3.砂卵石地层盾构
复杂条件下盾构施工技术(1)-选型及砂卵石地层
盾构选型中的地质因素： 广州地铁沿线的工程地质、水文地质条件比较复杂,其中最重要的特点是工程范围内的岩土均一性差,物理力学特性差异大。地铁围岩既有十分松软富水的淤泥质土、中细沙层,又有较坚硬的砂砾岩、花岗片麻岩、混合岩,以及介于上述两类岩土之间具不同风化程度的软塑～ 硬塑状粘性土层。软硬相间的红色砂泥岩是地铁隧道施工的主要地层。因此选择用于广州地铁施工的盾构时,要求它必须有与上述地质条件相匹配的性能。
7
转速控制 （微调性）
好
差
好
A:由于变频，可控制转速和进行微调 B:由于采用离合器，不能实现无级调速 C:控制液压泵排量，可控制转速和进行微调
8
噪音
小
小
大
C:液压系统的噪音一般大于电动机系统
9
盾构内 温度
低
较低
较高
C:液压系统功耗大，故温度较高
10
维护保养
易
易
较困难
B:维护保养工作较少 C:液压系统的维护和保养一般较复杂，要求较高。
3．盾构机选型的其它条件 除了地质条件以外的盾构机选型的制约条件还很多，如工期、造价、环境因素、基地条件等。 工期制约条件 因为手掘式与半机械式盾构机使用人工较多，机械化程度低，所以施工进度慢。其余各类型盾构机因为都是机械化掘进和运输，平均掘进速度比前者快。 造价制约因素 一般敞口式盾构机的造价比密闭式盾构机低，主要原因是敞口式盾构机个象密闭式盾构机那样有复杂的后配套系统，在地质条件允许的情况下，从降低造价考虑，宜优先选用敞口式盾构机。 环境因素的制约 敞口型的盾构机引起的地表沉降大于网格式盾构，更大于密闭式的掘进机。
盾构类型与颗粒级配的关系
一般来说，细颗粒含量多，碴土易形成不透水的塑流体，容易充满土仓，在土仓中可以建立压力，平衡开挖面的土体。粗颗粒含量高的碴土塑流性差，实现土压平衡困难。 盾构类型与颗粒级配的关系详见下图，图中蓝色区域为淤泥粘土区，为土压平衡盾构适应范围，绿色区域为粗砂、细砂区，即可使用泥水盾构，也可经土质改良后使用土压平衡盾构，黄色区域为卵石砾石粗砂区，为泥水盾构适用的颗粒级配范围。
富水砂卵石地层地铁盾构带压换刀施工工法(2)
富水砂卵石地层地铁盾构带压换刀施工工法富水砂卵石地层地铁盾构带压换刀施工工法一、前言地下交通工程的建设对于城市发展具有重要意义，而地铁是现代城市最重要的交通工具之一。
然而，在地铁施工中，富水砂卵石地层常常会给施工带来困难和风险。
为了解决这一问题，发展了富水砂卵石地层地铁盾构带压换刀施工工法。
二、工法特点富水砂卵石地层地铁盾构带压换刀施工工法是一种针对富含水分和卵石的地层开展的地铁盾构施工工法。
其主要特点包括：1. 采用压力平衡盾构机进行施工，能够有效控制地层的水力压力。
2. 通过换刀方式，使用不同类型的刀盘来应对不同的地质条件。
3. 建立起有效的施工控制系统，实现对施工过程的全程监测和控制。
4. 配合使用注浆、排水和支护措施，确保施工过程的安全和稳定。
三、适应范围富水砂卵石地层地铁盾构带压换刀施工工法适用于富含水分和卵石的地层，包括但不限于河床、河滩、河流下伏地层以及含水量较高的砂卵石、砾石和黏土地层等。
四、工艺原理该工法在施工工法与实际工程之间建立了密切的联系。
在实际施工中，根据地层情况选择刀盘类型，并通过盾构机的压力平衡系统控制地层水压。
同时，结合注浆、排水和支护等工艺措施，增加地层的稳定性和安全性。
五、施工工艺针对富水砂卵石地层地铁盾构带压换刀施工工法，可以分为以下几个施工阶段：1. 前期准备：包括现场勘察和设计，确定施工方案和工艺措施。
2. 确定刀盘类型：根据实际地质情况和工程要求，选择适当的刀盘类型。
3. 盾构机制造和安装：制造和调试盾构机，并进行现场安装和调试。
4. 施工过程：根据施工计划，进行盾构机的下洞、启动和推进工作。
根据实际地质情况和刀盘磨损程度，进行刀盘的换装和维修。
5. 支护和排水：配合使用注浆、排水和支护措施，确保施工过程中的地质稳定性和安全性。
6. 完工验收：对施工完成的隧道进行验收和检测，确保质量符合设计要求。
六、劳动组织针对该工法的施工，需要有合理的劳动组织，确保施工过程的顺利进行。
砂卵石地层盾构穿越建筑物施工技术措施
砂卵石地层盾构穿越建筑物施工技术措施【摘要】在城市地下进行盾构隧道掘进施工，有时盾构将不可避免的穿越建构筑物或地下管线，采取何种施工措施控制其变形，是地铁或其他地下工程盾构施工中不可回避的问题。
本文针对成都地铁盾构在砂卵石地层穿越不同结构、基础和建设年代建筑物时所采用的技术措施进行了简单描述，希望能够对相同或接近地层的盾构施工起到借鉴作用。
关键词：盾构建构筑物加固施工1．前言：地铁工程建设所选择线路主要区段均在城市的主城区，因规划和历史原因，地铁隧道线路或将不可避免的在既有建构筑物或地下重要管线的下方穿过。
