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摘要：随着地铁建设的快速发展，穿越江河湖海的情况越来越多，盾构法施工作为最安全、最有效的施工工艺已经广泛应用于过江过河地铁隧道的施工中。本文结合佛山地铁二号线湾登区间盾构下穿东平水道工程实例，分析研究了盾构机穿越水道过程中遇到的难题及技术措施，为土压平衡盾构机在过江过河施工提供了借鉴。
引言
由于在很多城市都有江河流经，因此时有地铁隧道穿越江河底情况的发生。如武汉长江过江隧道、杭州庆春路过江隧道、南京纬三路过江通道、广深港狮子洋隧道等。虽然盾构法过江施工有对环境影响小、施工效率高、不影响通航、不受气候影响等优势，但也由于地质条件复杂、高水压作用、机械设备的可靠性等问题，使的江底塌方、出渣喷涌、地面沉降、盾尾刷漏水等盾构施工难题发生概率较高。因此盾构法过江、过河施工的风险分析和制定合理的技术措施显得尤为重要。
1工程概况
佛山地铁2号线湾登区间隧道于佛山市佛陈公路佛陈大桥下游22.45～62.0m处下穿东平水道，为东平水道的白蛇漩段，属历史险段，区间隧道采用刀盘直径6.28m的土压平衡盾构机进行推进。
该段东平水道河床宽约90m，丰水期（4-10月）河床100m，通航2000吨级船舶，丰水期河运繁忙。河道左岸为佛山大堤（北大堤），属佛山市禅城区；右岸为南顺联安围（南大堤），属佛山市顺德区。佛山大堤是二级堤防，全长41公里。河堤采用浆砌片石护坡，河水受潮汐影响，深度为4.5～16.2m。河水水位常年为14.0～16.0m。隧道拱顶距两岸大堤顶部为29.9～30.5m，隧道拱顶距河床底部最小距离分别为左线9.43m、右线9.03m。
隧道过河段主要地层为〈2-2〉淤泥质粉细砂/粉细砂、〈4N-2〉粉质粘土、〈3-2〉中粗砂、〈7-1〉强风化泥岩/砂质泥岩、〈8-1〉中风化泥岩/砂质泥岩。掌子面地层主要为〈7-1〉强风化泥岩/砂质泥岩和〈8-1〉中风化泥岩/砂质泥岩，局部有中粗砂层和粉质黏土侵入隧道的现象。河底隧道以上地层透水性强，粉细砂渗透系数为κ=4 m/d，中粗砂渗透系数为κ=12 m/d，强风化泥岩渗透系数为κ=0.8 m/d，河水与地下水直接连通，因此河底段隧道范围内地下水量大、承受水压高。
2盾构下穿东平水道施工中的难题
2.1施工风险性分析
（1）盾构过东平水道期间，两岸大堤过大沉降或大堤开裂，造成河道防汛系统受损。
（2）河面冒水花、冒浆或河底坍塌，造成社会负面影响或使河道通航中断。
（3）机械设备故障，造成河中临时停机风险。
（4）出渣喷涌、喷水或盾尾密封系统失效，使隧道内积水量过大，甚至被淹没，造成人员伤亡和财产损失。
2.2原因分析
主要从设备运行及人员操作、施工技术和环境条件等方面进行分析。
（1）设备运行及人员操作方面
①推进和开挖系统故障
由于地层为砂质泥岩，盾构推进过程中易使刀盘结泥饼造成掘进困难；随着掘进硬岩长度的增加，必然会导致刀盘刀具的磨损，掘进速度降低甚至无法继续掘进；掘进困难造成开挖量过大，使地面或河道沉降过大，影响通航甚至破坏河道的防汛大堤。
②同步注浆系统故障
同步注浆设备故障导致注浆不及时，使管片上浮严重，同时盾尾渗漏水的几率增加。
③泡沫系统故障
泡沫系统故障导致泡沫发泡效果不佳，影响渣土改良效果；泡沫注入量过少使掘进参数异常，甚至掘进困难。
④盾尾密封失效
盾尾密封失效或盾尾油脂注入异常，使地下水高水压的作用下从盾尾涌如盾体内的几率增加。
（2）施工技术方面
①土压的设定失误
土压是根据水土压力进行设定，计算模型选择失误导致土压偏差较大，土压较大造成压力击穿覆土使河面冒水花，土压较低造成不能有效平衡掌子面水土压力使地面沉降甚至塌陷。
