南京水下隧道工程盾构施工技术

一、工工程总总体情情况介介绍1、南京京长江江隧道道工程程项目目概况况2、南京京长江江隧道道工程程特点点、难难点及及风险险点3、设备备情况况简介介二、南南京长长江隧隧道工工程施施工情情况综综述三、开开展的的技术术攻关关和施施工综综合技技术研研究1、研究究背景景和意意义2、南京京长江江隧道道创新新之处处3、开展展的主主要研研究项项目和和阶段段成果果水下隧隧道工工程盾盾构施施工技技术一、工工程总总体情情况介介绍1、项目目概况况南京长长江隧隧道工工程盾盾构隧隧道设设计为为双向向、双双洞6车道，，其中中左线线盾构构隧道道长3022m，右线线盾构构隧道道长3015m。隧道道采用用两台台直径径Φ14.93m泥水盾盾构，，由江江北始始发井井出发发，同同向掘掘进施施工。。盾构隧隧道水水文地地质情情况盾构隧隧道工工程区区段属属长江江河床床及高高河漫漫滩，，地形形开阔阔平坦坦。地地表主主要为为农田田、水水塘、、苗圃圃等。。盾构构穿越越江面面宽度度约2600m，高水水位多多年平平均值值8.37m，最大大水深深约28.8m。隧道道通过过地段段主要要地层层分布布为粉粉细砂砂、砾砾砂、、圆砾砾和强强风化化砂质质泥岩岩。盾构隧隧道管管片盾构隧隧道管管片内内径13.30m，外径径14.50m，厚度度60cm。每环环衬砌砌由10块管片片组成成，环环宽2m。管片拼拼装设设计为为7块标准准块、、2块相邻邻块和和1块封顶顶块，，分Z型Y型两种种管片片模式式。管片设设计强强度C60，防水水等级级S12。一、工工程总总体情情况介介绍2、南京京长江江隧道道工程程特点点、难难点及及风险险点南京长长江隧隧道是是一项项世界界瞩目目的宏宏伟工工程，，南京京长江江隧道道工程程面临临一些些世界界级的的技术术难点点和挑挑战。。本工工程特特点、、难点点及风风险点点主要要包括括以下下六个个方面面：⑴盾盾构直直径超超大荷兰的的绿心心隧道道盾构构机直直径14.87m，是目目前世世界上上已建建成的的直径径最大大的盾盾构工工程。。南京京长江江隧道道盾构构机直直径14.93m，是目目前世世界上上直径径最大大的盾盾构机机之一一，直直径超超过世世界上上已建建成的的最大大盾构构隧道道。虽然盾盾构机机尺寸寸的增增大仅仅是数数字的的增大大，但但是由由于盾盾构机机尺寸寸的增增大带带来的的则是是施工工难度度和风风险的的几何何增长长，盾构构机直直径的的超大大带来来的一一系列列问题题是施施工面面临的的挑战战之一一。⑵水水压力力高南京长长江隧隧道盾盾构机机工作作压力力高，，最大大达到到6.5㎏/㎝2（即相相当于于65m水头压压力）），在在超大大直径径盾构构水下下隧道道项目目中是是世界界最大大的。。⑶地地层透透水性性特强强长江南南京水水域的的江中中主要要为粉粉细砂砂地层层，以以及部部分砾砾砂、、卵石石层，，砂层层透水水系数数是粘粘土层层的千千倍以以上，，在如如此高高透水水性地地层条条件下下，而而最大大水压压力达达到6.5㎏/㎝2，所有有的水水头压压力均均直接接作用用在隧隧道上上，江江底隧隧道掘掘进风风险是是巨大大的，，如何何安全全、顺顺利完完成施施工是是一个个具有有挑战战性的的课题题。⑷水水下一一次掘掘进距距离长长，刀刀具保保护要要求极极高南京长长江隧隧道长长度超超过3km，而且地地层条件件复杂，，以砂层层为主：：①如果果在同等等地质条条件下，，由于盾盾构直径径超大，，南京长长江隧道道3km的掘进相相当于直直径6.3m的地铁盾盾构掘进进17km。②同样样的盾构构机刀具具，在石石英含量量高的砂砂层中盾盾构机刀刀具的磨磨损是软软土地层层中的10倍以上，，也就是是说：南南京长江江隧道盾盾构机掘掘进完成成3公里长的的江底隧隧道，相相当于同同样直径径的盾构构机在软软土地层层中掘进进30公里。因因此刀具具的保护护是施工工中必须须克服的的难题。。