浅埋湖底隧道施工技术案例解读（PPT）

1、浅埋湖底隧道施工技术1概述我国浅埋湖底隧道建好的有六条，其中国内城市轨道交通最长湖底隧道苏州轨道交通1号线金鸡湖隧道使用盾构技术,其余五条（包括武汉水果湖隧道）均使用明挖技术。序号隧道名称隧洞长度（km）1苏州金鸡湖隧道6.182南京玄武湖隧道2.663武汉水果湖隧道1.594长沙营盘路隧道1.405昆明草海隧道0.426南宁南湖隧道1.80我国浅埋湖底隧道情况一览表目前国内长距离水下盾构掘进技术已日渐成熟。我公司承建的穿黄隧道，使用泥水加压盾构机进行施工，标志着我国盾构掘进施工技术攻克了河底地质复杂、长距离、大直径、高水压等难题。施工过程中盾构机在黄河下掘进时所承受的最大水压约0.45MPa

2、，通过对泥水加压盾构的泥浆配制技术、掘削面的控制压力与掘削面稳定技术、壁后注浆技术、高外水压力条件下盾构施工防渗技术、长距离掘进刀盘、刀具选择及布置方案、盾构掘进姿态控制等研究，成功穿越黄河。2浅埋湖底隧道盾构法施工技术苏州金鸡湖湖底隧道使用土压平衡盾构机施工，标志着我国盾构掘进施工技术迈入了攻克湖底超浅埋、高渗水、高风险隧道施工的新阶段。施工现场实施四点一环的闭合联动信息管理系统，先后多次运用不同手段对湖底线路进行地质探测、超前注浆加固，24小时严密监测。在施工中创造了盾构机湖底月掘进558米，日掘进30米，单班掘进15.6米三项苏州轻轨盾构施工新纪录。创造了“滴水不漏”穿越长湖的奇迹。2浅

3、埋湖底隧道盾构法施工技术在泥水平衡盾构施工过程中，泥浆的性能是影响施工进度、施工成本和施工安全的关键因素，对其它施工参数具有重要影响。配置泥浆时充分考虑泥膜的形成机理和掘进过程中泥膜的作用机理，通过调整泥浆的配置方案，使泥浆的密度、浓度、粘性、屈服值、含砂率、粒度分布、过滤特性等满足泥膜形成时间、厚度和稳定性，以及刀具磨损等方面的要求。泥浆配置方案需要与地层特性紧密结合，满足不同地层中泥膜形成的需要。通过调整泥水特性参数，实现对泥膜的成膜时间、厚度、稳定性的有效控制。穿黄工程中，根据试验和施工前期获取的相关参数，分别针对粘粒土/粉粒土及细砂土等粘土地层、砂地层（中、细砂）和粗砂/砾石等间隙较大

4、地层制定了相应的泥水配比方案。2.1泥水盾构泥浆配置技术施工过程中根据不同的地层特性，进行泥浆对比试验以优化泥浆性能。在穿黄工程中，粘土层掘进时的粘度、密度偏高，重点降低泥浆密度，密度控制在1.03g/cm3，粘度控制在23s；砂砾石层掘进时的泥浆粘度、密度偏低，适当补充新鲜浆液并加增粘剂，使进浆密度控制在1.05g/cm3，粘度控制在30s以内。泥浆相对密度的合理选择：泥浆相对密度越大，成膜性越好，过剩地下水压越小，掘削面变形越小，掘削土砂的浮力也较大，运送排放掘削土砂效果较好。但也导致泥浆流动性变差，需要加大泥水运送系统的功率。因此，在确定泥水的相对密度时，即要考虑掘削面的稳定，也要考虑泥

5、水运转设备的功率大小。泥浆粘度的合理选择：泥浆粘度大利于粘土颗粒吸咐聚集在掘削地层表面，加快成膜速度快，利于稳定掘削面并防止逸泥，但粘度大，流动性差，不利于泥水运送，易沉淀。穿黄工程施工实践证明，泥水粘度在2530s之间的实施效果较为理想。2.1泥水盾构泥浆配置技术泥水平衡盾构通过配置气压舱等压气设备，通过气压舱压力平衡工作面周围的静水压力和土压力，通过维持开挖舱内的压力稳定来实现掘削面的稳定。穿黄工程地质条件复杂，掘进过程需要穿越不同的地层，采取多项措施确保掘削面的稳定。根据施工实践，针对掘削面的稳定主要有以下结论。在盾构实际施工过程中，需要根据不同地层条件、不同埋深及外水条件通过计算及反复

