浅埋湖底隧道施工技术案例解读

浅埋湖底隧道施工技术1概述我国浅埋湖底隧道建好的有六条，其中国内城市轨道交通最长湖底隧道——苏州轨道交通1号线金鸡湖隧道使用盾构技术,其余五条（包括武汉水果湖隧道）均使用明挖技术。序号隧道名称隧洞长度（km）1苏州金鸡湖隧道6.182南京玄武湖隧道2.663武汉水果湖隧道1.594长沙营盘路隧道1.405昆明草海隧道0.426南宁南湖隧道1.80我国浅埋湖底隧道情况一览表目前国内长距离水下盾构掘进技术已日渐成熟。我公司承建的穿黄隧道，使用泥水加压盾构机进行施工，标志着我国盾构掘进施工技术攻克了河底地质复杂、长距离、大直径、高水压等难题。

施工过程中盾构机在黄河下掘进时所承受的最大水压约0.45MPa，通过对泥水加压盾构的泥浆配制技术、掘削面的控制压力与掘削面稳定技术、壁后注浆技术、高外水压力条件下盾构施工防渗技术、长距离掘进刀盘、刀具选择及布置方案、盾构掘进姿态控制等研究，成功穿越黄河。2浅埋湖底隧道盾构法施工技术苏州金鸡湖湖底隧道使用土压平衡盾构机施工，标志着我国盾构掘进施工技术迈入了攻克湖底超浅埋、高渗水、高风险隧道施工的新阶段。施工现场实施四点一环的闭合联动信息管理系统，先后多次运用不同手段对湖底线路进行地质探测、超前注浆加固，24小时严密监测。在施工中创造了盾构机湖底月掘进558米，日掘进30米，单班掘进15.6米三项苏州轻轨盾构施工新纪录。创造了“滴水不漏”穿越长湖的奇迹。2浅埋湖底隧道盾构法施工技术在泥水平衡盾构施工过程中，泥浆的性能是影响施工进度、施工成本和施工安全的关键因素，对其它施工参数具有重要影响。配置泥浆时充分考虑泥膜的形成机理和掘进过程中泥膜的作用机理，通过调整泥浆的配置方案，使泥浆的密度、浓度、粘性、屈服值、含砂率、粒度分布、过滤特性等满足泥膜形成时间、厚度和稳定性，以及刀具磨损等方面的要求。泥浆配置方案需要与地层特性紧密结合，满足不同地层中泥膜形成的需要。通过调整泥水特性参数，实现对泥膜的成膜时间、厚度、稳定性的有效控制。穿黄工程中，根据试验和施工前期获取的相关参数，分别针对粘粒土/粉粒土及细砂土等粘土地层、砂地层（中、细砂）和粗砂/砾石等间隙较大地层制定了相应的泥水配比方案。2.1泥水盾构——泥浆配置技术施工过程中根据不同的地层特性，进行泥浆对比试验以优化泥浆性能。在穿黄工程中，粘土层掘进时的粘度、密度偏高，重点降低泥浆密度，密度控制在1.03g/cm3，粘度控制在23s；砂砾石层掘进时的泥浆粘度、密度偏低，适当补充新鲜浆液并加增粘剂，使进浆密度控制在1.05g/cm3，粘度控制在30s以内。泥浆相对密度的合理选择：泥浆相对密度越大，成膜性越好，过剩地下水压越小，掘削面变形越小，掘削土砂的浮力也较大，运送排放掘削土砂效果较好。但也导致泥浆流动性变差，需要加大泥水运送系统的功率。因此，在确定泥水的相对密度时，即要考虑掘削面的稳定，也要考虑泥水运转设备的功率大小。泥浆粘度的合理选择：泥浆粘度大利于粘土颗粒吸咐聚集在掘削地层表面，加快成膜速度快，利于稳定掘削面并防止逸泥，但粘度大，流动性差，不利于泥水运送，易沉淀。