⑸盾构构始发和和接收超超浅埋按照一般般作法，，盾构机机始发和和接收覆覆土厚度度一般不不宜小于于1倍盾构机机直径，，而本工工程权衡衡深基坑坑和盾构构出洞双双重困难难，选择择盾构机机始发埋埋深仅为为0.37倍盾构直直径（5.5m），在国国内是埋埋深最浅浅的；除除了荷兰兰绿心隧隧道以外外，世界界上还没没有更浅浅埋深盾盾构始发发范例。。另一方面面来说，，盾构超超浅埋始始发和接接收的顺顺利实现现，对我我们以后后进行类类似工程程建设提提供了重重要参考考和依据据，并且且盾构隧隧道埋深深的减少少将会带带来巨大大的经济济效益，，推动盾盾构施工工技术进进步。⑹江底底盾构覆覆土厚度度浅由于受客客观条件件的制约约，线路路纵坡设设置虽然然达到最最大规范范坡度，，但是在在盾构到到达井一一侧的江江底，有有一江中中冲槽段段，该冲冲槽段盾盾构最小小覆土厚厚度仅有有11m（仅有0.7倍盾构直直径）。。而且该该段地层层为高透透水性、、松散的的粉细砂砂层，水水深却高高达20多米，在这样样高水压、浅浅覆土极端困困难的条件下下进行隧道施施工安全风险险极大，这也也是南京长江江隧道面临的的难题和挑战战。鉴于南京长江江隧道面临的的上述六大技技术难题和挑挑战，在没有有现成经验可可供借鉴的情情况下，为了了安全顺利完完成这项史无无前例的工程程施工，我们们建立了三级级专家体系，，坚持依靠专专家团队的智智慧，为工程程施工保驾护护航：1、以钱七虎院士为首的专家委员会2、以梁文灏院士为首的现场专家组3、由具有丰富施工经验的国内外相关专家组成的工地专家组自2006年以来,我们先后聘请请国内外盾构构设备、盾构构隧道施工相相关的业内知知名专家共计计25位（包括钱七七虎院士、梁梁文灏院士、、日本专家秋秋源、法国布布依格专家龙龙尚等），分别针对施一一系列技术难难题进行了专专题论证，截截至目前已经经在现场召开开了35次专家评审会，，有力的推动动了隧道建设设的安全顺利利进展。3、设备情况简简介根据南京长江江隧道穿越地地段水文和地地质特点，我我们量身定做做了两台德国国海瑞克公司司生产的直径径为14.93m的泥水平衡盾盾构机进行南南京长江隧道道施工。根据南京长江江隧道工程的的要求，盾构构机设计具有有如下先进性性：1、刀盘刀具设设计有71把能够在常压压下进行更换换的刀具，且且安装了磨损损监测系统。。2、主驱动：带带有特殊压力力装置的密封封系统符合高高工作压力，，在盾构机轴轴心部分中部部达到7.5bar的要求。3、主轴承设计计寿命达：17,600小时。4、先进的PLC系统实现了故故障自动报警警，确保盾构构机处于良好好工作状态。。5、盾体⑴设计有大大型碎石机，，可以破碎直直径达到1.2m的石块。⑵先进的冲冲洗冲刷系统统减少了开挖挖舱内碴土粘粘结或大量碴碴土沉积的情情况。⑶盾体设计计有锥度（由由三个直径组组成），即即使在施工过过程中遇到长长时间停机的的情况，恢复复推进时仍能能确保盾构机机轻松前进。。6、盾构机的操操作采用气泡泡调节技术，，能够保证支支撑压力的精精确率为+/-0.05bar。在不稳定的的、混合地层层中能够安全全地进行隧道道开挖操作，，外界压力的的变化不会对对开挖面的稳稳定造成影响响，沉降控制制在+20mm～-40mm之间。7、盾尾专门设设计了用于高高工作压力的的的密封系统统，包括3道钢丝刷、1道钢板束和1个应急密封。。8、盾构机的主主要部件都设设计用于长距距离隧道掘进进工程（超过过15公里）。