[摘要]通過重慶主城排水過江隧道的施工，介紹了過江隧道泥水盾構(gòu)法施工的關(guān)鍵技術(shù)及江底施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)對(duì)策。
[關(guān)鍵詞]泥水盾構(gòu)泥漿注漿防水
1工程概況
重慶主城排水工程是利用世界銀行貸款興建的國家重點(diǎn)環(huán)保工程項(xiàng)目，主城排水過江隧道北起渝中區(qū)太平門，南至南岸區(qū)海棠溪鹽店灣，由1條過江隧道、南北2個(gè)豎井和2座井口值班房及6扇污水控制閘門組成，見圖1。過江隧道內(nèi)安設(shè)3條內(nèi)徑Æ2000mm輸水管和1條內(nèi)徑Æ800mm電纜管，見圖2。
圖1重慶主城排水過江隧道工程示意圖
圖2輸水隧道斷面示意圖
1－鋼筋砼管片；2－回填砼；3－輸水管；
4－電纜管；5－預(yù)埋控制電纜
北岸進(jìn)水豎井凈空尺寸為10m（長）×9m（寬），井口標(biāo)高＋181.5m，井底標(biāo)高＋125.7m，井深55.8m，井壁為0.6m厚C25S8鋼筋砼結(jié)構(gòu)；南岸出水豎井結(jié)構(gòu)同進(jìn)水豎井，井口標(biāo)高＋189.5m，井底標(biāo)高＋124.3m，井深65.2m；過江隧道長908.2m，采用泥水盾構(gòu)法施工。隧道襯砌為C50S12預(yù)制鋼筋砼管片，其外徑Æ6320mm、內(nèi)徑Æ5620mm、長1500mm，每環(huán)管片分為8塊，其中5塊標(biāo)準(zhǔn)塊、2塊鄰接塊和1塊封頂塊，管片采用直螺栓連接。
隧道內(nèi)安裝3根預(yù)應(yīng)力鋼筒砼輸水管道，管道外徑Æ2300mm，管節(jié)長度為5m，管中間為5mm厚鋼筒，內(nèi)外層為模注砼，外層砼達(dá)到強(qiáng)度后在其壁上纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，然后在外層噴射砂漿保護(hù)層，鋼筒砼管采用工廠預(yù)制，抗?jié)B等級(jí)為S16，鋼筒砼管接頭部位設(shè)2道密封止水。
先施工南岸豎井和盾構(gòu)機(jī)始發(fā)洞，始發(fā)洞長約70m，采用新奧法施工，盾構(gòu)機(jī)由南岸豎井始發(fā)，掘進(jìn)至北岸豎井拆機(jī)。盾構(gòu)隧道完成后在隧道內(nèi)安裝3根鋼筒砼管和1根鋼筋砼電纜管，并回填C10砼，然后進(jìn)行豎井輸水管道施工和回填，最后進(jìn)行井口值班房和控制閘門的施工，輸水管道建成后將日排150萬t城市生活污水。
2地質(zhì)情況
過江隧道穿越地層多變，既有堅(jiān)硬的砂巖（單軸抗壓強(qiáng)度為69.4MPa），又有較軟的泥巖（單軸抗壓強(qiáng)度為7.3MPa），地層情況見表1。
3盾構(gòu)機(jī)選型
3.1盾構(gòu)機(jī)類型選擇
盾構(gòu)機(jī)的選型應(yīng)以開挖面穩(wěn)定為中心，選擇能保持開挖面穩(wěn)定和適應(yīng)圍巖條件的機(jī)型。由于在江底施工，水壓較高（最高達(dá)0.64MPa），對(duì)施工安全要求高，不能使用敞開式，只能使用閉胸式盾構(gòu)機(jī)，因此只能在土壓平衡盾構(gòu)和泥水盾構(gòu)之間選擇。
土壓平衡盾構(gòu)主要應(yīng)用在粘稠土壤中，該類型土壤富含粘土、亞粘土或淤土，低滲透性。這種土質(zhì)在螺旋輸送機(jī)內(nèi)壓縮形成防水土塞，使土倉和螺旋輸送機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生土壓力來平衡掌子面的土壓力和水壓力。由于重慶的地質(zhì)主要為砂巖、泥巖、粉砂巖地層，因此不適合采用土壓平衡盾構(gòu)。
土壓平衡盾構(gòu)機(jī)用開挖出的土料作為支撐開挖面穩(wěn)定的介質(zhì)，對(duì)作為支撐介質(zhì)的土料要求具有良好的塑性變形、軟稠度、內(nèi)摩擦角小及滲透率小。重慶過江隧道泥巖占56.5%，可通過使用加泥裝置向土倉中加泥進(jìn)行土壤改良，促使其成為塑性流動(dòng)狀態(tài)，因此可選用加泥式土壓平衡盾構(gòu)。
泥水盾構(gòu)是通過施加略高于開挖面水土壓力的泥漿壓力來維持開挖面的穩(wěn)定，比較適合于在江底、河底、海底等高水壓力條件下的隧道施工。泥水盾構(gòu)使用泥漿泵通過管道從地面直接向開挖面進(jìn)行送排泥漿，開挖面得到完全封閉，具有高安全性和良好的施工環(huán)境，因此本工程選用泥水盾構(gòu)機(jī)施工。
3.2盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造及主要參數(shù)
過江隧道選用德國海瑞克公司Æ6570mm泥水盾構(gòu)，結(jié)構(gòu)示意見圖3，主要技術(shù)參數(shù)見表2。
圖3德國海瑞克泥水盾構(gòu)機(jī)
1－刀盤；2－半隔板（沉浸墻）；3－隔板；4－推進(jìn)油缸；5－人倉；6－破碎機(jī)；7－攔石柵；8－吸泥管；9－鉸接油缸；10－管片；11－排泥管；12－送泥管
3.3盾構(gòu)機(jī)對(duì)工程的適應(yīng)性
3.3.1盾構(gòu)機(jī)對(duì)地層的適應(yīng)性
刀盤設(shè)計(jì)為面板式鋼結(jié)構(gòu)，刀盤上布置了適應(yīng)于泥巖的切刀和適應(yīng)于砂巖的滾刀，每把滾刀可以承受250kN的推力，刀具設(shè)計(jì)的最大破巖能力為120MPa，完全適應(yīng)本工程的堅(jiān)硬砂巖（單軸抗壓強(qiáng)度最大為69.4MPa）。
在盾構(gòu)機(jī)的泥水室內(nèi)配備了破碎機(jī)，對(duì)滾刀切削下來較大粒徑的砂巖進(jìn)行破碎，有效地防止了排泥管堵塞。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在軟硬交互地層掘進(jìn)時(shí)，由于刀盤受力不均而發(fā)生盾構(gòu)姿態(tài)不易控制現(xiàn)象，為此盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)油缸在圓周方向分成上下左右4組進(jìn)行操作，每組可以單獨(dú)調(diào)整其推進(jìn)力，從而對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行控制；并且盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)成鉸接式結(jié)構(gòu)，有利于盾構(gòu)機(jī)糾偏。
3.3.2盾構(gòu)機(jī)對(duì)高水壓段掘進(jìn)的適應(yīng)性
