浅谈土压平衡盾构穿越不良地质施工技术
土压平衡盾构施工技术难点及处理措施
土压平衡盾构施工技术难点及处理措施【摘要】土压平衡盾构以其高效、安全、环保等优点，已被广泛应用于地铁施工中，虽然技术成熟，但施工中一些常见的问题，施工方依然应当采取预防及处理措施，从而确保地铁工程的施工质量。
本文根据实际工作经验，对施工中几个常见的难题探讨了其预防及处理措施。
【关键词】土压平衡盾构；盾构法隧道；事故预防；处理一、盾构刀盘结泥饼问题盾构机穿越粘土地层时，如掘进参数不当，则刀盘和土仓会产生很高的温度，这样粘土在高温、高压作用下易压实固结成泥饼，特别是刀盘的中心部位。
当泥饼产生，最终会导致盾构无法掘进。
施工中采取的主要技术措施为：1）施工前分析隧道范围内的地层情况，在到达此地层前把刀盘上的部分滚刀换成齿刀，增大刀盘的开口率。
3）合理增加刀盘前方泡沫的注入量，增大碴土的流动性，减小碴土的黏附性，降低泥饼产生的几率。
5）必要时螺旋输送机内也要加入泡沫，以增加渣土的流动性，利于渣土的排出。
6）如果刀盘产生泥饼，可空转刀盘，使泥饼在离心力的作用下脱落，施工过程中确保开挖面稳定。
7）如上述方法均未能奏效，则可采用人工进仓处理的方式清除泥饼，人工进仓处理前如掌子面地层软弱，则需进行预加固。
二、桩基侵入盾构隧道城市地铁线路规划设计应避开重要建（构）筑物、避开建筑物的桩基，但城市中心区内房屋建筑较为密集，要求线路选线时避开所有的建筑物是不现实的，因此难免会有一些建筑物桩基侵入隧道，由于许多桩基为钢筋混凝土结构，盾构机无法通过，需要对桩基进行拆除。
针对侵入盾构隧道的桩基，采取的措施为：1）具有承载力的桩基，采取桩基托换方法。
2）大竖井暗挖拆除桩基方法。
3）小竖井开挖分区拆除桩基方法。
4）人工挖孔+暗挖横通道拆除桩基方法。
深圳市地铁龙岗线西延段3153标盾构区间下穿燕南人行天桥，开工前该桥地表以上部分已经拆除，但桩基并没有拆除。
调查资料显示共有8根直径为1.2m 的人工挖孔桩侵入右线隧道，盾构机无法安全、顺利通过。
土压平衡盾构穿越不良地质施工技术
路 桥 科 技
土压平衡盾构穿越不 良地质施工技术
杨 强 王 璐
（ 中铁四局集团有 限公 司城市轨道 交通工程分公 司， 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ２ ３ ）
摘 要： 介 绍 了上软 下 硬 复合 地层 的主要 特 征 以及球 状 风 化 地 层 的 形成 原 因 ， 分 析 了盾 构 穿越 复 杂地 层 产 生 的施 工 风 险 ， 分 析 了工程 中遇 到 的重 点 、 难 点 问题 ， 尤 其是 盾 构 隧道 施 工 中遇 到 的上 软 下硬 地 层 以及球 状 风 化 地层 不 良地 质段 ， 针 对 工程 的 难 点
提 出 了主 要应 对措 施 。 关 键词 ： 土压 平衡 盾 构 ； 上 软 下硬 复合 地 层 ； 对策
根 据 国内一些城 市 的地 铁工程 地质 隋况调查 ， 盾 构多 次穿越 上软 下硬 的残积土 复合地层 以及通过花 岗岩球状 风化地层 。国 内在如 此复 杂地层 采用盾构 法施工较 少 ， 在广州 地铁一号线 、 三号线遇 到过类 似情 况， 在采 用土压或 泥水盾构施 工时 ， 遇到 部分强 度差异大 的不稳定 软硬 不均地 层 ， 进度缓 幔， 且多次 发生地层坍 塌甚至楼 房倒塌事 故。 因此 ， 仔 细研 究球状风 化地层 和上软下硬 复合地层形 成成 因及其处理 关键 技术 对盾 构法施工 及其重要 。 １盾构 机掘进上 软下硬地层 的风 险 １ ． １上软下硬 复合地层 的主要特 征 上软 下硬 复合 地层 主要 是 由上 部 的土层 和下 部 的岩层 组合 而成 的岩土复合地 层 。 盾构隧道 中的上软下 硬复合地 层 ， 其土层 和岩层之 间 的过渡层 很薄甚 至没 有 ， 分界 线 明显 ， 上 部 的土层较 为软 弱 ， 不 能过 多 承 受施工扰 动 ，而下部 的岩层 的单轴抗 压强度往往 高达几 十甚 至一百 兆 帕以上 。 １ ． ２盾构机 在掘进 时容易产 生的施工 风险 １ ． ２ ． １底部 为硬岩 ， 刀具 贯人 岩面 困难 ， 掘进 速度 慢 ， 顶 部 为软 土 ， 刀具切削 土层容易 ， 因此盾构机 掘进时垂 直姿态容 易上抬 ； 上 部软 土因
土压平衡盾构施工技术
土压平衡盾构施工技术一、盾构施工法概述1.盾构施工程序。
盾构施工法与矿山法相比具有的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等主要作业都在盾构保护下进行，因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。
其主要施工程序为：建造盾构工作井；盾构机安装就位；出洞口土体加固处理；初推段盾构掘进施工；隧道正常连续掘进施工；盾构接收井洞口的土体加固处理；盾构进入接收井解体吊出。
2.盾构施工优点。
盾构施工与矿山法施工具有以下优点：地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小；自动化程度高、劳动强度低、施工速度快；因隧道衬砌属工厂预制，质量有保证；穿越地面建筑群和地下管线密集的区域时，周围可不受施工影响；穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候影响；对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全；在费用和技术难度上不受覆土深度影响。
