超大直徑泥水平衡盾構(gòu)近距離穿越防汛墻及碼頭樁基

范 杰

（上海隧道工程股份有限公司，上海 200233）

1 工程概況

上海市長江西路越江隧道位于上海市東北角，連接寶山區(qū)和浦東新區(qū)，工程起于浦東港城路雙江路交叉口，止于浦西郝橋港以東，按北線、南線分別布置。北線盾構(gòu)段隧道長1545.683 m，計775環(huán)。南線盾構(gòu)段隧道長1538.942 m，計770環(huán)，整個工程的平面圖如圖1所示。

圖1 長江西路隧道總設(shè)計平面圖

施工盾構(gòu)采用德國海瑞克公司設(shè)計制造的Ф15430 mm氣壓泥水平衡盾構(gòu)機(jī)。隧道襯砌結(jié)構(gòu)外徑 15000 mm，內(nèi)徑 13700 mm，厚 650 mm，南北線隧道將分別穿越浦西防汛墻和碼頭樁基各一次。盾構(gòu)所穿越的防汛墻及浦西碼頭樁基平面圖如圖2所示。

圖2 長江西路隧道穿越防汛墻及浦西碼頭樁基平面圖

1.1 浦西防汛墻及浦西碼頭樁基結(jié)構(gòu)形式（見圖3）

圖3 浦西防汛墻及碼頭樁基結(jié)構(gòu)簡圖（單位：mm）

1.2 盾構(gòu)穿越浦西防汛墻時狀態(tài)

南線盾構(gòu)在里程SK1+414.188即512環(huán)處直線穿越浦西防汛墻，豎向?yàn)镽 4000 m的曲線，盾構(gòu)頂部覆土約32.5 m，約2.106D。

北線盾構(gòu)在里程N(yùn)K1+402.964即251環(huán)以直線姿態(tài)穿越浦西防汛墻，豎向?yàn)镽 4000 m的曲線，盾構(gòu)頂部覆土約30.22 m，約為1.958D。

浦西防汛墻與隧道的相對位置見圖4、圖5所示。

圖4 浦西防汛墻及碼頭樁基與南北隧道平面圖

圖5 浦西防汛墻與南北線隧道縱剖面圖（單位：m）

2 地質(zhì)狀況

根據(jù)地質(zhì)勘探報告，南北線盾構(gòu)在浦西防汛墻段推進(jìn)范圍內(nèi)的地質(zhì)資料從上至下依次為：①2江底淤泥、③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④灰色淤泥質(zhì)粘土、⑤1灰色粘土、⑤2灰色砂質(zhì)粉土、⑤3灰色粉質(zhì)粘土、⑤4灰綠色粉質(zhì)粘土、⑧灰色粉質(zhì)粘土。

過浦西防汛墻時，南北線盾構(gòu)所穿越的主要土層的地基土物理力學(xué)性質(zhì)如表1所列。

表1 穿越浦西防汛墻盾構(gòu)所處土層主要物理力學(xué)性質(zhì)表

3 盾構(gòu)穿越防汛墻風(fēng)險分析及對防汛墻沉降估算

3.1 穿越防汛墻及碼頭樁基時的風(fēng)險分析

該工程南線盾構(gòu)機(jī)將以87°夾角穿越浦西防汛墻，到達(dá)浦西工作井后，調(diào)頭進(jìn)行北線隧道施工。北線盾構(gòu)機(jī)以89°夾角穿越浦西防汛墻。兩條隧道之間最小凈距離15 m，相應(yīng)的土層擾動可能對浦西防汛墻產(chǎn)生一定的影響。

施工過程中將采取有效措施，嚴(yán)格控制防汛墻和碼頭的變形，確保盾構(gòu)推進(jìn)質(zhì)量，保證防汛墻和碼頭的安全。

3.2 穿越防汛墻和碼頭樁基時的沉降估算

盾構(gòu)施工中引起的地表沉降，可用派克（peck）法估算。即假定盾構(gòu)施工引起的地表沉降是在不排水情況下發(fā)生的，所以沉降槽的體積應(yīng)該等于地層損失的體積，此法假定地層損失在隧道長度上均勻分布，地表沉降的橫向分布似正態(tài)分布曲線。

