盾构施工总结篇（1）

Abstract: along with the development of the society, the change of more and more crowded, the subway as a new type of traffic tools, high speed, time must, low energy consumption, covers an area of province, etc. At present our country building subway are Beijing, Shanghai, guangzhou, hangzhou, shenyang, chengdu, xian and other cities. Shield law because of its construction speed is quick, mechanization degree is high, and the advantages of security is widely applied to the subway tunnel construction. This paper TJSG xian metro line 2 at 4 standard the administrative center to the north station 】 shield interval shield construction machine in the whole section, coarse sand layer in the tunneling problems and solving methods are explained, the hope for similar project construction to provide certain experience.

Keywords: whole section of sand layer, shield construction machine, difficulty relief, settlement, screw conveyor

中图分类号：U455.43文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

西安地铁二号线TJSG-4标位于西安市北郊运动公园内，包括【行政中心站～运动公园站】、【运动公园站～北苑站】、【北苑站～北客站】三个盾构区间（见图1），单线全长3公里，隧道拱顶埋深为10～15米，工程造价2.8亿元。本工程由西安市地下铁道有限责任公司建设，中铁一局集团有限公司施工，广州轨道交通建设监理有限公司监理。

2工程地质及水文情况

2.1地质情况

根据本工程地质勘查报告揭露的地质情况，区间隧道钻孔深度内地层为：地表一般分布有厚度不等的全新统人工填土；其下为全新统的冲积黄土状土、粉质粘土、粉细沙、中砂、粗砂，局部为砾砂或圆砾；上更新统冲积的粉质粘土，中、粗砂层局部为粉细沙、砾砂。

2.2水文情况

本工程地质勘查资料揭露显示隧道所处范围地下主要为潜水层，其主要补给来自大气降水渗入，地下水位埋深10.30～12.30m的。地下水的径流方向由南向北，地下水最大流速为13.68m/d，平均流速为12.00m/d。

3 全断面中、粗砂层盾构脱困技术

盾构在硬岩中掘进时，由于围岩过硬会出现盾构机卡壳现象。而本工程盾构在穿越北绕城高速公路全断面中、粗砂层（左线里程：ZDK1+666～ZDK1+629;环号：103～128, YDK1+661～ZDK1+624；环号：107～131）的过程中也出现了盾构机被卡住的现象，盾构机推力超过3000t，掘进速度仅为个位数。

分析造成该现象的原因主要有：

（1）围岩硬度高。根据本工程高速公路路基两侧地质勘查孔揭露的地质情况显示，该段隧道断面所处地层为〈2-5〉中砂及〈2-6〉粗砂全断面砂层，其N值为20～40。由于该段上覆高速公路路基，且动荷载（每日车流量约3万辆）长期作用，使该段地层密实性加强，其N值远大于40。

（2）盾构机姿态差。因进入该段前盾构机姿态超限，盾构机姿态趋势大，未能及时纠正，进入该段后，因地层关系盾构机推力增大（四组千斤顶推力均满负荷推进），不具备调整盾构机姿态的条件，使得盾构机姿态越来越差，从而增大了围岩对盾构机阻力。

（3）盾构机外置注浆管。本工程采用Φ6140日本小松软土盾构机，该型盾构机采用外置式同步注浆管，从而增大了盾尾直径，在较硬围岩中掘进时，易出现卡盾尾的情况。

在盾构施工过程中为使盾构机脱困主要采取了以下措施：

（1）增大盾构机推力。联系盾构机生产厂家，在管片不被压裂、设备所能承受的条件下，将盾构机推力限值调大，增加有效推力。

（2）摆动铰接，使围岩松动。在盾构掘进速度小于3mm/min时，伸缩铰接油缸，摆动盾构机，使围岩松动，以利于盾构脱困。在伸缩油缸时伸缩量不宜过大，本工程右线盾构在穿越该段地层时，因铰接油缸伸缩过猛，致使盾构机铰接密封损坏

（3）开启超挖刀进行扩挖。针对盾构机外置式同步注浆管，开启超挖刀在注浆管所在点位适当进行扩挖，减小注浆管与围岩的摩擦。

4 全断面中、粗砂层盾构施工地面沉降控制

盾构推进施工引起的地表沉降一般分为盾构施工到达前沉降、盾构施工到达、盾构通过时、盾尾通过后、后续沉降5个阶段。在实际施工过程中造成地面出现过大沉降主要是盾构施工到达、盾构通过时、盾尾通过后三个沉降阶段引起的。要很好的控制这三个沉降阶段，其关键就是建立良好的土压平衡关系和及时饱满的注浆。

