无锡地铁集团建设分公司工程部 江苏无锡 214000
摘要：京杭大运河最早发端于春秋时期的邗沟，历经以后各代的修缮和扩建，成为世界上通航里程最长，连续运行时间最长运河之一。无锡地铁1号线和2号线施工中迄今已4次穿越地质条件复杂的京杭大运河。穿越运河风险较大，在高风险的施工环境下，通过合理的安排，科学的组织对盾构施工过程中各项参数、盾构穿越运河不同部位的研究，顺利的穿越了京杭大运河，在施工过程中积累的经验为以后盾构穿越河道起到借鉴作用。
关键词：无锡地铁 盾构 京杭大运河
一、工程概况
无锡地铁1号线梁东路站～新光路站区间隧道，在华清大桥东侧下穿京杭运河后，然后驶入新光路站，两次穿越京杭大运河；无锡地铁2号线根据设计要求在梁溪大桥站到大王基站之间先后两次从河床下方穿越京杭大运河。
1、1号线梁东路（扬名）站～新光路（华清大桥）站区间隧道
该区间穿越京杭大运河处河宽110.47m，最终设计图纸中隧道顶与河底最小净距7.33m，最高通航水位绝对标高为1.81m，河底最低绝对标高为-3.2m，河水深度最大为4.64m。根据设计图纸给出的京杭运河的概况，本项目部与航道责任部门（无锡市市区航道管理站）一道，于2011年4月7日对京杭运河做了详细的调查和实测工作，实测结果如下：
1）该区间隧道左侧线路顶部之最薄覆土层厚7.67m，河岸平均绝对标高+4.2m，河面平均绝对标高+1.4m，穿越区域河底最深处绝对标高-3.5m，穿越区域河水平均深度为4.9m。
2）该区间隧道右侧线线路顶部最薄覆土层厚7m，河岸平均绝对标高为+4.2m，河面平均绝对标高标高为+1.4m，穿越区域河底最深绝对标高为-3.5m，穿越区域河水平均深度为4.9m。
该区域盾构机拟穿越京杭运河段线路位于R=400m的圆弧曲线上，线路设计坡度为0.53%d上坡，
2、2号线大王基站~梁溪大桥站区间隧道
2号线大王基站~梁溪大桥站区间隧道左以5.89‰的坡度，右线以5.74‰的坡度从河床底部一次穿越京杭大运河，穿越段位于河床正下方净长度约112m，运河河底的平均绝对标高为-3.2m，河床底部距隧道顶部最小间距约7.58m。运河驳岸桩底绝对标高为-7m，距隧道顶部为4.2m。
3、地质情况
二、施工重难点分析
（1）结泥饼
上述两个区间隧道洞身穿越京杭运河的区间的主要地层均为（6）1-1粉质粘土、（6）1粘土、（6）2-1层粉质粘土夹粉土等不均匀混合土层，且局部地段存在一定的弱承压含水层及承压含水层等力学结构性能不稳定区域。在粘土地段盾构掘进，由于土层承载力差，盾构姿态不易稳定控制，一量渣土改良效果欠佳，并且刀盘易形成泥饼，进而造成推进困难。
（2）小半径曲线施工
穿越京杭运河时设计路线处在半径为400m的小半径曲线上，前进方向需要频繁调整，因此对于盾构机运行姿态的监测和控制非常关键，要防止管片出现较大错台及不可控制的渗水情况。
三、技术措施
1、土压计算
按照“进河堤掘进→进入河底掘进→河底掘进→出河段掘进→出河堤段掘进”分段管理，根据每环覆土厚度计算土仓压力控制值，同时结合监测情况对土仓压力进行调整，确保掘进安全。
2、开挖面的控制与管理
开挖面的结构及力学性能平衡是一种动态的平衡，盾构机在河床底部进行施工时，掘进阶段和停止掘进阶段，都必须动态调整土仓压力控制值，以保证土体结构的稳定。掘进速度范围应该控制在3-4cm/min，刀盘转动速度应该控制在1.1r/min，盾构机推力应该控制在<1600t。
3、出土量控制
根据（6）1-1号地层掘进情况，出土量松方控制值为48 m3，根据渣土改良实际情况，上下有2 m3左右的偏差。在施工整个过程中必须严格控制出土量，详细并准确记录掘进尺寸与出土量的对应关系，随时对出土量进行核实计算，避免超挖。
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四、施工措施
1、前期准备
（1）加强设备的维修保养，过河前进行一次全面的检查，重点对设备进行系统、全面维修检查（特别是三大密封系统），准备好足够数量的易耗易损件，且按规章对设备进行常态化检查、测试、评估及维保，尽量减少因设备自身故障造成的不必要停机，以便设备能够以良好的性能顺利、高效地完成穿越运河工作。
