1 工程概况

上海轨道交通1 3号线世博段工程世博园站～卢浦大桥站区间始于世博园站北端头井（里程 K 2 1 +754.249），穿过原浦东钢铁集团公司厂区，从上钢三厂9号码头穿越黄浦江到浦西，过江后从江南造船厂9号码头下穿过，穿越江南造船厂厂区，过龙华东路，然后于卢浦大桥站南端头井（里程K20+392.500）进洞。区间线路全长约1 362 m，隧道平面曲线最小半径为400 m。线路纵坡为双抛物线型，最大竖向坡度2.8%。盾构在里程K20+889.263～K21+360.336中，盾构机下穿黄浦江底，穿越距离为471 m。黄浦江最低点标高为-11.0 m，江中段隧道中心最低标高约-21.54 m，最高标高约-18.98 m。盾构穿越黄浦江时，隧道顶面距黄浦江底的距离局部约6.9 m左右。
2 工程地质条件
世博园站~卢浦大桥站区间主要土层如表1所示。⑤1-1层是盾构推进较为有利的土层，其含大量地下水、密实度底、抗压强度小、可压缩性好、渗透系数小，但却有明显的触变、流变特性，在动力荷载下自有结构易被破坏，造成土层流动以致开挖面失稳；⑤2层是盾构推进较为不利的土层，其含水量较高、强度较高、压缩性中等、渗透性好，在水头压力作用下易产生流砂、流土，引起开挖面失稳和地面下沉。盾构在土质上下差异较大的土层中（如⑤1-1、⑤2层）推进，所受到的上、下反力不一致，因土层松软排土较多，会引起地表下沉，并引起盾构偏离原设计线路，造成重大质量事故。

3 盾构施工
3.1 施工重要控制点
3.1.1 浅覆土区盾构掘进
盾构在黄浦江底掘进时，实际最小覆土厚度为6.9 m。虽然这样能满足施工安全，但覆土层易受潮汐影响而变得十分薄弱，难以保证隧道安全稳定，导致盾构推进施工时风险也很大。
3.1.2 隧道失稳上浮
盾构机在黄埔江底掘进，江底土层中含有大量的地下水，而且该江底淤泥层土体渗透系数大，加之黄浦江昼夜潮汐的影响，隧道有可能会产生上浮现象[1,2]。且盾构机穿越江底时为位于竖曲线段之内，相对于盾构机在直线段掘进施工时，对周围的土体造成更大的扰动，这样更不利于隧道的稳定。
3.1.3 涌水、涌砂
上海地区土层含水量大，土层裂隙水连通着江中段的地下水，两者互相补给。尤其是因为江底淤泥质土层，土体间颗粒缺少黏结力，在受到盾构机刀盘扰动切削土体的作用力下易开裂，然后极易造成涌水通道，导致盾构机淹没事故。
3.1.4 切口冒顶
盾构机在江中段施工时，由于受到覆土层较薄和江中水头压力的影响，会因为施工不当而造成覆盖土开裂，江底冒浆现象。
3.2 施工具体措施
3.2.1 江边防汛墙段推进
这一阶段重点是要摸索盾构在江底施工的规律[3-5]。在盾构推出防汛墙前后的施工过程中，土层厚度会有突然变化。为此，先由专业测量人员测定防汛墙的实际里程，然后在盾构切口穿越防汛墙基底后，迅速改变土压力的设定值，严格控制各项参数，控制防汛墙产生突变，确保防汛墙稳定。重点做好以下工作：
（a）在防汛墙布设10 个监测点，加强沉降、水平位移和墙体变形的监测；
（b）利用高精度水深测量的结果计算出平衡压力的理论设定值；
（c）盾构推进时从岸上对水中的观测桩进行观测，采取跟踪观测的方法，在盾构推进的同时进行观测，将观测数据及时传送给施工技术人员进行分析，并调整盾构推进参数；
（d）对盾构的有关参数进行采集，与沉降监测资料进行对比，从而掌握盾构在江底推进的规律，为江中段的施工打好基础。
3.2.2 浅覆土区域推进
当盾构覆土层厚度满足土体的稳定性要求，且覆盖土层又不被盾构推进顶裂，则认为覆土厚度即满足安全要求[6]。因此需采取相应措施保证盾构顺利通过浅覆土层，具体措施有：
（a）水底监测：在穿越黄浦江江底前，用专业声纳船对区间隧道沿线的江底地形情况进行声纳勘察，校核区间隧道顶部覆土层的厚度，并根据朗肯土压力计算公式，计算设定值。
