姚素标

(1.上海大学管理学院，上海 200436;2.和记黄埔地产管理有限公司，上海 200031)

越江盾构隧道项目施工难点控制

姚素标1，2

(1.上海大学管理学院，上海 200436;2.和记黄埔地产管理有限公司，上海 200031)

越江盾构隧道施工由于其地下埋深、水下作业、线路长的特殊性和复杂性，形成了施工工期长、难度大、不可见风险多等特点。因此，在盾构施工时必须对各项工序及其特点加以分析，编制相应的专项施工方案及应急预案，从而确保隧道施工顺利、安全。该文以上海虹梅南路越江隧道项目为例，介绍了该大型越江隧道施工阶段的施工难点及控制措施。

施工控制； 盾构隧道； 越江

隧道工程项目是一项涉及多个学科门类的复杂系统工程，具有项目投资大、技术复杂、建设工期长、建筑安装实物量大、项目涉及面广等特点。在隧道工程项目施工过程中，面临着大量的施工难点和不确定性，这些难点具有复杂性、多样性、综合性、突发性、不可见性等特点[1]。该文以结合上海红梅南路～金海路越江隧道项目，阐述大型越江隧道实施阶段(重点介绍施工阶段)难点分析和控制措施。通过对工程难点进行分析，制定有针对性的施工方案和控制要点，确保了该项目的顺利、安全实施。

1 工程项目概况

虹梅南路越江隧道，是上海市闵行区的第一条黄浦江越江隧道，目前正在建设中，有希望在2015年贯通。虹梅南路隧道途经闵行区和奉贤区，全长5.26 km，起于浦西永德路北侧，于剑川路北侧入地跨越黄浦江，经西闸公路后出地面，终于金海路。

根据《虹梅南路、金海路道路红线专项规划》，该工程分为两段。一段是虹梅南路，位于徐汇、闵行两区，从上中路至东川路，长约10.9 km。原虹梅南路为地面道路，现在规划为“高架+地面辅道”，沿线设外环线、银都路、金都路、元江路、A 15、放鹤路6组匝道。另一段是金海路，位于奉贤区，从西闸公路至大叶公路，长约3.4 km，仍为地面道路。盾构段隧道采用单圆双线隧道，直径14.5 m，全长约3 400 m，盾构机采用德国海瑞克产Φ14.93 m泥水气平衡盾构。隧道按东、西双线流水掘进，首先进行西线隧道掘进施工(奉贤段)，西线掘进完成后，盾构到达闵行工作井并完成掉头作业，最后进行东线隧道掘进施工。盾构施工沿线将穿越奉贤施工区场内建筑、黄浦江及防汛墙、京滨电子厂、闵行段乙烯管、蒋家港河及桥梁[2]。

参考国内外隧道工程建设发展情况，与虹梅南路越江隧道类似的国内工程主要包括：

1)上海长江隧道(单圆双线隧道，直径15.43 m，全长8.95 km)。2)武汉长江隧道(单圆双线隧道，直径11.38 m，全长3.63 km)。3)上海延安东路隧道及复线隧道(单圆双线隧道，原隧道直径11.3 m，全长2.26 km，复线隧道直径11.2 m，全长2.21 km)。4)上海西藏南路越江隧道(单圆双线隧道，直径11.36 m，全长2.67 km)。5)上海大连路越江隧道(单圆双线隧道，直径11.36 m，全长2.56 km)。

国外类似工程主要有：

1)荷兰绿色心脏隧道(高速铁路隧道，直径14.9 m，全长约7 km)。2)日本东京湾公路隧道(直径14.14 m，全长15 km)。3)英法海底隧道(两侧铁路隧道直径7.8 m、中间服务隧道直径4.8 m，全长49 km)。4)丹麦斯多贝尔特大海峡隧道(主隧道直径8.5 m，全长7.9 km)等[3]。

与上述类似的越江隧道工程相比，虹梅南路越江隧道主要特点包括：盾构直径大、软土地质、地下水位高(尤其是黄浦江底地址条件复杂)、穿越区域内市政管线保护要求高、工期紧等特点。

2 工程施工阶段难点分析

该文根据虹梅南路隧道工程结构特点、穿越土层的地质水文条件、特殊地理位置等，结合前期拟定的相关工程实施方案，分别从施工进度、工程质量、工程安全、人员安全、环境保护等方面影响因素对其施工阶段的难点控制进行分析和评价，并给出相关控制措施及建议。同时，在工程实施前，进一步参考国内外类似工程隧道施工经验，运用专家调查法和层次分析法对项目施工难点和风险控制重点进行识别和分析。

