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【摘 要】 随着盾构法施工技术在城市地铁中的普遍应用，盾构穿越复杂地质技术研究已变的尤为重要。文章以苏州轨道交通四号线汽车客运站站～庞金路站区间工程为实例，介绍了盾构下穿京杭大运河施工技术，并对施工中的难点进行分析，提出了解决方案，为以后类似工程施工提供借鉴。
【关键词】 盾构；穿越；淤泥质粉质粘土；京杭大运河；古纤道驳岸
1、前言
由于盾构法具有机械化程度高、劳动强度低，施工進度快、对周边环境干扰小等优点，盾构法隧道技术被广泛应用于城市地铁修建工程。在盾构施工过程中，不可避免地会遇到盾构穿越河道等问题，如果处理不当，就会造成喷涌、管片上浮、管片渗漏等问题，严重者会则导致河床冒顶、河水倒灌的危险。因此开展盾构下穿河道技术研究也是非常必要的。
2、概述
苏州轨道交通四号线汽车客运站站～庞金路站区间左线长1430.416米，右线长1427.467米，隧道埋深9.9m～18.1m，隧道管片外径6.2m，管片厚度0.35m，单环管片长度1.2m，采用2台中铁装备CTE（Φ6400）土压平衡盾构机推进。盾构穿越运河范围：左线第206环～295环，右线第203环～295环，右线隧道在推进199环（左线203环）时，刀盘切口进入京杭大运河河道。运河宽约110m，水深5.1m，水面标高1.40m，河床底标高为-3.7m，河床至隧道结构面顶部距离约为9.6m。京杭大运河河底隧道范围内地质主要为②y淤泥质粉质粘土、③2粘土层及⑥1粘土层。
3、盾构穿越京杭运河主要技术难点及原因分析
3.1对古纤道驳岸保护
盾构穿越京杭运河前后，因河堤与河床部位隧道覆土厚度存在突变，盾构土仓压力设定值若不及时进行调整，必然会使古运河驳岸产生沉降和位移，对驳岸及周边设施构成危害。因此，在盾构机到达驳岸前，须做好驳岸监测点埋设及初始值采集工作，穿越过程中，加强河堤监测，及时反馈监测信息，以便调整土仓压力，从而减小对古纤道驳岸的影响。
3.2盾尾漏水、漏浆
盾构推进过程中，盾尾密封是阻隔地下水和同步注浆浆液渗入盾构机、确保开挖面的稳定及盾构正常掘进的重要装置。盾构机姿态与管片姿态偏差过大，管片与盾构机不同轴、密封油脂注入量偏小、同步注浆压力过大等原因，容易造成盾尾漏水、漏浆。如果盾尾出现涌水、漏浆，首先减少或停止同步注浆，以减小盾尾外部压力，并及时在泄露位置加注优质密封油脂。
另外，及时调整盾构机和管片姿态，减小泄露处的盾尾间隙。改变同步浆液配合比，加大水泥用量，缩短浆液的凝固时间，尽早降低盾尾处的浆液压力。
3.3喷涌
河床隧道开挖断面内主要以②y淤泥质粉质粘土为主，隧道下部为③2粘土层，因受运河水补给，其含水量较大。在盾构掘、刀盘转动过程中，难免会对土体产生扰动，若推进速度过快，刀盘转速设定偏大、推力增加，则会加大刀盘对土体的扰动程度，使水量集聚，产生喷涌。另外，在推进过程中，若土压设定不当，会造成河床隆起或沉降，形成水流通道，在水的作用下，土成流体状进入土仓，随着仓内压力的增大，形成喷涌现象。因此，在盾构机穿越河道时，必须设定合理的推进参数，尽量减少对土层的扰动，降低渣土中水的比例，是防止喷涌的关键。
3.4曲线推进
