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摘 要： 本文介绍了如何对超大直径泥水平衡式盾构机采取相应的掘进施工技术，有效控制钱塘江大堤沉降，确保盾构机成功穿越钱塘江北岸大堤。
关键词：盾构机；穿越钱塘江大堤；施工
Abstract: This article describes how large diameter slurry shield machine to take the appropriate excavation construction technology, and effective control of the Qiantang River embankment settlement, to ensure that the shield machine successfully crossing the Qiantang River north shore embankment.
Keywords: shield machine; across the Qiantang River levee; construction
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
钱江通道及接线工程由于过江隧道跨径大、里程长、技术难度大，且地质条件复杂，因此钱江隧道是该工程项目的控制性工程、关键工程。隧道长4.45km，（桩号K11+400～K15+850），位于著名的观潮胜地——海宁盐官镇上游约2.5km。工程采用德国海瑞克公司生产的代表着当今隧道掘进机制造业技术最高水平的世界最大直径的泥水平衡盾构施工，盾构机直径达15.43米，全长134米。
根据地勘资料显示，东线盾构机穿越钱塘江北岸大堤穿越的地层主要包括：3-2层粉砂、4-2层粉质粘土、4-3层淤泥质粉质粘土、5-1层粉质粘土、5-2层粉质粘土、5-3层粘质粉土、5-4层粉质粘土。如图1.1：
圖1.1 盾构穿越江北大堤纵剖面图
2 穿越工程情况及关键控制点
2.1 穿越情况 东线隧道出洞后约300m进入江北大堤保护范围。该大堤前身为明清时期鱼鳞石塘，后于1997~2003年新建成标准海塘。鱼鳞高达5m多，下有木桩支撑，石塘外侧设有二级砌石护坡及木排桩护脚防冲。为满足海塘整体抗滑安全要求，修建标准海塘期间在石塘外侧沿线间隔新建短丁坝群，丁坝布置为坝长50m，坝距250m。对钱江隧道工程盾构施工有影响的主要为8#丁坝，其位于隧道上游，与西线隧道最小平面距离约13m。丁坝结构采用单排桩式。丁坝垂直堤线布置，坝面高程1.15m，坝面宽6.35m，坝头段板桩长18m，坝身段板桩长11m，板桩顶部设有钢筋砼帽梁及联系梁相连成整体。8#丁坝区域（坝头至坝尾）西线隧道顶标高约为-15m。根据浙江省水利河口研究院的《钱塘江过江通道及接线工程隧道河段丁坝冲刷及防冲措施研究》报告，受潮汐和洪水的影响，在丁坝坝头的上游和下游分别会形成较大冲刷坑。因隧道位于丁坝下游，因此洪水冲刷为本工程的主要影响因素，见下表：
从上表可知，受洪水冲刷影响，西线隧道在8#丁坝坝头区域的覆土较浅，按照20年一遇、100年一遇和300年一遇，最小覆土厚度分别为7.5m、7.1m和6.5m，均不超过0.5D，施工风险很高。而且，根据设计院计算，该工况也不满足施工期间隧道抗浮安全系数要求。
2.2穿越大堤过程中的关键控制点
（1）盾构机切口到达前30m和盾尾通过后20m为盾构穿越大堤施工的重点控制施工段。
（2）盾构穿越大堤覆土厚度变化梯度大，盾构施工参数控制困难，从而给地面沉降控制带来困难。
（3）盾构先后穿越大堤时隧道之间净距离较小，最小不足10米，两次的土层扰动可能对大堤产生一定的影响。
