砂卵石地层盾构

成都地铁砂卵石地层盾构施工风险分析及对策钟　山,刘世杰,段绍和(中铁二局股份有限公司,四川成都610032) 【摘　要】　针对成都地铁盾构施工的特点,提出风险分析在盾构施工中的重要性。

对盾构施工中蕴含的风险源进行辨识与风险分析,并提出具体的风险控制对策。

【关键词】　盾构施工;　富水砂卵石;　风险分析;　对策 【中图分类号】　U455143 【文献标识码】　B 随着城市化进程的加快和城市交通量急剧增长,发展城市地铁已成为必然的选择。

因其自身的优势,盾构法施工在城市地铁隧道建设中正扮演越来越重要的角色。

我国上海、广州、北京等城市已经采用盾构法成功实施了不少工程。

成都的地质情况与上述城市截然不同,成都地铁施工具有独特的“三高”特点,即地层具有高富水及砂卵石含量高、卵石和漂石强度高的特点。

这种不良地质条件增大了盾构施工难度。

因此,加强盾构施工技术风险分析并找出相应的对策是极其必要的。

本文以成都地铁某盾构区间隧道为例,对施工中存在的风险进行辨识,并提出相应的控制措施,以确保盾构在富水砂卵石地质条件下的顺利掘进。

1　工程概况 成都地铁某盾构区间隧道最大埋深1315m,最小坡度2‰,最大坡度26199‰,左右线间距13～1315m,最小曲线半径400m。

隧道穿越的地层主要为卵石土层,含夹薄层粉细砂透镜体,20～200mm卵石含量约占5510%～7514%,粒径一般以30～70mm为主,部分粒径80～120mm;填充物以细砂、中砂为主,夹少量黏性土及砾石,含量约为1010%～2510%;漂石含量一般为5%～10%,随机分布,地勘揭露漂石最大粒径为340mm。

卵石单轴极限抗压强度为9019～9117M Pa,漂石单轴极限抗压强度为8816～9513MPa。

地下水系为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水两种类型。

孔隙潜水主要埋藏于砂卵石土层中,渗透系数k=2010m/d,为强透水层。

地下水位埋藏较浅,丰水期地下水位正常埋深约为3m,成都充沛的降雨量是地下水的重要补给源之一。

砂卵石地层盾构施工注浆对地表沉降的分析及措施【摘要】：盾构法隧道施工时地表沉降仍然是施工控制中的突出问题之一。

砂卵石地层中，由于地质条件的特殊性，地表沉降反应快、具突发性，危害极大，是工程中急待解决的问题。

本文分析了地表沉降的原因，结合北京地铁十号线盾构隧道的工程实践，有针对性提出了各种应对措施，为各位读者略作参考。

【关键词】：盾构施工；砂卵石地层；地表沉降；注浆；对策。

中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：引言盾构法隧道施工技术以其施工速度快、施工安全性好、工程质量有保障、对周边环境影响小而成为城市地铁隧道施工最佳的工法选择。

