地铁下穿福州乌龙江盾构施工技术
福州地铁二号线的厚庭站至桔园洲站区间下穿乌龙江，其中江底段长1554m，隧道断面地质层主要含粗中砂和卵石，其中石英含量较多，卵石强度较高，掘进过程中，盾构机前端的刀盘刀具会遇到较大的磨损和破坏，砂卵石地层渗透性强。乌龙江的最大水深11.7m，下穿乌龙江的最小覆盖土厚度为14.1m。
1、过江前的准备工作
（1）盾构机下穿前，项目部编制可行性技术方案并通过专家、监理、业主审核，参建人员接受详细的技术交底后，要能熟练掌握施工技术，并洞悉存在的风险；
（2）穿越江底前，在1#联络通道位置先进行一次带压进舱查刀、换刀，同时对盾构推进设备进行全面检查、维修、保养，尽量减少盾构机掘进过程中出现故障；
（3）对盾构机正面压力进行全过程的保压处理，确保正面切口压力的稳定，同时密切保持盾尾及铰接位置的密封；
（4）在穿越江底全过程中动态监测江底河床覆盖层厚度和水位，根据监测情况及时调整盾构机的相关参数；
（5）项目部要制定过江段应急预案，进行应急演练，以便在紧急情况下及时有序启动相关应急措施。
2、穿越乌龙江控制措施
根据过江段不同段落的地层情况及地面结构情况，结合始发及试掘进期间施工经验，提前做好不同阶段掘进的掘进参数控制计划，用以指导过江段盾构掘进施工，同时在掘进过程中应结合实际情况，动态调整和优化施工参数。
2.1 切口泥水压力控制
掘进过程中动态控制好切口泥水压力，防止出现沉降塌方、江底击穿冒顶等突发情况，应注意以下三点：
（1）切口泥水压力的取值，现场操作人员要紧密监测水位的动态变化，及时将信息报到控制室，动态修正切口泥水压力的取值；
（2）重点做好盾构环流系统的控制，可进行地质的适应性改造，保证环流的顺畅，可防止刀盘区域堆积渣土后出现“堵舱”情况，过程中持续保持压力的稳定，波动值控制在±3kPa以内。
（3）掘进时应本着快速通过的原则，同时间隔5～10m应重新计算切口泥水压力的控制取值，可根据水位变化情况对理论计算值进行动态的修正。
2.2 泥浆指标控制
为保证盾构掘进过程中周边地层的气密性、稳定性，防止坍塌，同时满足携渣、出渣要求，结合过江段各段落的不同地质情况，根据类似地层泥水盾构施工经验，确定泥浆指标。在实际掘进过程中，每一环推进前后都要检测各项泥浆指标，过砂层段应加强泥浆中含沙量的控制，分析泥浆指标变化趋势，及时调整指标参数至满足施工稳定性要求为止，并做好记录。
2.3 出渣量控制
出渣量可作为判断掘进开挖情况的依据，现场人员应高度关注环流运行的情况，做好与出渣和泥水处理负责人的及时对接，互联互通，动态调整掘进参数；实际掘进过程中，可根据泥水处理站分离设备出土口的出渣量复核理论计算干砂量。
2.4 同步注浆及二次注浆的控制
（1）同步注浆配比及特点
江底主要为砂卵石地层，渗透系数一般为35～55m/d，结合类似地质的施工经验，可选择保水性能良好、和易性能良好且具备相应强度的惰性砂浆作为同步注浆浆液使用，可有效防止堵管，减少隧道管片成环后隧道及江底的后期沉降。
（2）注浆控制
①注浆压力控制
盾尾处分别设置了4个注浆点，同步注浆压力值应按照浆液注入点位置进行设置，施工中还应根据实际情况进行调整，做到注浆压力和周围土压力维持平衡。建议注浆的压力控制在0.4～0.5MPa之间，注浆压力应根据盾构机埋深的变化而变化，按照注浆量的多少综合控制。
②注浆量控制
根据地层情况，实际注浆量一般为理论注浆量的150～200%，最终注浆量应结合实际掘进及注浆情况确定。注浆点的压力和注浆量进行动态控制，确保浆液填充密实。施工过程中如发现注浆量持续增加的现象，应考虑检查现场是否出现超挖、漏失等情况。如发现注入量低于预定值的现象，通常采取二次注浆或者是加大注浆压力等方式，确保注浆质量。
③注浆时间及速度
盾构机在开始掘进后同步进行壁后注浆，现场同步注浆的进度应与盾构机掘进的进度相匹配，以满足设计要求。
（3）二次注浆补强
动态分析管片净空收敛以及拱顶变形的监测数据，如管片出现错台或中间接缝出现渗水现象时，需进行二次注浆的补强，浆液建议采用水灰比为0.8～1:1的单液水泥浆，注浆的压力尽量保持在0.5MPa左右，此压力范围内注浆10分钟即可停止。
