超大直径泥水盾构穿越长江大堤施工技术

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

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

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

DOI ：10.3969/j.issn.1001-8972.2011.15.030

表一

表二

所监视的模式分类如下：

正常工况模式（含夜间停机模式）火灾工况模式：火灾自动报警系统（即ＦＡＳ系统）具有控制优先权，ＦＡＳ系统向ＢＡＳ系统传送已经人工确认的火灾报警对应的模式指令，此时车站综合监控系统（即ＩＳＣＳ系统）停止命令发送，ＢＡＳ根据火灾模式指令启动相应的火灾模式。

阻塞工况模式

模式控制ＨＭＩ界面如下图所示：

（３）焓值自动控制

主要是面向车站空调系统设备的一种控制方式。ＢＡＳ将实时检测车站的空气参数并进行焓值运算，根据室内外焓值和温度，确定空调运行工况，实时控制空调设备的运行，如控制空调新风机的运行，控制各种风阀的开关，控制冷水机组的启停等。

焓值控制分为暖通空调系统和冷水系统，暖通空调系统的焓值控制在南、北端的ＰＬＣ　中完成。对每一个车站的同一个空调空间，作为一个监控对象进行环境温度控制，即对车站大系统按照同时控制车站两端的空调系统处理，作为一个控制对象，如下图所示：

控制回路根据回风温度对车站大厅和站台的室温进行ＰＩＤ调节，使室温稳定在设计水平上。调节系统方框图如下：

将回风温度作为反馈量，与设定值比较经ＰＩＤ输出，作用于执行器（风机变频器），调节风量，从而及时控制站厅（台）的室温达到规定值。

由于冷水系统的被控制设备，自成系统，均接在冷水机房的空调群控专用ＰＬＣ中，因此冷水系统的焓值控制在空调群控专用ＰＬＣ中完成。（４）时间表控制

重庆６号线在正常运营时，每日所有ＢＡＳ设备的启停等控制均由综合监控系统（即ＩＳＣＳ）的ＢＡＳ时间表功能实现。

时间表管理的主画面如下图所示：

编辑好的时间表可以被操作员保存，以及下发。

需要指出的是，ＩＳＣＳ与ＢＡＳ主ＰＬＣ间在下发／读回过程仅使用一张完整的时间表；每个车站的ＢＡＳ主ＰＬＣ控制器将保持住ＩＳＣＳ下发的最新一张时间表，并执行最新的时间表。

ＢＡＳ时间表的内容设计为各个子系统的模式号及其启动时间。如下图：

根据ＢＡＳ子系统（Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ）的划分，每一张时间表被分成若干个部分（根据设计院的详细资料确定，一般为通风大系统、通风小系统、空调水系统和照明等）。

时间表作为ＢＡＳ控制设备在正常情况下运行的控制输出，它以设备、设备组或系统为单位，确定设备在某段时间内的运行状态。ＢＡＳ系统根据当前的时间表执行相应的模式。车站操作员可以选择设备的控制方式。时间表的控制优先级低于模式控制和手动控制。

ＢＡＳ系统支持多种时间表（包括工作日、周末、节假日、夜间等）的运行，同时在ＢＡＳ维修工作站上可以监控任何一个时间表。ＢＡＳ系统同ＩＳＣＳ的通讯为ＣＩＰ协议，ＩＳＣＳ将时间表下载到ＢＡＳ　ＰＬＣ中，ＢＡＳ根据当前的系统时钟计时，自动判断并执行时间表内的相应模式号输出，控制模式的执行。

（５）与ＦＡＳ的联动控制

ＢＡＳ系统与ＦＡＳ系统的联动在所有的控制权限里优先级别是最高的。ＢＡＳ系统同ＦＡＳ系统的通信是通过第三方协议转换模块（ＡＢ７００６）进行的，当收到ＦＡＳ报警数据后，根据收到的数据（二者事先定义对应的模式），ＢＡＳ系统开始执行相应的火灾模式。此后，ＢＡＳ系统不再接收任何操作指令，直到ＦＡＳ报警信号复位。（６）多控制点功能的实现

ＢＡＳ系统控制权分为五级控制，就地控制箱、ＩＢＰ盘、ＩＳＣＳ、ＢＡＳ维护工作站、现场触摸屏。每个控制点的控制级别由高到低排列。每个可控制设备都有这五个控制级，在编写程序时需要对设备控制点进行判断。

五、应用体会

目前该项目正顺利进行当中，笔者觉得ＡＢ产品有不少使用起来比其他系统方便的地方，比如ＡＢ强大的通讯功能，方便的标签名编程等；但也遇到了一些不便的地方：比如ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ网络受节点数、连接数的限制等。

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。