地铁泥水盾构施工

地铁泥水盾构施工（通用9篇）

地铁泥水盾构施工 篇1

成都地层是世界罕见的富水砂卵石含大漂石地层, 以地下水位高、卵石含量多及硬度大、漂石含量高且局部密集成群著称, 盾构施工难度大, 风险大。

成都地铁1号线一期工程盾构隧道长18.5Km, 分为4个标段, 其中盾构4标总长4900.43单线延米。区间隧道下穿火车南站民房、股道群、机场高速立交桥、二环路人南立交桥等建筑物, 地下管线密集。隧道主要穿越〈3-7〉卵石土层, 部分地段穿越〈4-4〉卵石土层, 卵石含量高达55%～80%, 卵石成分主要为中等风化的岩浆岩与变质岩, 单轴抗压强度65.5～184MPa, 最大值为206MPa。卵石粒径以30～70mm为主, 局部80～120mm, 地层中粒径大于200mm的漂石含量占0～22.3% (重量比) , 全线已发现最大漂石粒径达670mm, 大粒径卵石含量较高且局部富集成群。

地下孔隙水主要赋存于砂卵石土层中, 含水层总厚度18.2～23.8m, 为强透水层, 渗透系数12.53～27.4m/d, 枯水期地下水位埋深3～5m, 丰水期2～4m。

为了研究盾构法施工在富水砂卵石地层中的适应性问题, 成都地铁1号线一期工程4个盾构合同段分别采用1台泥水平衡盾构和7台土压平衡盾构施工。不同类型盾构的使用, 为后续地铁工程的施工积累了丰富的经验。

1 盾构适应性分析

1.1 泥水平衡盾构的适应性分析

泥水平衡盾构采用面板式刀盘, 控制进入泥水仓的卵石粒径, 对开挖面起到一定的支撑作用, 具备良好的稳定地层能力;提高了刀盘、刀具的耐磨损性能, 具备长距离掘进的能力, 盾构机具备带压进仓功能, 满足检查更换刀具的要求;具备处理大卵石和漂石的能力, 配备双刃盘形滚刀作为破岩的主要刀具, 同时可与撕裂刀、羊角刀等互换。安装了双颚板式碎石机, 可对进入仓内的卵石进行二次破碎, 防止泥水输送管路堵塞。

在砂卵石地层中, 由于卵石是移动的, 无法为刀具破岩提供足够的反力, 卵石从剥离开挖面到破碎费时较多, 加剧了刀具的磨损, 进而造成刀盘和刀座的磨损。在施工过程中多次进行了刀座的修复工作。

由于碎石机在砂卵石地层中的使用强度远远超过其它地层, 施工中碎石机的润滑系统、密封系统以及钢结构等多次受到不同程度的损坏。

1.2 土压平衡盾构适应性

土压平衡盾构不受出渣限制, 掘进速度快, 维护方便, 使用成本较低。从成都地铁1号线一期工程使用效果看, 主要存在以下问题:

1) 刀盘刀盘均为面板式结构, 开口率在25%～28%。由于刀盘采用中心支撑方式, 刀盘中心部位无开口, 在泥岩中掘进时易形成泥饼, 造成中心刀具磨损严重。刀盘开口率相对较小, 不利于卵石顺利进仓, 造成卵石的多次破碎, 增大了对刀盘面板的磨损, 另外刀盘轮缘磨损比较严重。

2) 刀具主要采用单刃滚刀破岩, 由于卵石随着刀盘的转动而移动, 卵石破碎比较困难, 增加了刀具的磨损和异常损坏。

3) 螺旋输送机螺旋输送机采用双螺旋设计, 可以有效避免富水地层掘进时的喷涌现象。由于隧道埋身浅, 水压较低, 大多数标段只保留了1号螺旋机, 未再安装2号螺旋机。另外1号螺旋机仅前端1/3段焊接了耐磨块, 造成螺旋叶片磨损严重, 施工中多次进行了螺旋机叶片的修复工作。

2 土压平衡盾构施工技术

2.1 始发段掘进

车站围护结构采用直径1500mm的玻璃纤维筋人工挖孔桩, 盾构始发时不凿除围护桩, 可以避免围护结构凿除时引起的端头土体失稳。

1) 刀盘转速:刀盘转速控制在1.0rpm, 并尽可能选择低速。

2) 推力:始发段掘进时总推力不宜大于1200t, 推进速度不宜大于25mm/min。

3) 土仓压力:盾构破桩掘进时采用敞开式模式, 进入原状土层后采用土压平衡模式掘进, 土压力0.6～1.0bar

2.2 正常段掘进

1) 土仓压力:控制3号压力传感器压力1.2～1.3bar, 并实时调整, 在停机时适当提高土仓压力, 避免地面发生较大的沉降。

2) 刀盘转速及贯入度:刀盘转速在1.0～1.1r/min, 刀具贯入度在50～60mm, 掘进速度保持在50～70mm/min左右。在大粒径砂砾石地层中尽可能采用小转速掘进, 可以较好地保护刀具。

3) 油缸推力及行程:相向两组油缸推力值差一般在50bar以内, 四组油缸行程差一般不大于40mm, 总推力在1200～1500t左右。

4) 掘进姿态:直线段水平姿态控制在0±5mm以内, 曲线段水平姿态控制在0±10mm以内, 掘进时每环姿态调整量控制在10mm以内。

2.3 贯通前50m掘进

盾构距车站围护桩约50m时, 根据盾构姿态测量和洞门复测结果, 制定盾构姿态调整方案。土压0.6±0.1bar, 速度40mm/min以内, 推力1200t以内, 刀盘转速1.0r/min。

距离贯通面10m时遵循“小推力, 低转速, 少出土”的原则逐步降低土仓压力, 盾构推进保持匀速、平稳, 速度控制在20mm/min以内, 土压0.4±0.1bar, 推力1000t以内, 刀盘转速0.8r/min。

2.4 车站围护桩段掘进

洞门围护结构采用4根桩径为1500mm的玻璃纤维筋人工挖孔桩, 盾构破桩时遵循“小推力、低转速, 减小扰动”的原则, 确保不对车站端墙造成破坏。掘进模式从土压平衡逐步向敞开式过渡, 破桩速度控制在10mm/min以内, 推力不大于800t。

2.5 注浆

2.5.1 洞门圈处注浆

安装完+2环管片后, 盾尾已完全进入隧道内, 停止掘进对洞门圈注浆。洞门圈处总注浆量约10m3, 注浆压力不超过0.3MPa。

2.5.2 同步注浆

1) 注浆压力上部压力稳定在0.1～0.12MPa, 下部压力在0.18～0.2MPa。

2) 注浆量根据《地下铁道工程施工及验收规范》 (GB50299-1999) , 注浆量应控制在130%～180%。根据砂卵石地层的特点, 同步注浆量确定为理论间隙的150%～200%, 即为6.07～8.09m3/环。

3) 补充注浆在局部地段, 同步注浆浆液凝固过程中可能存在局部不均匀、浆液凝固收缩或稀释流失, 造成注浆不密实, 根据检测结果, 必要时进行二次补强补充注浆。

补充注浆以水泥、水玻璃等材料为主, 注浆压力不超过0.3MPa, 注浆时以压力控制为主。

2.6 渣土改良及出渣量控制

1) 渣土改良渣土改良对减少刀具磨耗、提高出渣效率具有关键性的作用。施工中不断摸索总结, 采用泡沫剂、泥浆、水相结合的渣土改良工艺, 每环泡沫剂用量一般在30～45L左右, 泥浆加入量每环一般6m3。当渣土较干或渣土中夹有泥岩时可通过膨润土罐或盾构前体上安装的水管向土仓内加入适量的水。

2) 出渣量控制出渣量采用体积和重量双重控制, 每环约为55～58m3, 重量110～117t。超出上述基准后必须及时分析原因采取相应处理措施。

2.7 换刀工艺

经过多种方法对比实验, 摸索出砂卵石地层带压作业方法, 确保进仓作业安全。换刀前需采取降水措施保持换刀工作面的稳定。由于成都地铁砂卵石地层透气性较好, 采用气压法换刀关键是保持泥水仓或土仓内压力的稳定, 即减少气体的逃逸。停机换刀前, 往土仓内注入优质膨润土泥浆, 转动刀盘, 在气压下浆液会逐步渗透到砂卵石层的孔隙中, 进而形成泥膜, 一般土仓内压力保持在0.08～0.1MPa, 可以满足换刀的需要。

3 掘进效果对比

泥水盾构自2007年1月21日始发, 2009年2月3日贯通, 累计掘进1883m, 单月最高掘进196.5m, 月平均进尺仅80m, 施工面临着很大的困难。

土压平衡盾构2007年9月8日始发, 经历桐梓林站、倪家桥站两次过站, 提前半年实现了左线隧道贯通, 于2008年9月3日到达省体育馆站, 这是成都地铁1号线首条贯通的盾构隧道。土压盾构累计掘进2327m, 最高日掘进24m、周掘进118.5m、月掘进357m, 平均月进度237m, 大大高于150m/月的设计要求。