（4）钱塘江潮汐特征突出，潮差较大，从而给盾构施工参数控制带来困难。
3穿越前技术准备
（1）设备保养
盾构推进之前，严格按照盾构机制造商提供的盾构机设备保养手册对盾构机进行检查、维护和保养，发现异常情况，进行及时处理，确保盾构机处于良好的状态，保证安全施工。
（2）前期推进阶段施工参数小结
在穿越大堤前，盾构已完成了试推进阶段和推进磨合阶段。因此，应及时总结前期推进阶段的各项施工参数对地面沉降的影响状况，做好盾构穿越大堤的技术准备。
（3）大堤前30m施工参数的摸索和小结
在大堤前30m范围内专门设置了三条横向沉降断面、土体测斜和分层沉降测点，在盾构推进时注意收集和分析施工参数与土体扰动、变形之间的影响因素，并及时做好总结，以便修订盾构正式穿越大堤时的各项施工参数。
（4）增加一台同步注浆泵
本工程所采用的15430mm 的盾构外形尺寸存在差异，大刀盘为15430mm、切口环为15430mm，支承环为15400mm，盾尾环为15370mm，形成前大后小的倒锥形体。考虑到倒锥形体对控制大堤沉降的影响，特地增加了一台同步注浆泵。在过大堤时，进行盾壳注浆，减小盾构机锥形设计对大堤沉降带来的不利影响。
（5） 监测大堤的自然沉降
在盾构出洞前开始对大堤进行监测，掌握大堤的自然沉降量，为盾构穿越大堤提供参考数据。
（6）预先加固
提前1~2个月对江北大堤采用船抛块石混合料作镇压平台，抛石范围为隧道工程岸段（约50m）及其相邻上下游岸段（各100m），共长约250m，抛石宽度为塘脚至塘前10~15m，抛石厚度1~1.5m。
4穿越时盾构推进措施
根据大堤处隧道的覆土情况以及盾构施工对地表构筑物的影响规律，确定盾构机切口到达前30m和盾尾通过后20m为盾构穿越大堤施工的重点控制施工段。同时对本施工区段的各项施工参数作严格的规定，切口水压、盾构推进、泥水控制、同步注浆和密封油脂压注等各工序必须严格按要求进行操作。
① 切口水压：切口水压力波动太大，会增加正面土体的扰动，导致正面土体的流失，因此应尽可能减少切口水压的波动。施工过程中将通过气泡仓压力和泥水液位将切口水压波动值控制在-0.02kg/cm2～+0.02kg/cm2之间，保证正面稳定。原则上根据切口水压的理论计算值进行控制(考虑到隧道上部覆土厚度和荷载变化，需计算每环切口水压值)，实际施工中按照地面沉降结果进行微量调整。
② 泥水质量指标：在盾构机穿越大堤施工期间采用高质量的泥水输送到切口，使其能很好地支护正面土体。一般情况下，泥水密度控制在1.2～1.3 g/cm3 左右，粘度控制在20s以上。同时，在大堤垂直投影影响范围内推进时，泥水中加入HS-2(新型堵漏剂)，增加泥水的自身堵漏功能，保证泥膜的质量，进一步提高正面土体的稳定性。
③ 推进速度和纠偏控制：此阶段推进速度不宜太快，一般控制在20mm/min以下。采用匀速推进，可以使土体被盾构推进所产生的应力得到充分释放，避免产生由于总推进力过大或过于集中而造成盾构内部系统破坏，同时也有利于盾构纠偏。另外，考虑到大堤下部可能存在不明障碍物，推进时还需密切注意刀盘扭矩的变化。严格控制盾构推进轴线，避免过多、过量的盾构纠偏，以减少盾构推进对土层的扰动，控制地表变形。
④ 加强同步注浆管理。同步注浆是防止地层沉陷的重要措施。同步注浆控制包括注浆量和注浆压力控制。盾构推进过程中主要以注浆量为控制指标，该段注浆量设为建筑空隙的120%～140%，即总的注浆量为24.0～29m3。一旦在盾构穿越过程中，出现大堤沉降偏大的情况，及时应急地面跟踪注浆处理。
⑤ 密切注意盾尾漏浆，充分压注盾尾油脂。
⑥ 确保管片压浆闷头的紧密和牢靠，防止压浆孔产生漏浆。