但受盾构施工机理和地质情况的限制，掘进时将引起地面隆起和沉降。
如沉降或隆起超过建构筑物或管线允许的变形控制极限，造成地面建构筑物和管线的变形、开裂，甚至建筑物倒塌，可能带来的纠纷对施工产生不可忽视的影响，不但影响施工进度和施工安全，并且会造成严重的社会不良影响。
特别是成都砂卵石地层、含水量丰富且有粉细砂透镜体，在扰动状态下掌子面不稳定，地面沉降量和沉降速率均较大，采取何种施工措施控制建构筑物的变形是盾构施工的难点。
2．成都地铁地质情况描述：盾构隧道从<2-8>、< 3-4>、<3-7〉等砂卵石地层中通过。
卵石成分主要为灰岩、砂岩、石英岩，卵石的含量达67％，中间夹杂大漂石。
砂卵石具有分选性差，强度高的特点（地质情况见图1、图2所示）。
隧道通过的地层含水丰富，根据钻孔揭示，隧道区间分布的卵石土及所夹透镜状砂层为地下水主要含水层，含水量丰富，含水层厚20～22 .6m，区间范围内卵石土分选性差，渗透性强。
图1、基坑开挖时渣土状态图2、刀盘前掌子面土体3．盾构施工中引起沉降的情形分析：（1）、盾构掘削面前的地层变形：盾构推力过大和出土率小而引起的挤压隆起和前移；盾构推力过小和出土率大而引起的塌陷。
（2）、盾构通过时引起的地面变形：盾构盾体与土体摩擦引起的隆起和前移；刀盘超挖、盾构蛇形扰动引起的地面沉陷。
砂卵石地层盾构施工技术
砂卵石地层盾构施工技术摘要：砂卵石地层盾构施工风险较大，长距离穿越砂卵石地层，往往会产生刀盘刀具磨损严重，同时如出土量控制、背后注浆控制不当，会引起地面沉降，甚至塌陷等问题。
本文在北京地铁16号线某区间施工中采取了控制排土量、紧凑衔接各工序、及时同步注浆与二次补浆等控制措施，大大减小了土体沉降量，保证了施工安全。
关键词：砂卵石地层；盾构隧道施工1工程介绍北京地铁16号线苏州街站后停车线～苏州桥站区间为叠落区间，盾构机从苏州桥站北端始发，至苏州街站后施工横通道接收。
区间右线841.35米，左线长度841.484米。
右线埋深范围为13.6m~28.4m，左线埋深范围为21.6m~38m。
盾构穿越地层由上而下揭示的地层分别为：杂填土层、砂质粉土层、粉质粘土层、粉细砂层、卵石层、粉质粘土层。
盾构区间主要穿越卵石圆砾⑤层、粉质粘土⑥层、卵石圆砾⑦层。
卵石⑤层一般粒径10-30mm，最大粒径不小于300mm，粒径大于20mm的含量大于55%；卵石⑦层最大粒径不小于350mm，一般粒径15～25mm。
砂卵石在该区间的盾构掘进整个长度及断面范围内中占了约1/2，由于地层物理力学性质的特殊性，并且存在承压含水层，导致盾构在掘进过程中容易产生以下问题。
1)砂卵石地层具有相对较高的压缩模量及较大的内摩擦角，盾构在掘进过程中容易出现推力大、推进速度缓慢，进而引起盾壳及刀盘、刀具磨损，影响盾构施工的安全。
2)承压含水层中的盾构施工，由于地层含水量高，容易出现螺旋机喷涌，危及地面及周边环境安全。
2盾构设计上的调整2．1盾构壳体采用阶梯型原盾构壳体采用直筒型设计，即盾构的刀盘、切口环、支承环及盾尾的外直径相同。
此时盾壳及刀盘与周边的土体全面接触。
根据砂卵石层特点，盾构掘进的摩擦阻力明显增大。
为了减少盾壳与周边砂土的摩擦力，特将盾壳由原直筒型改造成前大后小的阶梯型，从而可将盾构穿越砂卵石的总推力控制在22000～35000kN,比原直筒型盾壳减少约30%。
浅析砂卵石地层盾构施工
浅析砂卵石地层盾构施工摘要高富水、高砂卵石含量地层由于其特殊地质条件，盾构施工中存在较大风险，控制超挖，是降低盾构施工风险的关键，文章针对施工存在的几个主要问题提出解决的办法。
关键词高富水、砂卵石地层；超挖控制；Abstract: Due to the special geological conditions of the high water-rich, high content of sand and gravel strata, there is a big risk in shield construction, and control of over break is the key to reduce the shield construction risk, articles propose solutions for several major construction.Key words: high water-rich sand and gravel strata; over break control;引言高富水、高砂卵石含量地层宜选用土压平衡盾构，泥水盾构已经证明在此地质条件下不适用。
由于地质条件的特殊性，盾构掘进过程中都均存在超挖现象。