穿黄工程施工实践证明，泥水粘度在25～30s之间的实施效果较为理想。2.1泥水盾构——泥浆配置技术泥水平衡盾构通过配置气压舱等压气设备，通过气压舱压力平衡工作面周围的静水压力和土压力，通过维持开挖舱内的压力稳定来实现掘削面的稳定。穿黄工程地质条件复杂，掘进过程需要穿越不同的地层，采取多项措施确保掘削面的稳定。根据施工实践，针对掘削面的稳定主要有以下结论。在盾构实际施工过程中，需要根据不同地层条件、不同埋深及外水条件通过计算及反复试验设定开挖舱压力。2.2泥水盾构——掘削面稳定技术1—掌子面；2—刀盘；3—膨润土浆液；4—开挖舱；5—后隔板；6—进浆冲刷管；7—压缩空气垫；8—前隔板；9—气垫舱；10—排浆口；11—栅格；12—管片；13—盾壳。根据不同的地质条件，选择适当推力、掘进速度、贯入度等掘进参数，控制掘削量，减小掘进时对掘削面地层的扰动。全砂层掘进速度一般控制在35mm/min左右，全土层控制在10mm/min以内，送排泥浆流量差在50~70m3/h。及时调整泥浆的粘度、比重，控制泥水参数使其成膜时间短于刀盘转速对应的掘削时间间隔，不同的地层采用不同的泥浆参数。施工中详细记录实际掘削面压力波动范围并加以分析归纳，为后续施工提供借鉴和参考。1—泥浆；2—泥浆液位；3—压缩空气气垫；4—前隔板；5—后隔板；6—支撑区域；7—处于大气压力下的区域；Pl—空气压力；Pso—顶部泥浆压力；Psu—底部泥浆压力；—泥浆密度；D—盾构直径；Hl—承压舱高度。隧洞掌子面支持压力的分布图2.2泥水盾构——掘削面稳定技术2.3泥水盾构——壁后注浆技术

盾构掘进中的壁后注浆即时填充盾尾建筑空隙，使管片与周围土体一体化，支撑管片周围土体，有效地控制地表沉降和管片上浮，形成盾构施工隧洞的第一道防水屏障，增强隧洞的防水能力，以确保盾构隧洞的最终稳定。按照注浆位置所在管片是否脱出盾尾分为同步注浆和二次注浆，二次注浆主要针对同步注浆效果不理想的部位进行对注浆体的再次加固和完善。同步注浆示意图根据穿黄工程的施工实践，盾构掘进施工中壁后注浆的关键问题与处理措施如下：（1）根据掘进地层的地质特点、掘进速度、运输时间与运输方式、作业环境的温度和适度等因素优化配置浆液，使得注浆浆液的渗透性、流动性、和易性、初凝时间、初期强度等技术指标满足注浆体形成的需要，确保注浆体发挥预期的作用。（2）注浆过程按照理论计算的注浆压力、注浆流量、注浆量对注浆过程进行控制，并结合对注浆段的观测和人工观察情况，实时调整相关参数，确保注浆体饱满，以防隧洞和地层的沉降以及管片上浮，并防止产生偏压使管片发生错台或损坏。（3）同步注浆速度与盾构机的掘进速度匹配，根据掘进速度调节同步注浆的频率，达到均匀注浆的效果。并根据不同的地质情况进行调整，根据隧洞断面的地质变化情况调整注浆量的分配量。2.3泥水盾构——壁后注浆技术（4）同步注浆压力大于注浆点的静止水压和土压力之和，实现空隙最大程度被填充同时又不产生劈裂的效果。施工过程中的注浆压力根据不同的地质情况、盾尾注浆孔的预埋位置分别进行控制，并通过压力传感器进行实施监控。在进行二次注浆过程中应严格控制好注浆压力，避免因注浆压力过大造成管片错台、错缝甚至损坏管片。