诸光路隧道超大直径土压平衡盾构施工关键技术研究

沈志强

（上海市交通建设工程安全质量监督站 上海 200030）

1 土压平衡盾构法优点分析

盾构法隧道分为土压平衡盾构和泥水平衡盾构两种类型。在沉降控制要求高、施工场地狭小的背景下，土压平衡盾构法施工凭借其对地面影响小、施工效率高、无需设置泥水处理站、环保效应好、已形成了成熟的施工工艺等优势，被广泛应用于地下隧道工程建设中。并且诸光路通道新建工程首次采用全预制拼装技术，PC率达到90%以上，极大地改善了隧道施工环境，展现出了真正的绿色施工。

2 工程概况

2.1 工程简介

诸光路通道新建工程位于闵行、青浦境内，地下道路北起北青公路接地点，南至崧泽高架路南侧会展环路接地点，长约2.8km，采用盾构和明挖施工，如图1所示。

盾构施工采用φ14450mm的土压平衡盾构。盾构段全长1390m，共695环。隧道衬砌结构外径14000mm，内径12800mm，环宽2000mm，厚600mm，盾构隧道主线最大纵坡为-48‰，平面轴线最小曲率半径为R700m。

2.2 工程地质

诸光路隧道段埋深为8.54～33.17m，线路纵断面呈“V”字形，根据地质资料本区段推进沿线主要土质分布为：④灰色粘土、⑤1灰色粉质粘土、⑤3灰色粉质粘土夹砂土、⑥暗绿色粉质粘土、⑦1黄～灰色砂质粉土夹粘土、⑦1T灰色粉质粘土夹粉砂。

工程承压（微承压）水源于深部粉（砂）性土层，分布在⑦1、⑦2、⑧2层，该3层大部分联通，承压水位一般低于潜水位，呈周期性变化，埋深3～12m。地基土物理力学性质指标表见表1。

表1 土层物理力学性质表

3 超大直径盾构法隧道施工

3.1 盾构选型

选型原则：盾构机选型主要按照适应性、可靠性、先进性、经济性相统一的原则进行盾构机选型。为实施该工程，盾构机选型满足以下几点要求：

（1）满足本项目复杂的地质条件、隧道参数的施工要求；

（2）适应本项目复杂周边环境，确保工程安全；

（3）盾构机设计、加工工艺及其配置满足工期要求；

（4）盾构最深穿越⑦1层，盾构推进过程中不需换刀；

（5）盾构设备购置成本最低化；

（6）施工工期。

综合考虑以上因素，施工中选用了φ14.45m土压平衡盾构机，总长约89m，由德国海瑞克公司制造。该台盾构机曾用于新西兰Waterview连接线工程，并为适应上海富含水软弱地层，服务于诸光路通道新建工程，进行了针对性改造。盾构机剖面图见图2。泥水平衡盾构机主要技术参数见表2。

图2 盾构机剖面图

表2 盾构机主要技术参数

图1 诸光路隧道平面图

3.2 盾构进出洞

诸光路通道新建工程盾构进出洞均采用三轴深层搅拌桩加高压旋喷桩止水帷幕型式（见图3），施工过程中辅助井点降水。加固区沿轴线方向长15m，深度为地面以下29m，底标高低于底板3m。此外，设计加固土28d无侧限抗压强度qu≥0.8MPa[1]。

图3 盾构进出洞地基加固

3.3 盾构推进施工

3.3.1 浅覆土段推进

盾构机出加固区后，隧道顶最小覆土仅为9m，位于蟠龙港河底部覆土为0.62D，属浅覆土施工，给地面沉降控制增加了难度，同时盾构始发段施工为4%的坡度推进，成环隧道极有可能出现“上浮”现象。此外隧道上部覆土中含有可液化的②3a灰黄～灰色砂质粉土夹粘土及土质较差的暗浜①3浜填土，在盾构施工过程中对土层的扰动易造成地面沉降及管片上浮[2]。

