复杂地质条件下泥水盾构施工技术研究

特殊地段及复杂地质条件盾构施工技术措施 一. 盾 构 下 穿 河 流（续）

1.应对江河地段水文地质条件、河床、河堤状况、水流速度、水深、

淤泥层厚度、岸边建（构）筑物情况及保护要求进行详细调查。必要时

进行补堪，确定河底地质。

2.应对地质勘探孔位进行调查确认，防止河水从勘探孔灌入隧道。

3.盾构应具有土仓加泥或泡沫的功能，螺旋输送机应设有防喷装置。

4.穿越时在土仓和刀盘前注入泡沫、膨润土改善渣土性能，防止涌沙

突水发生。

5.盾构机刀盘处于河岸前一倍覆土厚度时，应逐渐降低土仓压力，到

达河岸下方时，土仓压力应与浅覆土的河流段土压力相等。确保快速通

过危险区域。

6.穿越前，应对盾尾密封系统做全面检查和处理。使用优质盾尾油脂，

掘进中不断地对盾尾密封注入油脂，保证每环30kg以上。防止泥水和浆

液进入盾体。

7.严格控制盾构操作，控制好盾构的各项参数，调整好盾构推进油缸

的压力差及各组推进油缸的行程，避免盾构上浮。注浆材料加入早强剂，

块速达到强度。

8.注浆压力在理论上减小0.05—0.1MPa，避免形成劈裂注浆，造成河

水倒灌。必要时，可每１０环压注一次环箍（双液浆、水泥浆），防止窜

浆，增强盾尾防水能力。注浆时应注意管片变形及隧道上浮。保证出渣

量与掘进速度一致，避免“冒顶”。

9.掘进时保持土压平衡，停止掘进时保持土仓压力为正常值的1.1— 1.2倍。

二．穿 越 风 险 源 施 工

盾构穿越铁路、桥梁、建(构)筑物、大型管线、河流、胡泊、主干道

路、不良地质地段（简称穿越施工）：

1. 盾构机组装时，禁止使用劣质盾尾刷；使用优质盾尾油脂，防止

盾尾漏浆。

2. 加强盾构机检修、保养工作，保持盾构均速、快速施工，避免非

正常停机。

3.确保盾构机姿态，减少姿态调整引起的土层扰动，必须纠偏时每环

纠偏量控制在4mm以内。

4.必须对同步浆液的稠度进行现场测试，浆液水泥含量不得低于

120kg/m3,稠度不得大于11，浆液初凝时间不得大于6小时。

粉质粘土中泥水盾构掘进施工技术探讨

摘要：以杭州庆春路过江隧道施工为例，介绍泥水盾构机在粉质粘土层中掘进易出现的粘附刀盘、堵管和堵泵等现象，分析了产生的原因并提出了盾构施工中的处理措施，减少盾构在长距离粉质粘土中施工产生风险，确保安全、高效、顺利完成盾构施工。

关键词：粉质粘土 盾构 掘进 处理措施 掘进参数

0 引言

庆春路过江隧道工程起点自杭州市江干区庆春东路一新塘路交叉口，终点接萧山侧市心路。东线盾构隧道长为1765.72m，西线盾构隧道长1766.92m，而钱塘江底段约1241m。盾构隧道采用两台Φ11.68m的泥水平衡盾构机掘进，盾构在穿越钱塘江时隧道最小覆土14.1m，覆土厚度大于1D，最大覆土厚度24m。

1 隧道穿越地层评价和比例

根据详勘报告及设计文件，②、③层为粉土，透水性好，主要为潜水含水层，有明显的触变性和流动性，在水动力条件下易产生管涌、流砂。④、⑤、⑥层为粘性土层，其中④为软性粉质粘土，高压缩性、低承载力、高灵敏性、高触变性特点，工程性质较差。⑤、⑥层为硬性粉质粘土，当地以其硬度称之为“老粘土”，掘进易粘附刀盘、堵管；⑦层为砂性土，⑧圆砾卵石层为碎石层，该组合属承压水层，水压高，水量充沛，有明显的漏浆和塌孔现象，掘进中易引起涌水坍塌。

