徐慧旺（中鐵十四局集團有限公司，濟南 250002）

盾構(gòu)穿越錢塘江大堤施工技術(shù)

徐慧旺
（中鐵十四局集團有限公司，濟南 250002）

盾構(gòu)穿越錢塘江大堤時必須加強施工監(jiān)測、采取合理的掘進參數(shù)，嚴格控制沉降，才能確保大堤安全。同時為確保人民群眾生命財產(chǎn)安全，必須制定應(yīng)切實可行的急搶險預(yù)案。通過對杭州市望江路過江隧道的施工籌劃，形成盾構(gòu)穿越錢塘江大堤施工技術(shù)方案。

盾構(gòu)；錢塘江大堤；施工技術(shù)

1　工程概況

1.1工程概述

杭州市望江路隧道工程位于錢江三橋（西興大橋）和錢江四橋（復(fù)興大橋）之間，上游距離錢江四橋2.4km，兩岸分別連接上城區(qū)的望江東路和濱江區(qū)的江暉路。盾構(gòu)始發(fā)后以4.5%的坡度向北下坡穿越南岸大堤，進入江底后采用0.3%的緩坡，然后以4.5%的坡度向北上坡穿越北岸大堤。左、右線盾構(gòu)隧道基本以正交角度穿越錢塘江南北兩岸大堤。

1.2大堤調(diào)查

（1）南岸大堤。盾構(gòu)穿越南岸大堤采用斜坡式結(jié)構(gòu)，擋浪墻頂高程為10.73m，堤身頂高程為9.88m，頂寬15m。外坡坡比1：2，底部設(shè)C20鋼筋砼護腳，堤腳防沖結(jié)構(gòu)為砼護坦和小沉井，并在沉井外側(cè)拋填2m厚的塊石混合料。護坦高程內(nèi)口4.38m、外口3.18m，寬7.5m。

（2）北岸大堤。盾構(gòu)穿越北岸大堤采用重力式砼擋墻結(jié)構(gòu)形式，砼擋墻頂面高程9.97m、頂面寬1.0m，擋墻頂部設(shè)鋼筋砼擋浪墻，擋浪墻頂高程10.97m。防洪堤堤身頂面寬10.0m，并設(shè)有砼預(yù)制塊路面，路面高程9.97m。防洪堤內(nèi)坡為坡比1：4的土坡，坡面上種植草皮。重力擋墻的外側(cè)設(shè)有砼護坦和小沉井護腳防沖，護坦頂面高程為4.27～3.97m，護坦寬度7m，護坦外側(cè)安放120×120cm的鋼筋砼小沉井，沉井壁厚10cm，沉井底高程為-1.53m。

1.3工程地質(zhì)

大堤底邊緣沿線路方向前后50米為大堤保護區(qū)，錢塘江南岸大堤保護區(qū)里程左線為ZK2+529.103m～ZK2+629.103m，右 線 為YK2+517.952m～YK2+617.952m； 北 岸 大 堤 保 護區(qū) 里 程 左 線 為ZK1+201.267m～ZK1+301.267m，右 線 為YK1+190.000m～YK1+29.00m。

（1）南岸大堤。南岸大堤盾構(gòu)隧道覆土厚度左、右線分別為25.05m、26.05m，盾構(gòu)穿越地層從上而下依次為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉砂、粉砂。

（2）北岸大堤。南岸大堤盾構(gòu)隧道覆土厚度左、右線分別為23.9m、24.36m，，地層從上而下依次為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粉砂和圓礫。

2　施工籌劃

2.1盾構(gòu)穿越大堤前施工準(zhǔn)備

（1）在盾構(gòu)機推進到大堤前100米時，布設(shè)監(jiān)測點，并且測取初始值，確保初值的可靠性和準(zhǔn)確性。

（2）運用科學(xué)方法計算盾構(gòu)機穿越大堤時的掘進參數(shù)，并根據(jù)盾構(gòu)機始發(fā)到大堤保護范圍前試掘進情況來修正盾構(gòu)機開挖的切口壓力值及其他掘進施工參數(shù)。

