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摘要：伴随着中国经济的持续快速发展，基础设施建设正不断增加，盾构隧道成为开拓地下空间的首选，目前我国穿江、穿河、穿湖、穿海水下隧道建设经验日益成熟，盾构隧道技术服务于各大城市发展，也成为水系发达地区隧道施工的首选。城市中修建过江隧道通常要穿越两岸防洪大堤 ，盾构的掘进势必会扰动大堤下卧地层 ，引起地面沉降及附近建（构）筑物开裂 ，威胁到大堤的稳定与安全，甚至发生长江大堤塌陷、江面冒浆、江水涌入隧道等各种安全事故。以往工程实例研究显示 ，大堤沉降比普通地表沉降要大很多 ，而不均匀沉降过大将导致大堤开裂甚至坍塌 ，造成江水涌出危及附近群众的生命和财产安全，后期采取大堤加固措施处理，会大大增加施工成本。此外，超大直径泥水盾构穿越长江大堤时可能因泥水压力过大击穿覆土层，造成江水由盾尾密封处或管片防水薄弱位置涌入隧道，给施工人员和设备造成威胁。
关键词：超大直径泥水盾构，长江大堤，盾构参数，地表沉降，管片上浮
1引言
超大直径泥水盾构穿越长江大堤风险较大，如何减小长江大堤沉降是顺利、安全穿越长江大堤的关键。在穿越长江大堤前设置试掘进段，优化盾构掘进参数，将长江大堤超载作用考虑在内，控制好切口泥水压，快而均匀的穿越长江大堤;保证泥膜质量，稳定开挖面;超前钻平台压重、及时有效充分的盾尾同步注浆和二次注浆，减少管片上浮及地表沉降;控制好盾构姿态，顺趋势推进，不进行盾构姿态调整，减少对附近土体的扰动。
2工程概况
南京和燕路过江通道南段工程位于长江大桥和长江二桥之间，距离长江大桥约 7.4km、长江二桥约 2.7km。盾构隧道线路依次下穿八卦洲大堤，长江，幕府山地区，燕子矶中学，最后到达江南接收井。盾构机采用泥水气压平衡式盾构机，刀盘开挖直径为 15.03m，盾构机总长约 135m。
盾构机穿越长江大堤的范围为 214～ 226环，长度约 24m，隧道顶部与堤顶竖向距离为 27.06m。长江大堤堤防全长 26.5km，堤顶高程 9.15～ 9.65m，堤顶设挡浪墙，墙顶高程10.15～ 10.65m。堤顶宽 6.0～ 8.0m。堤防迎、背水坡坡比为1：3，迎水坡为混凝土护坡背水坡坡脚高程 5.2～ 6.2m，堤后地面高程 3.3～ 5.8m。
工程段堤防 2018年进行加固消险工程，堤顶加高培厚至高程 9.30m～ 9.50m;迎水坡防浪墙墙顶高程 10.90m～ 11.10m，堤顶加宽至 13.0m，沥青道路加宽至 1.0m，迎水坡堤肩结合防浪墙设置纵向花坛 ;背水坡坡比 1：2.5，草皮护坡。
3技术措施
3.1穿越长江大堤前试验段掘进
在正式穿越长江大堤前适当的位置布置一段掘进试验段，根据现场实际情况，拟在 184～ 214环设置 30环试验段，通过在隧道正上方加密埋设地表沉降监测点，监测点间距 5m，比较系统地了解超大直径泥水盾构在此类土层掘进过程中掘进参数以及同步注浆参数的变化，对盾构掘进速度、刀盘转速、正面泥水舱压力、同步注浆量等施工参数进行分析反馈，摸索在该土层中掘进参数和地面沉降变形规律，为调整盾构掘进和注浆施工的参数提供依据，以保护大堤安全。
根据盾构直径，计算出每环理论掘削量为 354m?。穿越长江大堤期间不允许超挖，造成开挖面前地表沉降。当发现实际掘削量大于理论掘削量，应立即检查泥水密度、粘度和切口水压。根据试掘进段经验得出，穿越长江大堤切口水压控制在3.1～ 3.3bar，尽可能的减少切口水压的波动，要求操作人员把切口水压波动值控制在 -0.1～ 0.1bar之间，保证土体稳定。掘进速度应设定为 20～ 40mm/min。盾构机穿越长江大堤推力理论值在 13727～ 14895t之间。
3.2保证泥膜质量
