下载文档原格式
深圳地铁土压平衡盾构机穿越全断面硬岩施工技术摘要：本文以深圳地铁14号线六中区间硬岩盾构段为背景，分析了盾构穿越全断面微风化硬岩地层中遇到的难题，介绍了地层的高硬度对盾构施工造成的刀具螺栓松动、断裂和刀具偏磨以及出渣困难等不良影响。
针对施工中遇到的问题，采取控制掘进参数、优化刀具配置、加强刀具管理、做好渣土改良等措施，顺利的穿越了该盾构段地层。
1.前言随着我国城市规划不断扩大，地铁施工项目逐渐增多，盾构机因自动化程度高、安全环保等优点，得到越来越多的应用。
但因地质的复杂性往往给施工造成不良影响，需要地铁建设者们结合地质特点，不断优化施工参数及控制措施，保证施工安全。
1.工程概况：深圳地铁14号线土建三工区共包括三站三区间，线路总长约9.7km，区间共投入8台直径6980mm复合式土压平衡盾构机施工。
其中六约北站~中间风井区间长约1946.5m线路间距10.2-15.2m，线路埋深10.4~57.4m，区间最小转弯半径750m，最小纵坡5‰，最大纵坡度为28‰。
地层从上至下依次为素填土、全风化角岩、强风化角岩、中风化角岩、微风化角岩，洞身范围内主要以全断面中微风化角岩（变质岩）为主，其中单线中微风化角岩地层长1100m（微风化约330m），占区间总长的56.5%，区间微风化角岩单轴抗压强度最高211MPa，石英含量55%-65%，主要地质特点为岩石强度高、完整性好、石英含量高。
图1区间地质图1.主要的施工重难点及风险分析盾构区间穿越的微风化角岩约220环，岩石强度在150MPa左右，通过取芯检测，局部最高>200Mpa。
盾构机在微风化全断面硬岩地段中掘进，滚刀随刀盘的转动及自身的旋转而在开挖面上在沿固定轨迹进行破岩施工作业，由于硬岩整体较硬不能进行剪切破岩，只能进行挤压破岩。
刀盘扭矩控制不合理极易发生刀具瞬间超出极限承载造成偏磨、崩刃、轴承损坏等的情况。
3.1滚刀固定螺栓松动或断裂六中区间在全断面段硬岩段施工局部最高211Mpa，盾构机平均速度为3-5mm/min，掘进完成1环时间为5~7h左右，滚刀以小贯入度在切割岩石，刀具螺栓长时间受震动易出现松动、掉落、断裂的现象，进而导致刀具出现后退、偏磨，甚至是掉落。
地铁盾构中隧道下穿建筑物的施工技术摘要：随着城市化进程的推进，地铁将是人们出行不可或缺的工具，在市区进行盾构隧道掘进施工，不可避免的要穿越既有建筑物，如何在不影响现有建筑物正常使用的情况下顺利的进行施工是不可回避的问题，如何控制地面变形沉降也将是控制建筑物变形的关键技术。
文中结合某地铁工程盾构下穿某区为例，通过数值模拟和试验重点研究地铁盾构隧道穿越某区可能导致的各类风险源和可能引起的地面沉降，对盾构隧道穿越建筑物的风险和地面沉降变形控制技术进行分析，将地面变形控制在允许范围内以保证建筑物的正常使用。
同时总结本次施工经验，希望对相同施工方法的盾构隧道起到一定的借鉴作用。
关键词：地铁盾构隧道；下穿隧道；沉降近年来，随着我国城市化进程的加快，我国的大中城市越来越多，各城市都在竭力打造立体的现代化交通体系，城区范围内地铁隧道成为重要的选择并呈蓬勃发展之势。
然而，城区范围内地下各类管网密布、地面沿线商业发达，多为建筑物密集的繁华地区，人流量大、交通繁忙，区间隧道施工环境十分复杂，常常面临近距离穿越既有隧道和管线、铁路站线、建筑物基础和桥墩基础等不利情况。
经过长期的工程实践和研究探索，我国在使用盾构法施工地铁隧道方面已经积累了相当丰富的经验，有较为完备的盾构隧道施工理论。
本次盾构施工下穿某区，区内多为老旧砖混房屋，盾构施工将会对区内建筑物产生较大的影响，如何能在确保建筑物正常使用的情况下保证盾构施工的顺利进行将是本文研究的关键问题。
