范昌彬，趙雪峰，郝立釗，王新建，王曉輝

中國石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊

1.引言

金陵石化南京長江盾構(gòu)工程位于江蘇省南京市境內(nèi)，隸屬于金陵石化物料管道長江穿越隧道工程。該工程采用泥水平衡盾構(gòu)工法穿越長江，隧道全長2000 m，內(nèi)徑3.08 m。該工程隧道穿越地層巖性主要為粉細砂、含卵石礫砂、中風(fēng)化砂礫巖及粉質(zhì)黏土層等松散地層。在貫通時存在地層坍塌、涌水涌砂等風(fēng)險。因此，如何降低隧道貫通風(fēng)險，保證盾構(gòu)順利貫通是該工程的一個關(guān)鍵控制點[1][2][3][4][5]。為此，項目部制定了打探孔檢測盾構(gòu)機位置、洞門密封裝置安裝、貫通段注漿、管片類型的變化等一系列防范措施，有效降低了貫通過程中的各類風(fēng)險，圓滿地完成了貫通任務(wù)。

2.探孔檢查盾構(gòu)機實際位置

在盾構(gòu)隧道貫通之前，為了防止盾構(gòu)機實際位置偏離設(shè)計軸線，在接收井打探孔觀測盾構(gòu)機的實際位置，從而保證盾構(gòu)機能夠順利進入接收井[6][7][8]。具體方法為：

1) 盾構(gòu)機距離接收洞門5 m前，在接收井洞門端面上完成3個探測孔的施作任務(wù)。探測孔垂直于洞門端面，直徑50 mm、深850 mm。

2) 當盾構(gòu)機掘進到距離接收井洞門500 mm (即顯示掘進里程1982.80 m)時，盾構(gòu)機與3個探孔接觸，此時停止掘進，立即通過循環(huán)將刀盤艙內(nèi)泥漿抽空，最大限度地減少涌入接收豎井的泥漿量。

3) 待泥漿抽空后，人員按照流程進入刀盤艙，一方面觀察開挖面和隧道后方的滲漏水情況，一方面通過探測孔確定盾構(gòu)機與接收洞門的相對位置。

4) 首先將刀盤開口旋轉(zhuǎn)至任意探測孔位置，并在刀盤上記錄下該孔所在的位置；然后旋轉(zhuǎn)刀盤直至第2個探測孔出現(xiàn)在該開口處，測量探測孔與刀盤上所記錄位置的距離，即盾構(gòu)機在該方向上的偏移量；隨后再次旋轉(zhuǎn)刀盤，記錄下第3個探測孔距離刀盤上所記錄位置，即盾構(gòu)機在該方向上的偏移量；最后根據(jù)測量數(shù)據(jù)對盾構(gòu)機掘進姿態(tài)進行調(diào)整，待探測孔封堵完成后繼續(xù)掘進。

5) 探測孔封堵采用黏土與速凝水泥相結(jié)合的方式處理，即先使用黏土封堵300 mm，并進行搗實，再用膨脹水泥+膨脹劑的混合料封堵200 mm，確保封堵牢固。

3.洞門密封

洞門密封是為盾構(gòu)機在進洞時防止地層中水土外泄所用，由于洞門與盾構(gòu)外徑有一定的間隙，為了防止盾構(gòu)機進洞時水土從該間隙中流失，在洞圈周圍安裝由簾布橡膠板、扇形壓板等組成的密封裝置，作為洞門的防水措施[7][8]。

接收井施工時，在洞門處預(yù)埋圓環(huán)板，圓環(huán)板內(nèi)徑4100 mm，外徑4400 mm，圓環(huán)板背面焊接M20螺栓套筒，螺栓套筒間圓心角9?，共焊接40個內(nèi)螺栓套筒。預(yù)埋圓環(huán)板與井壁鋼筋網(wǎng)片焊接成整體。將M20螺桿安裝到預(yù)埋圓環(huán)板中，然后安裝簾布橡膠板(外徑4400 mm，內(nèi)徑3140 mm)，再次安裝圓環(huán)板及翻板，并用2只螺母固定。

安裝前應(yīng)提前在橡膠簾布上預(yù)制螺栓孔，安裝后采用?12 mm以上鋼絲繩固定翻板，并通過1.5 t手扳倒鏈調(diào)節(jié)緊固量。

4.貫通段注漿

南京長江盾構(gòu)工程隧道貫通段，盾構(gòu)機是由松軟地層進入穩(wěn)定地層的，對貫通段的防水要求十分嚴格[9][10]，因此該工程在貫通段實施了同步注漿與二次注漿兩部分。

4.1.同步注漿

同步注漿的原理為：隨著盾構(gòu)不斷掘進，砂漿經(jīng)均勻分布在盾尾殼體上的4個注漿孔同步注入管片外壁空間，及時快速地完成填充任務(wù)。

1) 優(yōu)化漿液類型。針對貫通處的地質(zhì)情況，對漿液進行了適當優(yōu)化，增大了漿液的稠度，提高了漿液的填充性能，確保漿液不發(fā)生過量流失，有效填充管片外壁空間。砂漿配合比為：水1 t + 水泥0.5 t +膨潤土0.1 t + 粉煤灰0.06 t + 砂子0.3 t。配制的漿液凝結(jié)時間為6～8 h (根據(jù)地層條件和掘進速度，通過現(xiàn)場試驗變更配比來調(diào)整膠凝時間)，漿液稠度為125～135 mm，傾析率(靜置沉淀后上浮水體積與總體積之比) ＜ 3%。