运河位于半径r=1000m的圆曲线上，盾构曲线推进时，盾构对外侧地层是挤压的状态，因盾尾空隙的发生会使地层向隧道内侧位移，回填压注压力也会使隧道产生位移。另外，曲线地段的盾构推进是依靠管片和地层提供反力的，因此，推进力的反力会使隧道向曲线外侧位移，如果隧道的纵向刚度和地层的刚度过小，可能引起管片和其外地层的过大位移，导致管片出现错台或破损。
3.5隧道内管片易出现的问题
3.5.1管片渗水
如果管片生产过程不规范、养护龄期不足，管片调运或拼装中碎裂、止水条粘贴质量不好、拼装时管片螺栓拧紧度不够等，会导致管片出现渗漏水现象。如果突破管片防水防线仍出现渗漏时，则通过管片吊装孔进行壁后二次注浆，注浆浆液采用双液浆，以达到堵漏的目的。
3.5.2管片上浮
地层性质对管片位移有很大影响，土质地层中土体强度越高，管片上浮越小，淤泥质粘土中管片上浮最大。在淤泥质地层中，盾构注浆选择合适的浆液材料，是控制管片上浮的关键。另外，浆液若不能达到及时有效地固结和稳定管片时，应适当控制盾构掘进速度在3cm/min以内，以便管片能被浆液充分固结稳定。其次，对盾构机进行负高程控制，压低盾构机垂直方向的姿态，确保盾构推进过程中管片轴线与隧道轴线保持一致。
3.5.3管片错台
管片错台是盾构施工中最常见的问题之一。产生错台的主要原因归纳为：（1）相邻两环管片的千斤顶推力变化较大，是造成管片错台最主要的原因；（2）盾构机姿态纠偏过快；（3）管片环间注浆压力不均衡；（4）管片螺栓紧固不到位等。通过加强盾构机姿态控制，控制盾构机的纠偏量，优化掘进参数及加强螺栓紧固，使管片错台现象得到了明显的改善。
4、施工技术
4.1推进模式选择
由于盾构下穿运河地层为淤泥质粘土，高含水量、高压缩性、低强度、低渗透性的饱和软粘性土，具有较高的灵敏度和触变特性，土层自稳性较弱，因此采用土压平衡模式进行掘进。采用该模式推进，可形成土塞效应，达到土仓压力始终不小于掌子面压力的效果，从而保证了盾构前方土体不坍塌，使盾构机安全顺利通过运河区域。
4.2掘进参数控制
由于盾构隧道下穿运河地段隧道覆土厚度相对较小，在盾构掘进过程中，须设置合理的掘进参数，以确保盾构安全顺利通过运河地段。盾构掘进参数如下：
（1）盾构推进速度控制在3cm/min以内；（2）土仓压力设置在根据实际计算的参数上增加0.1bar；（3）严格控制出土量，每环出土量控制在38m3以内，以减少刀盘对土体的扰动；（4）总推力控制在6000～8000kN；（5）刀盘扭矩8000～1000kN.m；（6）刀盘转速在1.2～1.3rpm/min；（7）推进油缸行程差不能超过40mm；（8）盾构轴线控制偏离设计轴线不大于±20mm，每环纠偏量控制在2mm以内。 4.3盾构机姿态控制
盾构下穿运河段位于圆曲线上，盾构机姿态控制相当重要，若姿态控制好，则可以减少盾构超挖及纠偏，从而减少对周围土体的扰动，避免因此产生的负面效应。在高触变性、高灵敏度、自稳能力差的淤泥质粘土中推进，盾构机容易出现“栽头”或者偏移设定轴线的问题，盾构姿态纠正难度相当大。另外，要控制推進速度，速度小则盾构的离心力小，管片往外侧挤压的力就相应较小，盾构机姿态就较容易控制。其次，在纠偏过中，如果调整千斤顶推力纠偏效果太过明显，则会引起纠偏量过大，从而导致盾构机“蛇形前进”。