二、盾构推进隧道施工1. 掘进原理。
盾构在粉质粘土、粉质砂土和砂质粉土等粘性土层中掘进施工时，由刀盘旋转切削下来的土体进入密封土仓后，可对开挖面地层形成被动土压力，与开挖面上的主动土压力相抗衡。
使开挖面的土层处于稳定状态。
当盾构推进时，启动螺旋输送器排土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面地层始终处于稳定。
排土量一般通过调节螺旋输送器转速和出土口装置予以控制。
当地层含砂量超过某一限度时，因土的摩阻力大、渗透系数高、地下水丰富等原因，泥土塑流性将明显变差，密封仓内的土体可因固结作用而被压密，导致渣土难于排出，甚至形成泥饼而无法推进，而且单靠切削土提供的被动土压力，常不足以抵抗开挖面的水土压力。
出现这种状况时，可向密封仓内注入水、泡沫、膨润土等，同时进行搅拌，以期适当改善仓内土体的塑流性，顺利排土。
2.轴线控制。
盾构轴线的控制是盾构推进施工的一项关键技术，怎样控制盾构能在已定空间轴线的允许偏差范围内是必须掌握的技术，在实际施工中盾构推进轴线控制不可能是理想的状况，轴线控制不佳状况除地质不均匀引起的正面阻力不均匀及隧道的平面和竖曲线要求外，往往是产生于人为因素，这是指施工不精心及对轴线控制操作技术水平不够两个原因，而后者占多数。
关于土压平衡盾构施工技术的分析
关于土压平衡盾构施工技术的分析摘要：21世纪以来，社会和经济快速发展，交通网络也越来越发达，近年来最明显发展的是地铁，在地铁的施工建设中，因为土压平衡盾构施工技术有许多其它施工技术没有的优点，例如安全，环保，高效等，土压平衡盾构施工技术被广泛的应用，但任何的技术都不会做到尽善尽美，土压平衡盾构施工技术也是如此。
虽然近年来土压平衡盾构施工技术发展迅猛成熟，但也存在一些常见的问题，本文就土压平衡盾构施工技术的特点以及它存在的问题给出一些预防措施，希望可以供相关的施工单位借鉴。
关键词：土压平衡盾构施工；风险问题；控制技术；技术分析引言20世纪80年代东京投入使用第一台土压平衡盾构，之后土压平衡盾构就被全球各国争相使用，现在土压平衡盾构已经被广泛的运用在地下空间的隧道工程中。
近年来，我国的交通建设发展迅猛，尤其地下空间的地铁发展兴起，并且发展的迅速成熟，地下空间的地铁修筑主要采用的工程就是土压平衡盾构。
土压平衡盾构就是利用渣土的压力把挖掘地方的水土进行压制来保持挖掘地面的稳定和坚实。
一、土压平衡盾构施工存在的风险问题每个领域的活动都不可避免的存在一些安全威胁问题，工程施工领域更是如此，土压平衡盾构施工也存在许多的安全风险问题，对于这些毫无疑问存在的风险，我们要能对它进行辨识，下一步才有可能对这些安全风险的问题进行控制，规避这些风险，让土压平衡盾构施工发挥最大的效用。
抽样调查多个地区最后得出平均数，土压平衡盾构施工存在的主要问题以及发生这些风险的概率如表1所示：表1：土压平衡盾构施工存在的主要问题以及发生这些风险的概率1.1地层相关事故1.1.1机械施工在进行地下空间隧道的施工过程中，人所发挥的作用是有限的，所以大部分都是采用机械施工的方法，机械施工就是要穿过土层进行施工，而地层的土质是不确定的，虽然在施工之前要对即将进行施工的地层钻井取土来考虑是否能够运用到工程建设中，但在这个过程中，依旧会不可避免遇到一些土质不好的地层，例如黏土层。
土压平衡盾构施工中常见的问题及措施
密封装置损坏
密封装置老化、磨损或损坏，导致密封效果不佳。
密封材料选择不当
密封材料耐久性差或与盾构机不兼容，导致密封失效。
密封系统维护不到位
密封系统维护不及时或操作不当，导致密封系统失效。
推进系统故障
液压系统故障
液压系统压力不足或波动 大，导致推进力不足或不 稳定。
推进油缸故障
推进油缸磨损、泄漏或卡 滞，导致推进力不均匀或 失效。
常见问题及措施的重要性
01
地面沉降
土压平衡盾构施工引起的地面沉降是一个常见问题。如果沉降过大，可
能导致管线损坏、道路塌陷等后果。采取措施如加强土体加固、调整盾
构参数等可以有效减少沉降。
02
渗漏水
隧道或地铁工程中，渗漏水是一个普遍存在的问题。长期渗漏可能导致
结构腐蚀、影响使用安全。采取措施如加强防水设计、改善材料性能等
施工管理
施工管理不当可能导致安全事故和质量问题。采取措施如加 强施工现场管理、落实安全生产责任制等可以降低事故发生 的风险。
02
土压平衡盾构施工常见问题
土压控制不当
01
02
03
土压波动大
由于开挖面土质不均匀、 出渣量不稳定等原因，导 致土压波动较大，影响施 工安全。
土压设定不合理
土压设定值过高或过低， 可能导致开挖面失稳或刀 盘磨损加剧。
土压监测不准确
土压监测设备故障或数据 传输错误，导致土压控制 不准确。
刀盘磨损严重
刀具材料选择不当
刀具更换不及时
刀具材料硬度不足或耐磨性差，导致 刀盘磨损严重。
刀具磨损达到极限后未及时更换，导 致刀盘进一步磨损。
刀具磨损监测不到位
刀具磨损监测设备故障或数据传输错 误，导致刀具磨损情况不明。
土压平衡盾构施工若干方面的探讨
土压平衡盾构施工若干方面的探讨一、盾构机机身滚动问题盾构机机身滚动是由于刀盘切削开挖面土体产生的扭矩大于盾构机壳体与土体的摩擦力矩而产生的，当摩擦力矩无法平衡刀盘切削土体扭矩时将引起盾构壳体滚动，过大的滚动会影响管片拼装，也会引起隧道轴线偏移，一般情况下当滚动值超过5时（0.5°），采用以下方法纠正：1.针对性的加注泡沫降低刀盘扭矩。