（b）盾构推进控制：在黄浦江江底掘进时，需要严格控制盾构机出土量、盾尾同步注浆量、同步注浆压力以及盾构机掘进速度的控制值（≤3 cm/min）和目标土压力等参数，及时调整盾构机的姿态，使盾构机尽量按照设计的线路推进，减少扰动周围土体。把实际出土量控制在理论值的99%左右。
3.2.3 防止隧道上浮
（a）施工至竖曲线段时，严格要求盾构机司机应尽量控制盾构机沿着设计隧道轴线掘进，不得机纠、猛纠，以减少盾构机对土体扰动。
（b）加强区间隧道变形的监测，在已建成的隧道段中布置自动测量点，自动监测隧道垂直位移情况，通过对监测数据的分析及时调整注浆量，合理控制注浆压力。注浆量一般采用理论值的150%～200%进行注浆，即控制在2.4～3.6 m3/环之间，注浆压力一般为0.2～0.3 MPa。因为当注浆压力过大，管片外的土层将会被浆液扰动而造成较大的沉降；而当注浆压力过小填充速度过慢、填充不足时，又会使变形增大。为了防止隧道上浮，注浆量应随着覆土厚度的变化而进行调整。
（c）严格控制同步注浆量和浆液质量，通过同步注浆及时填充建筑空隙，减少施工过程中土体的变形，尽量做到填充而不是劈裂，以防土体流失。同步注浆宜使用有早期强度的壁后注浆材料。
（d）不断优化施工参数，选用合适的注浆浆液，加强同步注浆以及必要时的补压浆，同步注浆要求做到及时、适量，二次注浆的具体浆液配比为：水泥∶水∶膨润土= 0.6∶1∶0.2。3.2.4 防止盾尾漏浆、漏泥、漏水盾构机在江中段掘进时，必须保证盾尾不漏浆、漏泥、漏水，防止因盾尾刷损坏或其他原因造成江水或泥浆涌入隧道。采取以下技术措施来防止盾尾漏浆：
（a）在盾构机盾尾设置3 道钢丝刷，里道钢丝刷在施工过程中若遇损害，可以及时更换，确保盾尾第1道防线牢固。
（b）定期、定量、均匀压注盾尾油脂，盾构不论在掘进和停止掘进时都要保持盾尾油脂压力。
（c）盾构掘进停止时应及时关闭出土门。
（d）提高同步注浆质量，同步注浆浆液采用单液惰性浆。在注浆过程中合理掌控注浆压力，以免浆液进入盾尾，造成盾尾密封性能降低。
（e）提高二次注浆质量，配制初凝时间较短的双液浆，压注部位为盾尾后5～10 环，堵住漏浆通道。
（f）采用平衡土仓压力的方法掘进，保证土仓内土体充实，以减少地下水对开挖面的补给。
（g）如在掘进过程中发生砂土从螺旋机出口喷发的现象，应立即将出土门关闭，同时应向密封仓内及时注入发泡剂。
（h）建立健全应急预案，成立领导小组、现场工作小组和应急抢险队伍，确保一旦发生险情的话，能够立即实施抢险工作。
3.2.5 防止切口冒顶
（a）选择壁后注浆材料，充分考虑土质条件，采用可塑状固结系材料提高灌入性，达到早期强度，用浆液通过设在管片上的注浆孔压浆予以充填。遇松散地层，注浆压力很小而注浆流量却很大时，增大注浆量，直到注浆压力低于控制压力的下限。
（b）在盾构掘进过程中，要求土仓压力的波动范围控制在-0.02～+0.02 MPa之间。
（c）施工中要适当提高土仓设定压力，严格控制出土量，保持盾构密封仓设定的土压力随盾构顶部覆土变化而相应变化，控制江底土隆起或沉陷＜20 cm。
（d）加强江底沉降的监测，及时反馈信息，指导盾构掘进[7]。
（e）在螺旋机出口处安装人工手动防喷涌装置，在发生漏水情况且自动闸门无法关闭时，可以人工手动关闭螺旋机出口。
4 结语
上海轨交13号线世博园站~卢浦大桥站区间本工程盾构在整个黄浦江江底的掘进过程中，通过采用上述一系列施工技术措施，未发生漏浆、漏泥、漏水现象。浦东、浦西防汛墙的沉降满足上海市水务部门的控制标准要求，盾构顺利穿越黄浦江，确保了整个工程的质量和安全。本区间工程还被评为上海市优质结构工程，为今后类似盾构穿越黄浦江提供了有益的经验。