大直径泥水平衡盾构掘进施工重难点分析及应对措施

1、 大直径泥水平衡盾构掘进施工重难点分析及应对措施 摘要：近年来，水下大直径泥水平衡盾构施工技术得到了长足发展，但很多项目在施工过程中仍然会遇到各种各样的问题，本文以中国路桥承建的孟加拉卡纳普里河底隧道项目为依托，重点阐述了海外大直径泥水平衡盾构掘进施工过程中的重点难点及应对措施，为后续同类项目的施工提供了宝贵的经验，具有很好的借鉴作用。关键词：过江隧道；特大直径；泥水平衡；掘进施工；应对措施0 引言近年来，越来越多的大直径水下盾构得到应用，如：南京纬三路过江隧道1，上海大连路越江隧道2，江苏江阴澄江西路过江隧道3等等。大直径泥水平衡盾构在掘进过程中会受到多种因素干扰4，如切口压力、掘进姿态、泥

2、浆指标等等，而上述指标控制直接决定掘进成败。本文以孟加拉卡纳普里河底隧道项目为依托，结合工程实践，详细列举了盾构掘进施工的重点难点及对应措施，为项目平稳顺利掘进提供了技术支撑。1 工程概况卡纳普里河底隧道项目位于孟加拉吉大港市郊卡纳普里河入海口处，由中国交建epc总承包，中国路桥承建，该项目采用开挖直径12.16m气垫式泥水加压平衡盾构设备，盾构管片外径11,800mm，内径10,800mm，环宽2,000mm，壁厚500mm，采用5+2+1错缝拼装通用楔形环。单条隧道总长为2,450延米，双线总长约4,900mm。2 地质水文情况该项目主要穿越粉砂、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、粉细砂层，其中盾

3、构掘进两端穿越部分液化粉细砂层，中段穿越卡纳普里河底1公里全断面粉细砂密实地层。3 盾构机泥水平衡盾构机在结构上包括刀盘、盾体、人舱、碴土破碎系统、泥浆输送系统、管片拼装机、后配套拖车系统等。在功能上包括开挖系统、主驱动系统、推进系统、泥水系统、注浆系统、油脂系统、液压系统、电气控制系统、激光导向系统及通风、供水、供电系统。本项目盾构机外径：12120mm，开挖直径12160mm，盾壳厚度：80mm，盾构本体长13.5m，总长度：93.7m（含后配套）。4 掘进施工重难点分析及应对措施4.1 盾构下穿卡纳普里河掘进压力控制卡纳普里河高低潮汐水位差4-6m，最大达到6m以上，地下水位波动大，东西

4、两岸处覆盖土层突变引起土压力突变，切口压力需根据潮汐水位和覆盖层厚度动态调整，因此盾构掘进切口压力控制是本次盾构下穿卡纳普里河施工的难点。相关应对措施如下:（1）水位动态监测在临时码头设置水位观测标尺，盾构掘进前、掘进过程中，安排专门监测人员在临时码头对卡纳普里河的水位进行实时动态监测，及时通过电话或者网络将数据反馈至监控室，同时做好书面记录。（2）切口压力计算及调整监控室技术人员提前按照覆盖土层及常水位计算好每环的理论切口压力，并根据监测的水位及时对计算切口压力进行调整，及时通过专线电话通知盾构掘进操作室司机，按照调整的切口压力控制掘进。（3）切口压力验证及修正考虑到理论计算可能会与实际有一

5、定的偏差，在掘进中需根据实际掘进情况进行验证和修正，当气垫仓液位异常波动、排泥泥浆指标降低过快、泥水站桶槽液位变动过大时，可考虑为切口压力设定过大或过小，此时需要及时进行切口压力调整。4.2 盾构穿越液化及软弱地层防扰动及姿态控制（超挖控制）根据地质勘查报告，拟建场地20m以浅饱和砂土和粉土，2层粉砂、4层粉砂、6层粉细砂具液化性，为液化土层。根据以往施工经验，本项目盾构长距离穿越粉细砂、粉土地层虽在建筑抗震设计规范未判定液化性，但其液化性能可预见液化程度为较严重严重，盾构长距离穿越粉细砂和粉土地层易扰动造成掘进姿态超限。西岸至卡纳普里河底地层为淤泥夹砂，承载力差，流动性强，属于软弱地层，在盾