（5）二次注浆的浆液采用水泥与水玻璃双液浆，不停地搅拌拌制好的浆液。在施工过程中通过现场试验确定双液浆混合后的凝固时间，以达到其应有的扩散范围。（6）在稳定性较差的砂砾（泥砾）石地层中注浆时，在许可的范围内加大注浆压力，以尽量提高对地层的有效支撑，以防坍塌。在始发段和到达段注浆时，通过对注浆压力和注浆量的控制，使砂浆布满整环管片的背部空隙，达到填充饱满的注浆效果，形成高强度的注浆体，确保盾构机的安全始发和达到。

2.3泥水盾构——壁后注浆技术2.4泥水盾构——施工防渗技术主驱动内密封示意图主驱动外部密封示意图穿黄盾构掘进需要穿越饱和的含水砂层，水头压力高达0.45MPa，掘进时饱和砂层易引起突发性涌水和流沙，并可能进一步导致大范围的突然塌陷。为确保掘进过程的安全推进，对穿黄工程盾构施工防渗技术提出了很高的要求。在工程实践中，通过制定盾构自身的防护、隧洞外衬防水、管片接缝防水、盾构始发与到达时的施工防渗等多项措施，解决了穿黄隧洞掘进的防渗问题，实施效果良好。（1）高水压下盾构机掘进采用具有自动顺滑功能、自动密封功能、自动检测密封工作状态的功能以及磨损后可继续使用等功能的主驱动密封，并在盾构机的工作过程中及时补充密封及顺滑油脂。盾尾密封示意图（2）盾虾尾密样封是番盾构刘机自介身密兆封的闷关键艳，掘列进过咬程中繁在4道盾枣尾钢使丝刷携形成丑的3道空密腔内带注入炭足量罗的WR故89油脂能，达辣到盾宁尾的够密封浅效果扇并减踩小钢说丝刷戚与管喷片间灶的摩圣擦，色防止名盾尾管密封怨损坏乳。（3）在哨盾构肤掘进泼过程晚中控叹制好拥盾构若机的汤姿态糖，同避时根功据盾丘构机泼的姿夜态正朋确地删进行永管片杀拼装翁，使天管片块与盾桨尾间检隙均较匀，热从而长保护柔盾尾视密封慌。（4）管卵片是臂构成亡隧洞削结构半的主吃体，尝也是见高水犁压下棒盾构步隧洞斯防渗则的主笨体，陶从管燃片的址生产调、养笛护、戒运输射、止瓣水条织粘贴漫到管佳片拼衣装，怀每道核工序详均按腐照其蔑操作普规程提严格罚进行宗，避猾免因动管片壶质量窄或人替为损跪坏降秋低隧铲洞的狗防渗肢能力屈。（5）盾疫构始疯发及丢到达雹的施滑工风泡险较批大，恨始发趴端及利到达桶端的仍防渗伪要求恶更为堡严格延，通妥过高斤喷、丧塑性财混凝叔土墙将、洞挨门周洪圈注套浆、户冷冻折等多财项措并施加雹固始姓发端衣和出腾口端当地层深；并前调整拦泥浆雷性能石、控桥制掘读进速享度，丹以利得于地偿层的询稳定帽。在捧做好杯始发煌端头针及盾推构到辈达端虽的地拳基处丈理及慢降水臭工作库的同落时，访还保靠障洞明门钢圆环及馋洞门疮密封岂的精井确安渣装，穷确保湿洞门盲密封慰具有窑良好哥的密暴封性残能及摆承压稍能力多。2.书4泥水折盾构——施工室防渗技术2.趁5泥水客盾构——带压蛮换刀技术在不衔同地窗层中苗掘进周时，针有必户要进朗行针未对性泳的刀桌具更穗换，跟以提航高掘售进效抓率、痒减低府刀具瓦的磨树损，粥满足痕盾构碌始发袄、到鸽达以雀及在妄不良租地质蓄体中屑的掘君进需尘要。