04 软硬不均复合地层盾构施工技术(城通公司 李谷阳,胡如成)
软硬不均复合地层盾构施工技术
李谷阳胡如成
中铁五局城通公司，湖南，长沙 410007
[摘要] 本文结合大连地铁1号线103标七～西盾构工区的工程实例，详细地分析了地铁隧道在穿越上软下硬不均地层时的盾构施工的主要特点、掘进参数、渣土改良技术及盾构在地层转换时的施工措施等关键技术，为今后在类似地层中采用盾构施工工程提供一定的参数的价值。
[关键词] 上软下硬不均地层；盾构；盾构参数；渣土改良
1工程概述
大连地铁一号线103标七～西盾构区间隧道起于七十九中学站后端，经长兴街沿西南方向至西安路站前端，区间设计起点里程为DK10+726.655，设计终点里程右线为DK11+617.080，左线为DK11+617.076，区间长度为右线885.17m，左线881.718m，区间设一处联络通道。
区间盾构采用两次盾构始发，先从七十九中学右线始发，到达西安路站后，进行盾构机的拆卸然后吊出，转运到七十九中学站再进行左线始发，最后到达西安路站完成整个区间盾构施工任务。
大连地铁1号线路103标七～西盾构区间工程平面见图1所示。
图1 大连地铁1号线103标七～西盾构工程平面示意图
2工程地质
工程区域内地势基本平坦，地表高程在12.10m～17.00m，区间沿线主要为马栏河二阶地层，后经人工改造。场区风内未发现明显的断裂构造，场地构造稳定性总体较好。本区间
范围内上覆第四系人工堆积层（4ml Q ）、第四系上更新统冲洪积层（3
al Q pl ）、下伏震旦系长岭子组钙质板岩（Zwhc ）、中生代燕山辉绿岩（）。 区间右线主要为中风化钙质板岩，自稳性较好，且岩层单一。而区间左线主要穿越上软下硬不均匀岩层，上部为全风化岩层或局部位置有砂卵石层侵入，下部为中风化钙质板岩层，属于典型的垂直方向上软下硬复合地层，其隧道地质剖面图如图2所示。
图2 左线隧道地质剖面图
3 软硬不均地层盾构掘进技术
3．1 软硬不均复合地层盾构施工的主要特点
（1）经常变换盾构施工模式。在软土地层或以软土地层为主的“上软下硬”地层施工时，一般要采用“闭胸模式”，而在以岩石地层，特别是自稳性较好的（包括风化程度不一）岩石地层施工时则可采用半开胸式（欠土压平衡模式）或开胸模式；在以砂层或以砂层为主的“上软下硬”地层中采用土压平衡模式施工时，可能需要通过加注膨润土等工艺转化为“土压平衡”模式等等。经常根据地层结构来转换盾构机模式，是在复合地层中施工的一大特点。
（2）盾构机的配置需要做出适当的调整。在硬岩段施工时，通常要采用全断面滚刀破岩模式，采用的刀盘开口率会较小；当掘进在软岩或软土地段时，通常都要将部分或全部滚刀换成适应软岩或软土的刮刀，此时的开口率也相应增大。
（3）采用的施工工艺和施工参数也要根据地层的变化而变化。这些变化主要表现在不同地层需要的添加剂的种类和数量的不同；需要的辅助设备（比如破岩机、超前钻机）的不同；盾构机姿态控制的不同等等。
（4）某些特殊的复合地层，可能需要一些辅助工法。采用辅助工法的主要原因是因为盾构机本身的设计功能的局限性造成的，而这种局限性在目前的技术发展阶段还较难以克服。比如，大连地铁103标七～西盾构区间在到达段存在中风化辉绿岩，单轴抗压强度≥32MPa ，在这种条件下，以中风化钙质板岩为主设计的刀盘的刀具，显然有时难点适应这种高强度硬岩的要求，所以在无法更新刀盘的情况下，采用其它可行的辅助工法，比如先采用矿山法，开挖通过坚硬岩石段，之后，用盾构机拼装管片完成隧道，根据以往工程经验，这是一种比较好的辅助选择。
大连地铁七～西盾构工区现场岩层情况见图3所示。
全风化
中风化
图3 现场岩层图
3．2 盾构掘进参数的选择
上软下硬是一种特殊的地质，既有软岩地层的不稳定性，又具有硬岩的强度。在这地层施工中，因为盾构机在推进过程中，刀盘上刀具切削掌了面上的土体时，上部软层较易进入土仓，而下部的较硬岩体不易破碎，盾构机的姿态较单一层面较难控制一些。其在掘进过程中参数的设定一般需要考虑以下几个方面的因素：
（1）刀盘的转速：在上软下硬地层中掘进，软岩部分只需对掌子面进行切削即可达破坏土层，而下部岩石强度较高，处于这个地方的刀盘上的滚刀受力较大，硬岩对刀具及刀盘的磨损较大。所以要适当地降低刀盘的转速，使刀具受到的瞬时冲击小于安全荷载。刀盘的转速一般控制在于1.2～1.6r/min。根据实际的地质条件，在刀具的选型及布置上在着重增强其对地质的适应性。在掘进中加大对刀具的检查力度，制定详细的刀具换刀方案。
（2）盾构姿态的控制：在上软下硬地层中掘进时，盾构机的姿态控制较难，容易使盾构轴线与隧道设计轴线产生偏离，所以，在掘进过程要加强对盾构机姿态的控制，随时利用ZED激光导向系统观测盾构掘进路线与设计线路之间的差异。同时，也要加强人工的复核工作，对已完成的隧道要进行中线及高程的复测工作，及时反馈误差信息，以便及早发现问题，并采取纠偏措施进行纠偏，避免施工误差超限。
（3）土仓压力及加固措施：在上软下硬地层中，如果采用半敞开式掘进，要向土仓内注放压缩空气和泡沫等人工材料进行辅助开挖。这样做既可防止上部掌子面的坍塌，又利于检查清理刀盘和更换刀具，保证掘进顺利进行。当上部土体自稳能力较差时，也可以采用全土压平衡模式下掘进。在掘进过程中若发现盾构机多出土，应该在地表有条件的地方注入双液浆来加固地层，避免地表塌陷，加强沉降监测，对不良地段和重要建筑物处进行超前注浆等地层加固措施。
（4）油缸推力：在上软下硬地质下掘进，必须降低推力，调整掘进参数，保证盾构机能够安全、高效地掘进，因为存在硬岩，其对刀具的磨损较大，所以，为了减少施工成本，应减少刀具在掘进过程中所受的冲击力来保护刀盘上的刀具。在掘进众多参数中，刀盘扭矩是
刀具受到冲击力大小的直接体现，所以在掘进过程中我们应适当的减少刀盘的扭矩来减少刀具所受的冲击力，根据以往经验，在这种软硬不均的上软下硬地层中掘进，掘进速度应控制在3～5mm/min ，推力一般控制在10000～18000KN ，根据现场实际情况盾构各参数可进行适当的调节。
（5）螺旋输送机转速：在上软下硬地层中，土压或气压的保持是非常重要的，因为软岩部分较易塌陷，而硬岩部分因岩石抗压强度高不易切削，为了保护刀具在软硬结合处不受较大的冲击力需要降低掘进的速度，但这样做又会对软岩部分的稳定造成威胁，甚至出现超挖的现象。因此，要保证开挖掌子面岩体的稳定和地表的沉降在规范允许的范围之内，需要保持一定的土压，所以对螺旋输送机的出渣量有一定的要求，转速一般控制在3～8r/min 。
3．3 盾构在地层换时的施工措施
盾构在上软下硬地层中穿越时，可能遇到从硬岩进入软岩或者从软岩进入硬岩的情况，一般情况下像大连地铁CREC014复合型盾构机完全可以胜任，但在岩层强度特别高时，为了确保盾构在不同地质界面转换的安全，可采取如下几方面的措施：
