武汉长江隧道工程盾构施工课件_002

武汉长江隧道工程武汉长江隧道工程 盾构施工技术盾构施工技术一、工程概况一、工程概况二、工程重二、工程重难点分析点分析 三、泥水盾构三、泥水盾构选型和性能型和性能四、施工关四、施工关键技技术五、浅覆土地面冒五、浅覆土地面冒浆应对措施措施 六、科技六、科技创新新 一、工程概况一、工程概况1、工程位置、工程位置武武汉长汉长江隧道江隧道为为武武汉汉市重点工程，是武市重点工程，是武汉汉市重要的市重要的过过江交通通道，位于武江交通通道，位于武汉汉长长江一、二江一、二桥桥之之间间。起点。起点为汉为汉口大智路与口大智路与铭铭新街的交叉口，新街的交叉口，终终点点为为武昌友武昌友谊谊大大道南道南侧规侧规划中的沙湖路，划中的沙湖路，线线路平面路平面见见下下图图。2.工程工程规模模工程范工程范围围包括盾构始包括盾构始发发井、到达井、盾构隧道、井、到达井、盾构隧道、联络联络通道、明挖暗埋隧道、通道、明挖暗埋隧道、A A、B B、C C、D D、E E、F F六条匝道、管理中心大楼、通六条匝道、管理中心大楼、通风风井、路面工程及机井、路面工程及机电设备电设备安装工程等。安装工程等。主主线线隧道建筑隧道建筑总长总长3630m3630m，其中盾构隧道左右，其中盾构隧道左右线线各各长长2538.6m2538.6m，过过江段江段长长1310m1310m。武汉长江隧道总平面图3.盾构隧道盾构隧道线路平、路平、纵、横断面、横断面设计概况概况盾构段隧道盾构段隧道线间线间距距为为16m16m28m28m，隧道，隧道线线路平面最小曲路平面最小曲线线半半径径为为800m800m。线线路路纵纵坡大致坡大致为为U U形，形，线线路最大下坡坡度路最大下坡坡度为为4.35%4.35%，最大上坡坡度最大上坡坡度为为4.4%4.4%。隧道覆土厚度在。隧道覆土厚度在6.8-43m6.8-43m之之间间。盾构隧道盾构隧道为为双洞分离式隧道，双洞分离式隧道，衬衬砌外径砌外径11000mm11000mm，内径，内径10000mm10000mm，采用通用（楔形量，采用通用（楔形量为为55mm55mm）钢钢筋混凝土管片。隧道筋混凝土管片。隧道断面底部断面底部设设逃生通道和逃生通道和电缆电缆通道，中部通道，中部为为行行车车道，上部道，上部为专为专用排用排烟道。烟道。为为改改善善隧隧道道的的防防灾灾条条件件，在在两两条条盾盾构构隧隧道道间间设设置置2 2条条联联络络通通道。道。n n4.4.隧道穿越地隧道穿越地隧道穿越地隧道穿越地层层岩性分布岩性分布岩性分布岩性分布n n本盾构隧道先后穿越淤泥本盾构隧道先后穿越淤泥质质粘土、粉粘土、粉细细砂、中粗砂、卵石、砂、中粗砂、卵石、上上软软下硬复合地下硬复合地层层等，具有地等，具有地层层多多变变、高承、高承压压水等特点水等特点。盾构隧道工程地质纵断面图 武武汉长汉长江隧道工程是个江隧道工程是个高高风险风险、高、高难难度、度、规规模大、技模大、技术术复复杂杂的的涉及多涉及多领领域的系域的系统统工程工程,技技术术特点和特点和难难点主要体点主要体现现在在长约长约2.5km2.5km，外径外径为为11m11m的两条的两条圆圆隧道的隧道的设计设计、施工和施工、施工和施工组织组织等方面，可以等方面，可以用多用多变变、长长、大、深、大、深、难难几个字来概况：几个字来概况：1、地、地质条件复条件复杂多多变。盾构隧道穿越的地盾构隧道穿越的地层层,进进出洞段以粉出洞段以粉质质粘土、粘土、淤泥粘土、粘土、淤泥质质粘粘土土为为主，江主，江边边及江中段以粉及江中段以粉细细砂及中粗砂砂及中粗砂为为主，江中段局部穿主，江中段局部穿过过上上软软下硬的复合地下硬的复合地层层，地，地质质条件复条件复杂杂且多且多变变，且隧道穿越的地，且隧道穿越的地层层透水性透水性强强，最大水，最大水压压达达0.6Mpa0.6Mpa。对对盾构机性能（适盾构机性能（适应应性、可靠性、性、可靠性、耐久性）要求高。耐久性）要求高。二、工程重二、工程重难点分析点分析2、高水高水压。在最大水在最大水压压0.6 Mpa0.6 Mpa下盾构推下盾构推进进的施工安全和工程防水是重点。的施工安全和工程防水是重点。关关键键是保是保证证主主轴轴承密封、盾尾密封在高承承密封、盾尾密封在高承压压状状态态下的正常工作、下的正常工作、耐久性和管片的拼装防水耐久性和管片的拼装防水质质量。量。3、长距离掘距离掘进。盾构盾构长长距离掘距离掘进进中密和密中密和密实实粉粉细细砂（石英含量高），并在江砂（石英含量高），并在江中段掘中段掘进进上上软软下硬地下硬地层层，切削中等，切削中等风风化基岩，化基岩，对对刀具特刀具特别别是是边边刀刀的磨的磨损损很大。盾构正面刀很大。