二、南京长江江隧道工程施施工情况综述述南京长江隧道道工程自2005年3月29日开工以来，，经过四年来来的努力，相相继完成了以以下工作：1、克服了国际际融资和国际际招标程序复复杂、不可控控因素多的困困难，按期完完成盾构机及及配套设备的的选型和采购购工作；2、用5个月的时间完完成了按正常常工期需要一一年才能完成成的江北工作作井全部土建建任务；3、仅用58天时间就完成成了正常需要要近五个月时时间的盾构机机组装，第一一台盾构机于于08年1月15日试掘进，2月27日正式掘进，，目前已掘进进2300米；第二台盾盾构机于08年5月16日破门进洞，，2009年5月20日，左线隧道道实现贯通；4、3043环管片生产已已经于08年11月13日全部完成，，其工艺控制制水平和质量量达到世界先先进水平，箱箱涵已于08年7月30日提前两个月月完成了3082块的全部生产产任务；5、梅子洲接收收井自07年9月份开始分分段开挖，，08年6月25日提前5天完成全部部土建施工工，保证了了盾构机的的到达接收收。三、开展的的技术攻关关和施工综综合技术研研究1、研究背景景和意义2、南京长江江隧道创新新之处3、开展的主主要研究项项目和阶段段成果三、技术攻攻关、关键键技术研究究的开展情情况1、研究背景景和意义目前国际上上修建的大大型跨江、、跨海隧道道还很少，，国内则更更是刚刚起起步，在这这方面还没没有经验,传统的设计计与施工方方法难以满满足超长度度、大深度度、大断面面的隧道及及地下工程程的要求。。面对我国国将建的一一批越江跨跨海等特长长隧道工程程，一方面面我们要紧紧跟国际研研究的前沿沿，另一方方面则要依依托南京长长江隧道工工程，开展展超大直径径泥水盾构构核心技术术研究。2、南京长江江隧道创新新之处以南京长江江越江隧道道工程为依依托，对超大直径盾盾构隧道的的衬砌结构构型式及力力学行为、、超浅覆土土始发和接接收施工技技术、施工工风险分析析与应对措措施以及高高水压、长长距离、浅浅覆土条件件下河床处处理及掘进进施工技术术等建造关键键技术进行行深入研究究，解决复复杂地质条条件下超大大直径盾构构隧道建造造技术难题题，形成具具有自主知知识产权的的、整体上上达到国际际先进水平平、部分技技术达到国国际领先的的越江隧道道核心技术术体系。2、南京长江江隧道创新新之处创新点：⑴发展超超大直径盾盾构施工核核心技术；；⑵总结出出复杂地层层条件下盾盾构刀具切切削机理和和刀盘优化化设计原理理，掌握合合理的最小小覆土厚度度及相应的的安全掘进进模式和掘掘进参数的的关键核心心技术，建建立泥水劈劈裂理论，，整理出劈劈裂发生以以及泥水喷喷发的判别别标准；⑶发展跨跨江跨海盾盾构风险的的评估和防防范理论，，建立风险险分析与评评估的核心心技术体系系。3、开展的主主要研究项项目和阶段段成果南京长江隧隧道工程综综合施工技技术研究涉涉及两方面面内容：一是机械设设备方面。。南京长江江隧道采用用直径14.93m泥水平衡盾盾构进行施施工作业，，对于这种种超大型机机械设备的的引进、消消化、吸收收、改进，，设备的运运输、起吊吊、组装、、调试测试试，以及设设备的接收收和施工中中的保养维维护等等，，给我们提提出了一系系列的研究究课题。3、开展的主主要研究项项目和阶段段成果二是土建方方面。土建建方面是课课题研究的的关键和重重点，土建建方面的课课题又分以以下几个方方面进行专专题研究：：㈠推进专专题。推进专题研研究包括：：盾构始发发和接收、、泥水、掘掘进参数、、同步注浆浆等。㈡小覆土土、长距离离专题小覆土、长长距离专题题研究包括括：江中冲冲槽段掘进进参数的研研究、长距距离掘进刀刀具的保护护等。这是是南京长江江隧道科研研工作的核核心内容。。㈢和盾构构隧道配套套的其他工工程专题。。和盾构隧道道配套的其其他工程专专题研究包包括：基坑坑、管片、、同步施工工等。㈣信息化化施工专题题。信息化施工工专题研究究包括：三三维仿真、、远程监控控和信息快快速反馈系系统。㈤安全风风险专题。。安全风险专专题研究包包括：风险险分析和应应对措施、、安全穿越越长江大堤堤施工等。。南京长江隧隧道工程的的科研课题题将主要围围绕以上两两个方面，，依托南京京长江隧道道，整合利利用国内相相关科研单单位和高校校研究机构构，分门别别类展开各各个专题研研究。