无锡地铁1号线盾构区间下穿河道段程施工技术

朱龙宝

（中铁十九局集团第一工程有限公司 辽宁辽阳 111000）

无锡地铁1号线盾构区间下穿河道段程施工技术

朱龙宝

（中铁十九局集团第一工程有限公司 辽宁辽阳 111000）

详细介绍无锡地铁1号线10标段盾构区间下穿古运河和耕读河河道段的工程概况、下穿河道段工程施工中的技术要求、需要采取的施工技术措施，以及施工中需要准备的应急抢救措施等。施工经验可供同类工程参考。

地铁工程 盾构施工 下穿河道工程 施工技术

1 工程概况

无锡地铁1号线10标段工程包括三阳广场站～南禅寺站～永丰路站～太湖广场站等三个盾构区间的土建施工任务。其中南禅寺站～永丰路站区间下穿古运河，永丰路站～太湖广场站区间下穿耕读河。

三个区间使用2台德国海瑞克加泥或加泡沫式土压平衡盾构，并配备同步注浆系统。

右线隧道从永丰路站右线北端头始发到达太湖广场站右线南端头，吊出盾构回永丰路站。永丰路站右线南端头始发到达南禅寺站右线北端头，吊出盾构机到南禅寺右线南端头。南禅寺站右线南端头始发到达三阳广场站右线北端头吊出。

左线隧道从永丰路站左线北端头始发到达太湖广场站左线南端头，吊出盾构回永丰路站。永丰路站左线南端头始发到达南禅寺站左线北端头，吊出盾构机到南禅寺左线南端头。南禅寺站左线南端头始发到达三阳广场站左线北端头吊出。

三个区间中间各设计一个联络通道+污水泵房。

无锡地铁盾构管片采用C50、P10抗渗高强混凝土。管片每环6片，其中标准块3片、临接块2片、楔块1片。管片设计尺寸：外径φ6 200 mm，内径φ5 500 mm，厚度350 mm，宽度1 200 mm。

在南禅寺站至永丰路站区间里程为SK13+848～SK13+875处，右线盾构推进到260环、左线盾构推进到275环时，切口开始进入古运河河道。古运河呈东西走向，河面宽约为24.1m，水深2.50～3.50m，水面标高1.60 m，河床底标高约为-1.00 m，河床至隧道结构顶板距离约为8 m左右。

在永丰路站至太湖广场站里程为SK14+513～SK14+528.9处，左、右线盾构推进到155环和156环时，切口开始进入耕读河河道。耕读河呈南北走向，河面宽约16.0 m，河道深5.0 m左右，水深2.50m左右，水面标高1.37 m，河床底标高约为-1.00 m，河床至隧道结构顶板距离约为10.0 m左右。

盾构线路穿越河道位置

古运河河床底部至隧道结构顶板土层为（3）2层粉质粘土夹粉土、（3）3-1层粉质粘土、（3）3层粉土夹粉质粘土、（6）1-1层粉质粘土、（6）1层粘土。其中（3）3层粉土夹粉质粘土为弱含水层，盾构在掘进过程中河水可能通过（3）3层粉土夹粉质粘土灌入盾构作业区，从而引发事故。

耕读河河床底部土层为（3）2层粉质粘土夹粉土，盾构下穿河道推进区域主要位于（6）1粘土层中，该土层为不透水层，具有土层较厚、土质均匀、强度良好等特点。因此盾构机穿越该河道时受地表水的影响较小。

2 盾构掘进穿越河道段施工技术要求

为了保证盾构机在穿越河道段能够顺利地掘进，必须遵循“有序、平稳、平衡”等三点技术要求［1］。

（1）所谓有序，是要求做到有序地组织施工，应该做到以下三点：

1）盾构掘进过程中必须按照已批准的施工组织设计组织施工，做到各工序之间的有序衔接，掌子面上的施工情况能够及时反馈，项目部的指令能够及时传递到工班，做到有序的信息化管理；

2）合理配备工、料、机，为盾构掘进的顺利进行创造条件；

3）盾构机械必须定期进行全面的、标准化的维修保养，盾构机各部位的维修任务指定专人负责，做到维修保养无遗漏。

（2）所谓“平稳”，是要求盾构机能够做到平稳地掘进，应该做到以下三点：

1）施工过程中盾构机的掘进姿态要保持平稳。盾构掘进过程中必须保持良好的掘进姿态，避免 “蛇行”和“上下起伏”，要把每环管片的姿态变化控制在±5mm以内。掘进过程中A区、C区千斤顶的油压之差必须保持恒定，不能出现大的波动；

2）盾构掘进过程中的管片姿态要保持平稳。盾构掘进过程中要定时量测盾尾间隙和管片拼装的椭圆度。管片拼装过程中不能出现尾刷碰撞管片的现象，以免引起盾尾密封和铰接密封的损坏；