随着盾构制造技术的逐步国产化，盾构法隧道成本进一步降低，近年来该工法在城市地铁施工中得以大面积推广。

但在盾构法隧道施工过程中，地表沉降控制由于受地质水文条件、盾构选型、施工参数、施工经验、施工工艺控制等条件的影响仍然是施工控制中的突出问题之一。

特别是在砂卵石地层中，由于地质条件的特殊性，地表沉降具有突发性，反应快，处理不当易造成较严重的安全事故。

一、沉降原因盾构掘进引起土体变形的原因很多，而且各自发生的机理不同，主要有以下几方面。

1、开挖时水土压力不平衡。

土压平衡式盾构或泥水盾构，由于掘进量与排土量不等，开挖面土压力、水压力与压力舱形成压力不平衡，致使开挖面失去平衡，产生土体变形。

2、推进过程中围岩扰动。

盾构推进时，由于盾构的壳板与围岩摩擦和围岩的扰动而引起土体下沉或隆起，特别是蛇形修正和曲线推进时的超挖，是产生围岩松动的原因。

3、盾尾空隙和壁后注浆不充分。

由于盾尾空隙的产生使受盾壳支撑的围岩朝着盾尾空隙变形而产生土体下沉。

土体下沉程度受壁后注浆材料的性质、注入时间、位置、压力、数量等影响。

4、衬砌变形与变位。

管片连接螺栓不紧固，管片环易变形，盾尾空隙增大，盾尾脱出后外压不均等导致衬砌变形或变位，从而造成土体沉降。

二、砂卵石地层的掘进注浆对地表沉降影响的分析砂卵石地层掘进，地表沉降反应快，如不及时处理将导致地表较大沉降或坍塌，地表建筑物将出现裂缝，甚至垮塌，在砂卵石地层进行盾构掘进施工及时有效的同步、二次、径向注浆对地表沉降控制尤为关键。

无水大粒径砂卵石盾构综合施工技术王海明;夏清华;黄福昌;张浩【摘要】结合北京地铁10号线二期某区间选用的加泥式土压平衡盾构施工情况,着重从盾构选型、刀具优化、渣土改良等方面,分析和研究了在无水大粒径砂卵石地层中的盾构综合施工技术.结果表明,选用加泥式土压平衡盾构对无水大粒径砂卵石地层具有一定的适应性,且无水大粒径砂卵石地层采用敞开式或半敞开式盾构具有可行性.%Taking the earth pressure balance shielding method adopted during the second-phase construction of Beijing Subway Line 10 as the background, authors of this paper made an analysis on the comprehensive shielding technology for waterless large sandy gravel strata, emphasizing the selection of different types of shielding machines, optimization of the machine's tools, and improvement of the quality of soil, etc. The results indicate that the earth pressure balance shielding method is applicable to large sandy gravel layers, and that it is feasible to use the open or semi-open shielding in large grain pebble stata.【期刊名称】《都市快轨交通》【年(卷),期】2012(025)005【总页数】5页(P88-92)【关键词】城市轨道交通;盾构选型;无水大粒径砂卵石;刀具优化;渣土改良【作者】王海明;夏清华;黄福昌;张浩【作者单位】中铁十六局集团地铁工程有限公司北京 100073;中铁十六局集团地铁工程有限公司北京 100073;中铁十六局集团地铁工程有限公司北京 100073;中铁十六局集团地铁工程有限公司北京 100073【正文语种】中文【中图分类】U431.31 地质情况介绍北京西南地区处于永定河冲积扇中上部，隧道主要穿越7号无水大粒径砂卵石地层，此种地层是一种典型的力学不稳定地层，其基本特征表现为结构松散，呈大小不等的颗粒状，砂卵石地层颗粒之间的孔隙大，颗粒之间的黏聚力为零。

成都地铁3号线富水砂卵石地层盾构机选型探讨与建议摘要：本文结合成都地铁3号线盾构区间穿越富水砂卵石、泥岩、泥岩与砂卵石混合地层等特殊而复杂的工程水文地质，在借鉴类似地层盾构施工经验和教训的基础上，提出成都地铁3号线bt项目盾构机选型的基本原则，探讨了适应于成都地铁bt项目富水砂卵石地层盾构机配置的技术参数、基本要求和建议。

从盾构整机、刀盘及刀具设计、旋转接头、主驱动系统、螺旋输送机、管片安装系统、推进系统、绞接系统、注浆系统、泡沫系统等其它方面对盾构机进行了系统的参数配制说明和要求，供成都地铁3号线及类似项目进行盾构选型配置参考。

关键词：成都地铁3号线；富水砂卵石地层；盾构适应性；盾构选型中图分类号： u455.43 文献标识码： a 文章编号：前言成都地铁3号线由中国中铁股份有限公司采取bt模式组织实施，其中一期工程线路全长20.359km，全为地下线，设17座车站和17.5个区间，平均站间距1.227km，车站全为地下车站。