②同步注浆和二次注浆参数控制不当
同步注浆和二次注浆量过大或压力过高导致击穿覆土造成河面冒浆。
（3）环境条件异常
①地质条件异常
由于覆土砂层与隧道拱頂之间距离较小，且河中地质勘察密度不足，砂层侵入隧道的几率增加，如果砂层侵入隧道则会出现砂层伴随着地下水从螺旋输送机涌入隧道的风险。
②地下水与河水连通
由于地下水水压较高，盾构掘进过程中易出现出渣喷涌，甚至地下水从盾尾和螺旋输送机涌入隧道的风险。
通过分析，主要的风险有：刀盘结泥饼、两岸大堤沉降过大甚至开裂、河底塌陷、盾尾密封系统故障、盾构机掘进轴线偏离和盾构机出渣喷涌。
3盾构下穿东平水道施工风险的技术措施
3.1盾构下穿东平水道施工前的准备措施
（1）过河前刀具检查
盾构过河前，根据施工方案要求进行开仓检查刀具，使盾构机安全、顺利掘进通过东平水道，避免河中停机换刀的风险。
（2）过河前盾尾刷更换
盾构机长时间的掘进，盾尾刷不可避免的有一定磨损，为降低盾构在河底高水压作用下出现盾尾涌水涌砂，甚至隧道被淹没的风险，完成盾尾刷更换工作。
（3）机械设备的全面检查验收
在盾构机过东平水道前，为减少盾构机在河底出现故障而停机的风险，邀请盾构机厂家进行联合检查和验收，保障过河期间盾构机设备的安全。
（4）盾构在富水泥岩地层中掘进参数的制定
过河段隧道掌子面地层主要为〈7-1〉强风化砂质泥岩和〈8-1〉中风化砂质泥岩地层，且地层中的裂隙水通过覆土层中的中粗砂层与东平水道河水联通，水量丰富水压大。制定合理的掘进参数十分重要。具体盾构机下穿东平水道掘进参数如表1所示。 3.2过河过程中应对风险的技术措施
3.2.1刀盘结泥饼的技术措施
（1）采用膨润土浆液进行渣土置换。操作方法为将膨润土浆液注入土仓内，边注入膨润土边出渣，过程中上部土压稳定在200KPa，直到出渣为膨润土为止。
（2）缓慢转动刀盘继续出渣，出渣量为土仓内容积的3/5，即土仓渣土位置低于中心滚刀， （下转第页）
（上接第页）然后向土仓内注入分散剂，利用分散剂的特性软化、分解粘接在刀盘上的黏土，注入分散剂时，上部土压稳定在200KPa。分散剂注入完成后静置48小时，24小时之后可以缓慢转动刀盘。
（3）48小时后，快速转动刀盘10分钟，使刀盘上的黏土脱落，然后开始出渣并准备盾构机推进。
（4）盾构机恢复推进后，土仓内存土控制在1/2，减少刀盘结泥饼的几率；渣土改良采用分散型泡沫剂，并保证渣土的流塑性。
3.2.2两岸大堤沉降过大甚至开裂的技术措施
（1）技术措施
掘进过程中根据地层的变化情况及时优化掘进参数，控制出渣量；根据大堤沉降变化情况严格控制同步注浆和二次注浆；加密地面沉降监测，反馈指导施工。
（2）处理方法
①当大堤或地面隆起超过10mm时。及时调整掘进参数，提高刀盘转速，适当增加出土量，降低土仓压力。
②当大堤或地面沉降值超过30mm时。及时调整掘进参数，降低刀盘转速，减少出土量，提高土仓压力；适当增加同步注浆量和增加二次注浆量防止地面继续沉降，并降低后期二次沉降的几率。
③当大堤或地面发生开裂或空洞时。立即对塌陷区围敝，立即采用商品混凝土填充空洞；填充后，对沉降区围敝，采用WSS注浆或袖阀管注浆等方法对沉降区域注浆填充控制地面沉降；同时洞内增加二次注浆量防止地面继续沉降，并降低后期二次沉降的几率。
3.2.3河底塌陷时的技术措施
（1）首先通过径向注浆孔探查拱顶砂层的厚度，从10点和2点以上的径向注浆孔进行探查，分析判断拱顶砂层厚度为1.0～1.4m。后续掘进过程中，每两环探查拱顶砂层的厚度，为掘进参数的调整提供依据。
（2）优化掘进参数。一是实现全土压掘进，并严格控制出土量，防止河底继续沉降；二是提高土压，减少汇水通道和仓内的存水空间，减少喷涌现象的发生。
