水下隧道工程盾构施工技术及工程特点

水下隧道工程盾构施工技术及工程特点汇报的主要内容：一、工程概述二、工程特点、重难点三、盾构施工技术四、盾构施工成功经验五、目前工程进展及盾构机性能评价一、

工程概述1.1参建单位：业主：武汉市城市建设投资开发集团有限公司（武汉长江隧道工程建设有限公司）监理单位：施工监理联合体主办单位：上海市市政工程管理咨询有限公司成员单位：中咨工程建设监理公司湖北中南市政工程监理有限公司总包单位（EPC）：中铁隧道集团联合体主办单位：中铁隧道集团有限公司成员单位：铁道部第四勘察设计院（设计单位）武汉市市政建设集团有限公司武汉市城市规划设计研究院奥地利D2咨询有限公司

设计监理：长江水利委员会长江勘测规划设计研究院

1.2工程工期和总造价工期：45个月开工日期：2004年11月28日完工日期：2008年8月26日 工程投资概算总额约20.5亿元1.3工程概况工程位置武汉长江隧道为武汉市重点工程，是武汉市第一条重要的公路过江通道。工程位于武汉长江一、二桥之间，隧道江北起点位于汉口大智路与铭新街的交叉口，江南终点为武昌友谊大道南侧规划中的沙湖路，线路全长3630m，其中过江盾构隧道设计为两条隧道，左右线各长2538m。单条隧道设计为两车道，设计车速50km/h。汉口端设2条匝道，武昌端设4条匝道与路网相接。武汉长江隧道工程地理位置见图1。图1武汉长江隧道工程地理位置图武昌汉口1.3.3盾构隧道平、纵、横断面设计概况盾构隧道线路共设3组平曲线，平面最小转弯半径为800m。线路纵坡大致为U形，最大下坡为4.35%，最大上坡为4.4%。盾构隧道内净空φ10m，管片外径φ11m。隧道断面底部设逃生通道和电缆通道，中部为行车道，上部为专用排烟道。盾构隧道最小覆土厚6.3m，最大覆土厚40.5米。线间距为16-28m。盾构隧道结构横断面见图3。

工程范围和任务划分工程范围包括盾构始发井、到达井、盾构隧道、联络通道、明挖隧道、主线中山大道暗挖隧道、A、B、C、D、E、F六条匝道、管理中心大楼、通风井、路面工程及机电设备安装工程等。工程线路平面布置示意见图2。

图2工程平面布置示意图江南通风井江北通风井盾构始发井盾构到达井江南横通道江北横通道长江武昌区江岸区图3盾构隧道横断面图1.3.4工程地质及水文地质工程地质

隧址区长江段水下地层上部由第四系全新统新近沉积松散粉细砂，中粗砂组成，中部由第四系全新统中密～密实粉细砂组成，下部基岩为志留系泥质粉砂岩夹砂岩、页岩；江南及江北两岸地层除地表有呈松散状态的人工填土外，上部由第四系全新统冲积软～可塑粉质粘土，中部由第四系全新统中密～密实粉细砂组成，下部基岩为志留系泥质粉砂岩夹砂岩、页岩。工程地质纵断面见图４。盾构隧道主要穿越粘土层、粉土层、粉质粘土层、淤泥质粉质粘土层、粉细砂、中粗砂，局部地段穿越泥质粉砂岩夹砂岩页岩，其中穿越粉细砂层和中粗砂层占74.74%，穿越粉土和粘土层占23.03%，穿越卵石层占1.01%，穿越岩石占1.22%。最大切岩深度为2.341m，未切入微风化岩层。图４工程地质纵断面图密实粉细砂中粗砂上软下硬地层松散粉细砂层泥质粉砂岩地层盾构到达井盾构始发井长江粘性土地层联络通道联络通道1.3.4.２不良地质

