复合地层盾构掘进的指导原则

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6、添加剂的加入

以广州地区某地铁工程砂层与残积土、 风化岩层不同组合的典型复合地层的掘进 为例，外加剂的使用情况如下表所示：
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复 合 地 粘粒含 外加剂类型 层类型 量
外加剂用量
备 注
<3-2> 全 断面砂 层 <3-2> 砂 层 / <52> 硬 塑 残积土 组合地 层 <32>/<7> 强风化 /<8> 中 风化组 合地层
有一定 粘粒含 量 残积土 比较粘
只 需 要 注 入 TAC 高 分 比 例 根 据 砂 层 子材料 含水量在1-5‰ 之间调整 除 注 入 TAC(1 ‰ ) 高 分 注 入 量 每 环 了 材 料外 ， 必 要时还 TAC(3-8m3) 、 要 注 入分散 剂 (1-5 ‰ ) 分 散 剂 (3-8m3) 、 和 泡 沫 (3%) 来 增 加 流 泡沫(5-8m3) 动性、预防结泥饼
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预先控制在盾构施工安全管理中占有重 要的地位, 它使管理者及早采取预防措施, 防 止问题的发生, 免受损失。
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㈢、动态平衡

土压平衡式盾构的原理是通过调整推 进速度和螺旋式排土器的转速，使土舱压 力与开挖面水土压力相对应，使之达到动 态平衡的状态。
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1、通过控制土舱压力可达到控制开挖面前部 下沉（或隆起）目的，最好是控制开挖面前 部不产生下沉或略有隆起（≯5mm）； 2、土仓压力的设定应略高于开挖面水土压力， 一般为0.2~0.4bar； 3、掘进时避免土仓压力出现过大的波动，最 好不要大于0.2bar； 4、在拼装管片过程中，应保持千斤顶推力， 防止盾构机后退，以稳定土仓压力；
福州地铁 构机作 全面的检查、维修，合理考虑刀具配置， 进行刀具更换，并充分做好所用相关材料、 构配件、人力等的准备，确保能连续掘进 施工，尽量避免通过建筑物期间停机。
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6、添加剂的加入

土压平衡的核心是使开挖下来的泥土 呈塑性流动状态，且具有一定的止水性， 充满土仓以控制开挖面；同时，用螺旋出 土器来调整排土，使排土量和切削量保持 平衡，并使土仓内的泥土有一定的压力， 以抵抗开挖面的土压力和水压力。
复合地层盾构掘进 指导原则
钟 长 平
广州轨道交通监理有限公司 2012、7、3
一、引 言

盾构法用于隧道掘进施工在国外有一 百八十多年的历史，在国内则始于上世纪 六十年代的上海。经过多年的发展，盾构 法已成为国内外在比较均质的地层和软土 地层进行隧道施工的一种成熟的施工方法。
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进入上世纪九十年代后，广州地铁大胆引 进国外盾构技术，广泛用于广州的复合地层的 隧道施工，取得了巨大的成就。迄今，用于广 州地铁一号线、二号线、三号线、四号线、五 号线、六号线、八号线、九号线、广佛线、珠 江新城集运系统区间隧道施工的盾构达到125 台次，完成隧道掘进任务超过200公里！如今 在广州地铁学习盾构技术并茁壮成长起来的建 设、设计、监理、施工人才正活跃在全国各大 城市地铁建设的主战场上。某种程度上说，正 是广州地铁引领了地铁盾构技术的新潮流，开 创了全国盾构施工的新局面。
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5、盾构停机时要适当加大土仓压力进行保压； 6、及时、均匀、足量的同步注浆； 7、必要时二次补浆； 8、尽量对围岩少扰动、微扰动；
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9、充分发挥围岩的时空效应和自承能力； 10、尽可能连续、均衡、快速施工； 11、严密监测，及时反馈，优化参数。
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㈣、精细管理

