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摘要：本文以南京市纬三路过江通道工程为例，对盾构穿越深槽段的施工风险进行分析。对地质勘察准确度、江底冒浆、盾尾密封、上软下硬地层施工、开挖面有障碍物等风险因素进行了分析，依据具体的风险情况制定出了相应的规避风险的措施，实现了降低风险，提高施工效率的目的，对于这种施工方法的有效应用有非常重要的应用价值。
关键词：穿越深槽段；风险分析；风险对策
一、引言
本文主要将南京市纬三路的过江通道工程作为研究对象，对堆沟穿越深槽段施工的方式及存在的风险进行分析，针对不同的风险类型提出解决对策。为更好的应用这种施工方法提供帮助。
二、工程概况
本文研究的工程项目，全线长度7363m，需要进行盾构施工的距离为4135m，施工所用设备为开挖直径为15.02m的泥水加压平衡式盾构机。
盾构机穿越江中深槽段的施工，里程从盾构开始进入粉砂岩的SDK4+688到粉砂岩层全部结束的SDK5+274，总长度为586m。该段掘进全部位于江中段，是本工程中风险最高、难度最大的施工区段。
三、施工风险分析
3.1地质勘测准确性风险
在本文研究的工程中，地质勘探因素和施工通过河堤的局限性因素，使得地质调查与勘探工作存在一定的难度。且由于河流水深因素的影响。要想实现全面的地质调查，所需要花费的施工成本就会有所加大，且深度调查的准确性会受到直接的影响。进一步带来施工刀具更换频率过高的风险。
3.2江底冒浆风险
在具体的掘进施工中，当应用泥水加压的盾构方式是，当泥水连续循环。会促使泥膜组织因大刀盘的切削作用不断的形成和破坏。由于本工程隧道穿越地层较为复杂，盾构推进到砾砂层厚普遍遇到上软下硬地层，并且在卵砾石层、粉砂岩层等存在地层孔隙较大，如地下水压过高，也导致风险的出现。其产生的后果主要为：
（1）引起其前方的地表或者江底区域出现突出或下陷的问题。
（2）超浅覆土的现象会进一步引起冒顶现象的发生以及江水本身和泥水出现回灌或溢出问题。
（3）由于承压水而引起的盾构塌方。
3.3盾尾密封失效风险
为了防止泥浆、地下水以及后墙的注浆液体向盾构壳的后部渗透，确保盾构作业的稳定性，需要进行尾封操作，起到尾部密封作用的装置在应用中会随着盾构机的运行而移动。如在运行过程中由于这一结构自身配置的合理性差或者由于磨损而损坏，则不能起到良好的密封作用。会使得隧道内出现水分和泥浆充斥的现象。影响开挖作业的正常进行。因此，保持盾构作业中尾部作业面的密封性，是控制风险的主要方面。
盾尾密封失效的后果：引起地表塌陷，使得在隧道内部进行作业施工的人员和设备都受到安全威胁。
3.4上软下硬地层施工风险
在进行地层施工时，需要先依据前期的地质探查结果对盾构隧道的横纵断面进行布置安排，当作业面深入到砂砾层后，即进入到软硬程度不均的地层结构中，在这种地质条件下，给挖掘方向和挖掘速度的控制带来了一定的难度。从而使盾构在该地层掘进产生较大的风险。在软硬不均地层中推进时，刀具尤其是切削刀会在径向与较硬的岩层发生磕刀现象，使得刀具发生剪切破坏和刀盘扭矩瞬间增大，影响后续段的施工。
3.5开挖面有障碍物
根据勘察资料，S线盾构范围内不存在类似炮弹这类目标的铁磁性物体。地质情况本身的复杂性和勘探工作自身的局限性，使得隧道本身所穿越地层的具体情况得不到准确的识别，这就导致一些可能存在的障碍物得不到及时的探测和发现，而如果作业中遇到巨大的障碍物，则会带来盾构机本身和施工作业的双重风险。
四、降低施工风险程度的对策分析
4.1地质勘测准确性风险的对策
