广州地铁2号线越三盾构技术研究PPT课件
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形刀互换） 刮刀数量 仿形盘刀
Φ6.280[mm] 右/左 64St. 14St.
14St.
2St. 1St.
10
复合式盾构图
11
2. 1.5m环宽管片结构与防水设计技术
在国内首次采用1.5m环宽管片，和国内常用的 1.0m、1.2m环宽管片相比，提高了管片拼装效率和 管片的整体刚度，提高了管片的防水性能，降低了 成本，在国内处于领先水平。本课题开发了盾构隧 道结构计算程序（STCP），程序综合考虑了这四 种计算模型，能够根据输入的地层、地下水和地面 超载情况按全覆土和泰沙基土压力理论采用水土分 算或水土合算模式进行荷载计算，接近国际先进水 平。
越~三区间隧道平面位置图
2
二、工程地质及水文地质
1、洞身通过的工程地质 越~火区间隧道80%的地段埋置于岩层中，仅有
20%的洞体处在断裂带和土石混合层中。穿越地层大部分 是强风化岩<7>及中风化岩<8>、及微风化岩<9>、有少部 分为全风化岩<6>、残积土层<5-2>和断裂破碎带。
火~三区间隧道穿越地层大部分是中风化岩〈8〉、 强风化岩〈7〉和微风化岩〈9〉、其次为全风化岩〈6〉 和残积土层〈5-2〉。在洞身范围内，基本呈上软下硬。 2、水文地质概况
软硬不均地层及复杂环境隧道 复合盾构的研究与掘进技术
中铁隧道集团有限公司
２００７年１０月
1
一、工程概况
广州地铁二号线【越～三区间隧道】盾构工程包 括越秀公园站至广州火车站、广州火车站至三元里 站两个区间双孔隧道。最小曲线半径400m。两个区 间均为“V”形坡，最大坡度30‰，隧道上方覆土厚 度最大约28m，最小约9m。
12
管片制作 C50、S12钢筋混凝土结构 内径5400mm、外径6000mm、宽度1500mm
管片钢筋笼
光面处理
管片抗渗试验
蒸气养护
水养池
三环水平拼装
13
3.不同地层盾构掘进及模式转换技术；
根据工程水文地质状况和复杂周边环境，盾构 机具有敞开式、半敞开式以及全封闭土压平衡式 （EPB式）掘进模式，以适应硬岩地层、含水软岩 以及软硬混合地层的掘进，并达到盾构机的最佳工 作状态。同时，在EPB模式下，足够的土压平衡调 节能力可有效的平衡周围土体的静水压力和土压力， 保证开挖面的稳定。配合可靠的同步注浆系统，必 要的二次补充注浆，以及后期地层注浆加固技术等 辅助工法，可将地表隆陷控制在规定的范围之内， 从而确保安全通过桩基群、广州火车站站场、广从 断裂等特殊区段。
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敞开模式
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3.1. 盾构掘进模式与关键掘进参数 （1）敞开式掘进模式
盾构穿过〈8〉、〈9〉岩层中，且渗水量较小的 情况下，采用“敞开式”作业。在敞开式掘进模式下 开挖刀具破碎隧道掌子面的岩层，破碎的碴石通过刀 具上的卸碴口进入位于刀盘后的开挖仓。岩碴落到开 挖仓的底部后，通过位于开挖仓底部的螺旋输送机传 送出来。
在开挖仓的底部，要有足够的岩碴供输送机螺旋 出碴用，开挖仓的其他空间是Leabharlann Baidu的。 在“敞开式” 作业方式下，土仓通过螺旋输送机的卸料口与隧道相 通。
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（2）半敞开式掘进模式：
当隧道穿过〈8〉、〈9〉岩层中,且含水水压为 1～1.5Bar，掌子面可以稳定的地层中时，采用半敞 开式掘进模式进行掘进。半敞开式作业时隧道掘进 速度近似于敞开式作业。位于刀盘和承压板之间的 混合仓一部分是岩碴，一部分为压缩空气。半敞开 式作业的开挖和推进与敞开式作业基本一致。
8
（1）适应软硬不均地层的盾构机的研究设计
根据工程的围岩条件、周边环境、断面尺寸、隧
道长度、隧道线路、工期等因素，结合开挖和衬砌方 式，经过安全性、技术性、经济性比较后确定，适应 该工程的盾构机关键部件设计见下表。
盾构机 前盾
中部盾壳
盾构机的标称直径 最大掘进速度 最大掘进力
除耐磨层以外的外径 耐磨层 前盾长度 盾壳钢厚度 隔板钢厚度
主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水两种。隧道穿过 广从断裂和走马岗断裂，断裂破碎带富水，稳定性差。
3
越~三区间隧道纵断面图
4
三、工程周边环境
整个区间隧道的地表建筑物密集，地面交通繁忙， 地下管线复杂，共穿越135栋建筑物，其中四层楼以上 的建筑物31栋，最高为7层。整个区间隧道穿越的各种 地下管线达56条。
外径 长度
Φ6.280[mm] 80[mm/min] 30.100[kN]
Φ6.250[mm] 2×5[mm] ca. 1.700[mm]