通过分析，得出虹梅南路隧道工程施工控制难点主要包括机械设备选择、操作控制、施工节点控制、基坑开挖等方面，见表1。

表1 虹梅南路隧道施工难点分析表

2.1 风险评估矩阵

根据虹梅南路隧道相关勘察及设计文件，并结合以往类似实际工程，通过专家调查法进行问卷调查方式对本隧道施工难点进行汇总分析，为保证调查结果的权威性和广泛性，调查对象只选择参见单位(建设单位、设计单位、施工单位、监理单位)中从事隧道工程建设管理年限超过5年的专业人士。其次，通过风险矩阵表的方式对工程难点控制所能引发各种风险的频率进行归纳、分类。按照发生频率的大小分为“不可能”、“难得”、“偶尔地”、“可能频繁地”和“频繁地”五类；同时，根据风险可能将引发灾难带来的后果威胁程度划分为“后果可忽略”、“后果较轻”、“后果严重”、和“灾难性后果”四种。据此可得出灾难风险评估矩阵，见表2[4]。

表2 灾难风险评估矩阵

2.2 施工风险评估

通过对虹梅南路隧道施工难点的分析(表1)，并对上述施工难点控制不当可能引发的各个环节潜在风险进行定性分析(结合表2)，通过综合评价方式得出虹梅南路隧道主要施工风险等级评价表，见表3[4]。

表3 风险分析综合评价表

3 施工难点控制方法

通过对盾构越江隧道工程施工的难点分析、并对其各项施工难点进行相应的风险评估，在此基础上，结合本工程特点及国、内外已有实际工程案例，作者对虹梅南路隧道施工中的技术难点及其风险应对提出以下控制方法及对策、建议。

3.1 盾构机选型

盾构机选型一般在隧道前期策划阶段进行，盾构机选型的影响因素主要包括以下几个方面：1)拟建隧道穿越的工程地质环境、水文条件。2)拟建隧道设计参数。3)拟建隧道工期计划。4)拟建隧道造价制约。5)隧道建设地区特殊的环境保护要求等。

虹梅南路隧道工程项目特点主要包括以下几方面：

1)隧道穿越地质为软土地层，地下水位高。2)红梅南路隧道设计为双线隧道，单线隧道直径达14.5 m，约3 400 m长。3)拟建工期为5年。4)隧道施工地区对周围环境保护要求较高。

因此，根据上述项目特点，该工程盾构机选用原则为全封闭、机械自动化程度高的泥水气平衡盾构机。为了保证施工期间盾构机械设备的耐久性及性能稳定性，确保隧道掘进连续、顺利，盾构机选择由世界知名盾构设备制造商德国海瑞克生产的直径14.93 m泥水气平衡盾构，以确保满足施工各方面的需要。

3.2 盾构进出洞

该工程盾构出洞段(100 m)施工中，最小覆土厚度仅为9.2 m，约为0.63D(D为盾构直径)，属于浅覆土盾构施工的范畴。盾构出洞阶段容易产生轴线上浮、盾构偏离隧道设计轴线较大现象。产生上述偏差的主要原因有进出洞洞口土体加固强度不均匀导致刀盘断面受力不均；盾构正面泥水平衡压力设定不合理导致盾构正面土体拱起变形，引起盾构轴线上浮。

此阶段应主要控制进出洞范围土体加固方法、加固位置的排列方式，确保出洞土体能够得到均匀加固，同时应重点结合土体加固强度报告、盾构相关机械参数、泥水平衡计算公式等分析盾构正面泥水压力，确保设定的正面泥水压力符合实际要求。

3.3 开挖面平衡

该工程隧道掘进盾构采用的是泥水气平衡盾构，维持开挖面平衡主要通过气压控制膨润土悬胶液稳定，水压可以精细调节，使膨润土悬胶液在开挖面形成泥膜，从而使开挖面土层保持相对稳定。盾构推进过程中应根据地质勘探数据，提前计算掘进深度区域的静止水土压力，并根据计算结果，设定符合掘进压球的刀盘气泡仓压力，一般情况下，刀盘气泡仓压力设定值选定为1.2倍于刀盘前方静止水土压力(P=1.2P0)。刀盘气泡仓内的膨润土悬胶液应由空气压力进行控制，通过对膨润土悬胶液的控制，与刀盘正面压力的变化进行反向补偿。

盾构掘进时，要及时补充刀盘的新鲜泥浆，及时对刀盘开挖区的土体起到类似钻孔灌注桩中的泥浆护壁作用。其基本原理是，当刀盘注入新鲜泥浆后，泥浆可渗入开挖面土层一定深度，并可以在较时间内在开挖面土层形成一道泥膜，这种泥膜有助于提高开挖面土层的自稳性能。泥浆比重下限为1.05，上限则可根据施工的特殊要求而定，当盾构穿越浅覆土层时泥水比重不小于1.25。对透水性小的粘性土可用原状图造浆，有效利用现场条件以节约成本。施工中严格控制盾构掘进速度、出土量和新鲜泥浆补给。如遇超浅覆土掘进区段(覆土厚度小于0.5D，D为盾构直径)，应随时关注盾构姿态与地表监测数据，如果一旦出现盾构冒顶或冒浆现象，应及时打开气压平衡系统，维持刀盘土体稳定，防止土体塌方造成严重后果。