（3）盾構(gòu)機到達大堤前50米和離開大堤50米范圍內(nèi)的穿越保護區(qū)，每天安排監(jiān)測人員在大堤旁觀察并且測取沉降情況，及時反饋給盾構(gòu)施工。

（4）與錢塘江大堤管理部門建立聯(lián)系，在施工中互通信息，便于施工中的監(jiān)測和突發(fā)事件的應(yīng)急處理，保證盾構(gòu)施工和大堤的安全。

（5）在穿越大堤前，應(yīng)復(fù)核測量盾構(gòu)機里程，確認盾構(gòu)與大堤的相對位置，同時明確盾構(gòu)穿越時各個部位的位置，以便采取相應(yīng)的技術(shù)措施。測量也確保盾構(gòu)能及時調(diào)整，確保以良好的姿態(tài)穿越大堤。

（6）設(shè)備管理上，穿越前，仔細對設(shè)備進行一次檢查和保養(yǎng)，特別是盾構(gòu)機，認真檢修存在的問題，保證在良好的工況條件下進行穿越施工。

2.2控制目標(biāo)

盾構(gòu)機穿越錢塘江大堤時，兩岸大堤沉降變形控制目標(biāo)為：最大隆起10mm，最大沉降20mm，不均勻沉降率斜率0.1%。從而保障大堤基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，防止大堤沉降，出現(xiàn)裂縫、滲水等。

3　盾構(gòu)穿越大堤施工措施

3.1盾構(gòu)機掘進參數(shù)控制

確保在穿越大堤地段以“高粘重漿、合理壓力、平穩(wěn)推進、快速拼裝、禁止停機、一次通過”的原則進行推進，力爭將穿越時間縮到最短。

（1）切口水壓控制。在穿越大堤前，按照每2米（即一環(huán)）計算盾構(gòu)掘進切口壓力值，并按照切口壓力值進行掘進控制。同時加強觀測地層沉降，及時地反饋修正切口壓力計算值，保持地表沉降控制在大堤要求的沉降控制范圍。

另外切口壓力的穩(wěn)定對地表沉降也有著至關(guān)重要的作用。切口壓力波動太大，會增加正面土體的擾動，導(dǎo)致正面土體流失。氣墊式泥水盾構(gòu)機的SAMSON氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以將開挖倉泥水壓力的波動值控制在-10KPa～10KPa之間，并保持穩(wěn)定。

（2）進排漿流量。根據(jù)盾構(gòu)及管片之間的建筑間隙及各土層特性合理控制進排漿流量，大約為開挖斷面的98%～100%。并通過分析調(diào)整，尋找最合理的數(shù)值。

采用的泥水盾構(gòu)機具有實時自動進行切削出土量檢查的功能。掘進過程中可以顯示實際切削出土量與理論切削出土的偏差。盾構(gòu)機操作手在掘進過程中可以根據(jù)顯示的出土量偏差及時地調(diào)整進、出泥漿的流量進而保證切削出土量在允許的偏差值范圍內(nèi)。實際出土與理論出土對比見圖1。

圖1　實際出土與理論出土對比圖

（3）同步注漿。同步注漿是防止地層沉降的重要措施。同步注漿包括注漿量控制和注漿壓力控制。掘進時既要盡量注漿充分，又要控制注漿壓力，保證掘進空隙填空完全，防止周邊土體因空隙產(chǎn)生收縮塌陷。當(dāng)盾構(gòu)機穿越大堤時，按照180%～200%加大注漿量控制，注漿壓力按照略大于切口壓力0.5bar。

采用的泥水盾構(gòu)機可以實時顯示盾構(gòu)掘進中各注漿管道的注漿壓力與注漿量。盾構(gòu)機操作手可以實時檢查同步注漿的壓力與注入量是否符合要求，并及時進行調(diào)整。如圖2所示。

