复杂工况下极软流塑地层盾构施工技术

管片破损统计如下：
区间上行线1-400环 中有55％环有破损现象， 管片破损率约为19％；
区间上下线4001095环有14％环有破损 现象，管片破损率约为5 ％；
区间下行线1-400环 中有7％环有破损现象， 管片破损率约为3％。
主要破损部位
1 1
Part 1 Part 2 Part 3 Part 4
其中管片破损最严重的为2号线17标沈塘桥站~下宁桥站盾构区间，该区间均长986米， 所采用盾构机型号与我项目相同，区间最小转弯半径为300m，最大纵坡23.412‰，盾构穿 越土层主要为：④2淤泥质粉质粘土夹粉土、⑥1淤泥质粘土夹粉土。经了解，该区间上行线 隧道环破损率高达69.4%，下行线环破损率为71.2%。以下为各标段隧道问题典型照片：
春丰苑
后）：最大：-62.38mm（JGC94非墙体测点）、-48.56mm
JZC97
22
JZC98
7
JZC99
JZC95 SZC990 SZC985 SZC980
5.69
DBC975-1
JZC94
SZC975
6.10
SZC970
DBC975-2
DBC975-3
SZC965
（ZJ3G-52.TC7Q0J9-137 墙体测Z3点-25T.Q8）J0-18，最小-2.83mm（JGC9989-55）.77B4H1。2
盾构施工上浮问题
庆~建区间隧道处于软土地层，盾构掘进所处主要地层为③6砂质粉土、⑥2淤泥质粉 质粘土、⑦1粉质粘土地层。
上行出现了四次变幅较大上浮，即“100环-170环”、“215环-246环”、“299环325环”和“354环-372环”四个区段。
盾构所 需实际 推进纵 坡与设 计坡度 对比表
环号
对应 盾构 坡度
设计
100170 -21‰ ～ -47‰
-21‰
171192 -47‰ ～ -24‰
-21‰
193214 -24‰ ～ -20‰
-21‰
215246 -20‰ ～ -49‰
-21‰
247298 -49‰ ～ -30‰
变坡
299325 -30‰ ～ -57‰
-8.5‰
326353 -57‰ ～ -30‰
6
Part 1
Part 2 Part 3 Part 4
工程地质
庆~建区间隧道处于软土地层，盾构掘进所处主要地层为③6砂质粉土、⑥2淤泥质粉 质粘土、⑦1粉质粘土地层。
地层名称
③6粉砂夹 砂质粉土 ⑥2淤泥质 粉质粘土 ⑦1粉质粘
土
含水量 （%）
孔隙比
25.7 0.741
39.6 1.157
29 0.809
典型上部错台
连续破损、渗漏
5
收敛超限、纵缝
Part 1 Part 2 Part 3 Part 4
工程概况
项目 管片内径 管片厚度 管片宽度 管片分块
构造 φ5500mm
1350mm 1200mm 六块
管片拼装方式 错缝拼装
说明
项目简介
2
一个小封顶块、两个邻接块、 三个标准块
区间设计
本项目2号线13标为两站三区间，其中庆~建区间 下穿庆春东路、凯旋路、沪杭铁路、贴沙河、环 城东路及凤起路，最后抵达建国路站。沿线两侧 分布有居民，以多层建筑物、高层建筑为主，同 时叠加潮鸣地块通车前同步施工，该区间为杭州 地铁2号线西北段最为复杂且掘进难度最大的区间。
复杂工况下极软流塑地层盾构施工技术
中国中铁隧道局集团杭州公司
汇报人：鲍镇杭 时间：2017年10月25日
目录页
CONTENTS PAGE
1
2
3
4
工程概况
施工中遇到的 复杂工况下极软流塑 体会与认识
难点问题
地层盾构施工
工程概况
Part
1
✓ 选题背景 ✓ 工程概况 ✓ 工程地质 ✓ 复杂工况
Part 1 Part 2
地层编号 ③6 ⑥2
⑦1
地层名称 粉砂夹砂质粉土 淤泥质粉质粘土
粉质粘土
地层描述
灰黄色，绿灰色，很湿，稍密~中密，含有机质，氧化铁质及云母屑。局 部夹砂质粉土薄层。主要分布于冲海相沉积区。
灰~深灰色，流塑，含有机质，局部夹贝壳碎屑，高灵敏度。
栗黄色，层面有时呈暗绿色，饱和，可塑，含氧化铁质，夹极薄层粉土。 局部为粘土。该摇振反应无，切面较光滑，干强度高，韧性中等。层具干
塑性 指数
15.6 14.2
液性 指数
1.16 0.54
静止侧压 力系数
0.37
0.60
0.51
压缩