2.及时注浆，确保注浆量，增大盾构周边的摩擦力。
3.改变刀盘旋转方向，放慢推进速度。
二、盾构机穿越砂层、粘土层的技术措施问题1.粘性土层粘性土层过多的细颗粒含量使其具有较强的粘附作用被粘附在刀盘和土仓内壁，一般会堆积在土仓左下、右下底部搅拌棒不能触及到的地方，造成刀盘扭矩增大，铰接压力变大，推进压力变大，推进速度降低，由于压力较大，粘土被压密固化造成掘进和出土困难，由于不能很好地融合搅匀单独排出造成土仓内温度升高更不利于排土，造成不良循环，存在风险性、材料浪费等。
2.砂性土层砂性土层内摩擦角大，渣土流动性差，排土困难，容易造成地面沉降。
通过砂层、粘性土层主要技术措施如下：（1）在即将进入砂层推进时严密注意开挖面和土仓压力变化，注意螺旋机出土口渣土的形状、流态和温度变化。
（2）严格控制出土量，确保土仓压力，以稳定工作面控制地表沉降。
（3）推进过程中向土仓内及刀盘面板注入泡沫或膨润土泥浆进行渣土改良，提高渣土流动性和止水性，防止涌水涌沙发生喷涌现象，利于螺旋输送机排土。
（4）选择合理的推进参数快速通过，将施工引起的对地层的影响减到最小。
（5）控制好盾构姿态，防止盾构上抬。
（6）适当缩短水泥浆的胶凝时间保证同步注浆的质和量，减少地层损失以控制地表沉降。
（7）当通过砂层时尽量避免不正常停机，缩短停机时间；根据推进压力、铰接压力、铰接行程、推进速度和出土情况，土质和土体温度从而判断分析和处理所出现的问题。
（8）在粘性土层中推进利用隔板上泡沫孔和水孔向土仓内注入泡沫和水，利于渣土排出，当刀盘结泥饼可高速空转刀盘利用离心力的作用脱落。
土压平衡盾构工作总结
土压平衡盾构工作总结
土压平衡盾构是一种用于地下隧道施工的先进技术，它能够在施工过程中保持
隧道周围土体的平衡状态，有效地减少了地面沉降和地下水涌入的风险。
在过去的一段时间里，我们团队通过对土压平衡盾构的使用和实践，积累了丰富的经验和技术，现在我将对土压平衡盾构工作进行总结。
首先，土压平衡盾构在施工过程中需要严格控制土体的平衡状态。
在盾构机进
行推进时，需要通过合理的土压平衡控制系统来保持隧道周围土体的稳定状态，避免地面沉降和地下水涌入的问题。
我们在实际工作中发现，通过精确的土压平衡控制，可以有效地减少对周围环境的影响，保障施工安全。
其次，土压平衡盾构需要根据地质条件进行合理的调整。
不同地质条件下的土
体特性和地下水情况都会对盾构机的施工产生影响，因此需要根据具体情况进行合理的调整和控制。
我们在实际工作中遇到了多种地质条件，通过对地质勘察和分析，以及合理的施工方案设计，成功地克服了地质条件对盾构机施工的影响。
最后，土压平衡盾构需要严格遵守安全规范和操作规程。
盾构机施工是一个复
杂的系统工程，需要严格遵守相关的安全规范和操作规程，确保施工过程中的安全性和稳定性。
我们团队在实际工作中一直把安全放在首位，通过严格的操作规范和安全培训，确保了盾构机施工的安全和稳定。
总的来说，土压平衡盾构工作是一个复杂而又先进的技术，需要团队成员共同
努力，不断积累经验和提高技术水平。
我们将继续致力于土压平衡盾构技术的研究和应用，为地下隧道施工贡献我们的力量。
软弱地层中土压平衡盾构穿越铁路技术措施的探讨
软弱地层中土压平衡盾构穿越铁路技术措施的探讨摘要：本文以宁波地铁某隧道区间盾构穿越杭甬铁路桥施工为例，总结阐述了淤泥质粘土等软弱地层中，盾构机穿越既有铁路的技术控制措施，规避了盾构施工引起地面铁路沉降过大的风险，为类似地层下盾构穿越铁路施工积累了经验。
关键词：软弱地层土压平衡盾构穿越铁路控制技术Abstract: this article with a metro tunnel interval ningbo shield through hang-yong railway construction as an example, the paper summarizes the mucky clay and weak stratum, shield construction machine through both the technical control measures railway, avoid the shield tunnel ground subsidence caused by railway too much risk, under the ground for similar shield through railway construction accumulated experience.Keywords: soft layers soil pressure balance shield through railway control technology1工程及地质概况1.1穿越段概况宁波市轨道交通1号线一期工程TJ-Ⅱ标工程处于宁波市海曙区，工程含三车站三盾构区间，总长度约2.3公里。
其中，泽民站~大卿桥站区间盾构须穿越萧甬铁路桥箱涵。
泽民站~大卿桥站区间线路沿中山西路自西向东布设，本区间线路在里程（右）K8+345.000（中心）处下穿萧甬铁路公铁立交桥。
本区间从泽民站东端头（右K7+919.438）始发至铁路桥中心里程（右K8+345.000）处距离约426米，见图1。
复杂地质条件下土压平衡盾构掘进控制技术
1引言随着地下空间的开发与利用, 盾构工法在我国得到了越来越广泛的应用。
盾构工法与传统的钻爆法相比具有自动化程度高、不同地质条件适应性强、对城市居民和建筑物的影响小、在软弱地层中有利于控制地表沉陷、安全性高等优点。
