土压平衡盾构机过富水砂层施工技术的论文

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。

土压平衡盾构在砂性土中的施工问题及技术探讨摘要：盾构法在当前的隧道工程施工中应用广泛，具备地层适应能力强的优点，能够提升软土地层和高含水量地层的掘进速度，并且不易对施工环境造成太大的不良影响，从而极大地保护了地层的稳定性。

文章结合工程案例分析了土压盾构施工中的难点以及具体的措施方法。

关键词：土压平衡盾构砂性土施工技术1、技术难点分析对于以砂土为主的土层，主要的沉降集中在盾构通过中和通过后这两个阶段。

地面沉降主要分4部分:①土体开挖卸载造成的地层沉降；②同步注浆不能及时填充管片从盾尾脱出时产生的建筑空隙而造成地层沉降；③隧道周围土体中超孔隙水压力消散产生的主固结沉降(超孔隙水压力是由于盾构施工引起的)；④隧道周围土体经扰动后的蠕变沉降，即次固结沉降。

盾构穿越过程中，①，②为沉降的主要影响因素。

而③，④不可避免地对成型隧道的后期沉降产生影响。

基于土性的不同，盾构在穿越砂性土时的扰动效应存在其特有的性质。

砂性土的含水量高、连通性好、渗透系数大，在扰动减弱后，超孔隙水压力会迅速消散，砂土在扰动后固结速率较大。

盾构通过中和通过后的弹塑性变形远大于土体蠕变压缩的次固结沉降。

盾构推进时，盾构前进及内部设备的振动将动荷载施加于盾构周围的土体。

由于砂层颗粒之间吸引力相对很小，几乎没有黏结，且含水量较高，在循环荷载作用时，易产生较大的瞬间变形。

当荷载作用时间加长，砂层逐渐达到液化状态，造成土体较大面积沉降。

由于盾构推进土层含水量丰富，同步注浆浆液在富水环境下易被稀释，填充作用被减弱。

加之砂性土渗透系数较高，浆液扩散范围广，从而同步注浆所需的浆液量比较大，平均每环6~7m3，基本是淤泥质土层中所需同步注浆量的1.8倍左右。

2)土压波动大，土压不易平衡根据现场对第250~280环的土压力进行汇总，发现相邻环土压力差最大达到1.2bar。

发生这种现象主要影响因素是刀盘开口率和砂性土土质。

土压盾构的刀盘开口率较大(75%)，加之砂性土流塑性较差，使其无法形成面板挡土支护效应。

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。

土压平衡盾构机在富水砂卵石地层快速掘进施工技术江苏省无锡市214104摘要：当前我国贫水渐稀的地区，在地质条件下，进行开挖施工是非常重要且必要的。

但是由于目前掘进技术水平有限以及现场环境中存在大量不可控因素和风险。

针对这一问题提出了一种能够有效控制地层压力、恢复地表沉降等措施。

本文将对富石砂层快速掘进施工方案展开研究与分析，并给出具体参数计算方法及程序实现其质量指标验收标准的形成，为该区域在贫水地区进行盾构隧道开挖施工提供理论依据和技术保障；并对其进行实际施工效果的分析和评价，为该区域地铁盾构隧道掘进技术奠定一定基础。

关键词：土压平衡盾构机；富水砂卵石地层；快速掘进；1.引言在盾构施工过程中，由于掘进速度大，刀盘回旋半径小，切削能由深变短逐渐接近地面的能力较差。

随着开挖深度不断增大而引起了土压力波动和地层结构性的破坏。

如何保证隧道工程安全、顺畅进行是目前亟待解决的问题之一：一是针对不同岩体破碎程度和变形性质采用合适刀具选择原则；二是对于同一类型地质构造采取同样方法掘进技术十分必要，保证掘进速度和切削性能的同时，还需考虑土体弹性变形机理，以确保刀盘在施工过程中不会发生离析或崩裂；三是针对不同地质构造应采取相应的盾构机刀具选择方法，从而确保施工安全及地面交通畅通，减少地面交通堵塞，降低盾构机掘进施工对土体的扰动，保证隧道工程安全顺利推进。