6、试验设定开挖舱压力。2.2泥水盾构掘削面稳定技术1掌子面；2刀盘；3膨润土浆液；4开挖舱；5后隔板；6进浆冲刷管；7压缩空气垫；8前隔板；9气垫舱；10排浆口；11栅格；12管片；13盾壳。根据不同的地质条件，选择适当推力、掘进速度、贯入度等掘进参数，控制掘削量，减小掘进时对掘削面地层的扰动。全砂层掘进速度一般控制在35mm/min左右，全土层控制在10mm/min以内，送排泥浆流量差在5070m3/h。及时调整泥浆的粘度、比重，控制泥水参数使其成膜时间短于刀盘转速对应的掘削时间间隔，不同的地层采用不同的泥浆参数。施工中详细记录实际掘削面压力波动范围并加以分析归纳，为后续施工提供借鉴和参考。1

7、泥浆；2泥浆液位；3压缩空气气垫；4前隔板；5后隔板；6支撑区域；7处于大气压力下的区域；Pl空气压力；Pso顶部泥浆压力；Psu底部泥浆压力；泥浆密度；D盾构直径；Hl承压舱高度。隧洞掌子面支持压力的分布图2.2泥水盾构掘削面稳定技术2.3泥水盾构壁后注浆技术盾构掘进中的壁后注浆即时填充盾尾建筑空隙，使管片与周围土体一体化，支撑管片周围土体，有效地控制地表沉降和管片上浮，形成盾构施工隧洞的第一道防水屏障，增强隧洞的防水能力，以确保盾构隧洞的最终稳定。按照注浆位置所在管片是否脱出盾尾分为同步注浆和二次注浆，二次注浆主要针对同步注浆效果不理想的部位进行对注浆体的再次加固和完善。同步注浆示意图根据

8、穿黄工程的施工实践，盾构掘进施工中壁后注浆的关键问题与处理措施如下：（1）根据掘进地层的地质特点、掘进速度、运输时间与运输方式、作业环境的温度和适度等因素优化配置浆液，使得注浆浆液的渗透性、流动性、和易性、初凝时间、初期强度等技术指标满足注浆体形成的需要，确保注浆体发挥预期的作用。（2）注浆过程按照理论计算的注浆压力、注浆流量、注浆量对注浆过程进行控制，并结合对注浆段的观测和人工观察情况，实时调整相关参数，确保注浆体饱满，以防隧洞和地层的沉降以及管片上浮，并防止产生偏压使管片发生错台或损坏。（3）同步注浆速度与盾构机的掘进速度匹配，根据掘进速度调节同步注浆的频率，达到均匀注浆的效果。并根据不同

9、的地质情况进行调整，根据隧洞断面的地质变化情况调整注浆量的分配量。2.3泥水盾构壁后注浆技术（4）同步注浆压力大于注浆点的静止水压和土压力之和，实现空隙最大程度被填充同时又不产生劈裂的效果。施工过程中的注浆压力根据不同的地质情况、盾尾注浆孔的预埋位置分别进行控制，并通过压力传感器进行实施监控。在进行二次注浆过程中应严格控制好注浆压力，避免因注浆压力过大造成管片错台、错缝甚至损坏管片。（5）二次注浆的浆液采用水泥与水玻璃双液浆，不停地搅拌拌制好的浆液。在施工过程中通过现场试验确定双液浆混合后的凝固时间，以达到其应有的扩散范围。（6）在稳定性较差的砂砾（泥砾）石地层中注浆时，在许可的范围内加大注浆

10、压力，以尽量提高对地层的有效支撑，以防坍塌。在始发段和到达段注浆时，通过对注浆压力和注浆量的控制，使砂浆布满整环管片的背部空隙，达到填充饱满的注浆效果，形成高强度的注浆体，确保盾构机的安全始发和达到。 2.3泥水盾构壁后注浆技术2.4泥水盾构施工防渗技术主驱动内密封示意图主驱动外部密封示意图穿黄盾构掘进需要穿越饱和的含水砂层，水头压力高达0.45MPa，掘进时饱和砂层易引起突发性涌水和流沙，并可能进一步导致大范围的突然塌陷。为确保掘进过程的安全推进，对穿黄工程盾构施工防渗技术提出了很高的要求。在工程实践中，通过制定盾构自身的防护、隧洞外衬防水、管片接缝防水、盾构始发与到达时的施工防渗等多项措施

11、，解决了穿黄隧洞掘进的防渗问题，实施效果良好。（1）高水压下盾构机掘进采用具有自动顺滑功能、自动密封功能、自动检测密封工作状态的功能以及磨损后可继续使用等功能的主驱动密封，并在盾构机的工作过程中及时补充密封及顺滑油脂。盾尾密封示意图（2）盾尾密封是盾构机自身密封的关键，掘进过程中在4道盾尾钢丝刷形成的3道空腔内注入足量的WR89油脂，达到盾尾的密封效果并减小钢丝刷与管片间的摩擦，防止盾尾密封损坏。（3）在盾构掘进过程中控制好盾构机的姿态，同时根据盾构机的姿态正确地进行管片拼装，使管片与盾尾间隙均匀，从而保护盾尾密封。（4）管片是构成隧洞结构的主体，也是高水压下盾构隧洞防渗的主体，从管片的生产、