2) 同步注漿加強位置。在盾尾距離接收洞門100 m的位置開始試驗并調(diào)試漿液配比，在盾尾距離接收洞門67 m處，加強該階段的注漿控制。

3) 注漿壓力。為保證達到對環(huán)向空隙的有效充填，同時又能確保管片結(jié)構(gòu)不因注漿產(chǎn)生變形和損壞，根據(jù)覆蓋層厚度及地下水位分別計算注漿壓力，使注漿壓力略高于地層靜壓0.05 MPa。

4) 注漿量。根據(jù)《盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范》(GB 50446—2008)，注漿量至少為理論體積的 1.3倍，即每環(huán)注漿量至少為2.3 m3，鑒于粉砂層和強風(fēng)化砂礫巖的擴散系數(shù)，從盾構(gòu)機刀盤進入地層交接帶(1592環(huán))至貫通，每環(huán)注漿量由2.5 m3提高至3 m3。

5) 注漿速度。同步注漿速度應(yīng)與掘進速度相匹配，按盾構(gòu)單環(huán)掘進時間確定注漿速度。

6) 注漿結(jié)束標準。采用注漿壓力和注漿量雙指標控制標準，即當注漿壓力達到設(shè)定值、注漿量達到3 m3時，可認為達到了注漿質(zhì)量要求。同時，若盾尾鉸接壓力在超過280 bar (1 bar = 0.1 MPa) (額定壓力為350 bar)后，并持續(xù)上升，為防止盾尾被漿液包裹住，應(yīng)根據(jù)實際情況減少同步注漿量。

7)注漿控制。在貫通期間，提高泥水壓力(0.5～0.7 bar)進行掘進，避免過低水壓造成漿液吸入盾構(gòu)機前方。同時確保盾殼與地層之間的間隙得到充分填充，以達到隔斷地下水的目的。注漿時利用4個注漿孔同時注漿，班組掘進完成后用0.5 m3泥漿進行管路清洗，以防在交接班期間管路堵塞。

4.2.二次注漿

1) 注漿開始時間。當盾構(gòu)掘進到1602環(huán)直至貫通，對后續(xù)隧道補漿。此時，前12環(huán)(即1593～1604環(huán))，每隔2環(huán)補一環(huán)漿，如遇拖車可前后調(diào)整，1605～1640環(huán)每隔5環(huán)補一次漿。

2) 注漿類型。二次注漿先采用單液漿壓注，再采用雙液漿壓注(二次注漿配合比見表1)。

Table 1.The mixing ratio of secondary grouting表1.二次注漿配合比

3) 注漿形式。利用同步注漿泵，接入加長管路選擇在 1#～4#拖車后部這一段區(qū)間的管片上選擇合適的注入點，一環(huán)盡量多點注入，至少注入3孔，連續(xù)注入壓力不高于7 bar，瞬間注漿壓力不高于8 bar。隧道貫通前，對1600、1610、1620、1630、1640環(huán)注入雙液漿，一環(huán)盡量采用多點注入，形成密封“止水環(huán)”。若鑿孔查看止水效果不明顯，可加密注入的環(huán)數(shù)。在雙液漿注漿的鄰近環(huán)每環(huán)打開5個孔(除T6外)，檢查是否滲漏水。

5.隧道貫通段管片處理

為了增加隧道的整體穩(wěn)定性，在距離接收井24 m位置拼裝帶有預(yù)埋鋼板的管片，鋼板寬130 mm，厚度為10 mm。每兩塊之間用10 mm厚的鋼板焊接，每兩環(huán)之間用120 mm槽鋼均勻焊接3處(焊接位置大致為1點、4點、10點等)。焊接位置的焊縫、焊角尺寸不得小于100 mm，且采用雙面焊。后20環(huán)(即1633～1652環(huán)，其中1645、1647、1649、1651、1652環(huán)用帶有多個注漿孔的管片)管片的塊與塊、環(huán)與環(huán)之間連接成整體，加強了管片的整體穩(wěn)定性。

最后一環(huán)管片拼裝出接收洞口后，一方面利用管片內(nèi)側(cè)預(yù)埋鋼板將其與成型隧道焊接成一體，并用管材進行內(nèi)弧面支護處理，另一方面在探出洞門的管片與接收軌道之間加墊鋼板帶，防止管片發(fā)生下沉。同時，最后一環(huán)管片需將嵌入塊置于隧道底部，最大限度地減少頂部接縫數(shù)量，依靠管片自身結(jié)構(gòu)維持隧道的整體穩(wěn)定性，再安裝圓環(huán)板及翻板，并用兩只螺母固定。

6.結(jié)語

南京長江盾構(gòu)工程隧道貫通過程中，采取了打探孔觀測盾構(gòu)機實際位置、安裝洞門密封裝置、貫通段注漿、管片的選擇等措施，有效地保證了盾構(gòu)隧道的順利貫通，避免了地層坍塌、涌水涌沙等突發(fā)事件的發(fā)生，取得了較好的效果。