1中建八局轨道交通建设有限公司 江苏南京 210000
摘要：新济洲过江廊道位于南京长江段上游，是连接新济洲与滨江水厂的供水管廊。廊道地质复杂，淤泥质黏土、全断面闪长玢岩、江底软硬不均段、粉细砂地层，江底水压力高达0.57MPa，需江底开仓检查及更换刀具，廊道最大坡度45.85‰，采用φ6450型盾构独头掘进1945米。施工技术难点多、难度大、对盾构设备要求高，盾构机要在适应性、关键系统性能等方面满足施工要求。
关键词：过江廊道；泥水盾构；施工技术。
1工程概况
新济洲供水工程是将新济洲岛自然净化后的长江水，通过过江廊道将输送至滨江水厂，以保障江宁区三天的供水量。廊道由两个工作井及过江盾构段组成，盾构机由江宁侧始发井始发，先后下穿江宁侧江堤、堤外湿地保护区、长江新济洲段右汊及长江主航道、江底-27米冲槽、新济洲堤外湿地保护区、新济洲洲堤、最后到达新济洲接收井吊出。
始发井尺寸30*12*20.1米，接收井尺寸15*12*16.5米，始发井距江堤157米，接收井距江堤87米，过江段1701米，采用复合式泥水平衡盾构施工。廊道平面呈直线，纵断先以44.27‰的坡度下坡，在江底150米5‰的坡度变坡，在以45.85‰的坡度上坡，整体呈“V”字坡度。廊道外衬为预制C50钢筋混凝土管片，抗渗等级P12，外径6.2m，内径5.5m，厚0.35m。
2廊道穿越地质
廊道的地层岩性状况是盾构机选型的重要依据，新济洲过江廊道穿越地质特性表。
表1新济洲过江廊道断面地质特性表
Table1 Table of section geological characteristics of Xinjizhou River corridor
过江廊道穿越地层断面为典型复合地层，始发段为淤泥质土及粉质黏土层，土质较软容易糊刀盘，刀盘需具有较大的开口率；在江中江底段中风分化闪长玢岩较长，强度达76MPa，在硬岩段掘进刀盘整体需具有良好的结构强度，以切削高强度岩层；在接收端主要以粉细砂为主，较大开口率刀盘能够实现快速掘进施工。盾构刀盘既满足硬岩段掘进强度要求又满足砂层段快速掘进施工目的，对盾构的适应性要求较高。盾构在江底高水压复合地质条件下施工难度大、风险高。
3盾构施工重难点分析
新济洲过江廊道工程具有地质条件复杂，盾构穿越长江江底水土压力高0.57MPa,廊道坡度大45.85‰，江底人工进仓更换刀具，难度高风险大的特点，国内同类工况施工经验缺乏和工期紧迫等特点。
（1）泥水盾构大坡度分体始发
按照设计轴线以44.27‰的大坡度始发，盾构未完全进入洞门在始发基座上不能调整姿态，易偏离设计轴线；始发井口净长28米、宽10米，仅满足盾构主机、改造桥架及1#拖车下井，盾构完成100米推进后，进行二次组装后整机掘进施工，施工难度极大。
（2）淤泥质粉质黏土掘进
始发井至江堤段断面为流塑状淤泥质黏土，盾构在该地层掘进，易糊刀盘、效率低、弃浆量大；流塑状淤泥掘进盾构姿态难控制，施工过程中易发生盾构“栽头”或盾体整机沉降，影响线路线型。
（3）先后下穿江堤及洲堤
盾构在里程K1+869.2处下穿江宁侧主江堤，在里程K0+183.34处下穿新济洲洲堤，下穿过程中江堤在泥水仓泥水压力波动影响、刀盘切削土体扰动、开挖洞径及盾体建筑空隙影响下极容易导致江堤沉降，过中确保江堤的安全是整个施工的关键。
（4）江底软硬不均段掘进
廊道江底最深处约120米为软硬不均，岩砂交界地层，该处覆土15.4米，水土压力达0.57MPa,又为江底变坡点。盾构推进泥水仓压力高、推力大、姿态难控制；断面软硬不均，岩砂交界刀具易偏磨、崩断；廊道顶部渗透系数大、江堤易发生冒顶。
（5）大坡度高水压施工
廊道线路出江宁始发井后以44.27‰的大坡度下行899.4m至隧道最低点,后以5‰、44.27‰的坡度连续上坡150m、895.6m到达新济洲接收井，廊道整体呈“V”坡，整个区间均为大坡度掘进施工，盾构姿态难控制、电瓶车易发生溜车；江底高水压条件下，廊道易渗漏水，对盾构主驱动、铰接及盾尾密封性能要求高。