地面沉降量的橫向分布估算公式為：

式中：δmax——最大地面沉降量；

V——單位長度內(nèi)沉降槽體積；

i——自隧道中心至沉降曲線反彎點(diǎn)的距離（沉降槽寬度參數(shù)）；

Z——隧道中心的埋深；

R——隧道半徑；

K——常數(shù)，粘土取1，砂土取0.63～0.82；

n——常數(shù)，粘土取1，砂土取0.36～0.97。

在已知盾構(gòu)穿越的土層性質(zhì)、覆土深度、隧道直徑及施工方法后，即可事先估算盾構(gòu)施工可能引起的地面沉降量，同時可及時地采取措施把影響控制在允許范圍內(nèi)。在推進(jìn)過程中充分發(fā)揮隧道公司豐富的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)盾構(gòu)性能及監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整施工參數(shù)，控制變形量，確保周邊環(huán)境的絕對安全，實(shí)現(xiàn)信息化施工。

經(jīng)計算得：Smax（穿越浦西防汛墻）=0.033 m

實(shí)際的地面變形數(shù)據(jù)和理論計算數(shù)據(jù)為盾構(gòu)穿越防汛墻和碼頭樁基提供了一定的把握。在實(shí)際穿越時，通過更嚴(yán)格的施工控制及相應(yīng)的輔助措施，保證“防汛墻和碼頭樁基”的安全。

4 穿越防汛墻施工措施

4.1 防汛墻監(jiān)測

4.1.1 浦西防汛墻及碼頭樁基測點(diǎn)布置

浦西防汛墻及碼頭樁基沿軸線縱向監(jiān)測點(diǎn)需加密，監(jiān)測點(diǎn)間距4 m，并在浦西防汛墻處布4條橫斷面，相鄰橫斷面間距為6 m、6 m、10 m。每個橫向斷面布點(diǎn)為推進(jìn)軸線中心處布一點(diǎn)，左右各布 9點(diǎn)，點(diǎn)間距為 4 m、4 m、6 m、6 m、10 m、10 m、10 m、15 m、15 m，如圖6所示。

圖6 浦西防汛墻及碼頭樁基監(jiān)測布點(diǎn)圖（單位：m）

在上述需重點(diǎn)加密監(jiān)測的區(qū)域內(nèi)布設(shè)沉降監(jiān)測時，視不同環(huán)境地質(zhì)情況宜采用不同的布設(shè)方法。

4.1.2 監(jiān)測頻率（見表2）

4.1.3 報警值

防汛墻垂直日變化量大于等于2 mm或累計變化量大于等于10 mm時報警。達(dá)到報警值后立即上報防汛指揮部及防汛墻管理所等單位。

表2 盾構(gòu)穿越防汛墻監(jiān)測頻率一覽表

4.2 穿越前準(zhǔn)備工作

4.2.1 監(jiān)測防汛墻的自然沉降

在盾構(gòu)穿越前1個月開始對防汛墻進(jìn)行監(jiān)測，掌握防汛墻的自然沉降量，為盾構(gòu)穿越防汛墻提供參考數(shù)據(jù)。

4.2.2 施工參數(shù)優(yōu)化

在盾構(gòu)穿越防汛墻之前的施工過程中，應(yīng)當(dāng)及時總結(jié)出盾構(gòu)所穿越土層的地質(zhì)條件，同時根據(jù)推進(jìn)過程中地層的沉降和位移監(jiān)測結(jié)果調(diào)整施工參數(shù)，掌握在此種地質(zhì)條件下盾構(gòu)推進(jìn)施工各施工參數(shù)和同步壓漿量的設(shè)定，并通過實(shí)踐不斷地對其進(jìn)行優(yōu)化，以求達(dá)到盾構(gòu)以最合理的施工參數(shù)穿越防汛墻。