①、隧道址场地20m深度内松散粉细砂（地层代号③1）和稍密粉细砂（地层代号⑤1）为可轻微液化土层；②、分布于长江两岸近地表处的人工填土层均呈松散状态，隧道明挖及竖井基坑施工时，该土层不稳定，需进行支护；③、分布于长江河床表层的粉细砂和中粗砂地层，呈松散状态。④、场地内分布有淤泥质粉质粘土（地层代号④5）主要分布在隧道址江南（武昌）段，其分布不连续，厚度不大，该层在隧道施工时，可能会对坑壁稳定性有一定影响。１水文地质①、地表水该地区地表水系主要有长江水系、汉江水系、沙湖水系。长江水系为区内主要地表水系，也是对拟建长江隧道有直接影响的地表水系。长江水系主要接受上游及汉江补给，向下游排泄；汉江水系主要接受上游补给，向长江排泄。沙湖水系主要接受大气降水补给，与长江水力联系受人为因素控制。长江水对混凝土及混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。②、地下水地下水主要有上层滞水、孔隙水和基岩裂隙水三种类型。上层滞水主要赋存于上部人工填土层中，孔隙水主要赋存于第四系松散层中，可分为孔隙潜水和孔隙承压水两种类型；基岩裂隙水主要赋存于下部基岩裂隙中。场地内地下水位埋深0.80～5.90m。相当于标高21.02～15.92m。长江河床段分布的地层主要为第四系全新统新近沉积粉细砂、全新统沉积粉细砂、中粗砂、砂卵石层以及志留系砂岩泥岩。与长江两岸比较，长江切穿了第四系全新统孔隙承压含水层顶板，江水和地下水具有密切的水力联系。洪水期盾构施工最大水压达到0.57MPa。二、

工程特点、重难点

2.1工程特点（1）工程规模宏大、意义重大

武汉长江隧道是武汉市大型重点工程和重要的过江通道，被称为“万里长江第一隧”，工程宏伟，投资巨大，引起湖北省、武汉市政府及土木工程界的高度关注。

（2）施工涉及领域多，综合性强

本工程包括长江两岸明挖基坑、暗挖隧道、过江盾构隧道、道路施工、设备采购及安装等项目，涉及富水地层深基坑开挖、大断面泥水平衡盾构掘进、大跨隧道浅埋暗挖施工、联络通道冷冻法施工等工程技术，施工综合性强。（3）工程地质条件复杂、施工难度大

本工程处于Ι类建筑场区，地层复杂，地下水位高。富水地层深基坑开挖、大断面泥水平衡盾构掘进、大跨隧道浅埋暗挖施工、软土地层联络通道施工等工程技术，设计和施工难度都很大。（4）盾构施工涉及难题多

①、断面大、连续掘进距离长。②、盾构穿越地层复杂，地质条件变化大。③、隧道埋深变化大，水压高。④、进出洞段埋深浅，且下穿众多重要的建筑物，如长江防洪大堤、武大铁路、鲁兹故居等。⑤、2条盾构隧道净间距小，相互对周边环境影响大。⑥、盾构隧道上下坡度大，上下反坡差达8.7%。要求盾构有较强的爬坡能力和方向控制能力，同时对运输系统提出了更高的要求。（5）工程拆迁量大、施工任务重、工期紧2.2工程重难点（1）盾构选型和设计

盾构机穿越的地层主要为富含地下水的砂性土，但在江中地段，开挖面上同时存在着土层、卵石层及砂岩、泥岩层的强、中风化的岩石地层，地下水特征在两岸表现为较高承压水头的承压水特征，在江中则表现为高水压的潜水特性。盾构机选用正确与否是工程成败的关键。（2）施工组织与技术管理

本工程周边环境复杂，工程内容和工法较多，施工场地狭小，施工工期紧张。如何加强施工组织和技术管理，加强施工过程控制，做到协调有序是施工的重点。（3）地表建（构）筑物及地下管线众多，环境保护要求高

本项目施工影响范围内重要建筑物包括鲁兹故居、长江防洪堤、武大铁路及隧道上方重要建构筑物等。特别是在盾构始发和到达段，覆土浅（0.7D）、软土地层下穿大量建筑物。管线种类主要有：给水、排水、电力、通信、煤气等。道路上的管线主要分布于机动车道两侧的非机动车道和人行道下，其密度较大；给水管线主要为铸铁管、混凝土管两种；排水主管以混凝土管道为主，有少量为箱涵式。电力管线多数为沟道式埋设，部分分支为直埋。通信管线多数以管块或群管集中方式埋设，部分为直埋方式。工程处于闹市区，对噪音、粉尘、污水排放控制、交通组织等管理要求高。（4）盾构穿越长江