3）盾构掘进过程中推进的速度要平稳。要向土仓中和刀盘区域注入泡沫材料，用以提高渣土的流动性和止水性，防止发生涌水、流砂、结泥饼和喷涌等事故。

（3）所谓“平衡”，是要求盾构掘进过程中要做到以下三种平衡：

1）盾构掘进过程中必须严格控制土仓压力，保持与掌子面水土压力的平衡；

2）盾构掘进过程中必须保持出土量和开挖进尺的平衡。在控制出土量的同时，要定期检验渣样，若地质状况发生变化要及时进行调整；

3）盾构掘进过程中必须做到注浆压力和盾构四周的水土压力保持平衡。注浆压力要比盾构四周的水土压力加大0.1～0.2 MPa，并且不能让注浆浆液进入土仓。

3 盾构机下穿河道工程需要采取的技术措施

针对本工程要下穿河道的覆土厚度和地质条件，拟采用“主动保护”的技术措施［1］、［2］。具体要做到以下几点：

（1）做好各项施工准备工作

1）下穿河道之前，选择一处开挖面自稳性较好的地段对盾构机进行全面检修，尤其是要重点检查盾尾刷及其密封情况、刀盘的磨损程度、中体和盾尾铰接处的密封止水效果。确保盾构机在下穿河道时的工作状态良好，穿越施工顺利。

2）为了进一步摸清将要下穿河道部位更为详细的工程地质和水文地质资料，在下穿掘进之前又委托地勘院对两处河道的工程地质和水文地质条件进行了补充勘察，并请专家进行评审，真正做到心中有数。

3）做好洞内、洞外的监控量测工作，保证所采集数据的正确、可靠。在河道两岸的地面上布置地面沉降观测断面，在盾构下穿河道期间按照规范有关监控量测的具体要求进行地面沉降观测，掌握地面的沉降规律，信息化指导施工。

4）提前做好危机情况下的应急抢险预案，从抢险组织、人员、所需要的机械、设备、车辆、材料以及地面上要用的危险警示标牌等，都要做好准备。

（2）降低盾构机的掘进速度，控制好千斤顶的总推力

盾构机在下穿河道时应该降低掘进速度，把掘进速度控制在30mm/min以内。要控制好千斤顶的总推力，以减少掘进对地层的扰动。

（3）严格控制盾构机按照土压平衡工况进行掘进

由于盾构机在下穿河道施工时上部的覆土厚度会发生变化，从而使盾构刀盘前面的土压力也会随着发生变化。因此，盾构机在下穿河道之前（10环以外）就要开始严格测控盾构机的土压力值，进入河底段后需要按实际覆土厚度重新计算土压力值，并结合实测的数据进行调整。盾构掘进过程中要严格控制实际出土量不能超过理论出土量，可以适当欠挖一些，以保证盾构四周的土体密实。

（4）掘进过程中必须调整好盾构的姿态

盾构在下穿河道段的掘进过程中，必须不断地监测盾构机的姿态偏差量，据此对盾构机的掘进参数进行调整，尽可能地减少纠偏次数，以降低掘进对盾构机四周土体的扰动。

（5）优化注浆浆液的配合比，合理设定注浆量和注浆压力

要预先优选下穿河道段使用的注浆浆液配合比，确定其各项性能指标。在下穿河道段的施工过程中，每个工班都要对注浆浆液进行取样试验，检验其性能指标，还要检查实际的注浆效果，结合注浆效果对浆液的配合比和性能指标进行调整。

根据以往的施工经验，下穿河道段施工过程中，注浆量应按理论空隙的120%来计算，并在实践中进行适当调整。注浆压力≯0.3MPa，避免河底土体被注浆浆液击穿。

（6）严防盾尾漏水

盾构机过河时需要换用三道钢丝的密封盾尾刷。当盾构四周的水压较大时，可以采用向盾尾刷内压注油脂的方法以提高其密封性能。盾构机过河时要定期检查盾构中体和盾尾铰接处的密封情况，根据需要调节密封压板螺栓的松紧程度。

提高管片的拼装质量，管片要居中拼装，不使拼装好的管片与盾壳之间产生太大的间隙，可以采取在管片外面粘贴止水海绵的方法封堵这些间隙。

采取以上三项措施以后盾尾仍然发生渗漏，可以从管片上的注浆孔向外压注聚氨酯，以封闭盾构四周土体内的涌水通道，减少漏水发生的可能。

（7）改良盾构穿越地段的土体

由于盾构下穿河道段时地层主要为（6）1-1和（6）1土层，土体的流塑性比较差。可以采取从盾构管片上的加泥孔向前方的土体加注膨润土泥浆或加注泡沫剂来对土体进行改良，以增加其流塑性。若盾构四周土体的强度较低时，可以从盾构前面的超前注浆孔进行超前注浆，压注重量比为1︰1的纯水泥浆，对切口前面的土体进行加固。