从地表沉降监测数据分析, 泥水盾构地表沉降控制效果比土压盾构好, 在通过重要建 (构) 筑物时安全可靠性较高。

经济指标比较:泥水盾构功率高于土压盾构, 还需配置专门的泥水处理设备, 要求有足够大的场地面积, 施工投入大。本项目泥水盾构每米掘进成本比土压盾构约高38%。

4 设备性能对比

1) 刀盘设计两台盾构均采用面板式刀盘, 对开挖面起到良好的支撑作用, 开口率在28%～30%。刀盘总体使用效果较好, 耐磨性需要进一步提高。

2) 刀具选型及磨耗泥水盾构配置6把双刃中心滚刀、13把双刃正滚刀、64把小齿刀、16把刮刀, 土压盾构配置4把双刃中心滚刀、32把单刃滚刀、28把宽齿刀、8把刮刀。泥水盾构利用泥浆携渣、护壁, 更有利于保护刀具, 但实际上泥水盾构刀具消耗远大于土压盾构, 主要原因是排渣效率低, 卵石不能顺利进入泥水仓, 在刀盘前方反复破碎, 增加了刀具的磨损破坏。

3) 刀盘驱动扭矩泥水盾构刀盘驱动扭矩3050kNm, 脱困扭矩3500kNm。由于砂卵石地层渗透性强, 泥浆极易冒出地面, 开挖面坍塌的卵石堵满泥水仓, 由于刀盘脱困扭矩明显不足, 刀盘被卡难以转动, 只能加固地层后人工清仓, 影响了掘进效率的发挥。土压平衡盾构刀盘扭矩6000kNm, 脱困扭矩达到7150kNm, 施工中未发生刀盘被卡现象。

4) 排渣效率从统计数据看, 泥水盾构每循环纯掘进时间只有40～60min, 由于砂卵石地层排渣效率低, 每环出渣时间一般耗时2.5～3.5h, 甚至达到5～7h。施工中不断调整泥浆配比, 并增加了排渣泵, 但是效果一直不甚理想。土压盾构采用螺旋机出渣, 最大出土量达285m3/h, 每环掘进时间40～60min, 掘进效率较高。

5 对今后施工的建议

5.1 盾构选型建议

经过实践对比, 土压平衡盾构较适应富水砂卵石地层的施工, 盾构选型建议如下:

1) 卵石以排为主, 破碎为辅。刀盘采用中间支撑方式, 辐条加小面板式结构, 刀盘开口率35%左右, 同时加大刀盘中心部位的开口率。

采用直径900mm轴式螺旋输送机, 节距630mm, 螺旋带高度340mm, 可以直接排放大部分的卵石。预留二级螺旋机接口, 分段设置检查窗口, 以便及时检查修复磨损的螺旋机叶片。

2) 卵石不破碎, 直接排放。采用辐条式刀盘, 开口率65%左右, 带式螺旋机排渣。日本在这方面成功经验较多, 但成都地铁地下水位较高, 带式螺旋机不易形成土塞效应, 实际效果还有待于验证。

3) 刀盘、螺旋机的耐磨性能必须在一号线的基础上大幅提高。

5.2 掌握详尽的地质勘察资料

建设单位应提供尽可能详尽的地质勘察资料, 尤其古河道、不良地质等, 施工单位应根据详勘资料制定地质补勘计划。

施工前对盾构掘进影响范围内的建 (构) 筑物、地下管线现状进行调查, 以便制定相应的保护措施。

密切关注车站施工进展, 了解车站端头水文地质条件, 降水时带泥带砂情况。

5.3 监控量测

盾构掘进实际出渣量大于理论出渣量时, 地层可能形成空洞, 由于砂卵石地层的拱效应, 监测数据往往不能及时反映实际沉降数值, 在地面各种荷载的扰动下, 土体分层沉降, 最终造成地面塌陷。施工中安排专人24小时不间断进行地表巡查, 但只能起到事后补救作用。施工时应开展地层探测的相关研究, 以便提前采取措施, 防止地面塌陷。

城市地铁盾构施工技术分析 篇2

关键词：城市地铁；盾构法；施工技术；浅埋暗挖施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

前言：

近年来，很多城市在发展过程中为了缓解交通的压力都加快了地铁工程建设。地铁工程与地面工程在施工上具有较大的差别性，其施工质量受地质环境影响较大，在施工过程中，需要针对所处区域内的地质特点来对施工技术的进行选择。而一一些复杂地质条件下时，为了更好的实现对施工质量的控制，更选择在选择施工技术上具有一定的科学性和合理性。目前在地铁施工中盾构法应用的较为广泛，这是一种暗挖施工工艺，对加快推进地铁工程施工进度，提高工程施工的质量起到了极其重要的作用。

1盾构法概述

在当前对地下工程进行施工过程中，盾构法应用较为广泛，构法属于暗挖施工工艺，在施工过程中具有较好的隐蔽性，对环境影响较小，而且在地下施工过程中不会受到覆土深浅的影响，特别是在建造覆土深的隧道施工中具有较好的适用性。无论是在海底或是河底隧道施工，还是在穿越地面建筑群及地下管线时，都不会对航道、周围环境带来影响，在施工过程中也不会受到气候的影响，施工自动化程度较高，劳动强度低，而且施工速度较快，在隧道掘进及城市地下隧道工程中应用较为广泛。

2复杂地质条件下加强施工技术研究必要性

与其他交通方式相比，地铁不仅安全快速，而且环保节能。因此，目前在我国城市交通中的地位日益上升，越来越多的居民开始选择地铁作为首先交通工具。因此，在地铁施工过程中，必须把握好工程质量。所以在地铁工程施工过程中控制好工程质量至关重要。地铁工程施工时，主要工作都是在地下进行的，这就避免会受到地质条件的影响，再加之地铁施工路线较长，在施工过程中可能会遇到多种地质条件，各种不同的地质条件对施工带来的影响也各不相同，特别是一些复杂的地质条件下，如果不能选择适宜的施工技术，不仅会影响施工的顺利进行，还会对施工的质量带来较大的影响，所以在地铁工程施工过程中，需要针对所处区域的地质特点来选择盾构法进行施工，也可以选择多种施工方法进行综合施工，从而确保地铁工程的质量能够得到较好的保障。

3复杂地质条件施工技术分析

3.1盾构施工技术

这种施工技术通过有效支撑地面土层压力并利用钢筒结构在地层中快速推进。安全系数和环保系统都很高，而且能保持快而稳定的施工进度。特别是在一些流砂、断裂、坚硬岩石及软弱土质并存的地质条件下更具有适用性。在这种复杂地质条件下利用盾构法进行施工时，需要将盾构机安装在事先修建过的竖井中。在地层中运行时，盾构机每前进一环，要在盾尾部支护下，安装一环管片，同时在一环衬砌处围空隙处压注水泥砂浆。一环衬砌承担了盾构机在推进过程中所承受的土压力，最后再通过竖井将施工中挖出的土方运出。

3.2浅埋暗挖施工技术

城市地铁施工过程中，有时会遇到土壤松散的地质环境，当隧道直径和深埋相当或偏大时，要保证施工顺利进行，采用这种施工技术最为适宜。该技术充分利用了短时间内土层的自稳能力，通过一定的支护措施。它实质是一种不开槽施工技术，它的支护结构是一种密贴型薄壁支护结构。

3.3钻爆施工技术

施工时，有时会遇到坚硬岩石地层，此时需要采用钻爆施工技术。该技术主要用于隧道的开挖和喷锚支护施工。为了保证施工的顺利进行，必须灵活选择钻爆技术，因为具体的施工环境对钻爆技术的要求不尽一致，必须根据具体情况适当加以调整。

3.4混合施工技术

在地铁隧道施工过程中，由于线路较长，所以会遇到不同的地质环境，这就需要在实际施工过程中根据所处的具体地质条件来选择适宜的施工技术，这就导致在整个施工过程中可能需要选择几种施工技术共同来完成工程的施工。利用几种施工技术进行综合施工时，可以确保施工具有较好的灵活性，有利于施工质量的提升，确保施工的顺利进行。

3.5辅助施工技术

（1）注浆法。这种施工技术主要适宜于软土层地质条件，在各种地铁施工辅助技术中，它是一种较为常用的技术。地铁开挖过程中，会因为地层不稳固或渗漏水等原因导致坍塌、陷落或沉降，使用该技术能够起到加固地层和增强结构防水性能的效果，因此能有效防止上述情况的发生。

（2）高压旋喷法。该技术的主要作用是加固地层，因此对浅埋暗挖以及盾构施工能起到很好的辅助作用，通常应用在在软弱地层地质条件下。

4浅埋暗挖施工地表沉降控制技术

4.1地层预加固控制技术

（1）地表加固注浆施工技术。该技术主要用来提高工程稳定性，改善隧道成洞条件。主要手段是固结浅埋层土地、加固洞周围岩，因此适宜于围岩地质条件差的情况。其原理是通过加固将施工区域和周围区域连成一个整体，降低或者匀化岩土特性，提高岩土变形模量，使改善土层环境变得更加均匀，从而达到改善地表下沉现象的目的。这种施工技术可将地下水以及偏压对隧道开挖的影响消除掉，从而提高地铁隧道工程的安全性和稳定性。

（2）超前小导管注浆技术。这种施工技术通过注入浆液，使之与原有围岩胶结，达到改善掌子面前方围岩力学性能的目的。硬化后的浆液能阻塞前方围岩的流水通道，从而降低地下水对工程施工带来的负面影响，保证施工的顺利进行。通过该技术既加固了地层，又通过混凝土拱提高了开挖面以及周边围岩的稳定性。

4.2注浆控制技术

这种技术在使用过程中也要注重灵活性，因为地质条件不同，要采用的注浆方式也不同。必须结合具体情况选择注浆方式。注浆方式可分为充填或裂隙注浆、压密注浆、渗透注浆、劈裂注浆等几种。它的两个主要作用是加固地层和防水，通过钻孔向存在汗水裂隙、不稳定地层以及空洞等结构中注入谁泥浆或者其他浆液的施工技术，具有堵水、加固、防渗、防滑以及降低地表沉降等作用。

5结束语

在当前城市地铁建设过程中，盾构施工技术应用较为广泛，避免了施工过程中对周围环境的影响，同时施工过程中也不会影响正常交通运行和管线的正常使用，不会对环境带来污染。再加之几种施工技术的综合应用，更有效的确保了城市地铁施工的安全和质量。随着盾构法的不断应用，其技术也在不断的完善，将更好的推动城市地铁工程的快速发展。

参考文献：

[1]洪三金.复杂地质条件下地铁深基坑优化设计与施工技术[J].广东土木与建筑，2010（08）：45～46.