北京、上海等城市地铁盾构工法的成功应用, 使此项施工技术在我国日臻完善。
在总结广州、南京、深圳的地铁盾构施工经验的基础上, 对土压平衡式盾构法在复杂地质及穿越建筑物施工技术作初步探讨。
2土压平衡式盾构概述土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾构。
适用于含水的软土、软岩、硬岩及混合地层的隧道掘进。
掘进施工可采用土压平衡、气压平衡和敞开三种模式。
掘进操作可自动控制、也可半自动控制或手动控制。
盾构机配备了自动导向系统, 可控制和稳定掘进方向, 具有灵活转向纠偏能力, 掘进误差可控制在±20 mm 以内。
盾构刀盘结构具有刀具(滚刀、齿刀) 的互换性和可更换性, 因此, 其可适应地层更广, 能满足不同地层的掘进速度要求。
盾构配备了同步注浆系统, 对控制隧道周围土体沉陷及建筑物保护非常有利。
盾构配备了泡沫及膨润土注入系统, 有利于碴土改良。
配备了压缩空气系统, 有利于防止工作面的渗水及控制地表沉降。
3复杂地质条件下的盾构掘进控制技术3.1.1盾构穿越软硬不均地层结合地质资料, 事先探明上软下硬地层的软硬情况; 采用土压平衡或气压平衡模式掘进, 必要时注泡沫或泥浆对碴土改良; 采取必要措施, 重视盾构的轴线控制和姿态控制, 如: 合理利用超挖刀、根据测量数据及时修正千斤顶推力组合、合理利用铰接千斤顶调整盾构姿态、利用刀盘正反转、使用稳定翼等措施对盾构旋转进行控制、放慢掘进速度以便更好的保护设备和控制轴线。
3.1.2盾构穿越砂层、淤泥层段通过对南京、广州、深圳地铁盾构掘进情况调查, 在穿越部分砂层、淤泥层地段时, 所采取的施工技术主要有: 采用土压平衡模式掘进, 严格控制出土量, 确保土仓压力以稳定工作面, 控制地表沉降; 盾构掘进过程中向土仓内及刀盘面注入泡沫等添加材料, 改善碴土性能, 提高碴土的流动性和止水性, 防止涌水流砂和发生喷涌现象, 并利于螺旋输送机排土; 选择合理的掘进参数, 快速通过, 将施工对地层的影响减到最小; 运用导向系统和分区操控推进油缸, 控制盾构姿态, 防止盾构抬升; 适当缩短浆液胶凝时间保证同步注浆质量, 减少地层损失, 以控制地表沉降。
浅谈土压平衡盾构穿越不良建筑群技术
三、 控 制沉 降的技术措施
用土 压平衡式盾构机 。其特 点是 用盾 构机 千斤顶的
推 力通过承压隔板传递到 土舱 内的泥 土浆上，由泥 土浆 的压力作用开挖面 。以抵 消开挖面处的地下水 压和 土压，从而保持开挖面 的稳定。盾构推进过程 中，参数的变化难免会对地层产 生扰动影响 ，诸如 地表沉 降、土体 内应力 、强度和承载力等物理力学 参数的变化都是不可避免 的。本文主要针对穿越危 房防止沉降采取 了一系列措施探讨，为今后相似工 程提供了借鉴 。
ａ ． 准厚浆液配合比 每方含水 ５ ３ ０ ｋ ｇ 、 黄沙 ８ ０ ０ ０ ｋ ｇ 、粉煤 灰 ４ ０ ０ ｋ ｇ 、 膨润土 ６ Ｏ ｋ ｇ 、石灰 ７ ０ ｋ ｇ 、外加剂 ３ ｋ ｇ ，以控制坍 落度为重点 。配 比中水 的所 占比重，根据砂 的含水
率 选 择适 当 参数 。
、
不 良建筑群的情况
１ ． 概 况
损较大的盾尾刷 进行更 换；对 设备 Ｐ Ｌ Ｃ系统、易损
部件及时采取检查更换等措施； 对泡沫 管重新疏通 ，
并 增 设 ｌ根 。 ２ ． 穿越 时 掘 进 控 制
区间线路复杂，最小 曲线半径为 ３ ５ ０ ｍ ，最大坡
度为 ２ ６ ‰ 。 穿越 房屋 多 达 １ ３ ０ 处 。 圆 曲线 半 径 为
土压力系数；ｑ 为地面荷载。
【 摘
要】不 良地质危房建筑群 的沉 降控制是盾构施工 中的
易堵管 、分散性较 差的缺 点，集合了充填性 、固结
强度 、流动性三者之间的 良好匹配。 ３ ． 防水 闸 门改 造 盾构 穿越富水不 良地层时 ，单 闸螺旋输送 机闸 门极 易出现 喷涌 现象，易 引起土体流失 ，导致地 面
土压平衡盾构在上软下硬复合地层中的施工技术要点探究
土压平衡盾构在上软下硬复合地层中的施工技术要点探究摘要：上软下硬的复合地层建设较为困难，属于在盾构隧道的建设中常出现的不良地层结构，为了实现顺利的建设，就需要针对这样的地质情况进行针对性的建设处理与优化，从而保障工程的建设质量与稳定性。
在本文的分析中，主要阐述了土压平衡盾构在上软下硬复合地层中的施工技术要点，为相关工作人员提供一定的参考。
关键词：上软下硬；土压平衡盾构；复合地层0引言盾构工程建设的过程中，经常受到地质情况较为复杂的影响，使得在一条隧道当中存在着几种不同的地质、水文特征差异较大的地层组成。
在地铁工程项目的建设中，经常发现隧道洞身的上部分为软岩，下部分为硬岩，以此组成了复合地层结构。
1 上软下硬复合地层特征采在上软下硬的复合地层结构中，土压盾构施工方式在隧道的建设中会受到很大的挑战。
上软下硬的复合地层在结构设置上，分界线始终比较明显，上部的软岩层单轴抗压强度较小，规避大范围的施工扰动能力较弱，施工风险较高。
但是下部在同步进行施工建设中，因下部岩层单轴抗压强度大，导致施工掌子面整体受到扰动影响不同，震动不均匀等问题必然出现，这样对项目的建设带来较大的负面影响。
2 盾构机掘进上软下硬地层风险盾构隧道的建设中，对于上软下硬的复合地层的建设中，存在着岩层过度过快，同时建设的性质差异性比较大的问题影响，这样会导致盾构机的掘进过程中，经常面临着一定的施工建设风险。
在底部为硬岩的时候刀具无法轻易贯入到岩面中，同时顶部为软岩的情况，刀具贯入比较容易，这样会导致盾构机的掘进过程中，垂直姿态比较容易上抬[1]。