案例：左线盾构穿越麻家什字民房

4.1概况

左线自ZDK1+520～ ZDK1+528（掘进环号194环～201环）里程段下穿麻家什字村民房，民房共5层，其中第一层为2001年建设（原设计层），其它几层为2004年加盖，其基础为砖混砖体扩大基础，第一层墙体为砖混结构＋50cm的顶圈梁结构，其它四层均为砖混结构，没有圈梁和简易框。房屋外墙瓷砖有大面积空鼓现象，局部有细微裂纹，根据目测房屋未发现倾斜沉降，内部无明显裂缝，1层为商铺、2层有人居住，且住户较多，其它3层闲置。（隧道与民房关系见图1）

根据地质详勘报告揭露的地层，此里程段隧道埋深14m，隧道拱顶主要分布的地层为0～11m黄土＋粉质粘土，11～14m为中砂，14～20m为粗砂，隧道拱顶及洞身范围位于全断面砂层中，地下水位地面以下15m（见图2）。

图4：麻家什字民房与隧道关系图

图1：隧道与民房关系图

图2:民房地质图

4.2施工过程采取的措施

盾构穿越该建筑物主要的思路为快速平稳通过，为实现这个思路及控制好地表沉降在盾构穿越前、穿越过程中及穿越后，主要采取了以下措施：①做好设备检修保养。②加强渣良。 ③严格控制土仓压力及出土量。④加强管片的背后注浆。⑤控制好盾构机的姿态。⑥加强地表及建筑物的监测，及时反馈监测信息。

4.3取得的效果

从地表及建筑物沉降监测数据看，监测点最大累积沉降-5.6mm，远低于规定的警戒值，且盾构穿越后监测数据长期处于稳定状态，民房未出现开裂倾斜等现象。本次盾构成功穿越5层民房，为盾构在全断面中、粗砂层掘进及沉降控制提供了宝贵的经验。

5全断面砂层施工螺旋输送机故障处理技术

盾构在全断面砂层掘进时，由于砂的摩阻系数大，使得盾构机特别是螺旋输送机因不正常磨损易出现故障，本工程在【运动公园站～北苑站】区间掘进施工时左、右线盾构机的螺旋输送机曾多次出现故障，严重影响了工程进度。本工程施工过程中盾构螺旋输送机出现故障有以下三类：

5.1螺旋叶片的磨损严重。该区间隧道洞身处于全断面无水砂层，由于渣土较干，且渣良效果不理想，使螺旋输送机出土不畅，存在滞土现象，导致螺旋带叶片磨损严重。

5.2螺旋齿轮箱密封及马达齿轮的损坏。由于渣土较干，渣良效果不佳，使渣土到螺旋排土口时不能顺利排出，而在排土口将渣土压密，增大了排土口的压力，长期作用使砂粒进入螺旋输送器齿轮箱磨损了密封圈，进入齿轮箱后造成了螺旋输送机马达齿轮非正常磨损严重。

5.3螺旋输送器螺旋带断裂。

2009年6月19日凌晨4：50左右，左线盾构正在掘进第540环，螺旋输送机开始出现出土不连续的现象，且螺旋输送机转动时有异常响动，上午9：10施工人员在螺旋输送机出土口检查时从出土口取出了一块20x30x2.5cm的螺旋带叶片，叶片取出后螺旋输送机虽能正常转动，但仍然不能正常出土。

通过螺旋输送机预留的检查孔进行排查，在土仓附近螺旋输送机外筒壁上切开一个观察孔（见图4）。经观察孔检查发现在土仓内出土口处有一个结实的“砂墙”，堵住了出土口，并发现螺旋带伸进土仓内的部分已经被折断且被埋在“砂墙”下面。为防止挖开砂墙后出现涌砂，施作前在观察孔上安装一个可以灵活开关的手动闸门。经过5个小时的开挖，取出了已折断的螺旋带（见图5），取出后反复转动刀盘，利用搅拌棒粉碎了“砂墙”，螺旋输送机启动后出土正常，由于螺旋带变短，其出土模式由原来的从土仓内主动取土，变作被动出土。完成了该区间剩余的80环隧道施工，到达北苑站后对其进行了更换。

图3：螺旋输送机故障示意图

图4：割开的观察孔 图5：取出的螺旋带断裂段

5.4故障成因的推断

本次螺旋输送机故障的发生，是多种不利因素集中导致的结果。从螺旋带断裂段表面凹坑及断裂断口推断，螺旋带受到了坚硬物体的碰撞，使其产生了弯曲及开裂，在出土时由于土仓内坚固的砂墙将螺旋带伸进土仓部分深埋固定，螺旋在转动过程受到扭矩作用而断裂。

