狮子洋隧道过小虎沥水道施工技术

刘广钧

（中铁十二局集团有限公司，广东 广州 511435）

狮子洋隧道过小虎沥水道施工技术

刘广钧

（中铁十二局集团有限公司，广东 广州 511435）

文章以狮子洋隧道穿越小虎沥水道为例，介绍了过江施工过程中的风险点及重难点，并提出了针对性的技术对策。

泥水盾构；复合地层；水域；施工技术

（一）概况

1.工程概况

广深港铁路客运专线狮子洋隧道进口段盾构隧道总长约10000米，采用 2台气垫式泥水加压平衡盾构机分别掘进左、右线隧道。盾构隧道开挖直径为 11.2m，管片外径10.8m，厚度500mm，宽度为2.0m，采用“7+1”双面通用楔形环。

盾构机从始发井掘进约240m后，隧道由西往东下穿宽度约 580m的小虎沥。过小虎沥的隧道起始里程为DIK33+900～DIK34+480，隧道坡度为20‰，江底隧道线间距为20～22m，见图1。

图1 过江段工程平面图

2.工程地质

隧道过江段的洞身地层主要为○3 3粉细砂层、○3 4中砂层和○3 5粗砾砂层。隧道底部主要为○3 4中砂层和○3 5粗砾砂层，局部出现○5 1全风化岩和○5 2强风化岩。

地质情况见图2。各地层的物理性能见表1。

图2 过江段地质纵断面图

3.水文地质

小虎沥地表水体为珠江水系分支，为通航水道，主要受上游来水补给，向下游珠江口排泄，另外沿线还分布有较多的鱼塘及小渠。小虎沥、水深主要受潮汐影响，潮汐类型为规则半日潮，每天基本上有二涨二落，涨潮历时短，落潮历时长。往复流十分明显，一般历年最高水位多出现在汛期，最低水位则出现在枯期，多年平均水位 1.04m，最高水位为2.8m，最低水位为-0.44m。过江段各相关地层的渗透系数详见表1，小虎沥24h水位变化见图3。

图3 小虎沥24h水位变化图

表1 各地层的物理性能统计表

（二）工程重、难点及风险分析

1.盾构过排水渠浅覆土段

盾构机进入小虎沥水道前，在江堤堤坝的西侧有一条约7～8m宽的排水渠，主要把农场内的废水排向小虎沥。由于该河涌所处的地势较低，河涌底离隧道顶的距离较近，净距离仅为8.37m。盾构机在掘进时，较难控制切口水压。

2.盾构过江堤、码头段

过江前，在小虎沥西岸有一江堤堤坝和一个宽约 65m的码头，该码头紧邻小虎沥西侧堤坝，由于年代久远，基础资料无法查证，仅知堤坝及码头的基础为抛填石基础，且码头局部存在混凝土船。该段隧道埋深较浅，盾构的施工存在较大的风险。

在盾构过江施工时，应有效控制江堤和码头的沉降，加强对江堤的位移和沉降观测，以确保江堤的安全。特别要绝对防止抛填石基础的块石进入土仓。

3.盾构过浅覆土段

盾构隧道在小虎沥的覆土厚度均较浅，约8～18m，其中最浅覆土厚度8.0m；远小于1倍的盾构机直径（11.2m）。覆土厚度较浅段地下水较为丰富，且过江段覆土厚度较薄，土层软弱，江中水压较高，在掘进该段时，覆土层极易被切口压力击穿。

4.盾构局部过复合地层段

在小虎沥隧道过江掘进至386m（通过2/3江面）时，隧道底部约有 0.8m的全风化岩层，在掘进至 480m（通过 4/5江面）时，隧道底部出现强风化岩层，岩面逐渐在盾构隧道内爬升。即盾构过江时，约需通过194m的复合地层。

在复合地层段开挖时，刀具对隧道底部的全、强风化岩层的耐磨损性及开挖时切削下来岩石块、卵石的排除情况，确保环流系统畅通以控制切口压力的波动在允许范围内是复合地层过江段的控制重点。

5.盾构过全断面冲积-洪积砂层

盾构隧道过江段，隧道洞身和覆土层几乎均为饱和软弱地层，这些地层敏感度高，稳定性差，易冒浆、沉降甚至塌陷，施工时，应从泥浆性能指标、切口压力设定及控制、盾构机姿态控制和背填注浆等各方面来保证地层稳定。