盾构隧道穿越地层统计见表1。

⑤-1粉质粘土、⑤-2粉质粘土俗称“硬土层”，硬可塑，盾构在掘进中该两层占穿越地层的78.7%左右。因此在该地层的掘进中应编制好切实可行的施工技术方案，保障安全、高效、顺利地通过。

2 粉质粘土层中掘进施工技术

2.1 粉质粘土

粘性土层是粉质粘土矿物经相互间电化学结合而形成的，近似变质了的琼胶块状体，所以由泥水比重和加压带来的力就容易形成对开挖面的稳定，不论粘性土层的软弱状态如何，都适合于用泥水加压盾构工法施工的地层。

2.2 盾构施工技术难点

在这类地层中进行盾构施工，有若干技术问题必须得以很好地解决，才能保障盾构施工安全、高效、顺利地完成，其中最主要的问题是：

复杂工况下泥水平衡式混凝土顶管施工工法

复杂工况下泥水平衡式混凝土顶管施工工法

一、前言泥水平衡式混凝土顶管是一种用于进行地下管道施工的先进技术。在复杂地质和环境条件下，它被广泛应用于隧道、地铁、水利工程和城市基础设施建设等领域。本文将详细介绍复杂工况下泥水平衡式混凝土顶管施工工法。

二、工法特点泥水平衡式混凝土顶管施工工法具有以下几个显著特点：1. 适应性强：可以适应不同地质条件下的施工，包括软土、沟谷、高地下水位等复杂工况。2. 施工效率高：采用机械化施工，操作简便，施工速度快，大大提高了施工效率。3. 施工质量高：采用平衡推进、注浆支护等技术手段，保证施工过程的平稳和顶管的质量。4. 环境影响小：施工过程中，采用泥浆控制固结，对周围环境的影响较小。5. 施工安全性好：在施工过程中，通过科学合理的安全措施，确保工人的安全和施工的顺利进行。

三、适应范围泥水平衡式混凝土顶管施工工法适用于以下范围：1. 隧道和地铁：适用于城市地铁和交通隧道的施工，包括隧道的推进和管道的铺设。2. 水利工程：适用于河道防洪、输水隧洞、水库渗流防治等水利工程的施工。3. 城市基础设施建设：适用于城市下水道、燃气管道、电力通讯等基础设施的施工。 四、工艺原理泥水平衡式混凝土顶管施工工法的实际应用基于以下工艺原理：1. 施工工法与实际工程之间的联系：根据实际工程的地质条件和结构要求，选择合适的施工工法和技术手段。2. 采取的技术措施：通过平衡推进、注浆支护、刀盘掘进等技术措施，保证施工的顺利进行和顶管的稳定。

五、施工工艺对于复杂工况下泥水平衡式混凝土顶管施工工法，具体的施工工艺包括以下几个阶段：1. 前期准备：包括现场勘察、方案设计、机具设备调试等准备工作。2. 地下洞室准备：挖掘出足够的地下洞室，准备进行施工。3. 机具设备安装：将机械设备安装到施工现场，确保机具设备的正常运行。4. 泥浆工艺：控制泥浆的物理和化学参数，保持泥浆的稳定性和流动性。5. 平衡推进：采用液压系统推进顶管的施工方式，实现顶管的推进和固定。6. 混凝土灌注：在推进完成后，通过向顶管内注入混凝土，形成顶管结构。7. 撤管：在混凝土凝固完全后，进行顶管的撤出和回收。