3、开展的主主要研究项项目和阶段段成果针对两个方方面、六个个专题我们们开展了一一系列课题题研究，下下面我针对对四个主要要课题情况况向大家介介绍如下：：超大断面盾盾构隧道衬衬砌结构选选型及力学学特征研究究超大直径盾盾构高水压压长距离浅浅覆土条件件下掘进施施工技术研研究超大直径盾盾构隧道施施工三维数数值可视化化仿真模拟拟技术研究究超大直径盾盾构、超浅浅覆土始发发施工技术术研究3、开展的主主要研究项项目和阶段段成果3.1超大断面盾盾构隧道衬衬砌结构选选型及力学学特征研究究南京长江隧隧道穿越软软硬程度差差异极大的的混合地层层，隧道顶顶部与长江江最高水位位差约60m，隧道施工工全过程以以及运营阶阶段必将承承受较大的的外部荷载载(高水压、土土压以及其其他各种形形式的可预预见和不可可预见的荷荷载)，同时由于于水文及地地质原因，，作用在盾盾构隧道衬衬砌结构上上的水土压压变化也较较大；除施施工条件困困难外，隧隧道主体结结构体系复复杂、未知知因素众多多，在国内内尚无同类类水下隧道道的结构设设计、施工工先例，为为了确保隧隧道在施工工期间的安安全性，在在环境保护护、建成后后的可靠性性等诸多方方面取得成成效，并获获得良好的的技术经济济效益和巨巨大的综合合社会效益益，开展其其超大断面面衬砌结构构选型及力力学特征试试验研究，，获取宝贵贵的第一手手原始资料料，具有十十分重要的的现实意义义。管片结构力力学行为研研究已经列列入国家“863”计划研究、、示范项目目。基于上述认认识，我们们在进行管管片高性能能混凝土配配比和施工工工艺研究究的同时，，和项目公公司、铁四四院、西南南交通大学学一起，利利用半年年的时间，，在现场进进行管片衬砌结结构体原型型加载试验验，研究管管片环结构构在通缝与与错缝拼装装方式下、、以及在各各种拼装组组合方式下下的力学行行为特征，，以此检测测结构内力力与变形，，以及评估估配筋设计计，寻求相相对最优的的拼装方式式，最后通通过破坏试试验观察通通缝与错缝缝拼装方式式下的破坏坏特征。试验内容（1）组合管片片环加载试试验（模拟拟错缝拼装装方式）；；（2）组合管片片环破坏试试验；（3）单环管片片环加载试试验（模拟拟通缝拼装装方式）；；（4）单环管片片环破坏试试验。试验装置及及加载试验装置采采用“多功能盾构构隧道结构构体原型加加载系统”装置，环箍箍梁用于对对管片环施施加环箍力力而产生轴轴力，以此此模拟水压压，而对拉拉梁用于对对管片结构构施加径向向压力而产产生弯矩，，在不同位位置对结构构进行加载载，最后在在相对最优优的拼装方方式下以5000kN轴力和约3100kN的弯矩对结结构加载破破坏。每个千斤顶顶和钢铰线线提供1500kN的集中力，，环箍上每每环需4条环箍钢铰铰线，提供供最大的轴轴力为6000kN；在对拉梁梁上最大能能提供6000kN的对拉力，，在进行组组合管片环环试验时，，最大能提提供3000kN/环的对拉力力，最大能能产生约6000kN•m/环的弯矩。。在弹性阶阶段内试验验，只需2组千斤顶对对拉即可，，提供3000kN的对拉力，，最大能产产生约3000kN•m/环的弯矩。。组合管片环环（错缝））加载示意意图单环管片环环（通缝））加载示意意图管片试验共需要要3环管片，1环用于单环环管片环加加载及破坏坏试验，2环用于组合合管片环加加载及破坏坏试验，其其中有1环管片需平平分成半幅幅宽环，对对称放地在在1整环管片两两侧。测试项目量量测项项目主要有有管片内力力、管片变变形、钢筋筋受力、接接缝张开、、接缝压应应力、螺栓栓应力以及及混凝土裂裂缝的产生生和发展等等。