1、工程概况某地铁工程某区间左线总长1，073.934m，右线总长 1，084.8m，区间从北向南敷设，下穿某小区，采用盾构法施工，区间结构覆土厚度12~20m。
穿越楼房共 9 栋，全部为居民区，另外还有平房，砖墙，条形基础，既有裂缝多，破损严重，外表脱落严重。
覆土从上至下依次为：杂填土、粉质粘土、粉细砂、粉质粘土。
隧道拱顶位置均为粉细砂层。
隧道穿越范围为：粉细砂、粉质粘土层。
图 1 区间下穿楼房断面图2、盾构下穿楼房数值模拟采用数值计算软件进行数值模拟分析，并考虑围岩与结构的共同作用以及左右盾构区间分开施工的影响。
盾构近距离下穿运营地铁安全控制技术摘要：本文针对深圳市14号线共建管廊1标23#-22#综合井区间盾构管廊下穿运营地铁14号线的施工问题, 通过穿越前、穿越中、穿越后的各种管控措施, 实现了科学、合理、安全施工，有效拓展下穿既有地铁施工技术，在实际施工中提供了一定的借鉴作用。
关键词：盾构掘进；下穿运营地铁；安全控制引言随着我国城市地下交通建设规模的高速发展，越来越多的地下建设面临需要穿越已有线路的问题。
由于既有线路在前期规划设计中未考虑新线的修建，所以，新建地铁线路施工不可避免地会引起既有线路的变形，而地铁运营对既有线路的轨道沉降有非常严格的控制标准。
如何保证下穿施工的安全和既有线路的正常运营，在工程实践中，这一问题已引起高度重视，因此需要对这类问题开展必要的深入的研究分析，以减少施工过程中安全事故的发生。
因此，本文以深圳市地铁14号线共建管廊1标23#-22#综合井区间盾构管廊下穿既有地铁14号线为例，对盾构管廊下穿运营地铁线路的施工进行详细的分析和研究，以确保城市建设能够顺利进行。
1.工程概况本论文以深圳市地铁14号线共建管廊1标23#～22#综合井盾构区间为依托，在里程段LK19+289～LK19+270.66、LK19+271～LK19+251.7（404环-430环）下穿地铁14号线大运站-嶂背站区间左线、右线，地铁14号线隧道外径为6.7m，内径6.0m，管廊区间与14号线地铁隧道最小竖向距离3.48米。
管廊隧道洞身位于<30-3-3>块状强风化砂岩层，14号线隧道洞身位于<30-2-3>土状强风化砂岩层中，地铁14号线隧道上覆土从上到下依次为素填土、粉质黏土、砂砾、土状强风化砂岩；14号线隧道洞身下部为土状强风化砂岩：23#～22#综合井区间盾构下穿地铁14号线平面图23#～22#综合井区间盾构下穿地铁14号线平面图2. 穿越运营地铁14号线施工安全技术总体安排原则：“技术领先、设备先进、施工科学、组织合理、措施得力、突出重点、预案在先、规避风险、安全施工”。
盾构机下穿建筑群施工技术摘要：本文结合盾构机穿越3号线3102标翠田左线翠竹菀小区11栋80年代的旧房屋的施工实际，总结了盾构机穿越建筑群的施工技术，对今后类似工程的施工具有一定指导意义。
关键词：地铁；建筑群；盾构施工1.工程概况我单位承建的深圳地铁3号线3102标翠田左线区间全长1200.8m，本区间设计范围内隧道自田贝站南端头始发，沿翠竹路左转至大头岭，后右转穿越大头岭、翠竹苑居民小区、东门北路至翠竹站东端。
本区间设计范围里程ZDK10+165.970～ZDK11+374.800（含短链16.138m）。
全区间有盾构开挖盾构衬砌隧道和矿山法开挖盾构衬砌隧道两种隧道，其中：ZDK10+165.970～ZDK10+635.000和ZDK11+022.000～ZDK11+374.800为盾构开挖盾构衬砌隧道，ZDK10+635.000～ZDK11+022.000为矿山法开挖盾构衬砌隧道。
盾构开挖盾构衬砌隧道长821.83m（单洞）；矿山法开挖盾构衬砌隧道长387m（单洞）。