在穿越大堤時適當(dāng)調(diào)整同步注漿的漿液配比，增加水泥的用量來保證同步注漿漿液更快的硬化，并且強度更強。同步注漿配合比見表1。

表1　同步注漿配合比

（4）泥漿質(zhì)量控制。為加強對正面土體的支護能力，防止地面冒漿，采用重漿推進。泥漿比重控制在1.20～1.25g/cm3、粘度控制在22～24s，適當(dāng)添加堵漏材料，減少在該地段的失水率，圍護掌子面的穩(wěn)定。為確保泥漿質(zhì)量，在推進過程中，泥漿處理人員加大泥漿的測試頻率，及時調(diào)整泥漿參數(shù)，保證掘進的順利進行。

（5）推進速度?？刂坪侠淼耐七M速度，使盾構(gòu)勻速慢速施工，減少盾構(gòu)對土體的擾動，達到控制地面變形的目的。在穿越區(qū)施工過程中，盾構(gòu)掘進速度控制在2～3.0cm/min，盡量保持推進速度穩(wěn)定，確保盾構(gòu)均衡、勻速地穿越大堤，以減少對周邊土體的擾動，以免對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

（6）盾構(gòu)姿態(tài)控制。進入大堤影響范圍內(nèi)盾構(gòu)保持平穩(wěn)推進，減少糾偏，減少對正面土體的擾動。盾構(gòu)機平面位置控制在設(shè)計軸線±30mm之內(nèi)；高程考慮到覆土較淺，且盾構(gòu)的上浮影響，盾構(gòu)在穿越大堤時實際高程控制在設(shè)計軸線-30mm左右。

（7）管片拼裝。在盾構(gòu)進行拼裝的狀態(tài)下，由于千斤頂?shù)氖湛s，可能會引起盾構(gòu)機的后退，當(dāng)盾構(gòu)機停在大堤下方拼裝時，應(yīng)避免盾構(gòu)機的后退，回縮的千斤頂應(yīng)盡可能的少，并應(yīng)逐一伸縮千斤頂，滿足管片拼裝即可，保持開挖面的壓力平衡。拼裝過程中，盾構(gòu)司機注意泥漿壓力的控制，必要時調(diào)整泥漿壓力來維持盾構(gòu)機前方土體穩(wěn)定。同時，盡量熟練拼裝工藝，確保優(yōu)質(zhì)快速拼裝管片。

3.2加強監(jiān)控量測，嚴格控制沉降

為確保盾構(gòu)機安全穿越大堤，除事先做好準(zhǔn)備工作、控制掘進參數(shù)外，信息化施工成為施工中重要的技術(shù)要求。根據(jù)設(shè)計要求在大堤上布設(shè)監(jiān)測點，通過監(jiān)測系統(tǒng)提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整和控制盾構(gòu)機穿越過程中的施工參數(shù)，使盾構(gòu)施工對地面的影響降到最低。在盾構(gòu)機穿越前后50米范圍內(nèi)，安排專人進行24小時監(jiān)測，每間隔兩個小時監(jiān)測一次，并且及時將監(jiān)測情況反饋給盾構(gòu)機以及值班負責(zé)人處，以指導(dǎo)施工。

（1）南岸大堤監(jiān)測內(nèi)容包括：地表變形監(jiān)測、深層土體沉降和位移觀測。觀測范圍為兩條隧道軸線各自向外延伸50m，共計167m長的堤段。地表變形監(jiān)測點的布置為沿著堤線方向3排，分別位于堤塘內(nèi)坡坡腳、堤頂?shù)缆穬?nèi)口線、防浪墻頂、護坦頂面。每排共設(shè)34個測點，以隧道中心線設(shè)原點開始，向兩側(cè)方向間隔布點，組成觀測網(wǎng)絡(luò)，共計測點102個；深層土體沉降和位移觀測共用一個測孔和測管，分別在兩條隧道中心線兩側(cè)10m處各布置一個測點，共計測點4個。土體應(yīng)力測試分別在兩條隧道兩側(cè)1.5m、3m各布置一個測點，共計測點8個。南岸大堤變形監(jiān)測點布置見圖3。