12、养护、运输、止水条粘贴到管片拼装，每道工序均按照其操作规程严格进行，避免因管片质量或人为损坏降低隧洞的防渗能力。（5）盾构始发及到达的施工风险较大，始发端及到达端的防渗要求更为严格，通过高喷、塑性混凝土墙、洞门周圈注浆、冷冻等多项措施加固始发端和出口端地层；并调整泥浆性能、控制掘进速度，以利于地层的稳定。在做好始发端头及盾构到达端的地基处理及降水工作的同时，还保障洞门钢环及洞门密封的精确安装，确保洞门密封具有良好的密封性能及承压能力。2.4泥水盾构施工防渗技术2.5泥水盾构带压换刀技术在不同地层中掘进时，有必要进行针对性的刀具更换，以提高掘进效率、减低刀具的磨损，满足盾构始发、到达以及在不良地

13、质体中的掘进需要。同时，可以通过在合适部位添加耐磨条、耐磨层等抗磨损措施，调整泥浆性能参数和中心冲刷系统等措施提高刀具的工作性能、优化刀具的工作环境。在盾构施工过程中，选择合理的总推力、刀具贯入度、刀盘转速、扭矩等掘进参数是关键，可延长刀具的使用寿命，减少换刀频率，降低施工中频繁带压进舱换刀的风险。对于因长距离掘进或复杂地质条件引起的不可避免的刀具严重磨损情况，可以通过带压进舱更换刀具。带压进舱更换刀具作业严格按照作业流程和要求进行，保证人员安全、设备安全、掘削面稳定。在穿黄隧洞工程掘进施工过程中，建立了一整套带压进舱更换刀具的施工工艺流程、质量控制措施以及应急处理程序，累计带压进舱300余舱

14、，成功更换了300多把刀具，有效确保了盾构施工的顺利进行，也为以后类似工程积累了经验。刀具磨损监测系统原理图带压进舱开挖舱内注入形成泥膜的高质量浆液制浆停机、降液位、设置压力开挖舱密封效果检查不合格合格操作人员进入人舱加压进入作业面带压作业减压出舱带压0.3MPa进舱作业工艺流程图2.5泥水盾构带压换刀技术2.6泥水盾构盾构机姿态控制技术导向系统示意图掘进纠偏示意图施工过程中，通过盾构机姿态控制系统的实时调整与控制，使盾构掘进沿着隧洞设计路线前进。但在盾构机推进过程中，由于受掘削面上土压力的不均衡性、地层性质的变化及其他方面的影响，盾构机的实际推进轴线难以与设计轴线保持完全一致，两者之间总是存

15、在一定偏差。因此，对盾构机掘进姿态进行控制的主要目标是：缩小两者之间的偏差，使掘进线路无限接近设计线路。（1）盾构机的行进姿态主要通过调整各分区千斤顶的推力大小来控制。在不同类型的地层中掘进时，根据地层上下、左右各区的硬度确定各区的千斤顶油缸推力，并考虑盾构机自重对自身姿态的影响，辅以刀片形式更换、掘进速度调整等措施，防止出现“低头”、“上浮”现象，使盾构机保持良好的姿态。（2）对于掘进过程中由于某种原因已经发生的线路偏差，采取及时的纠偏措施。在纠偏过程中，适当放慢掘进速度，避免因单侧千斤顶受力过大对管片造成的破损；密切注意盾构机的姿态、管片的选型及盾尾的间隙等，保持盾尾与管片四周的间隙均匀；

16、当偏差较大时，制定合理的纠偏线路，不能矫枉过正，避免往相反方向纠偏过大或盾尾与管片摩擦导致管片破裂。（3）穿黄隧洞盾构掘进过程中，采用SLS_T激光导向系统，同时配合人工测量，根据地质变化采用不同的掘进方式，有效克服了掘削面上土压力的不均衡性、地下土层变化及其他方面的影响，实现了对盾构机姿态和隧洞线形的有效控制。盾构姿态计算原理图2.6泥水盾构盾构机姿态控制技术（4）控制测量是隧洞掘进盾构姿态控制与导向的基础，定期对盾构姿态进行人工检测，保证导向系统的正确性和可靠性。穿黄工程中通过采用南北岸竖井联系测量、建立复合导线形式的洞内控制导线网等措施确保了控制测量的精度。同时，管环姿态检测作为对导向系