在曲线段推进过程中，由于盾构掘进过程的同步注浆及二次注浆效果不能根本上保证管片外侧土体的承载强度，管片在承受侧向压力后，将向弧线外侧偏移。根据施工实践经验，同时需考虑掘进区域所处的地层情况，在运河曲线段掘进过程中，设置预偏量10～20mm。
4.4管片质量控制
（1）确保管片选型合理，管片车中放置顺序正确，提高拼装效率，尽最大可能缩短单环拼装的停机时间。
（2）做好管片安装前的质量检查，确保管片棱角完整，无破损，止水条粘贴牢靠，无起鼓现象。
（3）管片拼装时，隧道底部泥砂必须清理干净，以免管片受力不均匀发生破损。
（4）在推进过程中，依据隧道埋深及管片设计参数，合理选择管片，且保证管片拼装精度。
（5）当管片螺栓无法插入时，应查明原因，采取相应措施进行处理，切忌大幅度调整管片的位置，严防造成管片破损。
4.5同步注浆及二次注浆
盾构开挖后，已拼装的管片壁后与土层之间存在10 cm的建筑间隙，如果不能及时注浆回填，则可能导致管片上浮或造成河床沉降。同时，须保证同步注浆浆液的初凝时间控制在8h以内，避免因为浆液未固结而导致河床的沉降过大，避免出现开裂渗水现象。浆液配合比如表1所示，每环注浆量控制在每环5～6 m3，注浆压力控制在0.2～0.4 MPa，浆液稠度控制在10～12.5 cm，使浆液充分填充盾尾后隧道外建筑空隙，兼起到防水的作用。
盾构下穿河道时，由于同步注浆的局限性，注浆不充分，壁后仍留有部分间隙，因此，需进行二次补充注浆将壁后间隙填满，防止河床沉降、变形过大。二次注浆采用双液浆，水泥浆：水玻璃=l：l（体积比），注浆压力控制在0.2～0.3 MPa之间，快速固结，以达到控制河床沉降的目的。
4.6信息化指导施工
在盾构下穿运河前，测量人员须在地面测出运河河堤的具体里程，以确定洞内盾构穿越运河的位置，同时，在古纤道驳岸及时布设监测点，采集原始数据，加强每日的监测工作，做到信息化施工，确保驳岸及周边环境的安全。
另外，须量测不同里程位置处河道的深度，根据隧道埋设，准确计算出对应的土仓压力。同时，加强隧道内管片沉降监测，依据监测数据，及时调整盾构机掘进参数，保证盾构顺利的通过京杭运河。
4.7其他措施
盾构穿越运河前，须对盾构机及后配套要进行全面的检查、维修和保养，确保盾构机能够快速通过河道。尤其要保证盾尾密封、同步注浆及碴土改良三大系统正常运转。
（1）确保盾尾油脂泵送系统完好，管道畅通，盾构机尾刷密封良好，防止浆液、泥水从盾尾间隙流入盾构机内，造成地层损失，引起河床沉降、甚至诱发河水倒灌事故。
（2）做好地面拌和站、井下运输浆车、盾构机储浆罐和注浆泵维护保养工作，确保其性能良好，注浆管道畅通，可保证同步注浆正常进行。
（3）泡沫发生器及相关的泵送系统要畅通完好，刀盘、土仓、螺旋系统各喷口畅通，如有堵塞及时清理。
5、结束语
在盾构施工过程中，虽不可避免的遇到众多难题，但只要科学、合理地运用盾构法施工技术，问题都将迎刃而解。通过汽车客运站站～庞金路站区间盾构隧道下穿京杭大运河的工程实践得出：根据土层变化情况，只要合理设定土仓压力、同步注浆压力，保证同步注浆及二次注浆足量，同时，选择优质油脂且保证足量注入、做好管片防水材料粘贴，强化洞内导线测量及移站精度，确保数据准确，在曲线段推进中，提前预留预偏量，保证盾构轴线的偏差能控制在允许范围内，合理管片选型，缓慢纠偏，保证管片与盾构中心同轴，是预防盾构推进姿态超限、管片出现破损、错台、渗漏，有效地控制驳岸及运河河床的沉降，安全、顺利穿越京杭大运河的关键。