为了加强对正面土体的支护能力，防止地面冒浆，采用重浆掘进。控制泥水比重、粘度。为确保泥浆质量，在掘进过程中，泥水处理人员加大泥水的测试频率，及时调整泥水参数，保证掘进的顺利进行。制浆材料以膨润土为主，辅之 1#料、3#料等其它材料。
泥水的比重是一个主要控制指标。掘进中进泥浆比重不易过高或过低，过高将影响泥水的输送能力，降低掘进速度;过低则不利于开挖面的稳定。穿越长江大堤时泥水比重控制在1.10～ 1.20g/cm?之间。
泥水的粘度是另一个主要控制指标。从土颗粒的悬浮性要求及泥水处理系统的配套考虑，要求泥水的胶凝强度（静切力）适中;从流动性考虑，运动粘度不宜过高。穿越长江大堤时泥水粘度应保持在 25～ 35s之间。
3.3 盾构姿态控制
本项目采用VMT 导向系统，盾构机在试验段调整盾构姿态，水平、垂直偏差均控制在±20mm 以内，且盾构机轴线与设计线路中心线保持平行，保证盾构机以完美姿态穿越大堤，穿越长江大堤期间不进行盾构姿态调整，顺趋势推进，减少盾构机对长江大堤土层的扰动。
3.4 同步注浆
1、盾尾内部配备同步注浆系统，可满足单液、双液同步注浆，并配备清洗功能，可及时对注浆管路进行清洗，防止注浆管路堵塞。同步注浆采用八用八备管路，在盾尾处左右对称布置，保证盾构同步注浆顺利。
2、注浆材料及配比设计
（1）注浆材料
采用水泥砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好的特点。
（2）浆液配比及主要物理力学指标
為做好盾构掘进施工，我项目积极联合国内知名高校，结合以往盾构施工经验，进行同步注浆配比试验，并根据试验效果和业主意见，最终确认几种配合比，供本项目穿越长江大堤掘进施工使用，最终确认配比见表1。在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定。同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标： 3.5 管片上浮
1、管片上浮监测
由于管片自重小于浮力，管片脱出盾尾后有明显上浮。使用导向系统进行管片上浮监测，辅以人工测量复核。整环管片拼装完成后，盾构掘进前，在隧道顶部安装一固定参考棱镜，逐环安装。在控制室工业电脑上设置参考棱镜模块，设置成功后通过人工瞄准采取初始值。掘进过程中系统自动观测，自动观测时间可任意设置，一般设置10 分钟观测一次。
2、管片上浮控制措施
（1）、 在超前钻平台位置压重200T，抵消管片额外的浮力。
（2）、选择合适的同步注浆浆液，严控注浆压力、注浆量，使管片及早稳定。
（3）、搭建二次注浆平台，确保管片脱出盾尾3 环即可进行二次注浆，填补同步注浆未填充的部分。
3.6 长江大堤监测
1、沉降观测
堤内侧和堤外侧各1 个断面，距双向隧道中心线0m、10m、25m、40m、60m，每个断面9 个监测点。
2、土体水平位移观测
堤内侧布设3 个土体水平位移监测点。
3、水土压力观测
堤内侧，布设1 个水压力观测点，隧道左右两侧各布设1个土压力观测点。
4、分层沉降
堤内侧，隧道左右两侧各布设1 个分层沉降观测点。
5、监測频率
盾构施工时，根据盾构施工位置距大堤的距离分别进行不同频次的监测：
①穿越前约50m，1 次/3d;
② 10～50m，1 次/1d;
③大堤范围，1 次/4h;
④穿过大堤后10～50m，1 次/1d;
⑤穿过大堤后50～100m，1 次/3d;
⑥穿过大堤100m 以后，1 次/7d。
6、施工监测中，应对测量结果及时进行分析与反馈，当遇到下列情况时，应暂停施工，并根据具体情况制定加强措施，决定是否需要进行二次注浆。
（1）长江大堤沉降值超过 20mm，或者隆起值超过 10mm时;