江中段进行地质补堪难度较大，因此只能通过合理的设置推进参数和加强施工管理来弥补地質勘测准确性带来的风险。
1.合理设置盾构机施工参数，注意盾构施工参数的变化，及时分析推力、推力等参数变化的原因，并采取对策；
2.配备人员对筛分设备下的渣样进行检查和分析，同时与勘查资料进行核对是否相符，当发现渣样有变化时及时通知现场值班经理、盾构司机和土建工程师，及时调整参数，保证前方顺利推进。
3.加强盾构维护和保养，确保盾构设备的完好。
4.2防止江底冒浆风险的对策
盾构在江中段推进时，由于无法直接观测江底是否冒浆，因此盾构司机在推进过程中应当密切关注切口和空气仓的压力波动情况。做到及时发现，及时采取措施，避免出现较大事故发生。
具体来说主要采取以下几个措施防止江底冒浆：
1. 定时观测长江水位
在盾构进入江中段以前，对线路范围内的江底高程进行一次全面测量，在盾构进入江边时开始定时观测长江水位变化情况，把握好盾构机顶部覆土的深度以及水位层次，保证切口部位水泥压力的准确计算。一般来说，长江水位按照1次/天的频率进行观测，当一天内水位变化较大时加大频率，按照2次/天频率进行观测。
2.通过精确计算控制切口处的水压变化范围
在江中段推进前，提前对江中段的切口泥水压力进行计算，计算里程按照每20m一个断面，对于江底高程变化较大时还必须减小分段长度，从而更准确的掌握切口泥水的变化情况。
推进作业时，严格控制水压波动情况。此值控制在-0.1 bar-0.1 bar之间，以确保开挖表面的稳定性。盾构机通过浅层土层时，采用人工控制切口水压，人工调整施工参数。两相邻泥浆压力的差异环不大于0.2bar。
3. 控制同步注浆压力
依照土力学理论进行分析，基于保证盾构操作上方土体稳定性的目标，盾构作业顶部所受到的压力需要处在大于泥浆压力与水泥压力的总体压力值。基于这种要求。可分析得出，注浆压力也是影响顶板注浆的一个重要因素，需要 同时控制住注浆压力指标，并加装注浆安全阀，从而避免过高的注浆压力使得覆岩被打破。 在施工中为了防止同步注浆压力过大造成盾尾漏浆，压力按照上下一定梯度的方式进行设置，即上、中、下三对注浆孔出口压力，下侧一对比上侧一对注浆孔分别大0.1MPa。
4.3盾尾密封失效风险的对策
1.本工程盾构机设5排密封刷，盾尾水密封压力要达到1.0Mpa。
2.密封刷经常用自动或手动装置涂油。
3.盾构拼装机能直接移除屏蔽尾中的管片，让前两根钢丝刷在盾尾上被检查和更换，在入江前停机对盾尾的前两道钢丝刷进行检查和更换.。
4.避免同步灌浆对钢丝刷的破坏。
5.制备了两种初始凝结时间较短的液浆用于后壁注浆。注浆位置在盾构尾后5～10环，设置合理的压力，双液浆流道。避免双液浆前串。
6.管片应安装在中间，以防止盾构与管片之间的建筑间隙在另一侧增加过大，减小过大，从而降低密封效果。
7.在盾构机转弯时，注意调整盾构尾隙，防止盾构尾部断裂。
8.将压力集中在泄漏的泥浆和漏泥浆部位上，以填充盾尾油脂。
4.4上软下硬地层施工风险的对策
1.控制刀盘速度、掘进速度及贯入度
在上软下硬不均匀地层中开挖时，局部岩石硬度较高，硬岩中的刀具滚刀具有较大的受力，而软岩只需对掌子面进行切削则会破坏土体，但局部硬岩石对刀具及刀盘的损伤更大。因此，有必要降低刀盘转速，控制贯入度等于刀盘转速的一半为较好状态。
2.控制刀具扭矩和气缸推力
由于硬岩造成的严重磨损，在连续使用过程中，应通过减小刀具的冲击力来保护刀具。刀盘的扭矩是刀具受力的直接体现，因此减小刀盘扭矩实际上是为了减小刀具的冲击力
3.掘进方向偏差控制