在地层的软硬并不均匀的情况，会导致刀具在软硬交接的位置，经常容易磕碰岩面，并带来刀圈崩坏的情况，这样直接导致掘进的速度出现一定的问题。
在底部为硬岩的建设中，掘进的速度受到直接的影响，一旦无法实现良好的控制，就会导致出现喷涌的问题，也相应的带来地面的一部分沉降情况。
特别是伴随着建设的开展，无法有效的始终维持上不软弱地层的稳定性，因此土仓当中经常需要保持高土压，以此要始终保障避免出现一些结泥饼的问题。
土压平衡盾构在上软下硬复合地层中的施工风险及技术应对措施
土压平衡盾构在上软下硬复合地层中的施工风险及技术应对措施发表时间：2019-06-24T15:14:29.743Z 来源：《防护工程》2019年第6期作者：陈振豪[导读] 盾构法是地铁隧道工程施工中一种十分重要的施工工法，该工法在科学合理的控制下可以保证地面交通正常通行而不会造成不良影响。
广州地铁集团有限公司摘要：文章结合工程实例，介绍了土压平衡盾构穿越上软下硬复合地层所面临的施工风险，分析了施工中遇到的难点问题，并针对施工风险提出了主要技术应对措施，最终保证了盾构机顺利完成掘进施工，对类似地层的土压平衡盾构隧道施工有参考和指导作用。
关键词：土压平衡盾构；地铁隧道工程施工；上软下硬地层盾构法是地铁隧道工程施工中一种十分重要的施工工法，该工法在科学合理的控制下可以保证地面交通正常通行而不会造成不良影响，并且能够良好地保护隧道工程周边建构筑物，能够适应市政工程复杂多变的施工条件，在地铁隧道工程施工中有明显应用优势。
1 研究实例某盾构区间上软下硬地层段，总长206.7m（DK27+260.6~DK27+467.3），位于盾构到达端部位，下部主要为<9C-2>微风化灰岩，岩面较陡，在隧道范围内沿盾构掘进方向高低起伏，最大高差约6m，岩层上部为<3-1>粉细砂、<3-2>中粗砂、<3-3>砾砂，灰岩的主要矿物成分为隐晶质结构、硅质胶结，局部裂隙稍发育，见少量方解石细脉，岩芯强度较高，饱和单轴抗压强度21.3～95.6MPa、标准值63.41MPa，天然单轴抗压强度35.8～138.3MPa、标准值69.4MPa，属较硬岩～坚硬岩，岩体较完整但岩芯多见溶蚀沟槽，近似RQD值多在60%～80%左右，岩体基本质量等级为Ⅱ～Ⅲ级。
而上部的<3-1>粉细砂、<3-2>中粗砂、<3-3>砾砂地层透水性较高，渗透系数达3-11m/d。
土压平衡盾构在该段上软下硬地层中掘进时，面临着刀具易损坏、螺旋机出土口易喷涌、开挖面易失稳以及盾构掘进各项重要参数难以控制等多个造成盾构掘进困难的施工技术难点，存在导致地面塌陷及连带建构筑物沉降破坏等风险，通过采取渣土改良、优化刀具配置以及合理控制盾构施工参数等多种技术应对措施，保证了盾构施工安全顺利。
盾构隧道土压平衡掘进参数分析与优化
盾构隧道土压平衡掘进参数分析与优化盾构法是目前世界上隧道建设中最常见的一种方法，它以其高效、安全、环保的特点受到广泛应用。
在盾构隧道的施工中，土压平衡掘进是一种常见的工法。
本文将就盾构隧道土压平衡掘进的参数进行分析与优化，以提高施工质量和效率。
盾构隧道土压平衡掘进的参数包括刀盘推进力、土压平衡管路压力和密封性等。
首先，我们需分析刀盘推进力的合理选择。
刀盘推进力是推动刀盘前进和破碎土层的必要条件。
过大的刀盘推进力将导致掘进过快，可能引发土体塌方和隧道沉降。
而过小的刀盘推进力则会导致掘进速度过慢，降低施工效率。
因此，要根据具体地质条件选择合适的刀盘推进力，并结合实际掘进过程进行调整。
其次，对于土压平衡管路压力的控制也需要进行分析与优化。
土压平衡管路压力是通过注入适量的泥浆来保持刀盘前方土层的稳定性。
过大的压力会导致过多的泥浆流入隧道，增加施工成本和难度。
而过小的压力将无法维持土壤的稳定，可能发生坍塌事故。
因此，需要通过合理的监测和调整，确保土压平衡管路压力在安全且经济的范围内。
最后是密封性的分析与优化。
盾构隧道施工时，为了避免地表塌陷、涌水等问题，需要通过密封措施来保持隧道的完整性。
密封性的好坏直接影响着施工质量和后续维护费用。
因此，在施工前需要进行充分的地质勘察，确定合适的密封方式和材料。
同时，隧道施工过程中需要加强监测和维护，及时发现并处理密封不良的情况。
对于盾构隧道土压平衡掘进参数的优化，我们应该从以下几个方面进行考虑。
首先是地质调查。
通过地质调查，了解隧道所处地层的性质和构造，预估地层的稳定性和坍塌性。
这样可以有针对性地选择和控制盾构隧道土压平衡掘进的参数。
其次是控制刀盘推进速度。
刀盘推进速度是土层破碎和移除的关键，合理的控制刀盘推进速度可以最大限度地避免土层塌方和刀盘的过度磨损。
再次是加强监测和预测。
通过实时监测盾构隧道施工过程中的参数变化，可以及时调整掘进参数，确保施工的安全性和效率。
此外，还可以借助数值模拟和仿真技术，对各种参数进行优化验证，提前发现问题和风险。
浅谈土压平衡盾构施工
浅谈土压平衡盾构施工摘要：近年来，我国的城市地铁隧道、市政隧道、水电隧道、公路交通隧道已经越来越多地采用全断面隧道掘进机施工，其中用得最多的是土压平衡盾构掘进机。
上海、广州、深圳、南京、北京的地铁区间隧道已经采用了31台直径6.14m～6.34m的土压平衡盾构，掘进区间隧道总长度达400km。
土压盾构具有机械化程度高、开挖面稳定、掘进速度快、作业安全等优点，在隧道工程中有广泛的发展前景。
本文结合自己在天津津滨轻轨地铁九号线Q标盾构区间的盾构掘进施工经验做出总结，并且对于盾构施工技术主要工序以及要点进行说明。