重慶過江隧道江底段覆土厚度為21～33m，隧道穿越的河床地段有3處深槽，槽底與盾構(gòu)隧道頂部的距離分別為8.5m、9.9m、13.0m。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，隧道斷面大部分處于弱～中透水帶內(nèi)，只在3處深槽地段及距進(jìn)水豎井30～40m段處于中～強(qiáng)透水帶內(nèi)，最大靜水壓力水頭高程為64.54m，因此要求盾構(gòu)機(jī)能在0.64MPa的高水壓下安全推進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)的主軸承密封、鉸接密封、盾尾密封必須適應(yīng)0.64MPa的壓力。盾構(gòu)機(jī)的主軸承外密封使用了4道唇形密封，如圖4所示。
圖4主軸承外密封系統(tǒng)
1－水壓；2－刀盤；3－迷宮環(huán)；4～7－唇形密封；8－HBW油脂室；9－油脂室；10～11－潤滑油室；12－泄漏室；13－主軸承；14－主軸承座圈
外密封系統(tǒng)的潤滑全部為自動(dòng)潤滑，當(dāng)油脂或潤滑油泄漏時(shí)盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并通過泄漏室對(duì)密封狀況進(jìn)行檢測(cè)。密封表面上安裝了一個(gè)帶硬化表面的軸承座圈，可產(chǎn)生軸向位移以便對(duì)第1道唇形密封進(jìn)行補(bǔ)償。沿齒輪室方向是一個(gè)特殊的軸密封，必要時(shí)對(duì)齒輪室施加壓力。
油脂室位于第1道與第2道唇形密封之間，通過周邊分布的若干個(gè)孔道添加油脂，并且通過定位裝置在環(huán)形空間中呈均勻分布狀態(tài)，使油脂室內(nèi)始終保持恒定的油脂配送壓力。每一油脂供給線路均通過一個(gè)獨(dú)立的油脂分配閥提供恒定的供給量。
潤滑油室位于第2道和第3道唇形密封之間，潤滑油通過周邊分布的若干個(gè)孔道進(jìn)行添加，并在環(huán)形空間內(nèi)通過定位裝置呈均勻分布狀態(tài)。
泄漏室位于第3道與第4道唇形密封之間，泄漏室通過沿周邊分布的若干個(gè)檢查孔道連接到隧道的常壓空間，從而對(duì)泄漏情況進(jìn)行監(jiān)視。
為避免雜質(zhì)侵入主軸承的前部密封，防止密封件和軸承座圈磨損，除了采用正常的油脂潤滑外還采用HBW密封脂。刀盤前部的迷宮環(huán)提供密封脂，通過油脂泵將油脂從油脂桶直接泵送到潤滑點(diǎn)。
主軸承內(nèi)密封采用2道唇形密封，見圖5；雙唇之間采用手動(dòng)方式供給油脂，以降低磨擦。鉸接密封采用擠壓式密封和緊急充氣密封，見圖6。
鉸接密封由3道石棉密封、2道隔環(huán)及1道緊急充氣密封組成，裝有可調(diào)壓板以調(diào)節(jié)鉸接密封的松緊。緊急充氣密封的氣囊平時(shí)處于無氣狀態(tài)，不起密封作用，只有當(dāng)鉸接密封的3道石棉密封出現(xiàn)泄漏需要更換時(shí)，才將緊急密封充氣使盾構(gòu)鉸接部位的縫隙暫時(shí)封閉起來。
圖5主軸承內(nèi)密封
1－刀盤座；2－唇形密封；3－驅(qū)動(dòng)齒輪；4－主軸承
1－壓板；2－中盾；3，4，6－石棉密封；5－隔環(huán)；7－緊急密封；8－盾尾
盾尾止水采用4道鋼絲刷密封裝置，盾尾密封是集彈簧鋼、鋼絲刷及不銹鋼金屬網(wǎng)于一體的結(jié)構(gòu)，并在彈簧鋼和鋼絲刷上涂氟樹脂進(jìn)行防銹處理。在每道盾尾密封之間能根據(jù)掘進(jìn)速度自動(dòng)注入密封油脂來提高止水性能，設(shè)計(jì)能承受0.8MPa的壓力。
3.3.3盾構(gòu)機(jī)對(duì)長距離掘進(jìn)的適應(yīng)性
硬巖掘進(jìn)時(shí)對(duì)刀具的磨損嚴(yán)重，重慶過江隧道計(jì)劃在中途換刀3次，盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)有人倉，可以帶壓進(jìn)倉進(jìn)行刀具更換。刀具采用背裝式，從泥水室內(nèi)可以安全高效地更換，泥水循環(huán)系統(tǒng)具備在換刀時(shí)的泥水壓力保持功能。
4過江隧道施工
4.1施工流程
重慶主城排水過江隧道施工流程如圖7所示。
圖7重慶主城排水過江隧道施工流程
4.2豎井施工
在井口施作鋼筋砼鎖口圈，安設(shè)礦用井架，采用人工配合反鏟開挖，開挖后及時(shí)制作初期支護(hù)，支護(hù)方式為噴-錨-網(wǎng)-噴，初噴厚度為5cm，錨桿為Æ20mm，長2.5m，鋼筋網(wǎng)采用Æ8@200，復(fù)噴厚度為10～15cm。30m以上采用汽車起重機(jī)配2個(gè)3m3碴斗出碴，30m以下采用礦用Ⅱ型井架配2個(gè)3m3碴斗出碴。豎井主體結(jié)構(gòu)為600mm厚鋼筋砼，豎井內(nèi)排水采用抽水機(jī)抽至地面經(jīng)兩級(jí)沉淀處理后排至城市下水道，在北岸豎井強(qiáng)透水段先進(jìn)行注漿堵水，然后再開挖。
4.3始發(fā)洞施工
盾構(gòu)機(jī)及后配套拖車的總長約69m，為保證盾構(gòu)機(jī)一次始發(fā)，先在始發(fā)井底修建70m長的始發(fā)洞，同時(shí)為便于盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)送排泥管、管片、注漿料、鋼軌等材料的吊裝和運(yùn)輸，在始發(fā)井后方施工8m長的負(fù)洞。始發(fā)洞和負(fù)洞均為馬蹄形斷面（圖8），采用新奧法“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”原理施工，采用全斷面開挖，人工手風(fēng)鉆鉆孔，光面爆破，人工配合反鏟裝碴，采用礦車運(yùn)碴至豎井，使用門吊吊出豎井，井外由自卸汽車運(yùn)碴至卸碴場(chǎng)。
4.4盾構(gòu)組裝、始發(fā)、掘進(jìn)、到達(dá)
4.4.1盾構(gòu)機(jī)組裝
用80t汽車起重機(jī)將始發(fā)架下井并固定，軌面上涂抹油脂；使用250t履帶起重機(jī)與80t汽車起重機(jī)配合將前盾翻轉(zhuǎn)，用250t履帶起重機(jī)將前盾吊下豎井，將刀盤下井并與前盾連接，然后將中盾吊下豎井，履帶起重機(jī)與汽車起重機(jī)退場(chǎng)。制做反力支撐板，使用泵站將盾構(gòu)機(jī)前移5m；用門式起重機(jī)安裝軌道梁、管片安裝機(jī)、輔助平臺(tái)及盾尾；將盾構(gòu)機(jī)從豎井前移至始發(fā)洞掌子面（圖8），吊出始發(fā)架。在距盾尾約1m處做砼反力環(huán)，反力環(huán)寬1.5m，始發(fā)洞在反力環(huán)位置處為擴(kuò)大斷面。始發(fā)洞、豎井及負(fù)洞鋪設(shè)四軌三線軌道；用門式起重機(jī)將設(shè)備橋吊下井，并前移與盾構(gòu)機(jī)連接；組裝4個(gè)后配套拖車，依次吊下豎井并前移與設(shè)備橋連接。連接管線，調(diào)試盾構(gòu)機(jī)。
圖8盾構(gòu)機(jī)前移示意圖