这方面的控制工作需要首先对开挖面的情况进行控制，及其分布将情况以及地层边界的变化情况。并在结合考虑掘进参数的基础上进行初步方案的确定。在这期间，盾构转向系统的应用具有较高的必要性。应按照及时性、连续性、有限性的原则，进行掘进参数的调整。对盾构姿态进行小幅度、逐次的调整，以避免盾构机因过度纠偏而产生的异形推进，增加工具磨损和损坏组装段和屏蔽尾密封。
4.5掘进工作面障碍物风险的对策
本工程盾构掘进过程中从筛分设备出渣口被筛出来，这说明物探未能探明该类物体的出现，同时，由于物探水平限制，可能有其它物体在刀盘前方，如孤石、沉船等，为了保证盾构顺利推进，现在制定以下对策。
1.派专人对筛分设备出渣口进行巡查，发现异常情况及时值班经理和盾构司机。
2.值班工程师注意刀盘部位的异常响动，发现有金属碰撞的声音等应当立即停止推进，探明情况后再继续推进。
3.盾构司机注意扭矩、推力等异常情况。
4.如果出渣口发现有块状金属物或木块被筛分出来，说明刀盘前方可能存在异物，需要减慢施工速度，并观察刀盘扭矩的变化情况，避免设备损坏。
5.在发现刀盘有异常晃动后，应及时分析可能产生的原因。如果刀盘的前部是响亮且连续的，则考虑人员带压进仓查看，必须排除较大的异物，以确保盾构驱动。
五、结论
1.盾构穿越深槽段过程中，及时观察筛分渣样，确认刀盘开挖面的地层情况，为盾构掘进参数的调整提供参考依据。
2.密切關注盾构掘进参数的变化规律，对掘进参数进行动态管理，提前准确计算切口泥水压力、控制切口水压波动范围，严格控制同步注浆压力，尽可能规避江底击穿、盾尾密封失效、江底段换刀等施工风险的发生，保证盾构穿越深槽段的施工安全。
参考文献：
[1]金玛黎. 长江隧道盾构穿越深槽岩石段施工技术. 中国工程咨询， 2013， （6）.
[2]姚占虎.南京纬三路过江通道工程盾构段施工风险评估.现代隧道技术，2015.52（4）：49-54.
[3]张维，邓勇.南京地铁十号线越江隧道主要风险及措施研究.现代隧道技术，2012.49（3）：154-160.
（作者单位：中交天和机械设备制造有限公司）
关键词：穿越深槽段；风险分析；风险对策
一、引言
本文主要将南京市纬三路的过江通道工程作为研究对象，对堆沟穿越深槽段施工的方式及存在的风险进行分析，针对不同的风险类型提出解决对策。为更好的应用这种施工方法提供帮助。
二、工程概况
本文研究的工程项目，全线长度7363m，需要进行盾构施工的距离为4135m，施工所用设备为开挖直径为15.02m的泥水加压平衡式盾构机。
盾构机穿越江中深槽段的施工，里程从盾构开始进入粉砂岩的SDK4+688到粉砂岩层全部结束的SDK5+274，总长度为586m。该段掘进全部位于江中段，是本工程中风险最高、难度最大的施工区段。
三、施工风险分析
3.1地质勘测准确性风险
在本文研究的工程中，地质勘探因素和施工通过河堤的局限性因素，使得地质调查与勘探工作存在一定的难度。且由于河流水深因素的影响。要想实现全面的地质调查，所需要花费的施工成本就会有所加大，且深度调查的准确性会受到直接的影响。进一步带来施工刀具更换频率过高的风险。
3.2江底冒浆风险
在具体的掘进施工中，当应用泥水加压的盾构方式是，当泥水连续循环。会促使泥膜组织因大刀盘的切削作用不断的形成和破坏。由于本工程隧道穿越地层较为复杂，盾构推进到砾砂层厚普遍遇到上软下硬地层，并且在卵砾石层、粉砂岩层等存在地层孔隙较大，如地下水压过高，也导致风险的出现。其产生的后果主要为：
（1）引起其前方的地表或者江底区域出现突出或下陷的问题。
（2）超浅覆土的现象会进一步引起冒顶现象的发生以及江水本身和泥水出现回灌或溢出问题。