（2）盾构机盾尾通过一倍洞径，沉降速率超过 3mm/d，仍继续增加时。
3.7盾尾油脂压注
盾构穿越长江大堤区域属于透水系数大、自稳性差的底层，对盾尾密封止水性能要求更高。在掘进过程中要时刻注意盾尾是否有漏浆情况，并及时的进行盾尾油脂压注。
盾尾油脂的注入可使盾尾密封刷和密封刷间的油脂与管片外弧面紧密结合，能阻止地下水及同步注浆浆液进入盾构机内部，防止地下水和同步注浆浆液的损失。盾尾油脂采用自动、半自动或手动控制系统操作。本项目采用行业内优秀厂家生产的优质盾尾密封油脂。根据试掘进段施工经验，每环油脂消耗量 19.4L，即为一桶，可使盾尾处正环覆盖 0.2cm厚度的油脂，保证盾尾密封性。注入油脂压力在理论上应高于掘进地层水土压力 1bar以上。同时在盾构掘进过程中，现场值班技术人员，应根据掘进距离，定时、定距离测量油脂桶液面下降高度，保证每一环均匀注入。
4结论
南京和燕路过江通道盾构机于2020 年4 月24 日到达长江大堤，于2020 年4 月25 日顺利穿越长江大堤，历时2 天。
1. 地面沉降最大为-26.8mm，无预警，沉降槽明显，为隧道左右30m 范围。
2. 长江大堤路面、防浪墙等无新裂缝产生，旧裂缝宽度、长度均未增加。
3. 管片上浮最大25mm，环间、环内错台均在4mm 以内，管环平整度最大3.485mm，保证了成品隧道的质量。
4. 盾构姿态均在±20mm 以内，顺趋势推进，无须调整姿态，减少了盾构机穿越长江大堤时对附近土层的扰动。
5. 根据检测结果，管片壁后注浆效果良好，饱满密实。对类似工程具有较高的借鉴意义。
参考文献
（1）姚春桥 ，吴贤国 ，陈跃庆 ，张文静 .武汉轨道交通盾构隧道穿越长江大堤保护研究 [J].施工技术 ，2018，47（24）：1-4.
（2）张林 .超大直径泥水盾构穿堤施工技术 [J].探矿工程 （岩土钻掘工程 ），2014，41（06）：80-84.
（3）孔庆宇 ，马希磊 ，王婷婷 .隧道穿越段长江大堤渗流稳定性分析 [J].水利与建筑工程学报 ，2012，10（06）：74-77.
（4）杨有诗 .超大直径泥水盾构穿越长江大堤施工技术 [J].中国科技信息 ，2011（15）：59+63.
（5）陈欣 .泥水平衡盾构机穿越长江大堤施工技术 [J].现代物业 （上旬刊 ），2011，10（04）：96-100.
关键词：超大直径泥水盾构，长江大堤，盾构参数，地表沉降，管片上浮
1引言
超大直径泥水盾构穿越长江大堤风险较大，如何减小长江大堤沉降是顺利、安全穿越长江大堤的关键。在穿越长江大堤前设置试掘进段，优化盾构掘进参数，将长江大堤超载作用考虑在内，控制好切口泥水压，快而均匀的穿越长江大堤;保证泥膜质量，稳定开挖面;超前钻平台压重、及时有效充分的盾尾同步注浆和二次注浆，减少管片上浮及地表沉降;控制好盾构姿态，顺趋势推进，不进行盾构姿态调整，减少对附近土体的扰动。
2工程概况
南京和燕路过江通道南段工程位于长江大桥和长江二桥之间，距离长江大桥约 7.4km、长江二桥约 2.7km。盾构隧道线路依次下穿八卦洲大堤，长江，幕府山地区，燕子矶中学，最后到达江南接收井。盾构机采用泥水气压平衡式盾构机，刀盘开挖直径为 15.03m，盾构机总长约 135m。
盾构机穿越长江大堤的范围为 214～ 226环，长度约 24m，隧道顶部与堤顶竖向距离为 27.06m。长江大堤堤防全长 26.5km，堤顶高程 9.15～ 9.65m，堤顶设挡浪墙，墙顶高程10.15～ 10.65m。堤顶宽 6.0～ 8.0m。堤防迎、背水坡坡比为1：3，迎水坡为混凝土护坡背水坡坡脚高程 5.2～ 6.2m，堤后地面高程 3.3～ 5.8m。