区间隧道线路环境及设计条件复杂，特殊地段主要有2次下穿既有铁路、7次下穿市政河流、10次下穿市政立交、2次下穿市政隧道工程及多次穿越市政房屋建筑等复杂环境。

区间隧道主要穿越（2-6）卵石土层，线路南段及中段部分地段穿越（4-3）含卵石粘土层，北段部分地段穿越（5-1）全风化泥岩、不良地质弱膨胀性泥岩，裂隙发育。

地下孔隙水主要附存与砂卵石土层中，属强透水层，富水性好。

盾构区间根据工筹，共计安排14台盾构机组织施工。

鉴于成都地铁3号线盾构穿越富水砂卵石、泥岩、泥岩与砂卵石混合地层等特殊而复杂的工程水文地质，针对性地分析了施工现场存在的主要风险因素，在借鉴成都地铁1、2号线和类似地层盾构施工经验和教训的基础上，对成都地铁3号线bt项目的盾构选型配置提出探讨意见和建议，供盾构选型参考。

成都富水砂卵石地质主要特点（1）盾构区间隧道穿越地层地质情况复杂，主要为砂卵石、泥岩以及砂卵石和泥岩的混合地层；（2）砂卵石地层卵石含量高达50~85%，卵石成分主要为中等风化的岩浆岩与变质岩，卵石和漂石单轴抗压强度高，部分达55～165mpa，卵石粒径以20~80mm为主，局部80~120mm，区域内发现含有粒径超过500mm的高强度漂石。