[2]李誉.浅埋暗挖施工技术在地铁工程中的应用[J].广东科技，2010（06）：12～13.

地铁泥水盾构施工 篇3

海沧大道站一东渡路站区间自海沧大道站起,先沿海沧大道向北敷设,然后以500m曲线半径下穿海沧湾公园后入海,经大兔屿,穿越厦门西港,于国际码头1号泊位上岸,然后以350m曲线半径下穿邮轮城二期地块,到达东渡路站。

线路总体呈“V”字,先下坡至最低点再上坡,下坡的最大坡度为2.8%,上坡最大坡度为2.9%。区间隧道覆土厚度为8.7～65.7m,最高潮位至隧道最低距离约为55m,最大水土压力约为6bar。

区间分为盾构段和矿山段。盾构段采用2台直径为1043mm复合式泥水平衡盾构,由海沧大道站始发,矿山段盾构空拼管片通过。左线盾构区间长2287.953m,矿山段长479.569m;右线盾构区间长2337.816m,矿山段长397.568m。

2 地质概况

海沧大道站一东渡路区间隧道穿越的地层主要有:淤泥、中、粗砂、粉质粘土、残积土、全强风化层(包括(全)强风化花岗岩、(全)强风化辉绿岩、(全)强风化安山岩、(全)强风化变质砂岩)、碎裂状强风化层、中等风化变质砂岩、中等风化变质石英砂岩、微风化变质石英砂岩、中等风化凝灰熔岩。隧道穿越F8、F10风化深槽,F8影响宽度350m,F10影响宽度300m。

3 泥水处理系统整体设计

3.1 泥水处理原理

在盾构掘进时,刀盘切削下来的土体经搅拌在泥水舱混合,形成高比重泥水,该高比重的泥水由P2泵输送至泥水分离系统处理,进入沉淀池,经新浆调整至合格的泥水性能后,由P1泵送入井下循环使用的过程。

泥水的性能指标应根据土层的变化,合理配制新浆,边检测边调整。一般情况下,将预先制备好的新浆,根据需要定时定量加入到调整池中,由泥浆工取样化验,供调整泥水人员配制新浆使用。

3.2 泥水处理系统工艺流程

泥水处理系统工艺流程如图1所示。

3.3 材料选择

根据地质情况,聚合物材料应具有以下特点。

(1)在海底施工的隧道,要求泥浆材料的抗海水污染能力应足够强,且在压力差下具有良好的成膜能力。

(2)泥水在盾构掘进时,具备堵塞浅覆层、砂土层及地层破碎带各种孔隙的能力,能在较短时间内形成薄而致密的泥膜,满足开挖面的稳定。

(3)具备配合固控设备分离的要求,有利于提高固控设备的使用效率,减少废浆排放。

(4)能够在金属表面快速形成致密保护膜,起到保护刀具及管线的作用。

4 泥水调配制方案及材料用量探讨(以左线为例)

4.1 泥水材料概算依据

4.1.1 泥水性能参数设计依据

泥水的性能根据穿越土层性质划分为:自造浆段浅覆层泥水性能指标、泥砂互层段泥水指标、上软下硬、及风化岩层泥水性能。并根据这四个指标分别进行控制。

4.1.2 进浆泥水参数

根据泥浆分离设备与沉淀池的配合使用,在粘土层和粘砂互层推进时,比重会大幅度上升,如果掘进正常设备允许的情况下,也可用较高比重的方法来掘进,如在粘土颗粒较少的土层掘进时,加入部分粘土或膨润土来保持泥浆中有较为丰富的颗粒级配及合适的比重。

(1)盾构机始发要求达到:比重1.08～1.12g/cm3,粘度(S)为18～18.5方可进入浅覆层。

(2)在浅覆层、粘土、粘砂互层,比重在1.20-1.25 g/cm3,粘度(S)在18～19.5。

(3)在上软下硬土层掘进要求,比重在1.10-1.20 g/cm3,粘度(S)在20-22。

(4)在风化岩层掘进比重在1.1～1.25 g/cm3,粘度(S)在18～20。

4.2 堵洞门环

(1)配合比:清水1m3+1包(25kg/包)HS-1+10包(25kg/包)HS-2+1包(25kg/包)HS-3。

(2)使用设备:挤压式砂浆泵1台,罐体1个(4m3),搅拌器1台(2m3)。

(3) 1拌新浆方法:先将搅拌桶中加入清水,加入HS-1、HS-3,充分溶解后,再加入HS-2搅拌均匀。

(4)注浆方法:一种方法是,盾壳进入帘幕橡胶后,将盾壳与帘幕橡胶之间注满。第二种方法是盾壳进入帘幕橡胶后,启动P1泵,要求搅拌器能把材料和水混拌均匀。注入到盾壳与帘幕橡胶之间,先注11点钟,再注1点钟,最后注12点钟位置。

(5)对帘幕橡胶盾壳和盾尾刷的要求:橡胶要坚硬而有弹性,能够和盾壳紧密接触,尽量减少之间的缝隙,为了保证有良好的堵洞门效果,帘幕橡胶应安装在最外部,注入材料的部位应在帘幕橡胶和尾刷之间,并在洞门圈上的11、12、和1点钟部位各焊接有50短节,并配有球阀作为注浆材料的入口。盾壳外表面要光滑防止把橡胶破坏。

(6)连接方法见图2所示。

(7)操作程序如图3所示。

(8)应急预防措施。在工作井下部安装3台排浆泵(扬程大于60m),排除堵漏施工过程中的漏水。

4.3 加固区自造浆

盾构机在加固区内推进,相对比较安全,建议在这个推进区间用清水掘进,利用推进切削下来的胶体颗粒进行自造浆,并且进行小循环掘进(所谓小循环也就是把沉淀池的一部分短路,约占沉淀池总量的1/3或1/4不般不超过500m3),沉淀池的其他部分保持空置状态,随着掘进的土体增多,泥浆的比重和数量都会增加,多出的泥浆通过自溢把沉淀池其他空置的部分流满,再转换成大循环,把整个沉淀池利用起来,这样在配初始泥浆时使用材料的量和工作量较少,如果以后井下出现意外也容易处理。

在利用封堵洞门的时间,建立好泥水体系,以小循环泥浆的总量为500m3计算,HS-1的加入量应占泥水量的1.5%(重量体积比),HS-3占泥水量的0.5%左右,此时比重应在1.08-1.12,漏斗粘度(s) 18～18.5。HS-1用量为7.5t,HS-3用量为2.5t。

4.4 左线DK18+532—DK18+744区间泥浆配制探讨

土层为软土层的4-1淤泥,5-1-2粉质粘土,5-1-3淤泥质粘土,11-1残积砂质粘性土,其性质为自稳能力差,易产生土体流动、开挖面不稳定现象,另外在这个层段覆土层较浅,易发生地面冒浆坍塌等事故。设备属调试阶段,意外停机和拼装环片停机时间长,所以是每个工程事故多发危险层段,控制不好会直接影响以后的正常推进。

在建立好聚合物泥浆体系的基础上,每环加入HS-1为2包,HS-5为1包,HS-2为2包左右就可满足需要。

4.5 左线DK18+744-DK18+809区间泥浆配制探讨

主要上软下硬地层,其土层为:4-1淤泥,5-1-2粉质粘土,5-1-3淤泥质粘土,11-1残积砂质粘性土,17-1全风化花岗岩,利用HS-3其中的微孔堵塞剂来堵塞地层孔隙。其中的大、中分子和粘土颗粒使泥水达到良好的流变性和稳定性,快速形成致密的泥饼,以平衡掌子面。预计每环新浆加入HS-1量为4包,HS-3为1包,HS-5为1包。

4.6 左线DK18+809-DK19+225区间泥浆配制探讨

主要土层为全断面11-1-2强风化变质砂岩,17-1全风化花岗岩,18-1全风化安山岩、19-1全风化辉绿岩,这个层段正常情况下主要是保护刀具和携带岩土,如果在碎裂带出现异常,则用HS-2封堵预计每环新浆加入,HS-1量为1包,HS-3为0.5包。