4.2.3 機(jī)械設(shè)備檢查

在盾構(gòu)進(jìn)入防汛墻影響范圍之前，對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行機(jī)械設(shè)備（重點(diǎn)為推進(jìn)、拼裝施工設(shè)備）和壓漿管路的檢查和維護(hù)，對于存在故障和故障隱患的機(jī)械一律進(jìn)行維修，對壓漿管路進(jìn)行一次徹底的清洗，保證穿越防汛墻過程中不發(fā)生機(jī)械故障和壓漿管路堵塞情況。

4.3 盾構(gòu)穿越階段

在穿越防汛墻施工過程中主要采用的技術(shù)措施有以下幾個方面。

4.3.1 嚴(yán)格控制施工參數(shù)

在盾構(gòu)穿越防汛墻過程中要嚴(yán)格按照實(shí)際情況進(jìn)行泥水壓力控制，適當(dāng)提高泥水指標(biāo)。在盾構(gòu)推進(jìn)過程中，要根據(jù)地面監(jiān)測信息的反饋及時調(diào)整泥水指標(biāo)。

4.3.2 盾構(gòu)背部沉降控制

為了減小盾構(gòu)穿越防汛墻過程中盾構(gòu)機(jī)背部產(chǎn)生地面沉降，利用原盾構(gòu)殼體的注漿孔對盾構(gòu)殼體進(jìn)行壓注，在盾構(gòu)推進(jìn)時根據(jù)防汛墻變形的實(shí)際情況，向盾構(gòu)上部壓注一定量漿液以控制地面沉降。

4.3.3 加強(qiáng)防汛墻監(jiān)測

對防汛墻的變形、垂直位移和水平位移進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時反饋給相關(guān)部門指導(dǎo)施工。

4.3.4 隧道穩(wěn)定性控制

引起隧道上浮的主要原因是由于盾構(gòu)上部覆土較淺或覆土被較大擾動，這樣使土層與隧道及盾殼周邊的握裹力減弱，盾構(gòu)正面泥水沿盾殼流向已建成隧道，同時，部分泥水還帶有一定壓力，導(dǎo)致盾構(gòu)上浮。另一方面由于同步注漿欠佳，使注出襯砌外的漿液不能形成環(huán)箍，起不到充填建筑空隙和阻止泥水滲流的作用，這樣盾構(gòu)正面泥水沿盾殼流向已建成隧道，導(dǎo)致隧道周邊充滿帶有一定水壓力的泥水，使隧道上浮。為此盾構(gòu)在穿越防汛墻過程中必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施控制已建隧道的穩(wěn)定，避免隧道的上浮或沉降對防汛墻產(chǎn)生影響。

4.3.4.1 隧道的縱向變形監(jiān)測

在隧道管片上設(shè)立一定數(shù)量的隧道沉降觀測標(biāo)志，在盾構(gòu)穿越防汛堤過程中，對每環(huán)管片的上浮情況及管片之間的錯位情況進(jìn)行監(jiān)測。推進(jìn)每5環(huán)設(shè)1點(diǎn)，若有較大的隧道沉降可增加測點(diǎn)，使施工人員及時了解隧道沉降量，以便及時采取相應(yīng)措施，如調(diào)整注漿部位及注漿量，調(diào)整漿液坍落度等。

4.3.4.2 隧道抗浮措施

（1）嚴(yán)格控制隧道軸線。使盾構(gòu)盡量沿著設(shè)計軸線推進(jìn)，每環(huán)均勻糾偏，減少對土體的擾動。

（2）加強(qiáng)同步注漿管理，確保間隙能充分填滿，從而有效地阻止因泥水后竄引起的管片上浮。

（3）確保每環(huán)管片之間緊密連接，在管片脫出盾尾后重新擰緊所有縱環(huán)向螺栓。

（4）特殊條件下，在泥水中增加堵漏劑，防止泥水后竄。

4.4 穿越后技術(shù)措施

（1）當(dāng)盾構(gòu)穿越防汛墻后，繼續(xù)對防汛墻監(jiān)測。

（2）根據(jù)實(shí)際地面沉降情況，進(jìn)行隧道內(nèi)壁后補(bǔ)壓漿。

4.5 關(guān)鍵點(diǎn)的針對性措施

4.5.1 地面沉降控制要點(diǎn)