砂卵石地层盾构施工典型故障诊断初步研究 摘要：盾构施工具有对地层的广泛适应性、施工安全系数高等优点，但因地质情况千变万化、施工环境的复杂性，在盾构施工中必然存在盾构机的适应性和施工方法、措施的调整。本文结合盾构施工在成都富含水砂卵石地层中的应用，分析了施工中存在的问题和应采取的施工措施，推广盾构施工技术在砂卵石地层中的应用，保证地铁工程的顺利进行。 关键词：盾构施工;故障;砂卵石地层 abstract: the shield construction has to the formation of wide adaptability, construction safety coefficient, but due to the advantages of high geology kaleidoscope, construction environment, complexity in shield tunnel construction, there must be in the shield machine adaptability and construction methods, measures of adjustment. combining with the shield construction in chengdu rich in sand pebble formation application, analyzes the problems in construction and the construction measures should be taken, the promotion of shield construction technique in the application of sandy pebble formation, guarantee the smooth progress of the project. keywords: shield construction; fault; sand pebble formation. 中图分类号：tq639.2文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2013） 前言 在成都地铁4号线某标段盾构区间隧道主要穿越砂卵石土层，卵石为褐灰色、青灰色，稍湿～饱和，松散～密实夹少量角砾，卵石成分主要以岩浆岩、变质岩类岩石组成。以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，卵石含量50～85%，粒径20～80mm为主，部分粒径大于100mm，最大粒径达300mm，充填物为中砂，局部夹漂石，大漂石随机分布性强。水文地质条件错综复杂，盾构穿越松散、中密、高密等不同断面，而且地下水位较高，经常出现出渣量过多，地面形成空洞；容易喷涌；刀盘及螺旋机卡死等现象，给施工带来很大困难！经过一个区间掘进施工经验的积累针对上述问题，我们可以引刃而解。 一、盾构施工中的超挖 由于砂卵石地层，地质松散，盾构掘进施工中容易超挖，形成地面空洞，针对此问题我们通过在掘进过程和掘进完成后控制。 （一）在掘进时通过出渣方量和渣土称重严格控制出渣。 1、成都地铁采用1.5m宽幅管片，掘进每环管片理论掘削碴土量w’可由下式计算得到： w’=πr²dl=3.1415926×(6.31÷2)²×1.5×1.3=61m³ r：刀盘半径，d：管片宽度，l：碴土的松散系数 实际掘进每环出碴量控制在56±1m3。 2、每环渣土重量计算： 在中密砂卵石地层，天然密度2.1计算，每环渣土重量，56*2.1=117.6t,刀盘前及土仓加水按经验一环为1.5t,泡沫以30l/环，一环加泡沫重30*30=0.9t，所以一环渣土重量为117.6+0.9+1.5=120t,因此在正常掘进时，一环渣土重量控制在120t以内。由于成都砂卵石地层错综复杂，根据不同出渣状况应适当降低控制每环出渣重量。 （二）在掘进完成后处理 1、在掘进完成后针对出渣过多这一环，盾尾通过后加大同步注浆量，同时采用二次管片注浆来处理。 2、针对出渣量过多，在相应里程地面钻孔注浆方式，及时进行处理。 采用以上方法及时进行处理，地面不会形成沉降及塌方。 二、地下水喷涌问题 成都富含水砂卵石地层充填物为中砂地质松散，而且地下水位较高，地层含水丰富容易造成喷涌现象。针对此难题我们采取做止水环。 止水环从盾尾后十环开始连续三环采取管片注双液浆方式完成，注浆完成后在预留十环管片里上部打孔观察渗水情况，如果没有水渗出说明注浆效果良好，起到止水作用；如果渗水严重继续做止水环，直到观察孔没有水渗出为止。 双液浆配比为水泥浆：水玻璃=1:1，水泥浆液配比为水泥：水=1:1现场使用时根据浆液凝固时间需要调整配合比，水玻璃稀释到30be´，水泥浆液拌合要充分。 三、隧道下卧层土体的变形 盾构法隧道施工会引起较大的地面沉降，特别是在较松散砂卵石条件下。过大的地表沉降可引起隧道附近地下管网的断裂，渗漏和建构筑物的开裂倒塌。根据地质和工程实测资料分析的隧道下卧层土体变形，估计隧道的不均匀沉降是隧道纵横断面结构和防水设计中的重要课题。由于隧道长度与直径之比总是相当大，而且现在隧道衬砌纵向接头中基本采用弹性防水材料，因而具有柔性。所以在施工阶段可以认为隧道各衬砌环是隧道下卧土层的沉降而沉降。在基本运用阶段，即使隧道内增加内部结构，使隧道纵向刚度有所增加，但隧道仍然随下卧层的长期不均匀沉降，而发生纵向变形。 防止沉降的对策①对盾构机推进中的施工参数进行优化，不使超挖和欠挖。②管片脱出盾尾时,于衬砌背后适时注浆,控制好注浆压力,浆液材料性质,注浆量等均是防止隧道上部土体坍塌,后期固结变形的有效方法。③盾构机进出工作井前后50m,也是施工中控制地表沉降的关键地段,可采用恰当的洞周土体加固方法。 四、螺旋机和刀盘卡死 砂卵石以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，卵石含量50～85%，粒径20～80mm为主，部分粒径大于100mm，最大粒径达300mm，充填物为中砂，局部夹漂石。在掘进施工时引起螺旋机和刀盘卡死，针对此难题我们采取以下方法解决。 （一）螺旋机被卵石卡死解决方法 随着盾构掘进螺旋机叶轮磨损，其和螺旋筒内壁之间的间隙增加，卵石很容易在在叶轮和螺旋筒之间，最终导致螺旋输送机不能正常运转。当螺旋机卡死难以脱困时应采用输入润滑剂和人工辅助的方式解决。 1、输入润滑剂 在螺旋机上预留ø50mm管路接口等装置，通过盾构机泡沫系统往螺旋输送机内输入泡沫剂、膨润土浆液、工业洗衣粉等润滑物质，当输入适量的润滑物质后，可通过正/反转螺旋进行试脱困，应逐渐增加螺旋机扭矩，防止因螺旋机扭力增大导致螺旋杆断裂。 2、人工辅助 打开螺旋输送机上矩形盖板，利用人工清理螺旋机里卵石，然后按上述步骤进行脱困。 （二）刀盘被卵石卡住解决方法 用于成都地铁4号线某标段robbins盾构机，刀盘直径ø6310mm，地层最大卵石粒径达300mm，在盾构掘进时刀盘经常被卵石卡住，给施工带来很到困难，严重影响施工进度。

133施工技术1　工程概况呼和浩特市轨道交通2号线一期工程百合路站-新店站区间为地下双单线区间，盾构区间起于百合路站，沿成吉思汗东街敷设，侧穿科尔沁高架桥桥桩后进入新店站。