6.盾尾密封失效风险

盾构机从始发到过江结束，需一次性推进820m，期间不进行任何盾尾的检查或更换，如在江底损坏而严重漏水，将直接影响盾构机的安全。

（三）施工技术对策

1.施工原则

盾构过江遵循“快速通过”的施工原则，通过盾构机完好率、快速拼装管片，配套系统的良好运转，达到快速施工的目的。

2.盾构机刀具配置

盾构机在始发时采用软岩刀具，即仅安装双层刮刀，不安装耐磨滚刀；待盾构机过江且开始进入岩层后，再装上滚刀并继续掘进。软岩刀具主要的设计为：

刀盘结构由 8块辐条及和相应的幅板所组成。刀盘结构和驱动装置之间的连接通过 8个梁来连接。刀盘开口率为32%，刀盘防磨保护，在刀盘的中心和外缘进行硬化处理并堆焊耐磨材料。

切削刀具配有双层碳钨合金刀齿以提高刀具的耐磨性，可磨损的高度为64mm（2×32mm），在第一排刀齿磨损后，第二排刀齿可以代替第一排刀齿继续发挥作用。同时在刀具的背部设有双排碳钨合金柱齿。

周边刮刀的切削面上设有一排连续的碳钨合金齿和一个双排碳钨合金柱齿，用于增强刀具的耐磨。

3.开挖面泥水压力控制

开挖面是一种动态的平衡，盾构在江底施工时，无论是掘进阶段还是停止掘进阶段，必须动态设定切口压力并防止切口压力的波动，保证土体稳定的同时又不击穿覆土层，切口压力的波动不能超过5%。

影响切口压力的设定的直接因素是江面水位的潮起潮落，因此掘进过程中要密切监测水位变化，每变化30cm要向主控室报告，以修正切口压力的设定。

在盾构施工管理中，要重点收集分析送泥量、排泥量以及送、排泥密度；开挖面泥水压力；盾构推进速度、推力大小等数据。

4.切削干砂量管理及控制

通过理论干砂量与主控室监视屏幕显示的掘削干砂量（即实际掘削干砂量）作比较，判断开挖面超挖量和地质变化情况。

在过江时的浅覆土段其单环（2m宽）干砂量：G=(πD2L/4)×(1-25/100)=(3.14×11.1822×2÷4)×(1-25/100)=196.31×0.75 = 147.23m3

实际单环干砂量G’根据仪器测定送泥水和排泥水的差，通过计算求出实际土粒子量（干砂量），依据g=(G’-G)/G得出超挖率g，当g>10%，且计算机屏幕上显示排土体积的有迅速、明显的变化，则开挖面有可能塌方或土层出现变化，此时应及时掌握切口正面土体稳定的情况。

5.泥水处理系统的管理及控制

隧道过江段主要在粉细砂层、中砂层和粗砾砂层中掘进，该地层自造浆能力较差且在该种地层中泥浆、膨润土损失量较大，因此地面泥浆站应有较强的制备新泥浆的能力，应具备：足够的泥浆储备；制浆站具备足够的制浆材料；加大泥浆的比重和粘度，通过制浆站造浆把泥浆比重控制在1.10g/cm3左右，泥浆粘度控制在23s以上；启动泥浆二次处理（45υ）设备对付粉细砂，确保分离质量。

6.管片背后注浆管理

背填注浆采用“盾尾同步注浆为主，管片补充注浆为辅”的注浆思路，同步注浆采用单液注浆，应急管片补充注浆采用水泥-水玻璃双液浆，双液浆初凝时间在15秒以内，利用2条注浆管分别注入水泥浆和水玻璃，待注出盾尾后，两种进行混合，以达到双液浆的同步注浆目的。 注浆量应保证达到理论建筑空隙的130%以上。

每环推进前，对同步注浆的浆液进行小样试验，严格控制初凝时间。在同步注浆过程中，合理掌握注浆压力，注浆出口压力＝切口水压+60～80KPa，使注浆量、注浆流量和推进速度等施工参数形成最佳匹配。