盾构正面刀盘盘刀具耐久性和可靠性是一次刀具耐久性和可靠性是一次过过江成江成败败的关的关键键。4、周、周边环境复境复杂，保，保护难度大。度大。进进出洞段埋深浅，且下穿众多重要的建筑物，如出洞段埋深浅，且下穿众多重要的建筑物，如电电教楼、教楼、长长江江防洪大堤、武大防洪大堤、武大铁铁路、路、鲁兹鲁兹故居等故居等5、施工、施工难度大。度大。施工中存在以下技施工中存在以下技术难题术难题：高承高承压压水砂水砂层联络层联络通道施工通道施工风风险险大；大；特殊地段（浅覆土、上特殊地段（浅覆土、上软软下硬复合地下硬复合地层层、小半径曲、小半径曲线线段）段）盾构掘盾构掘进质进质量控制量控制难难度大；度大；大体大体积积、深手孔管片、深手孔管片预预制裂制裂纹纹防治防治难难度大。度大。二、盾构二、盾构选型、性能型、性能1、盾构的、盾构的选型型（1）盾构机的分类根据开挖面平衡根据地层和地下水情况，所采用的稳定开挖面的方法进行分类，盾构法分为敞开式盾构（自然平或机械支护）、气压盾构（压缩空气支护）、泥水盾构（泥水支护）、土压平衡盾构（碴土支护）和复合式盾构。盾构类型盾构类型基本原理基本原理支护方式支护方式/开挖面压力调节方式开挖面压力调节方式1 1敞开式敞开式自稳获机械支撑自稳获机械支撑2 2气压盾构气压盾构3 3泥水盾构泥水盾构盾构类型盾构类型基本原理基本原理支护方式支护方式/开挖面压力调节方式开挖面压力调节方式4 4气垫式泥水盾构气垫式泥水盾构5 5土压平衡盾构土压平衡盾构2、盾构、盾构选型型（）盾构（）盾构选选型的内容型的内容A A盾构机基本盾构机基本类类型的型的选择选择：土土压压盾构、泥水盾构、复合盾构盾构、泥水盾构、复合盾构B B盾构刀盾构刀盘盘与刀具的与刀具的选择选择：幅条式刀：幅条式刀盘盘、面板式刀、面板式刀盘盘；滚滚刀、切刀、先刀、切刀、先行刀、超挖刀。行刀、超挖刀。c c 主要功能的配置：主要功能的配置：土土压压盾构：加泥装置、泡沫注入装置盾构：加泥装置、泡沫注入装置；泥水盾构：冲洗装置、气泥水盾构：冲洗装置、气垫垫平衡装置；平衡装置；复合盾构：功能部件更复合盾构：功能部件更换换、多模式平衡功能多模式平衡功能（2）盾构机选型及定购的依据土质条件、岩性；开挖面稳定；隧道埋深、地下水位；设计隧道的断面；环境条件、沿线场地；衬砌类型；工期；造价；辅助工法；设计路线、线形、坡度；选型的原型的原则：掘得掘得进、稳得住、出得来、成形快、得住、出得来、成形快、环保好保好地质影响因素：土砂层、岩层，特别应考虑特殊地质条件，一般来说对于土层或淤泥质地层，选择土压平衡盾构；而砂层或卵石地层选择泥水；岩石地层选择土压盾构；对于复合地层需要综合分析。主要因素有：地层的渗透系数、岩土层的颗粒分布与组份、岩石的强度、岩石的RQD指标、地质构造。粉细砂卵石层粗砂砾层中细砂砾层粉细砾层粗砂粗砂泥砂泥砂粘土地地层渗透性与盾构渗透性与盾构选型型-10泥水盾构土压平衡盾构渗渗透透系系数数(m/s)-1-10-1-10-2-10-3-10-4-10-5-10-6-10-7-10-8-10-9-10-10-10-11本工程渗透系数环境因素：建构筑物、场地环境、工程投资作为控制地层变形能力评判，泥水盾构优于土压盾构；但是由于泥水处理系统的需要，工作场地要求大。从工程投资角度考虑，一般泥水盾构施工的成本高于土压盾构的1520%；且泥水系统会造成噪音污染。3、武、武汉长江隧道盾构性能介江隧道盾构性能介绍 根据武汉长江隧道盾构所穿越的地层分析，即有强度高的粉砂岩，也有粉细砂和粉质粘土等，以及高水压、周边环境条件复杂的特点，因此采用复合式泥水平衡盾构施工。具有高效的开挖系统、泥水压力平衡功能、泥水输送及管路延伸功能、控制及故障显示功能、方向控制及导向系统、数据采集处理和分析功能、管片安装功能、同步注浆功能、泥水分离系统等基本功能盾构由法国NFM公司设计，除核心设备采用进口件，部分结构在国内制造。（1）盾构机类型：膨润土-气垫式泥水平衡盾构；（2）开挖直径11.38米；（3）重量：主机与后配套的重量1100 t（主机900t，后配套200t），其中刀盘组件重160t；（4）长度：整机56米，主机壳体长度11.71米；（5）最小转弯半径400m；（6）推力：最大推力121220 kN；（18组共36根油缸）（7）扭矩：最大扭矩13650 kNm 0.85转/分；最大转速时的扭矩5050 kNm 2.3转/分；脱困扭矩17750 kNm；（8）速度：最大掘进速度40mm/min（1）刀盘和刀具设计支撑方式：中心支撑（八个辐条）刀盘型式：复合刀盘（39把17“单刃滚刀，224把切刀）开挖直径11380 mm，开口率30%（中心部位50%）滚刀安装在从半径2.0 m至周缘处，间距108mm；周边的保护刀32把；仿形刀1把；切刀磨损检测装置4把；刀盘分块数量3块；刀盘和刀具做了耐磨工艺处理，满足长距离掘进要求 三层刀具复合设计:（应付软土地层与硬岩地层的交替推进功能）刮刀设计有两排碳化镶嵌物，形成两层截割层。