劉廣鈞

（中鐵十二局集團有限公司，廣東 廣州 511435）

獅子洋隧道過小虎瀝水道施工技術

劉廣鈞

（中鐵十二局集團有限公司，廣東 廣州 511435）

文章以獅子洋隧道穿越小虎瀝水道為例，介紹了過江施工過程中的風險點及重難點，并提出了針對性的技術對策。

泥水盾構；復合地層；水域；施工技術

（一）概況

1.工程概況

廣深港鐵路客運專線獅子洋隧道進口段盾構隧道總長約10000米，采用 2臺氣墊式泥水加壓平衡盾構機分別掘進左、右線隧道。盾構隧道開挖直徑為 11.2m，管片外徑10.8m，厚度500mm，寬度為2.0m，采用“7+1”雙面通用楔形環(huán)。

盾構機從始發(fā)井掘進約240m后，隧道由西往東下穿寬度約 580m的小虎瀝。過小虎瀝的隧道起始里程為DIK33+900～DIK34+480，隧道坡度為20‰，江底隧道線間距為20～22m，見圖1。

圖1 過江段工程平面圖

2.工程地質

隧道過江段的洞身地層主要為○3 3粉細砂層、○3 4中砂層和○3 5粗礫砂層。隧道底部主要為○3 4中砂層和○3 5粗礫砂層，局部出現(xiàn)○5 1全風化巖和○5 2強風化巖。

地質情況見圖2。各地層的物理性能見表1。

圖2 過江段地質縱斷面圖

3.水文地質

小虎瀝地表水體為珠江水系分支，為通航水道，主要受上游來水補給，向下游珠江口排泄，另外沿線還分布有較多的魚塘及小渠。小虎瀝、水深主要受潮汐影響，潮汐類型為規(guī)則半日潮，每天基本上有二漲二落，漲潮歷時短，落潮歷時長。往復流十分明顯，一般歷年最高水位多出現(xiàn)在汛期，最低水位則出現(xiàn)在枯期，多年平均水位 1.04m，最高水位為2.8m，最低水位為-0.44m。過江段各相關地層的滲透系數(shù)詳見表1，小虎瀝24h水位變化見圖3。

圖3 小虎瀝24h水位變化圖

表1 各地層的物理性能統(tǒng)計表

（二）工程重、難點及風險分析

1.盾構過排水渠淺覆土段

盾構機進入小虎瀝水道前，在江堤堤壩的西側有一條約7～8m寬的排水渠，主要把農場內的廢水排向小虎瀝。由于該河涌所處的地勢較低，河涌底離隧道頂?shù)木嚯x較近，凈距離僅為8.37m。盾構機在掘進時，較難控制切口水壓。

2.盾構過江堤、碼頭段

過江前，在小虎瀝西岸有一江堤堤壩和一個寬約 65m的碼頭，該碼頭緊鄰小虎瀝西側堤壩，由于年代久遠，基礎資料無法查證，僅知堤壩及碼頭的基礎為拋填石基礎，且碼頭局部存在混凝土船。該段隧道埋深較淺，盾構的施工存在較大的風險。

在盾構過江施工時，應有效控制江堤和碼頭的沉降，加強對江堤的位移和沉降觀測，以確保江堤的安全。特別要絕對防止拋填石基礎的塊石進入土倉。

3.盾構過淺覆土段

盾構隧道在小虎瀝的覆土厚度均較淺，約8～18m，其中最淺覆土厚度8.0m；遠小于1倍的盾構機直徑（11.2m）。覆土厚度較淺段地下水較為豐富，且過江段覆土厚度較薄，土層軟弱，江中水壓較高，在掘進該段時，覆土層極易被切口壓力擊穿。

4.盾構局部過復合地層段

在小虎瀝隧道過江掘進至386m（通過2/3江面）時，隧道底部約有 0.8m的全風化巖層，在掘進至 480m（通過 4/5江面）時，隧道底部出現(xiàn)強風化巖層，巖面逐漸在盾構隧道內爬升。即盾構過江時，約需通過194m的復合地層。

在復合地層段開挖時，刀具對隧道底部的全、強風化巖層的耐磨損性及開挖時切削下來巖石塊、卵石的排除情況，確保環(huán)流系統(tǒng)暢通以控制切口壓力的波動在允許范圍內是復合地層過江段的控制重點。

5.盾構過全斷面沖積-洪積砂層

盾構隧道過江段，隧道洞身和覆土層幾乎均為飽和軟弱地層，這些地層敏感度高，穩(wěn)定性差，易冒漿、沉降甚至塌陷，施工時，應從泥漿性能指標、切口壓力設定及控制、盾構機姿態(tài)控制和背填注漿等各方面來保證地層穩(wěn)定。