60[mm] 80[mm]
Φ6.240[mm] ca. 2.580[mm]
9
刀盘 刀具
整个刀盘 标称直径 旋转方向
切刀数量 硬岩用盘形刀双刃盘刀数量（可和在
岩石疏松条件下的齿刀互换） 双刃齿刀数量（可和硬岩条件下的盘
6
5.盾构穿越线路曲线多：本标段区间隧道最小曲线 半径400m，曲线长度大约占46%，越秀公园（体育 大厦）～广州火车站区间有两段反向曲线，且隧道 纵坡分段多，变化大，在竖曲线和平曲线、缓和曲 线上施工，方向控制难。 6.碴的粒径大，出碴困难：岩层分界面起伏较大， 掘进工作面软硬不均，不但掘进方向控制难，掘进 参数调整要求高，而且各种地层岩石与土体产生的 碴的粒径差异大、不均匀，可能造成出碴因难，影 响螺旋输送机的使用效率，因此应选择适宜的出碴 系统。
7
六、主要研究内容与关键技术
（1）适应软硬不均地层的盾构机的研究设计； （2） 1.5m环宽管片结构与防水设计技术； （3） 不同地层盾构掘进及模式转换技术； （4） 环形间隙同步注浆技术； （5） 盾构姿态控制及管片防裂损技术； （6） 渣土改良技术； （7） 重载快速运输设备研制与应用技术； （8） 穿越各种复杂建筑物的地层变形分析及控制 技术。
5
四、工程的重点与难点
1.工期紧，每台盾构机月掘进指标达230米/月;
2.盾构穿越铁路车站轨道，对沉陷控制要求特别 严格;
3.盾构穿越断层破碎带：该断层带是由岩体破碎， 由角砾和碎块岩组成，地层无自稳能力，且地 下水富集，有突水涌泥的可能。
4.盾构推进方向控制难：由于岩层软硬不均，推 力和扭矩变化较大，使盾构掘进机推进中的轴 线控制和推进操作有相当大难度。尤其是当软 硬不均匀地层分布于曲线段和线路坡度较大洞 段时，更加大了盾构掘进和轴线控制的难度。
Φ6.280[mm] 右/左 64St. 14St.
14St.
2St. 1St.
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复合式盾构图
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2. 1.5m环宽管片结构与防水设计技术
在国内首次采用1.5m环宽管片，和国内常用的 1.0m、1.2m环宽管片相比，提高了管片拼装效率和 管片的整体刚度，提高了管片的防水性能，降低了 成本，在国内处于领先水平。本课题开发了盾构隧 道结构计算程序（STCP），程序综合考虑了这四 种计算模型，能够根据输入的地层、地下水和地面 超载情况按全覆土和泰沙基土压力理论采用水土分 算或水土合算模式进行荷载计算，接近国际先进水 平。
越~三区间隧道平面位置图
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二、工程地质及水文地质
1、洞身通过的工程地质 越~火区间隧道80%的地段埋置于岩层中，仅有
20%的洞体处在断裂带和土石混合层中。穿越地层大部分 是强风化岩<7>及中风化岩<8>、及微风化岩<9>、有少部 分为全风化岩<6>、残积土层<5-2>和断裂破碎带。
火~三区间隧道穿越地层大部分是中风化岩〈8〉、 强风化岩〈7〉和微风化岩〈9〉、其次为全风化岩〈6〉 和残积土层〈5-2〉。在洞身范围内，基本呈上软下硬。 2、水文地质概况
软硬不均地层及复杂环境隧道 复合盾构的研究与掘进技术
中铁隧道集团有限公司
２００７年１０月
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一、工程概况
广州地铁二号线【越～三区间隧道】盾构工程包 括越秀公园站至广州火车站、广州火车站至三元里 站两个区间双孔隧道。最小曲线半径400m。两个区 间均为“V”形坡，最大坡度30‰，隧道上方覆土厚 度最大约28m，最小约9m。
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管片制作 C50、S12钢筋混凝土结构 内径5400mm、外径6000mm、宽度1500mm
管片钢筋笼
光面处理
管片抗渗试验
蒸气养护
水养池
三环水平拼装
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3.不同地层盾构掘进及模式转换技术；
根据工程水文地质状况和复杂周边环境，盾构 机具有敞开式、半敞开式以及全封闭土压平衡式 （EPB式）掘进模式，以适应硬岩地层、含水软岩 以及软硬混合地层的掘进，并达到盾构机的最佳工 作状态。同时，在EPB模式下，足够的土压平衡调 节能力可有效的平衡周围土体的静水压力和土压力， 保证开挖面的稳定。配合可靠的同步注浆系统，必 要的二次补充注浆，以及后期地层注浆加固技术等 辅助工法，可将地表隆陷控制在规定的范围之内， 从而确保安全通过桩基群、广州火车站站场、广从 断裂等特殊区段。
