李輝

(廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 510030)

珠江三角洲水資源配置工程是國務院部署的172項節(jié)水供水重大水利工程之一，工程輸水線路總長113.1km，計劃總投資約354億元，是迄今為止廣東省歷史上投資額最大、輸水線路最長、受水區(qū)域最廣的水資源調(diào)配工程。實施珠江三角洲水資源配置工程，旨在解決深圳、東莞、廣州南沙等地發(fā)展缺水問題的同時，有效改變以往受水區(qū)單一供水格局，提高城市的供水安全性和應急保障能力，對保障城市供水安全和經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要作用，同時也將對粵港澳大灣區(qū)發(fā)展提供戰(zhàn)略支撐。A2標段為其中的一部分，包括一條交通隧洞和一條輸水隧洞，該標段起點為佛山市順德區(qū)杏壇鎮(zhèn)鯉魚洲島上的高位水池，線路向東北布置，穿過西江左岔河道、順德支流、廣州南二環(huán)后，至杏壇鎮(zhèn)吉佑村。其中鯉魚洲取水口至高新沙水庫段的輸水干線設計輸水流量為80m3/s。

連接西江岸邊與鯉魚洲島的交通隧洞，是珠江三角洲水資源配置工程全線唯一一條穿江交通隧洞，也是工程取水口鯉魚洲泵站唯一陸路運輸通道，承擔鯉魚洲泵站運營檢修、人員物資進出及各類管線過江等多重任務，輸水隧洞LG02～LG01盾構(gòu)區(qū)間雙線盾構(gòu)穿越西江，由廣東省水電二局股份有限公司承擔施工任務。

1 研究項目概況

1.1 下穿西江簡介

交通洞隧洞全長2134m,本工程采用6980泥水平衡盾構(gòu)施工，穿越西江長度達919m，隧道埋深為45.9～22.8m，水深為0～14.2m。隧道在西江段設兩處半徑300m的平曲線段，JT1+594～JT2+194轉(zhuǎn)彎長度為600m，JT0+854～JT1+102轉(zhuǎn)彎長度為248m，縱向坡度為5%。從上到下地質(zhì)依次為：淤泥、淤泥質(zhì)粉細砂、淤泥質(zhì)粘土、中細砂層，全～強～弱風化弱風化砂巖，含泥質(zhì)粉砂巖、砂礫巖夾層，隧道洞身地質(zhì)主要為弱風化砂巖，含泥質(zhì)粉砂巖、砂礫巖夾層，局部存在斷裂帶。弱風化砂巖單軸抗壓強度為56.7Mpa、含礫巖(65.2Mpa)、弱風化泥質(zhì)粉砂巖(25.4MPa)夾層，巖層覆土深度基本大于一倍洞徑。

標段LG02～LG01盾構(gòu)區(qū)間為雙線輸水隧道(如圖1所示)，本工程采用6320泥水平衡盾構(gòu)施工，穿越西江長度為831m，最小轉(zhuǎn)彎半徑為494m，穿越西江埋深為36.1～49.5m，水深為0～24.6m。

圖1 穿越西江平面圖

從上到下地質(zhì)依次為：淤泥、淤泥質(zhì)粉細砂、淤泥質(zhì)粘土、含有機質(zhì)粉質(zhì)黏土層，全～強～弱風化弱風化粉砂巖，含砂巖夾層，隧道洞身地質(zhì)主要為泥質(zhì)粉砂巖含砂巖，局部存在斷裂帶，弱風化砂巖單軸抗壓強度為56.7Mpa、弱風化泥質(zhì)粉砂巖(25.4MPa)，巖層覆土深度大于一倍洞徑。

2 三過西江分析

項目共3次穿越西江，地質(zhì)水文復雜，存在多處斷裂帶，水深最大達24.6m，初期地質(zhì)勘探間距較大，存在局限性，穿越長度達919m，埋深最大達49.5m，主要難點分析如下。