（1）在大连地铁1号线103标七～西盾构区间左线，存在由全断面硬岩进入软岩的地质情况（见图4所示），盾构的推进状态要由敞开式或半敞开式向土压平衡状态转换，需根据计算出来的土压力来设定土压来确保掌子面土体的稳定，同时调整同步注浆量及注浆压力，调整各区域油压差，改变千斤顶的合力位置，同时放慢推进速度。
图4 左线隧道地质界面示意图
（2）换刀：换刀作业需要选择合适的地点、时间、并要采取相应的措施。在这种地层条件下换刀前必须选择合适的地层，如果地层为砂卵石、软岩地层，这些地层自稳性较差或者临近有建筑物，必须提前对土体采用合适的方法进行加固处理来确保换刀作业的安全性。
（3）经常观察掌子面围岩变化情况，要根据地质剖面图，随时监控土的性质确定转换界面，根据不同的地质状况选用不同的刀具配置模式。另外，在不同转换界面要加强地表沉降监测的频率，并根据监测反馈信息及时调整盾构在掘进过程中的参数。
4 上软下硬地层渣土的改良
根所大量的国内外地铁施工经验，在软硬不均地层盾构施工中，渣土改良是保证盾构 硬岩进入软
岩
施工安全、顺利、快速的一项不可或缺技术辅助手段。渣土改良具有较好的土压平衡效果，利于开挖面的稳定从而来控制地表沉降；使渣土具有较好的止水性，可防止地下水流失；使渣土具有较好的和易性，切削下来的渣土易于快速进入土舱并顺利出土，可有效防止土渣黏结刀盘而产生泥饼，这样可以有效地降低刀盘的扭矩，改善土体对刀盘、刀具和螺旋输送机的磨损。
在上软下硬不均地层中掘进时，一般采取向土舱内注入膨润土的方式，可以对软层起到一个泥模的作用，使土舱内的高压空气不易逸出，可有效防止上面软岩地层的坍塌，如遇到砂卵石及全、强、中风化泥质粉砂岩的掘进中，主要是可以稳定开挖面，防止刀盘产生泥饼，并降低刀盘的扭矩。一般采取分别向刀盘面及土舱内注放泡沫的方法进行渣土改良，必要时可向螺旋输送机内注入泡沫。
大连地铁1号线路103标七～西盾构工间盾构掘进机的渣土改良系统如图5所示。
图3-5 大连地铁CREC014盾构机泡沫装置原理图
CRECP014盾构机上泡沫系统部分设备实物照片见图6所示。
泡沫箱泡沫流量表
泡沫制泵 泡沫注入管道
图6 CREC014盾构泡沫系统
5 结 语
本文给合大连地铁1号线103标七～西盾构区间左线隧道穿越的地质条件和现场实 际情况， 对盾构机在软硬不均上软下硬地层中掘进过程中的施工控制技术进行一定的探讨。得出了盾构机在软硬不均地层中掘进时掘进的模式、掘进的参数应根据掌子面观察的情况来合理确定。合理的掘进参数是确保盾构施工的质量、安全的关键技术；同时，在做到以上各方面同时，渣土改良的也是一项不可或缺技术辅助手段。
在实际施工过程中，我部严桥按照上述施工控制技术，并产生了较好的施工将效果，主要体现在以下几个方面：
（1）刀盘的刀具磨损均属于正常磨损，没有产生严重的刀具崩刃现象；
（2）在此区域段掘进时，没饿发生过掌子面坍塌现象，出土量正常，地表的沉降均在规范的允许的范围之内，并安全、高效地完成了四次开仓换刀作业；
（3）盾构姿态控制良好，从已完成施工的隧道复测结果来看，其高程、中心误差均在±50mm 之内。
富水富含大粒径漂石复合地层盾构隧道施工工法重点
富水富含大粒径漂石复合地层盾构隧道施工工法 编制单位：北京城建集团有限责任公司 主要编制人：李乾斌、车凯、恽军、桂轶雄、李文峰 1 前言 盾构法作为集成了多种设备功能的全机械化隧道建设设备，在地下隧道建设中应用越来越普及，其自动化程度高，具有安全、快速等特点，但由于盾构设备、工艺在不同地层区别较大，在粒径较大的卵漂石、孤石地层建设隧道如何破碎，是盾构领域未妥善解决施工难点，在富水条件下的施工难度更大，风险更高。 在北京地铁9号线施工筹备阶段，隧道邻近一大型基坑揭示地层中密集分布直径超过1000mm漂石，且强度超过300Mpa，经工作井探查，最大漂石粒径为1500×1700mm，隧道每掘进一环地层中遭遇粒径1000mm以上漂石至少2块、粒径800mm以上漂石至少4块，其中粒径500mm以上漂石体积比超过50%。为盾构设备选型及施工筹划带来了前所未有的挑战，经查证国内外无类似工程实例可供参考。 此次采用盾构法在潜水下漂石地层中完成隧道施工，通过对盾构工艺的系统改善、技术创新，利用盾构设备，成功解决了较高水压条件下连续破碎密集高强度、大粒径漂石的隧道建设的工程难题，摸索、形成了一套该种地层盾构施工的成熟技术。 工程实施过程中申请了多项发明和实用新型专利，目前获批的国家专利有（发明型专利为201210457261.7、201210410081.3；实用新型专利为201220614474.1、201220598258.2、201220293261.3）。 项目成果属于国内外首例，工程实践证明，该工法具有较高的技术创新水平、设备机具配合高效、操作参数准确、节能增效、经济合理，大幅度拓展盾构法施工适用领域。 2 工法特点 2.1突破了束缚地下工程建设诸多技术难题，拓展了地下工程建设前景，将土压平衡盾构
上硬下软地层盾构施工-最新资料
上硬下软地层盾构施工 : In the hard soft formation, and shield construction characteristics, through the analysis of strata, it shields construction parameters optimization, and takes the ground sleeve valve barrel grouting of the strata damage, the weak layer reinforcement measures, and the design calculation and construction practice. The results show that, using the technology of construction treatment can better control shield posture, security shield smoothly through such formation. s: under the hard soft shield, tunnel sleeve, valve tube reinforcement, shield posture 0、前言 城市轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源及用地等特点。目前世界各国普遍意思到：解决城市的交通问题的根本出路在于优先发展以轨道交通为骨干的城 市公共交通系统。采用盾构法进行隧道施工，由于其特有的安全高效及适应性，广泛应用于城市轨道交通建设隧道施工中。随着施工建设的开展，施工过程中必然遇到各种难题，本文结合长沙市轨道交通2号线实例，对盾构施工上硬下软地层处理进行了深入研究，详细论述了处理措施。
隧道盾构掘进施工主要工艺