如何提高盾构掘进过程中渣土的流动性、塑性，进而提高掘进速度，最终达到减少超挖之目的，对于超挖量大的地段提出采用顶管注浆的方式填充空隙，可以有效控制地表沉降，降低盾构施工风险。
同时对盾构刀盘刀具配置、注浆回填进行阐述，最后对盾构施工的进出洞及特殊地段沉降大问题提出了自己的看法，并给出解决的方法。
实践证明，可以有效提高盾构施工进度，降低盾构施工风险。
特殊地质盾构穿越砂卵石土层，土体透水性强、渗透系数大，地下水水量丰富，自稳性差。
现有盾构的适用性对某地砂卵石层的原始地质经过筛分实验与盾构的适用相比较(如图1，红色区域为成都砂卵石粒径范围)，从图中可以看出砂卵石地质不适用于土压平衡盾构施工，也不适用于泥水平衡盾构施工，但要想采用土压平衡盾构施工，必须采取有效的措施，使其渣土适用于土压平衡盾构施工。
砂卵石地层盾构下穿建筑物施工技术
砂卵石地层盾构下穿建筑物施工技术摘要：目前，国内城市轨道交通快速发展，盾构机因施工速度快、安全可靠、无污染等优势而得到广泛应用。
本文结合工程实例，介绍盾构机在复杂地层下穿越建筑群时采取的技术措施。
关键词：盾构机；下穿；建筑物；技术1．工程概况1.1工程范围火车南站～科华南路站区间隧道长约980m，两条单线隧道线间距12.00m～16.00m，最小曲线半径450m；隧道线路埋深为16.19m～28.54m，线路纵断面最大坡度为29‰。
1.2工程地质1.3水文情况本区间地下水主要有三种类型：一是赋存于填土层的上层滞水，二是第四系砂卵石层的孔隙水，三是基岩裂隙水。
卵石土层中孔隙水渗透性好，为强透水层，渗漏系数K=20m/d。
2.砂卵石地盾构下穿建筑物危险性分析2.1下穿建筑物情况介绍本标段盾构下穿建筑物众多，其中风险性较高的主要集中在火科区间盾构在砂卵石地层中连续下穿和平小区二期（1栋、2栋）、和平佳苑（1栋、2栋）、南铁新居（1栋、2栋、5栋）、和平小区四期（1栋、10栋）等9栋建筑物。
2.3风险性分析盾构掘进不可避免会造成地表沉降，在成都地铁特有的富水砂卵石地层中，由于砂卵石层在一定的条件下在较长时间内有一定的自稳能力，因此，沉降具有很强的滞后性。
所以防止滞后沉降是保护建筑物安全的一个重要手段。
根据实地调查该处9栋建筑物大部分为2002年左右时间建造，经过5.12大地震的影响，部分房屋出现了裂缝，部分楼层甚至出现了贯通缝隙，建筑物沉降控制标准要求较高。
隧道在该处平面为R=450m的曲线，曲线半径小，盾构在砂卵石地层中，由于在掘进过程中会对地层产生扰动，可能造成地表建筑物沉降、开裂、倾斜，直接影响到地面建筑物正常、安全使用，对建筑物内工作人员或周边人群的生活秩序、人身安全、财产安全造成一定危害。
所以盾构下穿风险性极高，判定为重大危险源。
3、盾构下穿房屋施工流程及过程控制3.1盾构下穿房屋施工流程图图3-1 盾构下穿房屋施工流程图3.2下穿前技术准备工作（1）地质补勘盾构下穿建筑物群前，对该段地层进行地质补勘，通过与原地勘资料相比，地质基本相同，无地层突变带。
砂卵石地层盾构施工注浆对地表沉降分析及措施
砂卵石地层盾构施工注浆对地表沉降的分析及措施【摘要】：盾构法隧道施工时地表沉降仍然是施工控制中的突出问题之一。
砂卵石地层中，由于地质条件的特殊性，地表沉降反应快、具突发性，危害极大，是工程中急待解决的问题。
本文分析了地表沉降的原因，结合北京地铁十号线盾构隧道的工程实践，有针对性提出了各种应对措施，为各位读者略作参考。
【关键词】：盾构施工；砂卵石地层；地表沉降；注浆；对策。
中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：引言盾构法隧道施工技术以其施工速度快、施工安全性好、工程质量有保障、对周边环境影响小而成为城市地铁隧道施工最佳的工法选择。
随着盾构制造技术的逐步国产化，盾构法隧道成本进一步降低，近年来该工法在城市地铁施工中得以大面积推广。
但在盾构法隧道施工过程中，地表沉降控制由于受地质水文条件、盾构选型、施工参数、施工经验、施工工艺控制等条件的影响仍然是施工控制中的突出问题之一。
特别是在砂卵石地层中，由于地质条件的特殊性，地表沉降具有突发性，反应快，处理不当易造成较严重的安全事故。
一、沉降原因盾构掘进引起土体变形的原因很多，而且各自发生的机理不同，主要有以下几方面。
1、开挖时水土压力不平衡。
土压平衡式盾构或泥水盾构，由于掘进量与排土量不等，开挖面土压力、水压力与压力舱形成压力不平衡，致使开挖面失去平衡，产生土体变形。
2、推进过程中围岩扰动。
盾构推进时，由于盾构的壳板与围岩摩擦和围岩的扰动而引起土体下沉或隆起，特别是蛇形修正和曲线推进时的超挖，是产生围岩松动的原因。