（8）提高盾构管片的安装质量，提高其自防水能力

在调整好盾构姿态的同时，要提高盾构管片的安装质量，控制好盾尾的间隙，尽量减小管片的错台，加强对连接螺栓的复紧工作。

（9）下穿河道段盾构机的施工参数见表2。

表2 下穿河道段盾构机的施工参数表

4 盾构掘进下穿河道段施工应急措施［2］、［3］

（1）盾构下穿河道段施工可能发生的险情

1）盾构施工击穿河底，深层土体的变形超过了预定的控制范围；

2）掘进过程中对土体扰动过大，造成河底隆起或沉降，形成水流通道，致使渣土含水量增加，导致螺旋输送机发生喷涌；

3）盾尾或盾构铰接处漏水、漏浆；

4）管片上浮、错台；

5）河床大面积塌陷。

（2）盾构下穿河道段施工应急预案

1）建立应急抢救组织机构

建立由项目经理为组长的应急抢救领导小组，请业主代表和总监代表参加。应急抢救领导小组下值班值班室、抢救预案制定组、监控量测组、抢救施工组、抢险设备、物资供应组、医疗卫生保障组等几个专业小组，分工负责各方面的应急抢救工作。

2）值班室必须时时关注盾构下穿河道段施工中的每个环节，一旦发生险情立即启动应急预案，通知应急抢救领导小组成员和抢救施工组人员上岗，通知业主、监理部、上级主管部门和相关单位。

3）抢救预案制定组要分析盾构下穿河道段施工中可能发生的险情，预先制定出抢救预案和应急抢救措施，并将可能发生的险情和抢救预案向全体施工人员交底。

4）对准备参加应急抢救工作的施工人员进行技术交底、安全培训，做到一旦发生险情参战人员知道怎么干。

5）按应急预案的规定做好监控量测工作，适当增加检测项目，加密监测断面和监测点，增加检测频次，尤其是要注重监测河道的沉降情况。

6）储存充足的抢险物资。一旦发生险情能够立即调动所需要的机械、车辆，确保能在第一时间投入抢险工作。

7）下穿河道之前对盾构机进行全面的检修与调试，使盾构机能以完好的状态通过下穿河道段。下穿河道时配备足够的盾构机值班维修人员，一旦发生故障能够做到及时处理，确保盾构性能的可靠性。

（3）险情应急处理方案

盾构掘进过程中一旦出现险情，可以针对具体情况采取以下的应急措施：

1）盾构前方的土体变形值达到警戒值时立即停止盾构机掘进，利用超前注浆孔对盾构前方的土体进行注浆加固。

2）螺旋机发生喷涌时立即关闭螺旋输送机阀门，并向土仓内打入膨润土，调整土仓内的土压，抑制喷涌；

启动螺旋机配置的保压泵碴装置，防止再次发生喷涌。

3）当盾尾发生漏水、漏浆时停止同步注浆，降低盾尾外部压力；采用速凝型浆液在相邻盾尾最近的管片吊装口进行注浆，待漏水、漏浆情况缓解以后再进行试推；

在盾构机内安装2台大功率水泵进行抽水排险；

加强盾尾密封油脂的注入，管片出盾尾后用速凝型双浆液补充注浆止漏。

5 结语

无锡地铁1号线10标段盾构掘进施工要分别在两个区间下穿古运河和耕读河。施工过程中由于采取了正确的施工方法和技术措施，在下穿河道段施工时没有发生险情和安全事故，两处都顺利地通过了河道段。证明采取的施工方法和技术措施是正确的。本工程下穿河道段施工中虽然没有发生安全事故，但是，盾构掘进下穿河道段施工时的应急预案和应急抢险措施还是必须准备的。本工程的施工经验和应急抢险措施可供同类工程参考。

［1］张凤祥，傅德明，杨国祥等.盾构隧道施工手册［M］.北京：人民教育出版社，2005

［2］陈颖.盾构下穿三滘河施工中的风险控制措施［J］.铁道建筑技术，2014（4）

［3］张志红.盾构隧道下穿通惠河的沉降控制［J］.建筑科术，2014（5）

Construction Technology for the Section of Crossing through Rivers in the Shield Zone of Line 1 of Wuxi Tunnel

ZHU Long-bao
（No.1 Engineering Corporation Limited of China Railway 19th Bureau Group Co. Ltd Shenyang Liaoning 111000 China）

This paper introduces in details the project of crossing through ancient canal and Gengdu River in the shield zone of the No. 10 bidding section of line 1 of Wuxi Tunnel， technical requirements， construction methods and emergency rescue methods for of construction projects of crossing through rivers. This construction experience is of great referential value for similar projects.

tunnel project shield construction cross through rivers construction technology

中国分类号：U455.43A

1673-1816（2016）02-0022-05

2015-10-28

朱龙宝（1988-），男，助理工程师，学士，研究方向工程管理。