1－頂推支座；2－盾構(gòu)機(jī)；3－始發(fā)洞；4－鋼筋砼梁
4.4.2盾構(gòu)始發(fā)
在反力環(huán)上安裝洞門密封；利用管片安裝機(jī)拼裝管片，將管片推出盾尾貼在反力環(huán)上；使用雙液注漿機(jī)向管片背襯注雙液漿，將始發(fā)洞圍巖與管片間的空隙充填充分；管片與反力環(huán)之間的縫隙用環(huán)氧樹脂進(jìn)行填充；管片與反力環(huán)之間用槽鋼及膨脹螺栓聯(lián)接，以防盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)管片扭轉(zhuǎn)或錯(cuò)位；向刀盤前部注入泥漿，建立泥漿循環(huán)，逐漸增加推進(jìn)壓力進(jìn)行始發(fā)掘進(jìn)。
4.4.3盾構(gòu)掘進(jìn)
采用泥水加壓平衡模式進(jìn)行推進(jìn)，德國海瑞克泥水盾構(gòu)采用間接控制型泥水系統(tǒng)，泥水循環(huán)系統(tǒng)由泥漿和空氣雙重回路組成。在盾構(gòu)機(jī)的泥水室內(nèi)插裝一道半隔板，在半隔板前充以壓力泥漿，在半隔板后面盾構(gòu)軸心線以上部分充以壓縮空氣，形成空氣緩沖層。氣壓作用在隔板后面與泥漿接觸面上，由于接觸面上氣、液具有相同壓力，因此只要調(diào)節(jié)空氣壓力，就可以確定和保持在開挖面上相應(yīng)的泥漿支護(hù)壓力。當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，有時(shí)由于泥漿的流失或推進(jìn)速度的變化，進(jìn)、排泥漿量將失去平衡，氣液接觸面就會(huì)出現(xiàn)上下波動(dòng)現(xiàn)象。通過液位傳感器根據(jù)液位的高低變化來操縱送泥漿泵轉(zhuǎn)速，使液位恢復(fù)到設(shè)定位置，以保持開挖面支護(hù)液壓的穩(wěn)定。由于空氣緩沖層的彈性作用，當(dāng)液位波動(dòng)時(shí)對(duì)支護(hù)泥漿壓力變化無明顯影響。
泥漿的主要功能：①利用泥漿靜壓力平衡開挖面土層水土壓力；②在開挖面土層表面形成一層不透水泥膜，使泥漿壓力發(fā)揮有效的支護(hù)作用；③泥漿中細(xì)微粘粒在極短時(shí)間內(nèi)滲入土層一定深度，進(jìn)一步改善土層承壓能力。
輸入盾構(gòu)泥水室中的泥漿必須具有適當(dāng)?shù)恼扯群兔芏龋酀{壓力要保持高于開挖面土層地下水壓力約0.02MPa左右。泥水盾構(gòu)施工中控制泥水壓力和泥漿質(zhì)量相當(dāng)重要。管片背襯注漿使用盾構(gòu)機(jī)上的注漿機(jī)從盾尾進(jìn)行同步注漿，采用水泥砂漿。
4.4.4盾構(gòu)到達(dá)
盾構(gòu)機(jī)到達(dá)是指盾構(gòu)機(jī)從盾構(gòu)隧道推進(jìn)到豎井內(nèi)的過程。到達(dá)前在北岸豎井設(shè)到達(dá)洞門，安裝洞門密封系統(tǒng)，豎井內(nèi)安裝接收架，盾構(gòu)機(jī)刀盤破土后拼裝管片使盾構(gòu)機(jī)推至接收架上，然后進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)拆卸。
4.5鋼筒砼管道安裝
鋼筒砼管道的鋪設(shè)待盾構(gòu)隧道貫通后開始施工，從隧道的中間向兩端洞口施工，先鋪設(shè)水平管道，3根輸水管道呈倒品字形布置，采用分層法進(jìn)行安裝。第一層先鋪設(shè)下部1根Æ2000mm管子并澆筑C10砼，然后進(jìn)行第二層2根Æ2000mm輸水管并澆筑砼埋設(shè)，再鋪設(shè)頂部1根Æ800mm電纜管并澆筑砼。
水平管道的豎直運(yùn)輸采用門式起重機(jī)，水平運(yùn)輸采用電瓶車牽引平板車運(yùn)輸。豎直輸水管采用現(xiàn)澆砼施工，北岸進(jìn)水豎井的豎直輸水管道施工至標(biāo)高＋179.9m，南岸出管道施工至＋178m標(biāo)高；最后進(jìn)行水平輸水管與豎直輸水管間異形管段的現(xiàn)澆施工。管道施工完成后兩岸豎井回填碎石土至相應(yīng)標(biāo)高并夯實(shí)，然后施工積水井和井口房及控制閘門，井口房基礎(chǔ)伸入到豎井井身下8m。
5重點(diǎn)及難點(diǎn)工程的施工對(duì)策
5.1管片防水
5.1.1提高管片制作精度
接縫防水要求管片具有較高的制作精度，管片制作中采用高精度鋼模以控制管片的制作誤差（表3）?？刂其摻罨\的加工和就位誤差（表4、表5），保證砼的保護(hù)層、強(qiáng)度和抗?jié)B標(biāo)號(hào)，避免因管片制作誤差大造成管片在拼裝中的開裂。管片制作時(shí)通過合適的配合比和摻加添加劑提高砼密實(shí)性，提高管片抵抗水滲透的能力，使管片自防水性能加強(qiáng)。管片應(yīng)進(jìn)行抽樣檢漏測(cè)試，將抽樣管片放在專用測(cè)試架上，以0.8MPa水壓對(duì)管片背部進(jìn)行4h檢漏測(cè)試，以水份未滲過1/3厚度為合格。
5.1.2實(shí)施防水施工
防水施工包括管片密封、嵌縫及螺栓孔的防水。
1）密封防水將密封材料涂敷或粘在管片接頭面上，密封材料有非定形品和定形品兩類，非定形品即將液狀材料涂敷在管片上，定形品是將固定尺寸的密封條粘貼在管片上。在水底或地下水位以下或含水多的砂層施工時(shí)，有時(shí)將接頭的止水帶作成二排，管片的隅角部分要仔細(xì)粘貼和處理，以免在管片吊裝時(shí)損壞止水帶。
2）嵌縫防水事先在管片內(nèi)側(cè)的接頭縫上預(yù)留嵌縫槽，將填料填充到嵌縫槽內(nèi)，填料材料以環(huán)氧樹脂類、聚硫橡膠類、尿素樹脂類為主材，鑄鐵管片用鉛作為填料材。對(duì)緊固完后的管片，將嵌縫槽內(nèi)的油、銹、水分等擦干凈后涂敷底漆和填充填料。管片螺栓的復(fù)緊以及管片嵌縫填充填料在后配套操作臺(tái)車上進(jìn)行。
3）螺栓孔防水在螺栓墊圈和螺栓孔之間加上環(huán)狀的充填材料，在緊固螺栓時(shí)充填材料發(fā)生部分變形，填滿在螺栓孔壁及墊圈表面形成的空隙中，達(dá)到防止螺栓孔漏水的目的。一般使用合成橡膠或合成樹脂類的環(huán)狀充填材料，也有使用尿烷類的水膨脹性充填材料。
4）尿烷類注入施工當(dāng)密封施工、嵌縫施工仍止不住漏水時(shí)，要在漏水處設(shè)置注入槽，采用尿烷類藥液進(jìn)行注入充填，使其與地下水反應(yīng)后，通過發(fā)泡、體積膨脹從而提高止水效果。
5.1.3控制施工質(zhì)量
1）防止運(yùn)輸或起吊過程中造成管片開裂。
2）盾構(gòu)推進(jìn)過程中嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，避免管片開裂，盾構(gòu)掘進(jìn)施工的軸線控制影響管片拼裝質(zhì)量及接縫止水效果。如果盾構(gòu)掘進(jìn)坡度和糾偏過大會(huì)造成隧道的蛇形，并產(chǎn)生拼裝錯(cuò)臺(tái)和接縫張開，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使砼管片產(chǎn)生裂縫。盾構(gòu)隧道施工軸線偏差值應(yīng)控制在±100mm以內(nèi)，掘進(jìn)時(shí)應(yīng)勤測(cè)勤糾偏。
