泥水盾构在典型上软下硬地层中的施工技术

复杂地质条件下的盾构施工存在的问题及对策摘要：由于我国国土面积辽阔，地质条件复杂，在盾构施工过程中往往忽略沉降现象，对地上设施及周边建筑物的安全造成一定影响。

本文论述了复杂地质条件下施工技术的重要性，探讨了影响盾构施工安全的因素，分析总结盾构法在复杂地质条件下的应用以及需要注意的问题，为后续的盾构施工提供有价值的参考。

关键词：复杂地质；盾构；施工；问题及对策1.复杂地质条件下施工技术的重要性目前国内较多的地铁隧道、电力隧道、综合管廊等工程采用盾构施工，从地下进行掘进施工，受到地质影响因素更大，因此盾构施工之前进行科学有效的地质调查十分有必要。

尤其在目前部分城市地下管道工程时常穿越交叉，如果不进行精准而可靠的勘察，很有可能会造成地面变形和沉降，严重影响人民群众的生命财产安全。

盾构施工这项工作需要整合不同学科的知识，相关部门在建设前期和规划建设过程中发挥作用，有针对性地进行沟通，为隧道建设的顺利开展提供良好的条件。

2.盾构施工安全影响因素2.1盾构穿越不同地层的影响在盾构隧道施工过程中，首先需要深刻认识到的是，盾构线路施工是处于均一地层或是复合地层中。

均一地层适用的盾构机及刀盘、刀具区别的差异均有所不同，例如在均一软土地层，盾构机刀盘开口率需适时下调，同时刀具应尽可能选用贝壳刀、刮刀即可，但在绝大多数地区，盾构隧道施工不仅仅是均一地层施工。

当盾构在典型上软下硬、地质不均一等地层中掘进时，隧道底部对滚刀的支撑力大于隧道顶部，刀盘和主驱动均受偏载，容易造成盾构姿态控制、刀具异常损坏、偏磨严重等问题。

同时前盾切口环会沿着隧道底部斜面挤压上抬，尤其是边刀偏磨后，导致盾构推进易发生抬头趋势，出现地表沉降问题。

2.2注浆量影响因素对比盾构隧道施工过程中很重要的一个施工环节是管片拼装完成后的注浆，注浆量可以很好的反应到上部地质沉降或塌陷。

一般来讲，灌浆量可以通过计算得知。

通过刀盘直径与管片直径间的厚度差异得出理论量，另根据地层情况，对注浆扩散系数及超挖量进行分析后得出实际量。

土压平衡盾构机类泥水模式掘进施工技术摘要：为解决上砂下岩富水地层盾构掘进施工的技术难题，文章结合佛山地铁某盾构区间施工案例，对该地层盾构的施工难题开展技术分析及研究。

基于土压平衡盾构机采用泥水平衡盾构掘进原理的掘进技术，通过向土仓注入膨润土泥浆，建立满仓泥水压（达到泥水盾构建立泥水仓的效果），对开挖面前方砂层地质进行平衡稳定，再辅助满仓实压模式掘进的施工方法。

通过实施表明，此技术可有效的降低超排量，控制施工风险，保护地面环境安全。

关键词：上砂下岩；膨润土；盾构；类泥水；渣土改良1前言土压平衡盾构是采用掘进渣土平衡地层水土压力，由于砂质地层含沙量大，含泥量低，具有含黏度低、水量大且具有一定水头压力，渗透系数高，流动性大等特点，土压平衡方式在砂层中很难做到掌子面稳定，其次盾构掘进对地层的扰动容易造成涌砂和涌水，而此时盾构机土仓没法建立满仓土压（满仓实土会造成掘进推力大，无速度），给砂水有流动的空间，从而导致上覆水土压力流失，严重的可能造成多米诺骨牌效应，造成地面塌陷、掘进困难等组诸多难题。

而采用泥水平衡原理，可在土仓建立满仓泥水压，有效平衡地层水土压力，稳定上部砂层，且能保证盾构正常掘进。

因此，在盾构机掘进时向土仓主动加注膨润土泥浆，安全快速地建立主动土压力平衡掌子面的被动土压力，伴随增加土渣渣土的粘度，不形成喷涌、突水等情况，从而避免上述问题。

因而总结形成了“上软下硬富水含砂土压平衡盾构机类泥水模式掘进施工工法”，以期能为类似工程盾构掘进施工提供借鉴思路。

2工程地质水文情况佛山地铁某盾构区间隧道洞身存在长约243m，最大侵入隧道深度6m的<3-2>中粗砂地层，<3-3>砾砂地层，砂层上方为<2-1b>淤泥质土，<2-2>淤泥质粉细砂、<2-3>淤泥质中粗砂、<2-4>粉质粘土。