4.7 左线DK19+225-DK19+300区间泥浆配制探讨

穿越的主要土层为4-4-1中粗砂,14-4-1全风化花岗岩,5-1-2粉质粘土,为上软下硬地层,掌子面不稳定的因素更大,首先利用HS-1,HS-3中的大、中分子和与泥浆中的粘土颗粒结合,使泥水具有良好的流变性和稳定性,能够快速形成致密的泥饼,平衡掌子面并且提高了泥浆的结构力和悬浮力。

预计每环新浆加入,HS-1量为4包,HS-3为1包,HS-5为1包。

4.8 从里程DK19+300-DK20+788区间泥浆配制探讨

主要土层为14-1-1、14-1-3碎裂状强风化变质砂岩,13-3-4中等风化变质石英砂岩,14-2-5砂质泥岩,14-1-2强风化变质砂岩,14-2-2强风化砂质泥岩,14-3-5微风化变质石英砂岩,这个层段正常情况下主要是保护刀具,如果在碎裂带出现异常则用HS-2封堵断层

每环加入HS-1量为1包,HS-3为0.5包。

5 新浆的配制

盾构机始发时,制备新浆100m3。新浆槽内加入清水至槽体半满的状态,加入清水的同时启动搅拌器;起动制浆泵,运行正常后向漏斗中缓慢加入HS,80包(每包25kg),加料完毕后,使液面上升至槽体的4/5高度(液面离槽体上沿约35～40cm);制浆泵运行20～30min后停止。

6 结束语

通过对厦门轨道2号线海沧大道站一东渡路站跨海区间隧道地质情况进行分析,统计出每种地层中的泥浆配制密度和黏度,为国内首条跨海地铁隧道的泥水盾构施工提供有力的技术支持。

参考文献

[1]胡长明,崔耀,王雪艳,等.土压平衡盾构施工穿越砂层渣土改良试验研究[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2013,45(6).

地铁泥水盾构施工 篇4

随着城市建设规模的不断扩大，地铁工程成为大城市发展的标志之一。地铁是重要的交通工具。其工程也是难点。目前，地铁施工主要采取盾构法，该方法不仅能够确保工程的稳定，还可以进行不间断掘进作业。盾构法适合各类软土地层和软岩地层的隧道施工，在地铁工程中十分常见。地铁工程是一项复杂系统的地下工程，难度系数很高，通过盾构法施工则面临着盾构机体积较大而造成地表沉降问题。因此，必须要严格检测地表沉降问题，保证工程质量。合理采用盾构法，确保地表沉降不能过大，需要相关人员高度重视。

地铁隧道施工中地面沉降的原因

地层损失。出现地层损失主要是因为盾构施工必然会存在实际开挖土体体积和竣工隧道体积的差值，这种差值的出现就会造成地层损失。实际开挖土体体积之所以会与竣工隧道体积有差别，其原因就是开挖土后势必会导致周围土体不断填补出现的损失，这样就会引起地层移动，导致地面沉降。

土体扰动后重新固结。随着盾构的不断推进，会对土体造成挤压，而且，在压浆的作用下，周围的地层会形成超孔隙水压区，其会随着施工的推移而消散，还原，这一过程对于地层的影响很大，很容易发生排水固结，导致变形，形成地面沉降。简而言之，就是由于土体扰动后重新固结等因素造成的变形和沉降，为了改变现状，需要充分了解地层条件、隧道直径等内容，并制定完善的施工要求。

地铁隧道盾构法施工原理

盾构法自诞生至今已经有百多年的历史。在地铁隧道中开展盾构法主要就是借助盾构进行掩护，从而可以正常开展地下作业，实现连续地层开挖等工作。盾构法需要借助盾构设备，因此其安装和拆卸工作很重要。要通过不断推进和土体开挖才能够实现持续地下作业，这也是盾构法的主要工序。

采取盾构法时，需要结合地铁的规划进行。设置盾构机时，要用明挖法在隧道某处建造基坑，这样才能够进行设备的安置。然后再向前开挖土体，安装盾构反力架等设备。设置牢固的盾构结构主要就是为了更好地开展地下作业，通过盾壳的掩护推进开挖。为了进一步使支撑力度更加强大，需要利用千斤顶，在随后的开挖、装配衬砌和应对地层阻力工作中，都离不开千斤顶的作用，这样才能够保持盾构能够继续推进。

盾构施工地表沉降的控制措施

掘进模式的选择。受到地层条件的限制，掘进模式也会有很大的不同。通常，一台盾构机可以有三种掘进模式，有土压平衡、半敞开式、敞开式，不同模式具有不同的施工参数，这三种模式可以实现盾构机的广泛使用。受到地质条件的限制，需要选择合适的掘进模式，这样才不会造成地表沉降。

优化施工参数。为了实现盾构最佳推进方式，这种参数的优化是不可或缺的。为了控制地表沉降。需要找到推进时对土层扰动最小、避免强度进一步下降、避免地面突起等施工的最佳参数。盾构的掘进参数有土舱压力、排土量和掘进速度、千斤顶顶力及分布、盾构坡度等等。这些参数不仅需要优化，还需要注意各自的目的，既有联系，又各自独立，目的就是为了减少地表沉降。

在盾构施工中盾构机的选择和性能很重要，为了确保土压平衡，促进盾构顺利推进，盾构机可从国外引进。为了确保施工稳定进行，减少地表沉降和地层变形，土仓中充满被切削下来的土，其所产生的压力要与推进产生的土压力和水压力平衡，从而保证地形稳定。根据土压力来确定其他压力，防止因出土速度过快造成地面沉降。一般情况下要了解盾构刀盘面的压力值，以及开挖面土体的压力是否出占据主要地位。开挖面的土体会因力度小而向后移动，要确保土体单元的垂直应力大于水平应力，以确保出土速度不会太快。

盾构在曲线上推进及盾构纠偏。盾构在曲线上推进时。需要进行盾构轴线的纠偏，这时候的土体没有多余的约束力来控制盾构的轴线，因此，盾构做曲线推进时一定要放慢速度，适当进行纠偏，减少地层损失。盾构在推进时会切换刀盘方向，注意切换速度，要注意转换的时间间隔，不宜太过频繁；及时调整掘进参数，并尽量优化，确保盾构机顺利掘进，而且需要有相应的限制，一旦超过这一限制幅度，就需要进行盾构纠偏；盾构曲线推进时，需要使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。如果是直线推进，就需要选择目前存在的位置和设计线较远处作为连接的直线路线，然后再重新进行管理；盾构法施工最忌讳推行速度过快，或者由于某一部位的速度过快而影响整个地下作业。油缸的油压需要高度注意，不可调节过快。调节各处千斤顶的油压和推力合力的作用位置，进行纠偏。总之，纠偏工作关系到盾构施工的质量。更关系到地层是否会变形。

衬砌接缝防水。如果衬砌接缝漏水，那么就会造成地层的水分流失，引发地层重压缩固结，这样势必会引发地表沉降。为了确保衬砌接缝具有良好的防水效果，需要采取相應的措施。一般可采用多孔型三元乙丙弹性橡胶止水条防止漏水。受到来自千斤顶和螺栓的双重之力影响，该防水条的缝隙会不断被压缩，从而起到稳妥的防水作用。

总之，地铁施工是一项复杂的工程，与社会的稳定和提高人们的生活质量有密切的关系。随着城市的不断发展，地铁工程不断提上日程，盾构法在地铁施工中具有不可替代的位置。如何通过盾构法减少地面沉降问题，是地铁施工的重点，需要相关人员高度重视，合理开展盾构施工。

地铁泥水盾构施工 篇5

1 管片选型控制

管片选型的两个原则。第一, 管片选型要适合隧道设计线路;第二, 管片选型要适应盾构机姿态。这两者是相辅相成的, 前者影响整个隧道管片的需求计划, 后都影响隧道掘进和隧道轴线与设计轴线的偏差。所以在管片选型上, 我们要结合盾尾间隙、推进油缸行程差、铰接油缸行程、设计轴线等方面原因进行正确选型。

2 管片拼装控制

管片拼装时, 必须将盾尾清理干净, 将管片冲洗干净, 避免管片间夹有杂物, 使相邻管片环面不平整, 使管片局部受力过大产生开裂、破损。检查管片止水条是否有脱落现象, 管片拼装时先就位底部管片, 然后自下而上左右交叉安装, 每环相邻管片均布摆匀并控制环面平整度和封口尺寸, 最后插入封顶管片成环。管片拼装成环时, 其连接螺栓应先逐片初步拧紧, 脱出盾尾后再次复紧。拼装完后及时调整千斤顶撑靴, 防止千斤顶撑靴压坏止水条, 造成管片拼缝位置渗漏。

在曲线段管片拼装时, 人为意识的将管片向曲线内侧水平偏移2mm-3mm, 这样有利于减少管片在转弯处出现错台。

3 注浆控制

注浆按其注浆方式为同步注浆和二次补浆, 按浆液性能分单夜浆和双液浆。

3.1 同步注浆

同步注浆是指在盾构掘进过程中, 盾构机向前行进, 管片脱出盾尾与围岩形成建空隙的同时, 从位于盾尾的注浆管路注入浆液填充形成的建筑空隙。管片之间的连接相对管片的刚度而言表现为柔性, 因此在同步注浆时必须控制好注浆压力和注浆量, 使之既能达到有效的填充建筑空隙, 又不会对管片的成环质量产生影响。由于在盾构掘进中, 对周围土体产生一定的扰动, 因此, 在注浆时, 不仅考虑到浆液要充满管片背后的空隙, 同时还要渗透至周边的土层中, 所以要求注浆量比计算的空隙要大些, 一般取为理论空隙体积的130%~180%为系数, 甚至更大。注浆的速度要结合掘进速度, 而注浆量需结合地表沉降, 在理论值上乘以合理的系数。