在掘进第一段沙和粘土中，第一排碳化物开挖土壤，此排碳化物保护盘刀不磨损。在下部是岩石的隧道段，岩石磨掉了刮刀上部的40 mm，直至盘刀可以正常作业，此时刮刀只是刮削岩石。当盾构到达第二段软土时，盘刀会很快磨损，第二排刮刀可以正常开挖沙和粘土，直至掘进结束。20mm11mm第二第二层滚层滚刀部分刀部分第一第一层层切刀切刀第二第二层层切刀切刀第二第二层层普通材普通材质质在在滚滚刀作用刀作用时时很快磨很快磨损损（2）刀盘驱动系统型式变频电机驱动，驱动功率2008即1600 kW；双向转速0 2.3 转/分(连续可调)；最大扭矩13650 kNm 0.85转/分；脱困扭矩17750 kNm主轴承类型3 排滚柱2排轴向-1排径向轴承主轴承寿命10000小时；密封2 5 道密封，开挖室的最大工作压力6.0 barn n（3 3）可靠的密封系）可靠的密封系统统：n n主主轴轴承密封承密封n n主主轴轴承由唇式密封来保承由唇式密封来保护护，配，配备备了了2 2排、每排排、每排5 5道唇式道唇式密封。如果外部密封。如果外部压压力力为为6bar6bar，HBWHBW油脂油脂压压力力应为应为6.5bar6.5bar，满满足江底掘足江底掘进进高水高水压压耐水耐水压压力。力。n n盾尾密封（防止泥盾尾密封（防止泥浆浆、地下水等、地下水等进进入盾构体内）入盾构体内）n n 采用四道盾尾密封，即三排采用四道盾尾密封，即三排钢丝钢丝刷刷+一排一排钢钢板束。以抵抗板束。以抵抗高水高水压压力及可能的流砂泄露力及可能的流砂泄露盾尾密封性能主要靠充盾尾密封性能主要靠充满满整个油脂整个油脂桥桥腔的油脂建立腔的油脂建立压压力密力密封，油脂封，油脂压压力的力的设设定定值值根据如下原根据如下原则设则设置置:若底部注若底部注浆浆管最大管最大压压力力设设定定值为值为N,N,三道盾尾油脂腔的三道盾尾油脂腔的压压力由盾尾向刀力由盾尾向刀盘盘方向依次方向依次为为N+2N+2、N+1N+1、N N。当地。当地层压层压力力过过高高时时，盾尾油脂腔的，盾尾油脂腔的压压力力应应综综合考合考虑虑盾尾刷盾尾刷结结构承受能力构承受能力进进行合理行合理调调整。整。（4）采用先进的气垫泥水压力维持技术使开挖面前部砂土中形成一层膨润土保护膜，通过使用位于主开挖室后的一个单独的气垫室来精确地控制开挖室以及盾构机前部膨润土保护膜的压力。这种系统能确保开挖面稳定。地地 层切削刀切削刀盘进浆管管排排浆管管膨膨润土溶液土溶液压缩空气空气连通管通管气气锁室室膨膨润土液区土液区泥水泥水压压力力设设置置泥水泥水压压力采用静止土力采用静止土压压力（水土分算）作力（水土分算）作为为控制控制上限，主上限，主动动土土压压力作力作为为控制下限。穿越密集建筑物控制下限。穿越密集建筑物时时压压力力设设定定值值靠近上限。一般根据地靠近上限。一般根据地层层性性质质，砂土、粉，砂土、粉土、粉土、粉质质粘土等渗透系数粘土等渗透系数较较大的地大的地层层，采用水土分算。，采用水土分算。地面荷地面荷载载偏偏压压的情况下，的情况下，压压力力设设定定值值宜取超宜取超载载和无荷和无荷载载的中的中间值间值。判断合理性的依据：判断合理性的依据：A、压力力设定要不断摸索，通定要不断摸索，通过地表沉降及地表沉降及时修正。修正。B、在渗透性大的地、在渗透性大的地层，利用泥，利用泥浆漏失量作漏失量作为检验压力力设定是否合理定是否合理为依据是可行的。依据是可行的。（5）推进系统最大推力121220 kN油缸数目36个、单个油缸推力3366 kN；油缸行程：2600 mm；油缸分组：为4组；最大推进速度40 mm/min；（6）泥水系统一是及时向开挖面密闭舱提供掘进施工需求的泥浆，用优质膨润土配制的泥浆的比重、粘度等技术指标必须满足在高透水砂层中形成泥膜和稳定开挖面的要求；二是及时把切削土砂形成的混合泥浆输送到地面进行分离和处理（达到环保要求后排放），再将回收的泥浆调整利用。泥水盾构的泥水系统由四大部分组成造浆分系统输送分系统处理分系统（振动筛和旋流器）振动筛作为首道初级分离比较合适，振动筛的作用始对泥水作预处理，去除团状和块状等粗大颗粒。旋流处理分系统的主要功能是将经过分离以后的中细颗粒浆液再次进行细化处理，逐次降低浆液粒径泥水监控分系统 粘土地粘土地层层泥泥浆浆采用小密度小流量，但由于泥水分采用小密度小流量，但由于泥水分离效果差，泥离效果差，泥浆浆密度上升快，一般都在密度上升快，一般都在1.21.2左右；砂左右；砂土地土地层层泥泥浆浆采用大密度大流量，一般采用大密度大流量，一般进浆进浆控制在控制在1.11.1左右。