施工过程中严格控制上述各项施工参数和施工措施，并通过监测数据及时、有效地加以调整，确保大堤的安全。
5大堤变形监测
① 测点布置
沿轴线纵向监测点需加密，监测点间距3m。
并在堤坝处布6条横断面，每个横向断面布点为推进轴线中心处布一点，左右32m范围内各布置8点。其中距中心线20m范围内监测点间距3m，20m~32m范围内监测点间距6m。
8号丁坝分别在头部、尾部和中部布置一个测点。
在上述需重点加密监测的区域内布设沉降监测时，视不同环境地质情况宜采用不同的布设方法。
测点布置如下图5.1
图5.1江北大堤监测点布置图
② 监测频率
盾构出洞至切口距大堤保护范围（大堤保护范围为大堤本身及大堤坡脚各向外延伸30m）30m前以及盾构机盾尾离开大堤保护范围20m后，对大堤沉降的监测频率调节至1次/天，待大堤沉降稳定后逐步降低监测频率。
盾构在切口距大堤保护范围30m之内以及盾尾离开大堤保护范围20m前进行推进时，对大堤的监测频率为每推进一环测一次，并及时将信息反馈于施工现场。当实测差异沉降量或沉降速率较大时，根据实际情况适当增加测点和测频。
③ 报警值
大堤差异沉降按照相邻沉降点的累计沉降之差与沉降点点间距之比≥1/250的报警值执行（具体根据设计和有关部门相关要求）。达到报警值后立即上报防汛指挥部及大堤管理所等单位。
④ 动态信息传递
每一次测量成果都及时汇总给施工技术部门，以便于施工技术人员及时了解施工现状和相应区域变形情况，确定新的施工参数和注浆量等信息和指令，并传递给盾构推进面，使推进施工面及时作相应调整，最后通過监测确定效果，从而反复循环、验证、完善，确保大堤安全和隧道施工质量。
6施工应急及保障措施
（1）圆隧道内加强同步注浆管理
当盾构穿越大堤时，根据实际监测情况以及隧道的沉降测量，加强同步注浆的控制，如提高注浆量和注浆压力。
（2）地表跟踪注浆加固
为了确保大堤的安全，一旦在盾构穿越过程中出现较大的变形，及时采取地面跟踪注浆措施（采用速凝双液浆），保证大堤的稳定。注浆量视实际情况而定，以确保沉降量控制在规定范围内。
（3）盾尾漏浆
1) 对渗漏部位集中压注盾尾油脂；
2) 利用堵漏材料在管片与盾尾间进行封堵；
3) 实际情况允许的条件下，适当降低切口水压，渗漏抑制后即恢复正常，掘进一段距离后进行充分的壁后注浆；
4) 上述措施效果不佳时，可采用聚氨酯在盾尾后一定距离处压注封堵；
（4）大堤外观修补
如果在盾构穿越过程中，大堤局部出现破损或微小裂缝，立即利用快凝水泥进行修补和补强，保证其防汛功能。
7 结束语
根据钱管局要求，东线隧道穿越江北大堤的保护要求为大堤累计沉降分别不超过1cm和2cm，保护要求非常高。而在本工程盾构机穿越江北大堤时，运用此种掘进施工技术，及相关保障措施最终使盾构机顺利通过大堤，并将江北大堤鱼鳞石塘最大累计沉降量最终控制在1cm左右，没有对其造成任何影响，保证了北岸大堤的稳定。同时也积累了丰富的施工经验。为以后在同类工程施工奠定了基础。在运用此掘进施工技术时要注意以下几点：
① 在掘进过程中严格控制掘进技术参数，穿越大堤期间停机时间不宜超过两小时。
②实际情况允许的条件下，适当降低切口水压，渗漏抑制后即恢复正常，掘进一段距离后进行充分的壁后注浆。
③ 严格控制每环出碴量及时调整盾构掘进参数。
④ 及时做好盾壳注浆工作，有效降低盾壳上方土体沉降量。
⑤根据大堤沉降情况及时做好管片二次补压浆工作，以有效降低土体工后沉降量。
参考文献：
[1] 王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M]. 北京：人民交通出版社,2010：:650-677.
[2] 余暄平，沈永东，凌宇峰，等.上海长江隧道工程盾构施工技术[J] .上海建设科技，2007，(4)：47-50.