工程段堤防 2018年进行加固消险工程，堤顶加高培厚至高程 9.30m～ 9.50m;迎水坡防浪墙墙顶高程 10.90m～ 11.10m，堤顶加宽至 13.0m，沥青道路加宽至 1.0m，迎水坡堤肩结合防浪墙设置纵向花坛 ;背水坡坡比 1：2.5，草皮护坡。
3技术措施
3.1穿越长江大堤前试验段掘进
在正式穿越长江大堤前适当的位置布置一段掘进试验段，根据现场实际情况，拟在 184～ 214环设置 30环试验段，通过在隧道正上方加密埋设地表沉降监测点，监测点间距 5m，比较系统地了解超大直径泥水盾构在此类土层掘进过程中掘进参数以及同步注浆参数的变化，对盾构掘进速度、刀盘转速、正面泥水舱压力、同步注浆量等施工参数进行分析反馈，摸索在该土层中掘进参数和地面沉降变形规律，为调整盾构掘进和注浆施工的参数提供依据，以保护大堤安全。
根据盾构直径，计算出每环理论掘削量为 354m?。穿越长江大堤期间不允许超挖，造成开挖面前地表沉降。当发现实际掘削量大于理论掘削量，应立即检查泥水密度、粘度和切口水压。根据试掘进段经验得出，穿越长江大堤切口水压控制在3.1～ 3.3bar，尽可能的减少切口水压的波动，要求操作人员把切口水压波动值控制在 -0.1～ 0.1bar之间，保证土体稳定。掘进速度应设定为 20～ 40mm/min。盾构机穿越长江大堤推力理论值在 13727～ 14895t之间。
3.2保证泥膜质量
为了加强对正面土体的支护能力，防止地面冒浆，采用重浆掘进。控制泥水比重、粘度。为确保泥浆质量，在掘进过程中，泥水处理人员加大泥水的测试频率，及时调整泥水参数，保证掘进的顺利进行。制浆材料以膨润土为主，辅之 1#料、3#料等其它材料。
泥水的比重是一个主要控制指标。掘进中进泥浆比重不易过高或过低，过高将影响泥水的输送能力，降低掘进速度;过低则不利于开挖面的稳定。穿越长江大堤时泥水比重控制在1.10～ 1.20g/cm?之间。
泥水的粘度是另一个主要控制指标。从土颗粒的悬浮性要求及泥水处理系统的配套考虑，要求泥水的胶凝强度（静切力）适中;从流动性考虑，运动粘度不宜过高。穿越长江大堤时泥水粘度应保持在 25～ 35s之间。
3.3 盾构姿态控制
本项目采用VMT 导向系统，盾构机在试验段调整盾构姿态，水平、垂直偏差均控制在±20mm 以内，且盾构机轴线与设计线路中心线保持平行，保证盾构机以完美姿态穿越大堤，穿越长江大堤期间不进行盾构姿态调整，顺趋势推进，减少盾构机对长江大堤土层的扰动。
3.4 同步注浆
1、盾尾内部配备同步注浆系统，可满足单液、双液同步注浆，并配备清洗功能，可及时对注浆管路进行清洗，防止注浆管路堵塞。同步注浆采用八用八备管路，在盾尾处左右对称布置，保证盾构同步注浆顺利。
2、注浆材料及配比设计
（1）注浆材料
采用水泥砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好的特点。
（2）浆液配比及主要物理力学指标
為做好盾构掘进施工，我项目积极联合国内知名高校，结合以往盾构施工经验，进行同步注浆配比试验，并根据试验效果和业主意见，最终确认几种配合比，供本项目穿越长江大堤掘进施工使用，最终确认配比见表1。在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定。同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标： 3.5 管片上浮
1、管片上浮监测
由于管片自重小于浮力，管片脱出盾尾后有明显上浮。使用导向系统进行管片上浮监测，辅以人工测量复核。整环管片拼装完成后，盾构掘进前，在隧道顶部安装一固定参考棱镜，逐环安装。在控制室工业电脑上设置参考棱镜模块，设置成功后通过人工瞄准采取初始值。掘进过程中系统自动观测，自动观测时间可任意设置，一般设置10 分钟观测一次。