（3）进行渣土改良，实现渣土的流塑性和止水性，使出渣连续。采用高分子聚合物和膨润土进行渣土改良，注入方法为通过加泥箱注入土仓内。
3.2.4盾尾密封失效时的技术措施
（1）技术措施
①盾构到达东平水道前，对盾尾刷进行检查，并随即更换已破损或接近破损的部件，并加强盾尾油脂泵的维修保养。
②盾构穿越过程中，执行每5～10环进行一次隧道外双液注浆封环的工艺，隔绝后部水体流通通道。
③盾构穿越期间加大盾尾油脂压注量与频率，盾尾油脂采用优质材料，过河期间采用康达特油脂。
（2）处理方法
①盾尾一旦漏水，立即用棉胎、海绵条、堵漏剂等材料进行封堵，减少漏水量。
②采用速凝型浆液在相邻盾尾最近的管片吊装口进行每孔注浆，在缓解了漏浆、漏水状态后，试行推进，同时对同步注浆、盾尾打油进行严格掌控。
③立即采用洞内排水系统将积水排除洞外，防止淹没隧道或损坏电子阀件。
④立即修理盾尾油脂泵，加大盾尾油脂的注入量進行封堵漏水通道。
3.2.6盾构机出渣喷涌时的技术措施
（1）针对盾尾后方来水。在脱出盾尾管片10～15环位置进行管片壁后二次注浆施工止水环来封堵盾尾后方来水。
（2）工序临时停机过程向土仓内注入膨润土浆液，使前方掌子面形成保护泥膜，并填充基岩裂隙减少汇水通道。
（3）推进过程通过加泥箱向土仓内注入膨润土或高分子聚合物，改良渣土性状，实现增稠、止水的效果，减少喷涌现象的发生。
4小结
佛山地铁2号线湾登区间盾构机下穿东平水道施工过程受地质情况复杂多变、隧道拱顶砂层厚度大、地下水丰富环境、线路条件、盾构机设备的客观条件限制等诸多因素的影响，施工风险大为增加。本文根据实际情况研究分析盾构过河存在问题，并制定相应技术措施，确保了盾构机安全、顺利过河，为今后该工况下盾构机穿江过河提供了借鉴。
参考文献：
[1]陈馈、洪开荣、吴学松等；盾构施工技术；北京：人民交通出版社，2009
[2]曹晶珍，李俊伟.过江隧道盾构法施工风险分析及控制[J].地下空间与工程学报，2012，08（z2）：1777-1781.
引言
由于在很多城市都有江河流经，因此时有地铁隧道穿越江河底情况的发生。如武汉长江过江隧道、杭州庆春路过江隧道、南京纬三路过江通道、广深港狮子洋隧道等。虽然盾构法过江施工有对环境影响小、施工效率高、不影响通航、不受气候影响等优势，但也由于地质条件复杂、高水压作用、机械设备的可靠性等问题，使的江底塌方、出渣喷涌、地面沉降、盾尾刷漏水等盾构施工难题发生概率较高。因此盾构法过江、过河施工的风险分析和制定合理的技术措施显得尤为重要。
1工程概况
佛山地铁2号线湾登区间隧道于佛山市佛陈公路佛陈大桥下游22.45～62.0m处下穿东平水道，为东平水道的白蛇漩段，属历史险段，区间隧道采用刀盘直径6.28m的土压平衡盾构机进行推进。
该段东平水道河床宽约90m，丰水期（4-10月）河床100m，通航2000吨级船舶，丰水期河运繁忙。河道左岸为佛山大堤（北大堤），属佛山市禅城区；右岸为南顺联安围（南大堤），属佛山市顺德区。佛山大堤是二级堤防，全长41公里。河堤采用浆砌片石护坡，河水受潮汐影响，深度为4.5～16.2m。河水水位常年为14.0～16.0m。隧道拱顶距两岸大堤顶部为29.9～30.5m，隧道拱顶距河床底部最小距离分别为左线9.43m、右线9.03m。
隧道过河段主要地层为〈2-2〉淤泥质粉细砂/粉细砂、〈4N-2〉粉质粘土、〈3-2〉中粗砂、〈7-1〉强风化泥岩/砂质泥岩、〈8-1〉中风化泥岩/砂质泥岩。掌子面地层主要为〈7-1〉强风化泥岩/砂质泥岩和〈8-1〉中风化泥岩/砂质泥岩，局部有中粗砂层和粉质黏土侵入隧道的现象。河底隧道以上地层透水性强，粉细砂渗透系数为κ=4 m/d，中粗砂渗透系数为κ=12 m/d，强风化泥岩渗透系数为κ=0.8 m/d，河水与地下水直接连通，因此河底段隧道范围内地下水量大、承受水压高。
