超大直径泥水平衡盾构近距离穿越防汛墙及码头桩基

范 杰

（上海隧道工程股份有限公司，上海 200233）

1 工程概况

上海市长江西路越江隧道位于上海市东北角，连接宝山区和浦东新区，工程起于浦东港城路双江路交叉口，止于浦西郝桥港以东，按北线、南线分别布置。北线盾构段隧道长1545.683 m，计775环。南线盾构段隧道长1538.942 m，计770环，整个工程的平面图如图1所示。

图1 长江西路隧道总设计平面图

施工盾构采用德国海瑞克公司设计制造的Ф15430 mm气压泥水平衡盾构机。隧道衬砌结构外径 15000 mm，内径 13700 mm，厚 650 mm，南北线隧道将分别穿越浦西防汛墙和码头桩基各一次。盾构所穿越的防汛墙及浦西码头桩基平面图如图2所示。

图2 长江西路隧道穿越防汛墙及浦西码头桩基平面图

1.1 浦西防汛墙及浦西码头桩基结构形式（见图3）

图3 浦西防汛墙及码头桩基结构简图（单位：mm）

1.2 盾构穿越浦西防汛墙时状态

南线盾构在里程SK1+414.188即512环处直线穿越浦西防汛墙，竖向为R 4000 m的曲线，盾构顶部覆土约32.5 m，约2.106D。

北线盾构在里程NK1+402.964即251环以直线姿态穿越浦西防汛墙，竖向为R 4000 m的曲线，盾构顶部覆土约30.22 m，约为1.958D。

浦西防汛墙与隧道的相对位置见图4、图5所示。

图4 浦西防汛墙及码头桩基与南北隧道平面图

图5 浦西防汛墙与南北线隧道纵剖面图（单位：m）

2 地质状况

根据地质勘探报告，南北线盾构在浦西防汛墙段推进范围内的地质资料从上至下依次为：①2江底淤泥、③灰色淤泥质粉质粘土、④灰色淤泥质粘土、⑤1灰色粘土、⑤2灰色砂质粉土、⑤3灰色粉质粘土、⑤4灰绿色粉质粘土、⑧灰色粉质粘土。

过浦西防汛墙时，南北线盾构所穿越的主要土层的地基土物理力学性质如表1所列。

表1 穿越浦西防汛墙盾构所处土层主要物理力学性质表

3 盾构穿越防汛墙风险分析及对防汛墙沉降估算

3.1 穿越防汛墙及码头桩基时的风险分析

该工程南线盾构机将以87°夹角穿越浦西防汛墙，到达浦西工作井后，调头进行北线隧道施工。北线盾构机以89°夹角穿越浦西防汛墙。两条隧道之间最小净距离15 m，相应的土层扰动可能对浦西防汛墙产生一定的影响。

施工过程中将采取有效措施，严格控制防汛墙和码头的变形，确保盾构推进质量，保证防汛墙和码头的安全。

3.2 穿越防汛墙和码头桩基时的沉降估算

盾构施工中引起的地表沉降，可用派克（peck）法估算。即假定盾构施工引起的地表沉降是在不排水情况下发生的，所以沉降槽的体积应该等于地层损失的体积，此法假定地层损失在隧道长度上均匀分布，地表沉降的横向分布似正态分布曲线。

地面沉降量的横向分布估算公式为：

式中：δmax——最大地面沉降量；

V——单位长度内沉降槽体积；

i——自隧道中心至沉降曲线反弯点的距离（沉降槽宽度参数）；

Z——隧道中心的埋深；

R——隧道半径；

K——常数，粘土取1，砂土取0.63～0.82；

n——常数，粘土取1，砂土取0.36～0.97。

在已知盾构穿越的土层性质、覆土深度、隧道直径及施工方法后，即可事先估算盾构施工可能引起的地面沉降量，同时可及时地采取措施把影响控制在允许范围内。在推进过程中充分发挥隧道公司丰富的经验，根据盾构性能及监测数据及时调整施工参数，控制变形量，确保周边环境的绝对安全，实现信息化施工。