因此为了保证盾构推进的稳定性，需采取如下措施：

（1）始发段对地面沉降监测点加密布置，并且核准每环隧道推进时的里程、覆土厚度，确保施工中可以及时地反映土体的变形情况，及时调整施工参数。

（2）为防止浅隧道上浮，拼装管片时设置剪力销，并在盾构车架均匀配重。

（3）同步注浆量应≥120%的建筑空隙，24.1m3。如注浆效果不佳，考虑在浆液中加入水泥，加快其凝结速度提高强度。

（4）深化信息化动态施工，通过监测数据，及时调整施工参数，必要时采取地面跟踪注浆措施。3.3.2穿越蟠龙港河推进

盾构始发后在45～65环要穿越蟠龙港和蟠龙港防汛墙及桩基。河底与隧道顶最小净距为7.93m，并且闵行侧防汛墙下方有混凝土方桩，与隧道顶最小净距为4.92m。如果盾构掘进过程中各参数控制不到位，将会发生盾尾泄漏、河底大量冒浆、河底土层沉降较大等突发事件。因此，为保证盾构顺利穿越蟠龙港，采取了如下系列措施：

（1）土压力：原则上根据土压力计算值进行设定（考虑到隧道上部覆土厚度和荷载变化，需计算每环平衡土压力值），并且根据已施工的桩基沉降监测进行适当调整。

（2）推进速度：此阶段推进速度控制在10～20mm/min。

（3）密切控制螺旋机的出土量和土仓压力，防止超挖或欠挖现象发生。

（4）过河段将刀盘前方注入泡沫管路改为注入膨润土+HS-2（堵漏材料）材料，改善开挖面稳定性的同时防止河道浅覆土段冒顶。

（5）加强盾尾油脂压注工作，防止发生盾尾泄漏。水域段增加盾尾油脂压注量。

（6）加强同步注浆管理，做到注浆压力与注浆量双控，及时填充盾尾推出后的建筑空隙。

（7）隧道结构在施工期间需采取抗浮措施。除盾构车架配重外，还通过机车轨道、π形件及两侧混凝土填充，另外过河段全部采用剪力销衬砌环，以提高隧道整体稳定性。

3.3.3 穿越西厍里港桥推进

盾构在推进至456～470环穿越西厍里港、防汛墙和西厍里港桥桩基，桩尖与隧道顶最小净距约1.92m。穿越前在西厍里港桥布置监测点，进行实时垂直位移及水平位移监测，以便及时调整盾构掘进参数。

穿越西厍里港桥时除了与穿越蟠龙港河采取的7条措施相同外，还在穿越段全段设置了剪力销，以加强管片刚度；同时在管片上增加了注浆孔，在盾构穿越后根据监测情况对隧道外进行注浆。施工过程中还需加强江面巡视，如发现江面有大量水泡则可能发生诸如冒顶等险情，需及时调整施工参数并采取应急措施。

3.4 出土系统

盾构出土系统采用皮带机从螺旋机输送至地面集土坑，通过长臂挖机装至土方车，土方车外运至弃土点。皮带机由1#、2#和3#皮带机组成，其中1#、2#位于盾构车架上。每推进一环需出土约330m3，盾构推进速度按3cm/min计算，每环推进需时约70min，因此水平皮带机连续运输能力考虑适当的富裕系数，应达到800m3/h，即可满足要求。

4 结束语

综上所述，文章通过应用超大直径土压平衡盾构施工关键技术，在改善隧道施工环境的同时，提高了施工效率，满足了施工要求，环保效果良好，对促进绿色施工的发展有着重要的意义，值得推广应用。

[1]王怀志.富水砂层土压平衡盾构施工关键技术研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[2]戴仕敏.超大直径土压平衡盾构隧道施工关键技术[J].施工技术，2011（18）：1～5+17.