1、盾构长距离下穿水域施工技术摘 要：苏州地铁 1号线 14标盾构区间需要穿越金鸡湖，穿越金鸡湖长度超过 3km，且湖底至隧顶的最小覆土厚度约 7.4m，属国内盾构机最长距离穿越湖底，亦是苏州第一个盾构掘进项目，施工风险很大，存在水域地段地质的不确定性、水底存在障碍物的可能性、地质探孔或者其他地质扰动可能导致掘进面与水底贯通等，通过采取合理的技术措施，保证了盾构顺利下穿水域施工。 关键词：盾构长距离水域 施工技术 Abstract: This paper analyzes the Jinjihu tunnel section, which was the first shield engineer
2、ing project in Suzhou and the longest lake-tunnel in China, Suzhou subway first line, during the construction of lake-tunnel with shield engineering. Shield engineering, such as the construction of underwater and in which the minimumthickness of covering soil is 7.4 meters, leads to the non-determin
3、acy of underwater geology, probability of underwater barriers, and probabilities that water run through the tunneling face caused by ground perturbations such as geological survey. This paper makes a research on such problems as above-mentioned. It is of reference value for the future construction o
4、f similar engineering, such as buildings/structures protection around tunnel, optimization of construction parameters and smooth execution of similar projects. Keywords:shield, long distance, underwater, construction technique. 中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号： 1 工程概况 星港街站会展中心站区间采用盾构法施工，线路整体呈东西走向，区间从星港站出发，
5、向东穿越星港街和城市广场，下穿金鸡湖，通过金鸡湖 A岛中间风井，继续向东，下穿玲珑街 1号桥到达会展中心站。线路左线长 2351.980m，右线长 2350.108m,总长 4702.088m。其中穿越湖底的左右线总长 3650.98m（右线 1832.16 m，左线 1818.82 m） ，是目前为止国内最长的湖底盾构隧道。 图 1 盾构下穿金鸡湖平面示意图 盾构穿越区域内为广阔的冲湖积平原，水系发育，地势平坦，典型的水网化平原，金鸡湖湖面标高 3.004.00m,金鸡湖底标高-0.60-2.50m，水深 1.803.70m。 金鸡湖隧道主要穿越2 粉砂层和粉质粘土层，其中上层的2 粉砂层约
6、占穿越湖底盾构隧道地层 30%，下层的粉质粘土层约占 70%。 图 2区间纵剖面示意图 2 粉砂层厚度较大，属中等-弱透水土层,且该层中含有微承压水 。粉砂层由晚更新世沉积的土层组成，为良好的赋水和透水地层，渗透性较好，在水头差作用下易产生流砂、涌砂现象。 层软流塑状态，夹粉土薄层，土层均匀性较差，强度低，中压缩性为主，局部高压缩性，中等灵敏度，震动荷载作用下，易产生剪切破坏和侧向变形，引起震陷。 此外，1 粉土、2 粉砂层厚度较大，富水性较好，属中等弱透水土层，粉质粘土层为微透水土层。 总体上，层粉土、粉砂层渗透性稍好，在水头差作用下易产生流砂、涌砂现象，施工时应加强盾构掘进控制，防止喷涌事
7、故的发生，保证施工安全。 2 盾构下穿湖底施工技术措施 由于湖底隧道洞身范围内粉砂层广泛分布，该地层对沉降或隆起灵敏度高，如果盾构掘进时土仓压力控制不好，就会导致金鸡湖水与掘进开挖面连通，易引起喷涌、大面积塌方等，造成重大工程事故。为了保证盾构机安全穿越金鸡湖，采取的主要措施如下： 1）做好盾构机的维修保养 盾构机到达金鸡湖前对盾构机要进行全面检查、维修和保养，重点检查主轴承密封性能、刀盘刀具、土体改良系统、注浆系统、盾尾密封系统、中体与盾尾铰接处的密封的止水效果等，使盾构机及后配套系统的工作处于良好和受控状态。 2）设置 100m试验段掘进 由于星会区间大部分掘进均在金鸡湖底进行，因此，在首
