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。
土压平衡盾构洞内超前注浆加固技术的应用
发布时间：2023-02-20T05:37:09.102Z 来源：《建筑实践》2022年10月19期 作者： 邵海清
[导读] 由于隧道施工中存在软土地质条件差、地面难以进行加固的情况
邵海清
中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司 江苏省无锡 214105
摘要：由于隧道施工中存在软土地质条件差、地面难以进行加固的情况，提出了采用洞内超前注浆加固的新方法，以确保沉降。通过工程实例，阐述了采用土压平衡盾构法在不良地层中进行预应力注浆的施工工艺，并对其特点进行了分析，对其施工过程和操作要点进行了
阐述。同时，对施工期间的不良地层地面沉陷进行了分析。希望能更好地解决设备安装和维护、注浆材料的准备和调试等技术问题。
关键词：盾构掘进；洞内；注浆；地层加固引言
近年来，盾构法在城市轨道交通、城际铁路等隧道工程中得到了广泛的应用，对地下建筑的防护和地面沉降的控制提出了更高的要求。但在特殊的环境和场所，不能采用注浆法进行地基注浆，而二次注浆不能有效地抑制地面的沉陷，会给地面建筑物带来损害。本文以穗莞
深城际前海至皇岗口岸段工程3#工作井（不含）~1#明挖段区段盾构隧道的盾构施工为实例，利用盾构机加载超前钻具，在洞口进行超前预
注浆，对开挖后的地面沉降进行了有效的加固。
1、工程简介
穗莞深城际前海至皇岗口岸段工程3#工作井（不含）~1#明挖段区段盾构隧道，位于超级总部站至皇岗口岸站区间，线路沿福荣路与广深高速公路中间绿化带敷设，沿线穿越地铁9号线、竹子林立交、广深高速福田互通立交、相关民房、商业建筑等。区段左线总长
3017.314m，区段右线总长3007.773m，区段平面线间距20.6～11.83m，最小平面曲线半径R=500m；区间最大纵坡为17.548‰，隧道埋深8.3～44.8m。
2、设备选型
由于地下通道的上层地面是跑道，地面钻孔灌注桩已不适合传统的井眼注浆加固，只能采取“洞口超前注浆法”。针对现场隧道场地狭窄的特点，选择的钻机在隧道中使用简单、功率大、性能好、移动方便、体积小、占地少。由于盾构机盾壳外侧有土压力，加之该处段围
第４５卷第６期 ２０１３年１２月 西 安 建 筑 科技 大 学 学 报（自然科学版） Ｊ．Ｘｉ ａｎ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ａｒｃｈ．＆Ｔｅｃｈ．（Ｎａｔｕｆａ１ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏ１．４５ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２Ｏ１３
土压平衡盾构施工穿越砂层渣土改良试验研究
胡长明 ，崔 耀。，王雪艳 ，贡少瑞 ，张文萃
（１Ｉ西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安７１００５５；２．郑州大学综合设计研究院有限公司，河南郑州４５０００２）
摘要：针对地铁隧道采用土压平衡盾构施工穿越砂层时表现出的非适应性开展了渣土改良及现场试验研 究，通过对比渣土经不同配比膨润土泥浆改良前后的抗剪强度、渗透性及塌落度，得到了合理的膨润土浓度及 泥浆掺入比．研究表明：当砂层采用浓度为１：１０膨润土泥浆改良后，渣土的塑性及流动性得到有效提高，抗 剪强度及渗透性大幅降低；控制泥浆体积掺入比为１：５进行掘进施工时，盾构机刀盘内外温度及磨损程度明 显降低、排土顺畅且推进速度提高．研究成果对于解决土压平衡盾构穿越砂层时土压难以平衡、排土不正常、 刀盘扭矩过大及磨损过快等问题具有参考价值． 关键词：土压平衡盾构；非适应性；渣土改良；掺人比；刀盘温度
中图分类号：Ｕ ４５５．４３ 文献标志码：Ａ 文章编号：ｌＯ０６－７９３ｏ（２０１３）０６—０７６１－０６
土压平衡盾构主要适用于粘性土地层开挖，在穿越砂土地层时，由于砂层渣土流塑性差，摩擦系数大，
强度高，盾构机推力大大增加，出土不易，刀盘扭矩、螺旋输送机扭矩增大，降低掘进速度甚至无法推进．同
时在砂层中，盾构机刀盘升温快，刀盘及螺旋磨损较大，这些问题导致土压平衡盾构在砂层中掘进困难． 针对以上问题国内外应用较多的是掺入改良剂，改善砂层特性．朱伟口 等对盾构用气泡的性能及对开挖
土体改良效果影响进行研究，得出了气泡改良开挖土体的主要
影响因素；宋克志［２ 等对泡沫技术进行了试验研究，并进行了现
CFHI2020年第6期（总198期）
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随着现代城市的发展，类似开挖隧道的工程
也在不断增多，如各种地下管道的工程、地铁工
程和跨海隧道等，盾构机以其机械化程度高、安
全可靠、不受地表状况影响，工作环境良好，施
工进度快等诸多优点在隧道工程建设中得到广泛
应用。土压平衡盾构机（Earthpressurebalanceshieldmachine，简称EPB），是隧道建设及地下空
间开发领域广泛应用的一种现代化工程机械装
备[1]。它是通过控制推进速度和排土量来保持密
封舱内的水土压力和开挖面水土压力之间的平衡，
从而维持开挖面的稳定性，有效防止地表变形，
主要适用于软土、砂砾或含水等混合地层中的隧
道掘进。
刀盘布置在盾构机的最前方（见图1），负责对土
体进行掘削，同时对掘削面有一定的支撑和稳定
作用，刀盘上中心鱼尾刀负责搅拌土体，保证土
体的流动性。以前的刀盘设计大多数只针对单一
地质情况，但是许多地区地质情况复杂，比如大量软土中夹杂坚硬石块等，这时需要既能开挖软土
也能破碎岩石的刀盘。为此，本文专门设计了一种
复合式刀盘，该刀盘集中心刀、滚刀、撕裂刀和刮
刀于一体，可以充分适应复杂的地质情况。
1刀盘的结构
刀盘分为面板式、辐条式和辐板式三种。本文
的盾构机采用辐板式刀盘，它同时兼有面板式和辐
条式的优点，能够保持开挖面的稳定，而且掘进扭
矩较小。
刀盘的支撑形式分为三种：中心支撑、中间支
撑和周边支撑。本文刀盘采用中间支撑，这种支撑
方式多用于直径较大的刀盘，容易满足面板所需载
荷强度，土仓中土砂流动性好，进仓作业空间充
分。
本刀盘主体由辐板、面板、围板、盲板和法兰
焊接而成（见图2）。其所有外表面均堆焊耐磨层
或焊接耐磨板，以增强刀盘表面的耐磨性能。本刀
1.一重集团大连工程技术有限公司工程师，辽宁大连1166002.大连中集特种物流装备有限公司工程师，辽宁大连116600覫6840mm土压平衡盾构机复合刀盘
