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富水砂层土压平衡盾构施工技术浅析【摘要】在富水砂层中采用土压平衡盾构掘进施工，具有较大的风险和难点，本文结合哈尔滨地铁工程土压平衡盾构施工的成功实例，从盾构机设备的性能配置、施工工艺参数（掘进参数）、辅助措施（碴土改良）等方面，分析、介绍了富水砂层中土压平衡盾构掘进施工的关键技术。
【关键词】土压平衡盾构机，富水砂层，掘进参数，碴土改良，沉降Abstract: Watery sand, earth pressure balance shield tunneling construction, with greater risk and difficulty of this paper, the successful examples of Harbin subway project earth pressure balance shield construction, from the performance of the shield machine equipment configuration construction of process parameters (tunneling parameters), auxiliary measures (ballast soil improvement), analysis, and introduces the key technologies of the water-rich sand earth Pressure Balance Shield tunneling.Key words: earth pressure balance shield machine, water-rich sand, tunneling parameters, the ballasted soil improvement, settlement引言土压平衡盾构对全断面富水砂层的适应性是一个较复杂的综合技术问题，掘进施工中面临着如何保证高灵敏性土体稳定的难点以及隧道喷涌、地层沉降大等风险。
1引言盾构机的性能及其与地质条件、工程条件的适应性是盾构隧道施工成败的关键，所以采用盾构法施工就必须选择最佳的盾构施工方法和选择最适宜的盾构机。
对于富含地下水的砂层，考虑到地下水的含量及水压，以及土的塑性流动性及透水性等问题，一般宜选用泥水盾构。
但由于广州地区工程地质的复杂性，对于同一个盾构标段，可能出现某些部分适合选用土压平衡盾构，而其他部分又适合采用泥水盾构，但作为同一个施工标段，不可能中途更换盾构机，因此，只好选择一种类型的盾构机，这就需要综合考虑并分析不同选择的风险，最终择优选取。
另外，城市地铁施工，由于施工场地的限制，导致泥水盾构的应用越来越少。
土压平衡盾构穿越砂层，风险较大，但若施工措施得当，土压平衡盾构穿越砂层亦会取得成功，如广州市轨道交通三号线珠江新城站～客村站区间穿越约300m的砂层地段。
2盾构穿越富水砂层的风险2.1易形成喷涌，导致地面塌方、建（构）筑物开裂损坏由于富水砂层含水量丰富，渗透性好，且受扰动后易液化，因此土压平衡盾构在富水砂层中掘进很容易出现喷涌现象，一方面，需用大量时间进行盾尾清理，严重影响盾构施工进度，另外，大量泥砂喷出或砂遇水液化，均易引起地层沉降，从而最终导致地面建（构）筑物沉降变形，甚至损坏。
2.2地面沉降难以控制，易造成地面塌方、建（构）筑物开裂损坏一旦发生喷涌现象，地面沉降肯定会很大，即使没有发生喷涌，控制地面沉降还是非常困难，主要原因是：1）砂层自身自稳性差，而刀盘开挖直径比盾体外径一般至少大200mm，从刀盘开挖到注浆填充这需要一段较长时间，这期间不可避免产生砂层沉降；2）掘进过程中，不可避免要造成砂层失水，且一定会对砂层产生扰动，这都会导致砂层产生沉降。
若沉降控制不好，极易造成地面塌方、建（构）筑物损坏。
3喷涌形成条件及防治方法3.1喷涌形成条件造成喷涌的原因多种多样，但无论何种原因，喷涌的发生都必须同时具备以下条件：1）具有足够高水头压力的充足水源。