隧道洞身范围主要为基岩风化裂隙水，承压水头5.0~26.8m，承压水头埋深比稳定水位深，承压作用强，预测掌子面涌水量约700m³/d。

上软下硬地层超大直径泥水盾构掘进关键技术摘要：改革后，在我国社会高速发展的影响下，带动了我国各行业领域的进步。

近年来，在人们生活水平的提升下，对建筑行业的要求不断提高。

目前，超大直径泥水盾构机在上软下硬岩地层长距离掘进时，容易出现开挖面失稳、掘进参数突变、姿态不易控制、刀具异常损坏、泥水环流易滞排等现象。

以汕头海湾隧道项目为依托，通过研究超大直径泥水盾构机穿越上软下硬地层的施工技术，从盾构机选型、施工方案选择、掘进管理与控制、掘进参数控制、掘进姿态控制等方面提出了具体的控制措施和注意事项。

关键词：超大直径泥水盾构；上软下硬；掘进参数引言近年来盾构施工技术发展迅速，盾构隧道施工已经成为一种成熟的施工方法，上软下硬地层施工的工程也日益增加，然而在这种地层下的施工会面对各种难点。

因此，针对该类施工工程的施工技术和策略研究十分重要。

研究泥岩和砂卵石相交地层分析的掘进参数，依据地质条件确定了合理的掘进参数范围。

研究上软下硬地层中盾构施工主要掘进参数的分布情况，总结出各个掘进参数的分布模型。

分析了在上软下硬地层中新建隧道对已有隧道的影响，总结了已有隧道沉降和变形特点。

刀具磨损、掘进参数及舱内状况等方面研究了盾构施工管理。

从刀具管理、掘进参数及冲刷系统等方面进行分析，提供盾构施工过程中的掘进管理建议。

研究了上软下硬富水砂层掘进过程中的注浆控制，采用了洞内超前注浆加固施工技术，保证施工安全。

目前，在上软下硬地层施工技术方面已经有很多专家学者进行研究，但缺少对上软下硬地层掘进参数的分析研究。

本文基于和燕路过江通道某区间盾构隧道工程，分析盾构施工技术的主要难点，探究掘进过程中掘进参数的变化情况，总结出解决主要施工难点的控制策略。

1上软下硬地层特点及施工难点根据地层组合的形式，上软下硬地层大体上可以划分为三种类型。

一是第四系土层的上软下硬。

这种组合的特点是上部地层的标贯级数很低，含水量高，颗粒粒径小，下部地层反之。

二是岩石地层的上软下硬。

上软下硬地层土压平衡盾构施工关键技术研究摘要：盾构机是暗挖工程中一种安全可靠的机械设备，并且能够被广泛应用城市地铁及各类地下隧道工程建设之中。

上软下硬地层结构对土压盾构机的掘进作业过程产生了一定施工风险，如：推进困难、出渣口喷涌、地面塌陷、刀具异常磨损、高风险换刀等。

因此需要全面考量上软下硬地层结构的独特以及复杂性，结合土压平衡盾构的施工特点，针对性的采取预防及应对措施。

确保上软下硬地层盾构施工的顺利开展。

关键词：上软下硬地层；土压平衡盾构机；预加固换刀很多基础设施建设工程项目在进行勘察设计和工程地质环境分析等相关工作的过程中，需要对复杂地质条件进行全面评估，选择盾构施工地层路径尽可能避开上软下硬地层结构，尽量选择全断面相对均匀地层，便于施工的顺利推进。

若不可避免的遇到上软下硬结构地层，施工单位应充分认识在该地层中掘进的施工风险，制定相应的风险应对措施。

1 上软下硬地层盾构施工的难点和风险因素1.1 盾构推力增大，地面沉降在上软下硬地层盾构掘进过程盾构机刀盘下半环切割岩层，上半环位于软土。

在盾构推力作用下，前方软土与岩层对刀盘的反作用力不均衡，甚至盾构机推力主要作用于下部岩层，上部软土分担很小，下部岩层的反作用力同时还会给盾构机前端产生向上的分力，致使盾构机机头产生微向上扬起，但由于上部软土对盾构机的竖向压力作用，表现在盾构机的姿态变化上不明显。

根据工程经验及理论受力分析，判断在盾构机前端受到岩层向上作用力后，盾构外壳会对岩层及土层产生大小相同、方向相反的反作用力，该作用力和反作用力垂直作用于盾构机及外壳上，增加了盾构外壳与围岩的摩擦力，基于此理论分析，在上软下硬地层盾构机推力可能增大较多，垂直与盾构外壳方向分力大小无法准确模拟，无法定量，在实际上软下硬地层掘进施工过程经验显示，推力增大往往较为明显，甚至多有超过盾构机额定推力的情况发生，造成管片压裂等问题。