1.土压平衡盾构机的工程应用技术研究在盾构机的隧道施工中，由于地面条件复杂，容易受到自然因素影响。

所以我们需要对地层进行详细勘察工作。

首先是地质情况分析：对于地表以下地区要充分了解和掌握地物所处环境；其次就是根据实际情况选择合适的掘进方式以及参数确定刀盘、推进机械与土壤之间是否处于平衡状态等问题；最后还包括在盾构机运行过程中遇到异常状况时如何应对，以保证整个工程不会受到影响或者降低事故率，从而使施工质量得到保障。

2.1土压平衡盾构机的总体规划根据盾构机的总体布置图，将土压平衡仪、注浆管路系统及掘进控制系统等设备放置在地铁车站施工场地，并对整个隧道工程进行整体规划。

土压平衡盾构穿越砂性土层施工技术摘要：土压平衡盾构掘进目前是地铁隧道施工的主要方法之一，通过盾构在砂性土层掘进施工，对盾构机优化、土体改良、盾尾密封、盾构掘进参数控制等技术措施，从而避免了地表及地表结构变形、渗漏、超挖等施工难题。

以郑州市南四环至郑州南站城郊铁路二期 A 合同段为工程实例，施工应用表明，这些施工技术措施有效地控制了地表的沉降和隆起，从而保证了周边环境的安全。

关键词：砂性土层、盾构机优化、土体改良、盾尾密封、参数控制1工程介绍郑州市南四环至郑州南站城郊铁路二期工程为一期工程的延伸线，起于一期工程终点机场站东侧终端盾构井，沿规划迎宾大道、会展路敷设，止于郑州南站。

工程施工范围为：起点（一期终端井）～机场东站（含）～站场四街站区间，共一站二区间。

本文主要探讨起点（一期终端井）～机场东站盾构区间前 100 环砂性土层中盾构掘进的施工情况。

前 100 环的隧道中心埋深深度在 23.87~25.27m 范围内。

地质土层是影响盾构施工的主要因素之一，根据地质勘查结果，本区间盾构隧道施工穿越的土层主要为：④4细砂、⑤1 粉土、⑤4 粉砂、⑤7 粉质黏土。

土层分布如图一所示，涉及土层的物理学性质如表1所示。

图1 起点（一期终端井）～机场东站区间土层分布图表1 起点（一期终端井）～机场东站各土层物理指标平均值表砂性土地层对盾构掘进速度和扭距影响都相对偏大，具有黏聚力小、内摩擦角大、渗透系数大、流动性差、稳定性差等特性，经刀盘切削到土仓中的砂土塑流性差，土压平衡盾构机[1]在砂层掘进时易出现掘进参数异常且掘进困难、土压平衡模式难以真正实现、设备磨损严重、碴土温度高、出土困难以及地面沉降难以控制等技术问题。

且在砂性土地层中掘进会造成盾构机顿停的同时极易卡死刀盘，造成刀盘无法转动。

而④4 细砂具有明显的触变性和流动性，在水动力条件和盾构掘进作用下，易发生流土现象，土层结构强度降低，影响工程安全，且浅埋隧道容易引起地表下沉。

土压平衡盾构机长距离通过浅埋富水砂层的风险分析与应对策略摘要：隧道在地下空间穿行于各种各样的地层,由于受各种客观条件的制约，在线路设计时，往往不可避免的需要将线路设计在埋深较浅的砂层中。

然而，土压平衡盾构机在浅埋富水砂层中穿行将存在巨大的风险与较大的施工难度。

关键词：土压平衡盾构机、浅埋、富水砂层、风险1 前言随着我国经济的不断发展和城市化进程的加速,城市轨道交通建设在我国各大城市如火如荼的进行。

在城市地铁工程施工中，盾构法因其受地面因素影响小、安全度高、施工速度快、对地面环境影响小等优势而得到广泛的应用。

隧道在地下空间穿行于各种各样的地层,由于受各种客观条件的制约，在线路设计时，往往不可避免的需要将线路设计在埋深较浅的砂层中。

然而，土压平衡盾构机在浅埋富水砂层中穿行将存在巨大的风险与较大的施工难度，譬如容易引起地层沉降大、隧道喷涌、盾构姿态难控制等问题，这些问题若控制不好，将导致管片出现错台、漏水等质量问题，甚至可能造成机毁人亡般的质量事故，损失更是不可估量。