本工程盾构隧道要穿越1310米的长江，过江段盾构穿越地层主要为⑤2粉细砂层、⑤3粉细砂层，而且隧道与江水之间的地层均为松散的中粗砂到粉细砂地层，为透水层，地下水和江水有着密切的水力联系通道，水压最高达0.57MPa，施工过程控制不好，就可能产生“冒顶”、隧道涌水涌砂等事故。隧道在穿越长江深槽处，河床深度仅有11米，隧道上覆砂层为渗透性强的中粗砂，施工控制难度大。隧道下半断面在江底要间断的穿越约300m左右的⑥卵石层、⑦1～⑦3强～微风化泥质砂岩夹砂岩、页岩等软硬不均地层，卵石及基岩侵入隧道最大厚3.8m，施工可能出现开挖面坍塌、刀盘或刀具严重磨损使盾构无法推进而不得不换刀、盾构掘进方向不易控制、可能因堵管造成泥水压力急剧变化而导致超挖，从而引发事故。（5）盾构始发和到达

隧道始发和到达段覆土浅,隧道净间距小(仅5.5米），地面建筑物及管线密集，施工难度大。始发和到达段是事故多发地段。（6）联络通道的施工

位于盾构段的2处联络通道均处于粉细砂地层中，且地下水位高，在该种地层中进行联络通道施工，施工难度与风险均较大，而且横通道地表建筑物及管线较多，若产生涌水涌砂而导致过大的地层沉降，很可能造成地表上方建构筑物及地下管线的破损。因此，选用合理的施工方案，确保联络通道安全施工，是本工程的重点。三、盾构施工技术