参考文献：
城陵矶《穿越长江水下软硬不均地层隧道修建技术》.中国铁道科学
【关键词】 盾构；穿越；淤泥质粉质粘土；京杭大运河；古纤道驳岸
1、前言
由于盾构法具有机械化程度高、劳动强度低，施工進度快、对周边环境干扰小等优点，盾构法隧道技术被广泛应用于城市地铁修建工程。在盾构施工过程中，不可避免地会遇到盾构穿越河道等问题，如果处理不当，就会造成喷涌、管片上浮、管片渗漏等问题，严重者会则导致河床冒顶、河水倒灌的危险。因此开展盾构下穿河道技术研究也是非常必要的。
2、概述
苏州轨道交通四号线汽车客运站站～庞金路站区间左线长1430.416米，右线长1427.467米，隧道埋深9.9m～18.1m，隧道管片外径6.2m，管片厚度0.35m，单环管片长度1.2m，采用2台中铁装备CTE（Φ6400）土压平衡盾构机推进。盾构穿越运河范围：左线第206环～295环，右线第203环～295环，右线隧道在推进199环（左线203环）时，刀盘切口进入京杭大运河河道。运河宽约110m，水深5.1m，水面标高1.40m，河床底标高为-3.7m，河床至隧道结构面顶部距离约为9.6m。京杭大运河河底隧道范围内地质主要为②y淤泥质粉质粘土、③2粘土层及⑥1粘土层。
3、盾构穿越京杭运河主要技术难点及原因分析
3.1对古纤道驳岸保护
盾构穿越京杭运河前后，因河堤与河床部位隧道覆土厚度存在突变，盾构土仓压力设定值若不及时进行调整，必然会使古运河驳岸产生沉降和位移，对驳岸及周边设施构成危害。因此，在盾构机到达驳岸前，须做好驳岸监测点埋设及初始值采集工作，穿越过程中，加强河堤监测，及时反馈监测信息，以便调整土仓压力，从而减小对古纤道驳岸的影响。
3.2盾尾漏水、漏浆
盾构推进过程中，盾尾密封是阻隔地下水和同步注浆浆液渗入盾构机、确保开挖面的稳定及盾构正常掘进的重要装置。盾构机姿态与管片姿态偏差过大，管片与盾构机不同轴、密封油脂注入量偏小、同步注浆压力过大等原因，容易造成盾尾漏水、漏浆。如果盾尾出现涌水、漏浆，首先减少或停止同步注浆，以减小盾尾外部压力，并及时在泄露位置加注优质密封油脂。
另外，及时调整盾构机和管片姿态，减小泄露处的盾尾间隙。改变同步浆液配合比，加大水泥用量，缩短浆液的凝固时间，尽早降低盾尾处的浆液压力。
3.3喷涌
河床隧道开挖断面内主要以②y淤泥质粉质粘土为主，隧道下部为③2粘土层，因受运河水补给，其含水量较大。在盾构掘、刀盘转动过程中，难免会对土体产生扰动，若推进速度过快，刀盘转速设定偏大、推力增加，则会加大刀盘对土体的扰动程度，使水量集聚，产生喷涌。另外，在推进过程中，若土压设定不当，会造成河床隆起或沉降，形成水流通道，在水的作用下，土成流体状进入土仓，随着仓内压力的增大，形成喷涌现象。因此，在盾构机穿越河道时，必须设定合理的推进参数，尽量减少对土层的扰动，降低渣土中水的比例，是防止喷涌的关键。
3.4曲线推进
运河位于半径r=1000m的圆曲线上，盾构曲线推进时，盾构对外侧地层是挤压的状态，因盾尾空隙的发生会使地层向隧道内侧位移，回填压注压力也会使隧道产生位移。另外，曲线地段的盾构推进是依靠管片和地层提供反力的，因此，推进力的反力会使隧道向曲线外侧位移，如果隧道的纵向刚度和地层的刚度过小，可能引起管片和其外地层的过大位移，导致管片出现错台或破损。