关键词：隧道土压平衡盾构掘进机津滨轻轨施工技术工序引言1.1 土压平衡盾构的产生今天的全球，已有一半以上的人口居住在城市，人口超过100万的城市已达400个以上。
现代城市发展的模式应该是可持续的，这意味着城市向市民提供便捷交通、清洁水源的同时，还必须尽可能地减少人类的生态足迹，地下隧道为城市可持续发展提供了一个很好的解决方法。
世界上第一条人工开挖的盾构隧道是由法国人Marc Brunnel和他的儿子Isambard Kingdom Brunnel一起在伦敦泰晤士河下建成的。
1869年，James Henry Greathhead采用圆形敞开式盾构，在泰晤士河下再建了1条外径为2.18m的行人隧道，该隧道衬砌为铸铁管片，隧道在不锈水的黏土层中掘进，无地下水威胁，因此相当顺利。
1886年，Greathead在建造伦敦地铁时，首次使用了压缩空气盾构。
压缩空气盾构的出现解决了含水地层的隧道修建问题。
1965年，日本首先制造了泥水盾构，泥水盾构的基本原理是用液体平衡开挖面的土体。
育压缩空气相比，其不需要人员在压缩空气条件下工作，但泥水处理系统比较复杂，绝大多数情况是在含水沙层中使用。
1974年，日本的Sato kogyo有限公司发明了土压平衡盾构（Earth Pressure Balanced Shield）。
土压平衡盾构施工中常见的问题及措施
05
土压平衡盾构施工实例及效果 展示
工程实例一
总结词
刀具磨损是土压平衡盾构施工中常见的现象，通过优化掘进参数和定期更换刀具，可以有效减少刀具磨损。
详细描述
在挖掘过程中，刀具的磨损是不可避免的现象。为了解决这一问题，可以采取以下措施：1.优化掘进参数，如推 进速度、刀盘转速等，以降低刀具的磨损速率；2.定期更换刀具，根据刀具的使用情况及时更换，保证挖掘效率 。
完善地面沉降的预测和监测体系
总结词
地面沉降是盾构施工中的常见问题之一，完善地面沉 降的预测和监测体系可以有效控制地面沉降的发生和 影响。
详细描述
为了完善地面沉降的预测和监测体系，需要采取以下 措施：使用高精度的沉降监测设备、定期进行沉降监 测、分析沉降原因并采取相应措施、优化土体改良和 控制方案等。此外，还需要加强对地面沉降的预警和 应急处理能力，以确保地面沉降得到及时处理和控制 。
进行。
04
土压平衡盾构施工的优化建议
提高挖掘过程的稳定性
总结词
挖掘过程的稳定性是影响盾构施工的关键因素之一，需要采取措施提高稳定性。
详细描述
在挖掘过程中，盾构机需要保持稳定的挖掘状态，以减少对周围土体的扰动和避 免挖掘过程中的事故。为了提高稳定性，可以采取以下措施：控制挖掘速度、保 持合适的出土量、优化盾构机的操作等。
工程实例二：处理推进过程中遇到的障碍物
总结词
在推进过程中遇到障碍物时，应采取相应的措施，如调整掘 进方向、清除障碍物等。
详细描述
在推进过程中，可能会遇到各种障碍物，如石头、钢筋混凝 土等。为了解决这一问题，可以采取以下措施：1.调整掘进 方向，避开障碍物；2.清除障碍物，如使用机械手臂、爆破 等方法。
土压平衡盾构穿越软硬交界地层时的施工技术
掘 进 困难 、螺 旋机 易发生 喷 涌 、盾 构 参数 难 以控 制 以及 刀 具 易损 坏 等多 个技 术难 点 ，通 过采 取 渣土 改 良、刀 具配 置 改 良以及 设置 合理 的盾 构 施工 参数 等 一系 列措 施 ，保 证 了
盾 构的顺 利掘进 。
２ 主要施工难点及风 险分析
心荷载作 用 易致 使主 轴承受 损或主 轴承 密封被 破坏 。 ２ ． ２ 盾 构机 轴 线 偏移 在 上软 下硬 地层 中掘进 时 ， 由于盾 构开 挖 面地层 的软
硬 不均 匀 性 ，在软 硬 交 界处盾 构 的千 斤顶 推 力 易 出现不 均
边 坡 下方 ，总 长 约 １ ８ Ｉ Ｔ Ｉ ，下 部 主要 为⑩ 中风 化花 岗岩 ，且 在 隧道 范 围内沿盾构 掘进 方 向逐渐 降低 ，上部 主要为 ⑤２ 细
土压 平衡 盾 构机 在切 削开 挖 面土 体 的 同时 ，使土 仓 内 渣土 压 力和 开挖 面 的水 土压 力 实现 动态 平 衡 ，在掘 进 的 同 时 也保 持开 挖面 的稳定 ，控 制 地表 的沉 降 ，但 在 上软 下硬 地层 中掘 进 时 ，存在 以下一 系 列难 点及 风 险 ，会对 盾 构机 的土压 平衡 掘进产 生不 良 影 响” 。
壁 壶
堡 ：
史海波
上 海 市 基础 工 程 集 团有 限公 司 上 海 ２ ０ ０ ０ ０ ２
土压平衡盾构 穿越软硬 交界地层 时 的施 工技术
摘要 ：以福 州地铁 １ 号线土压平衡盾构掘进 上软 下硬地层 为背景 ，分析 了软硬 交界地层对盾构掘进的不 良影响。以及针
对不 良影响所采取 的对盾构刀盘进 行改 良、对上部砂 性土进行加固 、合理设置施工参数等技术措施 ，最终保证 了盾构
盾构穿越不良地层施工技术浅谈
盾构穿越不良地层施工技术浅谈摘要：通过对福州地铁某区间盾构施工前的准备措施及施工过程中的处理措施进行综合分析，为上软下硬不均匀地层及花岗岩风化带（风化球、孤石集群）等复杂地层地质条件下盾构施工提供了参考和借鉴。
关键词：盾构地层处理工艺1引言随着社会经济不断的发展的，在城市建设工作中，轨道交通成为了其中非常重要的组成部分，从而促进地铁建设规模有了进一步的扩展。
地铁区间施工最具代表性的施工方法有矿山法和盾构法，其中盾构法更适用于软弱地层的施工，而不良地质情况下的盾构施工是地铁施工的重难点之一，而上软下硬不均匀地层及花岗岩风化带（风化球、孤石集群）地层下的盾构施工会造成刀具甚至刀盘的损坏，严重影响盾构工期。