经计算得：Smax（穿越浦西防汛墙）=0.033 m

实际的地面变形数据和理论计算数据为盾构穿越防汛墙和码头桩基提供了一定的把握。在实际穿越时，通过更严格的施工控制及相应的辅助措施，保证“防汛墙和码头桩基”的安全。

4 穿越防汛墙施工措施

4.1 防汛墙监测

4.1.1 浦西防汛墙及码头桩基测点布置

浦西防汛墙及码头桩基沿轴线纵向监测点需加密，监测点间距4 m，并在浦西防汛墙处布4条横断面，相邻横断面间距为6 m、6 m、10 m。每个横向断面布点为推进轴线中心处布一点，左右各布 9点，点间距为 4 m、4 m、6 m、6 m、10 m、10 m、10 m、15 m、15 m，如图6所示。

图6 浦西防汛墙及码头桩基监测布点图（单位：m）

在上述需重点加密监测的区域内布设沉降监测时，视不同环境地质情况宜采用不同的布设方法。

4.1.2 监测频率（见表2）

4.1.3 报警值

防汛墙垂直日变化量大于等于2 mm或累计变化量大于等于10 mm时报警。达到报警值后立即上报防汛指挥部及防汛墙管理所等单位。

表2 盾构穿越防汛墙监测频率一览表

4.2 穿越前准备工作

4.2.1 监测防汛墙的自然沉降

在盾构穿越前1个月开始对防汛墙进行监测，掌握防汛墙的自然沉降量，为盾构穿越防汛墙提供参考数据。

4.2.2 施工参数优化

在盾构穿越防汛墙之前的施工过程中，应当及时总结出盾构所穿越土层的地质条件，同时根据推进过程中地层的沉降和位移监测结果调整施工参数，掌握在此种地质条件下盾构推进施工各施工参数和同步压浆量的设定，并通过实践不断地对其进行优化，以求达到盾构以最合理的施工参数穿越防汛墙。

4.2.3 机械设备检查

在盾构进入防汛墙影响范围之前，对盾构机进行机械设备（重点为推进、拼装施工设备）和压浆管路的检查和维护，对于存在故障和故障隐患的机械一律进行维修，对压浆管路进行一次彻底的清洗，保证穿越防汛墙过程中不发生机械故障和压浆管路堵塞情况。

4.3 盾构穿越阶段

在穿越防汛墙施工过程中主要采用的技术措施有以下几个方面。

4.3.1 严格控制施工参数

在盾构穿越防汛墙过程中要严格按照实际情况进行泥水压力控制，适当提高泥水指标。在盾构推进过程中，要根据地面监测信息的反馈及时调整泥水指标。

4.3.2 盾构背部沉降控制

为了减小盾构穿越防汛墙过程中盾构机背部产生地面沉降，利用原盾构壳体的注浆孔对盾构壳体进行压注，在盾构推进时根据防汛墙变形的实际情况，向盾构上部压注一定量浆液以控制地面沉降。

4.3.3 加强防汛墙监测

对防汛墙的变形、垂直位移和水平位移进行监测，并将监测数据及时反馈给相关部门指导施工。

4.3.4 隧道稳定性控制

引起隧道上浮的主要原因是由于盾构上部覆土较浅或覆土被较大扰动，这样使土层与隧道及盾壳周边的握裹力减弱，盾构正面泥水沿盾壳流向已建成隧道，同时，部分泥水还带有一定压力，导致盾构上浮。另一方面由于同步注浆欠佳，使注出衬砌外的浆液不能形成环箍，起不到充填建筑空隙和阻止泥水渗流的作用，这样盾构正面泥水沿盾壳流向已建成隧道，导致隧道周边充满带有一定水压力的泥水，使隧道上浮。为此盾构在穿越防汛墙过程中必须采取相应的技术措施控制已建隧道的稳定，避免隧道的上浮或沉降对防汛墙产生影响。

