盾構隧道穿越水底淺覆土施工技術對策分析

閆 國 華

(山西交通控股集團有限公司呂梁北高速公路分公司，山西 呂梁 033000)

1 水底隧道容易出現的問題

在20世紀70年代以后，盾構隧道的淺覆土施工技術產生了很大程度上的進展，土壓、泥水以及氣壓等平衡盾構的辦法不斷出現，讓軟土的長距離隧道變成了現實。但是，盾構辦法的水下隧道施工的過程中，依然面臨著一系列的難題與風險。

1.1 淺覆土經常出現冒頂通透水流的問題

要想有效降低線路坡度，通常情況下，河底段的覆土情況非常淺。例如，修建的黃浦江復興東路到大連路的隧道，其最淺的覆土只有5.5 m，不到盾構的一半直徑。德國的第四條易北河盾構隧道直徑主要是12.33 m，其最為困難的土層埋深是7 m。在這樣比較淺的覆土，高水頭壓的現象下，大刀盤的土壓很難平衡。河水經常會在土體的裂縫中用過開口以及盾尾流入到盾構機，進而出現盾構淹水的情況，經常會出現機器損壞或者是人員傷亡的事故。

1.2 隧道出現上浮的情況

在水域中比較淺的覆土中進行盾構的推進，其上下所受的力并不均衡，并且盾構的姿態也上揚，出現隧道上浮以及壓坡困難的情況，很難對其軸線進行控制。

經過拼裝完成之后的隧道環在與盾尾脫開之后，因為上部分的壓力與自重沒有辦法抵抗浮力，造成隧道出現上浮的情況，如若沒有采取加固的措施，便容易造成隧道出現部分開裂或者是漏水的情況。

1.3 流砂與管涌方面的問題

在砂土這樣容易液化的土層中進行施工，因為盾構推動大刀盤進行旋轉的時候，其水頭的壓力比較高，液化的砂土便會隨著盾尾滲入到隧道中，如果不采取相應的對策，便會出現隧道的地基出現局部掏空的情況，使隧道下沉。

1.4 選擇盾構方面的問題

通常情況下，水域隧道在施工的過程中主要使用氣壓盾構以及泥水盾構的辦法，對土體開挖的穩定性與可靠性進行保障，但是，全氣壓盾構對其操作人員產生著十分不利的影響，尤其是對他們的身體健康情況來說，長時間進行全氣壓盾構的工作人員十分容易出現關節炎以及氣壓病等，并且水泥盾構的造價較為高昂，與我國實際的國情之間并不相符。

我國高速公路與地鐵的建設已經進入了高峰階段，大部分線路沒有辦法避開湖泊與河道等，因此，盾構隧道穿越水底淺覆土施工技術對河底隧道的建設產生著十分重要的意義。

2 河底隧道抗浮控制

在隧道穿過飽和土層的時候，會在很大的程度上被水的浮力所影響，在其浮力超出隧道的覆土重量與自重的時候，隧道便會出現上浮的情況。在管片與盾尾脫離的時候，隧道便會被漿液所包圍，被漿液的浮力所影響比在飽和的土體中所遭受的浮力要大。與此同時，盾構推動土方的挖出造成地基卸載，經過拼裝的隧道會被地基回彈所影響而向上，進而偏離了中心的軸線，在地基與浮力公共的作用之下，隧道的覆土便會出現隆起的情況，如若最大的隆起沒有被有效控制，覆土層便會出現被頂裂的情況，進而形成透水的裂縫，而河水沿著裂縫會滲入到盾尾，進而對隧道的施工情況產生十分嚴重的影響。

3 盾構穿越水底淺覆土施工技術對策

在水底淺覆土的厚度存在某些問題的時候，應該使用水底覆土加固的對策，經常使用的辦法主要有三種，分別是水底拋土增加覆土層的厚度、水底進行注漿加固以及設置抗浮板防止隧道上浮。