8、次到达过湖段后，将前 100m作为试验段，通过试验段掘进，确立下列三点要素：盾构机选型是否合适、掘进参数的控制范围等； 为如何建立、保持土压平衡采集必要数据，避免盲目施工； 选用添加剂进行土体改良，为进入湖底提供依据； 3）软弱地层中姿态控制 进入湖底掘进前，全面检查盾构机掘进姿态，及时进行纠偏调整。在湖底段掘进时加强盾构掘进姿态监测及管片选型工作，减小管片接缝错台，保证较好的隧道线形，提高隧道防水质量。 4）盾构穿越湖底土压力控制 湖底段掘进时根据开挖面的水土压力，及时调整油缸推力及推进速度，保持土仓压力稳定，避免因刀盘推力波动过大对地层造成严重扰动。5）加强盾构掘进过程控制 对隧道覆土含砂
9、层较小的地方，运用导向系统和分区操控推进油缸，严格控制盾构姿态，防止盾构抬升。 6）严格控制同步注浆量及注浆压力，防止注浆压力过高造成地层扰动过大，避免与上部砂层贯通。 3 实际施工效果 地层渗透系数是盾构选型的重要因素。根据欧美和日本的施工经验，当地层的渗透系数小于时可以选用土压平衡盾构；当地层的渗透系数在和之间时既可选用土压平衡盾构也可选用泥水盾构；当地层的渗透系数大于时，如采用土压平衡盾构开挖仓中添加剂将被稀释，水、砂、砂砾相互混合后土碴不易形成具有良好塑性及止水性碴土，在螺旋机出碴门处易发生喷涌，施工困难。在本工程中，盾构机穿越的地层主要为承压水的第二道隔水层及部分透水砂层，高渗透系数
10、的砂层地层对盾构机的掘进影响较小，故选择土压盾构机能够适应湖底掘进。 盾构机掘进穿越金鸡湖底，从地质纵断面图看盾构机主要通过2 粉砂层及粉质粘土层，开挖面的正面水土压力考虑分为三部分，一为金鸡湖水；二为1 淤泥层，三为其他土层（包括2 素填土、1 粘土、2 粉质粘土、1 粉土、2 粉砂、粉质粘土） 。 土压力采用静止土压力分层计算模式进行计算 第一层按照均质土方法计算，计算第二土层土压力时，将第一层土换算成与第二层的性质指标相同量土层厚度，即，然后按换算后第二层土的厚度计算第二层范围的土压力，依此类推，通过分层计算，下穿金鸡湖土压控制在 0.11MPa0.16 MPa，盾构掘进时，严格按照计算
11、土压进行掘进。 在湖底段的掘进，掘进土压力的改变位置基本与地层变化线重合。土压力变化拐点的出现一般需要 36 环的掘进才能实现，表明土压平衡盾构机建立的是一种动态的土压平衡，土仓内的土体与掌子面的地层交叉影响，此时的被动土压力和主动土压力交替出现和发挥作用，正是这一系列连续的交替作用，使得盾构机能够在保证掌子面稳定，同时保证盾构正常的掘进。 同步注浆量理论计算值为 2.34方，实际注浆量取值为理论方量的1.52.0 倍，考虑到湖底粉砂层的渗透系数较大，取较高系数 1.8倍，即 4.2方。 最初的注浆压力是根据理论的静止水土压力确定的，在实际掘进中不断优化。如果注浆压力过大，会导致地面隆起、管片
12、变形和盾尾漏浆等。如果注浆压力过小，则浆液填充速度赶不上空隙形成速度，又会引起地面沉陷。一般而言，注浆压力取 1.11.2 倍的静止水土压力，最大不超过 0.30.4 MPa。 由于从盾尾圆周上的四个点同时注浆，考虑到水土压力的差别和防止管片大幅度下沉和浮起的需要，各点的注浆压力不同，并保持合适的压差，以达到最佳效果。在最初的压力设定时，下部每孔的压力比上部每孔的压力略大 0.050.01 MPa。 湖底的同步注浆在起到稳固管片的同时，更多的是在起密封防水的作用，为此，为了加快水泥砂浆在湖底砂层中的初凝速度，我们通过适当的改变同步注浆配合比，提高水泥和粉煤灰的含量，使成型隧道防水效果更进一步。
13、 在湖底地层中的掘进注浆量保持在 4 m3，相对刚进入湖底地层的数量减少了 0.2 m3/环，但达到了同样的防水效果，成型隧道基本没有渗漏点。这两者的变化说明了同步注浆配合比的调整是准确有效的，适当的提高水泥和粉煤灰比例能够有效的控制成型管片姿态和防水效果。 盾构机在全断面砂层掘进中，掌子面的稳定至关重要，由于粉砂的渗透系数大，同时地层富水量高，通过封环注浆的工艺对隧道后方的来水进行了封堵，效果明显，直接表现在掘进时的出土含水量稳定，掘进和拼环时的土压保持性好。 在富水软土地层中掘进，成型管片的重量小于原状土的重量，在一定程度上会造成管片上浮现象，因此为达到使成型管片的线路姿态符合设计要求，通
14、过合理调节盾构掘进轴线，保证了成型隧道的轴线，为管片后期上浮留下一定的空间，根据经验及测量数据的统计分析，在湖底的掘进下调量为 2535mm。 4 结论 通过采取合理的措施，盾构顺利下穿最长水域，对于长距离湖底掘进中实际遇到的一些问题，总结了盾构下穿水域施工技术，给类似水下工程掘进提供了宝贵经验，得到了以下施工经验： 1）通过试验段的掘进，要详细收集参数，根据后续施工地质情况，合理选择施工参数。 2）盾构穿越水域施工是需要考虑施工水域水深对盾构掘进的影响，合理计算土压，适当增加浆液凝结时间与注浆压力，保证成型管片姿态和防水效果。 3）盾构下穿水域时，会造成管片的上浮，再通过实测管片姿态，确定盾构实际掘进的高程。