同步注浆施工时应注意以下事项:

(1) 在推进油缸行程达到1600-1650mm之间时, 停止注入浆液, 改打膨润土液洗管并将管内浆液压人建筑空隙, 以免浆液在管路中停滞过久堵塞管路;

(2) 每掘进玩一环应检查清洗注浆管路一次;

(3) 注浆压力原则上不应大于盾尾油脂腔的压力, 一般在5bar以内。

3.2 二次注浆

盾构施工过程中, 因同步注浆效果不理想, 浆液未能有效填充管片衬背后建筑空隙, 造成地面沉降大, 成管片上浮, 漏水等缺陷。为改善这种现象, 采用利用管片吊装孔二次补充注入浆液。二次注浆可分为单液浆和双液浆, 在阻止管片上浮、控制地表城建时多采用注双液浆。

二次注浆量和压力要视环境而定。一般以注浆压力来控制, 注浆压力常规下控制在0.5bar以内。二次注浆时应注意以下事项:

(1) 在注浆前应查看管片情况并在注浆过程中进行跟踪观察, 如有异常情况应立即停止注浆, 并上报。

(2) 在注入过程中应严密监视压力情况, 控制注浆压力在0.5MPa以内。

(3) 在注入过程中出现压力过高但注入效果不明显的情况时应检查注浆泵及注浆管路是否有堵管现象, 并立即进行清理。

(4) 在注浆前应将同步注浆管路的所有球阀全部关闭。

(5) 注浆前应查看盾尾油脂腔的压力, 如果压力偏低, 应适当手动注入盾尾油脂, 以保证在注浆过程中有足够的压力避免盾尾漏浆。

(6) 在注浆前应查看管片情况及土仓压力情况并在注浆过程中进行跟踪观察, 如有异常情况应立即停止注浆, 并上报。

4 掘进中常见事故处理

4.1 地表沉降处理

地面沉降一般发生在软弱地层中, 沉降分为两种, 一是推进过程中刀盘位置发生沉降, 二是后期盾尾沉降。推进过程中发生沉降的主要原因可能是切口环压波动大, 造成超挖, 注浆不饱和, 使地层发生变形沉降;还有可能是切口环压小造成局部塌方或超挖, 从而使地表地层沉降, 一般这种情况发生在隧道上覆地层为软弱地层的时候, 由于软弱地层稳定性差, 对变形敏感, 变化很快传递到地面产生地表沉降。后期沉降的产生与推进和注浆有关。即使地层稳定, 若推进过程中发生超挖现象, 而注浆没有相应增加, 则有可能造成部分施工空隙没有填充, 导致地层缓慢变形, 最终产生地面沉降。

在地下水丰富的地层中, 若注浆没有及时凝固浆液被地下水稀释带走也造成注浆的不足, 从而引发地面沉降。对只有单液注浆系统的盾构机, 后期沉降也可能受切口水压影响。由于单液注浆凝固时间长, 注浆完成后其压力可能迅速消散, 直至其值与切口水压相同, 若所设定的切口水压过低, 则有可能使地层缓慢变形后形成地面沉降。

4.2 盾尾漏浆处理

盾尾漏浆是盾构施工最常见的, 也是最麻烦的问题。特别是在富水层中掘进, 如果盾尾刷受损, 盾尾间隙差, 浆液凝固时间长, 注浆压力大等原因, 漏浆的频率高很多。

盾尾漏浆有两种形式:漏泥浆和漏砂浆 (实际掘进中盾尾还会漏水) 。

盾尾漏浆的根本原因是:

(1) 盾尾刷在掘进过程中由于盾尾间隙差, 盾尾刷受管片挤压导致失去弹性或者脱落造成盾尾漏泥浆和砂浆及清水。

(2) 浆液凝固时间过短, 造成浆液不能充分填充管片后空隙, 而是堆积在注浆口附近, 造成注浆通道受限制, 后续浆液压力必然剧增, 当浆液压力高于盾尾刷和油脂的抗压力时, 就会击穿盾尾刷和油脂衬背而造成盾尾漏砂浆, 长期下去就会导致盾尾漏泥浆和砂浆及清水。

所以在防止盾尾漏浆最有效的措施是保护好盾尾刷和控制好注浆压力与浆液的凝固时间。在掘进过程中盾尾漏浆, 首先应当了解漏浆情况, 具体位置在哪个部位, 漏浆量有多大, 盾尾间隙如何, 注浆压力有多大, 综合以上信息进行处理。

(1) 如果漏浆量不大, 而盾尾间隙比较合理的情况下, 对漏浆位置进行手动补盾尾密封油脂 (对漏泥浆或者砂浆都可行) , 漏浆部位崭停注浆。

(2) 如果漏浆量大, 而盾尾间隙比较合理的情况下, 在对漏浆位置进行手动补盾尾油脂的同时往盾尾晒海绵条, 漏浆部位崭停注浆。

(3) 如果漏浆量大, 而盾构间隙差的情况下, 在手动补盾尾油脂的同时往盾尾塞海绵条, 漏浆部位崭停注浆。管片选型往间隙大的部位走, 在掘进下一环过程中注意盾构机姿态尽量不要摆动来进行纠偏。

(4) 控制好盾尾密封油脂的注入, 盾尾油脂的损耗与掘进速度成正比, 速度过快则注入盾尾的密封油脂在单位时间内不能满足其消耗量, 若不及时调整油脂泵注脂率, 则盾尾刷内的油脂量和注入油脂的压力不能及时密封盾尾, 势必造成尾刷的密封效果减弱, 形成盾尾漏浆。

5 结语

在现有空间的基础上如何拓展生存环境成为目前亟待解决的问题, 目前根据国家基本经济发展战略, 今后几年城市地下空间的开发与建设, 已是现今城市改造最行之有效的方法之一, 而作为改造的重要组成部分, 地铁的建设也是我国城市空间开发的重点。因此, 作为地铁建设人员必须做好工程施工的质量保证工作, 这样才能创造优质工程。

摘要：盾构法作为一种安全、快速、环保的隧道开挖工法, 在我国城市地铁、城市管道和水利等工程项目中得到广泛运用。随着新一轮全国各大城市地铁建设提速, 该方法在淤泥、粉细沙层等复杂软土地层施工中的优势明显。本文对溺水盾构掘进中的质量控制和常见的事故处理进行探讨, 供类似工程参考。

关键词：地铁,泥水盾构,质量控制,事故处理

参考文献

[1]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京:中国建筑出版社, 2004.

[2]地下铁道工程施工及验收规范[S].

[3]张凤祥.盾构隧道[M].北京:人民交通出版社, 2004.

泥水盾构到达施工风险的控制措施 篇6

1)到达端头地质条件较差或加固效果不理想，凿除钢筋砼洞门和盾构推出时可能出现漏水涌砂现象。

2)在洞门破除完成后至盾构机到达洞门前，容易造成开挖面泥水压力过高引起洞门穿浆。

3)在盾构机的盾体未完全出洞门时，洞门圈上安装的环状止水胶圈破损而漏水、涌砂。

以上风险因素都可能引起重大的安全事故，本文通过广州市地铁二八线延长线工程介绍泥水盾构到达施工时降低风险的一些技术措施。

1 工程概况

广州市地铁二八线延长线盾构3标包括2个盾构区间，即南浦站～南会中间风井和南浦站～洛溪站区间，两区间长均约9 2 0 m，隧道内径5.4m，外径6.0m。工程采用2台海瑞克∅6 250型泥水平衡盾构机施工。

2台盾构机先从南浦站南出发向南掘进至南会中间风井，然后吊出运至南浦站北二次始发，向北掘进至洛溪站吊出。该工程须进行2次始发和2次到达施工。其中南会中间风井到达端头地层从上至下为：<1>杂填土、<2-1 A>淤泥、<2-2>淤泥质粉细砂层、<2-1 B>淤泥质粉质粘土、<3-2>中粗砂层、<5-2>硬塑粉质粘土、<7>强风化泥质粉砂岩、<8>中风化泥质粉砂岩。靠近洞门处隧道范围底部为<8>岩层，中上部为<7>岩层，隧道上方为较厚的<7>岩层。

南会中间风井接收井围护结构采用∅1200@1350的钻孔桩，在基坑外侧的桩间施作双管旋喷桩止水，旋喷桩桩底进入<5-2>层不少于1m。基坑深度29.87m，共有6道支撑。

南会中间风井隧道洞门位置岩层较破碎、裂隙较发育、地下水丰富，因此对到达端头进行了加固处理。加固方法：沿洞门四周360°进行小导管注浆加固，注浆采用长3m∅420mm小导管，环向间距500mm,外插角15°。