3）管片拼裝質(zhì)量直接影響彈性密封墊的防水作用。拼裝時(shí)應(yīng)注意控制兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，一是管片成環(huán)的橢圓度，二是管片環(huán)面的平整度。拼裝后的初始橢圓度應(yīng)控制在6‰直徑以內(nèi)，環(huán)面不平整度應(yīng)控制在5mm內(nèi)，若超出應(yīng)用墊片填平補(bǔ)齊。
5.2防止盾尾漏漿的措施
施工中防止盾尾漏漿應(yīng)采取以下措施。
1）提高同步注漿質(zhì)量每環(huán)推進(jìn)前對(duì)同步注漿的漿液進(jìn)行小樣試驗(yàn)，嚴(yán)格控制初凝時(shí)間。在同步注漿過程中合理掌握注漿壓力，使注漿量、注漿速度與推進(jìn)速度等施工參數(shù)形成最佳參數(shù)匹配。
2）保持泥水室的水壓穩(wěn)定在推進(jìn)過程中保持泥水室水壓穩(wěn)定，防止水壓波動(dòng)。每次調(diào)高水壓后需進(jìn)行試推進(jìn)，并安排專人觀察盾尾漏漿情況，待確定盾尾無泥水逸漏后方可正式調(diào)高泥水壓力，進(jìn)行正常推進(jìn)。
3）盾尾漏漿對(duì)策當(dāng)盾尾漏漿較嚴(yán)重時(shí)配制初凝時(shí)間較短的雙液漿進(jìn)行壁后注漿，壓漿部位一般為后5～10環(huán)，并適當(dāng)調(diào)低泥水室水壓（水壓調(diào)整量每次不大于0.05MPa）。實(shí)施以上措施盾尾漏漿仍得不到控制時(shí)則在6～8環(huán)處壓注聚胺脂，進(jìn)行堵漏。
4）盾尾漏漿的應(yīng)急預(yù)案在豎井預(yù)備大功率抽水機(jī)，以備在緊急情況下進(jìn)行排水作業(yè)。
5.3長江防洪大堤保護(hù)措施
盾構(gòu)機(jī)兩次穿越長江防洪大堤。南岸防洪大堤覆土厚度為69m，0～4.5m為回填土，土層結(jié)構(gòu)松散；4.5m～29.0m為強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化泥巖夾粉砂巖，巖體完整性較差，為Ⅳ圍巖；下部為Ⅲ類圍巖。北岸防洪大堤覆土厚度為49m，依次為松散回填土14m、強(qiáng)風(fēng)化泥巖4m、中風(fēng)化微風(fēng)化泥巖30m。穿越防洪大堤時(shí)采取以下措施。
1）嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)的工況和掘進(jìn)參數(shù)，減少地層損失；同步注漿填充管片背襯的環(huán)形間隙，減少地層變形，使管片襯砌盡早支承地層以控制圍巖松弛。
2）加強(qiáng)防洪大堤的變形監(jiān)測(cè)分析，加強(qiáng)地表沉降監(jiān)測(cè)，及時(shí)分析反饋指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)施工，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步修正地表沉降和大堤變形的預(yù)測(cè)結(jié)果，作出早期預(yù)警并制定應(yīng)急措施。
5.4高水壓掘進(jìn)施工措施
在高水壓及三處深槽段掘進(jìn)時(shí)采取以下措施。
1）在通過江底富水及深槽段之前對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制保養(yǎng)，對(duì)刀具進(jìn)行檢查，必要時(shí)換刀，確保盾構(gòu)機(jī)連續(xù)快速地通過高水壓地段，防止在高水壓地段長時(shí)間停機(jī)。
2）提前泥漿試配，使盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)江底富水及深槽段時(shí)的泥水能在開挖面形成良好的泥膜，確保開挖面穩(wěn)定。
3）確保盾尾密封的防滲漏效果，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中不斷地對(duì)盾尾密封鋼絲刷注入油脂，避免盾尾密封破壞。
4）及時(shí)進(jìn)行同步注漿，使管片襯砌盡早支承地層，防止地層沉陷。適當(dāng)縮短同步注漿液的膠凝時(shí)間，控制好注漿量和注漿壓力。
5.5硬質(zhì)砂巖地層掘進(jìn)措施
過江隧道在里程K0＋855～K0＋920段65m范圍內(nèi)，砂巖的最大單軸抗壓強(qiáng)度為69.4MPa，圍巖等級(jí)屬于Ⅱ級(jí)，施工中采取以下措施。
1）提前對(duì)盾構(gòu)機(jī)強(qiáng)制保養(yǎng)，對(duì)刀具進(jìn)行檢查，合理更換滾刀，可把刀盤上的單刃滾刀全部更換為雙刃滾刀，采用雙刃滾刀破巖，增加刀具的耐磨性。
2）推進(jìn)控制采取“高轉(zhuǎn)速、低扭矩”的原則，采取適當(dāng)?shù)哪酀{參數(shù)，以提高掘進(jìn)速度。
3）掘進(jìn)中隨時(shí)監(jiān)測(cè)刀具和刀盤受力狀況，確保其不超載。
5.6軟硬巖互層掘進(jìn)措施
1）軟硬巖互層中推進(jìn)采取“小推力、小扭矩、低轉(zhuǎn)速”的原則。
2）在軟硬互層掘進(jìn)時(shí)地層會(huì)出現(xiàn)上下或左右刀盤受力不均情況，可通過分組調(diào)整推進(jìn)油缸的推力來控制盾構(gòu)姿態(tài)。
3）軟巖地層注漿時(shí)易發(fā)生竄漿現(xiàn)象，注漿壓力不易建立，應(yīng)適當(dāng)加大注漿量。
6結(jié)束語
盾構(gòu)水底施工技術(shù)是盾構(gòu)法施工的關(guān)鍵技術(shù)，稍有不慎就會(huì)造成不可估量的損失，丹麥境內(nèi)連接菲英島、斯普羅島與西蘭島的斯多貝爾特海峽隧道施工時(shí)，就曾發(fā)生盾構(gòu)水淹事故。處理措施是通過潛水員用粘土覆蓋盾構(gòu)上方的海水漏水通道，然后抽除隧道內(nèi)涌水，修復(fù)進(jìn)水隧道，修復(fù)盾構(gòu)機(jī)，前后花了十個(gè)月時(shí)間才恢復(fù)掘進(jìn)。
盾構(gòu)機(jī)選型、始發(fā)與到達(dá)技術(shù)、管片背襯注漿技術(shù)、盾構(gòu)隧道防水技術(shù)以及穿越特殊地層的施工技術(shù)是盾構(gòu)水底施工的關(guān)鍵技術(shù)。我國西氣東輸、南水北調(diào)等工程要數(shù)次穿越長江、黃河、淮河等河流，盾構(gòu)法隧道是實(shí)現(xiàn)輸氣、輸水管道穿越江河的一種重要施工方法。