隧道盾构掘进施工主要工艺 1、盾构始发与到达掘进技术 1.1 始发掘进 所谓始发掘进是指利用临时拼装起来的管片来承受反作用力，将盾构机推上始发台，由始发口贯入地层，开始沿所定线路掘进的一系列作业。本工程中每台盾构机都要经过两次始发掘进，第一次是盾构机组装、调试完后从三元里站始发，第二次是盾构机通过广州火车站后二次始发。 1.1.1 始发前的准备工作 （1）始发预埋件的设计、制作与安装 盾构机始发时巨大的推力通过反力架传递给车站结构，为保证盾构机顺利始发及车站结构的安全，需要在车站的某些位置预埋一些构件。同时盾构机盾尾进入区间后为减小地层变形需要立即进行回填注浆，为了防止跑浆也需要在车站侧墙上预埋构件以实现临时封堵。 三元里车站始发预埋件大样及预埋位置如图：隧盾-施组-SD01、02所示。 （2）洞门端头土体加固 三元里车站隧道端头上覆2米厚〈8〉类土（岩石中等风化带），开挖后侧壁基本稳定。始发前不对端头进行加固。 （3）端头围护桩的破除 始发前需要对洞门端头围护桩予 以拆除，确保盾构机顺利出站。三元里 站端头围护桩厚1.1米，洞门预留孔直 径6.62米。计划对围护桩进行分块拆除 如图7-1-1。 环形及横向拉槽宽度50cm，竖向 拉槽宽度20cm，竖向槽沿围护桩接缝凿 除。 盾构机推进前割断连接钢筋，拉开 钢筋砼网片，清理石碴并处理外露钢筋 头，避免阻挂盾壳。围护桩拆除后，快 速拼装负环管片，盾构机抵拢工作面，避免工作面暴露太久失稳坍塌。拉槽 图7-7-1 凿除分块示意图
1.2 盾构机始发流程 盾构机始发前首先将反力架连接在预埋件的位置，吊装盾构机组件在始发台上组装、调试；然后安装400宽的负环钢管片，盾构机试运转；最后拆除洞门端墙盾构机贯入开挖面加压掘进。 盾构机始发流程见下图： 盾构机始发时临时封堵操作工艺流程如下： 安装反力架、始发台 盾构机组件的吊装 组装临时钢管片、 盾构机试运转 拆除端头维护桩 盾构机贯入开挖面加压掘进（拼装临时管片） 盾尾通过入，压板加 固、壁后回填注浆 端头地层加固 检查开挖面地层 始发准备工作 拆除端头围护桩 掘 进 安装螺栓、橡胶帘布板及钢压板 上拉压板，置于盾构机通过位置 盾尾通过始发口 下拉压板 盾尾同步注浆
5 广州复合地层与盾构施工(竺维彬)
复合地层与盾构施工技术 竺维彬鞠世健 广州地铁总公司 摘要:中国采用盾构法已有45年的历史，但前35年国内只有少数承包商掌握了在均一软土地层中的盾构施工技术。1995年至今，广州地铁业主率先开放盾构工程市场，培育盾构施工队伍。随着大批盾构承包商的成长，随着40台次盾构机在广州和深圳复合地层100多公里的实践，复合地层的概念逐步形成，复合地层中的盾构施工技术也有了突破性的发展。在这种背景下，亲历了100多公里复合地层施工过程的作者，有义务对复合地层的概念做出定义，对复合地层盾构施工技术的进展做出概述，以便与同行一起推动盾构工法在全国隧道施工中更广泛的应用。 关键词：均一地层复合地层盾构施工技术 盾构法施工与其它传统的地下工程施工工法一样，其终极目标是完成一特色的地下工程，比如一条地下隧道或地下车站，它的不同点在于，盾构法采用了特殊的施工工具盾构机。 盾构机是根据施工对象而“度身定做”，正如裁缝要根据具体的人进行“量体裁衣”一样，否则缝制的衣服就不合身。盾构机制造所依据的对象，称之为施工环境，它是基础地质、工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地下管线和构筑物等特征的总和。由此可以看出，如果不详细研究施工环境，也就造不出适应性强的盾构机，也就谈不上顺利地进行盾构施工。 在施工环境的诸多因素中，基础地质和工程地质特征是最重要的，因为它们是盾构机选型及采用盾构施工工艺最重要的先决条件。在实践当中，对地质特征的研究往往是一件被忽视的工作。殊不知，几乎没有哪一项盾构施工技术不是与地质特征有关的，尤其是在复合地层中的盾构施工。 1 复合地层的概念 在盾构施工的过程中，围岩岩土力学、基础地质和工程地质等特征的各向均匀性直接影响盾构机的选型、盾构施工工艺的选择等关键性问题。从这个意义上讲，可以宏观地将围岩地层区分为两类，一是均一地层，一是复合地层。 1.1均一地层 1）均一地层的概念 严格意义的各向同性的均质地层在自然界是不存在的，本文定义的均一地层是指在开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由一种或若干种地层组成的，但其岩土力学、工程地质和水文地质等特性相近的地层或地层组合。 均一地层有两种情况： ①单纯的软土地层： 从地质图（图1）中可以看出，地铁隧道穿越了Ⅱ层，主要为粉砂质土和Ⅲ层为粉质粘土。这两种地层的物质组成，其结构和构造都存在着一定的差异，但它们的岩土力学性质以及工程地质和水文地质特征就盾构机的选型和盾构施工而言，差别并不大。 根据上述地层特点，南京地铁选用了适应软土地层的盾构机，其刀盘为平面直角型的，
浅谈盾构穿越低瓦斯复合地层施工关键技术
浅谈盾构穿越低瓦斯复合地层施工关键技术 摘要目前国内地铁工程采用盾构法在瓦斯地层中掘进经验较少，且无相关规范参考。本文以成都地铁18号线盾构穿越低瓦斯复合地层为例，介绍了低瓦斯复合地层施工重点，难点，提出了瓦斯防控，渣土改良，注浆控制，管线保护等关键技术的控制措施，对在瓦斯隧道掘进中的施工参数做出主动调整，保证了低瓦斯复合地层隧道安全快速贯通，可以为同类工程提供合理参考。 关键词低瓦斯隧道；复合地层；盾构隧道 成都轨道交通18号线工程海福1号风井～海昌路站区间采用2台中铁装备复合式土压平衡盾构机，开挖直径为8630mm。海昌路站～海福1号风井区间在里程DK22+714～DK22+964段（长度约为250m），穿越上部卵石，下部砂岩复合地层，隧道线路坡度为25‰的上坡。 1 工程地质特征 成都轨道交通18号线海福1号风井～海昌路站区间复合地层段隧道范围内上部地层为密实卵石土，下部地层为中风化砂岩，其抗剪强度为150kpa，单轴极限抗压强度为3.7Mpa，隧道埋深5～11m。 2 瓦斯概况 2.1 有毒气体 海福1号风井～海昌路站区间隧道穿越苏码头油气田，根据地勘报告，在沿线不同地段均测出有不同程度的瓦斯分布。有害气体主要有浅层天然气（CH4）、一氧化碳（CO）气体。 2.2 瓦斯等级划分 根据《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120-2002）瓦斯等级判定标准，如当全工区的瓦斯涌出量小于0.5m3/min时，为低瓦斯工区。根据岩土工程勘察报告，海福1号风井～海昌路站盾构区间为低瓦斯隧道[1]。 3 盾构穿越低瓦斯复合地层施工重点、难点分析 3.1 瓦斯防控 瓦斯隧道施工总原则为：控火源，防涌出，重监测，强通风。瓦斯隧道必须贯彻“先测后进，有疑必测，不明不进”的指导方针。必须把“一通二防”（通风、防治瓦斯、防火）作为安全工作的重点，建立和落实“一通二防”管理制度，保证人员、资金和技术设备到位。