第五，LG01#～LG02#盾構(gòu)區(qū)間穿越西江最大埋深49.5m，交通洞最大埋深45.9m，水壓大，盾構(gòu)設備要求高，尤其是盾構(gòu)機密封，盾尾易漏水漏漿；2)隧道洞身以弱風化砂巖、粉砂巖為主，砂巖單軸抗壓強度為56.7Mpa，弱風化泥質(zhì)粉砂巖單軸抗壓強度為25.4Mpa，對刀具磨損較大，江底需多次換刀(如圖2、圖3所示)；2)斷裂帶較多，交通洞隧道3處，輸水隧道2處，斷裂帶處泥漿易泄漏，泥膜較難形成，斷裂帶巖層破碎易遇孤石，可能導致排渣困難，掘進時江水易與掌子面聯(lián)通；3)地下水頭高，易導致管片浮動，影響隧道軸線或出現(xiàn)管片螺栓斷裂，錯臺、漏水等質(zhì)量問題；4)河底監(jiān)測困難，如有冒泡、沉降坍塌往往不能及時發(fā)現(xiàn)；5)隧道轉(zhuǎn)彎半徑小縱向坡度大，管片易出現(xiàn)錯臺破損現(xiàn)象，同時隧道通視條件差，盾構(gòu)測量導向困難；6)初期地質(zhì)勘探間距大，地質(zhì)水文不確定性強，盾構(gòu)施工風險大。

圖2 交通洞下穿西江地質(zhì)情況

圖3 輸水隧洞下穿西江地質(zhì)圖

為保障盾構(gòu)能順利穿越西江，項目從完善地質(zhì)補勘、優(yōu)化監(jiān)測方式、改進掘進模式、加強盾構(gòu)配置等方面攻克上述難題。

3 針對以上難點采取的措施

3.1 問題一

水壓大，盾構(gòu)設備要求高，尤其是盾構(gòu)機密封，盾尾易漏水漏漿。主要措施：1)盾構(gòu)機配置4道盾尾刷，在過江前對盾尾艙進行全面檢查，必要時擊穿管片吊裝孔，逐步打入油脂更換出盾尾艙內(nèi)原有油脂，或更換前兩道尾刷，在易受損的下部增設油脂管。在盾構(gòu)掘進時，加強油脂注入，保證注脂壓力大于16bar，并適時采用手動模式補注一圈油脂。一般3環(huán)左右需用一桶油脂，在掘進過程中，根據(jù)盾尾密封實際情況隨時調(diào)節(jié)注脂速度；2)盾尾密封效果與切口泥水壓力和江面潮水的升降有一定關(guān)系，因此要加強江面水位監(jiān)測，當外界壓力增大時，可能導致密封局部出現(xiàn)漏漿漏水等不良后果，因此每次切口水壓調(diào)節(jié)或者漲潮時，應加強盾尾的觀察，一旦出現(xiàn)泄漏立即采取措施，加強油脂注入并檢查尾刷受損情況3)盾尾密封還與盾構(gòu)機姿態(tài)有一定關(guān)系，盾構(gòu)掘進盡量保持四周盾尾間隙均勻，減少管片對盾尾刷的擠壓；4)在掘進過程中應隨時把殘留在盾尾的渣土和異物清理干凈，防止渣土和異物進入盾尾艙，損壞盾尾密封；5)需嚴格控制注漿壓力以及注漿配合比，尤其是水玻璃的注入量，需保證水玻璃管路的暢通；6)盾尾往后6環(huán)左右對注漿效果及地下水情況進行檢查，如發(fā)現(xiàn)地下水大或注漿不夠飽滿需停止掘進進行二次補漿工作，以減小后勢來水對尾刷及注漿的影響，切忌因趕工而忽視；7)嚴格控制盾尾油脂質(zhì)量，采用優(yōu)質(zhì)盾尾油脂，對進場油脂質(zhì)量進行檢查，保證油脂質(zhì)量合格。

3.2 問題二

隧道洞身以弱風化砂巖為主單軸抗壓強度為最大達56.7Mpa， 砂巖對刀具磨損較大，江底需要換刀。主要措施：1)過江前對刀具進行全面評估與檢查，如需更換則采取相應換刀措施進行刀具更換，以減少過江段換刀次數(shù)；2)嚴格控制掘進參數(shù)，盡量保證勻速掘進，推力控制在1600～2000t，速度控制在15～20mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速控制在2～3r/min，刀盤力矩控制在1000～2500kN；3)刀具更換時嚴格控制刀具安裝質(zhì)量，安裝后需對刀具螺栓進行檢查，避免掘進過程中刀具脫落現(xiàn)象，對倉內(nèi)掉落刀具或配件進行清理，防止損壞新裝刀具；4)嚴格控制泥漿質(zhì)量，可有效保證泥漿對刀具的潤滑作用，減少刀具磨損和偏磨，保證泥漿的攜渣能力避免滯排現(xiàn)象，減少土倉內(nèi)渣石含量有效減少渣石對刀具的二次磨損；5)利用連接土倉的泥漿管路對刀具進行沖洗，控制好泥漿質(zhì)量，降低結(jié)泥餅裹刀具的可能性，保證刀具能正常轉(zhuǎn)動，防止偏磨；6)補漿時嚴格控制注漿壓力、注漿量，并觀察土倉壓力變化，防止?jié){液進入土倉裹住刀具；7)采用破巖能力好的刀具，刀具進場時需對刀具進行檢查，把握好進場質(zhì)量檢驗關(guān)，對提前進場刀具采取保護措施，避免生銹，腐蝕；8)合理選擇換刀地點及換刀方式。

