超大直徑盾構(gòu)穿越淺覆土水下隧道施工工法

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1、超大直徑盾構(gòu)穿越淺覆土水下隧道施工工法中鐵**集團(tuán)有限公司1、前言盾構(gòu)法進(jìn)行水域(江、河、湖、海)下隧道施工時(shí)，由于隧道使用線路上的因素限制，使得有時(shí)隧道所處位置的上覆土層較淺。盾構(gòu)機(jī)在高水壓、強(qiáng)透水、淺覆土（覆蓋層厚度不足一倍盾構(gòu)機(jī)直徑）條件下的掘進(jìn)過(guò)程中，極易發(fā)生掌子面失穩(wěn)、地層隆陷、透水冒漿和局部擾動(dòng)液化，施工技術(shù)難度和工程風(fēng)險(xiǎn)極大，屬于世界級(jí)技術(shù)難題。中鐵**集團(tuán)有限公司針對(duì)南京長(zhǎng)江隧道工程盾構(gòu)隧道始發(fā)淺埋段及江中淺覆土段(該段覆土最小厚度大約在10.49m～12.34m間，有72m覆土厚度不足一倍盾構(gòu)直徑，最小覆土厚度僅為0.71倍

2、盾構(gòu)直徑)，受到盾構(gòu)掘進(jìn)擾動(dòng)后，土體易發(fā)生液化現(xiàn)象，易坍塌；且當(dāng)盾尾密封效果不佳或注漿量設(shè)置不合理時(shí)，均可能發(fā)生涌水涌砂等技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行研究，在總結(jié)超大直徑盾構(gòu)穿越淺覆土水下隧道施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，形成該工法。該工法在技術(shù)創(chuàng)新上達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。經(jīng)教育部科技查新工作站查新，查新結(jié)果：本課題針對(duì)長(zhǎng)江南京段以松散、稍密~中密的粉砂為主的高透水性江中地層，其最大水壓達(dá)到7.0kg/cm2(即相當(dāng)于70cm水頭壓力)，開挖直徑達(dá)14.96m，距離超過(guò)3km等現(xiàn)象，擬通過(guò)調(diào)研、理論分析、實(shí)物試驗(yàn)、模型試驗(yàn)、三維數(shù)值可視化仿真模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等手段，研究盾構(gòu)

3、法穿越長(zhǎng)江隧道建造的一系列關(guān)鍵技術(shù)及其施工風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估體系和健康監(jiān)測(cè)體系，上述內(nèi)容尚未見(jiàn)有公開文獻(xiàn)報(bào)道。2010年9月9日通過(guò)了中國(guó)建筑業(yè)協(xié)會(huì)全國(guó)建筑業(yè)新技術(shù)應(yīng)用示范工程成果評(píng)審，評(píng)審意見(jiàn)：“復(fù)雜地質(zhì)條件下超大直徑盾構(gòu)隧道淺覆土穿越長(zhǎng)江技術(shù)”達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。該工法應(yīng)分別應(yīng)用于南京長(zhǎng)江隧道工程左、右線江中段及始發(fā)段，推廣應(yīng)用成績(jī)顯著。該工法解決了在強(qiáng)透水地層、不進(jìn)行地層處理?xiàng)l件下穿越江中淺覆土段的施工技術(shù)難題。由于受各種客觀條件的制約，很多跨江跨海盾構(gòu)隧道面臨長(zhǎng)距離（尤其是石英含量高的砂層）、覆土層薄、水深深、水壓高等技術(shù)難題，同時(shí)也帶來(lái)施工