区间在ZDK10+470.117和ZDK11+017.5处共设2处联络通道，在ZDK10+470.117处联络通道中间设区间排水泵房，在ZDK11+017.5处设矿山法施工横通道，在横通道端头设施工竖井。
本区间所处地段建筑物多，地下管线多，交通繁忙，盾构穿越东门北路北侧翠竹菀住宅小区约13栋建筑，其中6层的建筑物10座，4层的建筑物1座，1层的建筑物2座。
盾构施工至此须采取先进有效的盾构施工技术措施才能保证地面建筑物以及地下管线的安全。
如图1为3102标段工程平面示意图。
图1 3102标段工程平面示意图2.工程地质和水文地质区间依据地质勘察报告、补充地质勘察报告及盾构工作井的开挖记录，从上到下依次为人工填土层、淤泥质粘性土层、砂层、残积土粘性层、花岗片麻岩。
岩石强度变化较大，全、强风化岩层大部分强度在20～40Mpa，最大强度最大值为193.4Mpa，平均150 Mpa。
一、工程背景随着城市化进程的加快，深圳城市交通压力日益增大。
为缓解这一压力，深圳市政府决定建设一条连接市中心与周边区域的地下快速通道。
深莞隧道作为该通道的关键工程，全长29.94公里，是深圳首条采用盾构机施工的隧道。
二、施工工艺1. 鲲鹏号盾构机深莞隧道盾构机施工采用我国自主研发的“鲲鹏号”盾构机，该机具备13.24米的大开挖直径，整机总长127米，重量超过3350吨。
刀盘上涂装有鲲鹏图案，寓意着中国高铁事业的高飞猛进。
2. 施工流程（1）盾构机组装：在施工现场组装盾构机，包括主体、刀盘、驱动系统等。
（2）盾构机下井：将组装好的盾构机下井，准备开始掘进。
（3）掘进：盾构机在隧道内掘进，开挖土体，形成隧道。
（4）出土：掘进的土体通过出土系统运出隧道。
（5）衬砌：在隧道内安装预制混凝土衬砌，形成隧道结构。
（6）拆除：盾构机完成掘进后，拆除盾构机。
三、施工难点及解决方案1. 地质条件复杂：深莞隧道地质条件复杂，包括软土地层、硬岩地层、断层破碎带等。
针对这一难点，施工方采用了以下解决方案：（1）优化盾构机刀盘设计，提高破岩能力。
（2）加强地质勘察，提前掌握地层情况。
（3）采用泥水平衡盾构机，有效控制隧道施工过程中的地层变形。
2. 环境保护：盾构机施工过程中会产生噪音、振动、废水等污染。
为解决这一问题，施工方采取了以下措施：（1）采用低噪音、低振动的盾构机。
（2）设置隔音屏障、振动隔离装置等。
（3）对废水进行处理，达到排放标准。
四、工程意义深莞隧道盾构机工程施工的顺利完成，标志着我国在隧道建设领域取得了重要突破。
该工程不仅缓解了深圳城市交通压力，提高了城市通行效率，还为我国盾构机技术发展积累了宝贵经验。
总之，深圳隧道盾构机工程施工是一项充满挑战的工程。
在施工过程中，施工方充分发挥了我国在盾构机技术、地质勘察、环境保护等方面的优势，为我国隧道建设事业作出了重要贡献。
58 2012(增刊2) CONSTRUCTION MECHANIZATION
深圳地铁盾构下穿建筑物施工技术
The construction technology of Shenzhen subway shield underneath crossing the building
熊炎林/XIONG Yan-lin
（中铁隧道集团有限公司技术中心，河南 洛阳 471009）
随着城市的发展，地铁建设成为城市建设的重头戏。
在城市地铁隧道施工过程中，采用盾构施工的比例呈上升的趋势。
盾构法施工具有施工速度快、自动化程度高、不受气候影响等较多优点，但如果施工过程中技术措施不当，可能会造成地面塌陷、建筑物受损开裂。
随着盾构隧道的增多，盾构隧道下穿建筑物的情况时有发生，为了控制建筑物及地面的安全，需要采取一系列措施加以控制，确保隧道施工安全。
1 工程概况
深圳地铁5号线怡黄区间右线里程全长1 051.609m，左线里程全长1 078.767m。