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[關(guān)鍵詞]泥水盾構(gòu)泥漿注漿防水
1工程概況
重慶主城排水工程是利用世界銀行貸款興建的國家重點(diǎn)環(huán)保工程項(xiàng)目，主城排水過江隧道北起渝中區(qū)太平門，南至南岸區(qū)海棠溪鹽店灣，由1條過江隧道、南北2個(gè)豎井和2座井口值班房及6扇污水控制閘門組成，見圖1。過江隧道內(nèi)安設(shè)3條內(nèi)徑Æ2000mm輸水管和1條內(nèi)徑Æ800mm電纜管，見圖2。
圖1重慶主城排水過江隧道工程示意圖
圖2輸水隧道斷面示意圖
1－鋼筋砼管片；2－回填砼；3－輸水管；
4－電纜管；5－預(yù)埋控制電纜
北岸進(jìn)水豎井凈空尺寸為10m（長）×9m（寬），井口標(biāo)高＋181.5m，井底標(biāo)高＋125.7m，井深55.8m，井壁為0.6m厚C25S8鋼筋砼結(jié)構(gòu)；南岸出水豎井結(jié)構(gòu)同進(jìn)水豎井，井口標(biāo)高＋189.5m，井底標(biāo)高＋124.3m，井深65.2m；過江隧道長908.2m，采用泥水盾構(gòu)法施工。隧道襯砌為C50S12預(yù)制鋼筋砼管片，其外徑Æ6320mm、內(nèi)徑Æ5620mm、長1500mm，每環(huán)管片分為8塊，其中5塊標(biāo)準(zhǔn)塊、2塊鄰接塊和1塊封頂塊，管片采用直螺栓連接。
隧道內(nèi)安裝3根預(yù)應(yīng)力鋼筒砼輸水管道，管道外徑Æ2300mm，管節(jié)長度為5m，管中間為5mm厚鋼筒，內(nèi)外層為模注砼，外層砼達(dá)到強(qiáng)度后在其壁上纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，然后在外層噴射砂漿保護(hù)層，鋼筒砼管采用工廠預(yù)制，抗?jié)B等級(jí)為S16，鋼筒砼管接頭部位設(shè)2道密封止水。
先施工南岸豎井和盾構(gòu)機(jī)始發(fā)洞，始發(fā)洞長約70m，采用新奧法施工，盾構(gòu)機(jī)由南岸豎井始發(fā)，掘進(jìn)至北岸豎井拆機(jī)。盾構(gòu)隧道完成后在隧道內(nèi)安裝3根鋼筒砼管和1根鋼筋砼電纜管，并回填C10砼，然后進(jìn)行豎井輸水管道施工和回填，最后進(jìn)行井口值班房和控制閘門的施工，輸水管道建成后將日排150萬t城市生活污水。
2地質(zhì)情況
過江隧道穿越地層多變，既有堅(jiān)硬的砂巖（單軸抗壓強(qiáng)度為69.4MPa），又有較軟的泥巖（單軸抗壓強(qiáng)度為7.3MPa），地層情況見表1。
3盾構(gòu)機(jī)選型
3.1盾構(gòu)機(jī)類型選擇
盾構(gòu)機(jī)的選型應(yīng)以開挖面穩(wěn)定為中心，選擇能保持開挖面穩(wěn)定和適應(yīng)圍巖條件的機(jī)型。由于在江底施工，水壓較高（最高達(dá)0.64MPa），對(duì)施工安全要求高，不能使用敞開式，只能使用閉胸式盾構(gòu)機(jī)，因此只能在土壓平衡盾構(gòu)和泥水盾構(gòu)之間選擇。
土壓平衡盾構(gòu)主要應(yīng)用在粘稠土壤中，該類型土壤富含粘土、亞粘土或淤土，低滲透性。這種土質(zhì)在螺旋輸送機(jī)內(nèi)壓縮形成防水土塞，使土倉和螺旋輸送機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生土壓力來平衡掌子面的土壓力和水壓力。由于重慶的地質(zhì)主要為砂巖、泥巖、粉砂巖地層，因此不適合采用土壓平衡盾構(gòu)。
土壓平衡盾構(gòu)機(jī)用開挖出的土料作為支撐開挖面穩(wěn)定的介質(zhì)，對(duì)作為支撐介質(zhì)的土料要求具有良好的塑性變形、軟稠度、內(nèi)摩擦角小及滲透率小。重慶過江隧道泥巖占56.5%，可通過使用加泥裝置向土倉中加泥進(jìn)行土壤改良，促使其成為塑性流動(dòng)狀態(tài)，因此可選用加泥式土壓平衡盾構(gòu)。
泥水盾構(gòu)是通過施加略高于開挖面水土壓力的泥漿壓力來維持開挖面的穩(wěn)定，比較適合于在江底、河底、海底等高水壓力條件下的隧道施工。泥水盾構(gòu)使用泥漿泵通過管道從地面直接向開挖面進(jìn)行送排泥漿，開挖面得到完全封閉，具有高安全性和良好的施工環(huán)境，因此本工程選用泥水盾構(gòu)機(jī)施工。
3.2盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造及主要參數(shù)
過江隧道選用德國海瑞克公司Æ6570mm泥水盾構(gòu)，結(jié)構(gòu)示意見圖3，主要技術(shù)參數(shù)見表2。
圖3德國海瑞克泥水盾構(gòu)機(jī)
1－刀盤；2－半隔板（沉浸墻）；3－隔板；4－推進(jìn)油缸；5－人倉；6－破碎機(jī)；7－攔石柵；8－吸泥管；9－鉸接油缸；10－管片；11－排泥管；12－送泥管
3.3盾構(gòu)機(jī)對(duì)工程的適應(yīng)性
3.3.1盾構(gòu)機(jī)對(duì)地層的適應(yīng)性
刀盤設(shè)計(jì)為面板式鋼結(jié)構(gòu)，刀盤上布置了適應(yīng)于泥巖的切刀和適應(yīng)于砂巖的滾刀，每把滾刀可以承受250kN的推力，刀具設(shè)計(jì)的最大破巖能力為120MPa，完全適應(yīng)本工程的堅(jiān)硬砂巖（單軸抗壓強(qiáng)度最大為69.4MPa）。
在盾構(gòu)機(jī)的泥水室內(nèi)配備了破碎機(jī)，對(duì)滾刀切削下來較大粒徑的砂巖進(jìn)行破碎，有效地防止了排泥管堵塞。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在軟硬交互地層掘進(jìn)時(shí)，由于刀盤受力不均而發(fā)生盾構(gòu)姿態(tài)不易控制現(xiàn)象，為此盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)油缸在圓周方向分成上下左右4組進(jìn)行操作，每組可以單獨(dú)調(diào)整其推進(jìn)力，從而對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行控制；并且盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)成鉸接式結(jié)構(gòu)，有利于盾構(gòu)機(jī)糾偏。
3.3.2盾構(gòu)機(jī)對(duì)高水壓段掘進(jìn)的適應(yīng)性