左右。在砂在砂层层段粘度适当提高，利于工作面段粘度适当提高，利于工作面稳稳定和泥水定和泥水输输送。送。(7)盾构盾构导向系向系统四、盾构施工关四、盾构施工关键技技术1、盾构始盾构始发技技术盾构始盾构始盾构始盾构始发发流程流程流程流程图图始推台架反力墙地基加固临时隔墙出洞口管片搬入临时管片 盾构始盾构始发发和到达技和到达技术术的关的关键键在于洞口地基加固范在于洞口地基加固范围围、效果和洞圈止水密封的效果。效果和洞圈止水密封的效果。（1 1）始）始发发地基加固地基加固由于始由于始发发端端处处于渗透性很小的土于渗透性很小的土层层中，土体加固采中，土体加固采用三用三轴搅轴搅拌拌桩桩和双重管高和双重管高压压旋旋喷喷相相结结合的方式。土体加合的方式。土体加固以固以搅搅拌拌桩为桩为主，高主，高压压旋旋喷为辅喷为辅，旋，旋喷桩喷桩加固加固搅搅拌拌桩桩与与连续墙间连续墙间的部分。的部分。见见下下图图所示。所示。（2 2）洞圈止水装置：）洞圈止水装置：设设两道帘布橡胶止水两道帘布橡胶止水带带。（3 3）辅辅助措施：增助措施：增设设降水井、降低地下水位，减小涌水降水井、降低地下水位，减小涌水风险风险。（4 4）始）始发发效果效果左左线线由于加固由于加固长长度超度超过过盾构主机盾构主机长长度，在出加固区前度，在出加固区前对对管片管片背后背后进进行注行注浆浆，防止了盾构出加固体后掘，防止了盾构出加固体后掘进时进时泥土、地下水从盾泥土、地下水从盾壳和洞壳和洞门门的的间间隙隙处处流出，确保了泥水流出，确保了泥水压压力的建立，始力的建立，始发发控制达到控制达到预预期效果。期效果。但右但右线线在出洞在出洞过过程中，由于加固程中，由于加固长长度短，帘布橡胶自身防水度短，帘布橡胶自身防水效果不好，泥水效果不好，泥水压压力无法正常建立，从而力无法正常建立，从而导导致上部地致上部地层层沉陷。沉陷。（5）体会地基加固的长度要综合考虑破除洞门后的土体稳定能力和洞门密封防水效果，加固长度最好大于盾构主机长度。对于土体加固采用的方法，从江南始发效果看，在粘土层中采用搅拌桩效果很好。建议洞门密封结构增加油脂腔,增强防水效果。2 2、浅覆土段施工技、浅覆土段施工技、浅覆土段施工技、浅覆土段施工技术术本工程盾构本工程盾构进进出洞段和武昌深槽段施工覆土厚出洞段和武昌深槽段施工覆土厚度均小于度均小于1D1D，施工中易出，施工中易出现现以下以下问题问题：（1 1）地表）地表冒冒浆浆；（；（2 2）地表沉降量大；（）地表沉降量大；（3 3）粘土粘附刀）粘土粘附刀盘盘；（4 4）管片上浮。）管片上浮。采取以下措施：采取以下措施：（1 1）合理）合理设设置置压压力，控制好切口水力，控制好切口水压压，尽量保持切口水，尽量保持切口水压压的的稳稳定。定。（2 2）推）推进进速度和姿速度和姿态态由于盾构机的推由于盾构机的推进进速度和姿速度和姿态态控制直接影响到土体沉降，要控制直接影响到土体沉降，要本着施工快速、高效的原本着施工快速、高效的原则则，优优化工序化工序衔衔接，快速通接，快速通过过。同。同时时盾盾构机的姿构机的姿态变态变化不宜化不宜过过大或大或过频过频。（3 3）在粘土地）在粘土地层层中掘中掘进进以低以低进进尺、高尺、高转转速推速推进进。（4 4）密切关注出土量）密切关注出土量变变化，以便及化，以便及时时采取措施控制超挖。采取措施控制超挖。（5 5）控制好泥）控制好泥浆浆循循环环，避免堵管引起，避免堵管引起压压力突力突变变。（6 6）利用中部及上部）利用中部及上部4 4个注个注浆浆管注管注浆浆，注，注浆浆采用一定稠度和早采用一定稠度和早强强的水泥砂的水泥砂浆浆，避免管片上浮。，避免管片上浮。（7 7）江底砂）江底砂层层掘掘进时进时，调调整好泥整好泥浆质浆质量量,将泥将泥浆浆的粘度提高。的粘度提高。盾构浅覆土下穿建筑物盾构浅覆土下穿建筑物盾构始盾构始发浅覆土下穿建筑物浅覆土下穿建筑物盾构下穿盾构下穿铁路示意路示意图武昌武昌长江防洪大堤江防洪大堤长江防洪大堤江防洪大堤隧道穿越位置隧道穿越位置武昌武昌长江防洪大堤江防洪大堤3、大直径盾构小半径曲、大直径盾构小半径曲线掘掘进管片破管片破损控制技控制技术当盾构当盾构进进入本隧道半径入本隧道半径800m800m曲曲线线段施工段施工时时，发发生管片被生管片被盾盾壳壳挤挤坏、管片坏、管片错错台和前后管片螺栓孔无法台和前后管片螺栓孔无法对齐对齐等等问题问题。主要是由。