2盾构下穿东平水道施工中的难题
2.1施工风险性分析
（1）盾构过东平水道期间，两岸大堤过大沉降或大堤开裂，造成河道防汛系统受损。
（2）河面冒水花、冒浆或河底坍塌，造成社会负面影响或使河道通航中断。
（3）机械设备故障，造成河中临时停机风险。
（4）出渣喷涌、喷水或盾尾密封系统失效，使隧道内积水量过大，甚至被淹没，造成人员伤亡和财产损失。
2.2原因分析
主要从设备运行及人员操作、施工技术和环境条件等方面进行分析。
（1）设备运行及人员操作方面
①推进和开挖系统故障
由于地层为砂质泥岩，盾构推进过程中易使刀盘结泥饼造成掘进困难；随着掘进硬岩长度的增加，必然会导致刀盘刀具的磨损，掘进速度降低甚至无法继续掘进；掘进困难造成开挖量过大，使地面或河道沉降过大，影响通航甚至破坏河道的防汛大堤。
②同步注浆系统故障
同步注浆设备故障导致注浆不及时，使管片上浮严重，同时盾尾渗漏水的几率增加。
③泡沫系统故障
泡沫系统故障导致泡沫发泡效果不佳，影响渣土改良效果；泡沫注入量过少使掘进参数异常，甚至掘进困难。
④盾尾密封失效
盾尾密封失效或盾尾油脂注入异常，使地下水高水压的作用下从盾尾涌如盾体内的几率增加。
（2）施工技术方面
①土压的设定失误
土压是根据水土压力进行设定，计算模型选择失误导致土压偏差较大，土压较大造成压力击穿覆土使河面冒水花，土压较低造成不能有效平衡掌子面水土压力使地面沉降甚至塌陷。
②同步注浆和二次注浆参数控制不当
同步注浆和二次注浆量过大或压力过高导致击穿覆土造成河面冒浆。
（3）环境条件异常
①地质条件异常
由于覆土砂层与隧道拱頂之间距离较小，且河中地质勘察密度不足，砂层侵入隧道的几率增加，如果砂层侵入隧道则会出现砂层伴随着地下水从螺旋输送机涌入隧道的风险。
②地下水与河水连通
由于地下水水压较高，盾构掘进过程中易出现出渣喷涌，甚至地下水从盾尾和螺旋输送机涌入隧道的风险。
通过分析，主要的风险有：刀盘结泥饼、两岸大堤沉降过大甚至开裂、河底塌陷、盾尾密封系统故障、盾构机掘进轴线偏离和盾构机出渣喷涌。
3盾构下穿东平水道施工风险的技术措施
3.1盾构下穿东平水道施工前的准备措施
（1）过河前刀具检查
盾构过河前，根据施工方案要求进行开仓检查刀具，使盾构机安全、顺利掘进通过东平水道，避免河中停机换刀的风险。
（2）过河前盾尾刷更换
盾构机长时间的掘进，盾尾刷不可避免的有一定磨损，为降低盾构在河底高水压作用下出现盾尾涌水涌砂，甚至隧道被淹没的风险，完成盾尾刷更换工作。
（3）机械设备的全面检查验收
在盾构机过东平水道前，为减少盾构机在河底出现故障而停机的风险，邀请盾构机厂家进行联合检查和验收，保障过河期间盾构机设备的安全。
（4）盾构在富水泥岩地层中掘进参数的制定
过河段隧道掌子面地层主要为〈7-1〉强风化砂质泥岩和〈8-1〉中风化砂质泥岩地层，且地层中的裂隙水通过覆土层中的中粗砂层与东平水道河水联通，水量丰富水压大。制定合理的掘进参数十分重要。具体盾构机下穿东平水道掘进参数如表1所示。 3.2过河过程中应对风险的技术措施
3.2.1刀盘结泥饼的技术措施
（1）采用膨润土浆液进行渣土置换。操作方法为将膨润土浆液注入土仓内，边注入膨润土边出渣，过程中上部土压稳定在200KPa，直到出渣为膨润土为止。
（2）缓慢转动刀盘继续出渣，出渣量为土仓内容积的3/5，即土仓渣土位置低于中心滚刀， （下转第页）