土压平衡盾构施工技术一、盾构施工法概述1.盾构施工程序。
盾构施工法与矿山法相比具有的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等主要作业都在盾构保护下进行，因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。
其主要施工程序为：建造盾构工作井；盾构机安装就位；出洞口土体加固处理；初推段盾构掘进施工；隧道正常连续掘进施工；盾构接收井洞口的土体加固处理；盾构进入接收井解体吊出。
2.盾构施工优点。
盾构施工与矿山法施工具有以下优点：地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小；自动化程度高、劳动强度低、施工速度快；因隧道衬砌属工厂预制，质量有保证；穿越地面建筑群和地下管线密集的区域时，周围可不受施工影响；穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候影响；对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全；在费用和技术难度上不受覆土深度影响。
二、盾构推进隧道施工1. 掘进原理。
盾构在粉质粘土、粉质砂土和砂质粉土等粘性土层中掘进施工时，由刀盘旋转切削下来的土体进入密封土仓后，可对开挖面地层形成被动土压力，与开挖面上的主动土压力相抗衡。
使开挖面的土层处于稳定状态。
当盾构推进时，启动螺旋输送器排土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面地层始终处于稳定。
排土量一般通过调节螺旋输送器转速和出土口装置予以控制。
当地层含砂量超过某一限度时，因土的摩阻力大、渗透系数高、地下水丰富等原因，泥土塑流性将明显变差，密封仓内的土体可因固结作用而被压密，导致渣土难于排出，甚至形成泥饼而无法推进，而且单靠切削土提供的被动土压力，常不足以抵抗开挖面的水土压力。
出现这种状况时，可向密封仓内注入水、泡沫、膨润土等，同时进行搅拌，以期适当改善仓内土体的塑流性，顺利排土。
2.轴线控制。
盾构轴线的控制是盾构推进施工的一项关键技术，怎样控制盾构能在已定空间轴线的允许偏差范围内是必须掌握的技术，在实际施工中盾构推进轴线控制不可能是理想的状况，轴线控制不佳状况除地质不均匀引起的正面阻力不均匀及隧道的平面和竖曲线要求外，往往是产生于人为因素，这是指施工不精心及对轴线控制操作技术水平不够两个原因，而后者占多数。
土压平衡盾构穿越高压极富水砂岩地层的施工重点及措施摘要：土压平衡盾构通过富水地层的施工，通常都会遇到掘进困难，注浆效果不理想，排污量大难处理，作业人员积极性下降等等问题，非常影响工程进度、质量及安全文明施工，许多项目都吃过大亏。
以广州地铁六号线越秀南站~东湖吊出井隧道区间工程为例，工程近邻珠江水域，地层裂隙发育，地下水极其丰富，每小时流入土仓水量高达40方，地下水静水压力高达0.28Mpa。
特别在这种高压，极富水的地层中，如何在保证质量和安全文明施工的前提下快速通过，总结了一些工程经验。
关键词：盾构掘进;高压;极富水地层;施工重点;措施Abstract: soil pressure balance shield through the rich water layer of the construction, usually meet tunneling difficulties, grouting effect is not ideal, to great waste treatment, homework personnel enthusiasm down and so on, very influence project schedule, quality and safety civilized construction, many projects are suffered. In guangzhou metro line 6 