测缝计、混混凝土应变变计、钢筋筋计埋设好监测测元件的钢钢筋笼浇筑完成、、养护的试试验用管片片管片切割及及切割后的的管片试验支座下半环拼装拼装完成的的试验管片片穿钢绞线架对对拉拉梁梁组合合管管片片环环加加载载试试验验单环环管管片片加加载载试试验验管片片裂裂缝缝接缝缝张张开开管片片加加载载破破坏坏螺栓栓抗抗拔拔试试验验管管片片破破坏坏通过过上上述述在在现现场场进进行行的的管片片衬衬砌砌结结构构体体原原型型加加载载试试验验，，我我们们验验证证了了管管片片结结构构及及设设计计的的合合理理性性，，同同时时试试验验结结果果对对我我们们优优化化管管片片施施工工工工艺艺，，管管片片选选型型、、拼拼装装顺顺序序、、螺螺栓栓紧紧固固等等方方案案的的优优化化和和改改进进提提供供了了重重要要依依据据，，具具有有重重要要的的现现实实指指导导意意义义。。3、开开展展的的主主要要研研究究项项目目和和阶阶段段成成果果3.2超大大直直径径盾盾构构高高水水压压、、长长距距离离、、浅浅覆覆土土条条件件下下掘掘进进施施工工技技术术研研究究研究究的的背背景景南南京京长长江江隧隧道道盾盾构构施施工工中中存存在在的的重重大大风风险险点点及及难难点点（（1）江江中中水水压压高高南南京京长长江江隧隧道道盾盾构构机机工作作压压力力约约6.5bar,在同同等等直直径径及及更更大大直直径径泥泥水水盾盾构构项项目目中中是是世世界界最最大大的的。。东京京湾湾海海底底隧隧道道最最大大水水压压为为6bar,荷兰兰绿绿心心隧隧道道最最大大水水压压为为5.5bar；长长江江上上的的另另外外两两条条盾盾构构隧隧道道———上海海沪沪崇崇苏苏和和武武汉汉过过江江隧隧道道，，最最大大水水压压为为5～5.5bar。（2）江江中中段段覆覆土土厚厚度度小小、、水水压压大大，，地地层层突突变变江中中段段最最小小覆覆土土厚厚度度小小于于1倍盾盾构构直直径径，，尤尤其其是是江江南南冲冲槽槽段段覆覆土土厚厚度度仅仅有有11m（0.7D），，其其前前方方以以大大坡坡度度覆覆土土厚厚度度增增加加，，地地形形起起伏伏极极大大，，而而且且地地层层为为粉粉细细砂砂以以及及砾砾砂砂、、卵卵石石层层，，切切削削面面稳稳定定和和泥泥水水压压力力很很难难控控制制，，稍稍有有不不慎慎，，就就有有可可能能发发生生泥泥水水劈劈裂裂、、江江水水倒倒灌灌事事故故。。（3）一一次次掘掘进进距距离离长长，，高高水水压压下下换换刀刀困困难难15m级的的超超大大直直径径盾盾构构一一次次掘掘进进距距离离长长近近3公里里。。盾盾构构穿穿越越的的地地层层基基本本为为砂砂层层，，在在石石英英含含量量高高的的砂砂层层中中盾盾构构机机刀刀具具磨磨损损是是软软土土地地层层中中刀刀具具磨磨损损的的10倍以以上上，，刀刀具具磨磨损损严严重重。。一一旦旦刀刀具具过过于于磨磨损损，，难难以以掘掘进进，，被被迫迫停停机机，，将将给给施施工工带带来来极极大大的的困困难难。。不不仅仅工工期期、、工工程程质质量量难难以以保保证证，，在在高高水水压压的的江江底底，，将将有有塌塌方方危危险险。。高水水压压、、小小覆覆土土盾盾构构掘掘进进问问题题，，主主要要是是泥泥水水劈劈裂裂地地层层、、冒冒浆浆问问题题。。国国内内外外这这方方面面研研究究成成果果很很少少，，没没有有施施工工经经验验可可供供借借鉴鉴。。大直直径径高高水水压压盾盾构构开开挖挖面面稳稳定定问问题题，，一一直直是是困困扰扰着着国国际际盾盾构构界界的的难难题题，，特特别别在在高高水水压压下下、、透透水水性性大大、、稳稳定定性性差差的的地地层层中中掘掘进进，，还还没没有有很很好好的的方方法法。。刀具磨磨损问问题研研究的的资料料就更更少，，近年年在地地铁盾盾构施施工中中，北北京、、广州州、成成都、、沈阳阳等地地相继继出现现刀具具磨损损等问问题，，还没没有好好的评评价标标准和和措施施，特特别是是在高高水压压下换换刀，，这方方面研研究还还没有有展开开。