（2）盾构穿越河流前，准备充足的盾构掘进所需的管片、螺栓、防水材料、同步注浆材料及盾尾油脂、泡沫等消耗材料。
（3）盾构穿越河流前，尽量出空渣坑，提前联系好土方队，盾构过河时，必须保证盾构渣土顺利外运，避免过河期间停机。
（4）过河前对盾构机及后配套设备（龙门吊、搅拌站、电瓶车等）进行一次全面的检查，确保过河期间设备处于最佳性能状态。
（5）和河道管理处联系，租用船只，对京杭大运河盾构通过区域进行巡视，是否在水面有水泡。
2、施工措施
（1）盾构机掘进过程要快速的推进穿越京杭大运河，但并非盲目的加快掘进速度。穿越时，盾构机平稳必须首先得到保证、然后秉持迅速通过，降低对周围土体的扰动，减少渣土中水的比例，改良渣土，土仓混合发散性泡沫，并在泡沫中酌情加入分散剂，以保证土体粘度、和易性均处于合理水平，也可以注入空气到刀盘，对前方土体形成气垫支撑，杜绝或减少泥饼的出现，降低盾构机的推力，进而确保顺利掘进。
（2）应选用质量合格可靠的盾尾刷和油脂，从而降低盾尾漏砂漏水漏泥的可能性，如密封处处于河底时突发重大泄露，首先采用盾尾油脂止漏，倘若泄露状况无改善，则盾尾刷可能已经损坏，此时在河底已不可能对盾尾刷进行更换，可采用向管片和盾壳间隙中填入吸水材料，如海绵条，暂时止漏，并且迅速掘进通过，在控制注浆压力的同时，增加同步注浆量以及二次注浆量。
（3）将皮带输送速度控制在合理的范围内，使加泡沫后的泥土能够顺利输送。
3、应急措施
成立必要的指挥和决策机构，准备必要的抢险物资。
（1）应急人员
成立抢险领导小组，出现紧急情况各级管理人员应在第一时间到现场，并能根据发生的各种情况或险情，快速制定最佳的实施方案。在穿越运河底部作业进行期间，必须保证7X24小时有抢险领导小组成员值班，并提前将值班计划表上报给监理、业主、安监站等相关责任单位。
（2）应急物资
应急物资和设备必须落实到位，并且定期按照清单项逐条销项对其进行有效性和完整性进行检查。确保到场的应急设备及物质能够随时投入使用。
生产物资设备类：防洪沙袋、速凝水泥、水玻璃、支撑用工字钢、焊接氧气、乙炔、钻机、挖掘机、高压双液注浆泵、电焊机、灰浆搅拌机、油压千斤顶等。应急物质和设备严格按照施工计划及实际进度进行配备和调整，同时，必须通过签订协议的方式保证相关单位救援物资的供应，无条件满足抢险救援。
日常物资类：日常配备合格的，便利的消防水管、电量饱满的可充电工作灯、电量饱满的防爆电筒，足够的隔离警戒器材，警告指示标志，合格的安全带、安全绳，常用有害气体监测仪等专用应急设备和材料。
（3）应急预案
编制应急预案。在过运河的过程中需编制突发停电、螺旋输送机发生喷涌时、隧道内盾尾漏砂、漏泥等应急预案，防范于未然。
五、结论
从设计阶段开始选择合理的地质过京杭大运河，使得隧道自身有一定的自稳性。在穿越京杭大运河作业之前对盾构机及相关配套设备进行全面细致的检修。在地面消除设备故障。分析确定合适的初始掘进参数、初始注浆量指导施工，做到平稳快速通过。全面提高管片背后注浆管理水平，按需适时合理调整同步注浆压力、注浆量、浆液配合比参数。过程中控制好施工质量，减少蛇型纠偏导致的盾尾间隙较大引起的盾尾喷涌。做好应急预案，防范于未然。
通过施工前期的充足准备和施工过程中科学、精细地管理，我们顺利地完成穿越京杭大运河工程。1、2号线积累了丰富的宝贵经验，为后续地铁穿越太湖等更大水系的施工提供了借鉴经验。
参考文献：
［1］曾华波.复合地层土压平衡盾构施工应用技术研究［D］.河海大学，2006
［2］刘招伟.城陵矶穿越长江水下软硬不均地层隧道修建技术［J］.中国铁道科学，2006，27（3）；139-144
［3］GB 50446-2008盾构法隧道施工与验收规范.［S］.北京.中国建筑工业出版社，2008
论文作者:史力
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第20期
论文发表时间:2019/4/28
标签：盾构论文; 标高论文; 运河论文; 隧道论文; 河底论文; 设备论文; 京杭大运河论文; 《建筑细部》2018年第20期论文;