模量 （MPa）
摩擦 角
11.36 30.5
2.8
10
5.76 16
标准贯 入试验 （击/30cm）
17
2.6
8.9
渗透系数
垂直
水平
2.0E-03 1.5E-03
6.0E-07 7.0E-07
4.0E-07 5.0E-07
3
7.14%
10
0
0.00%
10
4.55%
5
50mm≤ΔL＜55mm
3
2.24%
0
0.00%
3
0
0.00%
3
1.36%
6
55mm≤ΔL＜60mm
4
2.99%
0
0.00%
4
0
0.00%
4
1.82%
7
60mm≤ΔL＜70mm
2
1.49%
0
0.00%
Hale Waihona Puke Baidu
2
0
0.00%
2
0.91%
8
70mm≤ΔL＜80mm
2
1.49%
Part 3 Part 4
选题背景
杭州地铁盾构在极软流塑地层（标贯值小于5、液性指数 大于1）复杂工况下施工，极易出现盾构上浮、管片姿态偏离 设计轴线，从而导致管片破损及渗漏、水平收敛超限、盾尾
变形、沉降过大、邻近施工对已完盾构隧道影响较大等诸多 问题。
选题背景
本标段（SG2-13标）为杭州地铁2号线西北段先行标（13-19 标）。
首次测量3.1cm
贯通测量4.2cm
1 2
Part 1 Part 2 Part 3 Part 4
施工期水平收敛情况
庆建区间盾构施工期在配套拖车脱出管片后开始测取管片水平收敛初值，前50环每5环 布置1个监测断面，50环以后每10环布置1个监测断面，从水平收敛监测数据统计如下：
序号 1
庆建区间上、下行线水平收敛合计
先搭接700mm径向推上， 再纵向插入
3 环向：12个M30螺栓；
纵向：16个M30螺栓
隧道设计
区间隧道设计均为双线圆形隧道，工程管片设计 内径为5.5m，外径为6.2m，宽度为1.2m，分为6块 错缝拼装。管片采用C50防水钢筋混凝土，抗渗等 级P10。
工程地质
区间隧道洞身穿越的地层主要为：③6粉砂夹砂质 粉土、⑥2淤泥质粉质粘土、⑦1粉质粘土。本场 地属冲海相沉积平原区，其中⑥2层淤泥质粉质粘 土，工程性质较差。
本次交流通过对庆~建区间极软流塑地层在复杂工况下盾构施 工的研究，总结出盾构施工经验，为今后类似地层在复杂工况盾 构施工提供参考和借鉴。
4
Part 1 Part 2 Part 3 Part 4
选题背景
同区域同地质邻近标段盾构施工：在2号线西北段13-19标中17标、18标也出现较为严 重的盾构上浮问题，造成管片破损、渗漏，钢环加固处理。
范围
1-619环监测收敛值 （共测67*2个断面）
水平收敛数值范围（mm） 数量（环）
占总测取环数 比值
831-1092环监测收敛值 (共测21*2个断面）
数量（环）
占总测取环数 比值
-37.2mm≤ΔL＜0mm
7
5.22%
2
4.76%
除潮鸣 地块外
合计
9
620-830环监测收敛值（共 测22*2断面）
根据监测数据统计开始至停测水平收敛变形基本在-2mm~6mm，总体数据基本无影响。
1 3
Part 1 Part 2 Part 3 Part 4
地表楼房产生不均匀沉降
JZC96 SZC995
东园22幢位于杭州下城区凤起路北侧，为地上七层框架结构体系，总高度22.5m，基础、
柱、现浇梁板以及混凝土墙的混凝土强度等级为C25。
7.53
（ 最J小GC-8911.7642..23非002m墙m④③26--体（1101..79测0J0G点C11967..）59700）、。-68.--31121m..9911m
（粉砂J夹G砂质C粉9-土130③.墙606 体15测.80 点），
17.40 18.40
淤泥质粉质粘土
116
23
1 0
Part 1 Part 2 Part 3 Part 4
管片破损、渗漏
从现场碎裂的情况来看，主要集中在管片内弧面的后部，特别是隧道上半部与后一环 封顶块相接部位（L1或L2），部分碎裂出现在隧道腰部（B2）纵缝之间。
上浮使得盾构机掘进姿态与管片姿态不相吻合，在盾构机推进过程中，造成盾构机推 进油缸千斤顶与管片横断面不垂直接触，产生径向分力，同时，由于盾尾间隙偏小，盾构 机盾尾对管片产生挤压，导致管片出现开裂、渗漏。
数量（环）
