角度超大直径泥水盾构始发关键技术

刘永强

（中交隧道局工程有限公司，北京100102）

1 工程概况

南京和燕路过江通道南段工程位于长江大桥和长江二桥之间，隧道盾构段长2 975.906m，采用开挖直径15.03m 的泥水气压平衡式盾构机，隧道管片外径14.5m，内径13.3m，宽度2m，楔形量48mm（双面楔形），错缝拼装。盾构始发隧道顶部覆土仅7.5m，盾构下穿段埋深为10.53～13.1m，该段隧道埋深均不足0.5D（盾构半径）。始发段地层由上而下为素填土、淤泥质黏土、粉土、粉砂，均属于软弱地层，长江漫滩区水位5.05～6.82m，微承压水勘察期间水位埋深1.9～3.9m、水位5.17～5.41m。始发段隧道轴线纵向设计坡度-3.975%，设计轴线与洞门存在1°的夹角，属斜线始发，对盾构始发要求技术更高。

2 施工准备技术措施

2.1 始发基座、反力架

始发基座采用C40 现浇钢筋混凝土结构，始发基座为弧形结构，分前盾、中盾和盾尾基座3 部分。基座横向和纵向分别预留2 道1.2m 宽沟槽作为盾体焊接操作空间，始发基座每2 块基座中间的沟槽设置2 根50b 工字钢连接，增加始发基座整体性。在基座边块顶面分别对称预埋2 条350mm×350mm×12mm×19mm H 型钢作为盾体组装以及后期负环支撑的工装。基座中心线与洞门平面呈1°夹角，与设计线路中心线平行。基座前盾和中盾沿基座中线对称设置4 条导轨，导轨夹角分别为30°和87°，尾盾在中心块布置2 条导轨，夹角为50°。基座导轨采用20cm×20cm 实心方钢，方钢与预埋在基座上的H 型钢焊接。

和燕路隧道斜线始发，盾构始发过程中对反力架受力变形影响，综合考虑反力架受力及建筑结构的适应性，采用钢结构，反力架与环框梁接触位置预留3 道嵌槽，将环框梁嵌入槽中，反力架厚度1.5m[1]。反力架与负环相连接的部位采用φ400mm×20mm 的钢管支撑，钢管内灌注C40 混凝土，在反力架、管片及钢管对应位置埋设钢板。反力架后背与结构缝隙将填充C40 混凝土，填塞密实。

2.2 洞门止水装置

洞门止水装置设计为外挂圆环端面与隧道始发轴线保持垂直的上部最小宽度680mm、下部最大宽度1 264mm 的圆环板结构，钢环内侧面直径15.5m。密封钢环由封板、加筋板、2道圆环板、2 道翻板、2 道帘布橡胶板组成。密封钢环设计1 道12 根间距30°φ50mm 油脂预埋管（壁厚4mm）用于橡胶帘布堵漏，预埋管均沿圆周均匀布设，并与密封钢环内侧面连通。为了保证盾构始发过程中能顺利建立泥水压力和盾尾注浆压力，在洞门止水密封钢环内部增设1 道密封钢丝刷，钢丝刷长度410mm。

2.3 导轨延长

盾构机在始发掘进时盾体下部切口至洞门距离5 645mm，为了防止盾构机栽头，必须将第一次安装的导轨（下部2 根）接长至洞门下部止水箱体处，安装倾角位置与基准导向轨道一致，并焊接固定导轨。导轨从始发基座上引伸出来，导轨底座采用C30 素混凝土，宽度为导轨两侧各1m，长度至密封环边缘。当盾构机进入密封环后接触掌子面前，盾构机前部最大悬空距离为2 200mm，为避免后盾构机栽头，在地连墙内浇筑1 000mm 宽C15 混凝土垫层用于支撑盾构机。如图1 所示为导轨延长剖面图。

图1 导轨延长剖面图

3 实施措施

3.1 负环拼装

工作井沿掘进方向宽度21m，综合考虑工作井主体结构、反力架位置等因素，始发时从反力架到正环共需要8 环负环和1 环0 环，本工程衬砌均采用钢筋混凝土管片，0 环位置通过-8 环与反力架之间的支撑长度进行调整，目的是保证0 环背部预埋钢板与二次密封环板位置有效搭接，-8 环上部支撑长度1 238mm，下部支撑长度686mm。