重慶過江隧道江底段覆土厚度為21～33m，隧道穿越的河床地段有3處深槽，槽底與盾構(gòu)隧道頂部的距離分別為8.5m、9.9m、13.0m。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，隧道斷面大部分處于弱～中透水帶內(nèi)，只在3處深槽地段及距進(jìn)水豎井30～40m段處于中～強(qiáng)透水帶內(nèi)，最大靜水壓力水頭高程為64.54m，因此要求盾構(gòu)機(jī)能在0.64MPa的高水壓下安全推進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)的主軸承密封、鉸接密封、盾尾密封必須適應(yīng)0.64MPa的壓力。盾構(gòu)機(jī)的主軸承外密封使用了4道唇形密封，如圖4所示。
圖4主軸承外密封系統(tǒng)
1－水壓；2－刀盤；3－迷宮環(huán)；4～7－唇形密封；8－HBW油脂室；9－油脂室；10～11－潤滑油室；12－泄漏室；13－主軸承；14－主軸承座圈
外密封系統(tǒng)的潤滑全部為自動(dòng)潤滑，當(dāng)油脂或潤滑油泄漏時(shí)盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并通過泄漏室對(duì)密封狀況進(jìn)行檢測(cè)。密封表面上安裝了一個(gè)帶硬化表面的軸承座圈，可產(chǎn)生軸向位移以便對(duì)第1道唇形密封進(jìn)行補(bǔ)償。沿齒輪室方向是一個(gè)特殊的軸密封，必要時(shí)對(duì)齒輪室施加壓力。
油脂室位于第1道與第2道唇形密封之間，通過周邊分布的若干個(gè)孔道添加油脂，并且通過定位裝置在環(huán)形空間中呈均勻分布狀態(tài)，使油脂室內(nèi)始終保持恒定的油脂配送壓力。每一油脂供給線路均通過一個(gè)獨(dú)立的油脂分配閥提供恒定的供給量。
潤滑油室位于第2道和第3道唇形密封之間，潤滑油通過周邊分布的若干個(gè)孔道進(jìn)行添加，并在環(huán)形空間內(nèi)通過定位裝置呈均勻分布狀態(tài)。
泄漏室位于第3道與第4道唇形密封之間，泄漏室通過沿周邊分布的若干個(gè)檢查孔道連接到隧道的常壓空間，從而對(duì)泄漏情況進(jìn)行監(jiān)視。
為避免雜質(zhì)侵入主軸承的前部密封，防止密封件和軸承座圈磨損，除了采用正常的油脂潤滑外還采用HBW密封脂。刀盤前部的迷宮環(huán)提供密封脂，通過油脂泵將油脂從油脂桶直接泵送到潤滑點(diǎn)。
主軸承內(nèi)密封采用2道唇形密封，見圖5；雙唇之間采用手動(dòng)方式供給油脂，以降低磨擦。鉸接密封采用擠壓式密封和緊急充氣密封，見圖6。
鉸接密封由3道石棉密封、2道隔環(huán)及1道緊急充氣密封組成，裝有可調(diào)壓板以調(diào)節(jié)鉸接密封的松緊。緊急充氣密封的氣囊平時(shí)處于無氣狀態(tài)，不起密封作用，只有當(dāng)鉸接密封的3道石棉密封出現(xiàn)泄漏需要更換時(shí)，才將緊急密封充氣使盾構(gòu)鉸接部位的縫隙暫時(shí)封閉起來。
圖5主軸承內(nèi)密封
1－刀盤座；2－唇形密封；3－驅(qū)動(dòng)齒輪；4－主軸承
1－壓板；2－中盾；3，4，6－石棉密封；5－隔環(huán)；7－緊急密封；8－盾尾
盾尾止水采用4道鋼絲刷密封裝置，盾尾密封是集彈簧鋼、鋼絲刷及不銹鋼金屬網(wǎng)于一體的結(jié)構(gòu)，并在彈簧鋼和鋼絲刷上涂氟樹脂進(jìn)行防銹處理。在每道盾尾密封之間能根據(jù)掘進(jìn)速度自動(dòng)注入密封油脂來提高止水性能，設(shè)計(jì)能承受0.8MPa的壓力。
3.3.3盾構(gòu)機(jī)對(duì)長距離掘進(jìn)的適應(yīng)性
硬巖掘進(jìn)時(shí)對(duì)刀具的磨損嚴(yán)重，重慶過江隧道計(jì)劃在中途換刀3次，盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)有人倉，可以帶壓進(jìn)倉進(jìn)行刀具更換。刀具采用背裝式，從泥水室內(nèi)可以安全高效地更換，泥水循環(huán)系統(tǒng)具備在換刀時(shí)的泥水壓力保持功能。
4過江隧道施工
4.1施工流程
重慶主城排水過江隧道施工流程如圖7所示。
圖7重慶主城排水過江隧道施工流程
4.2豎井施工
在井口施作鋼筋砼鎖口圈，安設(shè)礦用井架，采用人工配合反鏟開挖，開挖后及時(shí)制作初期支護(hù)，支護(hù)方式為噴-錨-網(wǎng)-噴，初噴厚度為5cm，錨桿為Æ20mm，長2.5m，鋼筋網(wǎng)采用Æ8@200，復(fù)噴厚度為10～15cm。30m以上采用汽車起重機(jī)配2個(gè)3m3碴斗出碴，30m以下采用礦用Ⅱ型井架配2個(gè)3m3碴斗出碴。豎井主體結(jié)構(gòu)為600mm厚鋼筋砼，豎井內(nèi)排水采用抽水機(jī)抽至地面經(jīng)兩級(jí)沉淀處理后排至城市下水道，在北岸豎井強(qiáng)透水段先進(jìn)行注漿堵水，然后再開挖。
4.3始發(fā)洞施工
盾構(gòu)機(jī)及后配套拖車的總長約69m，為保證盾構(gòu)機(jī)一次始發(fā)，先在始發(fā)井底修建70m長的始發(fā)洞，同時(shí)為便于盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)送排泥管、管片、注漿料、鋼軌等材料的吊裝和運(yùn)輸，在始發(fā)井后方施工8m長的負(fù)洞。始發(fā)洞和負(fù)洞均為馬蹄形斷面（圖8），采用新奧法“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”原理施工，采用全斷面開挖，人工手風(fēng)鉆鉆孔，光面爆破，人工配合反鏟裝碴，采用礦車運(yùn)碴至豎井，使用門吊吊出豎井，井外由自卸汽車運(yùn)碴至卸碴場(chǎng)。
4.4盾構(gòu)組裝、始發(fā)、掘進(jìn)、到達(dá)
4.4.1盾構(gòu)機(jī)組裝
用80t汽車起重機(jī)將始發(fā)架下井并固定，軌面上涂抹油脂；使用250t履帶起重機(jī)與80t汽車起重機(jī)配合將前盾翻轉(zhuǎn)，用250t履帶起重機(jī)將前盾吊下豎井，將刀盤下井并與前盾連接，然后將中盾吊下豎井，履帶起重機(jī)與汽車起重機(jī)退場(chǎng)。制做反力支撐板，使用泵站將盾構(gòu)機(jī)前移5m；用門式起重機(jī)安裝軌道梁、管片安裝機(jī)、輔助平臺(tái)及盾尾；將盾構(gòu)機(jī)從豎井前移至始發(fā)洞掌子面（圖8），吊出始發(fā)架。在距盾尾約1m處做砼反力環(huán)，反力環(huán)寬1.5m，始發(fā)洞在反力環(huán)位置處為擴(kuò)大斷面。始發(fā)洞、豎井及負(fù)洞鋪設(shè)四軌三線軌道；用門式起重機(jī)將設(shè)備橋吊下井，并前移與盾構(gòu)機(jī)連接；組裝4個(gè)后配套拖車，依次吊下豎井并前移與設(shè)備橋連接。連接管線，調(diào)試盾構(gòu)機(jī)。
圖8盾構(gòu)機(jī)前移示意圖
1－頂推支座；2－盾構(gòu)機(jī)；3－始發(fā)洞；4－鋼筋砼梁
4.4.2盾構(gòu)始發(fā)