[3] 项兆池,楼如岳.最新泥水盾构技术[M].上海隧道股份施工技术情报室,2001
关键词：盾构机；穿越钱塘江大堤；施工
Abstract: This article describes how large diameter slurry shield machine to take the appropriate excavation construction technology, and effective control of the Qiantang River embankment settlement, to ensure that the shield machine successfully crossing the Qiantang River north shore embankment.
Keywords: shield machine; across the Qiantang River levee; construction
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
钱江通道及接线工程由于过江隧道跨径大、里程长、技术难度大，且地质条件复杂，因此钱江隧道是该工程项目的控制性工程、关键工程。隧道长4.45km，（桩号K11+400～K15+850），位于著名的观潮胜地——海宁盐官镇上游约2.5km。工程采用德国海瑞克公司生产的代表着当今隧道掘进机制造业技术最高水平的世界最大直径的泥水平衡盾构施工，盾构机直径达15.43米，全长134米。
根据地勘资料显示，东线盾构机穿越钱塘江北岸大堤穿越的地层主要包括：3-2层粉砂、4-2层粉质粘土、4-3层淤泥质粉质粘土、5-1层粉质粘土、5-2层粉质粘土、5-3层粘质粉土、5-4层粉质粘土。如图1.1：
圖1.1 盾构穿越江北大堤纵剖面图
2 穿越工程情况及关键控制点
2.1 穿越情况 东线隧道出洞后约300m进入江北大堤保护范围。该大堤前身为明清时期鱼鳞石塘，后于1997~2003年新建成标准海塘。鱼鳞高达5m多，下有木桩支撑，石塘外侧设有二级砌石护坡及木排桩护脚防冲。为满足海塘整体抗滑安全要求，修建标准海塘期间在石塘外侧沿线间隔新建短丁坝群，丁坝布置为坝长50m，坝距250m。对钱江隧道工程盾构施工有影响的主要为8#丁坝，其位于隧道上游，与西线隧道最小平面距离约13m。丁坝结构采用单排桩式。丁坝垂直堤线布置，坝面高程1.15m，坝面宽6.35m，坝头段板桩长18m，坝身段板桩长11m，板桩顶部设有钢筋砼帽梁及联系梁相连成整体。8#丁坝区域（坝头至坝尾）西线隧道顶标高约为-15m。根据浙江省水利河口研究院的《钱塘江过江通道及接线工程隧道河段丁坝冲刷及防冲措施研究》报告，受潮汐和洪水的影响，在丁坝坝头的上游和下游分别会形成较大冲刷坑。因隧道位于丁坝下游，因此洪水冲刷为本工程的主要影响因素，见下表：
从上表可知，受洪水冲刷影响，西线隧道在8#丁坝坝头区域的覆土较浅，按照20年一遇、100年一遇和300年一遇，最小覆土厚度分别为7.5m、7.1m和6.5m，均不超过0.5D，施工风险很高。而且，根据设计院计算，该工况也不满足施工期间隧道抗浮安全系数要求。
2.2穿越大堤过程中的关键控制点
（1）盾构机切口到达前30m和盾尾通过后20m为盾构穿越大堤施工的重点控制施工段。
（2）盾构穿越大堤覆土厚度变化梯度大，盾构施工参数控制困难，从而给地面沉降控制带来困难。
（3）盾构先后穿越大堤时隧道之间净距离较小，最小不足10米，两次的土层扰动可能对大堤产生一定的影响。
（4）钱塘江潮汐特征突出，潮差较大，从而给盾构施工参数控制带来困难。
3穿越前技术准备
（1）设备保养