（3）由于承压水而引起的盾构塌方。
3.3盾尾密封失效风险
为了防止泥浆、地下水以及后墙的注浆液体向盾构壳的后部渗透，确保盾构作业的稳定性，需要进行尾封操作，起到尾部密封作用的装置在应用中会随着盾构机的运行而移动。如在运行过程中由于这一结构自身配置的合理性差或者由于磨损而损坏，则不能起到良好的密封作用。会使得隧道内出现水分和泥浆充斥的现象。影响开挖作业的正常进行。因此，保持盾构作业中尾部作业面的密封性，是控制风险的主要方面。
盾尾密封失效的后果：引起地表塌陷，使得在隧道内部进行作业施工的人员和设备都受到安全威胁。
3.4上软下硬地层施工风险
在进行地层施工时，需要先依据前期的地质探查结果对盾构隧道的横纵断面进行布置安排，当作业面深入到砂砾层后，即进入到软硬程度不均的地层结构中，在这种地质条件下，给挖掘方向和挖掘速度的控制带来了一定的难度。从而使盾构在该地层掘进产生较大的风险。在软硬不均地层中推进时，刀具尤其是切削刀会在径向与较硬的岩层发生磕刀现象，使得刀具发生剪切破坏和刀盘扭矩瞬间增大，影响后续段的施工。
3.5开挖面有障碍物
根据勘察资料，S线盾构范围内不存在类似炮弹这类目标的铁磁性物体。地质情况本身的复杂性和勘探工作自身的局限性，使得隧道本身所穿越地层的具体情况得不到准确的识别，这就导致一些可能存在的障碍物得不到及时的探测和发现，而如果作业中遇到巨大的障碍物，则会带来盾构机本身和施工作业的双重风险。
四、降低施工风险程度的对策分析
4.1地质勘测准确性风险的对策
江中段进行地质补堪难度较大，因此只能通过合理的设置推进参数和加强施工管理来弥补地質勘测准确性带来的风险。
1.合理设置盾构机施工参数，注意盾构施工参数的变化，及时分析推力、推力等参数变化的原因，并采取对策；
2.配备人员对筛分设备下的渣样进行检查和分析，同时与勘查资料进行核对是否相符，当发现渣样有变化时及时通知现场值班经理、盾构司机和土建工程师，及时调整参数，保证前方顺利推进。
3.加强盾构维护和保养，确保盾构设备的完好。
4.2防止江底冒浆风险的对策
盾构在江中段推进时，由于无法直接观测江底是否冒浆，因此盾构司机在推进过程中应当密切关注切口和空气仓的压力波动情况。做到及时发现，及时采取措施，避免出现较大事故发生。
具体来说主要采取以下几个措施防止江底冒浆：
1. 定时观测长江水位
在盾构进入江中段以前，对线路范围内的江底高程进行一次全面测量，在盾构进入江边时开始定时观测长江水位变化情况，把握好盾构机顶部覆土的深度以及水位层次，保证切口部位水泥压力的准确计算。一般来说，长江水位按照1次/天的频率进行观测，当一天内水位变化较大时加大频率，按照2次/天频率进行观测。
2.通过精确计算控制切口处的水压变化范围
在江中段推进前，提前对江中段的切口泥水压力进行计算，计算里程按照每20m一个断面，对于江底高程变化较大时还必须减小分段长度，从而更准确的掌握切口泥水的变化情况。
推进作业时，严格控制水压波动情况。此值控制在-0.1 bar-0.1 bar之间，以确保开挖表面的稳定性。盾构机通过浅层土层时，采用人工控制切口水压，人工调整施工参数。两相邻泥浆压力的差异环不大于0.2bar。
3. 控制同步注浆压力
依照土力学理论进行分析，基于保证盾构操作上方土体稳定性的目标，盾构作业顶部所受到的压力需要处在大于泥浆压力与水泥压力的总体压力值。基于这种要求。可分析得出，注浆压力也是影响顶板注浆的一个重要因素，需要 同时控制住注浆压力指标，并加装注浆安全阀，从而避免过高的注浆压力使得覆岩被打破。 在施工中为了防止同步注浆压力过大造成盾尾漏浆，压力按照上下一定梯度的方式进行设置，即上、中、下三对注浆孔出口压力，下侧一对比上侧一对注浆孔分别大0.1MPa。