2 泥水盾构到达施工流程

由于盾构到达施工存在较大的风险，为了尽可能的规避风险，根据实际情况制定泥水盾构到达施工流程如图1所示。

3 泥水盾构到达风险控制措施

3.1 洞门钻孔试水

钻孔试水的目的在于查明洞门范围内加固土体稳定性和渗水情况，以防止在盾构机到达前端头土体(洞门)塌方而造成灾害。

3.1.1 试水步骤

在洞门凿除前，先在洞门的外边缘12点位置做1个水平试水孔，然后在洞门范围内的钻孔桩桩间施钻9个水平钻孔。所有水平钻孔深度均穿透围护桩进入岩层20cm，具体布置见图2。

1)搭设脚手架和工作平台，固定牢靠后使用44mm钻孔机在洞门外侧12点位置施钻。

2)钻孔达到预定深度后，取出钻孔套管，以塑胶管加阀头沿钻孔植入，随时观察其变化。

3)在洞门范围内继续施钻9个水平钻孔。

3.1.2 结果判断

1)试水后，孔内如干燥或只有少许渗水情况，则判断状况为优良。

2)如有少量流水(约为孔径的1/5)情况，则可通过补充灌注M7.5砂浆封堵渗漏路径。

3)若有大量的涌水或漏砂情况出现，则需重新补充灌浆。补充灌浆的方法、位置和数量可根据实际情况来决定。

3.2 端头降水井施工

由于洞门处岩层比较破碎而且地下水丰富，为了降低洞门破除和盾构机到达推进时坍塌风险，在到达端头处两隧道之间距围护结构3m～5m位置设置1个降水井。降水井采用∅600孔径，内设1台潜水泵，孔深超过隧道底以下4m。

3.3 洞门破除（第一阶段）

洞门破除就是将洞门处的钢筋砼围护结构破除，以便盾构机推出洞门。盾构机推出洞门前须安装洞帘板和接收托架，如在洞门破除前安装，则在洞门破除时易损坏洞门帘板;如在洞门破除后安装，则洞门处围岩曝露时间过长，易发生坍塌，因此将洞门破除分两阶段进行。第一阶段先凿除外侧主筋和砼，待洞帘板和接收托架安装完成之后再进行第二阶段凿除内侧钢筋和砼。

为了缩短洞门破除时间，第一阶段洞门破除可使用凿岩机对钻孔桩进行凿除，并按以下要求进行：(1)洞门破除采用自上而下的顺序;(2)先凿除每根钻孔桩的外侧主筋和砼，保持内侧的6条钢筋和砼，钻孔桩之间的空隙采用钢筋拉结，并用木板和砂袋等填充，以避免桩间土体坍塌掉落。

3.4 洞门泻压管施工

为防止盾构机到达洞门前，由于开挖面泥水压力过高引起洞门穿浆从而造成洞门土体塌方事故，洞门破除(第一阶段)完成后，在拱顶的钻孔桩间位置施钻6个钻孔(如图3所示)，钻孔使用44mm钻孔机在洞门外侧钻孔桩间往下15°施钻，钻孔深度约为3m，然后埋入∅50mmPVC管作为洞门泻压管。PVC管外露100mm，用速凝胶封堵管口，一旦洞门发生穿浆情况即迅速将管口剪开，以降低洞门背后泥水压力。

3.5 洞门帘板安装

盾构推出洞门时，洞门帘板起着封闭洞门内径(6 500mm)与盾体外径(6 250mm)之间间隙的作用，以防止漏水或涌砂。

盾构机进洞前，在预埋好的环板上依次安装螺栓、环形密封橡胶板、固定环板B及折页式压板，最后拧紧螺母，如图4所示。具体安装过程：(1)利用螺栓，在预埋环板A上先后加上环形密封橡胶板、固定环板B和折页式压板;(2)当盾构刀盘进洞后，采用6分的钢丝绳栓紧压板压住橡胶板到盾构机外壳上。

3.6 洞门破除（第二阶段）

当盾构机的刀盘顶住围护结构后停止掘进，割掉围护桩剩余钢筋和砼。凿除前应寻找盾构机中心点，依次由外侧往内侧、自上往下凿除，并切割钢筋。同时注意：(1)检查断面大小，清除所有杂物;(2)为防止洞门凿除后可能产生渗水、漏砂等情况，必须备齐足够的补强、堵漏等材料;(3)在洞门凿除的过程中，必须加强安全监测工作。

3.7 到达掘进控制

1）掘进速度控制

(1)当盾构刀盘距围护桩约10m时，推进应尽量保持匀速、平顺，推进速度控制在10mm/min以下，在盾构机抵达端头围护桩前速度应逐步降低，最后一环的推进速度应控制在3mm/min左右;(2)盾构机碰壁后应缓继续前进，利用切刃慢慢磨耗壁体，直到盾构机完全无法再前进(油压过高或壁体产生破裂)。

2）切口水压控制

刀盘距围护桩约10m时开始，在保证环流系统通畅不堵管的前提下，逐步降低盾构切口水压，以防止洞门冒浆。刀盘距围护桩约5m时，切口水压应控制在≤120kPa，刀盘碰围护桩时应降低至40kPa～60kPa。在盾构到达掘进期间，盾构操控手应密切注意环流系统运行状况，以严禁堵管为原则调节切口水压，并视环流运行情况对最终切口水压设定值进行微调。

3）泥浆性能控制

盾构到达掘进期间，泥浆比重应控制在1.20g/cm3左右。盾构到达围护桩前停机，用清水清洗土仓。洗仓时间不应太长，约30min，否则易造成洞口处围岩缺失坍塌。

4）盾构姿态控制

从距围护桩50m位置开始逐步调整姿态，距围护桩约10m时盾构操控手应注意使盾构机尽量平缓掘进，严禁大幅度的纠偏动作，以保证盾构机能平缓出洞。到达竖井时，盾构机本体及切刃面与壁体尽可能保持垂直，这样盾构机出坑时不易对镜面框造成破坏。

5）注浆控制

倒数第10环开始改用双液浆，必须保证每环注浆量达到理论值的130%。倒数第5环，注浆初凝时间从原来的13s改为20s，对最后3环6个注浆点都要注浆，并尽量多注浆，注浆压力控制在0.8MPa以下。

6）测量控制

在盾构到达掘进期间，盾构姿态和管片姿态必须保证每环1测，并及时将人工测量的结果反馈至中央控制室。

7）洞门和地面监测

盾构到达掘进期间，必须对洞门和地面进行24h连续监测，监测数据要及时传达，如发现洞门穿浆或地面沉陷则要及时采取相对的应急措施。

参考文献

[1]康宝生,陈馈,李荣智.南京地铁盾构始发与到达施工技术[J].建筑机械化,2004,(2):25-29.

[2]严长征,张庆贺,廖少明,等.地铁盾构进出工作井的施工风险[J].城市轨道交通研究,2007,(10):34-36.

泥水盾构过破碎岩带施工技术 篇7

广佛线地铁隧道某标段包括2个盾构隧道区间,隧道内径∅5 400,外径∅6 000mm,管片环宽1.5m。工程采用2台日本三菱公司生产的∅6 260型泥水平衡式盾构施工。

当左线盾构在穿越雷岗东断裂带时地质发生明显的突变,出现大量粒径不一的角砾岩块,最大粒径在40cm×20cm以上,岩体破碎、强度高,大粒径角砾岩块频繁堵塞采石箱、泵、管路,严重影响盾构的掘进。盾构从178环掘进至211环耗时将近1个月时间,平均每天不到1.4环。

分析发现,左右线在断裂带内均有1个硅化构造角砾岩形成的山包侵入隧道断面内。硅化构造角砾岩较为破碎、粒径不均、极硬,岩石天然单轴极限抗压强度最大达126MPa。根据分析统计,山包侵入到右线隧道断面内的体积最少是左线3倍,盾构穿越该角砾岩山包将比左线还困难。为了解决该难题项目部成立技术攻关小组,通过不断尝试和努力,终于克服这种恶劣地质条件,顺利完成了盾构隧道掘进施工。

2 技术措施

2.1 加密补充勘探

广州以及周边地区素有地下博物馆之称,地质复杂多变,特别是在断裂带内,由于早期的地壳运动使岩层受力发生脆性破裂而形成极其复杂的地质构造。这种地质构造通常无规律可循,地质勘探钻孔间距过大,难以揭示真实的地质情况,要加密补充勘探方可更好地摸清地下情况。通常地铁施工地质勘探孔的间距是30m左右,而在断裂带这种复杂地质构造区域内,勘探孔的间距需加密到5m左右(钻孔梅花形布置)。

详勘探孔未揭示断裂带内有岩石层侵入隧道断面内,通过采用上述勘探方法布置20个勘探孔找出了隧道断面内岩层的分布范围(图1)。

2.2 岩体预先处理

右线断裂带内通过加密补勘确定有一个角砾岩山包侵入隧道断面内,其岩性为硅化构造角砾岩,岩体破碎、粒径不一、强度高(126MPa),并且分布范围较大(纵向分布范围约40m,其中约有24m为全断面岩层),侵入到隧道断面的基岩面高,约占隧道开挖断面体积的70%。根据左线经验,由于岩体破碎致使盾构强行掘进通过很困难,因此结合补勘的地质情况和地面情况决定采用人工开挖圆形竖井,清除大部分岩层,剩余岩石则依靠盾构直接切削通过。