3.1 全面增加覆土層的厚度

利用水底拋土有效增加覆土層的厚度，通常情況下，這樣的辦法主要用在深水的隧道加固方面，其中，主要包含德國的易北河隧道加固情況，其一方面可以滿足隧道的安全性以及盾構推進的最小的覆土層厚度，另一方面也能夠有效節省成本，使其更加的簡便易行。

3.2 水底進行注漿加固

因為排水與航運的相關要求，在淺水的河道中對隧道淺覆土的情況進行加固，不應該使用河道拋土的方法。所以，抗浮板的設置以及水底的注漿加固主要是淺水河道進行加固的第一選擇。經過注漿，河底的覆土出現了不透水的一層硬殼層，與此同時，當覆土層是不透水層的時候，河水壓力便會在覆土層進行作用，防止隧道出現上浮的情況，使用覆土層的實際重量對浮重度進行替代，也可以提高隧道覆土層的重量，防止隧道出現上浮的情況，使覆土層的厚度得以減少。

3.3 設置抗浮板，防止出現隧道上浮的情況

對于比較淺的覆土層位置來說，既需要重視注漿的加固，也應該對抗浮結構進行加設，例如，抗浮板以及抗拔樁等，主要使用在盾構推進方面的土體出現側向壓力的平衡方面，讓盾構推進力變得更加科學與合理，并且能夠及時且快速的通過水下的危險區域。

4 工程實例

南京地鐵的一期工程項目的試驗段是從飲馬巷到三山街，主要由四部分構成，分別是暗埋段、敞開段、盾構的工作井以及盾構段，盾構段的長度主要是679.35 m，此次施工的重點作業便是穿過秦淮河段，盾構所穿過的河道寬度主要是16.8 m，河底到隧道頂部的距離主要是0.97 m，沒有達到隧道直徑的1/6，其是最為典型的淺覆土層隧道施工的主要例子。

4.1 最小覆土層的厚度

要想保障盾構的正常推進，其最小的覆土層厚度主要是2.83 m，而隧道抗浮所需要的最小的覆土層的厚度主要是4.06 m，所以應該采取相應的水底加固對策。

4.2 加固對策

此工程項目由于航道與疏浚的相關要求，使用抗浮板以及抗拔樁加設以及河底注漿的辦法。抗浮板與抗拔樁能夠有效避免隧道出現上浮的情況，并且可以在盾構推進的時候為其提供反力避免盾構出現上漂的情況。注漿的深度主要是底板之下的7 m，使用A，B液，A液主要是水灰0∶7的水泥漿，而B液主要是水玻璃，在將A，B液體進行混合之后，其初凝的時間應該控制在90 s左右，注漿的目的主要是有效避免盾構推進過程中河水經過淺覆土層的縫隙進行倒灌，進而造成工程項目出現事故。除此之外，在盾構機與抗浮板之間形成比較堅硬的介質層，把盾構推進形成的壓力或者是隧道出現上浮情況，把這樣的浮力傳輸給抗浮板。

4.3 盾構施工技術

盾構穿越到水底之前，應該組織監理、施工企業以及監測企業等對盾構的姿態實施復測，把盾構調整至最佳的狀態中，盾構在進入到河底之后應該維持其掘進的平穩性，減少糾偏的出現，降低對土體的干擾，其出土量應該維持在97%，盾尾的油脂在加注的過程中防止出現涌水的情況，對注漿壓力進行有效控制，防止壓力過高使漿液殘留在密封區域中，土倉所設置的壓力對靜止壓力的改變不斷進行調整，讓其維持在被動和靜止壓力之間，防止出現欠挖或者是超挖的情況。

5 結語

在經過淺覆土層河道的隧道施工過程中，應該對隧道全線的水文以及水質情況進行平衡考慮，之后應該根據選擇的機型和河道覆土情況、航道要求等采用一系列的施工對策，保障施工的安全性，并且保障未來隧道的正常運轉。對水底的淺覆土層隧道施工的過程中應該利用土壓盾構機，進而對覆土層的厚度進行驗算。