4.3盾尾密封失效风险的对策
1.本工程盾构机设5排密封刷，盾尾水密封压力要达到1.0Mpa。
2.密封刷经常用自动或手动装置涂油。
3.盾构拼装机能直接移除屏蔽尾中的管片，让前两根钢丝刷在盾尾上被检查和更换，在入江前停机对盾尾的前两道钢丝刷进行检查和更换.。
4.避免同步灌浆对钢丝刷的破坏。
5.制备了两种初始凝结时间较短的液浆用于后壁注浆。注浆位置在盾构尾后5～10环，设置合理的压力，双液浆流道。避免双液浆前串。
6.管片应安装在中间，以防止盾构与管片之间的建筑间隙在另一侧增加过大，减小过大，从而降低密封效果。
7.在盾构机转弯时，注意调整盾构尾隙，防止盾构尾部断裂。
8.将压力集中在泄漏的泥浆和漏泥浆部位上，以填充盾尾油脂。
4.4上软下硬地层施工风险的对策
1.控制刀盘速度、掘进速度及贯入度
在上软下硬不均匀地层中开挖时，局部岩石硬度较高，硬岩中的刀具滚刀具有较大的受力，而软岩只需对掌子面进行切削则会破坏土体，但局部硬岩石对刀具及刀盘的损伤更大。因此，有必要降低刀盘转速，控制贯入度等于刀盘转速的一半为较好状态。
2.控制刀具扭矩和气缸推力
由于硬岩造成的严重磨损，在连续使用过程中，应通过减小刀具的冲击力来保护刀具。刀盘的扭矩是刀具受力的直接体现，因此减小刀盘扭矩实际上是为了减小刀具的冲击力
3.掘进方向偏差控制
这方面的控制工作需要首先对开挖面的情况进行控制，及其分布将情况以及地层边界的变化情况。并在结合考虑掘进参数的基础上进行初步方案的确定。在这期间，盾构转向系统的应用具有较高的必要性。应按照及时性、连续性、有限性的原则，进行掘进参数的调整。对盾构姿态进行小幅度、逐次的调整，以避免盾构机因过度纠偏而产生的异形推进，增加工具磨损和损坏组装段和屏蔽尾密封。
4.5掘进工作面障碍物风险的对策
本工程盾构掘进过程中从筛分设备出渣口被筛出来，这说明物探未能探明该类物体的出现，同时，由于物探水平限制，可能有其它物体在刀盘前方，如孤石、沉船等，为了保证盾构顺利推进，现在制定以下对策。
1.派专人对筛分设备出渣口进行巡查，发现异常情况及时值班经理和盾构司机。
2.值班工程师注意刀盘部位的异常响动，发现有金属碰撞的声音等应当立即停止推进，探明情况后再继续推进。
3.盾构司机注意扭矩、推力等异常情况。
4.如果出渣口发现有块状金属物或木块被筛分出来，说明刀盘前方可能存在异物，需要减慢施工速度，并观察刀盘扭矩的变化情况，避免设备损坏。
5.在发现刀盘有异常晃动后，应及时分析可能产生的原因。如果刀盘的前部是响亮且连续的，则考虑人员带压进仓查看，必须排除较大的异物，以确保盾构驱动。
五、结论
1.盾构穿越深槽段过程中，及时观察筛分渣样，确认刀盘开挖面的地层情况，为盾构掘进参数的调整提供参考依据。
2.密切關注盾构掘进参数的变化规律，对掘进参数进行动态管理，提前准确计算切口泥水压力、控制切口水压波动范围，严格控制同步注浆压力，尽可能规避江底击穿、盾尾密封失效、江底段换刀等施工风险的发生，保证盾构穿越深槽段的施工安全。
参考文献：
[1]金玛黎. 长江隧道盾构穿越深槽岩石段施工技术. 中国工程咨询， 2013， （6）.
[2]姚占虎.南京纬三路过江通道工程盾构段施工风险评估.现代隧道技术，2015.52（4）：49-54.
[3]张维，邓勇.南京地铁十号线越江隧道主要风险及措施研究.现代隧道技术，2012.49（3）：154-160.
（作者单位：中交天和机械设备制造有限公司）