由于岩体强度高,人工开挖或爆破过程中若凌空面太小,那么难度增大速度也将大打折扣,因此在综合考虑竖井的结构受力和地面条件的情况下,圆形竖井内径设计为4m,竖井连续布置在隧道正上方(图2)。在竖井施工过程中视地层情况进行了扩挖,以尽可能多地清除岩体。同时,为方便盾构通过,在隧道顶50cm以下的竖井护壁采用玻璃纤维钢代替钢筋,并采用C10的特配混凝土进行浇筑。竖井采用M5水泥砂浆回填至隧道顶1m,以减小盾构通过竖井区域时对刀具的磨损,并为盾构通过时开仓提供条件。

2.3 设备的改造

竖井取砾的辅助施工虽将隧道断面内的硅化构造角砾岩清除大部分,但仍还有将近30%的岩体需靠盾构直接切削通过。由于岩体破碎、粒径不一、强度高,盾构直接通过仍有很大难度,因此需在盾构始发前对设备进行改造以增加盾构对这种硅化构造角砾岩地层的适用性,确保右线盾构快速的通过。具体设备改造如下。

1)减小刀盘开口率由于岩体破碎,在切屑过程中岩体容易整块剥离,若刀盘开口率过大,剥离下来的大块砾岩将无法通过送泥管道输出,大量堆积在土仓里面,将增加开仓取砾的次数,影响施工进度,因此将刀盘的开口减小到26%,减少粒径大于25cm的砾岩块进入到土仓内。

2)环流系统中继泵全部换成大功率泵由于岩石切屑下来的碴土比重大,加上岩体破碎切屑过程将有很多粒径不一的碎石直接剥落到土仓内,环流带碴比较困难,因此将环流系统的中继泵全部更换成大功率泵,以提高环流系统的输送能力。

3)安装破碎机在1号台车位置安装破碎机破碎进入管道的砾岩块,防止正推过程中砾岩块堵塞管道。

4)安装人闸设备假如盾构穿越破碎岩带时出现异常情况,如刀具过快磨损、偏磨和土仓内砾岩块无法带出而又无法自然开仓时,可通过气压开仓来换刀、取砾。

2.4 刀具的配置

破碎带内岩体强度高,单轴抗压强度最高达到126MPa,平均也有77MPa,因此掘进需配置全断面的滚刀。目前市场上镶合金粒的滚刀适合硬岩中掘进,但在实际应用中仍然存在不足,需做改进才能更适用于此类地层。

1)由于镶合金滚刀的合金粒硬度远大于母体合金硬度,开挖过程中母体磨损速度较快。一旦刀刃母体磨损较大,可导致合金粒脱落,从而使滚刀寿命缩短,因此配置刀具时,对滚刀进行了改进,增加了刀刃的厚度,将原设计厂家的刀刃厚度25mm改进为30mm,提高滚刀的寿命。

2)由于刀盘外圈呈凸球面,安装此位置的滚刀转动过程中受到一定的侧向挤压力,迫使滚刀刀刃单边快速磨损。为避免出现这一问题,刀具配置时将原镶合金滚刀改进为刀刃侧边加焊耐磨焊层,加强刀刃的耐磨度,达到提高滚刀寿命的目的。

2.5 掘进参数的控制

1)掘进速度的控制盾构掘进速度决定于刀具入岩的进尺,速度越大刀具入岩的进尺越大。由于岩体裂隙发育,刀具进尺过大容易使开挖掌子面的岩体沿裂隙整块剥离,起不到碾碎岩体的作用。而剥离下来的大块岩块无法通过环流系统带出,会堆积在土仓内影响盾构的掘进。另外由于滚刀结构比较特殊,合金粒硬度远大于母体硬度。为减小母体的磨损量,提高滚刀使用寿命,滚刀的进尺必须控制在合金粒的高度(15mm)以内,并且刀盘的转速也不宜过快,一般不能超过0.8rap/min,以减少刀具受到的瞬间反冲力。

2)泥浆粘度的控制岩层中切屑下来的碴土比重较大,因此需要适当提高泥浆粘度,以便碴土的顺利带出,通常在此类地层泥浆粘度要控制在25s以上。

3)环流逆推正洗泥水盾构掘进时,环流通常是采用正循环的。而在破碎岩层中掘进时,由于岩体破碎会有较大粒径的碎石进入土仓而无法从排泥管带出,使环流堵塞无法掘进。出现环流堵塞情况后立即采用逆循环掘进,这样排浆管口位置较高,大粒径的碎石不易进入管内,可大大减少开仓取砾的次数。

2.6 检查刀具、清碎石

该破碎带内岩石强度高,刀具磨损较快,另外无法通过环流带出的大粒径碎石将会积存在土仓内,因此掘进过程中应密切关注推力、扭矩的变化,当推力、扭矩异常增大时应立即停机开仓检查刀具,清除土仓内积存的碎石。

由于该硅化构造角砾岩山包完全被全风化层包住,虽岩体破碎但未与地下水连通,没有基岩裂隙水,加上竖井取砾时在隧道正上方浇筑了1m厚的M5水泥砂浆,因此在区域内进行常压开仓换刀、取碎石。

3 应用效果

右线施工时采用上述技术措施,仅用7天时间就成功穿越了40多米的破碎岩地层,比预定工期提前了80天,为广佛线的如期贯通奠定了基础。

摘要：当泥水盾构通过岩层破碎带时,块石未经刀具碾磨直接进入土仓,会经常堵塞采石箱、泵、管路等,从而严重影响盾构的掘进。本文通过工程实例介绍泥水盾构过破碎岩带的一些技术措施,以供同仁参考。

关键词：泥水盾构,破碎岩,施工技术

参考文献

[1]刘永强,王珏明,张祖威.盾构刀盘改进及应用研究[J],工程机械,2010,(5):12-15.

[2]竺维彬,鞠世健,等.复合地层中的盾构施工技术[M],北京:中国科学技术出版社,2006.

泥水盾构在岩溶地层中的施工技术 篇8

1 施工参数和措施的研究

对于泥水盾构在岩溶地层中的施工来说，受制于地面场地条件，导致部分隧道区域内的溶(土)洞无法探明或者无法加固，此时可在盾构前体设置超前钻探和加固系统(图1)，以保证盾构在掘进过程中，通过超前探测、超前加固及时处理隧道下部的溶(土)洞。

岩溶地层中除溶(土)洞外，地层存在上软下硬的情况，岩层强度较高。根据我司在该地区其他工点基坑开挖情况，基底显示岩层情况与原地质资料有一定出入，灰岩抽芯检测报告显示灰岩强度标准值可达85MPa，且较为破碎;2#风井详勘地质报告里未显示有灰岩，但实际开挖施工中，在基坑底部出现大面积、大块的灰岩。灰岩强度标准值可达95MPa。

上软下硬地层来说对泥水盾构施工有几大危害： (1) 上软下硬地层掘进过程中，下面硬地层造成掘进速度慢，但在较慢的掘进速度下，上面的软土容易造成超挖，导致地面沉降; (2) 上软下硬地层掘进过程中，下面已切削较大较硬或者固结的较大泥饼脱落后在没有经过搅拌破碎直接进入排泥管，将导致管路堵塞，引起切口水压波动，导致地面沉降; (3) 刀盘结泥饼，导致刀具偏磨，刀盘裹死无法掘进。

根据地层特点，刀盘转速设定为1rpm之内，尽量减少对地层的扰动，确保开挖量在允许范围内;为防止大块岩石和泥饼堵塞管路，掘进过程中开启逆循环的环流方式。掘进速度设定为8mm/min，确保地面的沉降及盾构姿态，保证盾构在灰岩中的开挖，保持较低的推力，让刀盘能充分切削岩体;同时注意同步注浆及二次补浆量，控制地面沉降。当侵入隧道内灰岩增多时，施工参数最为明显的变化就是盾构推力及扭矩增大。可以看出，盾构掘进采用了较低的刀盘转速及掘进速度，盾构环流采用逆循环的形式，整个施工相对较为顺畅，未出现环流堵塞或其它异常情况。

2 盾构施工地面沉降规律的研究

本次研究段地面共布置沉降监测点50个，最大沉降值为40mm。同时，在施工期间，我们也对周边距离隧道外边线10～40m范围内房屋布置了监控点，对房屋进行实时监测，沉降显示基本无变化，施工控制效果良好。通过沉降监测统计表和沉降监测统计图可以看到，施工过程中最大沉降位置位于338环附近，该处为施工过程中气压开仓位置，沉降形态呈漏斗型，漏斗的最低处为气压开仓处。此现象说明在岩溶地层中气压开仓对地面的扰动远大于盾构施工对地面的影响。对于气压开仓来说，距离开仓位置5m范围内为强影响区，气压开仓对该区域的地面沉降影响较大，距离开仓位置5～10m区域为弱影响区，气压开仓对该区域影响较小，距离开仓位置≥10m范围为无影响区，气压开仓对该区域基本无影响。

此外，此次盾构施工的隧道埋深约10m，发现盾构施工对于平面投影与盾构隧道边线距离≥1d (d为隧道埋深)的建筑物基本没有影响。

3 盾构刀具配置形式及刀具保护控制

综合广州地区复合地层多年的盾构施工经验，对于硬岩和上软下硬地层宜采用全断面滚刀的刀具配置形式。由于岩溶地层中下层土体为较硬的微风化炭质灰岩，强度较高(最大抗压强度达到95MPa)，如采用带合金粒滚刀，在岩层较大冲击力的作用下，易产生合金粒脱落的情况，在此类地层滚刀应采用普通刀圈且不带合金粒的刀具类型。