3、盾尾空隙和壁后注浆不充分。
由于盾尾空隙的产生使受盾壳支撑的围岩朝着盾尾空隙变形而产生土体下沉。
土体下沉程度受壁后注浆材料的性质、注入时间、位置、压力、数量等影响。
4、衬砌变形与变位。
管片连接螺栓不紧固，管片环易变形，盾尾空隙增大，盾尾脱出后外压不均等导致衬砌变形或变位，从而造成土体沉降。
二、砂卵石地层的掘进注浆对地表沉降影响的分析砂卵石地层掘进，地表沉降反应快，如不及时处理将导致地表较大沉降或坍塌，地表建筑物将出现裂缝，甚至垮塌，在砂卵石地层进行盾构掘进施工及时有效的同步、二次、径向注浆对地表沉降控制尤为关键。
富水砂卵石地层条件下盾构法近距离下穿地铁既有线施工工法(2)
富水砂卵石地层条件下盾构法近距离下穿地铁既有线施工工法富水砂卵石地层条件下盾构法近距离下穿地铁既有线施工工法一、前言近年来，城市轨道交通建设持续高速进行，但由于城市地下空间的有限性，地铁线路的建设常常需要在已有的地铁线路下穿施工。
针对富水砂卵石地层条件下盾构法近距离下穿地铁既有线的施工需求，我们研发了一种专门适应这种地质条件的施工工法。
二、工法特点该工法具有以下几个特点：1. 高效性：利用现代盾构设备，可以实现快速、连续地进行施工作业，大大缩短了工期。
2. 精度高：通过先进的控制技术和监测手段，能够保证施工质量和沉降控制精度。
3. 适应性强：适用于富水砂卵石地层条件下近距离下穿地铁既有线的施工，能够应对复杂的地质条件和工程要求。
4. 环保性好：工法采用封闭式施工，减少了对环境的影响，保护了地下水和地表设施的完整性。
5. 安全性高：通过科学的施工组织和严格的安全管理，确保施工过程中的安全。
三、适应范围该工法适用于富水砂卵石地层条件下近距离下穿地铁既有线的施工，尤其适用于地铁线路交叉、换乘站等复杂地质条件下的施工。
四、工艺原理该工法的实际工程与施工工法之间的联系在于工法充分考虑了富水砂卵石地层的特点和挑战，并采取了一系列的技术措施来解决问题。
其中包括：1. 地质勘察与分析：通过对地质条件进行细致的勘察和分析，确定施工所面临的地质条件和可能存在的风险。
2. 施工方案设计：根据地质条件及既有线的情况，设计出合理的施工方案，保证施工的安全性和成功性。
3. 盾构机选择和改进：选择适用于富水砂卵石地层条件的盾构机，并对其进行改进，提高施工的效率和可靠性。
4. 地下水处理：通过合理的地下水处理措施，控制地下水位，减少对施工的影响。
5. 土体稳定性的保证：通过注浆、喷射混凝土等技术手段，提高土体的稳定性，避免涌水和地面沉降。
五、施工工艺 1. 施工准备：对施工区域进行清理和围护，确保施工环境的安全和整洁。
2. 盾构井和施工联络道的开挖：根据施工方案确定盾构井和联络道的位置和尺寸，进行开挖和支护工程。
砂卵石地层盾构穿越建筑物施工技术措施参考Word
砂卵石地层盾构穿越建筑物施工技术措施【摘要】在城市地下进行盾构隧道掘进施工，有时盾构将不可避免的穿越建构筑物或地下管线，采取何种施工措施控制其变形，是地铁或其他地下工程盾构施工中不可回避的问题。
本文针对成都地铁盾构在砂卵石地层穿越不同结构、基础和建设年代建筑物时所采用的技术措施进行了简单描述，希望能够对相同或接近地层的盾构施工起到借鉴作用。
关键词：盾构建构筑物加固施工1．前言：地铁工程建设所选择线路主要区段均在城市的主城区，因规划和历史原因，地铁隧道线路或将不可避免的在既有建构筑物或地下重要管线的下方穿过。
但受盾构施工机理和地质情况的限制，掘进时将引起地面隆起和沉降。
如沉降或隆起超过建构筑物或管线允许的变形控制极限，造成地面建构筑物和管线的变形、开裂，甚至建筑物倒塌，可能带来的纠纷对施工产生不可忽视的影响，不但影响施工进度和施工安全，并且会造成严重的社会不良影响。
特别是成都砂卵石地层、含水量丰富且有粉细砂透镜体，在扰动状态下掌子面不稳定，地面沉降量和沉降速率均较大，采取何种施工措施控制建构筑物的变形是盾构施工的难点。
2．成都地铁地质情况描述：盾构隧道从<2-8>、< 3-4>、<3-7〉等砂卵石地层中通过。
卵石成分主要为灰岩、砂岩、石英岩，卵石的含量达67％，中间夹杂大漂石。
砂卵石具有分选性差，强度高的特点（地质情况见图1、图2所示）。
隧道通过的地层含水丰富，根据钻孔揭示，隧道区间分布的卵石土及所夹透镜状砂层为地下水主要含水层，含水量丰富，含水层厚20～22 .6m，区间范围内卵石土分选性差，渗透性强。
图1、基坑开挖时渣土状态图2、刀盘前掌子面土体3．盾构施工中引起沉降的情形分析：（1）、盾构掘削面前的地层变形：盾构推力过大和出土率小而引起的挤压隆起和前移；盾构推力过小和出土率大而引起的塌陷。
（2）、盾构通过时引起的地面变形：盾构盾体与土体摩擦引起的隆起和前移；刀盘超挖、盾构蛇形扰动引起的地面沉陷。