国内外外研究究现状状及研研究基基础鉴于上上述情情况，，结合合南京京长江江隧道道的实实际条条件，，我们们以南南京长长江隧隧道工工程为为依托托，研研究水水底盾盾构隧隧道“高水压压小覆覆土施施工、、长距距离掘掘进”两个子子课题题的相相关理理论和和针对对性技技术措措施，，课题题研究究拟采采用现现场试试验与与监测测、室室内模模型实实验、、理论论分析析等技技术手手段，，现场场实验验与监监测为为主体体，室室内实实验及及理论论分析析为补补充，，相互互配合合，以以趋完完善，，达到到“研究成成果服服务于于工程程，减减小工工程施施工风风险、、节省省工程程投资资、确确保工工程安安全、、提高高工程程经济济性”的总体体目的的。研究目目标子课题题1：南京京长江江隧道道高水水压、、小覆覆土盾盾构施施工技技术研研究（1）构建建泥水水劈裂裂压力力（包包括启启裂压压力，，伸展展压力力）、、劈裂裂发生生位置置、劈劈裂发发生和和伸展展方向向及伸伸展速速度的的力学学模型型；（2）提出出盾构构掘进进过程程中地地层劈劈裂发发生与与掘进进参数数的关关系，，整理理出劈劈裂发发生以以及泥泥水喷喷发的的判别别标准准，提提出规规避泥泥水喷喷发现现象发发生的的措施施；（3）提出出覆土土厚度度、水水压等等与盾盾构机机参数数及掘掘进参参数的的关系系；（4）提出出合理理的最最小覆覆土厚厚度及及相应应的安安全掘掘进模模式和和掘进进参数数。子课题题2：大型型泥水水盾构构长距距离掘掘进研研究（1）总结结分析析刀具具磨损损数据据，针针对南南京长长江隧隧道具具体工工程，，建立立磨损损对盾盾构掘掘进性性能影影响评评价体体系，，提出出合理理掘进进参数数和施施工措措施，，增大大掘进进距离离；（2）综合合各研研究手手段，，提出出盾构构刀具具切削削机理理和刀刀盘优优化设设计原原理、、针对对不同同地层层进行行刀盘盘、刀刀具优优化设设计分分析。。研究成成果汇汇报右线初初始掘掘进段段现场场原位位试验验选取右右线初初始掘掘进长长度135m左右进进行现现场原原位试试验右线初初始掘掘进段段现场场原位位试验验选取右右线初初始掘掘进长长度135m左右进进行现现场原原位试试验，，是基基于以以下考考虑：：⑴该该段盾盾构施施工埋埋深浅浅，覆覆土厚厚度5.5m～11.65m。⑵距距离始始发井井75m左右有有一水水塘。。与江江中浅浅覆土土段工工况有有相似似之处处。⑶该段施施工便便于进进行各各种检检测原原件的的埋设设和数数据测测量。。⑷可以进进行理理论分分析和和现场场的实实际对对比。。右线初初始掘掘进段段地层层自上上而下下分别别为:②-3粘土④淤泥泥质粉粉质粘粘土⑥淤泥泥质粉粉质粘粘土夹夹粉土土⑦-2粉土⑧粉细细砂⑨粉细细砂其中盾盾构穿穿越地地层主主要为为④淤淤泥质质粉质质粘土土地层层。该该土层层含水水量大大，孔孔隙比比大，，渗透透系数数小，，强度度指标标小，，属于于典型型的软软弱粘粘土。。试验目目的1)泥水盾盾构掘掘进对对周围围地层层的影影响；；2)小覆土土泥水水盾构构掘进进合理理的施施工参参数；；3）与压压力相相关的的包括括泥水水压力力和注注浆压压力的的控制制指标标；监测内内容1)地表变变形监监测：：监测测隧道道横向向和纵纵向地地表沉沉降，，绘制制横向向沉降降槽和和纵向向沉降降曲线线，研研究地地表沉沉降随随盾构构推进进的变变化规规律；；2)地层分分层沉沉降和和水平平位移移监测测：利利用测测斜仪仪监测测不同同深度度处地地层水水平位位移，，利用用分层层沉降降仪监监测不不同深深度处处地层层竖向向位移移，根根据水水平和和竖向向位移移，判判断盾盾构施施工对对土体体的挤挤压情情况。。