因此，如何在各种不利的情况下，使土压平衡盾构机在浅埋富水砂层中保持快速的掘进速度，同时确保施工的安全，并有效保证盾构隧道的质量成为了一项需要迫切解决的问题。

2 背景工程概况珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段施工8标段土建工程由两个区间隧道及相关附属工程组成，盾构区间分别是虫雷岗站～千灯湖站区间、千灯湖站～金融高新区站区间，该工程盾构隧道双线总长4521.974m。

【虫雷岗站～千灯湖站】盾构区间沿佛山桂澜路南北走向，覆土深度约为7.8 m～14.3m之间，洞身通过的地层主要为<2-2>淤泥质粉细砂层，<2-3>海陆交互中粗砂层，<3-1>粉细砂层。

根据地质勘探资料，上述几种砂层均为软弱的富水和透水地层。

根据地质统计分析资料，虫雷～千区间左线隧道通过富水砂层的长度为439.5米，约占该区间总长度的38.05%；右线隧道通过富水砂层的长度为609.5米，约占该区间总长度的52.78%。

基于富水砂地层的土压平衡盾构掘进技术研究摘要：富水砂层是具有良好的富水性和透水性的地层，在进行施工的时候是会遇到很多的问题的，对出现的问题进行解决，也能更好的促进土压平衡盾构机施工技术得到提高，同时也能更好的促进交通行业获得更好的发展。

关键词：土压平衡盾构机；富水砂层；施工技术引言土压平衡盾构主要用于软土、砂砾和强风化岩层及含水的混合地层的隧道掘进。

掘进施工具有土压平衡（earth pressure balance mode），简称EPBM、气压平衡和敞开（open mode）三种模式。

掘进操作可以自动控制，也可以半自动控制或是手动控制。

盾构在实际的运行过程中，配备了导航系统，可以有效的控制掘进的方向，具有灵活转向纠偏能力，掘进的误差可以有效的控制在以内。

盾构刀盘的结构具有刀具（滚刀、齿刀）的互换性和可更换性，因此，其可以适应底层的更广范围掘进，满足不同的底层对掘进速度的要求。

同时，盾构还配备了同步注浆系统，对控制隧道周围土体沉陷以及建筑物保护非常的有利。

1.地铁工程中土压平衡式盾构施工技术的应用要点1.1盾构机械设备的合理选型在地铁工程中的土压平衡式盾构施工技术的有效应用，是建立在合理的选择设备类型的基础之上的，这样才能够满足施工的要求，施工才能够顺利的开展。

在实际的选型过程中，需要注意以下几点：首先，盾构机开挖尺寸应满足盾构区间设计断面尺寸要求；其次，盾构开挖的功能必须要满足区间隧道的地质条件，保障施工的安全性和可靠性；最后，在正式施工之前，要对盾构机的各项参数进行科学合理的计算，所以盾构设备在制造之前必须根据盾构区间地质条件作详细分析计算。

1.2端头加固处理技术的运用当盾构始发到达端头周围地层为自稳能力差、透水性强的松散砂土和含水粘土时，需要对其进行加固处理，避免出现大面积地表下沉现象的发生。

目前，常用的加固方法：有注浆、旋喷、深层搅拌、井点降水、冻结法等，可根据土体种类、渗透系数和标贯值、加固深度和加固的主要目的、工程规模和工期、环境要求等条件进行选择。