砂卵石地层盾构机刀盘故障分析及结构优化研究
在盾构前期施工过程中，经常出现刀盘卡死以及刀盘
磨损较为严重的现象，通过现场实际情况，分析造成上述 情况的主要原因如下：
一是漂卵石粒径大、含量多，地层细颗粒少。卵石粒 径、含量较大，受刀盘开口限制，卵石不能进入土仓，导 致刀盘前方阻力增大，易引发刀盘卡滞。二是长时间停机。 盾构长时间停机，造成泡沫失效渣土和易性变差，导致阻 力增大使得刀盘卡死。三是盾构掘进超方，地层变松散。 盾构掘进过程中若发生超方、土压降低、上方土体松散， 会造成上方土体塌落，大量卵石进入土仓后使得刀盘阻力 增大，导致刀盘卡死。四是渣土改良不好，土仓结饼或卵 石沉积。渣土较干时，土仓内渣土流动性不足，导致渣土 及卵石堆积，增大了刀盘转动阻力，使得推力及扭矩增大， 易导致刀盘被困，磨损情况严重。五是刀盘正滚刀质心偏 心量和倾覆力矩较大，造成滚刀磨损速率较高。
表 2 典型工况下受力变形模拟结果
仿真结果
正常工况 静启动脱困 出洞推挤工况 堵转工况
原刀盘最大应力 /MPa 优化后刀盘最大应力 /MPa 原刀盘总变形量 /mm 优化后刀盘总变形 /mm
180.7 162.9 2.124 1.692
105.3 89.8 1.958 1.648
134.4 132.4 2.037 1.523
结果影响不大的结构。刀盘材料选用 Q345C 钢，密度设置 为 7900kg/m3，弹性模量设置为 210Gpa，泊松比设置为 0.3，
屈服强度和疲劳强度分别为 345MPa 和 298.1MPa。
根据现场施工地质条件以及遇到的不确定性，将现场
施工状况分为 4 类：一是正常工况。此时刀盘将承受正面
阻力和额定扭矩。二是静启动脱困工况。此时需要以大扭
0 引言
富水砂卵石地层中盾构施工的控制难点及措施
富水砂卵石地层中盾构施工的控制难点及措施
1.土层的物理特性
富水砂卵石地层的物理特性较为复杂，控制困难。
在施工前，需要对
土层进行详细的调查和分析，确定土层的厚度、颗粒大小和含水量等参数，为后续的施工做好准备。
在施工过程中，可以采用增加切割刀盘的数量和
规格、提高推进速度等方法，增强盾构机的推进力，提高施工效率。
2.地下水环境
由于富水砂卵石地层中含有大量的地下水，施工时需要进行有效的水
阻控制。
首先，需要进行地下水位的监测和测量，了解地下水的流动方向
和流速，以便合理设计降水井和排水系统。
其次，在施工前需要进行预排
水措施，将地下水降低到可控制的范围内。
在盾构施工过程中，可以采取
封顶法和预注浆法等措施，有效控制地下水位，减小土体的稳定性变化。
3.地层变形和控制方法
富水砂卵石地层的变形较大，在施工过程中需要注意地层的变形和沉
降情况，及时采取控制措施。
首先，需要进行地层的预测和分析，确定地
层的稳定性和变形特点。
在盾构机的设计中，可以采用强化盾构机结构、
增加刀盘的切割能力、减小切割面积等措施，降低地层的变形。
其次，要
加强地层监测和监控，及时掌握地层变形的情况，调整施工参数，保持施
工的稳定性。
总而言之，富水砂卵石地层中盾构施工的控制难点及措施主要涉及土
层的物理特性、地下水环境、地层变形和控制方法等方面。
针对不同的难点，可以采取相应的措施，加强施工前的调查和分析，进行地下水位的监
测和控制，加强地层变形的预测和监测等，以确保盾构施工的安全和稳定性。
成都砂卵石地层盾构掘进技术
泥水平衡盾构
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3、盾构掘进中的超挖现象
超挖范围 前盾 刀盘 受扰动区域
未扰动区域
图3 刀盘对掌子面的扰动区域及超挖范围
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4、盾构超挖塌陷机理
地表
地表
地表 地表塌陷
地表
粘土层
粘土层
粘土层
空洞
松散粘土层
密实砂卵石层
密实砂卵石层
空洞
松散砂卵石层
松散砂卵石层
水浸后砂卵石层
水浸后砂卵石层
密实砂卵石层
密实砂卵石层
密实砂卵石层
一、超挖后拱顶地层示意图
二、掘进十几天后的砂卵石层示意图
三、松散地层地下水位上升后示意图
四、超挖最终导致地表塌陷示意图
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5、注浆回填方法
• • • •
同步注浆； 二次注浆； 顶管注浆； 地表钻孔注浆；
8、成都砂卵石地层特殊地段处理
• 进出洞门； • 长期渗水地段； • 粉细砂层；
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谢谢!