6.盾尾密封失效風險

盾構機從始發(fā)到過江結束，需一次性推進820m，期間不進行任何盾尾的檢查或更換，如在江底損壞而嚴重漏水，將直接影響盾構機的安全。

（三）施工技術對策

1.施工原則

盾構過江遵循“快速通過”的施工原則，通過盾構機完好率、快速拼裝管片，配套系統(tǒng)的良好運轉，達到快速施工的目的。

2.盾構機刀具配置

盾構機在始發(fā)時采用軟巖刀具，即僅安裝雙層刮刀，不安裝耐磨滾刀；待盾構機過江且開始進入巖層后，再裝上滾刀并繼續(xù)掘進。軟巖刀具主要的設計為：

刀盤結構由 8塊輻條及和相應的幅板所組成。刀盤結構和驅動裝置之間的連接通過 8個梁來連接。刀盤開口率為32%，刀盤防磨保護，在刀盤的中心和外緣進行硬化處理并堆焊耐磨材料。

切削刀具配有雙層碳鎢合金刀齒以提高刀具的耐磨性，可磨損的高度為64mm（2×32mm），在第一排刀齒磨損后，第二排刀齒可以代替第一排刀齒繼續(xù)發(fā)揮作用。同時在刀具的背部設有雙排碳鎢合金柱齒。

周邊刮刀的切削面上設有一排連續(xù)的碳鎢合金齒和一個雙排碳鎢合金柱齒，用于增強刀具的耐磨。

3.開挖面泥水壓力控制

開挖面是一種動態(tài)的平衡，盾構在江底施工時，無論是掘進階段還是停止掘進階段，必須動態(tài)設定切口壓力并防止切口壓力的波動，保證土體穩(wěn)定的同時又不擊穿覆土層，切口壓力的波動不能超過5%。

影響切口壓力的設定的直接因素是江面水位的潮起潮落，因此掘進過程中要密切監(jiān)測水位變化，每變化30cm要向主控室報告，以修正切口壓力的設定。

在盾構施工管理中，要重點收集分析送泥量、排泥量以及送、排泥密度；開挖面泥水壓力；盾構推進速度、推力大小等數(shù)據(jù)。

4.切削干砂量管理及控制

通過理論干砂量與主控室監(jiān)視屏幕顯示的掘削干砂量（即實際掘削干砂量）作比較，判斷開挖面超挖量和地質變化情況。

在過江時的淺覆土段其單環(huán)（2m寬）干砂量：G=(πD2L/4)×(1-25/100)=(3.14×11.1822×2÷4)×(1-25/100)=196.31×0.75 = 147.23m3

實際單環(huán)干砂量G’根據(jù)儀器測定送泥水和排泥水的差，通過計算求出實際土粒子量（干砂量），依據(jù)g=(G’-G)/G得出超挖率g，當g>10%，且計算機屏幕上顯示排土體積的有迅速、明顯的變化，則開挖面有可能塌方或土層出現(xiàn)變化，此時應及時掌握切口正面土體穩(wěn)定的情況。

5.泥水處理系統(tǒng)的管理及控制

隧道過江段主要在粉細砂層、中砂層和粗礫砂層中掘進，該地層自造漿能力較差且在該種地層中泥漿、膨潤土損失量較大，因此地面泥漿站應有較強的制備新泥漿的能力，應具備：足夠的泥漿儲備；制漿站具備足夠的制漿材料；加大泥漿的比重和粘度，通過制漿站造漿把泥漿比重控制在1.10g/cm3左右，泥漿粘度控制在23s以上；啟動泥漿二次處理（45υ）設備對付粉細砂，確保分離質量。

6.管片背后注漿管理

背填注漿采用“盾尾同步注漿為主，管片補充注漿為輔”的注漿思路，同步注漿采用單液注漿，應急管片補充注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，雙液漿初凝時間在15秒以內，利用2條注漿管分別注入水泥漿和水玻璃，待注出盾尾后，兩種進行混合，以達到雙液漿的同步注漿目的。 注漿量應保證達到理論建筑空隙的130%以上。

每環(huán)推進前，對同步注漿的漿液進行小樣試驗，嚴格控制初凝時間。在同步注漿過程中，合理掌握注漿壓力，注漿出口壓力＝切口水壓+60～80KPa，使注漿量、注漿流量和推進速度等施工參數(shù)形成最佳匹配。