在反力環(huán)上安裝洞門密封；利用管片安裝機(jī)拼裝管片，將管片推出盾尾貼在反力環(huán)上；使用雙液注漿機(jī)向管片背襯注雙液漿，將始發(fā)洞圍巖與管片間的空隙充填充分；管片與反力環(huán)之間的縫隙用環(huán)氧樹脂進(jìn)行填充；管片與反力環(huán)之間用槽鋼及膨脹螺栓聯(lián)接，以防盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)管片扭轉(zhuǎn)或錯(cuò)位；向刀盤前部注入泥漿，建立泥漿循環(huán)，逐漸增加推進(jìn)壓力進(jìn)行始發(fā)掘進(jìn)。
4.4.3盾構(gòu)掘進(jìn)
采用泥水加壓平衡模式進(jìn)行推進(jìn)，德國海瑞克泥水盾構(gòu)采用間接控制型泥水系統(tǒng)，泥水循環(huán)系統(tǒng)由泥漿和空氣雙重回路組成。在盾構(gòu)機(jī)的泥水室內(nèi)插裝一道半隔板，在半隔板前充以壓力泥漿，在半隔板后面盾構(gòu)軸心線以上部分充以壓縮空氣，形成空氣緩沖層。氣壓作用在隔板后面與泥漿接觸面上，由于接觸面上氣、液具有相同壓力，因此只要調(diào)節(jié)空氣壓力，就可以確定和保持在開挖面上相應(yīng)的泥漿支護(hù)壓力。當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，有時(shí)由于泥漿的流失或推進(jìn)速度的變化，進(jìn)、排泥漿量將失去平衡，氣液接觸面就會(huì)出現(xiàn)上下波動(dòng)現(xiàn)象。通過液位傳感器根據(jù)液位的高低變化來操縱送泥漿泵轉(zhuǎn)速，使液位恢復(fù)到設(shè)定位置，以保持開挖面支護(hù)液壓的穩(wěn)定。由于空氣緩沖層的彈性作用，當(dāng)液位波動(dòng)時(shí)對(duì)支護(hù)泥漿壓力變化無明顯影響。
泥漿的主要功能：①利用泥漿靜壓力平衡開挖面土層水土壓力；②在開挖面土層表面形成一層不透水泥膜，使泥漿壓力發(fā)揮有效的支護(hù)作用；③泥漿中細(xì)微粘粒在極短時(shí)間內(nèi)滲入土層一定深度，進(jìn)一步改善土層承壓能力。
輸入盾構(gòu)泥水室中的泥漿必須具有適當(dāng)?shù)恼扯群兔芏龋酀{壓力要保持高于開挖面土層地下水壓力約0.02MPa左右。泥水盾構(gòu)施工中控制泥水壓力和泥漿質(zhì)量相當(dāng)重要。管片背襯注漿使用盾構(gòu)機(jī)上的注漿機(jī)從盾尾進(jìn)行同步注漿，采用水泥砂漿。
4.4.4盾構(gòu)到達(dá)
盾構(gòu)機(jī)到達(dá)是指盾構(gòu)機(jī)從盾構(gòu)隧道推進(jìn)到豎井內(nèi)的過程。到達(dá)前在北岸豎井設(shè)到達(dá)洞門，安裝洞門密封系統(tǒng)，豎井內(nèi)安裝接收架，盾構(gòu)機(jī)刀盤破土后拼裝管片使盾構(gòu)機(jī)推至接收架上，然后進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)拆卸。
4.5鋼筒砼管道安裝
鋼筒砼管道的鋪設(shè)待盾構(gòu)隧道貫通后開始施工，從隧道的中間向兩端洞口施工，先鋪設(shè)水平管道，3根輸水管道呈倒品字形布置，采用分層法進(jìn)行安裝。第一層先鋪設(shè)下部1根Æ2000mm管子并澆筑C10砼，然后進(jìn)行第二層2根Æ2000mm輸水管并澆筑砼埋設(shè)，再鋪設(shè)頂部1根Æ800mm電纜管并澆筑砼。
水平管道的豎直運(yùn)輸采用門式起重機(jī)，水平運(yùn)輸采用電瓶車牽引平板車運(yùn)輸。豎直輸水管采用現(xiàn)澆砼施工，北岸進(jìn)水豎井的豎直輸水管道施工至標(biāo)高＋179.9m，南岸出管道施工至＋178m標(biāo)高；最后進(jìn)行水平輸水管與豎直輸水管間異形管段的現(xiàn)澆施工。管道施工完成后兩岸豎井回填碎石土至相應(yīng)標(biāo)高并夯實(shí)，然后施工積水井和井口房及控制閘門，井口房基礎(chǔ)伸入到豎井井身下8m。
5重點(diǎn)及難點(diǎn)工程的施工對(duì)策
5.1管片防水
5.1.1提高管片制作精度
接縫防水要求管片具有較高的制作精度，管片制作中采用高精度鋼模以控制管片的制作誤差（表3）?？刂其摻罨\的加工和就位誤差（表4、表5），保證砼的保護(hù)層、強(qiáng)度和抗?jié)B標(biāo)號(hào)，避免因管片制作誤差大造成管片在拼裝中的開裂。管片制作時(shí)通過合適的配合比和摻加添加劑提高砼密實(shí)性，提高管片抵抗水滲透的能力，使管片自防水性能加強(qiáng)。管片應(yīng)進(jìn)行抽樣檢漏測(cè)試，將抽樣管片放在專用測(cè)試架上，以0.8MPa水壓對(duì)管片背部進(jìn)行4h檢漏測(cè)試，以水份未滲過1/3厚度為合格。
5.1.2實(shí)施防水施工
防水施工包括管片密封、嵌縫及螺栓孔的防水。
1）密封防水將密封材料涂敷或粘在管片接頭面上，密封材料有非定形品和定形品兩類，非定形品即將液狀材料涂敷在管片上，定形品是將固定尺寸的密封條粘貼在管片上。在水底或地下水位以下或含水多的砂層施工時(shí)，有時(shí)將接頭的止水帶作成二排，管片的隅角部分要仔細(xì)粘貼和處理，以免在管片吊裝時(shí)損壞止水帶。
2）嵌縫防水事先在管片內(nèi)側(cè)的接頭縫上預(yù)留嵌縫槽，將填料填充到嵌縫槽內(nèi)，填料材料以環(huán)氧樹脂類、聚硫橡膠類、尿素樹脂類為主材，鑄鐵管片用鉛作為填料材。對(duì)緊固完后的管片，將嵌縫槽內(nèi)的油、銹、水分等擦干凈后涂敷底漆和填充填料。管片螺栓的復(fù)緊以及管片嵌縫填充填料在后配套操作臺(tái)車上進(jìn)行。
3）螺栓孔防水在螺栓墊圈和螺栓孔之間加上環(huán)狀的充填材料，在緊固螺栓時(shí)充填材料發(fā)生部分變形，填滿在螺栓孔壁及墊圈表面形成的空隙中，達(dá)到防止螺栓孔漏水的目的。一般使用合成橡膠或合成樹脂類的環(huán)狀充填材料，也有使用尿烷類的水膨脹性充填材料。
4）尿烷類注入施工當(dāng)密封施工、嵌縫施工仍止不住漏水時(shí)，要在漏水處設(shè)置注入槽，采用尿烷類藥液進(jìn)行注入充填，使其與地下水反應(yīng)后，通過發(fā)泡、體積膨脹從而提高止水效果。
5.1.3控制施工質(zhì)量
1）防止運(yùn)輸或起吊過程中造成管片開裂。
2）盾構(gòu)推進(jìn)過程中嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，避免管片開裂，盾構(gòu)掘進(jìn)施工的軸線控制影響管片拼裝質(zhì)量及接縫止水效果。如果盾構(gòu)掘進(jìn)坡度和糾偏過大會(huì)造成隧道的蛇形，并產(chǎn)生拼裝錯(cuò)臺(tái)和接縫張開，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使砼管片產(chǎn)生裂縫。盾構(gòu)隧道施工軸線偏差值應(yīng)控制在±100mm以內(nèi)，掘進(jìn)時(shí)應(yīng)勤測(cè)勤糾偏。