圖3　南岸大堤變形監(jiān)測點布置

（2）北岸大堤變形監(jiān)測內(nèi)容包括：地表變形監(jiān)測、深層土體沉降和位移觀測、土體應(yīng)力測試。觀測范圍為隧道中心線兩側(cè)各50m，共計100m長的堤段。地表變形觀測點的布置為沿著堤線方向4排，分別位于堤塘內(nèi)坡坡腳、堤頂?shù)缆穬?nèi)口線、防浪墻頂、護坦頂面。每排共設(shè)24個測點，以隧道中心線設(shè)原點開始，向兩側(cè)方向間隔布點，組成觀測網(wǎng)絡(luò)，共計測點96個；深層土體沉降和位移觀測共用一個測孔和測管，分別在兩條隧道中心線兩側(cè)20m處各布置一個測點，共計測點3個。土體應(yīng)力測試分別在兩條隧道兩側(cè)1.5m、3m各布置一個測點，共計測點9個。北岸大堤變形監(jiān)測點布置見圖4。

圖5　應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組組織機構(gòu)圖

4　應(yīng)急搶險預(yù)案

4.1組織措施

為確保順利穿越錢塘江大堤，確保大堤安全，項目部成立應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組，組織機構(gòu)圖見圖5。應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組成立后，應(yīng)保持通信暢通，并且實行24小時巡查制度，一旦發(fā)現(xiàn)隱患及時予以排除，避免事態(tài)擴大。

4.2保障措施

建立應(yīng)急救援物資儲備臺帳，組織開展應(yīng)急物資資源情況調(diào)查，逐步完善動態(tài)應(yīng)急救援物資，加強對儲備物資的管理，防止儲備物資被盜用、挪用。應(yīng)急物資清單見表2。

4.3技術(shù)措施

4.3.1盾尾漏漿

①對滲漏部位集中壓注盾尾油脂。

②泥水中增加高分子堵漏劑，阻止泥水后竄。

③實際情況允許的條件下，適當(dāng)降低切口水壓，滲漏抑制后即恢復(fù)正常，掘進一段距離后進行充分的壁后注漿。

④上述措施效果不佳時，可采用聚氨酯在盾尾后一定距離處壓注封堵。

表2　應(yīng)急物資清單

圖4　北岸大堤變形監(jiān)測點布置

⑤同時，安排好排水工作，保證進入盾構(gòu)的泥水順利排出隧道。

4.3.2地表冒漿

發(fā)現(xiàn)冒漿時，若是輕微的冒漿，在不降低切口水壓下能進行推進的情況下，則向前推進，應(yīng)適當(dāng)加快推進速度，提高拼裝效率，使盾構(gòu)盡早穿過冒漿區(qū)。

當(dāng)冒漿嚴重，不能推進時，應(yīng)采取如下措施：

①適當(dāng)降低切口水壓。

②提高泥水比重和粘度，穩(wěn)定開挖面。

③為了能使盾構(gòu)向前推進，檢查掘削土砂量，確認有無超挖。

④掘進一段距離以后，進行充分的壁后注漿。

⑤將開挖面水壓返回到正常狀態(tài)，進行正常掘進。

4.3.3大堤沉降速率超過報警值

跟蹤大堤沉降監(jiān)測的報表，當(dāng)大堤的沉降達到預(yù)警值時，使用放好樣的跟蹤注漿孔位進行打孔注漿。

（1）注漿準(zhǔn)備工作：

①施工前清除場地內(nèi)的垃圾，平整場地。

②對施工區(qū)域交通配合有關(guān)部門協(xié)商并采取妥當(dāng)保護措施。

③摸清施工區(qū)域內(nèi)的是否存在地下障礙物，如有則在施工前清除。

④在施工區(qū)域內(nèi)合理布置施工場地。

（2）施工工藝：

①跟蹤注漿地面分層加固區(qū)，插入單向塑料閥管至鉆孔深度。

②鉆機定位并校正垂直度。

③采用封閉泥漿鉆孔至設(shè)計孔深。

④插入單向塑料閥管至鉆孔深度。

⑤待封閉泥漿凝固后，根據(jù)需要在塑料閥管中插入注漿芯管，注漿上拔芯管，直至注漿結(jié)束。

⑥注漿前，應(yīng)掌握大堤或建構(gòu)筑物高程原始數(shù)據(jù)，注漿過程中及注漿后需及時觀測大堤抬高或沉降量，嚴格控制，并及時調(diào)整注漿量及注漿工藝。

