3+600~ 25000~ 1.2~1.8 10~30 0.8~1.0 始发加固段 10～37.5 2.0～5.0 ◆掘进施工中，刀盘转速选择要结合不同地层的软硬程度和盾构机设计的最 +655 30000 非加固浅覆 K3+655~ 大掘进扭矩综合考虑。 1.8～2.4 土 +730 30000～ 45000 30～40 0.7～0.9 33.3～57.1 1.8～3.0
6
盾构始发
二、盾构始发
1、洞前加固及洞门破除

2、盾构机超浅覆土始发
7
盾构始发
1. 洞前加固及洞门破除
1）洞前加固
37m 18m 冷冻管
内衬 顶棚加固 全 断 面 加 固
洞门密封圈
高压旋喷桩加固区
高压旋喷桩加固 1.6m 冷冻法加固 地下连续墙
洞门破除后的冷冻面
8
盾构始发
南京长江隧道指挥部
1. 洞前加固及洞门破除
2）洞门破除
◆洞门圈内1.0m厚连续墙，分三次进行破除。第一次破除在冻结前进行，主
要破除地下连续墙10cm厚的外层钢筋；第二次破除在冻结墙完全胶结后进行， 破除厚度60cm，从上到下分块破除；第三次破除在负8环管片拼装完成后进行， 同时应结合负环管片的安装进度进行。施工中为了确保洞门破除及盾构始发万 无一失，提前采取井点降水方法降低地下水位，以便减小洞前土体的侧向压力。
南京长江大桥
大桥与三桥之间，连接河西新城 全长3022.025m，右线盾构隧道全长 区——梅子洲——浦口区，是南 3014.76m。隧道按双向6车道快速通道规模 建设，设计车速80公里/小时。 左京市规划的五桥一隧重要过江隧 汊道工程。
左汊隧道长3022m
右 汊
南京长江隧道 南京长江三桥
右汊桥梁
4
工程概况
12
盾构掘进施工
1.盾构掘进参数控制——泥水压力设定及控制
1）淤泥质粘土地段（K3+600～+850）（采用水土合算方式）
P3=20
P2=Kγ(H-h) 江 边 根据国际上泥水盾构的施工经验，切口水压的上、下限值设定值通常采 H 浅 覆 h 用的静止土压力和主动土压力进行控制，除始发段不透水的淤泥质黏土 土 段
K3+730~ 40000～ 2.4～3.0 30～40 0.8～1.0 30～50 2.0～3.0 +780 50000 ◆根据海瑞克设计生产的盾构机性能参数和本项目地质水文特点，依据盾构
长江大堤
粉细沙层 3.0～4.9 30～40 0.9～1.1 27.3～44.5 3.0～6.0 试掘进的掘进经验指标，该盾构在不同地质的地段施工掘进参数控制如下表： K4+650 95000 按常年 水位计 算，需 根据实 测调整 同上
段，为防止压力过高或波动引起地面冒浆，压力参数选为下限值控制为宜，同
时要保证推进速度平稳，进出浆流量平衡，推进过程中压力波动严格控制在： －10～＋10kPa以内。
18
盾构掘进施工
1、盾构掘进参数控制——其它掘进参数控制
1）推进速度与推力
◆盾构掘进速度设定及控制时，应注意以下几点： ①盾构启动时，盾构司机需检查千斤顶是否顶实，开始推进和结束推进之 ◆正常掘进条件下，掘进速度应设定为30～40mm/min；在盾构机通过砾砂、 前速度不宜过快。每环掘进开始时，应逐步提高掘进速度，防止启动速度过大 圆砾地层时，掘进速度应控制在25～30mm/min，一般情况下，推力随着泥水压 冲击扰动地层。 力的大小和推进速度的快慢而增大，正常情况下根据本项目不同的地质情况， ②每环正常掘进过程中，掘进速度值应尽量保持衡定，减少波动，以保证 切口水压稳定和送、排泥管的畅通。在调整掘进速度时，应逐步调整，避免速 盾构掘进施工总推力最大不易大于额定总推力的70％进行控制。 度突变对地层造成冲击扰动和造成切口水压摆动过大。 ③推进速度的快慢必须满足每环掘进注浆量的要求，保证同步注浆系统始 终处于良好工作状态。 ④掘进速度选取时，必须注意与地质条件和地表建筑物条件匹配，避免速 度选择不合适对盾构机刀盘、刀具造成非正常损坏和造成隧道周边土体扰动过 大。
右线盾构岸边非加固浅覆土区地层沉降监测孔布置立面图
15
盾构掘进施工
南京长江隧道指挥部
1.盾构掘进参数控制——泥水压力设定及控制
3）施工监测
K3+668 池塘 1-7 1-6 1-5 1-4 1-3 1-2 1-1 14m 横向监测断面 K3+708
池塘监测点
位移监测点
2-7 2-6 2-5 2-4 2-3 地表沉降监测点 2-2 2-1 6×5m
盾构掘进施工
1.盾构掘进参数控制——泥水压力设定及控制
3）施工监测与压力调整 以正常泥水压力通过监测点C
纵向测点
K3+668
A
B
C
D
E
K3+708
大堤
池塘 横向监测断面I
0.8~1.5m 横向监测断面II
泥水压力 P=P下－0.2bar
7.3m
通过横向检测断面I及监测点A、B
−4%
泥水压力 P=P上＋0.2bar 通过横向检测断面II及监测点D、E
盾构掘进施工
南京长江隧道指挥部
３、泥水管理
制浆剂 分离设备 渣土外运
预筛分
新浆池 沉淀池 P2泵
比重
Ｎ
调浆池
二级分离 泥浆指标测试 一级分离
泥水处理系统 Ｙ P1泵
一级 分离
盾构机
二级 分离
泥水流程图
泥水环流系统 22
粘度
γ 泥水管理控制系统 P1泵 沉淀池 射线密度仪 P2泵 泥水处理系统 含砂量 调浆池 P1泵 盾构操作页面泵
◆由于本隧道以粉细砂、砾砂地层为主，地层渗透系数大，透水性强，
地层采用水土合算外，其余地段均采取水土分算的方法进行计算，同时
P1= Kγsath
结合本工程地质特点及刀盘对掌子面的支撑作用，关键要根据地表监测 数据，对理论计算的泥水压力及时进行修正。 ●泥水压力上限值: P上=P1＋P2＋P3= K0[γ×(H h) ＋γsat×h]＋20 ●泥水压力下限值: