Ｐｌ＂ｏｊｅｃｔ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ 篷设譬理 Ｏｌ６ ３ ４％（，净尊 ） 工程技术交流 超大直径盾构隧道 全断面老黏土掘进关键技术 王锋颢 （上海建通工程建设有限公司， 上海２０００３０） 摘要：简要介绍了扬州瘦西湖隧道超大直径泥水平衡盾构全断面穿越下蜀黏土层 所遇到的主要技术难题及应对措施，以期对类似地层盾构施工提供可借鉴 的经验。 关键词：超大直径盾构；全断面；老黏土；泥水循环；坍塌 中图分类号：ＴＵ７１ ２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ００７—４１ ０４（２０１ ６）０３－００７０－０３ ０引言 型布设。 该工程为单管双层隧道，双向４车道，下层车道车流方向 随着经济的快速发展．扬卅『市新老城区间的交通压力越 自西向东、上层车道车流方向自东向西。主线全长２ ３５０ ｍ， 来越大．已给城市发展及旅游开发带来明显制约。处于新老 城区之间的国家５Ａ级风景区——扬州瘦西湖风景区及众多 国家重点文物保护单位．使开拓地面道路和架设桥梁已基本 成为了不可能，唯一的最佳选择便是修建下穿景区及文物保 护单位的地下隧道以分流和缓解日益增大的交通流量。瘦西 湖隧道建成通车后，交通流量达２＿３万辆／ｄ．节假日高峰期达 ２．８万辆／ｄ．极大地缓解了新老城区东西向干线——文昌路的 交通压力，提升了瘦西湖景区旅游服务品质．取得了良好的 其中盾构段１ ２７５ ｍ；管片外径１４．５ ｍ、内径１３－３ ｍ：基坑最 大挖深２７．２ ｍ。工程采用１台直径１４．９３ ｍ的泥水平衡盾构机 施工。 ２工程建设环境 ２．１工程地质环境 隧道建设场地为长江一级阶地与高砂平原的过渡带。地 社会经济效益。 貌分区属长江下游冲积平原区．地貌类型为长江三角洲平原 中的古河口沙嘴 场地地势较平坦。根据地质勘探资料，场 １工程概况 工程起点位于维扬路一杨柳青路交叉口，沿杨柳青路中 心线向东经过扬子江北路后．以３７。角度右拐至瘦西湖 在宋 夹城河处又转向正东方向行进，过宋夹城河后，上层与友谊 路平面交叉，下层下穿友谊路后，跨玉带河后，与漕河西路 连接。在隧道西侧杨柳青路一杨子江北路交叉口南侧．为了 使隧道能与杨子江大道连接，达到多级交通疏解和加大隧道 服务功能，隧道出工作井后上下层设置“八”字型匝道与杨 子江大道相接：上层隧道与下层隧道共线，以“日”字叠加 地岩土层自上而下为以下分布。 （１）第四系全新统（Ｑ４）。第四系地层分布范围广．厚度 变化大．成因类型复杂；主要分布在扬州平山堂向南至汉河 镇与杭集镇一线，为高砂平原。 （２）第四系上更新统（Ｑ３）。主要分布平山堂向北的长江 蜀岗一级阶地，以及汉河镇与杭集镇一线向南至江边的近代 河漫滩。 （３）白垩系（Ｋ）。白垩系浦口组紫红色泥质砂岩、泥岩， 埋深由西向东，由北向南呈斜坡状由浅到深，呈单斜构造， 产状ＳＥＥ，倾角６４。。 Ｐ１ ｏ／ｅｃｔ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ 王 聂； …………］篷设譬理２ｏｌ６年第３期（总第２０ｌ期） 盾构穿越地层为区内（３） 亚层（Ｑ３ ），下蜀黏土，呈黄 褐色，结构致密，土内分布有裂隙，含铁锰结核，具有中等膨 胀性，遇水易崩解．沿线总厚度约４２ ｍ～４８．９ ｍ，全场分布。 硬塑状．低压缩性．塑性指数为２４％，黏粉颗粒细，７５ ｕｍ以 下颗粒含量高达９９．６％．５ ｍ以下颗粒占４４％ 黏度极高， 自造浆能力强。 ２．２周边环境 盾构隧道沿线需下穿景区主干道路长春路 瘦西湖核心 景区（三次穿越瘦西湖水体）、国家税务总局党校操场。沿线 虽无建筑群，但施工区域属扬州城遗址保护区，为全国重点 文物保护单位；其中宋夹城为国家级考古遗址公园。２０１２年 隧道施工期，仅瘦西湖景区国庆长假单日游客量在５万人以 上，最高峰１０月２日超过８万人；景观、环保、文物保护、 施工安全要求极高。 ３工程实施难点 超大直径盾构全断面老黏土掘进工法，在国内尚无先 例，没有成熟经验可供借鉴。虽然施工前对盾构设备进行了 针对性改造，但由于所穿越地层的特殊性使得不可预知性增 大．在试掘进过程中还是出现了刀盘结泥、环流系统堵塞、 泥水分离困难、开挖面坍塌等技术难题，使工程安全顺利实 施遇到重大的挑战。 ４关键技术措施 盾构在始发试掘进穿过端头加固区至１１环时，便出现盾 构掘进效率低、排渣不畅、泥浆循环量波动大、每次掘进结 束后继续循环仍会大量出渣等非正常状况，致使无法继续正 常掘进，不得不停机开舱检查。经查，造成这些非正常状况 主要有以下几方面的原因。 ４．１刀盘结泥 在施工前的盾构机整修过程中，为预防刀盘前部结泥 饼，有针对性地对盾构机刀具及冲刷系统进行了一定的改 造：将７１把可更换的钝角刮刀改为尖齿型锐角刮刀；将中心 圆柱形刮刀改为鱼尾型刮刀 将１６把先行齿刀取消，改为刀 盘冲刷孔，增加刀盘的冲刷能力 保留原有ｌ１８把固定刮刀 形式。同时．１≠≠主臂上设有４个冲刷装置；刀盘中心设有６ 个中心冲刷装置；刀盘中心刀设有３个中心冲刷装置，并经 行了反复测试与改进喷嘴，冲刷系统喷射效果良好。试掘进 中采取较低贯入度、降低进浆比重、降低泥浆黏度和加大排 浆量．以期防止刀盘结泥。 因所处地层为黏土地层．黏性大 自造浆能力强 加之 循环系统排渣不畅，造成渣土在舱内堆积、压力增大，削弱 了冲刷效果．加速了泥饼的形成。要改善刀盘结泥的现状， 应尽快解决排渣不畅的问题 同时带压进舱清理已结泥饼， 恢复刀具切削功能。 ４．２环流系统堵塞 经进舱检查，循环系统堵塞不畅的主要原因是：切削的 黏土块体在格栅前形成的梗阻造成舱内堆积，虽经碎石机摆 动搅拌．但黏土块并非脆性岩石易碎反而被挤压成饼状．更 加剧阻塞进程。另一方面，泥浆泵压力偏小，对块状土体冲 携能力不足。经反复试验及潜水员进舱实际观测，鉴于气泡 舱内空间太过狭窄实际情况．确定采取以下措施。 （１）由于碎石机摆动搅拌无助于黏土块体破碎，实际意义 不大，故将碎石机夹具挂起弃用，亦可为其他相应改造腾出 空间。 （２）将原来１７０ ｎ－ｌｌＴｉｘ１７０ ｍｍ网孑Ｌ的碎石机格栅取消 仅 在吸浆泵口设“十”字型简易切割网．阻拦大块土体进入管 道，利用原有格栅位置增设冲切水枪。 （３）在闸门处设置２个冲刷水枪．利用高压水对其冲刷， 防止黏土在该处的堆积，并将舱内已形成的黏土大块冲切成 小块，从而解决气泡舱内泥水循环系统排渣不畅问题．使渣 土能顺利进入排浆管；为保证其冲刷效果，新增加１台可多 级加压的清水泵（由于泥浆泵体积大压力小，既不便安设又不 能起到预期的冲刷效果）和１条清水输水管。 （４）加大进浆量，加快循环速度 减少舱内渣土堆积的可 能。 （５）随着掘进距离逐步加大，排浆管道亦随之加长，管内 压力损失较大，块状渣土易在管内堆积造成堵塞．再次造成 循环不畅而影响掘进效率。经过计算，在输浆管路中途加设 １台泥浆中继泵，以加大管内流速、消除堵塞现象。 经过上述系列改造，盾构的掘进效率比原来提高了２ 倍．掘进速度由原来的环／１０ ｈ提高到环／３．５ ｈ．创造了全黏土 地层平均日掘进４环、８ｍ，最高日掘进６环、１２ｍ的最高纪 录，圆满解决了掘进效率低和泥水循环系统堵塞的难题。 ４．３开挖面坍塌 下蜀黏土具有遇水崩解的特性，在长时间停机状态下， 开挖面受到循环液持续浸泡，会发生崩解脱落，致开挖舱压 力失衡，引发开挖面前方坍塌。由于该地层的特黏性质，掘 进中若使用易形成保护防渗泥膜的特殊泥浆，又不利于消除 刀盘结泥现象．二者成为了一个不可分割的矛盾体。 通过室内试验分析其崩解诱发和制约条件、崩解速度． （下转第７９页） ７１ Ｌ ￡‘ —。—— Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ 工程技术交流 Ｔ程桔术玄济 得早于４８ ｈ。拆模时，先拆除夹具再用橡胶锤轻敲击模板使 其松动；撬棍支撑点处应垫模板拆除，不可用撬棍直接在表 １【虫堕歪！设苎理 ２１２０ ６７－第３期（）１ 币 总第２０ｌ期） 币ｉ删Ｊ 是否达到预期效果。从本案例施工过程及效果来看，经过全 面细致的方案研究、技术准备、材料选择、组织实施和精心 养护，清水混凝土表面未出现裂缝，明缝位置整齐，深度一 致，竖向禅缝垂直，水平禅缝交圈且处于同一标高，柱梁阴 阳角方正，方柱倒角顺直 只是局部出现较少气孔现象 取 得了较好的观感效果。由此可见．清水混凝土施工是专业性 强、技术性高的一项工作，必须从根本上使工人熟悉作业流 程．掌握施工工艺，提高操作技能。如果施工工艺在施工操 面拆模：同时做到轻拿轻放，模板应及时取出。 清水混凝土模板拆除后，首先在混凝土表面涂刷一道渗 透性混凝土保护剂；待表面基本风干后，再涂刷一道氟改性 混凝土保护密封剂。然后采用白色土工布加薄膜进行养护 以减少清水混凝土表面出现色差、水分蒸发、收缩裂缝等现 象。白色土工布先封裹表面层，再用薄膜缠绕：薄膜应搭接 ５ ｃｍ并在离柱顶混凝土面１０咖处用双面海绵胶压实收头。 带膜养护７ ｄ后拆除薄膜．土工布不拆。为确保后期作业不 对清水柱面造成损伤．在养护过程中应对柱体通高使用模板 保护。待支模架拆除后 可保护下部高０～２ｍ的范围。 作过程中因控制不当而出现诸多观感瑕疵，则将失去清水混 凝土的意义。 收稿日期：２０１５—１２．０９ ７结语 通信地址：江苏省苏州市苏州工业园区星湖街９９９＠乐活城（水墨江 南２期）９９幢８０５室浙江江南工程管理股份有限公司苏州分公司。 清水混凝土施工成功与否，其最重要标志就是表面观感 （上接第７１页） 浆排放量大 弃浆池恢复周期长。如何提高循环液的重复利 用率，仍需继续探讨研究。 观察分析实际坍塌的时空效应，发现：其崩解的程度和速度 与循环液的ｐＨ值相关，且一般情况下在停机时间超过６ ｄ易 发生开挖面坍塌。出于施工区严格的环保要求 为不使排出 的废浆（渣）对自然环境造成影响，决定充分利用其崩解的时 空效应。对设备检修等需要停机时，采用多次停机．缩短单 次停机时间。如遇其他配合失调需要等待时，采取降低掘进 ５结语 超大直径盾构相对发展较晚，国内已建同类型隧道主 要集中在一些软土、砂岩地区，很多课题仍处于探索研究阶 段，目前尚无相应规范可供使用。工程风险控制始终是建设 过程的难题 及时总结与分享实践经验，有助于提高同类工 速度，缓慢推进，以保持开挖面稳定。有效地解决了开挖面 坍塌问题．保证了盾构后续掘进的安全性。实现了安全、绿 色、环保的施工目标。 ４．４泥水分离 程建设的风险预控 减少重复工作与投资，促进盾构施工技 术的总体发展。 按照初始预期．在泥浆处理场设置有二级筛分和一级旋 流分离装置，将分离处理绝大部分固体废渣，尾端浆液经沉 淀池分级沉淀除渣后重复利用。在盾构穿越始发加固区时效 果尚可，但当进入自然地层后出现旋流分离和沉淀失效，浆 液无法利用的现状。 国内首次超大直径泥水平衡盾构全断面老黏土地层掘进 的成功实施 为拓宽泥水平衡盾构适应更多地层类型提供了 范例。在建设过程中，通过不断探索与实践，针对黏土地层 盾构施工遇到的技术难题．摸索出了有效的应对措施。为今 后此类地层盾构隧道施工，提供了宝贵的经验积累。 初期对刀具的成功改造，使切削的块状渣土占到总开挖 土体的５０％以上，通过简单的逐级筛选即可分离，减轻了泥 浆排发压力。但是细小的黏土颗粒在循环液中基本呈悬浮状 态，静置沉淀和旋流分离等物理方法均无明显效果。虽经对 旋流设备进行技术升级改造，但仍收效甚微。而化学絮凝代 价极高且无法满足环保要求，致使循环液重复利用率低，废 收稿日期：２０１５—１２。３１ 作者简介：王锋颢，男．高级工程师．２００３年以来一直从事现场 监理工作，现任职于上海建通工程建设有限公司。 通信地址：上海市淮海西路５５号６Ｆ 上海建通工程建设有限公 司。