在此情况下往往判断为刀盘刀具磨损导致（不排除刀具磨损），忽略盾构机摩擦阻力的影响。

复合地层大直径泥水盾构穿越上软下硬地层施工技术摘要：本文是针对四号线南延段大盾构区间典型上软下硬施工过程数据分析总结经验以便日后大盾构施工中针对上软下硬地层质量控制提供参考关键词：广州地铁大盾构上软下硬花岗岩微风化一、概况1.1、工程概况中间风井-南沙客运港站区间（以下简称大盾构区间），本盾构区间为广州市首条单洞双线地铁隧道，全长1484.77m，最小曲线半径为800m，线路纵断面为V形坡，最大纵坡8‰，最小纵坡2‰。

管片型式采用通用的双面楔形管片，楔形量为55mm；，管片外径11300mm，内径10300mm，厚500mm，宽2000mm。

每环管片采用“6＋2＋1”型式，分为九块，一块封顶块，两块邻接块，六块标准块。

1.2工程地质大盾构区间覆土厚度为11.47～17.0m，主要穿越地层为淤泥层、淤泥质土层、粉质黏土层、全风化、强风化混合花岗岩层，隧道底部主要位于全、强风化混合花岗岩层，局部位于淤泥层。

1.2.1上软下硬段（300~320环）工程特性根据详勘资料显示，上软下硬基岩突起位于盾构始发后约574m的位置，隧道轮廓范围内长约65m，突起最大侵入隧道净空 6.84m。

穿越地层其主要特点为：上部为<2-1A>平均厚度6.46m，标贯击数N=1～3击，平均1.7击，<2-4>平均厚度3.19m，标贯击数N=3～13击，平均8.9击，<5H-2>平均厚度4.89m，标贯击数N=13～29击，平均22.5击，下部为<6H>平均厚度5.67m，标贯击数N=30～49击，平均39.2击，<7H>平均厚度10.95m，标贯击数N=50～97击，平均57.2击，<8H>岩体基本质量等级为Ⅳ类，平均厚度6.55m。

1.3水文地质根据详勘资料显示，上软下硬段地下水位为2.9m，。

本地区每年4～9月为雨季，大气降雨充沛，水位会明显上升，而在冬季因降雨减少，地下水位随之下降。

盾构穿越上软下硬地层的施工技术要点分析摘要：近年来，随着我国城市化进程的不断加快，城市人口快速增长，给交通带来了较大的压力，地铁工程的建设可以有效的缓解交通压力，为人们提供便捷的出行条件，因此对于地铁工程建设，对其质量水平提出了较高的要求，在具体的地铁建设过程中，可以采用盾构法，这主要是因为盾构法可以应对多种复杂的施工环境，获得良好的掘进效果。

所以本文在此进一步探讨了盾构穿越上软下硬地层施工技术要点，进而促进盾构掘进水平的提升。

关键词：盾构；上软下硬地层；施工技术要点盾构穿越上软下硬地层施工的进行是为了能够有效地缓解我国大型城市长期存在的交通拥堵和交通困难的情况，因此在这一前提下只有掌握好必要的施工技术要点，才能够促进施工的顺利进行。

一、上软下硬地层特点在上软下硬地层施工过程中，还应加强对其特点的了解，一般情况下，上软下硬地层上半部分为软弱层，主要包括淤泥层、混合岩全风化层、砂层等，下半部分主要为硬岩岩层，主要包括含砾砂岩、花岗岩以及灰岩等。

由于上软下硬地层特质存在较大差异，这样在一定程度上，提高了盾构掘进的施工难度。

上半部分软弱层成分较为复杂，在盾构掘进过程中，应加强对软弱层特性进行分析，具体主要包括以下两点：一是软弱层中各个土层，其强度存在差异，对于软弱层中的残积层以及风化层，遇水易软化易崩解，二是残积层以及风化层主要由粗颗粒和细颗粒组成，并且具有“两头大，中间小”的特点，粗颗粒的直径大于0.5mm，细颗粒直径小于0.075mm，在地层颗粒中直径的0.075mm-0.5mm之间的颗粒，只占地层颗粒中很少一部分，这样容易造成盾构掘进喷涌情况的产生。

二、盾构穿越上软下硬地层施工技术要点分析1.做好补勘和地面施工环境调查盾构穿越施工技术应用的第一步就是做好补勘和地面施工环境调查。

施工人员在做好补勘和地面施工环境调查过程中，首先应当对于工程地区的气象条件有着细致的了解，并且将其作为工程勘察和主要内容的收集分类的关键；其次，应当在分析了地层分布的成因的前提下对于当地的地下水类型进行细致的分析，然后在此基础上详细研究当地的植被生长情况；最后，应当对于岩土参数进行测量，并且根据高实用性的基本原则，在复杂地质条件下的调查工作中，对于速度测试和静态检测在内的环境调查技术进行灵活的应用，就可以带来良好的效果。

