第6 期
石新栋，等 : 南京纬三路过江盾构隧道工程主要地质问题及其对策
653
2 管，盾构直径为 14． 5 m，内设上下层双向 4 车道。通 道道路等级按城市快速路设计，设计车速为 80 km / h， 道路最小平曲线半径为 1 000 m，最大纵坡为 4． 5% ; 道 路凸形竖曲线最小半径为 4 500 m，凹形竖曲线最小半 径为 2 700 m，设计使用年限为 100 a，地震基本烈度为 7 度，暂按 8 度设防。
km 处，连接南京江南主城区与江北浦口新区。江北连 接线位于南京市浦口区浦珠路沿定向河路穿越长江， 沿线现状以农田为主，浦珠路和定向河两侧分布有部 分民房和工厂，江南连接线位于下关区及鼓楼区纬三 路与江东北路交叉口东侧，建筑物较为密集，并分布着 国家一级文物保护单位———宝船厂遗址。
纬三路过江通道所在位置河道顺直，呈南西 － 北 东向展布，江面由潜洲、江心洲分为 3 个航道，隧道先 后从这 3 个航道下穿过。 1． 2 设计概况
块，管片外径 14 500 mm，内径 13 300 mm，厚 600 mm，宽 2 000 mm，最大单块质量为 15 t。
南线在梅子洲设置风井，与南线盾构隧道相接，风 井结构内径为 26． 8 m，开挖直径为 29． 2 m，开挖深度 为 43． 3 m，先行施工风井再由盾构施工通过。 1． 3 工程地质与水文地质
南京纬三 路 过 江 通 道 盾 构 段 基 本 上 是 先 软 土 地 层，再硬岩地层，然后过江后再到软土地层，大致为: 始 发后首段为土砂地层与卵砾石地层，长 900 ～ 1 100 m; 中间段为上卵砾石下中风化砂岩，长约 700 m; 最后一 段为卵砾石及砂土地层，长 1 700 ～ 2 300 m。先软后硬 再软的地层特点，要求盾构机刀具布置上能够作到滚 刀与切削刀使用功能的自由切换; 而南线长达 4 140 m 的盾构隧道，江面宽度达 2 500 多 m( 比武汉长江隧道 长 800 m) ，由于江中存在卵石与砂岩地层，无法设置
隧道设计高水位按穿越江域百年一遇水位( 吴淞高 程 11． 080 m) 计算，按三百年一遇水位( 吴淞高程 11． 550 m) 验算。设计低水位按历史最低水位( 吴淞高程 1． 54 m) 计算。
本隧道最大覆土厚度约 54 m，按最高水位计算最大 静水压力约 0． 77 MPa，江中段隧道穿越沟槽最小覆土厚 度为 9． 8 m，隧道穿越多种地层，结构受力不均衡。
的可靠性等方面提出施工对策，为工程的前期筹划方案制定及盾构机选型提供技术依据，也为工程实施过程中规避地质重大风险
提供指导。
关键词: 过江盾构隧道; 复合地质; 施工对策
中图分类号: U 455
文献标志码: B
文章编号: 1672 － 741X( 2011) 06 － 0652 － 05
Geological Conditions and Construction Countermeasures of Weisanlu River-crossing Shield-bored Tunnel in Nanjing
SHI Xindong，WU Quanli
( CCCC Tunnel Engineering Co． ，Ltd． ，Beijing 100088，China)
Abstract: The main geological conditions of Weisanlu river-crossing shield-bored tunnel in Nanjing are analyzed and assessed． Countermeasures are proposed in terms of how to cope with the complex geology，how to replace the cutting tools and how to ensure the tail skin sealing． The paper can provide reference for the execution of the project． Key words: river-crossing shield-bored tunnel; geology; countermeasure
2 主要地质问题及风险分析
2． 1 江中高水压，覆土厚度小 目前长江上的另外 3 条盾构隧道，上海沪崇苏和
武汉过江隧道水压约为 0． 6 MPa ，南京长江纬七路隧 道水压约为 0． 65 MPa，而南京长江纬三路隧道盾构机
654
隧道建设
第 31 卷
最高静水压力达 0． 77 MPa，考虑水土压力其工作压力 将不低于 0． 85 MPa，比武汉、崇明长江隧道和临近的 纬七路隧道都要高。高压力下盾构机能否正常工作， 特别是保证盾构机密封性能，进行江底高水压下安全 有效的刀具检查和更换，对设计、盾构机选型、制造和 施工都是一个挑战。