2、管片上浮控制措施
（1）、 在超前钻平台位置压重200T，抵消管片额外的浮力。
（2）、选择合适的同步注浆浆液，严控注浆压力、注浆量，使管片及早稳定。
（3）、搭建二次注浆平台，确保管片脱出盾尾3 环即可进行二次注浆，填补同步注浆未填充的部分。
3.6 长江大堤监测
1、沉降观测
堤内侧和堤外侧各1 个断面，距双向隧道中心线0m、10m、25m、40m、60m，每个断面9 个监测点。
2、土体水平位移观测
堤内侧布设3 个土体水平位移监测点。
3、水土压力观测
堤内侧，布设1 个水压力观测点，隧道左右两侧各布设1个土压力观测点。
4、分层沉降
堤内侧，隧道左右两侧各布设1 个分层沉降观测点。
5、监測频率
盾构施工时，根据盾构施工位置距大堤的距离分别进行不同频次的监测：
①穿越前约50m，1 次/3d;
② 10～50m，1 次/1d;
③大堤范围，1 次/4h;
④穿过大堤后10～50m，1 次/1d;
⑤穿过大堤后50～100m，1 次/3d;
⑥穿过大堤100m 以后，1 次/7d。
6、施工监测中，应对测量结果及时进行分析与反馈，当遇到下列情况时，应暂停施工，并根据具体情况制定加强措施，决定是否需要进行二次注浆。
（1）长江大堤沉降值超过 20mm，或者隆起值超过 10mm时;
（2）盾构机盾尾通过一倍洞径，沉降速率超过 3mm/d，仍继续增加时。
3.7盾尾油脂压注
盾构穿越长江大堤区域属于透水系数大、自稳性差的底层，对盾尾密封止水性能要求更高。在掘进过程中要时刻注意盾尾是否有漏浆情况，并及时的进行盾尾油脂压注。
盾尾油脂的注入可使盾尾密封刷和密封刷间的油脂与管片外弧面紧密结合，能阻止地下水及同步注浆浆液进入盾构机内部，防止地下水和同步注浆浆液的损失。盾尾油脂采用自动、半自动或手动控制系统操作。本项目采用行业内优秀厂家生产的优质盾尾密封油脂。根据试掘进段施工经验，每环油脂消耗量 19.4L，即为一桶，可使盾尾处正环覆盖 0.2cm厚度的油脂，保证盾尾密封性。注入油脂压力在理论上应高于掘进地层水土压力 1bar以上。同时在盾构掘进过程中，现场值班技术人员，应根据掘进距离，定时、定距离测量油脂桶液面下降高度，保证每一环均匀注入。
4结论
南京和燕路过江通道盾构机于2020 年4 月24 日到达长江大堤，于2020 年4 月25 日顺利穿越长江大堤，历时2 天。
1. 地面沉降最大为-26.8mm，无预警，沉降槽明显，为隧道左右30m 范围。
2. 长江大堤路面、防浪墙等无新裂缝产生，旧裂缝宽度、长度均未增加。
3. 管片上浮最大25mm，环间、环内错台均在4mm 以内，管环平整度最大3.485mm，保证了成品隧道的质量。
4. 盾构姿态均在±20mm 以内，顺趋势推进，无须调整姿态，减少了盾构机穿越长江大堤时对附近土层的扰动。
5. 根据检测结果，管片壁后注浆效果良好，饱满密实。对类似工程具有较高的借鉴意义。
参考文献
（1）姚春桥 ，吴贤国 ，陈跃庆 ，张文静 .武汉轨道交通盾构隧道穿越长江大堤保护研究 [J].施工技术 ，2018，47（24）：1-4.
（2）张林 .超大直径泥水盾构穿堤施工技术 [J].探矿工程 （岩土钻掘工程 ），2014，41（06）：80-84.
（3）孔庆宇 ，马希磊 ，王婷婷 .隧道穿越段长江大堤渗流稳定性分析 [J].水利与建筑工程学报 ，2012，10（06）：74-77.
（4）杨有诗 .超大直径泥水盾构穿越长江大堤施工技术 [J].中国科技信息 ，2011（15）：59+63.
（5）陈欣 .泥水平衡盾构机穿越长江大堤施工技术 [J].现代物业 （上旬刊 ），2011，10（04）：96-100.