盾构推进之前，严格按照盾构机制造商提供的盾构机设备保养手册对盾构机进行检查、维护和保养，发现异常情况，进行及时处理，确保盾构机处于良好的状态，保证安全施工。
（2）前期推进阶段施工参数小结
在穿越大堤前，盾构已完成了试推进阶段和推进磨合阶段。因此，应及时总结前期推进阶段的各项施工参数对地面沉降的影响状况，做好盾构穿越大堤的技术准备。
（3）大堤前30m施工参数的摸索和小结
在大堤前30m范围内专门设置了三条横向沉降断面、土体测斜和分层沉降测点，在盾构推进时注意收集和分析施工参数与土体扰动、变形之间的影响因素，并及时做好总结，以便修订盾构正式穿越大堤时的各项施工参数。
（4）增加一台同步注浆泵
本工程所采用的15430mm 的盾构外形尺寸存在差异，大刀盘为15430mm、切口环为15430mm，支承环为15400mm，盾尾环为15370mm，形成前大后小的倒锥形体。考虑到倒锥形体对控制大堤沉降的影响，特地增加了一台同步注浆泵。在过大堤时，进行盾壳注浆，减小盾构机锥形设计对大堤沉降带来的不利影响。
（5） 监测大堤的自然沉降
在盾构出洞前开始对大堤进行监测，掌握大堤的自然沉降量，为盾构穿越大堤提供参考数据。
（6）预先加固
提前1~2个月对江北大堤采用船抛块石混合料作镇压平台，抛石范围为隧道工程岸段（约50m）及其相邻上下游岸段（各100m），共长约250m，抛石宽度为塘脚至塘前10~15m，抛石厚度1~1.5m。
4穿越时盾构推进措施
根据大堤处隧道的覆土情况以及盾构施工对地表构筑物的影响规律，确定盾构机切口到达前30m和盾尾通过后20m为盾构穿越大堤施工的重点控制施工段。同时对本施工区段的各项施工参数作严格的规定，切口水压、盾构推进、泥水控制、同步注浆和密封油脂压注等各工序必须严格按要求进行操作。
① 切口水压：切口水压力波动太大，会增加正面土体的扰动，导致正面土体的流失，因此应尽可能减少切口水压的波动。施工过程中将通过气泡仓压力和泥水液位将切口水压波动值控制在-0.02kg/cm2～+0.02kg/cm2之间，保证正面稳定。原则上根据切口水压的理论计算值进行控制(考虑到隧道上部覆土厚度和荷载变化，需计算每环切口水压值)，实际施工中按照地面沉降结果进行微量调整。
② 泥水质量指标：在盾构机穿越大堤施工期间采用高质量的泥水输送到切口，使其能很好地支护正面土体。一般情况下，泥水密度控制在1.2～1.3 g/cm3 左右，粘度控制在20s以上。同时，在大堤垂直投影影响范围内推进时，泥水中加入HS-2(新型堵漏剂)，增加泥水的自身堵漏功能，保证泥膜的质量，进一步提高正面土体的稳定性。
③ 推进速度和纠偏控制：此阶段推进速度不宜太快，一般控制在20mm/min以下。采用匀速推进，可以使土体被盾构推进所产生的应力得到充分释放，避免产生由于总推进力过大或过于集中而造成盾构内部系统破坏，同时也有利于盾构纠偏。另外，考虑到大堤下部可能存在不明障碍物，推进时还需密切注意刀盘扭矩的变化。严格控制盾构推进轴线，避免过多、过量的盾构纠偏，以减少盾构推进对土层的扰动，控制地表变形。
④ 加强同步注浆管理。同步注浆是防止地层沉陷的重要措施。同步注浆控制包括注浆量和注浆压力控制。盾构推进过程中主要以注浆量为控制指标，该段注浆量设为建筑空隙的120%～140%，即总的注浆量为24.0～29m3。一旦在盾构穿越过程中，出现大堤沉降偏大的情况，及时应急地面跟踪注浆处理。
⑤ 密切注意盾尾漏浆，充分压注盾尾油脂。
⑥ 确保管片压浆闷头的紧密和牢靠，防止压浆孔产生漏浆。
施工过程中严格控制上述各项施工参数和施工措施，并通过监测数据及时、有效地加以调整，确保大堤的安全。
5大堤变形监测
① 测点布置
沿轴线纵向监测点需加密，监测点间距3m。