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同步注浆
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6、渣土改良方法 泡沫+水
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7、刀具配置 卵石以破碎为主
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刀具改进
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刀具改进
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刀盘的其它改进的措施
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2、砂卵石地层盾构选型
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砂卵石地层盾构
盾构所经地层的砂卵石
北京地区砂卵石地层盾构掘进
如何解决砂卵石地层盾构掘进问题
是北京盾构选型的关键问题
粒径超过200mm
切削刀工作原理图
粉质粘土及重粉质粘土
圆砾层
中粗砂
粉细砂层
粘质粉土砂质粉土粘质粉土素填土
刀盘
粉细砂层地面,45.55
41.0539.35
36.35
34.45
33.95
31.15
26.95
22.05
粉质粘土及粘质粉土盾构机所在位置地质横断面 (k9+124.52)
盾构刀盘所在位置断面图
★刀盘大部分位 于圆砾层中 可预见其磨损 将相当严重
219min
88 min
外周边刀已完全磨损
刀具磨损状况
（1）B-C 辐条间边刀（3）先行刀C1（4）先行刀B2（5）先行刀F4（6）切削刀DL1
件等因素，确定合理的可能换刀位置。
砂卵石地层盾构穿越建筑物
砂卵石地层盾构穿越建筑物地面加固控制技术措施中铁十一局城轨公司雷志彬摘要：根据砂卵石地层中盾构施工实例，简要阐述盾构穿越建筑物基础时各种加固控制技术措施。
关键词：盾构、砂卵石地层、基础、加固。
一、引言受地质条件和施工工艺的限制，盾构掘进将对周围环境产生扰动，改变土体的初始应力状态引起土体位移。
当土体位移超过一定范围时，会危及地铁结构本身以及邻近结构物的安全与正常使用，使邻近结构物倾斜、扭曲等，从而引起一系列环境效应问题。
采取合理有效的技术措施控制建筑物变形是必须解决的技术问题。
二、影响机理由于盾构法施工引起隧道周围地层的松动和沉陷，直观表现为地表沉降，受其影响，隧道附近地区的结构物将产生变形、沉降或变位，以至使结构物机能遭受破损或者破坏。
邻近结构物的变形从本质上而言也是由于地层变形而引起的，因此，只有控制地层才能更好地控制邻近结构物的沉降和变形。
按其发生原因主要分为以下几点:①开挖面上的土水压力不平衡导致开挖面失去稳定性。
此时，压力舱压力大于开挖面土压力和水压力时出现地基隆起，相反会出现地基沉降。
②盾构推进对围岩的扰动。
盾构壳板和围岩的摩擦、以及围岩一的扰动会引起地基隆起和沉降。
尤其在蛇曲修正、曲线推进时如采用超挖，会使围岩松动的范围变大加大地基的沉降量。
③盾尾空隙的发生和壁后注浆的不足。
盾构施下必然产生盾尾空隙，这一空隙会引起地基的应力释放而产生弹塑性变形。
一般可通过实施壁后注浆来控制，但壁后注浆的材料、注浆时间、位置、压力、注浆量都会影响地基的变形量。
④衬砌管片的变形和变位。
管片从盾尾脱出后，受到围岩荷载作用发生一些变形或变位，造成地基沉降，但其量一般较小。
⑤地下水位下降。
由于漏水或降水引起的地基沉降。
目前，我国确定了城市地面变形为“+10mm—-30mm”沉降(隆起)基准以确保地面建筑物的安全，并且规定当最大沉降大于15mm时，邻近建筑物的不均匀沉降应限制在1/500的基础倾斜之内。
其中关于沉降引起的地表建筑物破坏规定都不是针对盾构法施上的，但由于目前国内没有关于盾构法施工对邻近建筑物破坏影响的规定，往往盾构施工中产生的地面沉降所引起的地表建筑物破坏准则都是按照其它规范参照执行。
盾构穿越砂卵石地层面临的技术难题与对策
报告人：马栋目录一前言二施工关键技术三施工案例四结束语截至2019年6月，我国大陆地区共有37个城市开通城市轨道交通，运营线路总长度6126.82公里。
盾构法是目前轨道交通建设领域常用的工法，盾构机如何在砂卵石地层安全快速施工，是我们面临的一个难题。
砂卵石地层工程地质特点目前在我国盾构施工中遇到砂卵石地层较多的城市主要有：北京、成都、兰州、沈阳等。
城市卵石粒径卵石含量水位埋深渗透系数漂石粒径漂石含量北京20~60mm50%~70%22m200m/d200~600mm15%~45%成都20~200mm80%2~5m25m/d200~1000mm34%兰州20~50mm55%~70%13～18.7m60m/d400~500mm漂石较少沈阳20~45mm5~20% 4.5~10m100m/d150mm几乎无漂石砂卵石层的典型结构砂卵石地层一般具有透水性强，级配差，扰动后易失稳等特性。
某城市砂卵石层的漂石砂卵石地层工程地质特点某城市砂卵石层的级配曲线mm%砂卵石地层施工技术难题换刀作业风险高沉降控制难刀盘、螺旋机(泥浆环流系统)易卡停渣土不易改良设备磨损严重1、沉降控制困难盾构施工地表沉降的5个阶段第一阶段：盾构机到达前第二阶段：盾构机掘进时第三阶段：盾体通过时第四阶段：管片脱出盾尾时第五阶段：后期沉降盾构机在砂卵石地层施工，沉降主要发生在：⚫通过后，滞后沉降⚫盾构机掘进时，土体超挖出现垮塌2、刀盘、螺旋机(泥浆环流系统)易卡停盾构机在砂卵石地层中掘进，刀盘扭矩大，正常掘进时在3000～5000Kn·m 之间，当遇到较大漂石、掌子面失稳垮塌时，极易发生刀盘卡停。
刀盘卡停落石箱格栅堵塞切口、刀具破坏，刀盘、螺旋机卡停等问题；容易造成刀盘卡停、泥浆环流系统阻塞泥水盾构土压盾构3、设备磨损严重盾构机在砂卵石地层中掘进，卵石强度大，对刀盘、刀具、螺旋输送机/泥浆环流系统具有较大冲击和磨损。