根据地质资料显示，隧道穿越区域河势变化较大 ( 预计河床的最大冲刷线位于现状河床以下约 10． 0 m) 。隧道穿越的地层较为复杂，主要分布有淤泥质粉 质黏土层、粉细砂层、细砂层、砾砂层、圆砾层和砂岩、 泥岩基岩地层。隧道穿越江中地段有长达 740 m 的卵 石以及高强度砂岩混合地层，掘进断面岩性差异明显、 上下软硬不均，上部砂卵石层石英含量高，下部基岩为 砂岩、泥岩，平均抗压强度为 60 ～ 80 MPa，勘探取芯最 高抗压强度可达 120 MPa，属高强度硬岩( 见图 2) 。
检修井。因此，其地层条件差，水压高，设备检修和换 刀风险大。由于盾构直径大，盾构机边缘刀具开挖轨 迹长度远远大于小直径的盾构机，再加上砂卵石及高 强度砂岩地层特点，刀具耐磨性预测、刀具检查及换刀 存在较大安全风险。 2． 4 埋深变化幅度大
第 31 卷 第 6 期 2011 年 12 月
隧道建设 Tunnel Construction
Vol． 31 No． 6 Dec． 2011
南京纬三路过江盾构隧道工程主要地质问题及其对策
石新栋，吴全立
( 中交隧道工程局有限公司，北京 100088)
摘要: 对南京纬三路过江隧道主要地质问题进行分析与风险评估，重点对复合地层的适应性、盾构机换刀的可行性以及盾尾密封
盾构机采购选型及施工维护上的重点。 4) 覆土厚度小。受深槽影响，江中段最小覆土 9． 8
m，而江中覆土以卵石层为主，与江底水力联系紧密，浅 覆土高水压使盾构泥水压力维护困难，如何保证不击 穿江底是控制盾构泥水工作压力的难点。
5) 穿越地层强度高。江底长达 700 m，上部为卵 石层，下部为砂岩地层，盾构机刀盘设计、刀具配置及 制造监造是盾构机江底推进地层适应的关键所在，是 本工程的控制重点。
纬三路过江通道采用 8 车道“X”形盾构隧道方案 ( 见图 1) ，从浦口到定淮门将有 2 条隧道“X”形交叉 过江，隧道设计为双层双向 8 车道。左右线分离布置
收稿日期: 2011 － 07 － 21; 修回日期: 2011 － 10 － 03 作者简介: 石新栋( 1954—) ，男，河南驻马店人，1981 年毕业于西南交通大学隧道工程专业，本科，教授级高级工程师，现主要从事隧道工程的施工与 研究工作。
盾构通过江中地段数百 m 长度为粉细砂、砾砂和 卵石以及高强度砂岩、泥岩的混合地层，掌子面岩性差 异明显、上下软硬不均，上部砂卵石层石英含量高，对 刀盘刀具磨损和抗冲击能力要求高，下部基岩平均强 度等级为 60 ～ 80 MPa，最高达 120 MPa，属高强度硬 岩。由于其石英含量达到 65% ，对刀具磨损严重，需 要换刀的频度高，同时由于其上部为高透水的砂卵石， 也不同于狮子洋隧道全岩石地层可以常压开舱更换刀 具; 因此，本项目江底段既要考虑刀盘和刀具的耐磨要 求，也要考虑风险小、技术可靠的换刀功能，同时还要 考虑不利条件下 带压换刀作业，对盾构机选型 要 求 更高。 2． 3 过江一次掘进距离长
如果计算水土压力，江中段盾构机的工作压力高 达 0． 6 ～ 0． 85 MPa，在此高水压条件下，现状覆土厚度 为 0． 7 倍洞径，最小覆土厚度为 9． 8 m，而江中段拱顶 以上主要为砂与卵石地层，属高渗透性地层，与江水直 接相连; 因此，一方面需要高的泥水压力维护工作面的 稳定，一方面由于拱顶浅覆土高渗透地层极易发生泥 水劈裂地层，造成泥水喷发江水倒灌的工程事故，风险 极大。 2． 2 江中复合地质条件下盾构推进的高风险
图 1 8 车道“X”形盾构隧道方案平面示意图 Fig． 1 Alignment of shield-bored tunnel
本工程南线隧道全长 4 755 m，其中盾构隧道长 4 140 m，覆土厚度为 10． 8 ～ 51． 5 m; 北线全长 5 337 m， 盾构隧道长 3 433 m，覆土厚度为 9． 8 ～ 51． 5 m。隧道 采用预制管片衬砌并作为永久衬砌，单环管片数十
上海崇明岛越江隧道主要以淤泥质地层和部分粉 砂地层为主，具有超大直径、高水压作用、一次性长距 离施工、穿越复合土层等特点，对本工程岸上段有一定 借鉴经验［1 － 3］; 北京直径线隧道及成都、北京地铁工程 在砂卵石地层方面对刀盘刀具的磨损取得了不少经验 教训［4 － 5］; 北京直径线隧道和武汉长江隧道取得了小 于 0． 3 MPa 压力下带压作业的经验［5 － 6］; 武汉长江隧 道在常压状态下对泥浆门进行永久修复，为泥水盾构 泥浆门的维修及盾构泥水仓内设备维修提供借鉴经 验［7］; 南京纬七路隧道在常压换刀机构设计上具有可
0 引言
为了构筑南京浦口新区与江南之间城市跨江交通 网架的需要，根据现有南京市城市交通总体发展规划， 拟形成“3 铁、4 轨、8 路”共 10 个通道的南京长江段过 江通道总体规划。现正在筹划建设的 2 条地铁过江隧 道与南京纬三路过江隧道，计划于 2015 年前建成通 车，届时将形成“2 轨、3 桥、2 隧”交通网络。现纬三路 过江隧道工程已经开工，地质情况极其复杂，具有高透 水、高水压特征，集砂卵石、砂岩基岩为一体，采用盾构 法施工，一次掘进长度达 4 140 m。