三、开展的技术攻关和施工综合技术研究 1、研究背景和意义 2、南京长江隧道创新之处 3、开展的主要研究项目和阶段成果
不当之处敬请批评指正！
一、工程总体情况介绍 1、项目概况
• 南京长江隧道工程盾构隧道设计为双向、双洞6车道，其 中左线盾构隧道长3022m，右线盾构隧道长3015m。隧道 采用两台直径Φ14.93m泥水盾构，由江北始发井出发， 同向掘进施工。
• ⑵ 水压力高 • 南京长江隧道盾构机工作压力高，最大达到6.5㎏/㎝2（即相当于65m水
头压力），在超大直径盾构水下隧道项目中是世界最大的。
• ⑶ 地层透水性特强 • 长江南京水域的江中主要为粉细砂地层，以及部分砾砂、卵石层，砂层
透水系数是粘土层的千倍以上，在如此高透水性地层条件下，而最大水 压力达到6.5㎏/㎝2，所有的水头压力均直接作用在隧道上，江底隧道掘 进风险是巨大的，如何安全、顺利完成施工是一个具有挑战性的课题。
• ⑷ 水下一次掘进距离长，刀具保护要求极高 • 南京长江隧道长度超过3km，而且地层条件复杂，以砂层为主： • ① 如果在同等地质条件下，由于盾构直径超大，南京长江隧道3km的掘进相
当于直径6.3m的地铁盾构掘进17km。 • ② 同样的盾构机刀具，在石英含量高的砂层中盾构机刀具的磨损是软土地层
中的10倍以上，也就是说：南京长江隧道盾构机掘进完成3公里长的江底隧道， 相当于同样直径的盾构机在软土地层中掘进30公里。因此刀具的保护是施工 中必须克服的难题。
• ⑸ 盾构始发和接收超浅埋
• 按照一般作法，盾构机始发和接收覆土厚度一般不宜小于1倍盾构机 直径，而本工程权衡深基坑和盾构出洞双重困难，选择盾构机始发埋 深仅为0.37倍盾构直径（5.5m），在国内是埋深最浅的；除了荷兰绿 心隧道以外，世界上还没有更浅埋深盾构始发范例。
长江
①粉细砂 ⑦-1粉细砂
①粉细砂 ⑦-1 粉细砂
① 粉细砂 ⑦-1 粉细砂
⑿粉细砂
⑧ 粉细砂
⑩砾砂
⑿粉细砂
⒀ 圆砾
⒂-1
⒂-1
⑧粉细砂
⑧ 粉细砂
⑩砾砂 ⒀ 圆砾
⑿ 粉细砂
⑩砾砂
强风化粉砂质泥岩 ⒂-1
⒀圆砾 强风化粉砂质泥岩
⒂-1 ⒃-1 中风化粉砂质泥岩
砾砂、圆砾、强风化 粉砂质泥岩, 22.3%
• 3、主轴承设计寿命达：17,600小 时。
• 4、先进的PLC系统实现了故障自动报警，确保盾构机处于良 好工作状态。
• 5、盾体
• ⑴ 设计有大型碎石机，可以破碎直径达到 1.2m的石块。
• ⑵ 先进的冲洗冲刷系统减少了开挖舱内碴土粘结或大量碴土 沉积的情况。
• ⑶ 盾体设计有锥度（由三个直径组成） ，即使在施工过程中 遇到长时间停机的情况，恢复推进时仍能确保盾构机轻松前进 。
① ⑧
① ⑦-1
⑧-1
⑩
⑩
⒀
⑿
⑿
⒀
⒀
⒂-1
⑩
⑿
⒀
⑿
⒂-1
⒃-1
8.37m 历年最高潮水位多年平均
⑦-1
⑧
⑩
⒀
⑿
⒂-1
⒃-1
①
①
⑦-1
⑦-1
⑧ ⑩ ⒀ ⒂-1
⑩
⑿-1
⑿
⒃-1
⑧
⑩
⑿
⒀
⑿-1 ⒂-1
⒂-1
①
①
① ⑦-1
⑦-1
④
⑧
⑧-1
⑧
⑩ ⒀ ⒀-1 ⑿ ⒂-1
⒃-1
⑿ ⒂-1
⑩ ⒀
⒂-1
⑧
⑧-1
⑿
⑩
⒀ ⒀
2、南京长江隧道创新之处
• 以南京长江越江隧道工程为依托，对超大直径盾构隧道的 衬砌结构型式及力学行为、超浅覆土始发和接收施工技术、 施工风险分析与应对措施以及高水压、长距离、浅覆土条 件下河床处理及掘进施工技术等建造关键技术进行深入研 究，解决复杂地质条件下超大直径盾构隧道建造技术难题， 形成具有自主知识产权的、整体上达到国际先进水平、部 分技术达到国际领先的越江隧道核心技术体系。
3、仅用58天时间就完成了正常需要近五个 月时间的盾构机组装，第一台盾构机于08年 1月15日试掘进，2月27日正式掘进，目前已 掘进2300米；第二台盾构机于08年5月16日 破门进洞，2009年5月20日，左线隧道实现 贯通；
4、3043环管片生产已经于08年11月 13日全部完成，其工艺控制水平和质量 达到世界先进水平，箱涵已于08年7月 30日提前两个月完成了3082块的全部生 产任务；
梅子洲防洪大堤
②-1 ②-3
②-1
⑧粉细砂
① -1
淤泥
④ 淤泥质粉质粘土
④
粉细砂 ① 淤泥质粉质粘土
④
粉土④ -2 ⑥
淤泥质粉质粘土夹粉土
粉细⑦砂-1
⑧ 粉细砂
⑥