对于上软下硬地层来说，刀具结泥饼是一个不容忽视的问题。盾构刀盘转动时滚刀除相对于刀盘中心进行公转，滚刀相对于轴承还进行自转，无论滚刀公转还是自转，当转动速度越快，刀具越不容易结泥饼。滚刀自转是依靠对岩层的压力所产生的摩擦反力作用于刀具使其转动，当盾构在上软下硬地层中掘进时，由于上层软土无法推动滚刀自转，如果刀具启动扭矩过大，在下层硬岩切削时也无法滚动，在刀盘转速较慢的情况下(速度较快会冲击刀具，造成刀具崩损)，软泥在刀具周边不断堆积，如此则造成刀具偏磨严重，而偏磨也导致刀具破岩能力下降，如此则导致其它刀具受到破坏，在没有换刀条件下，最终导致刀盘裹死甚至破坏。为防止刀具偏磨，刀具配置时采用启动扭矩较小的滚刀。

本次施工针对高强度灰岩情况，采用的是全断面滚刀的配置(普通刀圈)，启动扭矩为30～32Nm，期间共进行过两次气压开仓工作，停机位置见图2。

2012年3月13日我司对盾构刀具进行了第一次气压开仓检查，检查发现刀具磨损情况良好，均为正常磨损，未有偏磨或其它不良情况，磨损量3～5mm左右，同时刀座的楔块未有脱落情况，本次开仓未进行刀具的更换。2012年3月21日进行了第二次气压开仓检查，检查发现除31#滚刀出现崩块外，其它刀具磨损情况良好，磨损量3～7mm左右(图3)，本次开仓处对31#滚刀进行更换外未对其它刀具进行更换。

通过研究盾构的掘进情况，说明在岩溶地区的上软下硬地层中，泥水盾构配置全断面普通滚刀，采用较低的启动扭矩配合盾构低转速、低掘进速度可有效防止刀具偏磨，对该地区的上软下硬地层是适用的

4 结论

泥水盾构在岩溶地层中的施工技术在广州地区的成功实施，将有利于解决岩溶地层中盾构施工的技术难题，为日后的地铁施工积累了丰富的经验，对于盾构施工具有指导意义。

摘要：针对广州市轨道交通9号线隧道地层中溶 (土) 洞的处理方法进行研究并采取针对性的措施, 通过对掘进措施、刀具配置情况、磨损情况以及地面沉降情况等进行研究, 从而确保盾构施工时的沉降控制和刀具能够满足盾构的长距离掘进要求。

地铁泥水盾构施工 篇9

广佛线地铁隧道某标段包括2个盾构隧道区间,隧道内径(20)400,外径6 000mm,管片环宽1.5m。采用2台日本三菱6 260型泥水平衡式盾构施工,刀盘直径6 260mm。

该标段隧道须穿越370m长的高粘性陶瓷土地层,土质特别密实,遇水后粘度极强,碴土很容易粘附在刀盘面和土仓内壁形成“泥饼”,堵塞刀盘进碴口和刀孔,使掘进速度下降,刀盘扭矩和盾构推力增大。刀盘结泥饼还可能造成刀盘系统油温过高而使盾构无法掘进,掘进滚刀则可能因无法转动造成偏磨。另外,由于高粘性陶瓷土容易相互滚揉成团,形成粒径较大的土块堵塞环流输送管路,引起泥水压力不规则波动,影响盾构施工效率和开挖的安全。这些是工程的重难点之一。项目部在施工中不断摸索和实践,总结了一套系统的泥水盾构在高粘性陶瓷土中掘进施工技术措施,有效地减少刀盘泥饼形成和泥水压力波动等问题的发生,确保盾构施工的效率和安全。

2 施工技术措施

2.1 刀盘的改造

1)增大刀盘开口率由于在高粘性地层中,碴土极易粘附刀盘,堵塞刀盘进碴口,因此要求刀盘有较大开口率,而已有泥水盾构刀盘开口率仅25%左右,不能满足碴土排放需要。根据施工经验,适当增大刀盘开口率。具体措施:根据盾构采用的辐条-面板式刀盘的结构特点,割除面板上的部分挡板,将开口率提高到35%以上。

2)增加刀盘防泥饼装置刀盘中心位置开口小,切削碴土的流动性差,因而此处最容易结泥饼。需在刀盘该位置产生泥浆环流,以便及时有效地排出碴料。具体措施:在盾构环流系统采石箱位置引出一条泥浆管,通过大功率碴浆泵将泥浆重新输送回土仓,经过特制的回转中心送浆装置将循环泥浆输送至刀盘中心位置(图1)。

刀盘中心循环泥浆流量应大于3.5m3/min,通过加大对刀盘中心的冲刷和增大土仓内泥浆循环,有效加强刀盘中心碴土流动性,降低高粘性陶瓷土的附着,同时提高排泥输送能力,从而可有效解决泥水平衡式盾构在高粘性陶瓷土地层掘进时的刀盘结泥饼问题。

2.2 刀具的配置

1)合理选用和配置刀具由于陶瓷土层强度低,中心刀具可采用强化型鱼尾刀或中心齿刀,主切削刀具可采用贝壳刀,这样既能保证掘削能力又可增加中心位置的开口率。

2)增大主切削刀具与刀盘面板和辅助切削刀具的高差主切削刀具采用高出刀盘面板170mm的加强型贝壳刀,与辅助切削刀(刮刀)保持约40mm高差,这样可加大开挖面与刀盘面板间空隙,增强碴土流动能力,提高刀盘的切削效率,同时也可减少高粘性陶瓷土因排放不畅堆积在刀盘面板前方,避免受刀盘挤压而形成泥饼。

2.3 泥浆处理设备的调整

高粘性陶瓷土在泥浆处理设备预筛器分离过程中,很容易粘着在预筛的筛板上,随着附着数量的增多,很快就会覆盖整个筛板面,使泥浆无法滤过筛板,而直接从附着的高粘性陶瓷土表面逸出,无法实现筛分处理。为减轻泥浆处理设备预筛器跑浆的现象,需要调整对应匹配的振角和振频。具体措施:拆除预筛器出料端的垫块,将预筛振角提高到25°,同时将振动电机的振频调整到90%,提高预筛器对粘土的分离效率。预筛的筛板可选用25mm×60mm孔径的螺纹不锈钢筋网,以降低碴土在预筛上的粘结。

2.4 掘进操控措施

1)掘进期间应保持循环泵和刀盘防泥饼装置对刀盘不间断的泥浆循环和冲洗。掘进完成后应继续进行泥浆循环,尽量排空刀盘及土仓内的碴土,防止大量泥碴的附着。

2)加大送排泥浆流量,排泥流量应控制在8m3/min以上,确保切削下的碴土及时排出,尽量避免刀盘进土口和土仓内碴土的粘结。

3)掘进速度不宜超过20mm/min,在刀盘扭矩不大的情况下,可适当加快刀盘的转速,减少大块粘土产生的数量。此外,刀盘旋转切削时,要经常进行正反向切换,不要长时间在同一方向旋转。

4)掘进时要密切注意出碴量的变化,当出碴量异常减少时,要及时对土仓和刀盘实施循环清洗。在掘进过程中每掘30cm清洗1次土仓,防止土仓内结泥饼。

5)加大对泥浆处理设备的出土温度和土仓隔板温度的跟踪监测频率,以便及时发现温度异常变化。当温度迅速升高时,则可能开始结泥饼,应及时采取措施。

6)掘进过程中严格控制泥浆的各种性能指标,包括粘度、密度和析水率等。根据以往过粘土层的经验,结合对抽芯土样的实验,该地层最好使用低粘度、低密度、低失水性的泥浆,泥浆指标应控制为密度1.05~1.15g/cm3,粘度18~20s。由于在高粘性陶瓷土层的掘进过程中,泥浆会因碴土的溶解而引起其粘度和比重的快速上升,导致循环泥浆碴土携带能力的严重下降,容易造成环流堵塞,引起环流压力波动,因此在盾构推进过程中要及时进行泥浆指标的监测,必要时每5min监测1次。如果泥浆浓度过高,可采用泥浆处理设备排浆和连续加注清水稀释。

2.5 刀盘结泥饼的处理措施

当发现刀盘扭矩和推力显著增加、掘进速度下降明显和出土温度明显升高时,可确定是刀盘结有泥饼所致,应停止掘进并采取相应的措施,减少或消除泥饼的存在。

1)用泥浆或高压水清洗刀盘。同时高速空转刀盘,借助泥饼自身的离心力使其脱离刀盘表面。

2)使用工业除垢剂或者漂白剂破坏粘土土质性状。通过刀盘注水或清洗系统将工业除垢剂或者漂白剂注入刀盘处,并同时转动刀盘搅拌,可显著瓦解刀盘表面泥饼的结块情况。

3)如刀盘确已结成大面积泥饼,并严重影响盾构掘进,在常规方法无法清除时,在确保地层稳定的前提下,可开仓进行人工清除。

3 应用效果