梦同时滚，可安以通去过在默合适息部位辱添加油耐磨煮条、讲耐磨额层等抛抗磨懂损措姿施，次调整哈泥浆缴性能轻参数耐和中型心冲庭刷系都统等刮措施耳提高塌刀具君的工圆作性掠能、石优化拾刀具喉的工备作环奴境。在盾创构施塌工过杆程中猎，选束择合禽理的匙总推个力、瞎刀具倚贯入剪度、稿刀盘饺转速雕、扭底矩等搬掘进描参数订是关骑键，陶可延躲长刀窄具的低使用猜寿命哨，减炼少换挠刀频冲率，家降低宽施工刷中频寒繁带您压进亮舱换连刀的苦风险开。对于融因长冷距离俭掘进间或复粘杂地记质条馅件引康起的亲不可嘴避免极的刀求具严此重磨央损情纹况，辛可以何通过丘带压疏进舱院更换得刀具魂。带喂压进锁舱更怪换刀器具作蔬业严茫格按锈照作膜业流鼓程和元要求医进行早，保依证人女员安梳全、倘设备皇安全傻、掘亿削面直稳定表。在罢穿黄辞隧洞撇工程概掘进佩施工渠过程叙中，纽奉建立江了一湾整套顿带压宰进舱老更换界刀具菜的施碌工工款艺流伏程、这质量稳控制唇措施寺以及坛应急嚼处理躁程序啄，累评计带桥压进疲舱30刚0余舱虎，成抄功更桶换了30闻0多把径刀具犁，有搭效确纲保了植盾构秒施工欧的顺剑利进搅行，且也为悔以后驰类似办工程预积累桌了经屯验。刀具这磨损薪监测捏系统热原理号图带压进舱开挖舱内注入形成泥膜的高质量浆液制浆停机、降液位、设置压力开挖舱密封效果检查不合格合格操作人员进入人舱加压进入作业面带压作业减压出舱带压0.傲3M读Pa进舱介作业罩工艺具流程付图2.径5泥水薄盾构——带压雪换刀技术2.寻6泥水乡丰盾构——盾构誓机姿淘态控出制技术导向扶系统缘瑞示意秩图掘进对纠偏史示意盟图施工晶过程克中，睁通过肺盾构萍机姿幻玉态控存制系糠统的撑实时呼调整阴与控剖制，肿使盾顽构掘懒进沿撒着隧识洞设精计路倒线前测进。闹但在动盾构算机推担进过者程中铁，由牺于受躬掘削棚面上攀土压捡力的弟不均镰衡性阁、地狱层性傅质的挎变化志及其舒他方赔面的激影响瓜，盾算构机创的实箭际推阁进轴赤线难娱以与川设计胁轴线钳保持祖完全详一致爷，两框者之验间总忌是存肥在一巧定偏叨差。荒因此狭，对纪盾构醋机掘椒进姿誓态进烛行控禁制的认主要舟目标胆是：平缩小孕两者等之间费的偏纯差，农使掘弹进线国路无喇限接饱近设竭计线透路。（1）盾或构机毯的行粒进姿妖态主跨要通铃过调磁整各莫分区们千斤医顶的客推力加大小读来控程制。业在不跌同类证型的说地层备中掘疼进时柄，根裂据地械层上星下、坏左右驾各区冰的硬疯度确饺定各鞭区的破千斤盘顶油养缸推币力，奖并考要虑盾细构机届自重鸦对自今身姿疗态的窃影响羽，辅虹以刀秧片形绣式更瞒换、挑掘进蜓速度蛾调整劣等措蚂施，演防止避出现介“低退头”矛、“谷上浮印”现甚象，驼使盾炒构机扑保持鸟良好阅的姿储态。（2）对乏于掘塌进过张程中屠由于币某种野原因牌已经撇发生努的线脱路偏枪差，蓝采取邪及时梦的纠映偏措饼施。丧在纠扣偏过湖程中对，适年当放劲慢掘谊进速牌度，强避免压因单蛋侧千抵斤顶蛮受力按过大散对管叉片造循成的证破损兔；密狸切注兄意盾纸构机卷的姿帮态、越管片倍的选焦型及缎盾尾往的间苹隙等敬，保旨持盾活尾与膀管片建四周拳的间坛隙均喇匀；仆当偏着差较灯大时哪，制碧定合璃理的撑纠偏便线路叼，不鹊能矫横枉过坦正，气避免谣往相妨反方窝向纠细偏过历大或袋盾尾放与管轮片摩洪擦导钩致管街片破城裂。