超大直径盾构穿越浅覆土水下隧道施工工法

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1、超大直径盾构穿越浅覆土水下隧道施工工法中铁**集团有限公司1、前言盾构法进行水域(江、河、湖、海)下隧道施工时，由于隧道使用线路上的因素限制，使得有时隧道所处位置的上覆土层较浅。盾构机在高水压、强透水、浅覆土（覆盖层厚度不足一倍盾构机直径）条件下的掘进过程中，极易发生掌子面失稳、地层隆陷、透水冒浆和局部扰动液化，施工技术难度和工程风险极大，属于世界级技术难题。中铁**集团有限公司针对南京长江隧道工程盾构隧道始发浅埋段及江中浅覆土段(该段覆土最小厚度大约在10.49m～12.34m间，有72m覆土厚度不足一倍盾构直径，最小覆土厚度仅为0.71倍

2、盾构直径)，受到盾构掘进扰动后，土体易发生液化现象，易坍塌；且当盾尾密封效果不佳或注浆量设置不合理时，均可能发生涌水涌砂等技术难点进行研究，在总结超大直径盾构穿越浅覆土水下隧道施工技术的基础上，形成该工法。该工法在技术创新上达到了国际先进水平。经教育部科技查新工作站查新，查新结果：本课题针对长江南京段以松散、稍密~中密的粉砂为主的高透水性江中地层，其最大水压达到7.0kg/cm2(即相当于70cm水头压力)，开挖直径达14.96m，距离超过3km等现象，拟通过调研、理论分析、实物试验、模型试验、三维数值可视化仿真模拟和现场实测等手段，研究盾构

3、法穿越长江隧道建造的一系列关键技术及其施工风险分析评估体系和健康监测体系，上述内容尚未见有公开文献报道。2010年9月9日通过了中国建筑业协会全国建筑业新技术应用示范工程成果评审，评审意见：“复杂地质条件下超大直径盾构隧道浅覆土穿越长江技术”达到国际先进水平。该工法应分别应用于南京长江隧道工程左、右线江中段及始发段，推广应用成绩显著。该工法解决了在强透水地层、不进行地层处理条件下穿越江中浅覆土段的施工技术难题。由于受各种客观条件的制约，很多跨江跨海盾构隧道面临长距离（尤其是石英含量高的砂层）、覆土层薄、水深深、水压高等技术难题，同时也带来施工

4、安全风险极大的难题，该成果在类似工程建设中有重要的指导意义，在大型铁路工程、公路工程及市政工程中具有良好的推广价值，应用前景将非常广阔。2、工法特点2.0.1加快施工进度。采用高粘度泥浆维护开挖面稳定，减少了抛填土运输取土、运输等工序，提高施工进度。2.0.2降低成本。减少了租用车船、运输、购土等环节，降低了施工成本。2.0.3操作简单。最大限度了减少了施工人员和运输机械设备的工作量，现场管理简便易行。2.0.4减少了对河道通航的影响。不在江中进行抛填作业，减少了对河道通航的影响。2.0.5安全可靠。不进行抛填土作业，减少了对江底土体的扰动，

5、安全可靠。3、适用范围本工法适用于大直径的越江穿河隧道工程中采用盾构法施工的复杂地质条件下的浅覆土掘进施工。对其它类似盾构隧道的施工也具有相当的参考价值。4、工艺原理南京长江隧道采用抛填粘土方法可以满足掘进覆土厚度要求，但是江底浅覆土地段处于长江主流下方，由于江水流速较快，粘土颗粒较细，只能采用抛填袋装粘土，这样就很难在江底形成均匀的覆土层。这样就导致抛填粘土部分土体松散，与原有河床下土体无法成为一个整体，土压力稳定作用较小；由于水流快，抛填粘土会引起周圈土体局部冲刷扰动原覆土层的稳定。南京长江隧道江中浅覆土施工通过采用高粘度泥浆维护开挖面，

6、控制开挖面泥水压力波动和泥浆流量，掘进过程中严格控制盾构姿态，确保注浆均匀充足等综合技术，安全平稳通过了浅覆土地段。泥水平衡盾构开挖面的稳定是依靠密封舱的压力泥浆来达到的。当泥水压力大于地下水压力时，泥水渗入土体中，泥水中的砂成分、粘土堵住了地层土中的间隙（或淤堵在其表面），形成与土体间隙成一定比例的悬浮颗粒，被土体捕获的颗粒凝聚于土体与泥水的接触面，形成渗透性非常小的一层泥膜。在渗透系数较小的泥膜形成后，降低了泥水压力的损失，泥水与地下水的置换将被隔绝，泥水压力可更加有效地作用于开挖面，从而可防止开挖面的变形和垮塌，并确保开挖面的稳定。5、

7、施工工艺流程及操作要点5.1盾构穿越浅覆土施工工艺流程图（见图5.1）5.2操作要点5.2.1泥水压力泥水压力计算过程中的水深以施工时实际长江水位为准，并根据盾构通过浅覆土段时的长江潮汐水位进行调整。泥水压力要求严格进行控制，偏差幅度在±0.1bar之间。施工参数计算采取的公式⑴切口水压上限值(公式4-1)：（公式4-1）图4-1江中段开挖面切口水压示意图式中：--切口水压上限值(kPa)；--地下水压力(kPa)；--静止土压力(kPa)；--变动土压力，一般取20kPa；--江水压力，根据不同的水深确定；--水的容重(kN/m3)；--地

8、下水位以下的隧道埋深（算至隧道中心）(m)；--静止土压力系数；--土的容重(kN/m3)；--隧道埋深（算至隧道中心）(m)；--江水的容重(kN/m3)；--江