5.5通过上述事件总结的经验

盾构法施工机械化程度高，设备出现故障将直接影响工期，通过上述事件，可以总结出以下防治措施：

5.5.1就螺旋输送机易磨损部位进行堆焊加固，提高螺旋的耐磨性。

5.5.2盾构在无水砂层中掘进时，渣良是很关键的环节，通常的泡沫添加剂改良效果不理想，出渣不畅是导致螺旋输送机故障“元凶”，因此在盾构施工过程中须选用一定配比的膨润土泥浆作为渣良剂，以减少设备的磨损。

5.5.3加强施工机械的日常检查机维修工作，并备足易损配件，设备出现故障维修时可有效的节约维修时间。

盾构施工总结篇（2）

一、工程概况

福州市轨道交通1号线工程线路全长29.2公里，全部为地下线，共设车站24座。09标段工程包括三个车站和三段区间（黄山站～排下站区间、排下站、排下站～城门站区间、城门站、城门站～三角埕站区间、三角埕站），标段全长2.5km，工程原计划工期为973天，2010年12月31日工程开工，2013年8月30日全部工程竣工验收结束，32个月。其中，盾构区间要求在2013年2月贯通。采用2台盾构机施工。

【黄山站~排下站】区间隧道总长1857.762m，【排下站～城门站】区间隧道总长1316.992m，【城门站～三角埕站】区间隧道总长1736.636m；区间线路自三角埕站出发，沿着福峡路北行，到达黄山站。沿线两侧主要是居民小区及商业用地，沿道路两侧大部分为3~5层居民楼。盾构隧道所穿越的土层主要为③1淤泥、④粉质粘土、⑤1淤泥质粉质土、⑬a残积粉质粘土、⑭c全风化凝灰熔岩、⑭b全风化凝灰岩、⑮c散体状强风化凝灰熔岩、⑯c碎块状强风化凝灰熔岩等土层。

区间隧道覆土厚度约为12～15m。采用盾构法施工，单圆断面型式，错缝拼装、预制钢筋混凝土管片衬砌。盾构穿越土层，上部主要分布粘土，下部分布软岩、较硬岩、硬岩，盾构掘进面变化大，且部分区域盾构掘进面上软下硬，盾构掘进困难，地面沉降大。

二、盾构施工方案分析

根据现场环境条件、地质资料及施工工期安排等方面综合考虑，按照盾构机施工顺序及流向，以下列举四种方案：

1、按原设计顺序及流向进行施工。

即按原招标要求，投入两台盾构，由城门站北端头始发，向北掘进至排下站南端头井后，解体站外转场至北端头井，继续向北推进至黄山站；到（1）工期分析：

按原计划2台盾构设备分别于2011年9月和10月进场，单台盾构掘进2430延米，日掘进量6.5m，站外转场按2个月/台次计算，完成时间为2013年2月。工期可保证。

（盾构施工进度指标可见下表1）

（2）质量、安全分析：

采用复合式盾构机推进，可满足软土、粉质粘土、强、中风化岩层甚至弱风化岩石的掘进，对沿线穿越建构筑物及地面道路、地下管线的沉降、变形，可采取达黄山站后解体吊出，转场至城门站南端头井，向南掘进施工城门～三角埕区间。（见下图2）

调整土仓压力、螺旋机出土量、同步注浆、二次注浆等方式有效控制。质量、安全可保证。但其施工需六次安拆、四次站外转场运输，深基坑吊装、运输频繁，在机械设备深井吊装作业上需要严格按照安全规范执行，避免设备吊拆发生安全事故。

（3）场地布置：

2台盾构管片、出渣、注浆场地均布置在城门站，不需要额外增加，仅在站外转场时临时占用地面场地，施工不影响其他车站附属施工。

（4）成本分析：

盾构施工需十二次吊装、六次安拆、四次站外转场，按站外转场120万/台次（含盾构机安拆及运输）计算，需发生费用480万元，且转场工期长、二次始发速度慢，成本高、工效低。

2、调整施工顺序，黄山站和三角埕站采用站内调头。

调整现有盾构施工顺序及流向，1号盾构由城门站北端头井左线下井始发，向北推进至排下站南端头后，站外转场至北端头井继续向北掘进到达黄山站南端头井，站内调头至右线，向南二次始发，完成黄山～排下区间右线隧道，在排下站北端头井解体吊出。2号盾构由城门站南端头井左线下井始发，向南推进至三角埕站北端头后，站内调头至右线，向北推进完成城门～三角埕区间右线隧道，在城门站南端头井解体，站外转场至城门站北端头井，继续向北推进到达排下站南端头井后，解体吊出。（见下图3）