主要是由于于盾尾在盾尾在焊焊接接过过程中失程中失圆圆，造成盾尾，造成盾尾间间隙局部隙局部过过小，加之大直径小，加之大直径管片在拼装中不可避免的出管片在拼装中不可避免的出现现失失圆圆（武（武汉长汉长江隧道江隧道椭圆椭圆度度为为3 3左右）；因此盾构机在曲左右）；因此盾构机在曲线线上掘上掘进时进时，管片外弧与盾尾内壁管片外弧与盾尾内壁间间的的距离沿距离沿环环向分布不均匀向分布不均匀,造成一造成一侧间侧间距很小距很小,而另一而另一侧间侧间距距较较大大,产产生生“卡壳卡壳”，造成管片拉裂。，造成管片拉裂。采取的控制措施：采取的控制措施：（1 1）对对盾尾突出部分盾尾突出部分进进行打磨（主要是行打磨（主要是4545度角）；度角）；（2 2）盾构掘）盾构掘进过进过程中确保每米程中确保每米纠纠偏量；偏量；（3 3）合理）合理选选取管片的拼装点位；取管片的拼装点位；（4 4）管片拼装）管片拼装过过程中将管片往所程中将管片往所转转弯方向的弯方向的环环面人面人为为错错台台3mm3mm；（5 5）严严格三道复格三道复紧紧等制度，确保管片拼装成等制度，确保管片拼装成环质环质量量；（6 6）制定制定详细详细的管片修的管片修补补方案，管片方案，管片发发生破生破损损后及后及时时修修补补，确保防水效果。武，确保防水效果。武汉长汉长江隧道根据情况采用江隧道根据情况采用环环氧氧树树脂修脂修补补，效果不，效果不错错。4、地面沉降控制、地面沉降控制从从实际监测实际监测情况看，在盾构性能正常掘情况看，在盾构性能正常掘进进情况下，地表沉降情况下，地表沉降可控制在可控制在20mm20mm左右，保左右，保证证周周边环边环境安全。从地境安全。从地层层沉降沉降历历程程变变化化曲曲线线的情况看，盾构机通的情况看，盾构机通过过和盾构脱出后和盾构脱出后20m20m内内这这两个两个阶阶段是地段是地表表变变形的主要形的主要阶阶段，占到段，占到总总沉降量的沉降量的80%80%左右。左右。（1 1）均衡快速掘）均衡快速掘进进通通过过确保盾构机及后配套确保盾构机及后配套设备设备正常运正常运转转，使盾构均衡匀速施工，快速，使盾构均衡匀速施工，快速通通过过，以减少盾构施工，以减少盾构施工对对其影响。其影响。（2 2）施工参数）施工参数优优化化盾构穿越盾构穿越过过程中程中严严格控制切口水格控制切口水压压，同，同时时也必也必须严须严格控制与切口格控制与切口压压力相关的施工参数，如推力相关的施工参数，如推进进速度、速度、总总推力、推力、进进排排浆浆量等，尽量量等，尽量减少减少压压力的波力的波动动。（3 3）关）关键还键还是要精是要精细细操作盾构机，控制泥水操作盾构机，控制泥水压压力，力，调调整好泥整好泥浆浆质质量，使掌子面保持量，使掌子面保持稳稳定，加定，加强强泥水循泥水循环环系系统统控制和泥控制和泥浆浆管理，管理，适当减少出适当减少出碴碴量。量。（4 4）严严格控制同步注格控制同步注浆浆量和量和浆浆液液质质量量 武武汉长汉长江隧道利用盾构推江隧道利用盾构推进进中的切屑土研制开中的切屑土研制开发发出水下不分散砂出水下不分散砂浆浆同步注同步注浆浆材料，其主要指材料，其主要指标为标为：稠度：稠度171718cm18cm、初凝、初凝时间时间5h5h。施工。施工时时根根据使用情况和据使用情况和试验结试验结果果对浆对浆液液进进行行优优化化调调整。整。同步注同步注浆压浆压力大于泥水力大于泥水压压1-1.5bar1-1.5bar。同步注同步注浆浆量量综综合考合考虑虑不同地不同地层层和和周周边环边环境确定。粘土地境确定。粘土地层层注注浆浆填充率填充率160160180180，砂土地，砂土地层层注注浆浆填充填充率率130130150150基本上是比基本上是比较较合适的。合适的。武武汉长汉长江隧道江隧道（5 5）严严格控制格控制纠纠偏量偏量 严严格控制盾构推格控制盾构推进轴线进轴线，避免，避免过过多、多、过过量的盾构量的盾构纠纠偏，以减少盾构推偏，以减少盾构推进对进对土土层层的的扰动扰动，控制地表，控制地表变变形。形。（6 6）信息化）信息化动态动态施工施工（7 7）畅畅通信息沟通渠道通信息沟通渠道5、管片裂、管片裂纹控制技控制技术管片裂管片裂纹纹防治技防治技术术是本隧道大体是本隧道大体积积、深手孔混凝土管片、深手孔混凝土管片质质量量控制的关控制的关节环节节环节。（1 1）裂）裂缝缝出出现现的位置和原因分析的位置和原因分析蒸养前蒸养前产产生的裂生的裂纹为纹为塑性裂塑性裂纹纹，主要，主要产产生在生在管片外弧面，是由于管片外弧面，是由于环环境条件境条件导导致混凝土表面水分致混凝土表面水分的迅速失去而的迅速失去而产产生收生收缩缩，从而，从而导导致裂致裂缝缝的的产产生。生。蒸养脱模后在外弧面和蒸养脱模后在外弧面和侧侧面面产产生微裂生微裂纹纹，该该裂裂纹纹主主要是由于温差要是由于温差产产生的生的应应力造成的。力造成的。