２０１０年第１７期　。建筑与工程。　科技信息　泥水盾构在几种特殊地段中的施工技术　阳东升　（广东华隧建设股份有限公司　广东　广州　５１０６２０）　【摘要】在施工过程中，本人结合实际，分析和探讨泥水盾构在几种特殊地段中施工的技术要点和措施，形成一篇盾构施工技术总结，以　便对今后盾构施工进行借鉴和参考。　【关键词】盾构施工；软弱地层；复合地层；泥饼；急转弯曲线　盾构施工是以盾构机盾壳为临时支撑，对土体进行开挖，同时用　钢筋混凝土管片对围岩进行村砌的一种机械化隧道施工方法．这种掘　进技术已经广泛应用于城市地铁隧道、市政管线隧道等工程．本人结　合几年的施工管理，对泥水盾构施工中的几种特殊地段施工技术进行　分析和总结。　地层段，必须降低泥浆比重，只要稳定性能保证，泥浆比重可降到１．１　以下。低比重泥浆能更好地与粘性土渣混合，提高排泥效率，降低泥饼　形成地可能性。　２．６根据掘进参数提早判断换刀的必要性，采用超前注浆系统加固　地层和人闸气压作业相结合的方式进行安全、快速换刀。　１　软弱地层中施工　３易产生泥饼地层中施工　广佛地铁某盾构区问的大部分地层为＜２—２＞海陆交互相淤泥质砂　层及粉细砂层、＜３—１＞＜３—２＞冲积～洪积砂层、＜４一ｌ＞冲积～洪积粉质粘　土层，局部为＜２一ｌａ＞＜２一ｌｂ＞海陆交互相淤泥、淤泥质土层，＜２—２＞＜２—　３＞海陆交相砂层，＜４—２＞河湖相淤泥质土层。这些软弱地层自稳性差，　地层中富水性较强。只有充分发挥泥水盾构的作用，才能保证安全、快　速掘进。主要技术措施如下：　１．１切削方式以贝壳刀为主，确保密封仓内压力平衡，设定切口压力　大于自然水土压力２０ｋＰａ以上，采取一切可能的措施使切口压力的波　动不超过３％。严格控制排泥干沙量。保证切削面稳定和地表沉降在允　许范围内。严格控制盾构姿态，防止盾构磕头现象。在盾构施工过程　中，加强对地面和隧道的监测，坚持信息反馈法施工，通过信息反馈优　化掘进参数。即时掌控地层沉降发展的趋势并及时采取有效措施。　１．２选定双液注浆材料，控制初凝时间在１５秒以内，加强注浆管理，　掘进时同时进行盾尾同步背填注浆和管片补充注浆，保证注浆充盈系　数大于１．８０。　１－３采用优质泥浆掘进，比重控制在１．２０～１．２５，粘度大于２５秒。保证　泥浆具备良好的泥模形成能力。　２复合地层中施工　广州地铁某盾构标段中，有多个复合地层段，主要是由于＜６＞＜　７＞＜８＞＜９＞岩层侵入隧道底部，形成上软下硬地层。另一段全断面为＜　６＞＜７＞全风化～强风化岩层。这些区段内地层情况相对较硬，盾构施工　中存在刀具磨损大、有需要换刀的可能、岩块较难带出土仓、容易堵塞　环流系统、刀盘和土仓内易形成泥饼、纠偏难度大、盾构机易旋转等问　题。在此类地层中掘进采取的主要技术措施如下：　２．１　刀具配置首选为贝壳刀＋周边滚刀，刀盘中心的加强型先行刀、　贝壳刀和周边单刃滚刀刀圈的材质为特制材料，以增加刀具的耐磨　性，减少换刀次数和频率，提高施工进度。根据土层的具体情况选定合　理的掘进参数。更严格地控制盾构机姿态，做到勤测勤究，降低纠偏的　难度。　２．２在环流输送系统中安装破碎机，避免大的岩块堵管卡泵而使切　口水压突然升高和排泥管内产生水锤现象时导致爆管及冲垫等现象。　２．３盾构在上软下硬、软硬夹层等复合地层施工时，推进千斤顶的受　力不均匀，盾构的方向控制较为困难．容易偏位。地质情况变化较大也　容易引起切口水压的不稳定，给盾构操作带来一定的难度。