盾构穿越软硬不均地层技术研究
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不均 匀 风 化 。 由 于 地 层 岩 性 变 化 较 大 ， 硬 不 均 地 层 多 ， 软 软
【 文献标识码 】 Ｂ
起伏 ， 地面高程 ０ ６ ． ０～１ ．３ｍ。沿线 附 近主要建 筑为 在建 １６
深 圳 地 铁 １号线 续 建 工 程 鲤 鱼 门站 、 警 边 防 七 支 队 、 乐 武 安
子面坍塌 ， 引起 地面不均匀沉 降。施工时可适 当降低盾构机
推力及刀盘扭矩 ， 小对 地层 的扰动 ， 采用半 敞开模 式或 减 可 土压平衡模 式掘进 ， 然后 向土仓注入压 缩空气或泡 沫等人工 材料辅 助进行开挖 ， 既可 以防止上部 掌子面坍塌 又利于检查 清 理刀盘和更换 刀具 。同时 ， 强沉 降监测 和 出碴 量管 理 ， 加
时 对 类似 工程 有 一 定 的借 鉴 作 用 。
【 关键词 】 软硬 不均地层 ； 盾构施 工； 隧道 【 中图分 类号 】 Ｕ ５．３ ４５４
通常在软岩和硬岩 分界 处 ， 较为坚 硬岩层仅在 隧道开挖 面下半 部分出露 。由于岩石组成 物质不均 匀、 隙发 育的差 裂 别以及地下水 的作 用等 ， 使各岩层风化带 中存在不 同程度 的
章 以 深 圳 地铁 ５号 线 ５ ０ 标 段 前 海 湾 一临 海 站 盾 构 区 间为 工 程 实例 ， 绍 了城 市 地 铁 中软 硬 不 均 地 层 的 盾 ３１ 介
构法施 工技 术 ， 对施工过程 中刀具磨损 、 盾构轴线偏移 、 面沉降等施 工难 点作 了分析 ， 出了解决 方法，同 地 提
盾 构 穿 越 软 硬 不 均 地 层 技 术研 究
赵先鹏 张 恒 陈寿根 楚兴华 ， ， ，
（ ． 南交 通大 学 ， １西 四川成 都 ６ ０ ３ ； ． １ ０ １ ２ 中铁一 局 城市轨 道 交通公 司 ， 陕西西 安 ７ ０ ０ ） １００
【 摘 要 】 随着盾 构法施 工技 术在我 国 市地铁 的发展 ， 构法越 来越 多的应用到各种 复合 地层 中， 城 盾 文
楼 房 倒 塌 的 事 故 。 葡 萄 牙 Ｏ ｏ ｏ地 铁 采 用 盾 构 法 施 工 的 ｃ ｐｒ ｔ
线 ２ ３ｋ ． ｍ隧道和 ｓ线 ２ ７ｋ 区间隧道 ， 曾遇到部分软硬 ． ｍ 也 不均地层 ， 终导致 盾构 刀盘 刀具损 坏。在我 国 ， 广州地 铁在
越 三 区 间 隧道 施 工 中成 功地 实 现 了 软 硬 不 均 地 层 盾 构 掘 进 。
图 ｌ 五 号 线 ５ ０１标 地 理 位 置 ３
保证 掘进顺利进行 。
２ ２ 刀 具 磨 损 ．
１ 工 程概况
前 海湾站 ～临海路 站盾构 区间位 于深 圳市南 山区前海
在 软硬不均 地层 中采 用盾构法施 工时 ， 刀具在软硬 不均
岩 面作周期性碰撞 ， 刀盘受 到的 冲击力 很大 ， 容易 造成不 均 匀风化夹 层 ， 致使 盾构 掘进 姿态控制 困难 ， 易发生盾构机 向上偏移事故 且易造成 刀 口折
断 ， 时 工 况 转 换 频 繁 也 对 地 层 产 生 扰 动 ， 造 成 较 大 地 表 同 易 变 形 。 因此 ， 开展 穿越 软 硬 不 均 地层 的 盾 构 法施 工 关 键 技 术 研究是非常必要 的。 国 内外 就 软 硬 不 均 地 层 盾 构 施 工 技 术 进 行 了较 多 的 研
究， 但成 功的案例 很少。新加 坡地铁 Ｃ Ｌ 线 隧道 曾遇到 软 Ｃ１ 硬不均的 不稳 定 地 层 ， 生 了 地层 坍 塌 事 故 ， 再 拖 延 工 发 一 期 ３ 日本 青 木公 司采 用 土 压 和 泥 水 盾 构 施 工 的 广 州 地 铁 １。
一
号线 ， 遇到部分软硬不均地层 ， 曾发生地 层坍塌 、 地面 四层