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岩溶地层中的盾构隧道施工 摘要:研究目的:岩溶地层中采用盾构法施工在国内尚属首次。盾构掘进中可能发生盾构机栽头、陷落,地层大量失水、坍塌,严重差异沉降而致隧道结构破坏等事故。对溶洞的空间分布、大小及充填情况,溶洞处理,盾构掘进技术措施3个方面进行深入研究,并组织精心设计、精心施工,以保证施工及运营安全。 研究方法:采用多种勘查手段分析岩溶地层,充分注重盾构机及盾构施工的特点,比选、优化设计施工方案。 研究结果:顺利完成岩溶段盾构隧道施工,验证了勘查及加固方案,填补了国内的空白。 研究结论:综合运用多种探测方法对探明溶洞的分布很有成效;根据盾构施工特点制定地层加固方案并有效实施以及对盾构机设计进行针对性的改进并采取相应的掘进技术措施都是适宜的。 关键词:广州地铁;岩溶地层;盾构施工 广州轨交通5号线草暖公园—小北站区间,在F1、F2两断裂带间地石炭系灰岩地层149.105m(YCK7+903.505-YCK8+052.610)范围内,详勘阶段有7个钻孔揭示存在溶洞。 但由于钻探孔间距(约20~40m)过大,未能完整揭示溶洞的大小、分布及充填物的物理力学性质。 经对草暖公园—小北站区间整体地质与环境的综合分析,确定其区间隧道(埋深22.86~24.30m)采用土压平衡盾构施工,而在岩溶地层中采用盾构法施工在国内外尚属首次。盾构掘进中可能发生盾构机栽头、陷落,地层大量失水、坍塌,严重差异沉降而致隧道结构破坏等事故。 为确保施工及运营安全,对溶洞的空间分布、大小及充填情况,溶洞处理,盾构掘进技术措施3个方面进行深入研究,并组织精心设计、精心施工。 1 运用多种勘查方法,探明溶洞情况 根据目前可行的勘测手段,为切实探明溶洞的分布与填充状况,拟定以钻探为主、多种方法综合运用的探测方案。即:高密度电阻率法地面物探(总体探查溶洞分布情况)加密钻孔(直观掌握溶洞及充填物状况)电磁波深孔CT(在钻孔间加密剖切面勘查,判断边界)综合判断后结合注浆孔布置补孔探测。 1.1 高密度电阻率法物探 对YCK7+880~YCK8+035范围内纵向进行探测,共设计物探剖面6条,剖面长均为177m(详见 图2)。每条剖面均有2个基点控制。 勘察的结果表明,本区地下有4处岩溶发育区(见图1)。据其成果将勘察范围划分为5个区域单元进一步深入勘察。
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复杂地层盾构施工技术研究 【摘要】在分析工程重难点的基础上,对包括盾构机选型和刀具配置等盾构机主要技术参数进行较深入的探讨。同时,对掘进模式的优选、掘进参数、盾构机姿态的控制和同步注浆参数的设定等方面的技术措施进行了研究,总结出了一套较为成熟的施工技术方法。 【关键词】隧道;冲洪积扇地层;盾构掘进 北京地铁4号线北宫门-龙背村调出井盾构区间所处地质条件比较特殊,穿越永定河冲洪积扇,并受到西北玉泉山和香山等山脉的影响,且局部穿越出露的极硬岩,具有山前冲洪积扇地层的复合特性,施工难度大, 施工技术要求高。对包括盾构机选型和刀具配置等盾构机主要技术参数进行较深入的探讨以及对掘进模式的优选、掘进参数、盾构机姿态的控制和同步注浆参数的设定等方面的技术措施进行了研究,总结出了一套较为成熟的施工技术。 1、工程概况和施工重难点 1.1 工程概况 北京地铁4号线北(宫门)-龙(背村调出井)盾构区间长523.294 m,根据地勘资料,区间穿越第四纪全新世冲洪积层、第四纪晚更新世冲洪积层,局部穿越二迭系红庙岭组。第四纪冲洪积层主要以粉土、粉质黏土、粉细砂、卵石圆砾层为主;二迭系红庙岭组主要以强~中风化砾岩、微风化砾岩、微风化砂岩、强~中风化砾岩为主。 根据详勘和补充勘探报告显示,北-龙区间大约有190m左右的全断面岩石,该段岩石为微风化砾岩和强风化砂岩,单轴抗压强度最大76.8 MPa。其余地层主要为粉质黏土、粉土、中粗砂以及全断面的砂卵石层,有较为严重的软硬不均地层出露,具有山前地区的典型特点。钻孔中实测两层地下水,第一层为潜水,第二层为层间潜水。由于本段地下水不具有承压性,总体上对盾构施工没有太大影响,但是盾构施工对含水的砂层产生一些不利因素,尤其是盾构开挖面上部的砂层容易受到扰动而引起局部坍塌(图1)。 1.2 工程重难点 由于本工程为山前冲洪积扇地形,地质复杂多变,盾构机在复合地层中掘进需要根据不同的地层情况频繁转换盾构机的掘进模式、掘进参数和注浆参数,同时也要及时调整添加材料的种类和数量。在岩石地层中掘进,刀具磨损较为严重,导致换刀频率增加,增加了停机时间,对施工工期将产生较大影响。在上软下硬地层中掘进,如何保证掌子面稳定,以及快速安全的通过是本工程的难点。 2、盾构机主要技术参数 2.1 盾构机选型
岩溶复合地层地铁隧道盾构施工技术
岩溶复合地层地铁隧道盾构施工技术 摘要：我国经济建设最近几年发展非常迅速，带动我国道路建设的快速发展。 根据现有的工程项目施工经验可知，地铁盾构隧道施工是整个工程项目的重点内容，其施工质量影响地铁项目的后期运行，所以要高度重视其质量。 关键词：岩溶复合地层；地铁隧道盾构施工技术 引言 道路建设的快速发展离不开国家经济的支持和政策的扶持，才有今天的局面和规模。结 合工程实例，根据沿线石灰岩地层地质特点，从施工技术、工序等角度入手，提出合适的盾 构施工技术，以提升该技术在岩溶复杂地层中的适应性，解决盾构施工风险过高的问题，为 工程施工提供可靠的指导。 1工程概况 广州市珠三角城际新白广项目部，新塘经白云机场至广州北站项目新塘至机场T2段白 云机场隧道，为城市隧道，隧道地层为复合地层，隧道设计分两条线，右线全长5608.855m，左线全长5577.259m（包括两座地下车站），隧道线间距18.6m~4.0m，最大坡度30‰，本 区间结合废水泵房、光纤直放站、公网洞室、箱式变电站等区间设备洞室。线路为一站三区间，分别为机场T1站、机场T2站-机场T1站区间、机场T3站-机场T1站区间、机场T3站- 吊出井区间。本工程引入盾构法，以满足盾构井盾构区间的分段施工要求。 2地层注浆施工准备工作 （1）在本次项目中，作业人员根据相关技术规范做好准备工作，包括同步注浆施工技 术的施工培训，并详细介绍本次工程项目的技术交底内容，深化施工人员对关键施工技术的 了解。（2）做好相关设备的准备工作，保证注浆台车、钻注一体机等设备具有满意性能， 设备做好日常的管理后，在现场检验合格。（3）观察主要原材料的性能，包括水玻璃、水 泥等材料等；在施工之前必须要确保止水球阀、注浆管等设备到场，并对相关原材料进行抽检，避免因为原材料性能引发各种质量问题。 3同步注浆 盾构刀盘的开挖直径一般大于管片外径，随着盾构的推进，逐渐形成管片外径与刀盘开 挖直径的环形建筑空隙。为及时填充该空隙，在盾构推进的同时须进行同步注浆，以尽可能 减少盾构施工时对地面的影响。同步注浆中，浆液初凝时间长，管片在浮力作用下有上浮趋势，易引起管片错台；注浆压力过大，对管片造成较大的挤压，易造成管片错台或破损；注 浆方量不足，没有充分填充隧道衬砌间隙，管片因为没有被砂浆完全固定而产生移动，形成 偏心力，引起管片局部应力超过其强度，同样也会导致管片错台破损。因此，应根据不同的 地层调整浆液配比，将浆液凝结时间控制在6-8h，特殊情况下可合理添加速凝剂以缩短其凝 固时间；注浆压力宜高于土仓压力0.15-0.2MPa，并根据隧道埋深及地层沉降监测数据及时调整；注浆速度应与推进速度相匹配，注浆速度过快会使浆液注入到土仓内；保证足够的注浆 方量，必要时对脱出盾尾的4-6环管片壁后进行二次注浆，将后部管片在同步注浆中未能填 充满的建筑空隙全部填筑密实，形成稳固结构。 4溶（土）洞详细勘测