本区间隧道全长496.947m 。

区间隧道全线敷设于地下，采用盾构法施工。

区间线路出百合路站后，以2‰、10.6‰的坡度上坡，再以2‰的坡度下坡到达区间线路设计终点新店站，区间结构顶部覆土厚度最浅处穿越科尔沁快速路高架桥。

2　水文地质及工况分析百合路站-新店站区间沿成吉思汗大街向东，地形较平缓，地面高程介于1086.85～1087.85m,地貌单元属山前冲洪积倾斜平原。

区间穿越地层主要为3-5细砂、3-6中砂、3-8砾砂、3-9圆砾层、3-10卵石层等。

下穿高架桥区域盾构区间主要通过卵石层（含量约30%，粒径60～300mm)、圆砾层（含量10%，粒径20～200mm)。

科尔沁快速路高架桥为刚箱连续梁桥（剖面图见图1），基础直径为1200～1500mm 的摩擦桩，桩长为42m 。

区间在里程DK26+945.527～DK27+002.100和DK26+946.830～DK26+995.951段下穿科尔沁快速路高架桥桥桩，盾构区间结构外侧距离最近桥桩距离为4.94m,此里程盾构覆土埋深5.948m 。

3　盾构技术方案及优化设计3.1　盾构选型3.1.1　盾构机整体选型考虑到地层的适应性以及高架桥施工风险，由于本项目工程地质与水文地质的变化很大，在这种含有不稳定地质状况下，选择复合式土压平衡盾构机，先进的刀盘及出碴系统的设计能够有效地控制掌子面及地表沉降，减少刀盘、刀具及螺旋机的磨损[1]。

图1　下穿高架桥剖面示意图（单位：mm ）3.1.2　合理选用刀盘1）合理设计刀盘，刀盘结构采用Q690特种钢板制作，刀盘的防磨损保护是通过在整个刀盘包裹LOVSUNS 特种耐磨合金钢板实现的。

2）本项目采用的刀盘在始发之前，经过全面改造，刀盘开口率达42%，开口在整个盘面均匀分布，利于渣土流动流畅及土压传递更真实，不易形成刀盘泥饼。

北京地铁10号线玉樊区间盾构隧道砂卵石地层施工技术摘要:鹅卵石含量较高地层结构松散,受盾构掘进影响自稳性较差,操作不当容易产生超排现象,造成较大的地面沉降,严重的甚至导致地面塌方。

北京地铁10号线玉樊区间盾构隧道施工采用同步注浆,管片出盾尾后进行二次补浆施工技术,实际应用效果显著。

现将介绍主要操作技术,为类似地层工程提供参考。

关键词:盾构施工砂卵石地层操作总结1、工程概况玉泉营站～樊家村站区间里程为K39+123.188～K40 +080.809,全长957.621米。

线路基本为直线型,线路沿现状的纪家庙二号路及规划的看丹路下方铺设,并穿越一段商业区（北京花乡花卉市场等）和城市绿化地。

区间出玉泉营站后,沿规划的纪家庙二号路下方线路一直向西延伸到樊家村站。

线路所经过的规划纪家庙二号路及看丹路东段尚未形成,线路上方多为1～3层砖房。

该区间地下管线非常复杂,主要集中在规划的纪家庙二号路下方,管线的特点是多、深、大,对区间施工有较大的影响。

本区间线路平面上从玉泉营站到樊家村站线间距由15.0m变成17m。

右线从玉泉营站出站沿直线到达樊家村110KV变电站附近后,线路以两个2000m半径的曲线到达樊家村站。

左线含两条曲线,其半径均为2000m,同样以曲线进入樊家村站。

纵断面上,线路左右线设“人”字坡。

线路从玉泉营站出站后以5‰上坡,然后以4‰和2‰的下坡进入樊家村站。

2、土压平衡式盾构机的工作原理本区间采用小松土压平衡式盾构机进行施工。

基本工作原理如下:刀盘旋转所切割下来的渣土,与添加的泡沫、膨润土混合在一起进入土仓。

随着推进油缸不断伸长,土仓内渣土越多,压力将持续增大,达到设定值时打开螺旋机排土闸门进行出土,以维持土仓渣土压力与隧道开挖面上的水土压力实现动态的平衡,这时隧道开挖面其他部分的土壤就不会轻易塌落,达到既完成了向前掘进又不会造成开挖面土体失稳,避免因土体失稳引起的地面沉降和隆起。

3、砂卵石地层控制要求3.1 出土量砂卵石地层,地质疏松,自稳性能差。