对付该地　层必须加强测量监控，必要时启用盾构机的仿形刀进行辅助施工，使　盾构能够较容易地实现对掘进方向的控制。　２．４开挖掌子面推进的支反力，是由管片提供的，刀盘切削土体的扭　矩主要由盾构壳体与洞壁之间形成的摩擦力矩来平衡，当盾构在硬岩　地层中推进时，盾构壳体与洞壁之间只有部分产生摩擦力提供摩擦力　矩，当上述的摩擦力矩不能平衡刀盘切削土体的扭矩时会引起盾构本　体的滚动，过大的滚动会影响盾构的拼装。也会引起隧道轴线的偏斜。　掘进时加大刀盘的正反转频率，保持盾构机的稳定，减小盾构机的振　动和防止盾构机产生超限扭转，使管片的受力稳定，确保隧道的成形　质量，防止盾构机的变形。　２．５在全断面硬岩段，采用粘性大的泥浆，适当加大泥浆比重，增加　泥浆流量，可使硬岩块更好的悬浮在泥水中带出。在以粘性土为主的　３１２　盾构在高粘性土或泥质岩等地层中掘进时可能会在刀盘尤其是　中心区部位及土仓隔板前刀盘支撑之间产生泥饼，当产生泥饼后，掘　进速度急剧下降，刀盘扭矩也会上升，同时造成刀盘油温过高而使盾　构无法掘进。大大降低开挖效率。施工中采取的主要技术措施如下：　３．１　在有泥饼形成条件的地层。盾构操控人员要严格监测盾构机的　各种参数．合理的控制掘进速度，及时用低比重优质泥浆置换土仓内　粘土。防止粘土在土仓内堆积，保证刀盘开口处通畅。　３．２对泥浆处理设备的出土温度进行跟踪监测，对土仓隔板的温度　也进行人工随时探测。及时发现异常苗头。　・　３．３按规定的时间间隔注入高压水清洗刃盘和土仓，而且在高压水　中加入分散剂（如工业用洗涤材料），可大大降低泥饼的形成或化解初　步形成的泥饼。　３．４加大对设备的维修保养力度，比如对刀盘轴承润滑系统酌及时　检查，可以对盾构施工起到积极作用。　４急转弯段中施工　本人已施工过不同地层中的急转弯段，最小转弯半径为２５０ｍ，从　施工结果来看都取得了比较好的效果，在急转弯段施工过程中主要采　取以下措施：　４．１　加强盾构机及管片姿态的测量，采用自动导向定位系统结合人　工测量快捷准确地确定盾构机的姿态及偏离设计轴线的数值。　４．２启用超挖刀及铰接装置，并根据转弯半径的大小适当调整其开　度。　４．３在软土地层中急转弯掘进．掘进过程的扰动会显著降低外围土　体的强度，加之土体的蠕变特性，管片在长时间承受千斤顶压力的情　况下．很可能向外侧整体移动。当盾构机的推力越大时管片侧向位移　也越大。故为了减小在急转弯地段施工引起的管片整体移位所带来的　隧道变形，掘进过程中必须减小盾构推力，在＜３一ｌ＞＜３—２＞砂层或更软　弱的＜２—１＞＜２—２＞淤泥层推力宜控制在８００Ｔ以下，而在＜７＞＜８＞号地层　推力可控制在２０００Ｔ以下。在急转弯施工过程中尽量控制好盾构姿　态。为预防管片可能的外侧位移，掘进时施工轴线控制在设计轴线内　侧２ｅｍ范围内。　４．４在风化岩层中急转弯掘进，足够的、快凝的双液同步注浆也是必　不可少的，它能尽早地固定管片，改善管片的受力状态，防止管片错台　破损．补充注浆应以外侧面为重点的管片补充注浆。　４．５在急转弯地段施工时加大人工监测频率，在盾构机过后对隧道　管片姿态随时跟踪监测，把信息及时反映给盾构操作人员，以便根据　变形程度调整掘进参数。　【参考文献】　［１］周文波，编著盾构法隧道施工技术及应用，２００４，１１．　［２］项兆池，楼如岳等编著．最新泥水盾构技术，２００１，１２．　［３］［日】土木学会．隧道标准规范（盾构篇）及解说．　［４］竺维彬，鞠世健，等，编著．复合地层中的盾构施工技术，２００６￣５　［责任编辑：常鹏飞］