（3）技術(shù)參數(shù)：

①注漿壓力：0.1～0.3Mpa。

②注漿流量：20～25L/min。

③注漿范圍：地面向下3米至管底，加固土體壓密量為12%。

4.3.4大堤外觀修補

盾構(gòu)穿越大堤時，及時觀測大堤或建構(gòu)筑物沉降量，同時利用隧道管片注漿孔進行二次或多次注漿。如果在盾構(gòu)穿越過程中，大堤局部出現(xiàn)破損或微小裂縫，立即利用快凝水泥進行修補和補強，保證其使用功能。

4.3.5滲水

堤壩散浸、滲水搶護的原則是“臨水截滲，背水導(dǎo)滲”。可在臨水坡拋投粘土筑前戧，也可用土工膜鋪在滲水坡面，上壓土袋截滲，或拋粘土前面用土袋防沖墻防護。在背水坡開導(dǎo)滲溝（開縱、橫主溝，滲水多時中間可加人字或Y字形支溝），內(nèi)填沙土、土工膜導(dǎo)滲；背水坡土體稀軟時，可用土工膜作貼坡反濾層導(dǎo)滲和加固堤腳。

4.3.6冒水、管涌

管涌俗稱翻沙鼓水。一般發(fā)生在背水堤腳，地面上或坑塘中冒水、冒沙，冒沙處形成沙環(huán)，有的地方出現(xiàn)單個或數(shù)個，甚至成管涌群。如果基礎(chǔ)細沙層被淘空，就會導(dǎo)致堤身驟然下挫，甚至釀成決堤災(zāi)害。發(fā)生冒水、管涌時可在臨水坡漏水洞口（水流有漩窩的部位）用棉被、土袋等堵塞；漏水較大的用土工膜、彩條布封住洞口，拋土袋壓住，用粘土封堵；水深較淺、流速較小的，可在洞口周圍用土袋筑月堤，內(nèi)填粘土封堵。在臨水坡截堵洞口的同時，在背水坡漏洞出口處用反濾圍井（用土袋做圍井，內(nèi)填沙土反濾排水）。搶堵漏洞要特別注意

⑥ 維護上大大降低了工作量，對礦方人員是一個大的解放；

⑦ 在保護方面更加完善并具有遠程服務(wù)的功能。

采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，電機轉(zhuǎn)子被完全短接，避免了原來轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻產(chǎn)生的大量的功率消耗，節(jié)能效果明顯，平均節(jié)能率高達30%左右。

圖3　GBP型四象限高壓變頻提升機電控系統(tǒng)

以500kW電機主井絞車系統(tǒng)為例，電機定子額定電流61A，額定電壓6kV，年運行天數(shù)300天，單鉤運行時間120S，加速時間15S，減速時間15S，滿載運行，每天提升量按500鉤計。

交流串電阻調(diào)速年耗電量：=2860210kWh。

每度電按0.5元計算，年電費約為：143萬元。

高壓變頻調(diào)速年耗電量：=2380973kWh。

同樣每度電按0.5元計，年電費約為：119萬元。

高壓變頻改造后每年可節(jié)約電費24萬元。

當(dāng)提升量增加時，每年節(jié)約電費也將增加，當(dāng)高壓變頻器應(yīng)用于副井改造項目時，每年節(jié)約電費至少是主井的2倍，同樣以500kW電機算，每年至少節(jié)約電費48萬元。變頻器按100萬計算，主井需要4年收回改造成本，副井約需要2年收回改造成本。

5　總結(jié)

隨著焦作華飛電子電器股份有限公司生產(chǎn)的GBP系列能量回饋型四象限高壓變頻器，在越南煤礦使用的越來越多，我們?yōu)槲覀兊挠脩粽嬲膸淼哪芎纳系慕档停鴥?nèi)外的先進技術(shù)應(yīng)用到了其最前沿。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.098