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敞开模式
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3.1. 盾构掘进模式与关键掘进参数 （1）敞开式掘进模式
盾构穿过〈8〉、〈9〉岩层中，且渗水量较小的 情况下，采用“敞开式”作业。在敞开式掘进模式下 开挖刀具破碎隧道掌子面的岩层，破碎的碴石通过刀 具上的卸碴口进入位于刀盘后的开挖仓。岩碴落到开 挖仓的底部后，通过位于开挖仓底部的螺旋输送机传 送出来。
在开挖仓的底部，要有足够的岩碴供输送机螺旋 出碴用，开挖仓的其他空间是Leabharlann Baidu的。 在“敞开式” 作业方式下，土仓通过螺旋输送机的卸料口与隧道相 通。
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（2）半敞开式掘进模式：
当隧道穿过〈8〉、〈9〉岩层中,且含水水压为 1～1.5Bar，掌子面可以稳定的地层中时，采用半敞 开式掘进模式进行掘进。半敞开式作业时隧道掘进 速度近似于敞开式作业。位于刀盘和承压板之间的 混合仓一部分是岩碴，一部分为压缩空气。半敞开 式作业的开挖和推进与敞开式作业基本一致。
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（1）适应软硬不均地层的盾构机的研究设计
根据工程的围岩条件、周边环境、断面尺寸、隧
道长度、隧道线路、工期等因素，结合开挖和衬砌方 式，经过安全性、技术性、经济性比较后确定，适应 该工程的盾构机关键部件设计见下表。
盾构机 前盾
中部盾壳
盾构机的标称直径 最大掘进速度 最大掘进力
除耐磨层以外的外径 耐磨层 前盾长度 盾壳钢厚度 隔板钢厚度
主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水两种。隧道穿过 广从断裂和走马岗断裂，断裂破碎带富水，稳定性差。
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越~三区间隧道纵断面图
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三、工程周边环境
整个区间隧道的地表建筑物密集，地面交通繁忙， 地下管线复杂，共穿越135栋建筑物，其中四层楼以上 的建筑物31栋，最高为7层。整个区间隧道穿越的各种 地下管线达56条。
外径 长度
Φ6.280[mm] 80[mm/min] 30.100[kN]
Φ6.250[mm] 2×5[mm] ca. 1.700[mm]
60[mm] 80[mm]
Φ6.240[mm] ca. 2.580[mm]
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刀盘 刀具
整个刀盘 标称直径 旋转方向
切刀数量 硬岩用盘形刀双刃盘刀数量（可和在
岩石疏松条件下的齿刀互换） 双刃齿刀数量（可和硬岩条件下的盘
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5.盾构穿越线路曲线多：本标段区间隧道最小曲线 半径400m，曲线长度大约占46%，越秀公园（体育 大厦）～广州火车站区间有两段反向曲线，且隧道 纵坡分段多，变化大，在竖曲线和平曲线、缓和曲 线上施工，方向控制难。 6.碴的粒径大，出碴困难：岩层分界面起伏较大， 掘进工作面软硬不均，不但掘进方向控制难，掘进 参数调整要求高，而且各种地层岩石与土体产生的 碴的粒径差异大、不均匀，可能造成出碴因难，影 响螺旋输送机的使用效率，因此应选择适宜的出碴 系统。
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六、主要研究内容与关键技术
（1）适应软硬不均地层的盾构机的研究设计； （2） 1.5m环宽管片结构与防水设计技术； （3） 不同地层盾构掘进及模式转换技术； （4） 环形间隙同步注浆技术； （5） 盾构姿态控制及管片防裂损技术； （6） 渣土改良技术； （7） 重载快速运输设备研制与应用技术； （8） 穿越各种复杂建筑物的地层变形分析及控制 技术。
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四、工程的重点与难点
1.工期紧，每台盾构机月掘进指标达230米/月;
2.盾构穿越铁路车站轨道，对沉陷控制要求特别 严格;
3.盾构穿越断层破碎带：该断层带是由岩体破碎， 由角砾和碎块岩组成，地层无自稳能力，且地 下水富集，有突水涌泥的可能。
4.盾构推进方向控制难：由于岩层软硬不均，推 力和扭矩变化较大，使盾构掘进机推进中的轴 线控制和推进操作有相当大难度。尤其是当软 硬不均匀地层分布于曲线段和线路坡度较大洞 段时，更加大了盾构掘进和轴线控制的难度。