螺旋机叶轮破损刮刀磨损滚刀磨损泥浆管磨损4、渣土不易改良由于砂卵石地层具有卵石含量高、级配单一、渗透系数大等特点，盾构机掘进中经常出现出土流动性较差、螺旋机易喷涌等问题。
砂卵石地层盾构施工要点
盾构在大粒径砂卵石地层推进是 世界难题
• 一、盾构设备
• 二、土体改良
三、土压建立一、设备适应性• 1、刀 Nhomakorabea扭矩及推力
1）理论计算扭矩
T Ti
i 1
9
（1）切削土体所需的扭矩
T1 qu hrdr
0
r0
1 2 q w hr0 2
（2）刀盘自重产生的抵抗旋转的扭矩
T2 GR12
X I A N X
先行刀刀盘
滚刀刀盘
3、刀具及刀具布置
刀具
先行刀（撕裂刀）
切削刀（刮刀）
１ .Main bit
Secondaly bit Ｈ＝８０ｍｍ
Primary bit Ｈ＝１１０ｍｍ
滚刀在刀盘的布置
正常磨损 刀具的正常磨损是指刀圈的磨损量超过了规定值，磨 损量可用专用的量具进行测量。
四、案例 工程概况： 沈阳地铁一号线13标工程施工场地位于沈阳市和平区与 沈河区交接地段，标段单线长1330.267 m。
中街站
门站 远 怀
四、案例
盾构穿越断面地层大部分为圆砾层,富含地下水,地层透水性很强
本区间范围内的地形变化平缓，地面标高介于49.64～51.72m， 最大地面高差2.08 m。地貌类型为浑河新扇。勘察深度内的由第 四系全新统人工填筑层（Q4ml）、第四系全新统浑河新扇冲洪积 层（Q41al+pl）、第四系上更新统浑河老扇冲洪积层 （Q32al+pl）、第四系下更新统冰水沉积地层（Q1fg1）组成。 本区间隧道上覆地层主要为杂填土①层、粉质粘土④－1层、粉 细砂④－2层、中粗砂④－3层，砾砂④－4层和圆砾④－5层，洞 身穿越地层主要为粉质粘土⑤－1层、中粗砂④－3层，中粗砂⑤－ 3层，砾砂④－4层、砾砂⑤－4层，和圆砾④－5层、圆砾⑤－5层。
浅谈砂卵石地层盾构施工技术
浅谈盾构法隧道施工技术应用措施摘要：本文笔者结合工程实例,介绍其设计和施工要点、土压平衡盾构技术、盾构隧道管片衬砌结构的截面内力计算、盾构刀具与欠压推进处理技术等。
关键词：地铁工程，隧道施工，砂卵石地层，盾构法1引言砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层,在无水状态下,颗粒之间点对点传力,地层反应灵敏,刀盘旋转切削时,刀盘与卵石层接触压力不等,导致刀头震动,在顶进力作用下易产生坍塌,引起围岩扰动和地层变形。
当围岩中的砾卵石越多、粒径越大时,扰动就越大;当隧道顶部大块卵石剥落时,极易引起上覆地层的突然沉陷。
2工程概况广州市轨道交通三号线北延段施工区间2标盾构工程位于广州市白云山东侧，线路从春兰花园（南方医院站南端）向南沿广州大道北路行进，区间中部穿越梅宾街私人住宅楼群，到达怡新花园大门（梅花园站北端）；区间起止里程为Y（Z）DK-3-725.600～Y（Z）DK-2-544.300，右线隧道全长1181.3m，隧道埋深约20～26m，最大纵坡6‰。
3砂卵石地层盾构施工难点3.1隧道开挖面稳定性控制问题在砂卵石地层未受扰动情况下,土层颗粒倚靠直角的摩擦咬合作用维持区域土体稳定,盾构在砂卵石地层掘进过程中若开挖面压力不足,或大块卵石并排排出时,或螺旋输送机的排土量大于刀盘切削土量,在刀盘前上方会产生较大的空洞区域,卵石或砾石将相继松动,快速在开挖面上方引起较大的塌落区,继而使得上覆砂性土和粘性土层产生的松动范围加大,在隧道上方土层较薄处将引起较大的地表沉降。
如果上覆土体的抗剪强度较低,还会引起空区上方土体突然冒落,产生砂卵石地层盾构隧道开挖面失稳现象。
3.2盾构机密封舱土压平衡问题盾构机密封舱内建立土压平衡比较困难,甚至实现不了土压平衡的功能,因为,砂卵石地层易坍塌,不易保持开挖面的稳定;大粒径砂卵石不但切削或破碎难,而且切削下来的碴土经螺旋输送机向外排出也十分困难。
砂卵石处于密封舱内,螺旋输送机内以及盾构周围,对盾构机的扰动,振动很大,不利于掘进参数的调整,包括推进千斤顶的压力,螺旋输送机的转速及排土门的开度,盾构机位置及姿态控制等。
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土体
主切削刀 主超前刀
主超前刀
盾构前进方向
主切削刀与主超前刀协同切削土体示意图
o ZC 6
o7 2
=31
o7
=38 15.49 /30.00
41.05 40.55
N 63.5 =11
39.05 =21
37.05 =30
35.25
=31
o3 1
31.45
=49
o2 o3 o3 3
N (63.5) =44 28.25 =56
o4
27.05
=50
25.45
o5
23.75
N 63.5 =34
切削刀
土体
鱼尾刀
土体 鱼尾刀切削土体示意图
盘圈贝型刀
砂卵石地层采用滚刀效果不好，改用盘圈贝型刀较好地解决了盾构机切削砂 卵石的难题。盘圈贝型刀示意图如下。
较成功案例基本情况
北京地铁五号线18标和四号线14标，均采用土压平衡盾构机施工，刀盘为 辐条式，开口率大，在刀具高差上配置了先行刀和副切削刀（如下图）。
=41
26.10
23.07 21.67 /24.20
o5 2
24.40 23.70
N 63.5 =27
22.80
21.80
o7 2
18.60
o7
15.60 /30.00
K47 45.55
DN200上水标高43.64
DN300污水标高42.86 K48
45.49
DN200上水标高44.3
DN600污水标高43.6 K49
刀盘
圆砾 层
22.05
粉质 粘土及 重粉 质粘土
盾构机所在位置地质横断面 (k9+124.52)
盾构刀盘所在位置断面图
停机前的掘进参数及其他特征
(1)刀盘扭矩值一直居高不下，而且波动幅度较小。 (2)刀盘过载频繁，扭矩过大。 (3) 推进时间延长，泡沫和膨润土用量增大，渣土含水 量增大。 (4) 千斤顶推力增大。 (5) 排出渣土变热。 (6) 至289环时推进时，刀盘扭矩急剧上升无法继续推 进。
283 338.40 3256 10682 1.37 4216.57 6465KN 79min
284 339.60 3342 12356 1.39 4278.12 8078KN 104min