3)原位水水土压压力及及孔隙隙水压压力监监测：：以双双膜土土压力力盒监监测土土体原原位压压力；；利用用孔隙隙水压压力计计记录录地层层孔隙隙水压压的变变化，，为泥泥水盾盾构掘掘进尤尤其是是小覆覆土工工况下下掘进进时泥泥水压压力和和注浆浆压力力的设设定提提供依依据；；4)选取第第二监监测断断面，，在临临近该该断面面前盾盾构以以较大大泥水水压力力掘进进，取取得监监测数数据，，与正正常泥泥水压压力掘掘进时时所取取得的的各项项数据据进行行对比比分析析，为为江中中小覆覆土段段地层层处理理方案案及施施工参参数提提供理理论依依据；；5)优化盾盾构施施工参参数：：包括括泥水水舱压压力、、推力力、推推进速速度、、出土土量、、壁后后压力力和注注浆量量、盾盾构姿姿态等等。第一个个断面面为常常规掘掘进监监测断断面。。第二个个断面面为改改变泥泥水特特性、、泥水水压力力、推推力、、壁后后注浆浆压力力以及及掘进进速度度的监监测断断面。。监测断断面布布置试验分分两个个区段段，分分别为为在距距始发发井70m处（覆覆土厚厚度8m）和120m处（覆覆土厚厚度11m）。。1）地表表沉降降点布布置2)地层分分层沉沉降和和水平平位移移监测测点布布置第一监监测断断面分分层沉沉降和和测斜斜仪布布点（距始始发井井70m，埋深深约8m）第二监监测断断面分分层沉沉降和和测斜斜仪布布点（距始始发井井120m，埋深深约11m）3)土压力力和孔孔隙水水压力力监测测点布布置第一监监测断断面土土压力力计和和孔隙隙水压压计布布点（距始始发井井75m，埋深深约8m）第二监监测断断面土土压力力计和和孔隙隙水压压计布布点图图（距始始发井井125m，埋深深约11m）地层分分层沉沉降和和水平平位移移监测测点土压力力和孔孔隙水水压力力监测测点监测实施第一监测断断面：按正正常设定掘掘进盾构切口到到达离测点点前30m时开始监测测地表变形形、测斜、、分层沉降降、土压力力及水压力力值。其中中地表变形形、测斜及及分层沉降降每环测1次，测量时时间安排在在推进结束束后进行。。土压力及水水压力值采采集频率为为每环测3次。第二监测断断面：加大大泥水压力力、改变泥泥水特性、、以更大推推进速度掘掘进（根据据第一断面面试验结果果）监测频率基基本与第一一断面相同同，加大泥泥水压力、、改变泥水水浓度、壁壁后注浆压压力较大、、掘进速度度快条件下下进行监测测。分层沉沉降、土压压力及孔隙隙水压力是是监测重点点。125m断面地表沉沉降发展过过程120m断面3#孔纵向水平平位移3#孔土压计土土压变化2#孔孔隙水压压变化趋势势1、通过右线线初始掘进进段现场原原位试验取取得的监测测数据，我我们通过进进行对比分分析，对监监测方案进进行了优化化调整（观观测点加密密、泥水采采用分步加加压、掘进进速度调整整、加压产产生劈裂等等），继续续在左线进进行试验监监测。2、通过进行行左右线原原位试验，，将成果应应用到室内内盾构掘进进泥水劈裂裂试验装置置上，通过过理论分析析、原位试试验、室内内模型试验验等一系列列手段，完完善江中浅浅覆土段的的施工方案案，确保该该段施工安安全顺利进进行。3、根据理论论计算分析析、现场原原位试验数数据统计分分析、掘进进泥水劈裂裂试验装置置模拟，形形成了非抛抛填方式穿穿越江中冲冲槽段浅覆覆土的施工工方案并通通过专家评评审，我们们严格按照照评审的方方案实施，，于2009年4月7日-4月12日安全顺利利穿越江中中冲槽超浅浅覆土段，，比原计划划提前了7天时间，成成功克服了了覆土薄、、水压大、、透水强，，极容易发发生击穿冒冒顶、江底底沉降、坍坍塌的巨大大风险，破破解了在强强透水地质质、不进行行河床处理理等条件下下穿越江中中冲槽浅覆覆土的施工工技术难题题，填补了了国内同类类施工的空空白，积累累了宝贵经经验。泥水盾构长长距离掘进进研究刀盘的基本本结构南京长江隧隧道盾构刀刀盘形式为为辐条面板板式，直径径为14.93m,重量达400t，由6个主辐臂（（1#-6#）和6个辅助辐臂臂（1#-6#）组成，主主辐臂上安安装先行刀刀、刮刀和和小铲刀，，辅助辐臂臂上安装大大铲刀，刀刀盘的开口口率约为30％。1#主辐臂6#主辐臂5#主辐臂4#主辐臂3#主辐臂2#主辐臂2、刀具的基基本结构南京长江隧隧道盾构机机配备刀具具总数量为为225把（从开挖挖轨迹上说说是309把），刀具具由先行刀刀、刮刀、、铲刀和仿仿形刀四种种组成。先行刀16把，高出刀盘250mm刮刀189把（常压可更换刀71把，固定刀118把），刮刀高出刀盘200mm。小铲刀3对，安装在1#－3#主辐臂上，铲刀高出刀盘200mm。