（上接第页）然后向土仓内注入分散剂，利用分散剂的特性软化、分解粘接在刀盘上的黏土，注入分散剂时，上部土压稳定在200KPa。分散剂注入完成后静置48小时，24小时之后可以缓慢转动刀盘。
（3）48小时后，快速转动刀盘10分钟，使刀盘上的黏土脱落，然后开始出渣并准备盾构机推进。
（4）盾构机恢复推进后，土仓内存土控制在1/2，减少刀盘结泥饼的几率；渣土改良采用分散型泡沫剂，并保证渣土的流塑性。
3.2.2两岸大堤沉降过大甚至开裂的技术措施
（1）技术措施
掘进过程中根据地层的变化情况及时优化掘进参数，控制出渣量；根据大堤沉降变化情况严格控制同步注浆和二次注浆；加密地面沉降监测，反馈指导施工。
（2）处理方法
①当大堤或地面隆起超过10mm时。及时调整掘进参数，提高刀盘转速，适当增加出土量，降低土仓压力。
②当大堤或地面沉降值超过30mm时。及时调整掘进参数，降低刀盘转速，减少出土量，提高土仓压力；适当增加同步注浆量和增加二次注浆量防止地面继续沉降，并降低后期二次沉降的几率。
③当大堤或地面发生开裂或空洞时。立即对塌陷区围敝，立即采用商品混凝土填充空洞；填充后，对沉降区围敝，采用WSS注浆或袖阀管注浆等方法对沉降区域注浆填充控制地面沉降；同时洞内增加二次注浆量防止地面继续沉降，并降低后期二次沉降的几率。
3.2.3河底塌陷时的技术措施
（1）首先通过径向注浆孔探查拱顶砂层的厚度，从10点和2点以上的径向注浆孔进行探查，分析判断拱顶砂层厚度为1.0～1.4m。后续掘进过程中，每两环探查拱顶砂层的厚度，为掘进参数的调整提供依据。
（2）优化掘进参数。一是实现全土压掘进，并严格控制出土量，防止河底继续沉降；二是提高土压，减少汇水通道和仓内的存水空间，减少喷涌现象的发生。
（3）进行渣土改良，实现渣土的流塑性和止水性，使出渣连续。采用高分子聚合物和膨润土进行渣土改良，注入方法为通过加泥箱注入土仓内。
3.2.4盾尾密封失效时的技术措施
（1）技术措施
①盾构到达东平水道前，对盾尾刷进行检查，并随即更换已破损或接近破损的部件，并加强盾尾油脂泵的维修保养。
②盾构穿越过程中，执行每5～10环进行一次隧道外双液注浆封环的工艺，隔绝后部水体流通通道。
③盾构穿越期间加大盾尾油脂压注量与频率，盾尾油脂采用优质材料，过河期间采用康达特油脂。
（2）处理方法
①盾尾一旦漏水，立即用棉胎、海绵条、堵漏剂等材料进行封堵，减少漏水量。
②采用速凝型浆液在相邻盾尾最近的管片吊装口进行每孔注浆，在缓解了漏浆、漏水状态后，试行推进，同时对同步注浆、盾尾打油进行严格掌控。
③立即采用洞内排水系统将积水排除洞外，防止淹没隧道或损坏电子阀件。
④立即修理盾尾油脂泵，加大盾尾油脂的注入量進行封堵漏水通道。
3.2.6盾构机出渣喷涌时的技术措施
（1）针对盾尾后方来水。在脱出盾尾管片10～15环位置进行管片壁后二次注浆施工止水环来封堵盾尾后方来水。
（2）工序临时停机过程向土仓内注入膨润土浆液，使前方掌子面形成保护泥膜，并填充基岩裂隙减少汇水通道。
（3）推进过程通过加泥箱向土仓内注入膨润土或高分子聚合物，改良渣土性状，实现增稠、止水的效果，减少喷涌现象的发生。
4小结
佛山地铁2号线湾登区间盾构机下穿东平水道施工过程受地质情况复杂多变、隧道拱顶砂层厚度大、地下水丰富环境、线路条件、盾构机设备的客观条件限制等诸多因素的影响，施工风险大为增加。本文根据实际情况研究分析盾构过河存在问题，并制定相应技术措施，确保了盾构机安全、顺利过河，为今后该工况下盾构机穿江过河提供了借鉴。
参考文献：
[1]陈馈、洪开荣、吴学松等；盾构施工技术；北京：人民交通出版社，2009
[2]曹晶珍，李俊伟.过江隧道盾构法施工风险分析及控制[J].地下空间与工程学报，2012，08（z2）：1777-1781.