占总测取环 数比值
7
15.91%
合计 16
占总测取环 数比值
7.27%
2
0mm≤ΔL≤37.2mm
103
76.87%
31
73.81%
134
37
84.09%
171
77.73%
3
37.2mm＜ΔL≤40mm
4
2.99%
6
14.29%
10
0
0.00%
10
4.55%
4
40mm＜ΔL＜50mm
7
5.22%
0
0.00%
2
0
0.00%
2
0.91%
9
80mm≤ΔL＜90mm
2
1.49%
0
0.00%
2
0
0.00%
2
0.91%
合计
ΔL≥37.2mm
24
17.9%
9
21.4%
33
0
0.00%
33
15%
在施工期间，庆~建区间上行线水平收敛大于6‰的约为26.36％，下行线水平收敛大于 6‰的约为5.55％，双线大于6‰合计约占总环数的15％。此外上行线非潮鸣地块水平收敛 ≥60mm的有6个断面，且均集中于小里程段（共计54环因收敛过大采用钢环加固）。下行线隧 道非潮鸣地块段及双线潮鸣地块段均无水平收敛≥60mm的断面。
-8.5‰
354372 -30‰ ～ -43‰
-8.5‰
373430 -43‰ ～ +1‰
-8.5‰
停机状 态下上 行线部 分盾构 上浮数 据统计 折线图
300环
0mm
切高（mm） -39
尾高（mm） 93
400mm 800mm 1200mm 拼装后 总变化量
-33
-28
-24
-18
21
98
105
112
东园22幢东南角与地铁上行线隧道净间距为4.4m（距下行线15.4m），东园22幢西南角
与地铁上行线隧道净间距为3.5m（距下行线14.5m）。地铁上行线隧道在东园22幢房屋前埋深
为13.06～14.18m。穿越段处于极软流塑地层，姿态波动大，调整难。
监测至2016年4月21日沉降值（上、下行线均穿越
盾尾形变
盾尾变形：极软流塑地层施工过程中盾构机大坡度急转弯施工时，盾构下部间隙较小，
长期受力较大，同时由于小松盾构机盾尾由上下两部分焊接而成，盾尾存在形变情况。在前 期经过大坡度、小半径工况下“上浮”之后我部测得区间上行线盾尾横竖差为3.1cm，下行线 盾尾横竖差为1.3cm；待完成盾构接收后，我部又安排专人进行盾尾整体圆度测量，上行线盾 尾横竖差达到4.2cm，下行线盾尾横竖差达到3.8cm。上行线增加了1.1cm、下行线增加了 2.5cm。上浮引起盾尾变形，盾尾的变形又进一步恶化了管片拼装、姿态控制。
缩裂隙，为裂隙粘性土层。沿线局部分布。
其中⑥2层淤泥粉质粘土土层标贯值为1.8~4.1（平均2.6），属高含水量（39.6％）， 高压缩性，低强度，低渗透性的饱和极软流塑土层，具有较高的灵敏度和触变特性
7
Part 1 Part 2 Part 3 Part 4
复杂工况
平曲线占比
穿越地层占比
大坡度占比
区间双线均长为1316m，区间平面线路先以350m、 305m进行，再以315反向曲线掘进；纵断面现以 21‰、8.5‰下坡，再以4‰及26‰上坡接收。本 区间间距最小为11m，区间埋深最大约20.4m，最 小约10.9m。
封顶块 插入方式
管片连接
榫槽设置
径向插入结合 纵向插入式
4弯螺栓连接 环、纵缝设凸 凹榫
JZC100
大 墙---0142....： 体29380000 -测7监 监158710...点.556.0000测 测80 ）m至 至m③①①，③4213 22（-最32500...77011J000G小66年 年C-93094...595184.0001月 月非6m12墙02m日 日体（-沉沉13测4...91J2991G降降点C值值9）9329...砂753（：质）、000粉杂素土填填隧最。-夹土土5粉①①8砂道大12-③3.3.8.389贯：674 m通-71m9..896后00.（5）9JmG：mC9最3
综上，庆~建区间整个区间环境都较为复杂，其中88％区段处于小半径圆曲线及缓和 曲线上，89％区段需穿越⑥2层淤泥质极软流塑地层，54％区段处于大坡度或大坡度变坡 阶段，同时地表沿线基本均为重要建（构）筑物、河流，工况及其复杂。
8
施工中遇到 的难点问题
Part
2
Part 1 Part 2 Part 3 Part 4