大铲刀6对（覆盖31#～38#刮刀的开挖轨迹），安装在1#－6#辅助辐臂上，铲刀高出刀盘200mm。南京长江隧隧道盾构在在掘进中，，尤其是在在砂砾石地地层中掘进进遇到的主主要问题是是：⑴刀具磨损损过快。⑵刀具磨损损过度。38#刀磨损后38#刀磨损前38#左侧考虑到刀具具存在的上上述问题，，我们对刀刀具形式、、加工工艺艺等各方面面进行分析析和研究，，并根据研研究结果对对刀具进行行了三种改改进方案设设计，以适适应砾砂层层掘进。在在现场取742～792环（50环）作为改改进刀具应应用试验段段，不同改改进方案刀刀具分别安安装在同一一轨迹，以以检验各自自优缺点。。通过50环试验段统统计，对三三种改进方方案进行了了对比分析析：方案I新改进刀具具总体性能能比原装刀刀具有很大大提高，但但崩齿现象象依然严重重，四把刀刀中有3把出现崩齿齿现象，由由于合金头头部倒角较较尖锐，导导致正常磨磨损量也偏偏大（7mm左右；方案II改进刀具主主要表现在在两排合金金之间刀体体磨损较严严重，合金金耐磨性能能较好，合合金崩裂和和整体脱落落趋势严重重，36#刀（左）两两排合金全全部崩裂；；方案III刀具表现最最好，所有有刀具均未未出现任何何崩齿现象象，自然磨磨损也很小小，几乎全全在3mm以内。由于方案III性能表现总总体良好，，故以改进进方案III刀具性能为为计算依据据，理论计计算掘进距距离分别为为38#刀具400m，24#～37#刀具在700～1000m之间，其余余在1000m以上，考虑虑合金崩裂裂或其他原原因对刀具具寿命的不不预期影响响，安全系系数取2，38#刀具掘进距距离为200m，其余刀具具掘进距离离在300m以上。通过在施工工过程对刀刀具磨损的的分析以及及进一步的的改进与工工程应用，，大大加深深了我们对对砾砂地层层刀具切削削机理、刀刀具选型、、刀具设计计的理解与与认识，换换刀距离由由改进前的的50环（100m）普遍提高高到改进后后的300环（600m）以上，工工程效益显显著，对以以后类似工工程提供了了一个很好好的借鉴案案例，意义义深远重大大。左线到达接接收井后，，部分刀具具照片，可可以看出改改进后的刀刀具全部表表现为正常常磨损，未未见合金崩崩裂脱落。。现场应用情情况：在现现场实际施施工时，方方案III刀具更换距距离普遍在在300环以上，几几乎未出现现合金崩裂裂脱落等现现象，与掘掘进距离估估算结果基基本一致。。方案III改进刀具在在后续施工工最长掘进进距离达到到了363环（27#刀具）。3、开展的主主要研究项项目和阶段段成果开展盾构隧隧道施工三三维数值可可视化仿真真模拟技术术研究，通通过进行隧隧道始发和和接收、穿穿越长江大大堤、最浅浅覆土层施施工、复合合土层施工工、两条隧隧道临近超超越施工的的三维可视视化仿真模模拟，达到到如下目的的：1）通过三维维可视化仿仿真，分析析隧道施工工中发生地地表冒浆或或塌陷、地地表沉降过过大、进出出洞土体大大量流失等等施工事故故的可能性性。分析发发生隧道施施工事故的的机理、原原因和关键键影响因素素，提出防防范施工事事故的措施施，评价和和验证防范范措施的有有效性和合合理性。2）针对南京京长江隧道道的结构特特点、环境境条件和施施工方案，，通过三维维可视化仿仿真，对多多种施工方方案进行比比较分析，，评价施工工方案的优优缺点，并并对优选出出来的施工工方案进行行施工参数数优化，实实现施工参参数的最优优匹