285 340.80 3437 9792 1.33 4093.46 5699KN 105min
286 342.00 3425 8635 1.54 4739.79 3895KN 88min
33.80
30.00
26.30 25.80
21.60 19.50
14.30 /30.10
标纵断面图
★刀盘大部分位 于圆砾层中 可预见其磨损 将相当严重
地面,45.55
41.05 39.35 36.35 34.45
33.95 31.15
26.95
粘质 粉土 素填土
粘质 粉土 砂质 粉土
粉细 砂层 粉质粘 土及 粘质粉 土 粉细 砂层 中粗 砂
N 63.5 =17
38.76
=21
=23
34.79 =33
34.66 34.26
o3
=43
30.89
N (63.5) =30 30.16 (=) 99.7.21
=28
31.56 30.36 29.06
26.99 26.19
24.79
25.76 25.06
22.09 18.39
21.66 ZC
20.16 /24.50
287 343.20 3350 9113 1.48 4555.12 4558KN 219min
管片拼 装时间
[min] 37 min 53 min 99 min 68 min 55 min 77 min 88 min 75 min 67 min 88 min
14000
12000
10000
8000
284环时推力已急剧上升
14.89 /30.00
K54 44.82
K55 44.48
o1 1 o1
40.82
o2
39.32
N 63.5 =30
o4 2 o4
o5
=28
35.82 =30
o3
FX
=37
o 32.82 33
31.82
=27
30.62 ZC
N (63.5) =32
28.82
o3 1 ZC
27.12 24.32
=40
53min 77min
280 334.80 3155 9941 1.45 4462.79 5478KN 70min
281 336.00 3348 11016 1.50 4616.68 6399KN 59min
282 337.20 3411 11084 1.45 4462.79 6621KN 65min
掘进时间图
刀具磨损状况
外周边刀已 完全磨损
第一排齿刀 （切削刀） 严重磨损
刀具磨 损状况
刀具磨损系数及分析
刀具的磨损系数采用公式：K＝δ/L计算
代入量测数据经计算得磨损系数：k＝0.491mm/km
如此高的磨损系数，如不想办法降低，土压平衡盾构在北京砂 卵石地层将无法施工。
辐条式刀盘及耐磨刀具配置
=31
o5
21.05 N (63.5) =32
19.05
=41
=55
15.25 /30.00
41.35 40.05
o2 3
38.55 37.65
35.06 33.95 32.95 31.75
26.45 25.85
24.85
o5 2
20.65 19.55 /25.50
o7
40.89
40.86
39.19 38.79 38.39
o4 3
N 63.5 =28 24.32
o5 1
=23
43.78 41.68 38.78
32.48 30.08 28.18 25.98 22.98 /21.50
o6
20.82
N (63.5) =35
18.82
ZC =39
=44
o7 =42
13.32
K56 44.40
o2 2
40.50
38.90 38.20
31.02
o2 2
ZC
o4
26.95
o5 2 o5 1
22.05 21.35 20.55 /25.00
o5 o6
ZC
=35
26.99 26.29 25.69
=26 N 63.5 =18
23.69
21.69
=37
N 63.5 =60
19.39
N (63.5) =29
26.62
o4 3
24.02 22.42 /23.00
北京地区砂卵石地层盾构掘进
如何解决砂卵石地层盾构掘进问题 是北京盾构选型的关键问题
盾构所经地 层的砂卵石
粒径超过200mm
影响掘进的主要是刀盘刀具磨损
（1）盾构刀具（刀盘）磨损的因素； （2）盾构刀具磨损特征研究； （3）砂卵石地层刀具磨损系数及不换刀能掘进的最长距离； （4）从机械和土性改良两方面研究减少刀具（刀盘）磨损的方法；
盾构机停止前各环掘进参数一览
刀盘扭矩居高不 下，推力增大，
推进时间长
刀盘扭矩
Push Cylinders
摩擦力 推进时间
位置
推力 土压 土压力
[m] [KNm] [KN] [bar] [KN] [KN] [min]
278 332.40 279 333.60
3468 3196
7634 9035
1.21 3724.12 3910KN 1.46 4493.57 4541KN
接近顶峰，只好降低速度，
6000
缓慢推进
4000
2000
0
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
推力变化图
250 推进时间曲线
200
288环时推进 时间剧增 无法掘进
推进时间(min)
150
100
50
0
环号
273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288
切削刀的开挖方式与土的破坏机理
切削刀的基本切削过程是：切削刀通过刀刃的切削作用和前刀面的推挤作用使 得被开挖土体产生应力与变形。其中刀刃的切削作用使切削层土体沿刀刃方向产生 分离。前刀面的推挤作用使得已分离的土体产生变形而与母体分离形成土屑。
刀具切削时，通常做两个方向的 运动：① 沿开挖面的运动，它起 着分离岩土的作用；② 切入开挖 面的运动，它改变切削的厚度， 如图3.10。
（2）先行刀磨损量的量测 测量了先行刀的磨损量，并计算出了各自的磨损系数。
（3）切削刀磨损量的量测 测量了切削刀的磨损量，并计算出了各自的磨损系数。
同时对其宽度方向的磨损量也进行了量测，还对刀头的缺损、 脱落以及刀具母材的磨损程度进行了详细记录。
对上述量测结果进行统计分析，作一元线性回归，并绘各刀具 磨损量与切削轨迹关系图如下.
切削刀的刀头种类及其工作原理 主切削刀
旋转切线方向
后刀面 δ
t 切入深度