盾构区间隧道由怡景路站出发后，先后下穿怡景路、黄贝岭小区、沿河路和深南东路，到达区间终点黄贝岭1号竖井吊出。
怡－黄盾构区间左线隧道在里程280～360环范围、右线隧道在里程250～360环穿越了景贝南小区5栋房屋。
盾构隧道与下穿的5栋建筑物的平面关系如图1所示。
图1 盾构隧道与建筑物平面关系图
左、右线地层情况与隧道剖面位置关系如图2、图3所示。
左线隧道12号楼下隧道埋深为16.9m，9号楼下隧道埋深为17.02m，4号楼下隧道埋深为17.24m。
右线隧道15号楼桩基距离隧道顶为3.7m，隧道埋深为16.95m，12号楼隧道埋深为17.0m，2号楼隧道埋深为17.25m。
图2 左线与建筑物纵剖位置关系
图3 右线与建筑物纵剖位置关系2 工程地质条件
盾构隧道最大覆土厚度为16.61m，最小覆土厚度为8.58m，穿过地层包括<7-5>粉质黏土、<11-1>全风化凝灰质砂岩、<11-2>强风化凝灰
质砂岩、<11-3>中风化凝灰质砂岩、<11-4>
DOI:10.13311/ki.conmec.2012.s2.016
建筑机械化 2012(增刊2)
59
微风化凝灰质砂岩、<17-2>强风化混合岩、<17-3>中风化混合岩、<17-4>微风化混合岩等。
另外详勘地质报告揭示区间隧道穿过3条断裂带，其中F7断裂带在右线投影长4.8m，F8断裂带在右线投影长度为10.5m，F9断裂带在左右线投影长度分别为31.5m和14.6m。
工区进场后，针对断裂带位置进行了补勘，揭示F9断层在盾构区间左、右线长度分别为49m、60m。
3 工程重点和难点
1）在景贝南小区内下穿五栋住宅楼，此段隧道洞身范围内为上软下硬地层，隧道顶板为砂、卵石土等敏感地层，盾构在过小区段掘进施工过程中施工风险大。
2）为预防建筑物沉降过大，须采取洞外提前进行地表加固，小区内地表环境复杂，地层加固施工时空间比较小，施工协调难度大。
3）洞内需加强掘进参数控制，减小地层扰动，避免建筑物基础受影响。
4 盾构隧道施工引起地层沉降机理
在地质条件松软的情况下，浅埋隧道盾构施工对土体的扰动将直接影响到地表，引起地表和建筑物的沉降。
盾构施工引起地表及建筑物沉降的基本机理主要有以下几点。
1）开挖面土体移动 在盾构隧道掘进过程中，由于开挖面受到的水平支护应力与原始土层中的侧压力不平衡，直接导致开挖面土体隆起或者下沉。
2）土体损失 在盾构掘进过程中，出土量大于理论出土量，周边土体产生相对运动，直接产生土体下沉。
3）盾尾间隙注浆 在盾尾通过后，由于开挖面与盾构管片间存在间隙，在注浆压力过大和注浆不及时的情况下，地表可能会产生隆起或者下沉。
4）土层固结 在盾构通过后，由于受扰动土体的再次固结而产生二次下沉。
土体的固结沉降存在滞后性，其沉降情况主要与地质条件和施工
质量等因素相关。
盾构施工过程中存在着较多影响土层沉降的原因，归纳起来主要有以下几点：①出土量控制不好，导致隧道严重超挖；②掘进过程中盾构及参数设置不合理；③盾构在掘进过程中非正常原因的停机；④注浆不及时。
5 盾构下穿建筑物主要技术措施
针对盾构施工特点，提前做好防护建筑物发生沉降的准备，制定了一系列盾构下穿建筑物的技术措施。
5.1 盾构通过前施工准备
1）盾构刀盘距离第一栋房屋前有计划地进行盾构设备的维修与保养，确保推进系统、注浆系统、盾尾密封系统等完好，并备足常用备件，确保盾构在下穿建筑物掘进过程中不出现非正常停机现象，保证盾构的正常掘进，顺利通过小区建筑物。
2）提前做好换刀计划，保证盾构在下穿建筑物期间刀具的完好。
确保盾构在下穿建筑物期间不会出现刀具磨损严重影响盾构的正常掘进。
3）对盾构穿越的小区建筑物进行提前调查，做好应急准备措施，确保在盾构下穿期间能及时地进行补充注浆等措施的开展。