3.1盾构选型

武汉长江隧道最终采购由法国NFM公司设计的盾构机，除核心设备采用进口件，部分结构在国内制造。盾构机的结构及其性能简单介绍如下：（1）、盾构机类型：膨润土-气垫式泥水平衡盾构；（2）、开挖直径11.38米；（3）、重量：主机与后配套的重量1100t（主机900t，后配套200t），其中刀盘组件重160t；（4）、长度：整机56米，主机壳体长度11.71米；（5）、最小转弯半径400m；（6）、推力：最大推力121220kN；（18组共36根油缸）（7）、扭矩：最大扭矩13650kNm@0.85转/分；最大转速时的扭矩5050kNm@2.3转/分；脱困扭矩17750kNm；（8）、速度：最大掘进速度40mm/min；图5：间接控制型泥水平衡盾构工作原理图地层切削刀盘进浆管排浆管膨润土溶液压缩空气连通管气锁室膨润土液区３.1烛.1盾构字机刀恢盘（１卵）、桂支撑摩方式炎：中撤心支匀撑（颤八个叹辐条悬）（２）林、刀盘茄型式：膨复合刀疯盘（39把17“单刃真滚刀宵，224把切刀男）（3）、开统挖直径11呆38信0缩慧mm，开穿口率30厉%（中争心部艇位50%）（4）、滚菜刀安装竿在从缠半径2.歌0刊m至周缘拢处，间泡距108跟mm；（5）、周诸边的保柄护刀32把；跟仿形假刀1把；切刀磨叫损检测缸装置4把；（6）、刀趟盘分块孕数量3块；３.1榆.2刀盘屈驱动争系统（１）令、型式变萝频电机直驱动，访驱动功蚕率20碧0Ⅹ8即16却00叮k隶W；（2）、双冈向转速0~逐2.3转/分(连续可费调)；（3）、铸最大揭扭矩13伶65薄0震kN恼m女@货0.煤85转/分；大脱困撕扭矩17你75夫0萍kN育m（4）、主森轴承类务型3排滚奖柱«2排轴嫂向-1排径植向»轴承（5）、主壮轴承寿帝命100追00小时；（6）、密柿封2×债5道密荣封，来开挖家室的庙最大吓工作岗压力6.眉0们ba抢r图6：刀片盘布村置形成式图7：刮刀陡和滚刀缸配置结黄构图图8主轴绕承密敞封推进缠系统(1宣)、最纸大推汁力121冰220走kN（2）、油农缸数目36个、单毕个油缸妖推力33莲66脾k含N；（3）、油掀缸行程误：260拦0m悲m；（4）、油折缸分组构：为4组；（5）、最择大推进沟速度40筐m萌m/虫mi萝n；LowergroupUppergroupLeftgroupRightgroup图9推进油己缸分区艰图泥浆循环系统（1）、进浆掀泵（P1.挣1）流量900绩m3袍/h（掘浴进期观间）11捷44剃m雀3/捆h（旁升通时秆）排渣流趋量（P2.翼1、P2.询2）125霞0m摘3/h（掘约进期侄间和蔽旁通幸时）（2）、进树浆最大筒密度1.串1表T/慌m3，排渣陪最大密跃度1.剧30消T埋/m陆3（3）碎石涨机型式柄双独立古颚板式艇最大粒跳径400醒mm（4）、泥希浆管延还伸机构寺延伸能花力6m；图10泥浆似循环裹界面裂图泥水分挑离系统谁和制浆（1）、3套500立方迈处理宿设备肤并连梅；（2）、处族理以筛伪分、一检级旋流镇、二级家旋流；（3）、的一级俗旋流慨以处纺理74轰μm为主概；（4）、研二级呢旋流誉以处乘理45尖μ输m为主歼；（5）、分乒离后的冬泥浆经训沉淀后波与新浆炮混合循盗环利用劲；（6）、忘新浆由以聚橡合物怀和膨首润土颠为原才料制妹备；盾体和塑盾尾密暂封系统（1）、前匙体直径椅和长度113子60m抽m，240脾5mm（2）、中钳体直径虏和长度11器34葡0m偏m，39顽00娃mm（3）、窄盾尾宁直径幅和长典度11务34炼0m匙m，44均75背mm（4）、懒盾尾激与衬比砌环弦间的厨径向贡间隙40m需m（5）、盾集尾密封复：3排钢炸丝刷+螺1排钢板席束（6）、泳中体叫四周看预留餐有超嘴前钻差探孔18个图11泥水笋处理冠设备参图图12分离碴颤土照片盾尾载结构图13盾尾淹结构捞图气体哀保压差系统颈（sa灿ms档on）（1）、辱用于侦设定唯气仓司压力轮；最仪大设锐定压识力为6b要ar；（2）、侍用于俩保持支气仓办压力逝，减庆小压悲力波泽动；人员仓（1）、配弱置双人亭员仓；退其中主喊仓可容伏纳4人；（2）、莫材料郊仓也跪作为钳辅仓池，可纯容纳4人；（3）、勤额定绕工作饰压力6b硬ar；（4）、江供人所员呼束吸滤宰清装皆置注浆蔬系统（1）、梯配置6台注浆作泵；（2）、内怀置注浆告管2*6根；导向系吃统（1）、PP役S导向系靠统3.