本文主要通过福州地铁某区间盾构掘进采取的不良地层提前预处理与施工过程中的控制处理分析，为后续施工提供一定的参考和借鉴。
2 工程概况福州地铁某区间主要穿越地层为砂质粘土、全~微分化花岗岩，同时洞身局部存在少量孤石和孤石集群，左线全长976.083m，右线全长1018.206m。
3 不良地层预处理3.1 孤石探测（1）微动剖面探测微动剖面探测属于一种比较先进的物理探测方法，在对微动台阵使用的基础上可以实现对地球进行准确探测。
在实际的使用过程中，其工作原理主要体现在了3-1中。
通过对类空间自相关法－SPAC法的合理使用，可以在微动台阵记录当中获取到相应的瑞雷波频散曲线，这样就可以对S波速度进行准确的计算，然后，在经过插值光滑计算的基础上，可以将二维视S波速度剖面有效的呈现出来。
其中视S波速度剖面可以对地层岩性的变化情况进行真实有效的反映，从而可以为地质解释工作提供非常重要的参考作用。
图3.1 S波速度剖面获取流程图（2）地质补堪地质补堪是一种结合祥勘地质情况，对区间范围内的地层岩性、地质构造、不良地层情况进行的补充勘查。
补堪可以对地层的岩层分布进行复核，同时得到的芯样经过实验可以得出穿越地层岩石的强度，便于后期确定孤石处理的具体方案。
盾构穿越不良地质段(岩溶区)施工技术控制要点
盾构穿越不良地质段（岩溶区）施工技术控制要点摘要：在实际的工程中，盾构施工具有一定的风险，特别是在穿越不良地址段的施工过程中，本文以衡阳市合江套湘江隧道工程为例，对盾构穿越岩溶区施工技术的控制要点做出详细的探究与说明，希望能够为其它类似工程提供借鉴与经验。
关键词：盾构掘进；岩溶区；施工技术；盾构穿越1、工程概况衡阳市合江套湘江隧道工程位于衡阳市城区北部，在该条隧道中，采用的形式为双洞型式。
主要分为南北两线穿越湘江，主线单洞合计长约1867.2m（南北线合计），其中北线长约935m，南线长约932.2m。
线路最大坡度为5%，隧道埋深10.4～26.8m，本区间线路纵向为V字坡。
线路穿江段长约520m。
2、工程地质情况2.1详勘揭示岩溶情况根据水上物探勘察工作揭露，工作范围内推测存在5处岩溶异常，岩溶主要分布在里程Kn4+150-Kn4+360范围，岩溶发育深度主要集中在两个标高段范围内，第一标高段约10m-25m，岩溶发育共4处；第二标高段约-10m～5m，岩深发育1处。
2.2补勘揭示岩溶情况补充勘察在疑似岩溶区域共施工勘探孔53个，结合详勘中溶洞发育区的钻孔ZK112、ZK119、ZK122、ZK123、ZK126、ZK127和ZK129，溶洞发育区共有钻孔60个。
其中，28个孔有溶洞，遇洞率为46.67%。
溶洞大小不一，发育不规律，钻孔中揭示溶洞高度0.6～11.6m，顶板埋深范围29.1～52.2m，标高5.15～23.11m。
其中钻孔ZK127中的溶洞未被揭穿，溶洞揭露高9.3m。
3、盾构穿越不良地质段（岩溶区）施工技术控制要点3.1岩溶区的预处理控制3.1.1溶洞处理的方案盾构隧道溶洞处理是为防止出现盾构施工的“栽头”、“陷落”、地表沉降过大或河床坍塌事故等情况，确保施工及运营期间的安全。
在溶洞处理过程中，凡是侵入盾构隧道1.5倍洞径（17m）范围内的半填充、未填充溶洞及填充物密实度在中密以下的全填充溶洞均需处理，其余均不处理。
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浅谈土压平衡盾构穿越不良地质施工技术
发表时间：2019-07-24T12:07:10.493Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：王铎
[导读] 摘要：土压平衡式盾构机的发展是在挤压式盾构机和泥水式盾构机的基础上发展起来的。
佛山市铁路投资建设集团有限公司广东佛山 528000
摘要：土压平衡式盾构机的发展是在挤压式盾构机和泥水式盾构机的基础上发展起来的。
它的原理是控制其排土量和开挖量均衡即可使开挖面的地层一直保持稳定。
着重剖析土压平衡盾构穿越不良地质作业技术在作业中遇到的很多突出性问题，尤其是盾构隧道施工中遇到的问题，并且有针对性地对工程的难点提出了一些建设性的应对措施。
关键词：土压平衡盾构；施工技术；轨道交通
土压平衡盾构法作业在国际以及我国轨道交通盾构区间修建中得到了大量应用，盾构法施工在工序上相对简单明了，更容易实施，并且作业时间相对较短，作业人员的安全等更容易在控制范围之内。
同时，盾构施工还具有以下方面的优点：地下作业、比较隐蔽，不会因为噪音和震动而影响环境；自动化程度颇高、低劳动强度等等。
虽然这种作业技术已经慢慢地变得成熟，但是仍然有诸多问题值得我们去探讨，去解决。
一、盾体机身出现滚动现象
盾构机身的滚动大多数是因为刀盘切削开挖面土体产生的扭矩比盾构机壳体与隧道洞壁之间的摩擦力矩大而形成的。
在两个地层分界面开挖掘进时，由于岩性差别太大而且岩层稳定性较好，此时扭矩较大，而盾构机壳体与洞壁之间只有部分地方产生了摩擦力，当摩擦力矩与刀盘切削土体产生的扭矩不能互相平衡时将会引起机身的滚动，过大的滚动就会影响管片的拼装，也会引起隧道轴线的偏移。
大多数情况下，当滚动偏差超过0.5时，我们就应该采用以下方法进行补救.。
（1）加入泡沫；
（2）补充浆液，保证足够桨液量，活性浆液应用等等方法以加大盾构周边的摩擦力；（3）变化刀盘旋转的方向，把推进速度慢下来；
二、泥饼现象
盾构机穿越粘土层时，刀盘面需要始终保持较高的压力，温度一般会变得很高，尤其是粘性土在高温和高压作用下，易压实形成泥饼，特别是刀盘的中心部位。