软土地层盾构施工地表沉降分析及措施
软土地层盾构施工地表沉降分析及措施 摘要:通过对上海地铁软土地层盾构施工引起的地层变形原因和机理进行分析，结合派克公式对地层变形进行计算，引出地层损失率作为沉降控制标准，并提出了软土地层盾构施工地层损失控制技术要点，以减小施工对环境的影响。 关键词: 软土地层，地层损失，地层损失率 0 引言 随着盾构施工技术在城市地铁建设应用中的不断发展，地铁施工普遍存在的诸如地表沉降、周边建( 构) 筑变形等对环境的不利影响也越来越引起人们的重视，但迄今为止尚未得到完全解决，研究盾构施工技术、控制措施及其减少对地层及周边环境的影响具有指导作用。本文通过对上海软土地层盾构施工引起的地表变形机理和原因分析，结合派克公式以及地层损失率控制要求对地表沉降进行反算，以求在施工中采取针对性措施，减少地层变形。 1 地表变形机理 变形从物理角度讲，归结为应力的变化。天然土体一般是由矿物颗粒构成骨架体，孔隙水和气体填充骨架体而组成的三相体系。饱和土由土颗粒和水组成，土颗粒之间存在胶结物，有些没有粘结。但是它们都能传递荷载，从而形成传力骨架，叫做土骨架。外载荷作用在土体上，一部分由孔隙水承担，叫做孔隙水压力，另一部分则由土骨架承担，就是有效应力，对引起压缩和产生强度有效。 土体受外力后，土粒和孔隙中的流体均将发生位移，孔隙流体及气体体积减小、颗粒重新排列、颗粒间距离缩短和骨架体发生错动，引起土体变形，从而引起地表变形。 2 地表沉降规律 横向上，沉降槽曲线近似为正态分布，见图1。 纵向上，隧道沉降分布随时间变形具有阶段性规律，见图2。 3 盾构施工引起地层变形的作用机理和原因分析 3．1 盾构施工引起地表沉降的作用机理 根据地表沉降规律纵向曲线分布，盾构施工引起的地表沉降按照变化规律可分为五个阶段，各阶段变形的主要原因和作用机理见表1。
复合地层土压平衡盾构施工技术研究
复合地层土压平衡盾构施工技术研究 发表时间：2019-05-23T09:58:12.010Z 来源：《防护工程》2019年第1期作者：王亚飞 [导读] 全面掌握孤石的分布情况，研究孤石处理方法，确保盾构顺利穿越孤石段地层，是隧道盾构工程成败的关键。 摘要：以某轨道交通3号线为工程实例，研究土压平衡(EPB)盾构在复合地层中的施工技术。苏州轨道交通3号线何山路站至某乐园站区间隧道通过108m“上软(土)下硬(岩)”的复合地层，在设计阶段:通过改变隧道纵坡，缩短复合地层段长度;通过改良TBM刀盘设计，优化机械运行参数，实现盾构机械参数和地层物理参数的匹配;通过对隧道上部松散土体静压注浆加固和在建筑物与隧道间安装隔离桩，控制地层变形和保护邻近建筑物;采用三维数值模拟预测隧道开挖引起的地层变形和建筑物沉降，为工程决策提供依据。在施工阶段:对于软土、复合地层和硬岩段采用不同盾构运行模式和掘进参数;掘进过程采用六个主要参数指标进行控制;采用在盾构机前方开挖竖井进行损坏刀箱、刀具的更换。施工监测显示:实测地表和建筑物沉降与三维有限元预测、Peck经验公式预测结果吻合良好，地表沉降控制在2.0cm以内，邻近建筑物沉降控制在3mm以内。工程的顺利实施为国内其他类似复合地层隧道盾构掘进工程提供有益借鉴。 关键词：隧道掘进；复合地层；土压平衡； 引言 随着我国城市轨道交通建设事业的蓬勃发展，地铁线路的规划不可避免地需要穿越不良地质区域。如广州、深圳、厦门等城市的花岗岩地层中就不同程度地分布着花岗岩球状风化体，俗称“孤石”。孤石强度很高，与周边风化土体性质差异大，造成相邻地层突变、软硬不均，对盾构施工提出了严峻的挑战。全面掌握孤石的分布情况，研究孤石处理方法，确保盾构顺利穿越孤石段地层，是隧道盾构工程成败的关键。 1 工程设计概况 1.1 工程地质 隧道所处地层自上而下分为五层:杂填土、黏土、粉质黏土、风化围岩和基岩。杂填土由砾石、砂石、粉土、黏土和人造材料的混合物组成，松散状态，平均标贯值N为6;黏土层的平均含水量为30%，液限34%，塑限13.5%，根据USC土壤分类系统划分为CL，中硬状态，平均不排水剪切强度为60kPa;粉质黏土层的平均含水量为31.4%，液限33%，塑限12.7%，根据USC土壤分类系统划分为CL，其强度比黏土层低，平均不排水剪切强度为30kPa;风化围岩基本处于残余土状态，由砾石、沙石、粉土和黏土混合物组成，中密状态，平均标贯值N 为18;基岩为轻度至中度风化的凝灰岩，岩石完整性(ＲQD)在70%～90%之间，平均值为78%，岩芯的单轴抗压强度在45～121MPa之间，平均值为82.5MPa。具体土层参数如表1所列。由于隧道下方基岩面起伏变化大，隧道在何山路站附近需经过不连续软土段、复合地层段和硬岩地层段，图2至图4显示了隧道复合地层段分布情况与其所在区域的地质剖面图。地下水由潜水、微承压水及裂隙水组成，水位在地面以下2m以内。 1.2 隧道选址 由于在软土、复合地层和硬岩中土压平衡盾构的运行模式不同，因此在隧道掘进前需准确了解隧道所处地质条件。从何山路站向南出发的200环(240m)内地质条件差异很大，特别是基岩面变化很不规则。在初步设计阶段，始发240m的范围内共钻26个孔以确定地质情况，钻孔深度至隧道设计边界下方约10m处，土样被送到实验室进行室内力学参数测试。在最终设计阶段进行了第一次补堪钻孔，补勘点位布置在隧道范围内，水平间距5m，垂直间距2m，在何山路站始发的240m范围内共钻59孔，密集的勘探点对地质条件进行了详细补充。施工前，在详勘孔位间布置第二次补堪钻孔，由何山路站始发的240m范围内共钻10孔。 2 复合地层土压平衡盾构施工技术 2.1 钻孔探测孤石技术 1）探测区域根据孤石在花岗岩残积土中的基本发育特点以及越靠近山丘越密集的特点，调查工程所在地原始地理地貌，一般为山丘附近的地段，将之作为钻探的重点区域来考虑，隧道洞身所处<5H>花岗岩残积土、<6H>全风化花岗岩地层区域也将作为重点探测区域；此外，详勘中已揭露孤石在隧道洞身范围内的钻孔附近隧道线路出现孤石的几率也很大，将之作为补充钻探的重点区域来考虑。从成本、工期方面考虑，钻探孔的布置采用逐级加密的方法，在实施过程中根据现场实际情况实行动态管理，对钻探孔的布置和数量进行适当调整，以提高孤石探测的准确性。