［ 收稿 日期］０ ０— ３— ５ ２ １ ０ ０ ［ 作者简介］ 赵先鹏（ ９ ５一） 男 ， １８ ， 硕士研 究生。
四川 建筑 Ｉ
第３ ０卷 ６期
２ １．２ ０ ０ １
１１ ９
０
晌淑 －
刀具受力超载 ， 刀盘和轴承受偏心荷载作用致 使主轴承受损 或 主轴 承 密 封 被 破 坏 。 同 时 ， 于 切 削 所 释 放 的 热 量 高 ， 由
图 ２ 前 临 区 间左 线 地 质 剖 面 图
２ 盾构 施 工主 要难点 及原 因分 析
２ １ 地 面 沉 降 ．
在 软 硬 不 均 地 层 中开 挖 时 ， 岩 强 度 小 ， 定 性 差 ， 于 软 稳 易
切削 ； 硬岩部分强度较高不易切削。当上部软 岩 自稳能力很 差时 ， 由于掘进对地层 的扰动 ， 使软土地层 容易液化 ， 导致掌
导 致 刀 盘 刀 具 温 度 升 高 ， 速 了 刀 盘 刀 具 的 磨 损 速 度 ， 盾 加 对
构机工作状 态非 常 不利 。为此 ， 确保 掌 子面 稳定 的前 提 在
湾 东侧 ， 连接南山 区和宝安 区（ １ ， 图 ） 隧道 右线 长 １０ ９ ２ １ ８． ４
ｍ， 左线长 １ ６ ．２ 区间线路 总长 ２ １６ ０ ６ｍ（ 含长 ６ ８ ５ｍ， ０ ５ ．６ 包 短链 ） 。隧道埋深 １ 左右线中心间距 ｌ． ２ｍ， ２ ５ｍ。所在地 区 为海积平原 ， 原地貌为濒海渔塘 ， 已经人工堆 填 ， 形略有 现 地
码 头等 ， 市政管线稀少 。 根据详勘报告 ， 前临区间隧道开挖范 围内主要 以砾 质黏 性土和砂层为 主， 左线在里程 Ｄ ＋１３３～Ｄ ＋１８５范 Ｋ１ １． Ｋ１ ５ ． 围内存 在上浮基岩 ， 基岩段 长 ４ ． 侵入 隧道开挖范 围最 ５ ２ｍ，
高 达 ５ｍ， 石 抗 压 强 度 最 高 １３Ｍ ａ平 均 在 ５ ． ａ 隧 岩 ０ Ｐ ， ６６ＭＰ 。 道 上 覆 地 层 以杂 填 土 、 泥 、 质 黏 性 土 为 主 （ ２ 。 淤 粉 图 ）
【 文献标识码 】 Ｂ
起伏 ， 地面高程 ０ ６ ． ０～１ ．３ｍ。沿线 附 近主要建 筑为 在建 １６
深 圳 地 铁 １号线 续 建 工 程 鲤 鱼 门站 、 警 边 防 七 支 队 、 乐 武 安
子面坍塌 ， 引起 地面不均匀沉 降。施工时可适 当降低盾构机
推力及刀盘扭矩 ， 小对 地层 的扰动 ， 采用半 敞开模 式或 减 可 土压平衡模 式掘进 ， 然后 向土仓注入压 缩空气或泡 沫等人工 材料辅 助进行开挖 ， 既可 以防止上部 掌子面坍塌 又利于检查 清 理刀盘和更换 刀具 。同时 ， 强沉 降监测 和 出碴 量管 理 ， 加
时 对 类似 工程 有 一 定 的借 鉴 作 用 。
【 关键词 】 软硬 不均地层 ； 盾构施 工； 隧道 【 中图分 类号 】 Ｕ ５．３ ４５４
通常在软岩和硬岩 分界 处 ， 较为坚 硬岩层仅在 隧道开挖 面下半 部分出露 。由于岩石组成 物质不均 匀、 隙发 育的差 裂 别以及地下水 的作 用等 ， 使各岩层风化带 中存在不 同程度 的
章 以 深 圳 地铁 ５号 线 ５ ０ 标 段 前 海 湾 一临 海 站 盾 构 区 间为 工 程 实例 ， 绍 了城 市 地 铁 中软 硬 不 均 地 层 的 盾 ３１ 介
构法施 工技 术 ， 对施工过程 中刀具磨损 、 盾构轴线偏移 、 面沉降等施 工难 点作 了分析 ， 出了解决 方法，同 地 提
盾 构 穿 越 软 硬 不 均 地 层 技 术研 究
赵先鹏 张 恒 陈寿根 楚兴华 ， ， ，
（ ． 南交 通大 学 ， １西 四川成 都 ６ ０ ３ ； ． １ ０ １ ２ 中铁一 局 城市轨 道 交通公 司 ， 陕西西 安 ７ ０ ０ ） １００