（3）穿嫂黄隧何洞盾纺构掘饭进过倦程中君，采棵用SL冬S_戏T激光暴导向绘系统鼻，同砍时配化合人寒工测重量，醉根据擦地质庙变化吐采用单不同矛的掘想进方睬式，抱有效紧克服渡了掘芹削面左上土而压力锈的不刊均衡茂性、辽地下怕土层还变化臭及其桥他方调面的乳影响棚，实狱现了尾对盾怒构机只姿态哄和隧舍洞线惑形的汉有效莲控制娇。盾构任姿态信计算晚原理江图2.乒6泥水达盾构——盾构棵机姿饲态控适制技术（4）控音制测衰量是台隧洞槐掘进城盾构斧姿态诸控制固与导弹向的昼基础裹，定曾期对漠盾构闹姿态解进行凯人工适检测姜，保械证导烧向系兔统的饥正确脉性和箩可靠猴性。域穿黄码工程掉中通揉过采乌用南验北岸熟竖井清联系转测量坝、建自立复形合导猾线形在式的紫洞内哥控制柿导线托网等存措施屯确保僻了控级制测烟量的聚精度角。同梢时，套管环啊姿态品检测糊作为隶对导芝向系守统的气复核蛋，在长掘进澡过程桂中需晚要切龄实加膛强，们及时院发现江管环猎的位休移趋扇势，变防止滔管环书安装鲜超限磨。3明挖安法湖胡底隧刑道施脑工技黄术玄武离湖隧使道施熄工图齿片水果宏湖隧颈道施必工图牛片湖底稻隧道恨明挖疗法施魂工一设般包游括围外堰施是工、捞抽干逮湖水此清淤窜、基沉坑开荐挖、妙隧道则结构皆施工打、防肆渗处零理、睁回填朴覆盖川还湖谢等工沃序。围堰竟施工诱一般民采用温钢板背桩、市无内影支撑谊旋喷惯搅拌寺加劲央桩等拥；防闷渗处捧理一朵般采慈用结洁构混扇凝土堵自防视渗结盯合建牲筑防蜻水的享体系刊组成尽。3.千1围堰日施工见技术“明抬挖法愉”遇彼到最穷大的券挑战狠在于团防水盏，既停要防魂止施面工时便可能柴影响舰到围母堰的招安全嘱，又孝要注历意隧挥道顶绣部的保防渗废漏。东湖善隧道括深基驳坑两羡壁首经次引耗进无内格支撑待旋喷架搅拌忆加劲垦桩支最护法（即殃巨型辽铆钉来工艺窃）：好先在黎两壁耻钻孔乡丰注浆膊，在递混凝尖土尚挪未凝绍固前偏，置巡寿入铆晚桩，不通剧过挤昆压使附混凝浑土渗忘入周料边及盘顶部商土层帆，形被成“呜带两朽个头僚的膨鸡胀桩旦”。远一般香在基槐坑两茫壁上恨下隔2米、槐左右杯横隔1.杯5米，泄密密璃麻麻拔打一讨片，恩相当田于一掠面墙犯上钉兄满钉悠子来亲固定篇。再励在“圈铆钉密外”喂竖一精排维浑护桩划，基勺坑两痰壁形拴成铜谅墙铁次壁。替，吐这样渐基坑橡中间泰可不绢需要鸣钢支氏架支爽撑，数也省探去拆胀卸的冲麻烦沃，可宿大大棋压缩烦工期布。钢板双桩的番堵漏执一般驻的做扇法是求在钢耳板桩寺施打晒过程宁中用幼棉絮岩、黄怜油等政填充贼物填溪塞接固缝，膊此种迟堵漏把效果辱不一眯定好拜。也静可采挖用在闲钢板隶桩全蜻部插茄打完糖毕开障始抽悠水安价装围尾囹时誉，采膀用一荐边抽星水一淹边顺秒着钢王板桩榜的接斩缝下军溜较苦干细姥砂的朽方法碎，借速助水棍压力炊将细迹砂吸戏入接繁逢内苏而达畅到堵杯漏的找目的霜，围念囹的稀安装观围囹惠的安倾装应阳随着放抽水羽的深孕度逐洲层实娘施，荣安装键过程池中要锈密切级注意剧河床典水位层的变晋化，腾并安传排专姨人负板责施说工期耻间的狐抽水庭工作旬。值丙得注退意的柴是工还字钢卸与钢岸板桩球的连集接，在由于猜钢板警桩在膀插打尚过程门中受范多方截面的茎影响疯，整直个围饲堰的棍侧面怠顺直籍度较水差，胶工字用钢安劳装后伸与钢酬板桩坚之间片有较链大的置间隙车。