细节决定成败！盾构施工是个系统活，也 是个细活，成功的关键在于精细管理！其 核心是科学务实的精神和认真细致的态度， 要求对每一个工序和每一个步骤都要认真 对待，预先制定对策，过程中把每一个细 节都要做好，按方案不折不扣地执行到位！ 倘如思想麻痹、不认真准备、马马虎虎， 盾构施工肯定要出问题甚或引发事故！作 者基于复合地层土压平衡式盾构隧道掘进 实践提炼出精细管理体现在如下方面： 14 福州地铁
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（2）在施工过程中，如条件允许，尽可能 更换中心滚刀为中心刮刀，增大中心区的 开口率，也有利于避免形成“泥饼”。 （3）在条件允许下尽可能的加大推进力， 选用自转扭矩较小的滚刀，以保证刀具的 正常滚动，防止滚刀偏磨。
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（4）加强掘进中的土体改良管理，尽量将改 良渣土的泡沫通过刀盘面板上的孔道向切割 表面喷注，使渣土经过刀盘开口进入土仓的 流动性好，不易产生结饼。特别注意的是： 向刀盘面板的泡沫注入孔道与向土仓搅拌棒 中的泡沫注入孔道是并联管道，而进入土仓 的管路短，则阻力小，流进的泡沫量大，势 必造成注入到刀盘面的泡沫量减少，影响刀 盘面板处的土体改良。
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为攻克复合地层盾构施工的难关，广州地铁人解 放思想、与时俱进，本着攻坚啃硬、艰苦奋斗、永不 言退的盾构机精神，经过消化、吸收、调整、改造， 因地制宜、推陈出新，摸索出一整套盾构在复合地层 中施工的技术，创立了复合地层盾构施工理论体系， 其精髓就是“地质是基础、盾构机是关键、人是根 本”。在这个实践中，我们也提炼出复合地层中盾构 掘进的指导原则，那就是：
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10、防喷涌




（1）掘进过程中维保好机械设备和加强施工各环 节的管理，防止不必要的临时停机，以保持连续 掘进。 （2）掘进过程中，适当采用气压，以阻止裂隙水 流入土仓。适当加入泡沫剂以改良碴土粘度和液 化度，防止碴土过稀造成喷涌。 （3）在掘进停止时，渣土装满土仓减少向土仓汇 水。在螺旋机排土前，刀盘应把土仓内的水、土 充分搅拌，使土仓内土体有良好的密水性，避免 喷涌。 （4）加强同步注浆管理，有效控制注浆压力。适 当增加注浆量，使实际注浆量略大于理论注浆量， 33 福州地铁 以保证管片背后尽量填充密实。
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思想重视要落实到三个到位上。一是领 导到位，各级负责人要加强领导、靠前指挥、 率先垂范、以身作则，发挥好表率带头作用； 二是责任到位，进一步强化组织，明确分工， 落实责任，强化制度保证，加强督促检查， 确保安全、质量、进度处于有效控制；三是 工作到位，紧密结合工程实际，细化施工方 案，严格按规范、设计图纸进行施工，满足 合同规定的各项要求。
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5、盾构机检查、维修

盾构机过江前，重点对刀盘、盾尾密 封和铰接密封进行检查与维护，同时要对 盾构机的液压、电气、水循环、润滑、注 脂、注浆、泡沫、铰接等系统进行检修， 重点内容包括：空压机的检测与维修、螺 旋输送机闸门检测与维修、注脂系统的检 测与维修、管片拼装机的检测与维修、泡 沫系统的检测与维修、对液压系统进行状 态监测。
思想重视、 预先控制、 动态平衡、 精细管理！
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二、盾构掘进的指导原则
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㈠、思想重视

思想是行动的先导，思想重视是抓好 各项工作的前提。盾构施工也一样，只有 各级人员上下一致，统一思想，高度重视， 盾构施工才能搞好。很多施工单位以为花 了大价钱买了好盾构机就万事大吉了，于 是思想麻痹，不好好进行各项准备工作， 结果施工过程中问题层出不穷，弄得焦头 烂额，吃尽了苦头！
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3、重大风险关键工序节点验收

为加强地铁盾构工程施工的安全和质 量风险管理，应根据有关法规和文件精神， 制定重大风险的关键节点验收制度，如盾 构始发/到达前、联络通道切割管片前、过 江过河前、穿越重要建（构）筑物前等节 点进行验收。
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4、重大风险施工方案 专家审查制度

为加强地铁工程施工的安全和质量风险 管理，应根据有关法规和政策，制定盾构 工程重大方案专家审查制度，如盾构始发/ 到达端头加固方案、联络通道加固及施工 方案、过江过河方案、 穿越重要建（构） 筑物方案、盾构新机选型和旧机改造方案 等实施专家审查。
1、建筑物调查

盾构到达建筑物前要做好各项准备工 作，特别要做好建筑物的调查和鉴定，对 重要和敏感建筑物要求编制专项施工方案， 必要时召开专家讨论会，如需要应对建筑 物进行预先加固。
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2、补充地质钻探