2）钻探孔布置方式重点探测区域：钻孔沿隧道线型按三排错孔布置，一排布置在隧道中心线上，另两排分别距隧道边线1.5m布设。采用三级加密的布孔方式，孔距按10m→5m→2.5m的方式加密。第一级布孔间距为10m；根据第一级钻孔的实际情况判断，如孔间出现孤石的机率很大，则在第一级布孔的基础上每两孔间增加一个钻探孔，使临近两孔的孔距不超过5m；根据第一、第二级钻孔的实际情况判断，如孔间出现孤石的机率仍然很大，则将孔距增密到2.5m/个；在第二或第三级加密钻孔前，如判断孔间出现孤石的机率不大或盾构机足以应付风险，则终止加密钻孔。 2.2 泡沫剂选用 经过对出渣口结构的调整，减少了出渣口堵塞现象.但是，使用的泡沫剂消耗偏大，土体改良效果一般，渣土流动性能受到限制.究其原因：泡沫剂的改良效果是相对所处理的土层条件而言的，不同的地质条件下，选择合理适用的泡沫剂产品，才能做到既保证顺利施工，又节约成本的效果.泡沫剂的选择要从两个方面进行考虑，一是泡沫剂材料自身的性质，二是泡沫剂与开挖后土层混合所形成的泡沫混合土力学性质.目前应用于土压平衡式盾构施工中的泡沫剂的发泡率在5~20之间，在同样条件下，发泡率越高，等量的泡沫剂产生的泡沫就越多，说明其具有高效性.但是发泡率与生成泡沫的稳定性是相互影响的，较高的发泡率是牺牲泡沫稳定性为代价的，仅仅发泡率高并不能说明泡沫剂的优越，两者需要进行综合考虑.泡沫剂作用的土体处于运动状态，泡沫改良土体的作用仅要求从开挖面到螺旋输送机口顺利排出这段运动过程中，所以泡沫的稳定性将直接关系到土体改良效果的持续时间.泡沫的发泡率作为一项可变参数，可以根据具体施工情况进行选择。 2.3 土体加固 为保证开挖时的掌子面稳定，控制隧道开挖引起的土体变形，保护隧道穿过处地表的既有建筑物，在复合地层区域盾构开挖之前对隧道上部土体进行静压注浆，在隧道与相邻建筑物之间安装隔离桩。本标段中复合地层段上部“软土”由不同高度的粉质黏土和风化围岩组成。
盾构机穿越上软下硬地层及全断面硬岩地层质量控制
盾构机穿越全断面硬岩及上软下硬地层质量控制 摘要：深圳地铁1号线续建工程固～后区间，盾构机要穿越3段上软下硬地层（最长70m）及一段全断面硬岩（90m），施工风险较大，本文从盾构参数设置，辅助措施实施以及盾构机操作技巧等多方面阐述了盾构机穿越过程中的质量控制。 摘要：盾构机上软下硬全断面质量控制 一、工程概况 1.1工程简介 深圳地铁一号线续建工程固戍站～后瑞站区间，起止里程为SK35+037.20～SK36+800.00，线路南北走向，盾构机从明挖段南端下井始发，沿线穿行宝安大道下方，通过下锚段明挖施工段，到达固戍站北端头解体吊出，完成掘进施工。 1.2地质条件 区间隧道结构洞身大部分为残积土及风化岩，在不受施工扰动的情况下，地层具较高的承载力，如受施工扰动残积土极易变形，遇水软化崩解，承载力大幅度降低，在短时间内极易发生坍塌变形；中～微风化岩自稳性较好，其它岩土结构松散、松软，稳定性差，极易发生坍塌变形。基底处于不同地层中，可能产生差异沉降。 该区间最大最小标贯击数及抗压强度见下表。 3 ⑨3和⑨4作硬地层考虑，⑨2及以上的地层作为软地层考虑。该区间隧道洞身穿越地层的全断面硬地层和上软下硬地层分布范围见下表。 表1-2右线洞身地层分段统计表 可知，区间隧道存在3段上软下硬地层（最长段70m），1段全断面硬岩（90m），洞身地层抗压强度最大达89.9Mpa；上述地层对盾构掘进及刀具能力是一个极大的挑战，刀具的磕碰磨损及偏磨比较严重，掘进速度较慢，刀具长期破岩产生高温，且地下水丰富容易造成喷涌，盾构机姿态较难控制，且容易造成隧道轴线偏移和地面的沉降超限。 二、盾构穿越的技术措施 2.1穿越上软下硬地层的掘进措施 由于硬岩段标高起伏不定，在进入硬岩和脱离硬岩的时候，会经历一段上软下硬的不均匀地层。在这种地层掘进，可能发生盾构机偏移或被卡住、蛇行推进，注浆不及时易产生地面沉降甚至塌陷、隧道管片破损以及盾构机损坏等许多难以预料的问题。 本区间上软下硬复合地层长度为119.7m，占隧道掘进全长的6.8%。 针对本区间上软下硬地层地质条件，盾构掘进中采取了下列措施：
复合地层对盾构施工的影响
复合地层对盾构施工的影响 【摘要】 目前我国正处于轨道交通建设的繁荣时期，国内40多座百万人口以上的特大城市均开展了城市快速轨道的建设或建设前期工作。其次在越江道路、输气和市政排水隧洞、核电站取水隧洞等工程中广泛采用盾构法施工。 通过本文的介绍，使读者对盾构施工在复合地层施工有一个简单的了解。【关键字】 施工环境盾构机复合地层孤石刀盘 一、施工环境的定义 盾构机是根据施工对象“度身定做”的，正如裁缝要根据具体的人进行“量体裁衣”一样；否则缝制的衣服就不合身。制造盾构机所依据的对象（即“身”）称之为施工环境。它是基础地质、工程地质、水文地质、地貌（统称地质环境）、及既有（或在建）的房屋、管线、桥梁、隧道、道路、轨道交通等建（构）筑物和设施，以及文物、地表水体（统称周边环境）等特征的总和。 二、施工环境在盾构施工中的地位 就目前的科技水平，盾构机在很长一段时间内仍不是一种万能的掘进设备。若施工环境变了，盾构机设计就会不同。在软土地层中掘进的盾构机与在岩石地层中的盾构机有很大区别。浅埋的过江的盾构机或深埋的开挖岩石为主的盾构机就需要一些特殊的配置。准确判别施工环境就是盾构施工工法的基础。 图2-1 软土盾构机
图2-2硬岩盾构机（TBM） 三、复合地层 3.1复合地层的概念 开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由两种以上在岩土力学、工程地质和水文地质等特征相差悬殊的不同地层组成的地层，定义为复合地层。 复合地层是相对于单一地层来说的。均一地层是指在开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由一种或若干种地层组成的，或岩土力学、工程地质和水文地质等特性相近的地层或地层组合。比如单纯软土地层或单纯的硬岩地层等。 复合地层的组合方式为：在断面垂直方向、水平方向上和二者兼而有之的不同地层的组合。 ⑴复合地层在垂直方向上的变化。 最典型的垂直方向上的复合地层就是“上软下硬”地层。即隧道断面上部是第四系的松软土层，而下部是坚硬的岩石地层；或者上部是软弱的岩层而下部是硬岩层；或者是在硬岩层中夹软岩层，或软岩层夹硬岩层等。如图3-1所示的地层。 图3-1 复合地层垂直方向变化剖面图 ⑵复合地层在水平方向上的变化。
【含砂砾岩裂隙发育软硬不均复合地层盾构施工技术探讨】地层裂隙表贵州