4.3.4.1 隧道的纵向变形监测

在隧道管片上设立一定数量的隧道沉降观测标志，在盾构穿越防汛堤过程中，对每环管片的上浮情况及管片之间的错位情况进行监测。推进每5环设1点，若有较大的隧道沉降可增加测点，使施工人员及时了解隧道沉降量，以便及时采取相应措施，如调整注浆部位及注浆量，调整浆液坍落度等。

4.3.4.2 隧道抗浮措施

（1）严格控制隧道轴线。使盾构尽量沿着设计轴线推进，每环均匀纠偏，减少对土体的扰动。

（2）加强同步注浆管理，确保间隙能充分填满，从而有效地阻止因泥水后窜引起的管片上浮。

（3）确保每环管片之间紧密连接，在管片脱出盾尾后重新拧紧所有纵环向螺栓。

（4）特殊条件下，在泥水中增加堵漏剂，防止泥水后窜。

4.4 穿越后技术措施

（1）当盾构穿越防汛墙后，继续对防汛墙监测。

（2）根据实际地面沉降情况，进行隧道内壁后补压浆。

4.5 关键点的针对性措施

4.5.1 地面沉降控制要点

4.5.1.1 切口水压控制

在施工过程中，若切口水压力波动太大，会增加正面土体的扰动，导致正面土体的流失。因此应尽可能地减少切口水压的波动。在技术上要求有关操作人员由自动控制改为人工手动控制，以人工调整施工参数，保证正面稳定。

南北线隧道穿越浦西防汛墙时，切口压力参照表3所列数据进行设定，实际操作中，也要根据监测信息，作及时调整。

表3 南北线隧道盾构穿越浦西防汛墙切口压力计算表

4.5.1.2 同步注浆控制

同步注浆是防止地层沉陷的重要措施。同步注浆控制包括注浆量和注浆压力控制。注浆量及注浆压力按照设定值进行设定，并保持均匀压注。

每环所压注的浆液坍落度指标需严格检查，不合格的浆液严禁使用。

此外，盾构穿越防汛墙施工期间首先需要确保注浆设备的正常、注浆管路的通畅，一旦管路不畅通或者设备出现问题，就会导致所读取的数据与实际值有较大偏差。因此，必须经常清洗注浆管、浆桶、并经常检查传感器位置管路是否堵塞等。

4.5.1.3 泥水质量控制

考虑到优质泥浆有较好的护壁性能，并能快速地形成泥膜，因此在穿越防汛墙的盾构推进施工中，应适当提高泥水指标。为了确保泥水质量，在推进过程中，泥水处理人员应加大对泥水的测试频率，及时调整泥水密度，保证推进的顺利。

4.5.2 平面或高程纠偏注重事项

在盾构进行平面或高程纠偏的过程中，必然会增加建筑空隙，因此在盾构进入大堤影响范围内之前，盾构姿态应当尽可能地保持良好，尽可能地保证盾构匀速通过，减少盾构纠偏量和纠偏频率。在穿越大堤过程中，尤其要注意保持坡度，严禁随意调节坡度。

5 结语

上海长江西路越江隧道南线隧道于2012年2月10日顺利穿越浦西防汛墙和码头桩基，北线隧道于2013年2月14日顺利穿越浦西防汛墙和码头桩基。防汛墙和码头沉降均控制在±10 mm内，为今后类似工程施工提供了借鉴。

其中南线隧道穿越防汛墙时，最大沉降值为FXQ5：-7.34 mm；南线隧道穿越码头时，最大沉降值为503环：-7.65 mm。如图7、图8所示。

图7 南线隧道穿越防汛墙期间沉降累计值曲线图

图8 南线隧道穿越码头期间沉降累计值曲线图

北线隧道穿越防汛墙时，最大沉降值为FX4：+3.77 mm；北线隧道穿越码头时，最大沉降值为255环：+9.14 mm。如图9、图10所示。

图9 北线隧道穿越防讯墙期间沉降累计值曲线图

[1]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2]余暄平,沈永东,凌宇峰,王吉云.上海长江隧道工程盾构施工技术[J].上海建设科技,2007,(04).

[3]凌宇峰.上海长江隧道工程建设与施工风险控制[J].城市道桥与防洪,2010,(09).