（6）江底开仓检查及更换刀具
廊道断面为复合地层，江底硬岩段长约783米，硬岩段刀具损耗大，需在江底多次开仓更换滚刀；砂层段长约751米，砂层段更换为撕裂刀；江底开仓需在较高的带压环境中人工进仓作业，施工风险大、效率低。
（7）江中漫滩大坡度水下接收
接收井位于江心新济洲岛，地质主要为粉砂夹粉土，地层渗透系数大，与长江水及凤凰湖水域贯通，盾构接收风向大；盾构设计轴线直接以45.58‰的大坡度接收，盾构接收过程中洞门钢环易卡壳，盾构易偏离设计轴线。
4盾构适应性分析
为了适应新济洲过江廊道地质条件的复杂性，盾构机配有用于破碎岩块的破碎机，能把碎石破碎成0.1m以内的石块，要求进入管道的碎石的尺寸利于管道内渣料的流动和管壁的防磨，盾构刀盘需既满足硬岩段掘进强度要求又满足砂层段快速掘进施工目的。
（1）盾构开挖系统
整个刀盘为焊接结构，属于辐条面板式复合刀盘，4辐条+4面板结构，主要结构材质为Q345C。在刀盘上焊接了各种刀具的刀座，可以实现刀具的更换。刀圈外周焊接有耐磨刀圈，刀盘面板焊接有复合耐磨钢板，与渣土主要接触区域堆焊有耐磨网格。
刀盘的开口率约35%，刀盘的中心部分开口率大，有利于中心部分渣土的流动并进入泥水仓，可以有效防止中心泥饼的产生。刀盘背面中心有冲洗装置，刀盘正面每根辐条设置三个径向冲洗孔，可防止淤泥质地层“糊刀盘”。配置有气体保压系统，压力控制精度可达±0.1bar。
（2）主驱动密封
主驱动有两套密封系统：外密封系统对开挖舱方向进行密封，内密封系统对盾体内部常压进行密封。外密封系统主要由4道唇形密封组成，通过自动持续注脂方式防止开挖舱的砂石、泥水等进入变速箱。内密封系统主要由两道唇形密封组成，防止盾体内部固体微细颗粒等进入变速箱。内、外密封环采用表面淬火处理，可通过螺栓调整密封环与密封唇口接触位置，有效提高密封系统使用寿命。外密封腔第一道注入HBW密封油脂，第二道注入EP2润滑脂，第三道注入空气和稀油混合物，第四道用于密封失效检测，内密封腔手动注入油脂。主驱动密封可保证不低于0.6MPa的水土压力。
（3）泥水环流系统
在输送过程中为防止泥浆发生沉淀，泥浆输送速度不小于2m/s，同时为防止携带的碎渣不随泥浆管产生大的默算输送速度不大于4m/s；泥水环流系统应具有开挖模式、旁通模式、关闭模式、反冲洗模式等多种模式。
（4）管片拼装
管片拼装机每个动作可单独灵活的控制，也可协同控制几个动作，控制精度高，安全可靠；管片拼装机抓取管片具有6个自由度；满足更换后两道盾尾刷；具有足够的回转扭矩，使管片纵缝止水条密封。
（5）盾尾密封系统
盾尾设置四道盾尾刷，形成三道油脂腔，盾尾油脂能够通过盾尾油脂管均匀注入，实现良好的密封；四道盾尾刷每道均能实现不低于0.6MPa的静止安全工作压力。
（6）壁后注浆
施维英注浆泵同步注浆能力满足最大掘进速度要求，管片壁后间隙的填充系数不低于250%；管片壁后注浆采用盾尾同步注浆方式，注浆材料为水泥、膨润土砂、粉煤灰；壁后注浆压力满足最大静水压0.57MPa的工作环境要求；盾构车架配备水泥、水玻璃双液浆二次注浆系统，能够进行二次补浆及深孔注浆。
（7）气压舱系统
自动保压系统可实现江底带压进仓，工作人员带压进仓后处理泥水仓 “泥饼”、检查主驱动密封情况、刀盘焊缝情况、刀具磨损情况及更换刀具。人员进出仓必须经过进仓培训。
5结束语
新济洲过江廊道盾构独头掘进长度为1945m,廊道断面地质条件复杂，施工标准要求高，穿越地层地质条件复杂，水土压力大，施工和运行受到长江冲淤变化的影响。因此新济洲过江廊道盾构机的施工较一般交通隧道难度更大，施工的要求更高。特别是对盾构机设备的性能提出了更高的要求。在盾构选型时，要认真研究盾构机掘进过程中的水文、地质条件和工程设计要求，使盾构机既能够满足工程的一般需要，又具有优越的技术经济性能。
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