7.過江堤、砂場碼頭段施工措施

盾構在過江前，先要穿越江堤，為了保護好江堤的安全以及防止江堤拋填石基礎的石塊跑入盾構機內，必須做好以下防范措施：

（1）切口水壓的控制

在盾構過江堤前，必須控制好切口水壓，盡量保持切口水壓的穩(wěn)定，在盾構機穿越了江堤后，由于覆土厚度產生突變，此時應該及時調整設定的壓力值，減少江底的沉降，保護好江堤。

（2）推進速度

在過江堤時應采取合適的掘進速度，掘進速度控制在25mm/min左右，即一環(huán)（2m）的掘進時間約控制在 80～100分鐘，以盡量減少對土體的擾動。

（3）姿態(tài)控制

穿越過程中，盾構機的姿態(tài)變化不宜過大或過頻，并且嚴格控制中線平面位置偏差、盾構切口與盾尾平面以及高程偏差均不超過±50mm，并且±30mm報警。一旦出現(xiàn)盾構偏移軸線過大或地面變形偏大，應逐步糾正，并及時調整推進速度。

8.防止盾尾漏漿措施

（1）加強盾尾艙的管理

在推進過程中，因設備故障和操作失誤往往引起切口水壓的波動，在每次調高切口水壓后，必須進行試推進，并安排專人觀察盾尾漏漿情況，確定無漏漿后再正式調高切口水壓，進行正常掘進。

同時應注意盾構機本身要增加盾尾刷保護及嚴格控制盾尾油脂的壓注；在使用時對盾尾艙進行定期檢查，平均每20環(huán)全面檢查一次；并且在管片拼裝前必須把盾殼內的雜物清理干凈，以防對盾尾刷造成損壞。

（2）控制盾構姿態(tài)

在掘進過程中，嚴格控制盾構推進的姿態(tài)，盡量使得管片外圍的盾尾間隙均勻一致，減少管片對盾尾刷的擠壓程度。

（3）盾尾漏漿應急對策

當盾尾漏漿情況比較嚴重時，配制初凝時間較短的雙液進行管片壁后注漿，壓漿部位為后 3～5環(huán)，并適當調低切口水壓，但調整量不大于 0.5 Kg/cm2，補充盾尾油脂。在管片拼裝時，采用塞滿油脂的海綿團，堵住盾尾間隙。

若此時漏漿情況仍得不到有效控制，則在后 6～8環(huán)處用聚氨酯進行壓注予以封堵。為了防止在隧道內的漏漿和漏水、積水情況的發(fā)生，在隧道內各準備兩臺4寸口徑的大型抽水水泵，以備必要時使用。

9.過復合地層段施工措施

過江段中巖層局部為巖石風化層，總體上來說夾層硬度不大，在此地層中進行盾構施工時采用的主要技術措施除針對性的刀盤刀具配置外，對推進參數(shù)的控制尤其重要。

一般情況下，刀盤轉速控制在1.0～1.5rpm、根據(jù)扭矩大小和排泥的情況決定盾構的推進速度，一般扭矩控制在3000KN·m以下。

盾構機接觸由泥水形成的“潤滑劑”，可減少刀具磨損，以及降低扭矩。當有巖石塊出現(xiàn)無法破碎時，可以通過降低盾構機的掘進速度，增加刀盤扭矩來進行破巖。

（四）施工監(jiān)測

1.聲納法簡介

聲納法主要是通過超聲波聲速測深儀測量水深，并進行自動化成圖，繪制平面水深圖和斷面圖，以判斷江底的地形變化情況。水深測量采用國產無錫SDH—13D型淺水精密測深儀，精度為±<0.4%+5cm，以水深為8米計其精度為±<8.2cm。

2.測線布置

沿隧道軸線方向布設一條中軸測線，然后左右兩邊每相隔5m布設一條測線，共布設5條平行于中線的測線；垂直于中軸線方向為兩軸線間距離加上從軸線往外測出15米寬度，測線間距為3米。

測點布置詳見圖4。

圖4 聲納法監(jiān)測點布置示意圖

（五）結語

獅子洋隧道右線盾構穿越小虎瀝從2008年3月22日開始，至5月2日安全順利通過，歷時42天，日平均進度為6.9環(huán)，江底沉降一般在20cm左右，最大為34.5cm，證明了方案的可行性與安全性。周進度詳見圖5。

圖5 穿越小虎瀝周施工進度圖

[1]竺維彬,鞠世健,史海歐.廣州地鐵三號線盾構隧道工程施工技術研究[M].廣州:暨南大學出版社,2007.

U455.4

A

1008-1151(2011)04-0082-03

2011-01-19

劉廣鈞（1970－），男，中鐵十二局集團二公司副總經理兼廣深港客運專線獅子洋隧道項目經理、高級工程師，研究方向為隧道與地下工程。