蒸养后深大手蒸养后深大手孔裂孔裂纹纹：由于本工程管片手孔尺寸：由于本工程管片手孔尺寸较较大，国内大部大，国内大部分混凝土管片的手孔深度在分混凝土管片的手孔深度在 l5cml5cm左右，而本工程管左右，而本工程管片的手孔尺寸达到了片的手孔尺寸达到了 23cm23cm，由于，由于钢钢模模导热导热性能好，性能好，在在钢钢模和混凝土的接触界面形成由混凝土模和混凝土的接触界面形成由混凝土侧侧指向指向钢钢模模侧侧的温度梯度，混凝土表面的温度梯度，混凝土表面产产生拉生拉应应力，在手孔力，在手孔突突变变区形成区形成应应力集中。力集中。蒸养前外弧面裂纹蒸养后侧面裂纹管片手孔裂纹（2 2）裂）裂纹纹的控制措施的控制措施 管片裂管片裂纹纹控制的关控制的关键键在于配合比在于配合比设计设计和蒸养制度，具体措施如下和蒸养制度，具体措施如下：优优化混凝土配合比化混凝土配合比。选选用低水化用低水化热热水泥，水泥，严严格控制水泥用量；格控制水泥用量；严严格控制水灰比；粗、格控制水灰比；粗、细细骨料的骨料的颗颗粒粒级级配要与混凝土的配比相适配要与混凝土的配比相适应应。制定蒸养作制定蒸养作业标业标准流程。准流程。管片蒸养必管片蒸养必须须先先试验试验，不可照搬照抄，不可照搬照抄规规范范.静养和升温、恒温、降温静养和升温、恒温、降温时间时间必必须须根据根据现场现场情况情况进进行行测测定后，制定切定后，制定切实实可行的作可行的作业业工工艺标艺标准。准。做到做到缓缓慢升温、高湿低温、慢升温、高湿低温、缓缓慢停汽，均匀降温，保持湿度。推慢停汽，均匀降温，保持湿度。推迟迟蒸汽养蒸汽养护护加大静停加大静停时间时间或是减少升温速率以防止蒸养引起的破坏作用。或是减少升温速率以防止蒸养引起的破坏作用。确保蒸汽均匀分布，避免局部受确保蒸汽均匀分布，避免局部受热热。混凝土及混凝土及时进时进行收光，收光后迅速用塑料薄膜行收光，收光后迅速用塑料薄膜进进行覆盖，行覆盖，预预防外露面失水，防外露面失水，是防止混凝土表面是防止混凝土表面产产生塑性裂生塑性裂纹纹的重要措施。的重要措施。重重视视厂房内的温度和湿度控制厂房内的温度和湿度控制(尤其是北方冬季施工尤其是北方冬季施工)，减小在管片在生，减小在管片在生产过产过程中混凝土和程中混凝土和钢钢模及与大气模及与大气环环境境产产生的湿度差。生的湿度差。在手孔部位及其周在手孔部位及其周围围模具上涂刷模具上涂刷纤维纤维水泥水泥浆浆，增，增强强管片混凝土表面抗拉管片混凝土表面抗拉强强度。度。严严格施工格施工过过程程监监控控.6、带压进仓技技术武武汉长汉长江隧道在左江隧道在左线线泥泥浆门浆门无法正常无法正常严严密关密关闭闭的情况下，因的情况下，因需需处处理碎石机油管爆裂和油缸缸体理碎石机油管爆裂和油缸缸体焊缝击焊缝击穿等故障，穿等故障，进进行了行了带压带压潜水作潜水作业业取出泥取出泥浆门浆门滑槽和在滑槽和在2.6bar2.6bar压压力下力下带压焊带压焊接碎石机油管接碎石机油管等等带压带压工作，同工作，同时时在在过过江前江前为进为进行刀具磨行刀具磨损检查损检查，创创造了国内造了国内4.5bar4.5bar压压力下力下带压带压作作业业的新的新记录记录。为为确保确保带压带压作作业业工作的安全，工作的安全，主要主要应应做好以下工作：做好以下工作：（1 1）根据）根据现场现场情况情况选择选择合适的合适的带压带压方式方式如武如武汉长汉长江隧道工程盾构始江隧道工程盾构始发发掘掘进过进过程中，程中，发现发现泥泥浆门浆门不能不能正常工作，正常工作，该该段隧道覆土厚度只有段隧道覆土厚度只有7m7m左右，就采用了左右，就采用了压压气与潜气与潜水相水相结结合的方法，完成了泥合的方法，完成了泥浆门浆门的修复工作。即保的修复工作。即保证证了开挖面了开挖面稳稳定，又避免气体定，又避免气体发发生泄漏。生泄漏。（2 2）提前做好人）提前做好人员员身体身体检查检查和培和培训训，选择实选择实力雄厚力雄厚、经验经验丰富丰富的合作的合作单单位。位。（3 3）制定）制定详细详细的作的作业业方案：方案：设设定确保开挖面定确保开挖面稳稳定和防止涌水所必定和防止涌水所必须须的最小的最小压压气气压压力，以避力，以避免施工免施工对对周周边环边环境及附近地区境及附近地区产产生影响；生影响；带压带压作作业业前，提前做好前，提前做好设备设备（加（加压设备压设备、通、通讯设备讯设备、应应急救急救护护设备设备、应应急急电电力力设备设备等）的等）的检查检查，确保完好。，确保完好。应应急急设备设备物物资资准准备备到位；到位；带压带压作作业时业时，要保，要保证证泥膜泥膜质质量并不得破坏泥膜，同量并不得破坏泥膜，同时时控制好控制好压压力波力波动动。