在地质详勘的基础上一般应对沿线地质 水文情况进行补勘，尤其在始发和到达端 头、联络通道、敏感建（构）筑物、重要 管线等地段要加密地质补勘钻孔，以便更 准确摸清上述重点区段的地质水文情况， 据此制定切合实际的施工组织设计并确定 适应地层的盾构机掘进参数。
9、防结泥饼



（1）盾构机设计上，应有防结泥饼的考虑： a:刀盘上既设有主动搅拌棒，可以随着刀盘一起 转动，同时，土仓壁上也设有固定搅拌棒。在刀 盘搅拌棒和固定搅拌棒的搅拌下，泥饼被充分搅 动和破碎，减小了粘结的机会。 b:刀盘的转臂采用四条呈放射状的圆柱钢管，可 保证中心区土体能顺利滑到土仓下方； c:刀盘、仓壁、搅拌棒等处设置多个添加剂喷头， 可以根据需要向碴土注入一定的水、泡沫等。
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8、二次注浆

根据盾构机掘进地层的情况，必要时进 行二次注浆，即在脱出盾尾4～5环的管片 上，及时通过吊装孔在1、11点位对每环管 片进行二次补注双液浆回填，现场注浆时 以注浆压力来控制，超过控制压力即停止 注浆。注浆压力控制在4～5bar，最大不超 过5bar，以免造成管片外周围压力过大，对 管片造成破坏。二次注浆必须保证管片背 后空隙充填密实，防止地面建筑物产生过 28 福州地铁 大的沉降
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6、添加剂的加入

为了满足土压平衡式盾构的顺利施工， 必须使用外加剂对开挖土体进行改良使之 接近理想状态。即应该满足：①不易固结 排水。②土体处于流塑状态。③土体具有 不透水性。常用的外加剂包括水、膨润土、 泡沫、高分子化合物和分散剂等，其用量 和比例应根据地层的含砂率和含水量等确 定。
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(2)紧凑安排工序，缩短浆液在隧道内的运输 时间。在洞口和砂浆车位置设置电源插座， 专供砂浆车搅拌电机用，保证砂浆车搅拌器 正常连续工作，避免因施工停顿时间过长而 引起浆液离析。 (3)砂浆车向盾构机储浆罐泵浆时，降低出浆 管高度，同时开启搅拌机搅拌浆液。
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(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。坚决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。 (6)在拼装管片时的停止掘进期间，应间隔 缓慢注浆几次，一方面保持管路畅通，另一 方面为同步注浆保压，阻止水进入管背。 (7)禁止采用压缩空气来清洗注浆管道。
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（5）土仓渣土堆积太多，压力建立太高易结泥 饼，因此在围岩稳定地层可采用半仓土掘进；如果 需要进行土压平衡掘进，可往土仓里加气，达到所 需压力，这样可以减少土仓渣土量进而防止结泥饼。 （6）注意渣土温度变化。如果掘进速度较慢， 而渣土温度较高，则有可能导致结泥饼。经常用激 光温度仪测渣土温度，观察温度变化，如有异常则 在掘进时加大泡沫剂用量可大大降低结泥饼的几率 。 （7）一旦产生泥饼，可空转刀盘,使泥饼在离心 力的作用下脱落。开挖面确保稳定下可采用人工进 仓处理的方式清除泥饼。
粘粒含 除 注 入 TAC(3 ‰ ) 高 分 注 入 量 TAC(3量减少 了 材 料外 ， 还 要注泡 8m3) 、 泡 沫 (5沫 (3%) 来 预 防 结 饼 ， 8m3) 必 要 时注高 压 水携带 出渣
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7、同步注浆


及时均匀足量进行同步注浆，确保注 浆时机和注浆点位，采取注浆量和注浆压 力两个指标双控，同步注浆中最担心注浆 管堵塞，防止注浆管堵塞措施有： (1)浆液运输管路的铺设，要避免管路弯曲 造成浆液流速缓慢而沉淀。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，缩短放浆时间，同时将浆管口尽可 能靠近浆液车底部，打开闸门即可依靠浆 福州地铁 液自重放浆。
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㈡、预先控制

预先控制为前馈控制和主动控制，它是 在施工前准备阶段制定计划时的控制，通 过制定计划、编制施工组织设计和专项施 工方案、召开专家论证会、进行技术和安 全教育与培训、准备应急预案和应急演练 等组成的持续性计划, 来建立预期或预先控 制。重点是预防系统偏离预先制定的标准, 使系统维持在指定的限度之内, 防止不符合 期望的事情的发生。