2072019·7摘要：哈尔滨地铁2号线土建施工六标人中区间盾构隧道工程，穿过地层为典型的富水砂层。

实际监测数据与施工参数表明，在富水砂层中采用土压平衡式盾构掘进做到了安全平稳地通过管线与建筑物，地表沉降控制良好。

关键词：富水砂层；土压平衡式盾构掘进；同步注浆；渣土改良；喷涌控制引言富水砂层中盾构掘进，地层稳定性差，容易被盾构刀盘切削扰动发生坍落。

在砂层中容易出现涌水和流砂现象，从而引起开挖面失稳和地表沉降。

在盾构掘进过程中，当水量很大时，还易直接造成螺旋输送机出土口喷涌。

一、工程概况人民广场站～中央大街站区间为单洞单线双线隧道，区间线路起自人民广场站大里程端，然后沿经纬街敷设，终至中央大街站小里程端。

本区间隧道右线全长701.587m；左线全长759.45m。

本段区间全线敷设于地下，采用盾构法施工，左、右线均为6m外径圆断面隧道。

（一）掘进参数（1）土仓压力土仓压力控制在2.0bar左右，使土仓压力略高于地层理论压力0.2～0.3bar，保证满仓掘进，并根据掘进过程中的施工情况及地面监测情况进行及时调整。

（2）千斤顶推力试掘进段确定推力应考虑管片承受力，最大推力不应大于8000KN。

正式掘进中，推力控制在20000KN～24000KN之间。

（3）刀盘转速进洞阶段的转速为1.0～1.3r/min，穿过加固区后转速调整为1.3～1.7r/min，正常掘进阶段转速为1.5～1.9r/min。

（4）刀盘扭矩始发时刀盘扭矩宜为700～1200kNm。

正常掘进时，考虑到砂层中极大的摩擦力，刀盘扭矩宜为3500～4000kNm。

（5）掘进速度根据土质、扭矩、推力和土仓压力等综合确定，始发段一般V=15～25mm/min。

正常掘进时控制在V=25～60mm/min。

二、渣土改良（一）渣土改良设备（1）膨润土系统整个膨润土系统分为两部分，一部分为拌合系统，一部分为注入系统。

拌合系统在地面，主要进行膨润土浆液的拌合与发酵存储，拌合发酵完成后，通过管道泵送到盾构机的膨润土存储罐里。

盾构在富水含砂层中掘进施工的渣土改良技术措施摘要：土压平衡盾构法施工因其良好的适应性和安全性等优点，在地铁隧道、大型地下通道等基础设施建设中得到了广泛的应用。

然而，在富水砂层中，土压平衡盾构机掘进施工普遍存在螺旋机喷涌、摩阻力大、推力波动大等难点，影响施工质量并带来较大安全风险。

为解决这个问题，本文过项目实例中上海地区砂性土地质特点，通过合理使用适当比例的高分子聚合物对渣土进行改良，改善盾构施工参数、有效控制喷涌，使盾构法在富水砂性土层中掘进顺利实施。

关键词：盾构法、富水砂层、渣土改良0、引言土压平衡盾构机在富水含砂地层中施工有较大的风险，如处理不当，不仅会出现螺旋机喷涌造成涌水、涌砂工程事故，破坏既有隧道结构，同时，将大大缩减盾构机的使用寿命。

在该地层中掘进须对渣土性能进行改良，控制渣土流塑性满足出土要求。

随着盾构法施工配套技术的逐渐完善，渣土的管理和改良对改善盾构机在不良地层（特别是富水砂层）中推进性能的作用，越来越引起工程建设者们的重视。

1工程概况1.1、项目概况硬X射线自由电子激光装置项目主要由长约3.2km地下隧道、5个竖井及竖井附近的地面设施组成。

其中，一号井至二号井区间隧道里程范围SK0+000.000~SK1+430.000，长度1430m，隧道内径φ6300mm、外径φ7000mm。

采用一台直径φ7200土压平衡盾构机掘进施工，隧道最大纵坡为0.02％，顶覆土厚度26.0~32.4m。

图1项目平面布置图1.2、工程地质情况区间隧道主要位于⑦1草黄色砂质粉土，该土层主要力学性能参数为：含水量27.5%、重度19.0KN/m3、孔隙比0.778、地基承载力特征值418kPa、渗透系数Kv=4.21E-04cm/s。

⑦1草黄色砂质粉土为上海第一承压含水层，透水性强，在一定动水压力作用下易产生流砂现象。

图2盾构穿越富水含砂层地层图1.3、难点分析⑦1草黄色砂质粉土为承压水层，在水动力作用下，易产生流砂、管涌、坍塌等现象。