2.5 推力、掘进速度及刀盘转速
过江段盾构掘进应连续、平稳推进，避免长时间停机，在淤泥质地层应考虑压滤系统的废浆处理能力，控制掘进速度，当扭矩和推力明显增大时应考虑刀盘结泥饼的可能；在过江堤时掘进速度应适当减慢；砂卵石地层在同步注浆能力满足的情况下可适当加快推进速度，卵石层应采用低转速、高贯入度掘进，防止刀盘磨损过快。
2.6 管片拼装
（1）拼装管片重点要满足隧道线型变化，管片安装后的间隙要满足下一环管片拼装的需求，保证合适的间隙，防止出现管片在紧贴盾壳后对盾尾设备造成压迫和损坏的情况。
（2）当盾构机向前掘进到预定位置，油缸行程大于1.2m
后，应暂时停止掘进，开始启动管片拼装工作；
（3）在拼装最后一块管片之前，重点注意对止水密封条进行润滑处理，在调整管片位置时应控制好顶推力，缓慢移动，避免安装过程中损坏止水密封条的情况发生；拼装管片时要尽量避免错台，确保管片的密封条的止水效果；
（4）在管片拼装到位后，及时调整设备，让相应位置的推进油缸紧紧的定住管片后再移动拼装机的位置；
（5）注意在管片环离开盾构机后需立即对管片连接螺栓进行第二次的紧固，防止偏移。
2.7 掘进姿态控制
过江段隧道底部的软弱地层居多，盾构机前端掘进部位重量大，在掘进中前中后轻容易前倾，因此盾构机前端姿态尽量保持稍微抬起抬的掘进姿势，建议将仰角控制在4mm/m左右，并保证盾构机与隧道的设计轴线坐标位置的正负偏差控制在20mm之内。可采取以下措施控制姿态：
（1）盾构掘进姿态控制
一是利用盾构机的自动化导向系统，并配以人工测量为辅助，对盾构姿态进行动态监测，及时了解盾构机与隧道的设计轴线坐标位置的偏差以及变化趋势，据此数据调整盾构机掘进姿态。二是利用盾构机的主动铰接装置系统及盾构机的推进系统对掘进时的姿态进行动态的调整。
（2）盾构掘进姿态调整及纠偏
盾构掘进姿态的调整应采用逐环微调纠偏的方式，避免出现纠偏过大损坏管片和密封条的情况。掘进曲线段前，应时首先在靠曲线的内侧预留出合适偏移值，再利用导向系统的数据了解盾构机整体信息及掘进方向的情况，通过推进系统控制和调整掘进的姿态和方向。曲线段掘进过程中，按照计算的数据调节铰接油缸保证曲线盾构的顺畅。在左转弯或右转弯曲线掘进时，通过调整跟随油缸的数量，适当增加盾构机右侧或左侧分区压力。在进行下坡掘进时，应注意适当加大上部分区的压力值。
（3）方向控制及纠偏注意事项
推进油缸的使用过程中，注意要动作轻缓，防止操作过猛造成管片受力情况突变后受损；纠偏工作要循序渐进，不可操之过急，过程中应重点监控盾尾的间隙情况，进行详细测量，根据数据情况进行分析后，轻微调整盾构机的掘进姿态。
2.8 盾尾密封控制
盾构机盾尾密封措施主要由4条盾尾刷和3个密封的腔体共同组成，盾构始发前操作人员需全面检查盾尾刷和腔体的质量。建议每掘进20环后，对盾尾密封系统进行检查。盾构机掘进过程中应动态调节注脂的速度和频次，出现漏浆窜浆时候，应加大油脂注入力度；同时保证整环的间隙相对均匀一致，尽量避免管片对盾尾刷造成损坏。注意及时清理残留物，避免杂物进入密封腔体，损坏密封条的情况发生。
2.9 带压进舱措施
本项目盾构过江段距离长且线路地质复杂，预计刀盘刀具将面临严重磨损的考验，两岸的地层中可能存在漂石、块石、孤石，因此掘进过程中可能出现带压进舱更换刀具和处理突发情况所带来的安全风险。进仓前必须对作业设备进行全面检查和试运行，加强通风保证不间断供气，增加消防设备，严格落实安全保障措施，保证带压进舱作业的安全。
2.10 盾尾刷更换措施
盾构机在长距离穿越砂卵石地层中容易出现磨损盾尾刷的情况，过程中预计要更换盾尾刷，目前国内更换盾尾刷时的加固措施主要有注浆法和冷冻法两种，各有优劣，注浆法更换盾尾刷资金投入小、所耗的时间短，但辅助措施较多；冷冻法实施起来安全系数高，但资金投入大，所耗的时间长，目前采用冷冻法相对较多。
3、结语
国内穿江盾构的地铁施工项目逐步增多，由于埋深大，地质情况相对复杂，在掘进过程中，应小心谨慎，当掘进参数异常，应立即停止施工，明确异常原因采取科学合理的方案解决后再进行掘进。