【含砂砾岩裂隙发育软硬不均复合地层盾构施工技术探讨】 地层裂隙表贵州 摘要：通过对南京地铁二号线紫金山麓【苜蓿园站～明故宫站】区间盾构施工中遇到的“地质灾害”进行分析，以及在后续施工中克服该段软硬复合地层施工中采取的一系列技术措施，引发对类似地层盾构施工技术的探讨。 关键词：砂砾岩，裂隙发育，软硬不均复合地层，地面预加固，开仓，更换刀具，刀具管理，风险控制，成本管理。 0引言 随着盾构施工技术在城市地铁建设应用中的不断发展，软硬不均复合地层也越来越多的开始采用盾构法施工，但是在该类地层中采用盾构法施工也引发出相应的技术难题。工程实例表明，如：刀具损耗巨大、更换刀具困难、推进难度大、掘进模式选择困难等困扰施工的主要问题尚未得到很好的解决，特别是刀具磨损异常、消耗量大。需要经常检查更换刀具与地层不稳不满足直接开仓这一矛盾越来越 明显的影响施工，情况严重部位甚至造成盾构被困，刀盘、刀具条件无法继续推进施工，又无法开仓检查更换刀具的困境[1]。
含砂砾岩软硬不均复合地层是南京地铁二号线【苜蓿园站～明故宫站】区间盾构穿越的主要地层之一，也是该区间盾构施工中的难点，仅区间右线共210环252m含砂砾岩段软硬不均复合地层掘进就耗时6个月零6天。本文仅以区间右线推进通过该段地层施工中遇到的问题，对该地层和类似地层盾构施工提出一些分析和见解，以供探讨和参考。 1 工程简介 南京地铁二号线【苜蓿园站～明故宫站】区间隧道采用土压平衡盾构施工，区间全长1306.9m，采用钢筋混凝土管片衬砌，共1086环。盾构下穿沪宁高速匝道桥台、沪宁高速立交桥台、明城墙等建筑物，地下管线密集。隧道沿线穿越地层存在5段4种不同特点的地层，同一施工段存在垂直、水平方向不同地层的组合，地层软硬不均，地质纵断面图见图1。 图1 苜蓿园～明故宫站区间隧道地质纵断面示意图 其中83～297环含砂砾岩段软硬不均复合地层微风化砂砾岩与中微风化泥岩、强中风化泥质粉砂岩交互。盾构断面地层上软下硬，微风化砂砾岩局部强度很高，见表1。在地质补充勘察中微风化砂砾岩天然单轴抗压强度最大值为85.2MPa，饱和单轴抗压强度最大值为
第三节 盾构通过花岗岩球状风化体的掘进技术
第三节盾构通过花岗岩球状风化体的掘进技术 花岗岩风化土中存在的球状风化核，俗称“孤石”，在广州地区是普遍存在的一种地质现象，尤其在广州地铁三号线天～华区间的施工中多次碰到。花岗岩风化土中的球状风化核，其成因是岩浆中的石英富集部分不容易风化所致。由于其埋藏分布及大小是随机的，很难通过地质钻探探明其分布情况。孤石形状各异，大小从几十公分到几米，岩石单轴抗压强度可以达到100Mpa以上。相对于孤石的强度，周边风化土层强度小很多。盾构推进过程中，很容易出现孤石不能被滚刀破碎，在刀盘前滚动，严重损坏刀具和刀盘的现象。同时孤石通常存在于自稳能力不好的残积层，洞内基本上无条件直接进行处理，因此盾构在存在孤石的花岗岩残积层中掘进，将面临极大的施工风险，严重影响工程进度及成本。 一、盾构通过花岗岩球状风化体存在的问题 1、掘进非常困难并频繁卡刀盘； 2、盾构机姿态难以控制； 3、刀具磨损非常严重，刀圈崩断，刀座、刀盘变形 4、更换刀具困难，花岗岩残积层不稳定，遇水膨胀崩解，泥化以致流淌，必须进行地面或洞内加固，加固后再进行气压换刀，耗用大量时间。 5、掘进震动大，对保护地面建筑物不利。 二、破碎花岗岩球状风化体的方法 1、盾构机直接破除孤石，盾构机直接破除孤石需要满足两个条件： （1）盾构提供足够的切削力破岩。 （2）在孤石被刀具破碎过程中，周边土体不能产生破坏，即孤石不能移动。 2、不能通过盾构机直接破除的孤石，可采取如下方法： （1）对孤石周边风化土层进行地面或洞内预加固，然后再盾构机破岩或人工破岩。 （2）洞内静态爆破或火药爆破。 （3）地面钻孔爆破或冲孔破除孤石。 （4）压气作业条件下人工破除孤石，破除时可采用岩石分裂机等设备。 三、施工中应采取的针对性措施 1、加密补充地质勘探，掌握孤石分布情况。
广州地铁复合地层盾构技术
1前言 广州地铁复合地层盾构技术 原作者：许少辉竺维彬袁敏正 1997年10月，广州地铁一号线采用的3台盾构机在广州复合地层中成功修建了8.9km地铁隧道，结束了当时能否在广州市区复合地层中使用盾构法修建地铁隧道的争论，使盾构法在广州的地位得以确立，并为1999年以后广州地铁二号线、三号线、四号线大幅度采用盾构技术修建地铁隧道奠定了基础。至今，在广州使用盾构法已修建地铁隧道约80km（见表1）。在此过程中大量技术难题的处理着实为在复合地层的盾构施工积累了宝贵的经验。 2广州地区复合地层的概念与特点 广州地区复合地层最重要的特点是工程范围内的岩性变化频繁，物理力学特性差异大，基岩风化界面起伏大，断层破碎带分布密集，含水量差异明显。具体表现为：同一里程隧道横断面表现为上下或左右软硬不均，在隧道纵剖面上表现为软硬相间，其中隧道断面地层的复合特性，对盾构施工的影响尤为明显。盾构隧道埋深一般在l0～30m，隧道断面及上覆的地层从地表至下依次为：上部：第四纪软土层，主要由杂填土、流塑～软塑淤泥层和富含水砂层组成。 中部：第四纪残积层，该层是沉积岩、岩浆岩、变质岩等三大母岩地层风化后残积形成，可塑、硬塑～半固结状态粘土和砂质、砾质粘性土。 下部：大部分地区是由不同风化程度的白垩系砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩及少量泥灰岩组成；少部分是由不同风化程度花岗岩或花岗片麻岩及混合花岗岩组
成。 2.1根据施工实践，对盾构机掘进有不利影响的典型工程地质和水文地质 2.1.1残积土的粘土以及泥岩类岩石经研磨后形成的粉粒状矿物质，在受压、受热、受湿环境条件下，会在刀盘表面或土仓内形成泥饼。 2.1.2上软下硬或上硬下软的不均匀地层难以全天候进行动态平衡控制，易导致顶部坍塌。 2.1.3软硬地层突变及花岗岩地区的球状风化体，会使刀 盘变形和刀具崩裂（见图1）。 2.1.4富水断裂带和岩石破碎带等地层会导致螺旋输送 机出土口涌水涌砂，造成施工困难； 2.1.5过江河或砂层、淤泥层，易失水和扰动引发大的沉 降； 2.1.6土压平衡状态施工遇到石英含量的地层时，刀具磨损严重。 3盾构机对复合地层适应性的因素研究 就目前盾构技术的发展水平，企图制造出完全适应类似广州地区复合地层掘进的盾构机的想法是不现实的，所以，广州地铁多年的探索实践和总结，归纳出以下若干问题很值得在今后盾构机的设计和制造方面加以重视和研究，以提高盾构机对复合地层的适应性。 3.1设计寿命 盾构机设计寿命的提高对复合地层中盾构机的掘进施工影响较大，区别于单一均质地层，在复合地层中的最大不同点是，盾构机本身在设计上就必须考虑到对付千差万别地层变化。设计寿命作为一个反映盾构机综合性能的重要指标，其寿命的长短将直接关系到其应付各种地质条件的可行性和安全性。例如，在广州地铁使用引进的盾构机当中，部分按主轴承4000h、掘进3km使用寿命设计的盾构机所表现的对付不同性质地层的掘进能力明显不如那些按主轴承10000h、掘进10km使用寿命设计的盾构机。为了保证10km的使用寿命，盾构厂家主要在钢结构的强度和主轴承密封系统进行了明显的优化。 3.1.1主轴承等密封系统的优化：目前使用的维尔特盾构机主轴承密封和铰接密封是非常独特和高度可靠的，主轴承密封系统通过油脂连续流动保护密封性能，