为反防止螺围堰目的变攻形，府要求鲁将工臣字钢肢与钢室板桩翁之间妨的间递隙全觉部用光型钢扭焊接屈支撑攻连接办，围孔堰的共四个股角更饶应加费强。给对于钳变形店较大百的接录缝在橡围囹腥安装著后用宇棉絮乌塞填抱。3.侵1围堰搂施工添技术钢板悔桩支咏护法箱：首先瓶插打白钢板扩桩，馋再进羊行围骨囹工余字钢误焊接酸，边精焊接红边堵蛛漏，嘉为确葱保整霸个围宝囹的让刚度次和稳灰定性顶，对凤每层塞中间灵一道猎工字劣钢上交面加额焊型材钢并肾将上匆下四号道工挨字刚侵用槽俘钢焊摇接连田接。3.绝2浅埋定湖底矛隧道忧防渗搂技术浅埋碎湖底景隧道龙渗漏动的多汇发区照域，震是边刮墙缝爸角落充。东湖颜隧道施工激，对乘每一何处边踪蝶墙缝厉实施得了三突至四凉层防能水处刃理。筒在维倦护桩勇外直狼接砌沃一排宋砖，瓣糊上业泥浆通，再敬做防胀水层照，因轮为砖勤块的慎平整脾度肯薯定比惧喷射荐混凝选土好性。此傍外“怨打铆夫钉”琴支护符的新拖工艺谣可减锻少施偷工环落节，絮直接炒减少寸分段啄施工浴产生肠的结逃合缝描，使何侧墙抵、顶此板一辩次浇标筑到学位，让为解皂决渗闸漏打忆下基困础。年嘉城湖底睁隧道防渗蚊漏措猪施包历括三济个层展面的瞧控制蹈，首捷先是邻隧道流本身妈的结正构防姨水，科钢筋赔混凝组土自爆身的否密实稀度具疯备防升水功挖能；爆其次侧是涂薯料、锐防水饥卷材督的外要层保维护；冬最后乡丰是施匀工中奔通过草对变好形缝妄的处获理进径一步侄防渗峡漏。隧道照防水碍采取娱结构企自身泼防水因辅以诱以下锋防水渐措施够：桩头震防水袍：桩浙头伸点入底兰板，挠表面块清理听干净偷后，挑在与暮底板我接触臭面涂们刷水怠泥基姜渗透遍结晶鬼型防安水涂突料；施工寺缝防福水：疼在每派个管搞节的琴相临背段之骄间，象沿断旗面上绕的外碧墙和叨底板扮、顶改板设各一道秒封闭写钢边乔橡胶层止水竿带；纵向垄施工齿缝：踪蝶在施绢工缝藏中间分设20附0宽钢蹦板腻尝子止筐水带板一道附，施扫工缝治表面杜的浮阅浆、管松动庸石子控清理责干净沉，并算刷水背泥基狼渗透烤结晶船型防脾水涂打料两杏遍；变形爱缝：璃设外绩贴式摊和中健埋式怒两道霉止水占带，吴外贴仆式止宣水带葬在顶巡寿板位确置与范聚氨恩酯防怖水涂豆料层颜形成累封闭这环，固顶板见的迎贼水面选设低右模量凳聚氨太酯密赤封胶辉，在雾缝背阵水面阵设接城水盒免引排石变形蝇缝少涌量渗造水，尼中埋戴式钢秆边橡劫胶止辫水带叹两边奋设有摔可注乏浆管覆；抗渗兄微晶疯砂浆源和聚成氨酯就防水浆涂料坟：陆变地段崇结构触外侧鄙墙由倍于空肢间位仪置限脏制无夹法使度用聚幻玉氨酯静防水面涂料耕做外忠防水冤，采炎用抗易渗微劳晶水葡泥砂肿浆。乞其余佳区段忌外侧型墙和倚所有抱顶板危部位驼使用2层聚乱氨酯瓣防水呼涂料脑做外晶包防雹水层降。3.忠2浅埋象湖底耽隧道赔防渗脚技术3.3湖底士清淤浩施工裹技术一般拐用挖限泥船雄将淤忆泥运乖到固红定地昏点堆屯积沉注淀，优最后炮用于爸种花英种草但的营籍养土燃，变纯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