一旦产生泥饼，掘进的速度下降，刀盘扭矩升高，拉低作业效率，严重影响施工。
所以建议采取以下举措应对：
（1）在作业之前把刀盘上的部分滚刀换用刮刀，增加了刀盘的开口率；
（2）加注泡沫，降低碴士的黏附性；
（3）刀盘背面和土仓压力隔板上加置搅拌棒，提升强搅拌强度和增大范围，向土仓中加注泡沫，改善渣土和易性；（4）往螺旋输送机内注入泡沫，加大碴土的流动性；
（5）在2/3仓土处增加气压；
（6）一旦泥饼产生后，使刀盘空转，在离心力的作用下，泥饼自然就会脱落，在保证开挖面稳定的情况下，可进行人工人为的清除掉；
三、管片上浮现象
盾构机在作业的过程中，有一种情况较常见：隧道管片发生错位，大部分原因为上浮的管片，管片上浮又受工程地质、水文地质、衬背注浆质量、盾构机姿态控制等因素的影响。
一旦管片脱出至盾尾后，由于盾构作业途中形成的蛇形运动、超挖以及理论间隙，管片与地层间就会形成-环形建筑空间，而空间大多采用衬背注浆工艺填充解决，注浆量不够或者是注浆压力不足，就会导致衬背浆液不密实，特别是隧道顶部，从而导致管片上浮。
盾构机在含水地层作业时，盾构机作业形成的环形建筑空间充满水，隧道管片全被包围，在盾构作业时形成“圆形坑道”，当管片所受到的浮力比管片本身重时，管片本身就会上浮。
建议按以下操作来解决如上问题。
（1）选择充填性好的浆液比如注入双液浆，初凝时间与早期强度，限定范围防止流失；（2）浆液配比实行动态监管模式，地质情况，水文情况，隧道埋深情况等不同而相应地调整，从而防控地表的下沉和保证管片的稳定；
四、螺旋输送机喷涌现象
基岩裂隙水丰富时，隔水层厚度不一致日常缺失。
这样的地层中，如果盾构机非连续作业或作业空档，以及同步注浆不密实所形成的流水通道，水压很大，土质欠优，进入土仓的渣土缺乏很好的塑性（这种粘土一般矿物质含量不多，密水性不好），从而承压水与没有塑性的渣土就容易形成螺旋输送器喷涌，建议以以下方法去解决。
（1）隧道开始下坡并已经到达硬岩富含水地层中时，这时可以砸断管片与围岩间隙汇集的地下水与开挖面的水力联系。
管片处于硬岩含水层中长度越长，管片背后存储的水力和压力就会更大，这就需要同步注浆效果必须达到完全封闭衬翻空隙并阻水，避兔土仓与管片背后形成水力通道；
（2）把进尺出土量控制下来，从而盾构机就能很好地通过；
（3）盾构机没有作业时，土仓内压力与外界水土压力一致，继续保持压力平衡。
在螺旋机第二次排土之前，应用刀盘把土仓内的水和土充分拌匀，使其具有良好的密水性，从而规避喷涌。
五、盾尾漏浆现象
造成盾尾漏浆主要有以下几个原因：一是因为盾尾刷作业磨损；二为盾尾与管片两者间隙不均匀；三是因为衬背注浆的压力很高.建议采取如下措施。
（1）作业前对盾尾密封系统进行一次全面检查与维护，更换掉已存在磨损的密封刷；（2）在管片拼装前清理干净盾壳内的杂物，防止对盾尾刷造成损坏；每30环全面检查1次盾尾密封腔油脂状况，严格控制盾尾油脂的压力；
（3）经常检查盾尾周边与管片的间隙，控制盾构机的姿态和管片姿态，保持间隙均匀；
（4）进行管片壁后注浆，压浆部位为5-8环，并应严格控制注浆压力。
发现盾构漏浆较严重时，应使用双液浆。
六、注浆管堵塞问题
注浆管堵塞主要原因为水泥浆液拌料时间未控制好，最后注浆过程的时间太长，导致浆液凝固而易沉淀附着在注浆管内壁，从而堵掉管道，只有缩短从拌料到注浆的时间，才能从根本上解决注浆管堵塞问题.。
（1）铺设浆液运输管路的时候，如果管路不造成浆液流速缓慢就不会沉淀.地面储料罐至井下浆液车中途下料要采用大口径输送管放浆，把放浆时间控制好，同时拉近浆管口与浆液车底部的距离，一打开匝门，即可依靠浆液自重放浆；
（2）紧凑安排工序，以压缩浆液在隧道内的运输时间.在洞口和砂浆车位置安装电源插座，专门用于砂浆车搅拌电机，从而保证砂浆车搅拌器正常高效作业，这就很好地避免了因作业间歇时间太长而引起浆液离析；
（3）砂浆车向盾构机储浆罐泵注浆时，把出浆管高度稍微拉低，同时开启搅拌机搅拌浆液；
（4）在不影响其他管路及运作空间的前提下，适当改善同步注浆管路，减少弯头，增大管径，避免浆液在管路中沉积堵塞；
（5）保证盾构机及后配套设备的正常连续运行，避免盾构机在推进过程中人为的停机造成同步注浆工序中断而浆液凝固堵塞；
七、地表沉降问题
当土仓内的压力和外界水土压力不平衡时，盾构刀盘面前方的土层很容易坍塌掉，从而引起地表的下沉。
管片脱出盾尾后，管片与地层间存在空间，在软岩地层中如果没及时地进行同步注浆填充，有可能会产生变形引起地表下沉。
建议措施如下。
（1）维持土仓内压力平衡，随时监控调变预设压力。
在停机时也应保持土仓内压力与外界水压力平衡，螺旋机第二次排土前，刀盘应把土仓内的水和土进行充分搅拌，使土仓内土体具有良好的密水性，避免喷涌破坏土压平衡；
（2）在盾构机作业过程中保证注浆量和注浆压力，实际的注浆量应达到理论空隙量的151%-200%，如果有必要，还要进行二次注浆，盾尾注浆孔口的注浆压力必须大于隧道埋深处的水土的压力；
结束语
总之，从现今国际以及中国各大城市来看，特别是在我国大力发展基础设施时期，随着地铁建设线路的延伸，各类更新更复杂的问题将会不断涌现，“路漫漫其修远兮”，将继续努力，不断探索与实践。
参考文献：
[1]曹应，张以华.浅谈土压平衡盾构穿越不良地质施工技术的问题与思考[J].四川水泥，2015（3）：261-261.
[2]甘一，朱而辉.分析土压平衡盾构穿越不良地质施工技术的问题及解决对策[J].建筑工程技术与设计，2017（11）：3307-3307.。