激2盾构距始发盾构达始发宾流程图14盾构始发流程图端头地土体岭加固钓及效素果检召查（1）、银加固罪方案禽：采秀用三鹊轴搅亦拌桩忠和双扬重管帖高压羡旋喷端相结单合的伏方式冲。土举体加摔固以航搅拌奔桩为肺主，辣高压酱旋喷教为辅圾，旋亮喷桩苍加固轰搅拌狐桩与篇连续术墙间姨的部座分，室其余副段均眠由搅邮拌桩时加固馅。（2）、腾加固梢范围赵：东竹线隧跳道加再固长午度为13抖.6乖m，西线沉隧道加土固长度崭为8.3谈m。横断押面加固纷范围为舱距盾构杜隧道外奸围3米范围城内的正凭方形区屿域，该喊范围为首强加固然区。水滩泥标号沈采用32.姻5，掺量克为18%熊(重量瓦比)。（3）、织加固两效果凤检查施：强尚度世：垂便直钻授孔检沉查均匀性泊：垂直凯钻孔检疑查渗透性扎：洞门帆处水平筒钻孔检冤查图15端头梯加固个平面复图图16端头加渐固断面核图图17端头加趣固洞门友水平检倾查孔水平探孔兼注浆孔洞门吉凿除（1）、贿凿除屡方案馆：首猪先，士将洞起门凿器除至垫保留耐地连丛墙外指侧钢裕筋及叼保护仇层；棕其次乒，纷在盾滨构组博装调傅试好融可贯夜入掌愧子面傍后快父速自掠下而捐上凿径除剩吩余钢句筋砼驱。图18洞门而凿除铲后照文片洞门犹密封徒装置嘉由由劈燕两道菌相同某的密冈封组悬成，捆其中忽每道换密封知由帘槽布橡若胶、煮扇形槐压板锣、折早叶板娃、垫犁片和肥螺栓芬等组啄成。芽两道乘密封搭间隔50培0m鸣m。洞门圣密封图19盾构始框发照片盾构始涛发几点马认识（1）、洞大型树盾构纵始发头基座现强度难和刚咐度要挣满足颂要求遥；（2）、邻端头显土体栽加固骆应满刚足洞真门凿舟除受包力要淹求；（3）、端普头土体踩加固长途度宜大忍于盾构雾壳体长政度；（4）、浆洞门按密封傲结构纲增加变油脂趴腔使拉洞门畏密封乌更有精效。3.秧3盾构掘怀进施工川技术盾构在浅覆台土粘性安土地层掘进（1）、流易出笑现的肢问题柿：①、筒粘附竿刀盘娃②宴、地捷表冒屋浆③、菠地表疯沉降耗量大浩④决、管状片上婶浮（2）、资采取老措施①、较锻低掘进搏速度、仔较高转蔑速推进宗；②、护均匀快弱速穿越际；③、压粉力选择是合适、辉压力波鄙动小，订减小对乓地层扰豆动；④、些利用允中部首及上驳部4个注浆暖管注浆银，注浆齿采用一居定稠度箱的水泥邮砂浆，耽避免上树浮；盾构在砂叙性土司地层掘进（1）、易姑出现的舍问题：①、地饶层不稳笨定易坍吵塌矛②、地网表沉降荡量大（2）、统采取晴措施①、调棚整好泥慨浆质量,将泥浆蓄的粘度接提高；②、压宏力选择耀适当，穿一般设演定压力急高于计盐算水土闯压力0.2滔bar，压浮力波得动控障制在±0跃.2侦ba挠r;答③、控械制出璃碴量沸；每仙环记众录出重碴量码确定孙是否架有超档挖现慕象；要④鸣、重宝要地倡段快碑速穿四越，抵如穿富大堤究。盾构在长江郑段砂性每土地层掘进（1）、泄易出厅现的壤问题团：①、督地层览不稳庸定易裳坍塌模②风、易肯发生踩“冒何顶”顿；（2）、赞采取粉措施①、调耍整好泥直浆质量,将泥膀浆的军粘度撇提高义；②饺、控驾制出芦碴量政；③、食压力染选择岭适当虎，根傲据泥葵水漏史失量置和计浅算水吊土压铸力综肾合考种虑设乔定压年力；黎④、扎控制扑好泥烟浆循括环，围避免患堵管跟引起苹压力耐突变筒。盾构刃浅覆锅土下廊穿建蜡筑物盾构始枣发浅覆润土下穿评建筑物盾构下挥穿铁路焰示意图武昌支长江宅防洪被大堤长江炼防洪民大堤隧道春穿越贡位置武昌长薪江防洪望大堤盾构掘笋进几点摆认识（1）、压昌力设定侦要不断汽摸索，搅通过地绑表沉降果及时修剪正；（2）、压孟力波动议范围要竞控制，涝正常情倘况下应貌控制在±0.静2ba龟r范围董内；（3）、地著面荷载闯偏压的量情况下碰，压力凡设定值戏宜取超诞载和无免荷载的坚中间值睡，若压荒力太大哨，易从版薄弱面则发生冒疮浆情况碰，冒浆语后建筑日物的沉怀降值会句更大；（4）、重译要建筑百物下要蔬快速连销续通过订；如下归穿建筑钟物、铁狱路和大堤堤等；（5）、矩采用辩水泥杯砂浆暑，仅避靠中订部和糟上部卡注浆揉可有渔效控久制管孕片上洪浮问劲题；（6）、不潮稳定地吉层，泥雅浆的指桌标需提厕高，粘鲜性土层投泥浆质乞量要求廉可降低浴；（7）、共