7.过江堤、砂场码头段施工措施

盾构在过江前，先要穿越江堤，为了保护好江堤的安全以及防止江堤抛填石基础的石块跑入盾构机内，必须做好以下防范措施：

（1）切口水压的控制

在盾构过江堤前，必须控制好切口水压，尽量保持切口水压的稳定，在盾构机穿越了江堤后，由于覆土厚度产生突变，此时应该及时调整设定的压力值，减少江底的沉降，保护好江堤。

（2）推进速度

在过江堤时应采取合适的掘进速度，掘进速度控制在25mm/min左右，即一环（2m）的掘进时间约控制在 80～100分钟，以尽量减少对土体的扰动。

（3）姿态控制

穿越过程中，盾构机的姿态变化不宜过大或过频，并且严格控制中线平面位置偏差、盾构切口与盾尾平面以及高程偏差均不超过±50mm，并且±30mm报警。一旦出现盾构偏移轴线过大或地面变形偏大，应逐步纠正，并及时调整推进速度。

8.防止盾尾漏浆措施

（1）加强盾尾舱的管理

在推进过程中，因设备故障和操作失误往往引起切口水压的波动，在每次调高切口水压后，必须进行试推进，并安排专人观察盾尾漏浆情况，确定无漏浆后再正式调高切口水压，进行正常掘进。

同时应注意盾构机本身要增加盾尾刷保护及严格控制盾尾油脂的压注；在使用时对盾尾舱进行定期检查，平均每20环全面检查一次；并且在管片拼装前必须把盾壳内的杂物清理干净，以防对盾尾刷造成损坏。

（2）控制盾构姿态

在掘进过程中，严格控制盾构推进的姿态，尽量使得管片外围的盾尾间隙均匀一致，减少管片对盾尾刷的挤压程度。

（3）盾尾漏浆应急对策

当盾尾漏浆情况比较严重时，配制初凝时间较短的双液进行管片壁后注浆，压浆部位为后 3～5环，并适当调低切口水压，但调整量不大于 0.5 Kg/cm2，补充盾尾油脂。在管片拼装时，采用塞满油脂的海绵团，堵住盾尾间隙。

若此时漏浆情况仍得不到有效控制，则在后 6～8环处用聚氨酯进行压注予以封堵。为了防止在隧道内的漏浆和漏水、积水情况的发生，在隧道内各准备两台4寸口径的大型抽水水泵，以备必要时使用。

9.过复合地层段施工措施

过江段中岩层局部为岩石风化层，总体上来说夹层硬度不大，在此地层中进行盾构施工时采用的主要技术措施除针对性的刀盘刀具配置外，对推进参数的控制尤其重要。

一般情况下，刀盘转速控制在1.0～1.5rpm、根据扭矩大小和排泥的情况决定盾构的推进速度，一般扭矩控制在3000KN·m以下。

盾构机接触由泥水形成的“润滑剂”，可减少刀具磨损，以及降低扭矩。当有岩石块出现无法破碎时，可以通过降低盾构机的掘进速度，增加刀盘扭矩来进行破岩。

（四）施工监测

1.声纳法简介

声纳法主要是通过超声波声速测深仪测量水深，并进行自动化成图，绘制平面水深图和断面图，以判断江底的地形变化情况。水深测量采用国产无锡SDH—13D型浅水精密测深仪，精度为±<0.4%+5cm，以水深为8米计其精度为±<8.2cm。

2.测线布置

沿隧道轴线方向布设一条中轴测线，然后左右两边每相隔5m布设一条测线，共布设5条平行于中线的测线；垂直于中轴线方向为两轴线间距离加上从轴线往外测出15米宽度，测线间距为3米。

测点布置详见图4。

图4 声纳法监测点布置示意图

（五）结语

狮子洋隧道右线盾构穿越小虎沥从2008年3月22日开始，至5月2日安全顺利通过，历时42天，日平均进度为6.9环，江底沉降一般在20cm左右，最大为34.5cm，证明了方案的可行性与安全性。周进度详见图5。

图5 穿越小虎沥周施工进度图

[1]竺维彬,鞠世健,史海欧.广州地铁三号线盾构隧道工程施工技术研究[M].广州:暨南大学出版社,2007.

U455.4

A

1008-1151(2011)04-0082-03

2011-01-19

刘广钧（1970－），男，中铁十二局集团二公司副总经理兼广深港客运专线狮子洋隧道项目经理、高级工程师，研究方向为隧道与地下工程。