yuexiu south station to east lake hoisted out well interval tunnel project for example, engineering neighbor pearl river waters, stratigraphic crack development, groundwater extremely rich, every hour of water into the soil bin as high as 40 square, groundwater calm water pressure as high as 0.28 Mpa. Especially in the high pressure, extremely rich water in the stratum, and how to ensure the quality and safety civilized construction under the prerequisite of the fast through the, summarizes some engineering experience.Keywords: shield tunneling; High pressure; Extremely rich water formation; Key construction; measures1 工程概况广州地铁六号线越秀南站~东湖吊出井区间，此区间两隧道长度：左线506米，右线487米，全区间隧道坡度为4‰，盾构下坡掘进，通过两段小半径急曲线隧道R=250米右转弯，R=280米左转弯。
成果I F ruits and A p p lic a tio n与应用土压平衡盾构在富水复合地层中的带压开仓技术杨波(中铁十八局华东区域指挥部，福建福州350013)摘要：在盾构掘进期间，当刀具严重磨损、刀盘土仓泥饼聚结导致掘进困难并且现场客观条件限制严格时，需要带压开仓更换刀具、清理泥饼。
带压开仓需要根据现场地质条件采取相应的辅助措施，当土压平衡盾构 在上部为富水砂砾、下部为泥岩条件下进行带压开仓时，由于砂层透水、透气性较强，只做泥膜护壁，可能存在 较大风险，还需要在地面采取辅助加固措施以确保施工安全。
以南昌地铁盾构施工为例，就富水复合地层带压开仓中地面及洞内加固措施、设备保障、掌子面泥膜施作、带压开仓实施及风险控制等相关技术进行了阐述，有利于保证施工安全。
关键词：盾构；富水；复合地层；带压开仓DOI：10. 13219/j. gjgyat. 2017. 04. 015中图分类号：U445. 39 文献标识码：B文章编号=1672-3953(2017)04-0056-05土压平衡盾构（以下简称“盾构”)在富水砂砾地 层掘进中，由于石英含量高，容易导致刀盘刀具严重 磨损、盾构掘进困难的问题；另外，当盾构在泥岩中 掘进，因粘性颗粒多，也容易产生刀盘土仓泥饼聚 结、盾构掘进困难的现象，严重时甚至可能造成施工 事故。
处理盾构泥饼聚结掘进困难的问题，通常需 要采取带压开仓检查、更换刀具、清除泥饼的措施。
带压开仓需要综合考虑地面环境、地下水文地质条 件等诸多因素的影响，而在富水复合地层中开仓则 更容易产生较大的施工安全风险。
为确保施工安 全，需要根据实际情况采取相应的辅助加固措施，以达到更换刀具和清除泥饼的目的。
文献[1]对南昌 地铁1号线某标段富水砂砾地层的盾构带压开仓进 行了探讨，提出了泥膜护壁在富水砂砾地层中带压 开仓的重要性；文献[2]以深圳地铁11号线某标段 盾构带压开仓为例，在地面狭小空间范围内采取克 泥效浆液保护盾体、脱出盾尾，采用W SS工法注浆 技术进行地面加固，保护盾尾管片，取得了良好的施 工效果;文献[3]以北京地铁9号线03标工程为例，提出主动换刀的理论，有效减小了因刀具磨损严重 带来的必须停机换刀但又受到地面环境限制的风 险，取得了良好的经济社会效益。
富水砂卵石地层土压平衡盾构带压换刀技术一、背景介绍随着城市化进程的加速，地下交通建设也在不断发展。