4）布设建筑物及地表监测点，在盾构下穿建筑物前进行监测。
5.2 盾构通过技术
1）根据前一阶段掘进情况，优化盾构下穿房屋段掘进参数，其中左线过F9断层及12号楼及右线过15号楼至12号楼间F9断裂带时，盾构推进并采取超土压平衡模式掘进。
2）左线过9号楼、4号楼为在硬岩段掘进，掘进参数的选择应坚持“小推力、小扭矩、低刀盘转速、低掘进速度”的原则，掘进控制应“以掘进速度为主，刀盘转速为辅”，确保盾构安全通过中－微风化混合岩地段。
3）右线过2号楼为在软硬不均地层，地层整体性不好，单体强度较高，采取控制掘进速度与刀盘转速，控制盾构掘进中刀具的贯入度，确保盾构刀具及刀具的安全。
适当加大顶部的推进
60 2012(增刊2) CONSTRUCTION MECHANIZATION
油缸压力，预防顶部超挖引起地表或房屋沉降异常。
4）盾构推进遵循全程监控、匀速推进以及压力控制“宁正勿负”的原则。
考虑到盾构通过房屋段位于R =400m的小半径曲线上，要求掘进速度不得超过30mm/min。
5)加强碴土改良，适当增加泡沫及水的用量，避免堵仓、糊刀盘现象发生。
本阶段泡沫用量40～50L。
加大盾尾油脂注入量，确保盾尾密封效果。
6）保证同步注浆量和注浆压力。
基于对小区房屋的保护，防止较大沉降的发生，同时结合下穿段具体地质情况，注浆量不得少于5.5m 3。
注浆过程中必须保证4管同时注浆，上部注浆管压力≤0.30MPa，下部注浆管压力≤0.35MPa。
该段同步注浆配比为：水泥120～160kg，粉煤灰280～341k g ，膨润土45～56k g ，细砂668～779kg，水395～446kg。
在地下水丰富地段，调整水泥用量至200kg，加快水泥砂浆凝结时间。
7）在通过小区房屋期间，加强地表监测及建筑物沉降监测，正常情况4次/天，现场测算监测结果，及时反映给施工技术人员及值班领导。
安排经验丰富的监测人员对小区房屋的地面情况进行24h的观察，如有异常现象，需及时向值班领导汇报并加密监测。
8）为防止盾构穿越小区房屋及F9断裂带发生喷涌现象，购置MJ-S/N-01高分子材料用于盾构过小区房屋及断裂带，通过加水系统添加，预防喷涌现象发生。
9）准备应急物资，并成立抢险小组，在紧急情况下，启动应急预案。
5.3 盾构通过后
盾构盾尾完全脱离每一栋小区房屋2环以后，
立即对位于房屋下方的区间隧道进行补强注浆，确保管片背衬注浆饱满，控制地表沉降。
注浆采用水泥-水玻璃双液注浆。
水泥浆液与水玻璃体积配合比为1∶1。
6 施工完成及监测情况
在严格执行预定的技术措施的情况下，左线于2009年8月14日开始穿越第一栋楼，于9月1日穿越最后一栋楼。
右线于2009年9月5日开始穿越第一栋楼，于10月7日穿越最后一栋楼。
盾构穿越期间，小区地表及建筑物没有出现异常隆沉现象。
建筑物累计最大沉降-10.54mm，建筑物未出现开裂现象。
实践证明，盾构掘进参数调整及辅助措施得当，使下穿建筑物过程中，建筑物沉降得到很好的控制。
7 结 语
本盾构区间隧道在地质情况复杂较差的情况下近距离下穿建筑物，施工风险较高，在根据地层和建筑物沉降的原因采取针对性措施，很好地控制了建筑物沉降，保证了施工安全。
在做好盾构本身状态调整及一些应急准备措施的情况下，通过施工过程的控制，监测信息反馈，科学合理配置盾构掘进参数，采取了碴土改良、控制出碴量、加强注浆量和注浆压力控制等辅助措施，这些都是确保盾构成功穿越建筑物的关键环节。
对于今后类似工程，同样需要及早对工程情况进行全方位的分析，制定可行性施工方案，做好应急措施，加强施工过程控制。
（编辑 贾泽辉）
［中图分类号］U455.43［文献标识码］B
［文章编号］1001-1366(2012)S2-0058－03［收稿日期］2012-08－15。