3.5隧道内管片易出现的问题
3.5.1管片渗水
如果管片生产过程不规范、养护龄期不足，管片调运或拼装中碎裂、止水条粘贴质量不好、拼装时管片螺栓拧紧度不够等，会导致管片出现渗漏水现象。如果突破管片防水防线仍出现渗漏时，则通过管片吊装孔进行壁后二次注浆，注浆浆液采用双液浆，以达到堵漏的目的。
3.5.2管片上浮
地层性质对管片位移有很大影响，土质地层中土体强度越高，管片上浮越小，淤泥质粘土中管片上浮最大。在淤泥质地层中，盾构注浆选择合适的浆液材料，是控制管片上浮的关键。另外，浆液若不能达到及时有效地固结和稳定管片时，应适当控制盾构掘进速度在3cm/min以内，以便管片能被浆液充分固结稳定。其次，对盾构机进行负高程控制，压低盾构机垂直方向的姿态，确保盾构推进过程中管片轴线与隧道轴线保持一致。
3.5.3管片错台
管片错台是盾构施工中最常见的问题之一。产生错台的主要原因归纳为：（1）相邻两环管片的千斤顶推力变化较大，是造成管片错台最主要的原因；（2）盾构机姿态纠偏过快；（3）管片环间注浆压力不均衡；（4）管片螺栓紧固不到位等。通过加强盾构机姿态控制，控制盾构机的纠偏量，优化掘进参数及加强螺栓紧固，使管片错台现象得到了明显的改善。
4、施工技术
4.1推进模式选择
由于盾构下穿运河地层为淤泥质粘土，高含水量、高压缩性、低强度、低渗透性的饱和软粘性土，具有较高的灵敏度和触变特性，土层自稳性较弱，因此采用土压平衡模式进行掘进。采用该模式推进，可形成土塞效应，达到土仓压力始终不小于掌子面压力的效果，从而保证了盾构前方土体不坍塌，使盾构机安全顺利通过运河区域。
4.2掘进参数控制
由于盾构隧道下穿运河地段隧道覆土厚度相对较小，在盾构掘进过程中，须设置合理的掘进参数，以确保盾构安全顺利通过运河地段。盾构掘进参数如下：
（1）盾构推进速度控制在3cm/min以内；（2）土仓压力设置在根据实际计算的参数上增加0.1bar；（3）严格控制出土量，每环出土量控制在38m3以内，以减少刀盘对土体的扰动；（4）总推力控制在6000～8000kN；（5）刀盘扭矩8000～1000kN.m；（6）刀盘转速在1.2～1.3rpm/min；（7）推进油缸行程差不能超过40mm；（8）盾构轴线控制偏离设计轴线不大于±20mm，每环纠偏量控制在2mm以内。 4.3盾构机姿态控制
盾构下穿运河段位于圆曲线上，盾构机姿态控制相当重要，若姿态控制好，则可以减少盾构超挖及纠偏，从而减少对周围土体的扰动，避免因此产生的负面效应。在高触变性、高灵敏度、自稳能力差的淤泥质粘土中推进，盾构机容易出现“栽头”或者偏移设定轴线的问题，盾构姿态纠正难度相当大。另外，要控制推進速度，速度小则盾构的离心力小，管片往外侧挤压的力就相应较小，盾构机姿态就较容易控制。其次，在纠偏过中，如果调整千斤顶推力纠偏效果太过明显，则会引起纠偏量过大，从而导致盾构机“蛇形前进”。
在曲线段推进过程中，由于盾构掘进过程的同步注浆及二次注浆效果不能根本上保证管片外侧土体的承载强度，管片在承受侧向压力后，将向弧线外侧偏移。根据施工实践经验，同时需考虑掘进区域所处的地层情况，在运河曲线段掘进过程中，设置预偏量10～20mm。
