1 前言
    過江水底隧道有五種主要的施工方法：圍堤明挖法、氣壓沉箱法、巖鉆法、盾構(gòu)法和沉管法。盾構(gòu)法是修建隧道的一種重要施工方法，尤其是在軟上地層中。自從1843年第一條盾構(gòu)法隧道在倫敦泰晤士河下建成以來，盾構(gòu)法隧道的設(shè)計和施工技術(shù)得到了很大發(fā)展，出現(xiàn)了泥水加壓式和土壓平衡式盾構(gòu)，襯砌由鑄鐵轉(zhuǎn)向鋼筋混凝土或鋼材組成。
    盾構(gòu)法施工的主要特點：可在盾構(gòu)的掩護(hù)下安全地進(jìn)行土層開挖和襯砌的支護(hù)工作；進(jìn)行水底隧道施工時，不影響航道通航；盾構(gòu)推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進(jìn)行，施工易于管理，施工人員也較少；施工不受風(fēng)雨等氣象條件影響。
    盾構(gòu)法存在的一些問題是：當(dāng)隧道曲線半徑過小時，施工較為困難；在水下作業(yè)時，覆土太淺則不夠安全；盾構(gòu)施工中采用全氣壓方法以疏干和穩(wěn)定地層時，對勞動保護(hù)要求較高，施工條件差；在飽和含水層中，盾構(gòu)法施工所用的拼裝襯砌，對達(dá)到整體結(jié)構(gòu)防水性的技術(shù)要求較高。
    2 淺覆土區(qū)域盾構(gòu)掘進(jìn)時存在的安全問題
    2.1 淺覆土易產(chǎn)生冒頂通透水流
    為了減少線路的坡度，一般河底段覆土極淺。在淺覆土區(qū)域，在高水頭壓力情況下，大刀盤前方土壓平衡不容易建立。河水常從擾動土體的裂縫中經(jīng)大刀盤開口及盾尾進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)，造成盾構(gòu)淹水。這種機(jī)損人亡事故時有發(fā)生。
    2.2 隧道上浮
    水域下淺覆土中推進(jìn)的盾構(gòu)，上下受到的力不均衡，盾構(gòu)姿態(tài)上揚(yáng)，壓坡困難、隧道上浮，軸線難以控制。拼裝完成的隧道環(huán)脫開盾尾后，由于上部壓載及自重?zé)o法抵抗地下水引起的浮力使隧道上浮。如果不采取相應(yīng)加固對策，極易引起隧道局部開裂、漏水。
    隧道穿越飽和土層，會受到水的浮力，當(dāng)浮力超過隧道上覆土重量和隧道及隧道內(nèi)設(shè)備自重時，隧道將上浮。當(dāng)管片脫離盾尾時，隧道被包圍在壁后注漿的漿液中，受到漿液的浮力比在飽和土中受到的浮力要大得多。同時，盾構(gòu)推進(jìn)挖出土方導(dǎo)致地基卸載，拼裝好的隧道會受到地基回彈的作用向上偏離中心軸線。在浮力和地基回彈共同作用下，隧道上覆土產(chǎn)生隆起，若最大隆起值得不到有效控制，覆土層將被頂裂，產(chǎn)生透水裂縫，河水沿透水裂縫涌入盾尾將嚴(yán)重影響隧道和隧道施工的安全。
    3 廣州地鐵三號線瀝～大區(qū)間盾構(gòu)淺覆土區(qū)域施工難點
    廣州地三號線瀝滘～大石北盾構(gòu)區(qū)間工程，共分為2個區(qū)間段構(gòu)成：大石北始發(fā)井～廈滘站、區(qū)間隧道長1429.791m；廈滘站～瀝滘站，區(qū)間隧道長1621.75m.共有2次過江。
    其中，隧道在YCK13＋780～YCK14＋098處過三枝香水道，水道河面寬度約為300m.隧道包括左、右線各一條，采用2臺泥水加壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工，先施工隧道右線，盾構(gòu)機(jī)由三枝香水道南岸往北岸方向推進(jìn)，當(dāng)右線盾構(gòu)推過江后，隧道左線由三枝香水道南岸往北岸方向推進(jìn)施工。
    隧道在過三枝香水道的斷面內(nèi)存在著強(qiáng)風(fēng)化巖、中風(fēng)化和微風(fēng)化等粉砂質(zhì)泥巖的復(fù)合地層，拱頂以上主要為淤泥、淤泥質(zhì)細(xì)砂和粘土。過江段隧道總長約為312m，存在風(fēng)化夾層，強(qiáng)度較高，巖體較為破碎，地表水與砂層及基巖裂隙水聯(lián)系較為密切，且隧道上方存在軟弱地層，對盾構(gòu)破巖能力及防冒漿的能力要求較高。盾構(gòu)機(jī)穿越三枝香水道，隧道洞身圍巖水文地質(zhì)條件受其影響較大。三枝香水道的水位主要受北江洪水和潮汐的影響，而且兩個相鄰的高潮或低潮的潮位和潮流歷時均不相等，一般歷年最高潮位多出現(xiàn)在汛期，最低潮位則出現(xiàn)在枯期，漲潮歷時短，落潮歷時長，高潮平均水位為5.85m，低潮平均水位為4.33m.
    隧道過三枝香水道是在YCK13＋780～YCK14＋098處，河面寬約312m隧道洞身巖層全部為巖石全~微風(fēng)化帶，地質(zhì)均勻，地下水亦較為豐富，且過江段覆土厚度較薄，土層軟弱，江中水壓較高，故盾構(gòu)掘進(jìn)時風(fēng)險較大。
    三枝香過江段地質(zhì)條件復(fù)雜多變、風(fēng)險極大，過江段覆土厚度較薄（僅為7.4m），江底780環(huán)到840環(huán)覆土厚度一般都在6～7m的范圍內(nèi)，即使是最厚處也僅有8.6m，略大于1倍盾構(gòu)直徑，地質(zhì)條件極差，上部為透水性差的砂質(zhì)土；840環(huán)附近風(fēng)險最大，隧道頂部全部為穩(wěn)定性極差的淤泥層，容易塌方，盾構(gòu)機(jī)容易抬頭，稍有不慎，將導(dǎo)致噴涌，江底塌方、江水灌入隧道等重大安全事故，后果不堪設(shè)想。而且受潮汐等影響，隧道穩(wěn)定難度大。過江段是關(guān)鍵地段，直接影響到盾構(gòu)施工的成敗，為了保證盾構(gòu)機(jī)順利穿越難度極大的三枝香水道，在整個施工過程中必須運(yùn)用信息化施工，控制隧道變形，并對盾構(gòu)掘進(jìn)中的各類施工參數(shù)進(jìn)行報考管理。
    為確通關(guān)江成功，避免重大事故的發(fā)生，地鐵總公司多次組織國內(nèi)外著名地鐵盾構(gòu)施工方面的專家對《盾構(gòu)過江專項方案》的安全性進(jìn)行審查、論證、分析和研究。經(jīng)過與會專家科學(xué)、嚴(yán)肅、認(rèn)真地論證，提出了“護(hù)頭保尾”、“過江監(jiān)測”、“作業(yè)預(yù)案”、“管片不浮監(jiān)測”等有針對性的意見。
    施工單位在過江前對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行了檢修保養(yǎng)并更換了刀具，避免了江底換刀的風(fēng)險。在施工過程中，采用感應(yīng)器法和聲納法的監(jiān)測技術(shù)，保護(hù)了河道的安全。此外，還結(jié)合實際制定了過江應(yīng)急預(yù)案，確保萬無一失。