6、构机重量大影响下掘进时易栽头，管片拼装后易上浮。因此盾构穿越液化地层和软弱地层掘进参数控制是本工程的难点。盾构穿越软弱地层和液化地层应对措施如下:（1）掘进准备掘进前应对设备各系统（尤其是掘进、注浆、油脂密封、压力控制系统等）进行全面检修和维保，确保盾构各系统性能良好，避免盾构掘进过程中出现长时间停机再启动给地层造成大的扰动。（2）出渣控制粉细砂地层必须严格控制出土量，严禁超挖。每环掘进过程中，地面泥水分离站安排专人对每个脱水筛出口的实际出渣量进行全程跟踪统计；将实际出渣量与理论出渣量（松散系数取1.4）进行对比。严格控制实际出渣量；当实际出渣量有超过理论量的趋势时（考虑管道内携带渣土量），泥

7、水站管理人员应及时通知地面监控室，由监控室下达指令给盾构主司机，停止大循环出渣进行机内旁通模式循环。（3）姿态控制针对液化地层和软弱地层特性，掘进前，根据线路设计情况提前调整好盾构掘进的纵坡和水平角度，尽量避免在掘进过程中进行纠偏，确实需要纠偏时必须进行微调纠偏，每次纠偏量不大于5mm，防止多次纠偏和过量纠偏对地层造成大的扰动。针对软弱地层掘进后管片脱出盾尾出现上浮的现象，根据监测的上浮数据可适当压低盾构在掘进轴线下方掘进，防止出现管片上浮后管片垂直姿态超限。（4）注浆控制液化地层和软弱地层掘进过程中，必须加强同步注浆，降低地层的流动性，提高地层的支撑力。针对软弱地层掘进后管片脱出盾尾出现上浮

8、的现象，可对管片顶部进行二次注浆，减少管片上浮量。（5）盾构机径向孔注浆液化地层和软弱地层掘进，当出现盾构栽头严重，姿态控制失控的严重后果时，可通过盾体径向孔压注新型材料-克泥效（既具备一定强度又不会包裹盾体），对掘进地层进行改良，提高地层对盾体的支撑力，从而达到逐步调整姿态的条件。4.3 盾构穿越淤泥夹砂及粉质粘土地层泥浆指标控制及泥浆处理泥水盾构穿越淤泥夹砂和粉质粘土细颗粒地层，泥浆指标（粘度和比重）会迅速升高，高指标泥浆易造成泥水循环不畅和刀盘结泥饼的严重后果，调低泥浆指标必然产生大量的废弃泥浆，若废弃泥浆不能及时处理，将会造成泥水盾构掘进泥水出渣效率大大降低甚至导致停机，因此淤泥夹砂、

9、粉质粘土地层掘进的泥浆指标控制和泥浆处理是本工程的施工重点，相关应对措施如下:（1）泥浆指标控制淤泥夹砂及粉质粘土细颗粒地层，自身造浆能力强，泥浆指标上升快，每环掘进前、掘进过程中和掘进完成后均需在泥水处理站调整池进行泥浆指标（粘度和比重）的动态测定，当泥浆指标高于设定指标时，及时加入清水，降低泥浆指标。（2）废弃泥浆处理淤泥夹砂及粉质粘土细颗粒地层掘进，会生成大量的高指标泥浆，为保证调整池内泥浆液位满足加清水的需要，需及时处理大量的废弃泥浆。废弃泥浆的处理主要有二种措施，一是通过压滤设备进行处理，将泥浆压滤为含水量低于30%固态泥饼（可进行外运）和液态水（可以再利用）；二是在泥水站周边设置泥浆池，储存部分废弃泥浆，待盾构穿越砂土地层时重复利用。5 结论与讨论卡纳普里河底隧道项目左线共设计管片1,224环，当前完成掘进937环，占比77%，施工进展顺利，验证了本文提到的掘进施工过程重难点分析及应对措施的有效性和实用性，对后续类似项目的实施具有很好的借鉴意义。参考文献：1. 柳林，陈强. 南京市纬三路过江隧道超大直径泥水盾构始发关键技术j. 水下隧道建设与管理技术论文集, 322-328.2. 陈馈，洪开荣，焦胜军. 盾构