【 摘 要 】 随着盾 构法施 工技 术在我 国 市地铁 的发展 ， 构法越 来越 多的应用到各种 复合 地层 中， 城 盾 文
楼 房 倒 塌 的 事 故 。 葡 萄 牙 Ｏ ｏ ｏ地 铁 采 用 盾 构 法 施 工 的 ｃ ｐｒ ｔ
线 ２ ３ｋ ． ｍ隧道和 ｓ线 ２ ７ｋ 区间隧道 ， 曾遇到部分软硬 ． ｍ 也 不均地层 ， 终导致 盾构 刀盘 刀具损 坏。在我 国 ， 广州地 铁在
越 三 区 间 隧道 施 工 中成 功地 实 现 了 软 硬 不 均 地 层 盾 构 掘 进 。
图 ｌ 五 号 线 ５ ０１标 地 理 位 置 ３
保证 掘进顺利进行 。
２ ２ 刀 具 磨 损 ．
１ 工 程概况
前 海湾站 ～临海路 站盾构 区间位 于深 圳市南 山区前海
在 软硬不均 地层 中采 用盾构法施 工时 ， 刀具在软硬 不均
岩 面作周期性碰撞 ， 刀盘受 到的 冲击力 很大 ， 容易 造成不 均 匀风化夹 层 ， 致使 盾构 掘进 姿态控制 困难 ， 易发生盾构机 向上偏移事故 且易造成 刀 口折
断 ， 时 工 况 转 换 频 繁 也 对 地 层 产 生 扰 动 ， 造 成 较 大 地 表 同 易 变 形 。 因此 ， 开展 穿越 软 硬 不 均 地层 的 盾 构 法施 工 关 键 技 术 研究是非常必要 的。 国 内外 就 软 硬 不 均 地 层 盾 构 施 工 技 术 进 行 了较 多 的 研
究， 但成 功的案例 很少。新加 坡地铁 Ｃ Ｌ 线 隧道 曾遇到 软 Ｃ１ 硬不均的 不稳 定 地 层 ， 生 了 地层 坍 塌 事 故 ， 再 拖 延 工 发 一 期 ３ 日本 青 木公 司采 用 土 压 和 泥 水 盾 构 施 工 的 广 州 地 铁 １。
一
号线 ， 遇到部分软硬不均地层 ， 曾发生地 层坍塌 、 地面 四层
［ 收稿 日期］０ ０— ３— ５ ２ １ ０ ０ ［ 作者简介］ 赵先鹏（ ９ ５一） 男 ， １８ ， 硕士研 究生。
四川 建筑 Ｉ
第３ ０卷 ６期
２ １．２ ０ ０ １
１１ ９
０
晌淑 －
刀具受力超载 ， 刀盘和轴承受偏心荷载作用致 使主轴承受损 或 主轴 承 密 封 被 破 坏 。 同 时 ， 于 切 削 所 释 放 的 热 量 高 ， 由
图 ２ 前 临 区 间左 线 地 质 剖 面 图
２ 盾构 施 工主 要难点 及原 因分 析
２ １ 地 面 沉 降 ．
在 软 硬 不 均 地 层 中开 挖 时 ， 岩 强 度 小 ， 定 性 差 ， 于 软 稳 易
切削 ； 硬岩部分强度较高不易切削。当上部软 岩 自稳能力很 差时 ， 由于掘进对地层 的扰动 ， 使软土地层 容易液化 ， 导致掌
导 致 刀 盘 刀 具 温 度 升 高 ， 速 了 刀 盘 刀 具 的 磨 损 速 度 ， 盾 加 对
构机工作状 态非 常 不利 。为此 ， 确保 掌 子面 稳定 的前 提 在
湾 东侧 ， 连接南山 区和宝安 区（ １ ， 图 ） 隧道 右线 长 １０ ９ ２ １ ８． ４
ｍ， 左线长 １ ６ ．２ 区间线路 总长 ２ １６ ０ ６ｍ（ 含长 ６ ８ ５ｍ， ０ ５ ．６ 包 短链 ） 。隧道埋深 １ 左右线中心间距 ｌ． ２ｍ， ２ ５ｍ。所在地 区 为海积平原 ， 原地貌为濒海渔塘 ， 已经人工堆 填 ， 形略有 现 地
码 头等 ， 市政管线稀少 。 根据详勘报告 ， 前临区间隧道开挖范 围内主要 以砾 质黏 性土和砂层为 主， 左线在里程 Ｄ ＋１３３～Ｄ ＋１８５范 Ｋ１ １． Ｋ１ ５ ． 围内存 在上浮基岩 ， 基岩段 长 ４ ． 侵入 隧道开挖范 围最 ５ ２ｍ，
高 达 ５ｍ， 石 抗 压 强 度 最 高 １３Ｍ ａ平 均 在 ５ ． ａ 隧 岩 ０ Ｐ ， ６６ＭＰ 。 道 上 覆 地 层 以杂 填 土 、 泥 、 质 黏 性 土 为 主 （ ２ 。 淤 粉 图 ）