泥水盾构在上软下硬复合地层气压开仓施工摘要：广州地区地质条件相当复杂，有河海沉积的软弱地层、冲洪积地层、风化残积地层、地质断裂带、高强度花岗岩及石灰岩等地质，在上软下硬复合地层中进行盾构施工，盾构机的刀盘刀具往往容易磨损严重，选择合适的时机进行对刀具检查和更换就成为盾构施工中一项无法回避的任务。

本文通过泥水盾构在上软下硬地层中气压开仓换刀的施工实例，对施工中采用优质泥浆、制作优质泥膜及进行保压试验等一系列施工措施进行合理安排，以顺利实现了气压开仓换刀作业，是泥水盾构隧道施工的一次重要突破。

关键词：泥水盾构、上软下硬地层、气压开仓1 工程概况广州地铁三号线延长线[龙~人]区间，掘进长度为1751.17m，穿越的地层主要通过砂层、粘土层及风化岩层等，采用泥水平衡盾构法施工。

右线盾构机原先计划在掘进至联络通道加固区后进行刀具更换，但盾构机掘进至342环（513m）时，由于左线盾构机在前方30m处停机开仓，且确定右线盾构机刀盘刀具磨损严重，为了保证两台盾构机拉开一定距离，又不耽误工期要求，决定在此处进行气压进仓更换刀具。

右线盾构机现处于上软下硬复合性地层中，埋深为10m，地下水位在3.5m位置处。

隧道上覆土层为杂填土、粉质粘土层、细砂层；隧道范围内为粉质粘土层、中砂层、强风化带、中风化带；隧道下部为中风化带。

盾构机正处106国道正下方，地面没有条件进行加固处理，在此种情况下决定采用气压进仓，保持开挖面土体稳定和气压稳定是气压开仓的关键因素，在开挖面形成泥膜对防止气体泄露和维持开挖面土体稳定，确保进仓作业人员人身安全和施工的顺利进行。

2 气压作业原理气压作业把盾构机泥水仓看成一个压力容器体，通过向其输入压缩空气，压力大于地下水压力和地层土水压力，使地下水逆向盾构机流动并使开挖面土体保持稳定。

盾构机顶部土体的自由水被挤出，形成一个竖向的通道，压缩空气从此通道泄出。

在压缩空气压力的作用下，地下水不断地被排走，该通道不断地扩大，在所溢出的空气量小于供给量之前，开挖面是稳定的。

盾构穿越硬岩及上软下硬地层扰动机理研究摘要：中电建路桥集团有限公司第一次承揽的福建省第一座具有代表性的城市电力管廊工程，是为了合理的解决福州市区用户用电的民生大计，开展电力管廊系统能够从根本上改变电力管线占据公共资源等问题。

然而在电力管廊线路修建的过程中，受到施工条件、安全情况以及周边环境等因素的影响，不能采取明挖法施工。

因此可以结合当地环境采取合理的挖掘措施，在具体的施工过程中，盾构法被广泛应用到施工项目当中。

通过盾构法施工，不仅不会影响地面交通，也能够减少对周围居住人员的噪音和震动影响。

本文将结合修筑的福建省第一座大型电力管廊工程的相关经验对盾构穿越上软下硬地层施工关键技术进行有效分析，并提出合理的优化策略，为相关施工团队提供可借鉴的经验。

关键词：盾构穿越上转向硬地层施工关键技术；有限单元法；有限差分法；边界圆法在修建电力管廊的过程中，盾构法隧道修建技术逐步得到了广泛应用。

但盾构法在实施的过程中仅适用于均匀统一的软土，软岩地层和砂层等。

对于其他性质的地质层的使用存在着很大的问题，在应对上软下硬地层的过程中，坚硬岩层在隧道挖掘过程中，主要表现出下半部分的土质状态，下半部分硬岩自稳性较好，而上半部分软岩自稳性较差，软硬不均衡的现象使得盾构法在施工的过程中存在极大的困难，通过修建该大型电力管廊工程的相关经验可以了解到，土质的问题不仅不利于盾构法的应用，同时也为电力管廊的构建造成了一定的影响，而为了突破这种现象，本文将提出合理策略，提高管廊挖掘效率，降低施工成本，促进盾构技术水平的进一步提升。

一、上软下硬地层的特点上软下硬地层主要是指盾构法进行挖掘的过程中，上半部分或者大半部分都处于花岗岩混合岩、全风化层以及残积土层或者砂层当中，而下半部分则处于花岗岩、混合岩、灰岩以及含砾砂岩等岩层当中，由于硬岩地层和软弱地层的地质特性不一样。

在进行盾构法挖掘的过程中，无法结合两种地质的特性开展针对性的挖掘工作，从而影响了施工工作的顺利实施。