粉细砂 ⑨
④
⑧
⑨ -1 ⑨
⑿粉细砂 ⒀
⒂ -1 强风化粉砂质泥岩
⑩ 砾砂 ⒀ 圆砾
⒃ -1 中风化粉砂质泥岩
⑩ 砾砂 ⒀圆砾
⒃ -1
⑩ ⒂ -1
南京长江隧道是一项世界瞩目的宏伟工程，南京长江隧道工程面临一些世 界级的技术难点和挑战。本工程特点、难点及风险点主要包括以下六个方面：
⑴ 盾构直径超大
荷兰的绿心隧道盾构机直径14.87m，是 目前世界上已建成的直径最大的盾构工程。 南京长江隧道盾构机直径14.93m，是目前世 界上直径最大的盾构机之一，直径超过世界 上已建成的最大盾构隧道。虽然盾构机尺寸 的增大仅是数字的增大，但是由于盾构机尺 寸的增大带来的则是施工难度和风险的几何 增长，盾构机直径的超大带来的一系列问题 是施工面临的挑战之一。
• 6、盾构机的操作采用气泡调节技术，能够保证支撑压力的 精确率为+/- 0.05bar。在不稳定的、混合地层中能够安全 地进行隧道开挖操作，外界压力的变化不会对开挖面的稳定 造成影响，沉降控制在+20mm～-40mm之间。
• 7、盾尾专门设计了用于高工作压力的的密封系统，包括3道 钢丝刷、1道钢板束和1个应急密封。
• 根据南京长江隧道穿越地段水文和 地质特点，我们量身定做了两台德 国海瑞克公司生产的直径为14.93m 的泥水平衡盾构机进行南京长江隧 道施工。
• 根据南京长江隧道工程的要求，盾 构机设计具有如下先进性：
• 1、刀盘刀具设计有71把能够在常压 下进行更换的刀具，且安装了磨损 监测系统。
• 2、主驱动：带有特殊压力装置的密 封系统符合高工作压力，在盾构机 轴心部分中部达到7.5bar的要求。
5、梅子洲接收井自07年9月份开始 分段开挖，08年6月25日提前5天完成全 部土建施工，保证了盾构机的到达接收。
三、开展的技术攻关和施工综合技术研究 1、研究背景和意义 2、南京长江隧道创新之处 3、开展的主要研究项目和阶段成果
三、技术攻关、关键技术研究的开展情况 1、研究背景和意义
• 目前国际上修建的大型跨江、跨海隧道还很少，国 内则更是刚刚起步，在这方面还没有经验,传统的设 计与施工方法难以满足超长度、大深度、大断面的 隧道及地下工程的要求。面对我国将建的一批越江 跨海等特长隧道工程，一方面我们要紧跟国际研究 的前沿，另一方面则要依托南京长江隧道工程，开 展超大直径泥水盾构核心技术研究。
⒂-1
8.37m
①-1 ④
④-2 ⑥
⑦-1 ⑧
⒀
④ ⑥
⑨ ⑩
⒀
②-3 ④
④
④-2
⑦-1
⑦-2
⑧
⑨-1 ⑨
⑩ ⒂-1
⑨ ⒂-1
②-3 ②-2 ④-2 ⑦-1
⑧
⒃-1
⒃-1
②-2 ④-0
-30.000 盾构隧道
-50.000
-70.000
水面
8.37m 历年最高潮水位多年平均
2、南京长江隧道创新之处
• 创新点： • ⑴ 发展超大直径盾构施工核心技术； • ⑵ 总结出复杂地层条件下盾构刀具切削机理和刀盘优化
设计原理，掌握合理的最小覆土厚度及相应的安全掘进模 式和掘进参数的关键核心技术，建立泥水劈裂理论，整理 出劈裂发生以及泥水喷发的判别标准； • ⑶ 发展跨江跨海盾构风险的评估和防范理论，建立风险 分析与评估的核心技术体系。
K6+345.820 盾构终点 K6+590.000
段
梅
①-1
②-3
②-3
②-2 ②-3
④
④
④ ⑥
⑦-1 ⑦-2
⑥
⑦-2
⑥
⑧
⑧
⑦-2 ⑧
⑨-1
⑨
⑨-1
⑨
⑨
⑨
⑨-1
⑨-1
⑨
⑨-1
⑨
⑿
⑩
⑩
⑩
⑩
⑩
⑿
⑿
⑿
⑿
⒀
⒀
⒀
④ ⑦-1
⑿ ⒀
④-2
①-1
⑧
⑨-1 ⑩
⑿ ⒂-1
④
①-1 ④-2
⑦-1
⑧ ⑧
④ ⑦-1
⑧-1
⑧-1
•
鉴于南京长江隧道面临的上述六大技术难题和挑战，在没有现成经验可供
借鉴的情况下，为了安全顺利完成这项史无前例的工程施工，我们建立了三
级专家体系，坚持依靠专家团队的智慧，为工程施工保驾护航：
• 1、以钱七虎院士为首的专家委员会
• 2、以梁文灏院士为 首的现场专家组
• 3、由具有丰富施工经 验的国内外相关专家 组成的工地专家组
盾构隧道水文地质情况
盾构隧道工程区段属长江河床及高河漫滩，地形开阔平坦。地表主要为农田、水 塘、苗圃等。盾构穿越江面宽度约2600m，高水位多年平均值8.37m，最大水深约 28.8m。隧道通过地段主要地层分布为粉细砂、砾砂、圆砾和强风化砂质泥岩。