3）管片拼裝質(zhì)量直接影響彈性密封墊的防水作用。拼裝時(shí)應(yīng)注意控制兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，一是管片成環(huán)的橢圓度，二是管片環(huán)面的平整度。拼裝后的初始橢圓度應(yīng)控制在6‰直徑以內(nèi)，環(huán)面不平整度應(yīng)控制在5mm內(nèi)，若超出應(yīng)用墊片填平補(bǔ)齊。
5.2防止盾尾漏漿的措施
施工中防止盾尾漏漿應(yīng)采取以下措施。
1）提高同步注漿質(zhì)量每環(huán)推進(jìn)前對(duì)同步注漿的漿液進(jìn)行小樣試驗(yàn)，嚴(yán)格控制初凝時(shí)間。在同步注漿過程中合理掌握注漿壓力，使注漿量、注漿速度與推進(jìn)速度等施工參數(shù)形成最佳參數(shù)匹配。
2）保持泥水室的水壓穩(wěn)定在推進(jìn)過程中保持泥水室水壓穩(wěn)定，防止水壓波動(dòng)。每次調(diào)高水壓后需進(jìn)行試推進(jìn)，并安排專人觀察盾尾漏漿情況，待確定盾尾無泥水逸漏后方可正式調(diào)高泥水壓力，進(jìn)行正常推進(jìn)。
3）盾尾漏漿對(duì)策當(dāng)盾尾漏漿較嚴(yán)重時(shí)配制初凝時(shí)間較短的雙液漿進(jìn)行壁后注漿，壓漿部位一般為后5～10環(huán)，并適當(dāng)調(diào)低泥水室水壓（水壓調(diào)整量每次不大于0.05MPa）。實(shí)施以上措施盾尾漏漿仍得不到控制時(shí)則在6～8環(huán)處壓注聚胺脂，進(jìn)行堵漏。
4）盾尾漏漿的應(yīng)急預(yù)案在豎井預(yù)備大功率抽水機(jī)，以備在緊急情況下進(jìn)行排水作業(yè)。
5.3長江防洪大堤保護(hù)措施
盾構(gòu)機(jī)兩次穿越長江防洪大堤。南岸防洪大堤覆土厚度為69m，0～4.5m為回填土，土層結(jié)構(gòu)松散；4.5m～29.0m為強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化泥巖夾粉砂巖，巖體完整性較差，為Ⅳ圍巖；下部為Ⅲ類圍巖。北岸防洪大堤覆土厚度為49m，依次為松散回填土14m、強(qiáng)風(fēng)化泥巖4m、中風(fēng)化微風(fēng)化泥巖30m。穿越防洪大堤時(shí)采取以下措施。
1）嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)的工況和掘進(jìn)參數(shù)，減少地層損失；同步注漿填充管片背襯的環(huán)形間隙，減少地層變形，使管片襯砌盡早支承地層以控制圍巖松弛。
2）加強(qiáng)防洪大堤的變形監(jiān)測(cè)分析，加強(qiáng)地表沉降監(jiān)測(cè)，及時(shí)分析反饋指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)施工，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步修正地表沉降和大堤變形的預(yù)測(cè)結(jié)果，作出早期預(yù)警并制定應(yīng)急措施。
5.4高水壓掘進(jìn)施工措施
在高水壓及三處深槽段掘進(jìn)時(shí)采取以下措施。
1）在通過江底富水及深槽段之前對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制保養(yǎng)，對(duì)刀具進(jìn)行檢查，必要時(shí)換刀，確保盾構(gòu)機(jī)連續(xù)快速地通過高水壓地段，防止在高水壓地段長時(shí)間停機(jī)。
2）提前泥漿試配，使盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)江底富水及深槽段時(shí)的泥水能在開挖面形成良好的泥膜，確保開挖面穩(wěn)定。
3）確保盾尾密封的防滲漏效果，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中不斷地對(duì)盾尾密封鋼絲刷注入油脂，避免盾尾密封破壞。
4）及時(shí)進(jìn)行同步注漿，使管片襯砌盡早支承地層，防止地層沉陷。適當(dāng)縮短同步注漿液的膠凝時(shí)間，控制好注漿量和注漿壓力。
5.5硬質(zhì)砂巖地層掘進(jìn)措施
過江隧道在里程K0＋855～K0＋920段65m范圍內(nèi)，砂巖的最大單軸抗壓強(qiáng)度為69.4MPa，圍巖等級(jí)屬于Ⅱ級(jí)，施工中采取以下措施。
1）提前對(duì)盾構(gòu)機(jī)強(qiáng)制保養(yǎng)，對(duì)刀具進(jìn)行檢查，合理更換滾刀，可把刀盤上的單刃滾刀全部更換為雙刃滾刀，采用雙刃滾刀破巖，增加刀具的耐磨性。
2）推進(jìn)控制采取“高轉(zhuǎn)速、低扭矩”的原則，采取適當(dāng)?shù)哪酀{參數(shù)，以提高掘進(jìn)速度。
3）掘進(jìn)中隨時(shí)監(jiān)測(cè)刀具和刀盤受力狀況，確保其不超載。
5.6軟硬巖互層掘進(jìn)措施
1）軟硬巖互層中推進(jìn)采取“小推力、小扭矩、低轉(zhuǎn)速”的原則。
2）在軟硬互層掘進(jìn)時(shí)地層會(huì)出現(xiàn)上下或左右刀盤受力不均情況，可通過分組調(diào)整推進(jìn)油缸的推力來控制盾構(gòu)姿態(tài)。
3）軟巖地層注漿時(shí)易發(fā)生竄漿現(xiàn)象，注漿壓力不易建立，應(yīng)適當(dāng)加大注漿量。
6結(jié)束語
盾構(gòu)水底施工技術(shù)是盾構(gòu)法施工的關(guān)鍵技術(shù)，稍有不慎就會(huì)造成不可估量的損失，丹麥境內(nèi)連接菲英島、斯普羅島與西蘭島的斯多貝爾特海峽隧道施工時(shí)，就曾發(fā)生盾構(gòu)水淹事故。處理措施是通過潛水員用粘土覆蓋盾構(gòu)上方的海水漏水通道，然后抽除隧道內(nèi)涌水，修復(fù)進(jìn)水隧道，修復(fù)盾構(gòu)機(jī)，前后花了十個(gè)月時(shí)間才恢復(fù)掘進(jìn)。
盾構(gòu)機(jī)選型、始發(fā)與到達(dá)技術(shù)、管片背襯注漿技術(shù)、盾構(gòu)隧道防水技術(shù)以及穿越特殊地層的施工技術(shù)是盾構(gòu)水底施工的關(guān)鍵技術(shù)。我國西氣東輸、南水北調(diào)等工程要數(shù)次穿越長江、黃河、淮河等河流，盾構(gòu)法隧道是實(shí)現(xiàn)輸氣、輸水管道穿越江河的一種重要施工方法。
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