3.3 問題三

斷裂帶較多，交通洞隧道3處，輸水隧道2處，斷裂帶處泥漿易泄漏，泥膜較難形成，斷裂帶巖層破碎易遇孤石，可能導致排渣困難，掘進時江水易與掌子面聯(lián)通，導致掘進困難，江底坍塌，泥漿污染水體。

主要措施：1)優(yōu)質(zhì)的泥膜是開挖面穩(wěn)定的重要因素之一，高質(zhì)量泥膜可以防止土艙內(nèi)泥漿流失，維持開挖面泥水壓力的穩(wěn)定，從而保持開挖面穩(wěn)定。而泥膜的形成質(zhì)量與泥漿質(zhì)量有很大關(guān)系，因此在掘進過程中應調(diào)配高質(zhì)量的泥漿，以確保形成優(yōu)質(zhì)泥膜。①泥漿的密度：斷裂帶滲透性強，在掘進時，泥漿密度控制在1.15g/cm左右，一方面有利于高質(zhì)量泥膜形成，另一方面可以比較順利帶出開挖下來的砂土；②泥漿的粘性泥漿必須具有適當?shù)恼承?，防止泥水中的粘土、砂粒在土倉、氣倉及泥漿管路的沉積，保持開挖面穩(wěn)定；提高粘性，增大攜帶渣土能力；掘進時泥漿粘度控制在20～23S左右，弱風化泥質(zhì)粉砂巖有較強的造漿能力，需防止結(jié)泥餅。

2)地面泥漿管理人員需及時測取泥漿性能參數(shù)，及時對泥漿參數(shù)進行調(diào)整，并及時與掘進操作人員聯(lián)系及時調(diào)整掘進參數(shù)。

3)每環(huán)掘進需根據(jù)進漿流量、出漿流量、泥漿比重、掘進時間對出渣量進行計算，嚴格控制出渣量，通過計算亦可判斷泥漿是否泄漏，做到適時調(diào)整掘進參數(shù)，同時保證切口水壓穩(wěn)定，每環(huán)統(tǒng)計做到心中有底。

4)斷裂帶位置有可能遇到孤石，在穿越斷裂帶時需加強掘進參數(shù)的管理，重點關(guān)注的參數(shù)有推力、刀盤力矩，如參數(shù)波動變大則需及時調(diào)整掘進參數(shù)采用高刀盤轉(zhuǎn)數(shù)小推力進行掘進，此方法能有效將孤石進行切削磨碎。交通洞隧道在過斷裂帶時利用本臺盾構(gòu)機的優(yōu)勢，采用螺旋機+外置破碎機+泥漿管路進行排渣，有效將大塊石頭排出土倉。

