盾构长距离下穿水域施工技术

盾构长距离下穿水域施工技术

作者：严淦

来源：《城市建设理论研究》2013年第17期

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 engineering 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-determinacy 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 of 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，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3.00～4.00m,金鸡湖底标高-0.60～-2.50m，水深1.80～3.70m。

金鸡湖隧道主要穿越④2粉砂层和⑤粉质粘土层，其中上层的④2粉砂层约占穿越湖底盾构隧道地层30%，下层的⑤粉质粘土层约占70%。

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图2区间纵剖面示意图

④2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。

⑤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，④1粉土、④2粉砂层厚度较大，富水性较好，属中等～弱透水土层，⑤粉质粘土层为微透水土层。

总体上，④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： ①盾构机选型是否合适、掘进参数的控制范围等；

②为如何建立、保持土压平衡采集必要数据，避免盲目施工； ③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

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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④2粉砂层及⑤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①1淤泥层，三为其他土层（包括①2素填土、③1粘土、③2粉质粘土、④1粉土、④2粉砂、⑤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0.11MPa～0.16 MPa，盾构掘进时，严格按照计算土压进行掘进。