17、统的复核，在掘进过程中需要切实加强，及时发现管环的位移趋势，防止管环安装超限。3明挖法湖底隧道施工技术玄武湖隧道施工图片水果湖隧道施工图片湖底隧道明挖法施工一般包括围堰施工、抽干湖水清淤、基坑开挖、隧道结构施工、防渗处理、回填覆盖还湖等工序。围堰施工一般采用钢板桩、无内支撑旋喷搅拌加劲桩等；防渗处理一般采用结构混凝土自防渗结合建筑防水的体系组成。3.1围堰施工技术“明挖法”遇到最大的挑战在于防水，既要防止施工时可能影响到围堰的安全，又要注意隧道顶部的防渗漏。东湖隧道深基坑两壁首次引进无内支撑旋喷搅拌加劲桩支护法（即巨型铆钉工艺）：先在两壁钻孔注浆，在混凝土尚未凝固前，置入铆桩， 通过挤压使混凝

18、土渗入周边及顶部土层，形成“带两个头的膨胀桩”。一般在基坑两壁上下隔2米、左右横隔1.5米，密密麻麻打一片，相当于一面墙上钉满钉子来固定。再在“铆钉外”竖一排维护桩，基坑两壁形成铜墙铁壁。 ，这样基坑中间可不需要钢支架支撑，也省去拆卸的麻烦，可大大压缩工期。钢板桩的堵漏一般的做法是在钢板桩施打过程中用棉絮、黄油等填充物填塞接缝，此种堵漏效果不一定好。也可采用在钢板桩全部插打完毕开始抽水安装围囹时，采用一边抽水一边顺着钢板桩的接缝下溜较干细砂的方法，借助水压力将细砂吸入接逢内而达到堵漏的目的，围囹的安装围囹的安装应随着抽水的深度逐层实施，安装过程中要密切注意河床水位的变化，并安排专人负责施工期间

19、的抽水工作。值得注意的是工字钢与钢板桩的连接，由于钢板桩在插打过程中受多方面的影响，整个围堰的侧面顺直度较差，工字钢安装后与钢板桩之间有较大的间隙。为防止围堰的变形，要求将工字钢与钢板桩之间的间隙全部用型钢焊接支撑连接，围堰的四个角更应加强。对于变形较大的接缝在围囹安装后用棉絮塞填。3.1围堰施工技术钢板桩支护法：首先插打钢板桩，再进行围囹工字钢焊接，边焊接边堵漏，为确保整个围囹的刚度和稳定性，对每层中间一道工字钢上面加焊型钢并将上下四道工字刚用槽钢焊接连接。3.2浅埋湖底隧道防渗技术浅埋湖底隧道渗漏的多发区域，是边墙缝角落。东湖隧道施工，对每一处边墙缝实施了三至四层防水处理。在维护桩外直接砌

20、一排砖，糊上泥浆，再做防水层，因为砖块的平整度肯定比喷射混凝土好。此外“打铆钉”支护的新工艺可减少施工环节，直接减少分段施工产生的结合缝，使侧墙、顶板一次浇筑到位，为解决渗漏打下基础。年嘉湖底隧道防渗漏措施包括三个层面的控制，首先是隧道本身的结构防水，钢筋混凝土自身的密实度具备防水功能；其次是涂料、防水卷材的外层保护；最后是施工中通过对变形缝的处理进一步防渗漏。隧道防水采取结构自身防水辅以以下防水措施：桩头防水：桩头伸入底板，表面清理干净后，在与底板接触面涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料；施工缝防水：在每个管节的相临段之间，沿断面上的外墙和底板、顶板设一道封闭钢边橡胶止水带；纵向施工缝：在施工缝中

21、间设200宽钢板腻子止水带一道，施工缝表面的浮浆、松动石子清理干净，并刷水泥基渗透结晶型防水涂料两遍；变形缝：设外贴式和中埋式两道止水带，外贴式止水带在顶板位置与聚氨酯防水涂料层形成封闭环，顶板的迎水面设低模量聚氨酯密封胶，在缝背水面设接水盒引排变形缝少量渗水，中埋式钢边橡胶止水带两边设有可注浆管；抗渗微晶砂浆和聚氨酯防水涂料：陆地段结构外侧墙由于空间位置限制无法使用聚氨酯防水涂料做外防水，采用抗渗微晶水泥砂浆。其余区段外侧墙和所有顶板部位使用2层聚氨酯防水涂料做外包防水层。3.2浅埋湖底隧道防渗技术3.3湖底清淤施工技术一般用挖泥船将淤泥运到固定地点堆积沉淀，最后用于种花种草的营养土，变废为宝。绞吸式挖泥船根据所采用的定位装置不同而划分，有对称钢桩横挖法和钢桩台车横挖法，在风浪较大的地区，装有三缆定位设备的挖泥船，应采用三缆定位横挖法施工，在水流流速较大或风浪很大的地区，对装有锚缆横挖设备的绞吸式挖泥船应采用锚缆横挖法施工。自航耙吸式挖泥船的施工方法一般有三种：装舱施工法；边抛施工法；吹填施工法。槽内施工采用