（4 4）制定）制定详细详细的的应应急急预预案并案并进进行技行技术术交底，如交底，如2.6bar2.6bar压压力下力下带压带压焊焊接碎石机油管作接碎石机油管作业业，要做好防火、通，要做好防火、通风风、压压力力设备设备泄露等安全泄露等安全防范工作。防范工作。带压潜水作潜水作业取出泥取出泥浆门滑槽滑槽在在2.6bar压力下力下带压焊接碎石机油管接碎石机油管过江前江前4.5bar压力下力下带压检查刀具刀具 、盾构掘进认识和体会（1 1）重）重视视和加和加强强盾构盾构设计联络设计联络、监监造与工厂造与工厂组组装装调试调试工作。确保盾构工作。确保盾构在工厂在工厂组组装装调试调试合格后再拆卸到工地合格后再拆卸到工地组组装，避免因装，避免因质质量缺陷在量缺陷在现场进现场进行修改，行修改，现场现场受条件限制，修改受条件限制，修改难难度大且度大且质质量无法保量无法保证证，将，将为为后期掘后期掘进带进带来来隐隐患。患。（2 2）加）加强强人人员员技技术术培培训训。针对针对目前目前现场现场技技术资术资源缺乏，加源缺乏，加强强和提高操和提高操作作员员工的工的业务业务水平和水平和应应急急应变应变能力是确保安全施工的关能力是确保安全施工的关键环节键环节。（3 3）加）加强强系系统统管理、管理、严肃严肃施工施工纪纪律杜律杜绝违绝违章作章作业业。泥水盾构施工要做。泥水盾构施工要做到管理系到管理系统统化，化，实实施包括泥水施包括泥水压压、出、出碴碴量、同步注量、同步注浆浆和地和地层变层变形等施工管理形等施工管理数据在内的数据在内的综综合系合系统统管理。武管理。武汉长汉长江隧道江隧道坚坚持持实实施了方案施了方案专专家家审查审查、地、地质质素素描和反描和反馈馈制度及管片拼装掘制度及管片拼装掘进进通知通知单单等制度，有效的提高了等制度，有效的提高了员员工工责责任心和工任心和工作作质质量。量。（4 4）盾构掘）盾构掘进过进过程中做到三有序三平衡三平程中做到三有序三平衡三平稳稳：施工：施工组织组织管理有序、管理有序、机械保养有序、信息管理有序；泥水机械保养有序、信息管理有序；泥水压压力平衡、注力平衡、注浆压浆压力平衡、注力平衡、注浆浆量与量与进进尺平衡；盾构掘尺平衡；盾构掘进进姿姿态态平平稳稳、管片拼装姿、管片拼装姿势势平平稳稳、推、推进进速度平速度平稳稳。1、岸上浅覆土段地表冒、岸上浅覆土段地表冒浆处理措施理措施（1 1）稍微降低泥水控制）稍微降低泥水控制压压力，在力，在较较小波小波动动情况下快速通情况下快速通过过；（2 2）地表覆盖（）地表覆盖（砼砼、粘土堆高）；、粘土堆高）；（3 3）通）通过过后地表后地表钻钻孔注孔注浆浆；（4 4）提高泥）提高泥浆质浆质量。量。五、浅覆土地面冒五、浅覆土地面冒浆应对措施措施2、江中工作面失、江中工作面失稳处理措施理措施20072007年年9 9月月1 1日日1313：4545，右，右线线盾构隧道在第盾构隧道在第434434环环掘掘进进1930mm1930mm时时（里程（里程为为RK4RK4402.770402.770，武昌深，武昌深槽附近），由于槽附近），由于P1.1P1.1泵泵突然跳停，关突然跳停，关闭闭泥泥浆浆循循环环不不及及时时，气，气仓仓液位迅速降低，液位迅速降低，导导致气体从气致气体从气仓仓底部的底部的泥泥浆门浆门位置位置进进入泥水入泥水仓仓逃逸，造成土体松逃逸，造成土体松动动而而发发生生坍塌坍塌现现象，坍塌的土体涌入土象，坍塌的土体涌入土仓仓，增加了刀，增加了刀盘盘旋旋转转的的搅搅拌阻力，使刀拌阻力，使刀盘盘不能旋不能旋转转。事故事故发发生的位置埋深生的位置埋深约约16m16m，河床上部水，河床上部水深深约约22m22m，顶顶部理部理论论设设置置压压力力为为4.6Bar4.6Bar。隧道主要穿越中粗砂隧道主要穿越中粗砂层层，顶顶部部为为中粗砂、中粗砂、粉粉细细砂地砂地层层。由于工作面失由于工作面失稳稳塌方后与塌方后与顶顶部江水部江水联联通，泥水通，泥水压压力平衡破坏，力平衡破坏，要恢复正常掘要恢复正常掘进进状状态态必必须须重新建立重新建立稳稳定的切口水定的切口水压压和和实现实现盾构脱盾构脱困恢复掘困恢复掘进进。（1 1）重新建立）重新建立稳稳定的切口水定的切口水压压首先配首先配备备高性能泥高性能泥浆浆，采用聚合物泥，采用聚合物泥浆浆加入木屑、珍珠岩、加入木屑、珍珠岩、谷壳等谷壳等(堵漏堵漏)材料，聚合物泥材料，聚合物泥浆浆由不同分子量的大、中分子材料由不同分子量的大、中分子材料和正和正电电胶胶组组成，主要是增成，主要是增强结强结构、提高粘度，改善流构、提高粘度，改善流变变性，利于性，利于携携带带和和稳稳定开挖面的作用，加入的木屑、珍珠岩、谷壳等材料等定开挖面的作用，加入的木屑、珍珠岩、谷壳等材料等不同不同颗颗粒粒级级配的原植物配的原植物纤维纤维和惰性和惰性矿矿物物质质，能快速，能快速对对土土层层的孔隙的孔隙进进行封堵。