4.4管片质量控制
（1）确保管片选型合理，管片车中放置顺序正确，提高拼装效率，尽最大可能缩短单环拼装的停机时间。
（2）做好管片安装前的质量检查，确保管片棱角完整，无破损，止水条粘贴牢靠，无起鼓现象。
（3）管片拼装时，隧道底部泥砂必须清理干净，以免管片受力不均匀发生破损。
（4）在推进过程中，依据隧道埋深及管片设计参数，合理选择管片，且保证管片拼装精度。
（5）当管片螺栓无法插入时，应查明原因，采取相应措施进行处理，切忌大幅度调整管片的位置，严防造成管片破损。
4.5同步注浆及二次注浆
盾构开挖后，已拼装的管片壁后与土层之间存在10 cm的建筑间隙，如果不能及时注浆回填，则可能导致管片上浮或造成河床沉降。同时，须保证同步注浆浆液的初凝时间控制在8h以内，避免因为浆液未固结而导致河床的沉降过大，避免出现开裂渗水现象。浆液配合比如表1所示，每环注浆量控制在每环5～6 m3，注浆压力控制在0.2～0.4 MPa，浆液稠度控制在10～12.5 cm，使浆液充分填充盾尾后隧道外建筑空隙，兼起到防水的作用。
盾构下穿河道时，由于同步注浆的局限性，注浆不充分，壁后仍留有部分间隙，因此，需进行二次补充注浆将壁后间隙填满，防止河床沉降、变形过大。二次注浆采用双液浆，水泥浆：水玻璃=l：l（体积比），注浆压力控制在0.2～0.3 MPa之间，快速固结，以达到控制河床沉降的目的。
4.6信息化指导施工
在盾构下穿运河前，测量人员须在地面测出运河河堤的具体里程，以确定洞内盾构穿越运河的位置，同时，在古纤道驳岸及时布设监测点，采集原始数据，加强每日的监测工作，做到信息化施工，确保驳岸及周边环境的安全。
另外，须量测不同里程位置处河道的深度，根据隧道埋设，准确计算出对应的土仓压力。同时，加强隧道内管片沉降监测，依据监测数据，及时调整盾构机掘进参数，保证盾构顺利的通过京杭运河。
4.7其他措施
盾构穿越运河前，须对盾构机及后配套要进行全面的检查、维修和保养，确保盾构机能够快速通过河道。尤其要保证盾尾密封、同步注浆及碴土改良三大系统正常运转。
（1）确保盾尾油脂泵送系统完好，管道畅通，盾构机尾刷密封良好，防止浆液、泥水从盾尾间隙流入盾构机内，造成地层损失，引起河床沉降、甚至诱发河水倒灌事故。
（2）做好地面拌和站、井下运输浆车、盾构机储浆罐和注浆泵维护保养工作，确保其性能良好，注浆管道畅通，可保证同步注浆正常进行。
（3）泡沫发生器及相关的泵送系统要畅通完好，刀盘、土仓、螺旋系统各喷口畅通，如有堵塞及时清理。
5、结束语
在盾构施工过程中，虽不可避免的遇到众多难题，但只要科学、合理地运用盾构法施工技术，问题都将迎刃而解。通过汽车客运站站～庞金路站区间盾构隧道下穿京杭大运河的工程实践得出：根据土层变化情况，只要合理设定土仓压力、同步注浆压力，保证同步注浆及二次注浆足量，同时，选择优质油脂且保证足量注入、做好管片防水材料粘贴，强化洞内导线测量及移站精度，确保数据准确，在曲线段推进中，提前预留预偏量，保证盾构轴线的偏差能控制在允许范围内，合理管片选型，缓慢纠偏，保证管片与盾构中心同轴，是预防盾构推进姿态超限、管片出现破损、错台、渗漏，有效地控制驳岸及运河河床的沉降，安全、顺利穿越京杭大运河的关键。
参考文献：
城陵矶《穿越长江水下软硬不均地层隧道修建技术》.中国铁道科学