盾构技术作为地下隧道建设的重要手段，已经得到了广泛应用。
而富水砂卵石地层是盾构施工中的一种典型地质条件，其特点是土体粒径大小分布范围大、孔隙率高、土体强度差等。
因此，在富水砂卵石地层中进行盾构施工需要采用一些特殊的技术手段，以确保施工质量和安全性。
二、富水砂卵石地层特点1. 粒径大小分布范围大：富水砂卵石地层中粒径大小分布范围大，从几微米到几厘米都有可能出现。
2. 孔隙率高：由于粒径大小分布范围大，导致孔隙率高。
3. 土体强度差：由于土体中含有较多的颗粒和空隙，导致土体整体强度较差。
三、盾构带压换刀技术原理1. 带压换刀概述：带压换刀是指在盾构施工过程中，不停机、不减压的情况下，更换盾构机前端刀具的一种技术。
2. 带压换刀原理：在富水砂卵石地层中进行盾构施工时，土体的颗粒和空隙会对盾构机前端刀具造成较大的磨损。
为了保证施工效率和质量，需要定期更换盾构机前端刀具。
带压换刀技术通过采用专门设计的装置，在不停机、不减压的情况下将旧刀具拆除并安装新刀具，从而实现更换盾构机前端刀具的目的。
四、富水砂卵石地层土压平衡盾构技术1. 土压平衡盾构概述：土压平衡盾构是指在进行地下隧道建设时，采用与周围土体相等或接近相等的土体支撑力来平衡隧道内外土体之间产生的差异性应力状态，并实现隧道掘进和支护一体化施工的一种技术。
2. 土压平衡盾构在富水砂卵石地层中的应用：由于富水砂卵石地层中土体强度差、孔隙率高等特点，采用土压平衡盾构技术可以较好地控制隧道内外土体之间的应力状态，减少土体塌方和沉降等问题的发生。
五、富水砂卵石地层带压换刀技术的操作步骤1. 准备工作：在进行带压换刀前，需要对盾构机进行检查和维护，确保设备处于正常工作状态。
2. 安装换刀装置：在盾构机前端安装专门设计的带压换刀装置。
3. 拆除旧刀具：通过带压换刀装置将旧刀具拆除，并将其送至后方进行更换。
土压平衡盾构在富水砂层中施工控制重点及技术措施[摘要]介绍南京地铁一号线地铁玄武门站~南京站区间采用土压平衡盾构在富水砂压中开挖隧道积累下的成功经验。
[关键词]地铁隧道；土压平衡盾构；始发；进站；技术措施在富水砂层中进行地下工程施工，一直倍受广大工程建设者关注和探讨，特别是上海地铁四号线<浦东南路~南浦大桥区间）地铁施工中隧道内发生涌砂事故后，引起了建筑工程界巨大的震动。
南京地铁玄武门站~许府巷站~南京站区间盾构隧道工程，盾构要在全断面的砂层中两次始发，一次进站，并要穿过约二十幢旧多层居民楼，在周密的技术方案和精心施工安排，使得工程安全、优质完成。
1 地质条件及砂层主要物理参数该标段属古河道漫滩地貌,基岩埋藏较深,均大于25m。
软弱土层较厚，主要为低塑性淤泥粘土、粉质粘土及中到稍密的粉细砂。
隧道所通过的粉细砂地层为良好的富水和透水地层<②-2d2-3-3cm/s105，地粉砂夹细砂和②-3d2粉细砂的物理力学参数表一），其饱含地下水，渗透系数达×层遇水极容易液化，使得地层变得更加不稳定，容易引发坍塌，施工中极易产生涌水、涌砂及开挖面失稳现象。
另外隧道上方覆土层次多，分布不匀及土质差异大，使地质情况变得错综复杂。
2盾构机设计在富水砂层中要考虑的关键因素服务于本工程的盾构设备是引进德国海瑞克公司的，但该盾构机设计时结合了我国盾构施工经验和很多专家的意见，在海瑞克公司原设计基础提出了很多技术措施改良。
由于盾构机的密封系统和盾构机刀盘设计将是在富水砂层中施工成败的关键，在此作详尽的介绍。
2.1盾构密封系统的设计1 / 6深的地层中施工，该范围的土层中含有丰富的地下水，盾构必须M至十几盾构要在地下几M设计有良好的密封系统，方能满足在地下施工的要求。
在盾构设备设计中，应考虑盾尾密封系统和铰接密封系统的防水性能，这两个部位的防水，是保证盾构施工安全和保证地面建筑物和管线安全的重要保障。
一、盾尾密封系统：盾构机的盾尾设计了三排弹性较好的钢丝刷用来防水，钢个8丝刷中之间间距30cm，为减少钢丝刷磨损和增加密封功能，在整个圆周盾尾钢丝刷间设置了油脂孔，盾构前进中自动或手动向钢丝刷中注入密封油脂，填充钢丝刷之间的空隙，防止泥水进入管片安装工作面。