通行封堵。通过过泥泥浆浆的注入和渗透，建立起的注入和渗透，建立起稳稳定的切口定的切口压压力。力。（2 2）盾构脱困）盾构脱困在建立起切口在建立起切口压压力后，将坍塌在泥水力后，将坍塌在泥水仓仓和气和气仓仓的的碴碴土循土循环环出出仓仓外后，并持外后，并持续续泥水循泥水循环环清洗，以正清洗，以正转转、反、反转轮转轮流反复流反复轻轻微微动动作作转动转动刀刀盘盘，当刀，当刀盘盘出出现现小幅度小幅度转动转动后，持后，持续续以脱困扭矩正以脱困扭矩正转转、反、反转转交替交替动动作，使整个刀作，使整个刀盘盘旋旋转转起来，刀起来，刀盘转动盘转动后后应应力争快速向前力争快速向前推推进进，否，否则则原地空原地空转转的刀的刀盘盘会会扰动扰动土体引起新塌方。土体引起新塌方。（3 3）加）加强监测强监测控制控制（4 4）经验经验教教训训这这次事故的直接原因是盾构次事故的直接原因是盾构电电器故障，但也与操作人器故障，但也与操作人员应员应急急应变应变能力不足有很大关系，因此在盾构掘能力不足有很大关系，因此在盾构掘进过进过程中要按照相关制程中要按照相关制度度进进行行设备设备的的检检修和修和维维保，确保保，确保设备设备完好并保障措施到位，同完好并保障措施到位，同时时做好操作人做好操作人员员的的应应急急应变应变能力的培能力的培训训和制定和制定详细详细的的应应急救援急救援预预案案并演并演练练。六、科技六、科技创新新 武武汉长汉长江隧道在隧道建江隧道在隧道建设设管理和施工方面管理和施工方面实现实现多方面革新，依多方面革新，依靠科技自主靠科技自主创创新，新，顺顺利通利通过过了密集建筑群和了密集建筑群和长长江大堤、武昌深槽、江大堤、武昌深槽、上上软软下硬复合地下硬复合地层层，经历经历了高水了高水压压的考的考验验。武。武汉长汉长江隧道盾构工江隧道盾构工程取得了大量极其珍程取得了大量极其珍贵贵的施工的施工实实例和参数，一些关例和参数，一些关键键技技术术达到国达到国际际先先进进水平，开水平，开创创多多项项国内施工先例，将国内施工先例，将为为目前正在目前正在规规划和建划和建设设中的国内其他穿江隧道的建中的国内其他穿江隧道的建设设起到起到领领航作用。万里航作用。万里长长江第一隧的江第一隧的建成建成标标志着我国全面攻克了复志着我国全面攻克了复杂杂地地质质条件下大型交通条件下大型交通过过江隧道施江隧道施工技工技术难题术难题，具有重要的里程碑意，具有重要的里程碑意义义。1 1、国内第一次、国内第一次4 4、5bar5bar高高压进仓检查压进仓检查刀具，刀具，实现实现自主作自主作业业，可可实现实现高水高水压压复复杂环杂环境下刀具境下刀具检查检查更更换换等作等作业难题业难题。2 2、利用盾构掘削土研究出不同、利用盾构掘削土研究出不同掺掺加材料、不同加材料、不同强强度、具有度、具有抗地下水稀抗地下水稀释释作用的作用的浆浆液配方，做到以土液配方，做到以土还还土以砂土以砂还还砂，砂，浆浆液液实实体体强强度超度超过过原状土的原状土的强强度。不度。不仅仅减小地面沉降和管片上浮等常减小地面沉降和管片上浮等常见见盾构施工盾构施工问题问题，同，同时时也减少弃土外运，减小也减少弃土外运，减小环环境境污污染，降低工程染，降低工程施工成本。施工成本。3 3、高抗渗、高抗渗长长寿命大直径隧道管片寿命大直径隧道管片结结构构设计设计与生与生产产采新材采新材料工料工艺艺，大大提高隧道耐久性，大大提高隧道耐久性，标标志着我国盾构隧道管片材志着我国盾构隧道管片材料的生料的生产产和和应应用技用技术术具具备备了国了国际际先先进进水平。水平。4 4、两台盾构不、两台盾构不仅仅仅仅取得正常越江的取得正常越江的经验经验，更是在征服，更是在征服江底塌方的挑江底塌方的挑战战中中获获得了极其得了极其难难得的得的经验经验。特。特别别是在江底塌是在江底塌方后，江水与隧道开挖面方后，江水与隧道开挖面连连通情况下，采用高分子聚合物泥通情况下，采用高分子聚合物泥浆浆体系体系处处理，做到泥水盾构仍然能理，做到泥水盾构仍然能继续继续掘掘进进。不。不仅仅体体现现了泥了泥水盾构水盾构对对高渗透性砂高渗透性砂层长层长距离掘距离掘进进的的优势优势，更是丰富了泥水，更是丰富了泥水盾构江底塌方盾构江底塌方处处理的案例。理的案例。5 5、通、通过过刀刀盘盘刀具配制和耐磨性刀具配制和耐磨性优优化化设计设计，保，保证证了了长长距离距离掘掘进进2500m2500m不不换换刀。刀。6 6、总结总结了一套切了一套切实实可行的浅覆土大直径盾构穿决密集保可行的浅覆土大直径盾构穿决密集保护护性建筑物群沉降控制技性建筑物群沉降控制技术术，地表沉降控制在，地表沉降控制在20mm20mm以内。以内。