3.4 盾尾密封

地下水、泥及同步注浆浆液从盾尾的密封装置渗漏进盾壳和隧道内，会严重影响工程进度和施工质量，处理不好甚至对工程带来致命的灾难。该隧道长度约3.4 km，属于中长隧道，按通常经验，在盾尾应设3道盾尾刷。盾尾刷主要构成构件包括：紧急止水装置、集钢弹簧、钢丝刷、不锈钢金属网。因为盾构穿越地层属于软土地层，地下水丰富，水压较高，地层透水系数较大，盾构掘金过程中地下水对隧道盾尾的压力可达到1.2 MPa，如果一旦盾尾密封控制不当，引起地下水从盾尾渗入封闭的盾构内部，将会给盾构掘金施工及人员安全带来严重的安全隐患。因此，对处于软土层高压水下的中长距离盾构隧道施工，盾尾刷能否密封严密且发生意外时能否及时调换就显得十分重要。

由此，对于此项施工控制难点建议在盾尾增设一道应急盾尾刷。盾构出洞前应严格检查盾尾刷安装质量，发现盾尾刷损坏或安装不到位时应及时进行更换、调整，并在盾构出洞前进行首次盾尾油脂注入，同时在钢弹簧和钢丝刷上涂防锈剂。盾构掘进过程中应经常向密封刷注油脂，避免同步注浆浆液对钢丝刷的损坏；如在掘进过程中发现盾尾刷损坏或出现密封不严情况应及时停止隧道掘进工作，并安排相关专业技术人员进行更换、维修。

3.5 隧道掘进轴线

该工程隧道圆隧道长度约3.4 km，盾构推进轴线的控制难度较大，根据规范要求隧道轴线偏差控制目标为隧道轴线平面±75 mm，隧道轴线高程±50 mm。产生偏差的主要原因包括：测量误差累计导致的偏差、盾构纠偏不及时、到位导致的偏差、隧道沉降、上浮导致的偏差等。

施工中应定期做好盾构测量基站的复核工作，减少测量误差导致隧道轴线控制偏差的概率及影响程度。盾构机掘进过程中的轴线偏差复核频率应控制在每50 m测量一次，如果复核过程中发现轴线偏差或偏差趋势，应安照连续、缓慢的原则进行轴线纠偏。

轴线复核应有可靠的轴线定位测量系统，主要包括以下几个方面：

1)地面三角网。2)工作井下引进导线系统。3)激光向导系统。4)陀螺仪定位系统。

与此同时，应认真做好盾构掘进姿态数据的采集整理工作，分析其变化趋势，及时采取纠偏准备；其次重点控制同步注浆质量，确保隧道沉降幅度在可控范围之内。

3.6 隧道上浮

该隧道因下穿黄浦江，江底地质条件尤为复杂，且地下水压较大，随着盾构的不断推进，容易造成成环管片上浮，引起结构安全隐患。同步注浆的效果及质量、管片拼装的质量均是造成管片上浮的潜在因素。

为此，应严格控制同步注浆浆液的质量，确保浆液各组成材料、配比满足设计要求，不断调整注浆压力，以确保同步注浆质量。加强对隧道内沉降监测的关注及相关数据的整理分析，做到可预见性。当发现隧道呈现较大上浮趋势时应及时采取补浆措施，并重点检查成环管片连接件的安装质量。管处拼装允许偏差和检验方法，具体见表4[5]。

表4 管片拼装允许偏差和检验方法

[1] 胡 昊，张英隆，范益群.隧道工程设计系统的风险管理[A].中国工程管理环顾与展望[C].北京：中国建筑工业出版社，2007：485-490.

[2] 周 骏，何国军.上海市虹梅南路隧道总体施工组织设计[D].上海：上海隧道工程股份有限公司，2010.

[3] 季玉国.江海盾构隧道施工风险分析与评价[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2008，36(6)：76-79.

[4] 王 阳，胡 昊.南京长江越江盾构隧道工程项目施工风险管理[J].基建管理优化，2010，23(3)：6-9.

[5] GB 50446—2008，盾构法隧道施工与验收规范[S].

Difficulty Control on Shield Tunneling Construction

YAO Su-biao1,2

(1.School of Management of Shanghai University，Shanghai 200436，China；
2.Hutchison Whampoa Property Management Limited，Shanghai 200031，China)

The charactersistics of shield tunneling across river are long construction period, high difficult and invisible risk due to the particularity and complexity which refer to the buried depth,underwater operation,and long line.Therfore the analysis of process and charactersistics on shield tunneling construction is necessary, and the special constraction program and contingency plan should be worked out to insure safety.Taking the project Shanghai South Hong-mei Road tunnel crossing the Huangpu River as example,this paper introduced the construction control measures.

construction control； shield tunneling； cross river

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.01.010

2014-11-05.

姚素标(1987-)，助理工程师.E-mail:yaosubiao@163.com