盾构机穿越上软下硬地层专项施工方案
盾构机穿越上软下硬地层专项施工方案 一、工程概况 1.1工程简介 深圳地铁一号线续建工程固戍站～后瑞站区间，起止里程为SK35+037.20～SK36+800.00，线路南北走向，盾构机从明挖段南端下井始发，沿线穿行宝安大道下方，通过下锚段明挖施工段，到达固戍站北端头解体吊出，完成掘进施工。 1.2地质条件 区间隧道结构洞身大部分为残积土及风化岩，在不受施工扰动的情况下，地层具较高的承载力，如受施工扰动残积土极易变形，遇水软化崩解，承载力大幅度降低，在短时间内极易发生坍塌变形；中～微风化岩自稳性较好，其它岩土结构松散、松软，稳定性差，极易发生坍塌变形。基底处于不同地层中，可能产生差异沉降。 该区间最大最小标贯击数及抗压强度见下表。 表1-1 右线洞身地层标贯值及抗压强度值一览表 33 和⑨ 4作硬地层考虑，⑨ 2 及以上的地层作为软地层考虑。该区间隧道洞身穿越地层的全断面硬地层 和上软下硬地层分布范围见下表。 表1-2右线洞身地层分段统计表
可知，区间隧道存在3段上软下硬地层（最长段70m），1段全断面硬岩（90m），洞身地层抗压强度最大达89.9Mpa；上述地层对盾构掘进及刀具能力是一个极大的挑战，刀具的磕碰磨损及偏磨比较严重，掘进速度较慢，刀具长期破岩产生高温，且地下水丰富容易造成喷涌，盾构机姿态较难控制，且容易造成隧道轴线偏移和地面的沉降超限。 二、盾构穿越的技术措施 2.1穿越上软下硬地层的掘进措施 由于硬岩段标高起伏不定，在进入硬岩和脱离硬岩的时候，会经历一段上软下硬的不均匀地层。在这种地层掘进，可能发生盾构机偏移或被卡住、蛇行推进，注浆不及时易产生地面沉降甚至塌陷、隧道管片破损以及盾构机损坏等许多难以预料的问题。 本区间上软下硬复合地层长度为119.7m，占隧道掘进全长的6.8%。 针对本区间上软下硬地层地质条件，盾构掘进中采取了下列措施： 1）做好补充地质勘探，在地层起伏交界处进行钻孔，查清上软下硬地层的位置和长度； 掘进过程中不断观察出土情况，并结合推力、扭矩、速度、土压，以及渣土中石块的比例和大小，判断硬岩的比例，及时调整掘进参数。 2）在岩层和土层同时存在的地段，应以硬岩的强度来进行刀具配置；掘进时采用土压平衡掘进模式，根据隧道顶部地质情况选择合适土压力，适当降低土压有利于提高刀具的寿命。 3）盾构机在上软下硬地层中掘进时，盾构姿态容易向上抬，为了保持正确的掘进线路，应该合理控制上下千斤顶的推进油压；此时边缘滚刀承受最大的破岩压力，应选用重型破岩刀具。 4）在上软下硬地段应该采用低转速，以减少滚刀与岩土分界面的冲击。 5）加大发泡剂比例，以改善土体的流动性和土仓的温度，降低土仓温度有利于减少刀具磨损和偏磨； 6）下部是硬岩，掘进速度受硬岩制约而变慢，容易多出土，应该以盾构机进尺来控制出土量，防止超挖，同时保证盾尾回填注浆。 2.2穿越全断面地层硬岩段的掘进措施 本段长度为90m，该地层天然单轴抗压强度最高达89.9MPa，受此硬岩影响，盾构掘进时可能会遇到以下困难：1）掘进速度慢；2）刀具磨损快，换刀频繁，工作量大；3）盾构容易出现“卡壳”现象，推进困难；4）盾构姿态不好控制，造成隧道质量缺陷；5）管片上浮；6）地下水流失。
04 软硬不均复合地层盾构施工技术(城通公司 李谷阳,胡如成)
软硬不均复合地层盾构施工技术 李谷阳胡如成 中铁五局城通公司，湖南，长沙 410007 [摘要] 本文结合大连地铁1号线103标七～西盾构工区的工程实例，详细地分析了地铁隧道在穿越上软下硬不均地层时的盾构施工的主要特点、掘进参数、渣土改良技术及盾构在地层转换时的施工措施等关键技术，为今后在类似地层中采用盾构施工工程提供一定的参数的价值。 [关键词] 上软下硬不均地层；盾构；盾构参数；渣土改良 1工程概述 大连地铁一号线103标七～西盾构区间隧道起于七十九中学站后端，经长兴街沿西南方向至西安路站前端，区间设计起点里程为DK10+726.655，设计终点里程右线为DK11+617.080，左线为DK11+617.076，区间长度为右线885.17m，左线881.718m，区间设一处联络通道。 区间盾构采用两次盾构始发，先从七十九中学右线始发，到达西安路站后，进行盾构机的拆卸然后吊出，转运到七十九中学站再进行左线始发，最后到达西安路站完成整个区间盾构施工任务。 大连地铁1号线路103标七～西盾构区间工程平面见图1所示。 图1 大连地铁1号线103标七～西盾构工程平面示意图 2工程地质 工程区域内地势基本平坦，地表高程在12.10m～17.00m，区间沿线主要为马栏河二阶地层，后经人工改造。场区风内未发现明显的断裂构造，场地构造稳定性总体较好。本区间
范围内上覆第四系人工堆积层（4ml Q ）、第四系上更新统冲洪积层（3 al Q pl ）、下伏震旦系长岭子组钙质板岩（Zwhc ）、中生代燕山辉绿岩（）。 区间右线主要为中风化钙质板岩，自稳性较好，且岩层单一。而区间左线主要穿越上软下硬不均匀岩层，上部为全风化岩层或局部位置有砂卵石层侵入，下部为中风化钙质板岩层，属于典型的垂直方向上软下硬复合地层，其隧道地质剖面图如图2所示。 图2 左线隧道地质剖面图 3 软硬不均地层盾构掘进技术 3．1 软硬不均复合地层盾构施工的主要特点 （1）经常变换盾构施工模式。在软土地层或以软土地层为主的“上软下硬”地层施工时，一般要采用“闭胸模式”，而在以岩石地层，特别是自稳性较好的（包括风化程度不一）岩石地层施工时则可采用半开胸式（欠土压平衡模式）或开胸模式；在以砂层或以砂层为主的“上软下硬”地层中采用土压平衡模式施工时，可能需要通过加注膨润土等工艺转化为“土压平衡”模式等等。经常根据地层结构来转换盾构机模式，是在复合地层中施工的一大特点。 （2）盾构机的配置需要做出适当的调整。在硬岩段施工时，通常要采用全断面滚刀破岩模式，采用的刀盘开口率会较小；当掘进在软岩或软土地段时，通常都要将部分或全部滚刀换成适应软岩或软土的刮刀，此时的开口率也相应增大。 （3）采用的施工工艺和施工参数也要根据地层的变化而变化。这些变化主要表现在不同地层需要的添加剂的种类和数量的不同；需要的辅助设备（比如破岩机、超前钻机）的不同；盾构机姿态控制的不同等等。 （4）某些特殊的复合地层，可能需要一些辅助工法。采用辅助工法的主要原因是因为盾构机本身的设计功能的局限性造成的，而这种局限性在目前的技术发展阶段还较难以克服。比如，大连地铁103标七～西盾构区间在到达段存在中风化辉绿岩，单轴抗压强度≥32MPa ，在这种条件下，以中风化钙质板岩为主设计的刀盘的刀具，显然有时难点适应这种高强度硬岩的要求，所以在无法更新刀盘的情况下，采用其它可行的辅助工法，比如先采用矿山法，开挖通过坚硬岩石段，之后，用盾构机拼装管片完成隧道，根据以往工程经验，这是一种比较好的辅助选择。 大连地铁七～西盾构工区现场岩层情况见图3所示。