4.5.1.1 切口水壓控制

在施工過程中，若切口水壓力波動太大，會增加正面土體的擾動，導(dǎo)致正面土體的流失。因此應(yīng)盡可能地減少切口水壓的波動。在技術(shù)上要求有關(guān)操作人員由自動控制改為人工手動控制，以人工調(diào)整施工參數(shù)，保證正面穩(wěn)定。

南北線隧道穿越浦西防汛墻時，切口壓力參照表3所列數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定，實(shí)際操作中，也要根據(jù)監(jiān)測信息，作及時調(diào)整。

表3 南北線隧道盾構(gòu)穿越浦西防汛墻切口壓力計算表

4.5.1.2 同步注漿控制

同步注漿是防止地層沉陷的重要措施。同步注漿控制包括注漿量和注漿壓力控制。注漿量及注漿壓力按照設(shè)定值進(jìn)行設(shè)定，并保持均勻壓注。

每環(huán)所壓注的漿液坍落度指標(biāo)需嚴(yán)格檢查，不合格的漿液嚴(yán)禁使用。

此外，盾構(gòu)穿越防汛墻施工期間首先需要確保注漿設(shè)備的正常、注漿管路的通暢，一旦管路不暢通或者設(shè)備出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致所讀取的數(shù)據(jù)與實(shí)際值有較大偏差。因此，必須經(jīng)常清洗注漿管、漿桶、并經(jīng)常檢查傳感器位置管路是否堵塞等。

4.5.1.3 泥水質(zhì)量控制

考慮到優(yōu)質(zhì)泥漿有較好的護(hù)壁性能，并能快速地形成泥膜，因此在穿越防汛墻的盾構(gòu)推進(jìn)施工中，應(yīng)適當(dāng)提高泥水指標(biāo)。為了確保泥水質(zhì)量，在推進(jìn)過程中，泥水處理人員應(yīng)加大對泥水的測試頻率，及時調(diào)整泥水密度，保證推進(jìn)的順利。

4.5.2 平面或高程糾偏注重事項(xiàng)

在盾構(gòu)進(jìn)行平面或高程糾偏的過程中，必然會增加建筑空隙，因此在盾構(gòu)進(jìn)入大堤影響范圍內(nèi)之前，盾構(gòu)姿態(tài)應(yīng)當(dāng)盡可能地保持良好，盡可能地保證盾構(gòu)勻速通過，減少盾構(gòu)糾偏量和糾偏頻率。在穿越大堤過程中，尤其要注意保持坡度，嚴(yán)禁隨意調(diào)節(jié)坡度。

5 結(jié)語

上海長江西路越江隧道南線隧道于2012年2月10日順利穿越浦西防汛墻和碼頭樁基，北線隧道于2013年2月14日順利穿越浦西防汛墻和碼頭樁基。防汛墻和碼頭沉降均控制在±10 mm內(nèi)，為今后類似工程施工提供了借鑒。

其中南線隧道穿越防汛墻時，最大沉降值為FXQ5：-7.34 mm；南線隧道穿越碼頭時，最大沉降值為503環(huán)：-7.65 mm。如圖7、圖8所示。

圖7 南線隧道穿越防汛墻期間沉降累計值曲線圖

圖8 南線隧道穿越碼頭期間沉降累計值曲線圖

北線隧道穿越防汛墻時，最大沉降值為FX4：+3.77 mm；北線隧道穿越碼頭時，最大沉降值為255環(huán)：+9.14 mm。如圖9、圖10所示。

圖9 北線隧道穿越防訊墻期間沉降累計值曲線圖

[1]周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2]余暄平,沈永東,凌宇峰,王吉云.上海長江隧道工程盾構(gòu)施工技術(shù)[J].上海建設(shè)科技,2007,(04).

[3]凌宇峰.上海長江隧道工程建設(shè)與施工風(fēng)險控制[J].城市道橋與防洪,2010,(09).