3.2 洞门破除及水平探孔

洞门混凝土共分3 层破除，分2 次进行。冻结完成交圈后，开始进行破除，自上而下分层破除。首先破除内侧（20cm）混凝土（第一层）剥除钢筋网；第二层混凝土破除50cm，预留外侧钢筋及30cm 厚混凝土。第三层混凝土（30cm 厚）破除在盾构机始发前完成，必须确保在盾构机完成-6 环、-5 环的推进、拼装前完成混凝土凿除和清碴工作。

第三次混凝土破除前，首先在洞门上打设探孔判断冻结壁与围护结构的胶结情况，按照各探孔的布置在洞门上定点（探孔位置将根据现场实际情况、探查到的薄弱地点进行动态定点的调整）。

3.3 建舱及冷冻管拔除

盾构机刀盘完全进入洞门密封止水装置内，此时需建立泥水平衡。建舱时分3 步进行：

1）将泥浆场准备好的浆液打入开挖面中，保持开挖舱泥浆液面保持在中线以上3m。

2）对气压舱进行缓慢加压，每次加压≤10Pa，将洞门密封环上的注浆孔打开排掉空气，同时盾构机内注意查看前后舱内的液位显示[2]。当最上方的注浆孔开始喷出泥浆时，将该注浆孔的阀门关闭。这时，检查气泡舱内液位，若液位在中心线±0.5m，不需调整；若在此范围之外，启动泥浆循环系统，微调液位至该范围，此时切口压力显示为0。

3）提升气泡舱内气压至设计值，并保持15min。观察有无泄漏等异常，若有，采取堵漏措施；若无，缓慢降低气压，直至将切口压力缓慢调成0Pa。

建舱后压力稳定第一次拔管将隧道范围内冻结管全部拔出，待二次密封焊接封堵完成后，进行第二次拔管。

3.4 洞门密封

3.4.1 橡胶帘布密封堵漏

建舱前，提前在橡胶帘布间注入堵漏材料，泥水建舱过程中根据橡胶帘布漏水情况在渗漏点附近通过密封环上的油脂注入孔（在第一道帘布与第二道帘布密封之间）添加有NSHS-2 型的泥浆封堵帘布橡胶与盾体之间的空隙，并采用涂刷油脂及包裹刀具等措施以保护密封帘布。

堵漏剂材料采用地面活塞式注浆泵进行注入。初始注浆量13m3，注浆压力0.05～0.1MPa。

3.4.2 洞门二次密封

在盾构机向前掘进、负环拼装、盾构机盾尾最后一道钢丝刷完全进入密封环内，0 环完全脱离盾尾后，设计0 环管片外侧面一边预埋1 500mm 宽的钢板，预埋钢板厚度12mm。待盾构机盾尾完全穿过密封板后，用16mm 厚密封钢板将圆环板边缘与0环管片外侧的预埋钢板焊接，形成二次密封。

3.5 同步注浆

盾构斜线始发且始发轴线位于设计坡度-3.975%的纵坡，控制同步注浆是隧道成功的关键。

3.5.1 浆液配比

根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定，同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足表1 中的指标。

表1 同步注浆材料配比和性能指标表

固结体强度：P1d≥0.2MPa，P28d≥2.0MPa；浆液结石率＞95%，即固结收缩率＜5%；浆液稳定性：倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）＜5%。

3.5.2 注浆压力

和燕路隧道盾构机采用同步注浆，采用8 用8 备管路，在盾尾处左右对称布置。具体压力控制值见表2。

表2 同步注浆压力控制值kPa

4 结语

综上所述，通过本文对角度超大直径泥水盾构始发关键技术的研究得出，南京和燕路过江通道设计轴线与洞门存在1°的夹角，属斜线始发，通过盾构始发基座、反力架、洞门密封装置的设计制作、安装，在实施过程中对掘进参数、同步注浆、盾构姿态等数据收集分析，在本次始发成功中起到显著效果，可供类似工程借鉴。