富水复合地层盾构施工关键技术探讨摘要：主要研究富水复合地层盾构施工关键技术，分析了富水复合地层盾构施工中存在的常见问题，并对小半径掘进、腹水破碎带掘进等富水复合地层盾构施工关键技术进行了讨论。
关键词：富水复合地层；盾构；施工盾构施工是地铁隧道施工的常见方法，盾构机是一种依托工程地质、水文地质以及地面、地下构筑物情况定制的地下隧道施工设备，富水复合地层地形地貌起伏多变，地层岩性比较复杂，给盾构机的掘进施工带来了很大阻碍，研究富水复合地层盾构机施工技术，对保证该类地质条件隧道施工质量有着重要意义。
一、富水复合地层盾构机施工常见问题现阶段，富水复合地层盾构机施工中常见的问题主要有掘进困难、超挖塌陷和掘进不稳定等。
（一）掘进困难富水复合地层盾构施工日掘进量不超过2m，排除卵石粒径超过500mm，刀盘贯入度和盾构掘进速度不高，但是出土方量很大，掘进过程中出现了刀盘卡死、正反转困难和刀盘后退情况。
出现这种问题时，可以开仓处理，检查、清理刀盘内渣土，并在土仓内加压填充土膨润土浆液，恢复刀盘的正常运转。
富水复合地层中，大粒径卵石容易自行剥落，尤其是弱胶结高渗透性地层，刀盘旋转切割作用会带动刀盘转动，因此可以进一步增加盾构机工作扭矩，增加掘进速度的同时方便推出大粒径卵石。
（二）超挖塌腔盾构掘进过程中，富水复合地层单环超挖量均超过10m3，随着掘进的不断深入，超挖量将继续增加，会导致盾构掘削面后方地面累计沉降超限，导致施工无法继续。
最大沉降位置钻探可发现竖向空腔，需灌注砼处理，继续掘进，超挖土方量进一步增加，掘进会导致明显的地表振动。
富水复合地层颗粒之间点对点传力，掘进面底层内大粒径颗粒不能有效排出，会导致掘削面局部区域支护压力下降，从而导致超挖，大粒径卵石卡住螺旋输送机会导致排土困难，需要加大螺旋机转速功率，从而导致出土过量。
（三）掘进不稳定富水复合地层卵石土胶结程度不高，颗粒不均匀，有较多大卵石，而丰富的地下水会降低土仓渣土塑流性，无法满足土压平衡盾构施工的基本要求，施工中容易出现难以建立掘削面平衡土压、超挖、地表沉降失控、机械故障、刀具磨损过快等问题。
环球市场施工技术/-173-富水软土地层土压平衡盾构机始发关键技术控制要点谭仕波中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司摘要：近年来，随着盾构技术的不断发展和提高，盾构法施工已被广泛地应用于全国各大城市地铁施工中。
盾构始发是盾构施工的关键工序之一，其主要内容包括：始发端头加固、凿除洞门围护结构、拼装负环管片、盾构贯入作业面建立土压、试掘进、洞门封堵等步序，每道步序都伴随着一定的施工风险，其中始发端头地层加固尤为重要，是决定盾构顺利始发的关键。
关键词：盾构始发；端头加固；凿除洞门；洞门封堵1 引言盾构始发做为盾构施工的首道工序，也是最为关键的一道工序。
因盾构始发洞门外土体多为含水丰富的软土层，水量大，水压高，若加固措施不当或未达到预期加固效果，破除洞口围护结构时极易导致洞口土体失稳、地下水涌入，造成地面塌陷。
本文结合天津地铁某区间盾构施工，对富水软土地质下盾构始发技术进行多方面的分析和探讨。
2 工程概况天津地铁6号线某区间盾构始发端车站为地下二层三跨岛式车站，主体结构总长204.7m，盾构井段宽24.7m，基坑深18.21m，站中心顶板覆土为3m。
区间隧道盾构始发段100m 地层由上至下为：①1杂填土、④1粉质粘土、⑥1粉质粘土、⑥3粉土、⑥4粉质粘土、⑦粉质粘土、⑧1粉质粘土层、⑨21粉砂层，隧道断面内主要土层为⑥1粉质粘土、⑥3粉土、⑥4粉质粘土、⑦粉质粘土、⑧1粉质粘土层。
始发段下卧层主要为⑧2粉土层，处于第一层承压水层中，微透水层，渗透系数为0.005m/d，层厚约3.5m。
3 关键技术及控制要点3.1 始发端头土体加固结合设计方案和地质勘察报告，区间盾构始发井端头加固采用φ850@600三轴水泥土搅拌桩，加固区与围护结构之间采用双排φ800@500高压旋喷桩补强并包角。
因始发段盾构下卧层⑧2粉土层处于第一承压水层，故高压旋喷桩加固应伸入该含水层以下相对隔水层中，施工时按地质勘察报告相应加深桩长。