5)斷裂帶過盾尾后及時進行補漿工作，防止地下水通過斷裂帶滲水通道破壞注漿。

6)嚴格控制造漿材料質(zhì)量，物資部及質(zhì)檢部做好材料質(zhì)量檢驗。

3.4 問題四

地下水頭高，易導致管片浮動，影響隧道軸線或出現(xiàn)管片螺栓斷裂，錯臺、漏水等質(zhì)量問題。

主要措施。1)做好同步注漿，嚴禁掘進未結(jié)束而停止注漿，注漿壓力應與切口水壓相適應一般控制在1.1倍切口水壓，交通洞隧道6980泥水盾構(gòu)注漿量控制在8m左右，LG01#～LG02#盾構(gòu)區(qū)間6320泥水盾構(gòu)注漿量控制在7m左右；2)每隔20環(huán)在盾尾3～5環(huán)施作一次止水環(huán)，有效阻止后勢來水。及時對同步注漿效果進行檢查，在注漿孔檢查發(fā)現(xiàn)有注漿不夠飽滿時需進行二次補漿，填充間隙，二次補漿需嚴格控制注漿壓力，重在多點位補漿。二次補強注漿采用雙液漿，雙液漿配比：水泥漿液水灰比為0.8∶1(質(zhì)量比)，水泥漿液：水玻璃溶液=10∶1(體積比)；3)按時對隧道軸線進行測量，發(fā)現(xiàn)偏差及時調(diào)整并查清原因；4)管片拼裝前對對止水條進行檢查保證止水條完好無損，拼裝時注意止水條的保護；5)管片拼裝時管片螺栓必須擰緊，脫出盾尾后進行復緊。盾尾有泥沙時必須清理干凈后進行拼裝避免螺栓安裝困難；6)嚴格控制管片質(zhì)量，嚴格落實管片驗收程序，嚴禁使用強度不夠、未達齡期等不合格管片。

3.5 問題五

河底監(jiān)測困難，如有冒泡、沉降坍塌往往不能及時發(fā)現(xiàn)。主要措施：1)利用無人機巡視、人員觀察、望遠鏡瞭望，發(fā)現(xiàn)異常情況及時采取措施；2)必須嚴格控制出土量，每環(huán)都必須根據(jù)進漿量、出漿量、進漿比重、出漿比重、掘進時間進行出土量計算，交通洞6980盾構(gòu)出土控制在每環(huán)57m左右，輸水隧道6320盾構(gòu)出渣量控制在47m左右。施工過程中加強各環(huán)出土量統(tǒng)計對比分析，嚴格控制排土量。

3.6 問題六

交通洞隧道西江段轉(zhuǎn)彎半徑小縱向坡度大，管片易出現(xiàn)錯臺破損現(xiàn)象，同時隧道通視條件差，盾構(gòu)測量導向困難。主要措施：1)選用誤差較小的測量儀器，按時對測量儀器進行檢測校核，多進行人工測量復核，小曲率半徑施工段增加測量頻率，嚴防隧洞軸線超限；2)小曲線段推進速度控制在20mm/min以下，保持盾構(gòu)掘進的平穩(wěn)，防止出現(xiàn)較大的跑偏，也可減小推力和扭矩，及時檢查盾構(gòu)刀具，保證開挖洞徑，以利盾構(gòu)轉(zhuǎn)彎；3)盾構(gòu)出現(xiàn)軸線偏差需要糾偏時，采取少量多次進行，避免蛇形掘進；4)保證管片選型正確，嚴格控制推進油缸、鉸接油缸的行程差及盾尾間隙；5)及時進行管片背后注漿，注漿飽滿密實，縮短漿液凝結(jié)時間；6)根據(jù)設計圖紙隧洞最小轉(zhuǎn)彎半徑為300m，轉(zhuǎn)彎長度600m，管片外徑為6700mm，管片單環(huán)長度為1500mm，通過計算確定管片楔形量為48mm。

3.7 問題七

初期地質(zhì)勘探間距大，地質(zhì)水文不確定性強，盾構(gòu)施工風險大。主要措施：穿越前進行地質(zhì)補充勘探，如TSP超前地質(zhì)預報，江面鉆孔補勘；施工中嚴密監(jiān)測掘進參數(shù)變化情況，每環(huán)均有專人對篩分渣樣進行記錄并分析有無變化之處。

4 結(jié)語

隨著盾構(gòu)工程快速的發(fā)展，新建盾構(gòu)隧道常有跨越江河等地面水體的情況。而穿越水域均存在較大風險，如透水淹沒、坍塌等，本文以珠江三角洲水資源配置工程土建施工A2標項目下穿西江為依托，采用重點分析并提出針對性對策的方法，特別注意以下幾點：根據(jù)地下水情況每隔20環(huán)左右施作止水環(huán)；加強掘進參數(shù)動態(tài)管理，根據(jù)地質(zhì)水文情況及時調(diào)整；加強堤防監(jiān)測以及水面巡視；穿越前進行地質(zhì)補充勘探，如TSP超前地質(zhì)預報，江面鉆孔補勘等。施工過程中嚴格落實相關(guān)措施，為安全快速穿越復雜水域提供保障。本技術(shù)研究主要為以后類似工程提供參考和依據(jù)。