并在堤坝处布6条横断面，每个横向断面布点为推进轴线中心处布一点，左右32m范围内各布置8点。其中距中心线20m范围内监测点间距3m，20m~32m范围内监测点间距6m。
8号丁坝分别在头部、尾部和中部布置一个测点。
在上述需重点加密监测的区域内布设沉降监测时，视不同环境地质情况宜采用不同的布设方法。
测点布置如下图5.1
图5.1江北大堤监测点布置图
② 监测频率
盾构出洞至切口距大堤保护范围（大堤保护范围为大堤本身及大堤坡脚各向外延伸30m）30m前以及盾构机盾尾离开大堤保护范围20m后，对大堤沉降的监测频率调节至1次/天，待大堤沉降稳定后逐步降低监测频率。
盾构在切口距大堤保护范围30m之内以及盾尾离开大堤保护范围20m前进行推进时，对大堤的监测频率为每推进一环测一次，并及时将信息反馈于施工现场。当实测差异沉降量或沉降速率较大时，根据实际情况适当增加测点和测频。
③ 报警值
大堤差异沉降按照相邻沉降点的累计沉降之差与沉降点点间距之比≥1/250的报警值执行（具体根据设计和有关部门相关要求）。达到报警值后立即上报防汛指挥部及大堤管理所等单位。
④ 动态信息传递
每一次测量成果都及时汇总给施工技术部门，以便于施工技术人员及时了解施工现状和相应区域变形情况，确定新的施工参数和注浆量等信息和指令，并传递给盾构推进面，使推进施工面及时作相应调整，最后通過监测确定效果，从而反复循环、验证、完善，确保大堤安全和隧道施工质量。
6施工应急及保障措施
（1）圆隧道内加强同步注浆管理
当盾构穿越大堤时，根据实际监测情况以及隧道的沉降测量，加强同步注浆的控制，如提高注浆量和注浆压力。
（2）地表跟踪注浆加固
为了确保大堤的安全，一旦在盾构穿越过程中出现较大的变形，及时采取地面跟踪注浆措施（采用速凝双液浆），保证大堤的稳定。注浆量视实际情况而定，以确保沉降量控制在规定范围内。
（3）盾尾漏浆
1) 对渗漏部位集中压注盾尾油脂；
2) 利用堵漏材料在管片与盾尾间进行封堵；
3) 实际情况允许的条件下，适当降低切口水压，渗漏抑制后即恢复正常，掘进一段距离后进行充分的壁后注浆；
4) 上述措施效果不佳时，可采用聚氨酯在盾尾后一定距离处压注封堵；
（4）大堤外观修补
如果在盾构穿越过程中，大堤局部出现破损或微小裂缝，立即利用快凝水泥进行修补和补强，保证其防汛功能。
7 结束语
根据钱管局要求，东线隧道穿越江北大堤的保护要求为大堤累计沉降分别不超过1cm和2cm，保护要求非常高。而在本工程盾构机穿越江北大堤时，运用此种掘进施工技术，及相关保障措施最终使盾构机顺利通过大堤，并将江北大堤鱼鳞石塘最大累计沉降量最终控制在1cm左右，没有对其造成任何影响，保证了北岸大堤的稳定。同时也积累了丰富的施工经验。为以后在同类工程施工奠定了基础。在运用此掘进施工技术时要注意以下几点：
① 在掘进过程中严格控制掘进技术参数，穿越大堤期间停机时间不宜超过两小时。
②实际情况允许的条件下，适当降低切口水压，渗漏抑制后即恢复正常，掘进一段距离后进行充分的壁后注浆。
③ 严格控制每环出碴量及时调整盾构掘进参数。
④ 及时做好盾壳注浆工作，有效降低盾壳上方土体沉降量。
⑤根据大堤沉降情况及时做好管片二次补压浆工作，以有效降低土体工后沉降量。
参考文献：
[1] 王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M]. 北京：人民交通出版社,2010：:650-677.
[2] 余暄平，沈永东，凌宇峰，等.上海长江隧道工程盾构施工技术[J] .上海建设科技，2007，(4)：47-50.
[3] 项兆池,楼如岳.最新泥水盾构技术[M].上海隧道股份施工技术情报室,2001