4、安全風(fēng)險(xiǎn)極大的難題，該成果在類似工程建設(shè)中有重要的指導(dǎo)意義，在大型鐵路工程、公路工程及市政工程中具有良好的推廣價(jià)值，應(yīng)用前景將非常廣闊。2、工法特點(diǎn)2.0.1加快施工進(jìn)度。采用高粘度泥漿維護(hù)開挖面穩(wěn)定，減少了拋填土運(yùn)輸取土、運(yùn)輸?shù)裙ば?，提高施工進(jìn)度。2.0.2降低成本。減少了租用車船、運(yùn)輸、購(gòu)?fù)恋拳h(huán)節(jié)，降低了施工成本。2.0.3操作簡(jiǎn)單。最大限度了減少了施工人員和運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備的工作量，現(xiàn)場(chǎng)管理簡(jiǎn)便易行。2.0.4減少了對(duì)河道通航的影響。不在江中進(jìn)行拋填作業(yè)，減少了對(duì)河道通航的影響。2.0.5安全可靠。不進(jìn)行拋填土作業(yè)，減少了對(duì)江底土體的擾動(dòng)，

5、安全可靠。3、適用范圍本工法適用于大直徑的越江穿河隧道工程中采用盾構(gòu)法施工的復(fù)雜地質(zhì)條件下的淺覆土掘進(jìn)施工。對(duì)其它類似盾構(gòu)隧道的施工也具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r(jià)值。4、工藝原理南京長(zhǎng)江隧道采用拋填粘土方法可以滿足掘進(jìn)覆土厚度要求，但是江底淺覆土地段處于長(zhǎng)江主流下方，由于江水流速較快，粘土顆粒較細(xì)，只能采用拋填袋裝粘土，這樣就很難在江底形成均勻的覆土層。這樣就導(dǎo)致拋填粘土部分土體松散，與原有河床下土體無(wú)法成為一個(gè)整體，土壓力穩(wěn)定作用較??；由于水流快，拋填粘土?xí)鹬苋ν馏w局部沖刷擾動(dòng)原覆土層的穩(wěn)定。南京長(zhǎng)江隧道江中淺覆土施工通過(guò)采用高粘度泥漿維護(hù)開挖面，

6、控制開挖面泥水壓力波動(dòng)和泥漿流量，掘進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，確保注漿均勻充足等綜合技術(shù)，安全平穩(wěn)通過(guò)了淺覆土地段。泥水平衡盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定是依靠密封艙的壓力泥漿來(lái)達(dá)到的。當(dāng)泥水壓力大于地下水壓力時(shí)，泥水滲入土體中，泥水中的砂成分、粘土堵住了地層土中的間隙（或淤堵在其表面），形成與土體間隙成一定比例的懸浮顆粒，被土體捕獲的顆粒凝聚于土體與泥水的接觸面，形成滲透性非常小的一層泥膜。在滲透系數(shù)較小的泥膜形成后，降低了泥水壓力的損失，泥水與地下水的置換將被隔絕，泥水壓力可更加有效地作用于開挖面，從而可防止開挖面的變形和垮塌，并確保開挖面的穩(wěn)定。5、

7、施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1盾構(gòu)穿越淺覆土施工工藝流程圖（見(jiàn)圖5.1）5.2操作要點(diǎn)5.2.1泥水壓力泥水壓力計(jì)算過(guò)程中的水深以施工時(shí)實(shí)際長(zhǎng)江水位為準(zhǔn)，并根據(jù)盾構(gòu)通過(guò)淺覆土段時(shí)的長(zhǎng)江潮汐水位進(jìn)行調(diào)整。泥水壓力要求嚴(yán)格進(jìn)行控制，偏差幅度在±0.1bar之間。施工參數(shù)計(jì)算采取的公式⑴切口水壓上限值(公式4-1)：（公式4-1）圖4-1江中段開挖面切口水壓示意圖式中：--切口水壓上限值(kPa)；--地下水壓力(kPa)；--靜止土壓力(kPa)；--變動(dòng)土壓力，一般取20kPa；--江水壓力，根據(jù)不同的水深確定；--水的容重(kN/m3)；--地

8、下水位以下的隧道埋深（算至隧道中心）(m)；--靜止土壓力系數(shù)；--土的容重(kN/m3)；--隧道埋深（算至隧道中心）(m)；--江水的容重(kN/m3)；--江