（1）工期分析：

按现有施工顺序，2台盾构设备同样于2011年9月和10月进场，10月和11月开始始发掘进，1号盾构掘进2730单延米，2号盾构掘进2130单延米，日掘进量6.5m，站外转场按2个月/台次，站内调头二次始发按1个月/台次计算，1号盾构完成时间为2013年2月，2号盾构完成时间为2012年12月。工期可满足要求。

（2）质量、安全分析：

同样采用复合式盾构机推进，可满足软土、粉质粘土、强、中风化岩层甚至弱风化岩石的掘进要求。同时，减少了两次站外转场和盾构设备的安拆，仅需要采用盾构站内调头解决，一方面提高了盾构施工转接工序作业效率，另外也降低了设备多次深井吊装的安全风险。

（3）场地布置：

2台盾构管片、出渣、注浆场地同样仍布置在城门站，不需要额外增加，但需黄山站和三角埕站站内端头井提供盾构机调头和二次始发作业所需空间，同时车站端头井根据盾构机调头要求，需要将端头井部位底板上翻梁修改为下翻梁型式。

（4）成本分析：

按此方案实施盾构施工，仅需二次站外转场，二次站内调头即可满足盾构机施工需要。按站外转场120万/台次、站内调头40万/台次计算，发生费用为320万元，且站内调头时间短、速度快，盾构机不需再次组装，二次始发方便，相对成本较低。

3、调整变更，将排下站、城门站负二层净空抬高1.65m，采用盾构过站方式进行施工。

区间盾构改从三角埕站北端头始发，一直向北推进至黄山站，调整排下站和城门站车站结构高度，将结构加深或抬高1.65m，将原设计负二层净空6.1m改为7.75m，盾构采用站内过站型式通过两个车站。（见下图5）

（1）工期分析：

2台盾构设备同样于2011年9月和10月进场，10月和11月开始始发掘进，单台盾构掘进2430延米，日掘进量6.5m，站内过站按1个月/台次计算，盾构完成时间为2013年1月。工期可满足原施工要求，并可提前1个月完成。

（2）质量、安全分析：

采用站内过站方式，将站外转场全部取消，提高了盾构施工转接工序作业效率，降低了设备多次深井吊装的安全风险；但是车站结构从围护桩深度、基坑开挖、结构层高等各方面都需要进行大范围的调整，方案变更较大，需对车站覆土埋深、结构板受力、抗浮力等进行检算，技术设计工作量较大。另外，将结构加深1.65m，将增加基坑开挖支护的施工安全风险，将结构抬高1.65m，又需要考虑车站埋深覆土小于1.5m时的结构质量隐患，质量、安全风险较大。

（3）场地布置：

2台盾构管片、出渣、注浆场地均布置在三角埕站，其他车站不需要提供盾构施工用地。

（4）成本分析：

按此方案实施，仅需四次站内过站即可满足盾构机施工需要。按盾构过站估算25万/台次计算，发生费用仅为100万元左右，且过站时间短，盾构机不需再次组装，盾构发生成本最低。

但是，在成本分析中，需要考虑到因改为盾构过站，引起的排下站和城门站两个车站的结构变更造价费用影响，如采用车站结构加深1.65m方案，初步估算需增加造价280万元/站，总造价需560万元以上；如采用车站结构抬高1.65m方案，也需增加总造价260万元左右，且不考虑车站抗浮增加费用。

4、综合前三个方案，由排下站进行始发、城门站改为盾构过站、黄山站和三角埕站站内调头。

综合前三个方案，将盾构始发场地改为排下站，城门站进行结构变更以满足盾构过站需要，黄山站和三角埕站端头提供站内调头；1号盾构由排下站北端头始发，施工黄山～排下区间隧道；2号盾构由排下站南端头始发，施工排下～城门～三角埕两个区间隧道，盾构机在城门站过站，三角埕站北端头井调头。（见下图7）

图7方案4盾构施工流向顺序示意图

（1）工期分析：

2台盾构设备同样于2011年9月和10月进场，10月和11月开始始发掘进，1号盾构掘进1860延米，2号盾构掘进3000延米，按日掘进量6.5m，盾构过站及站内调头均按1个月/台次计算，2号盾构需18个月方可完成，盾构完成时间为2013年3月。工期不能满足原施工要求，需滞后1个月。

（2）质量、安全分析：

采用了站内调头和过站相结合的方式，将站外转场全部取消，提高了盾构施工转接工序作业效率，降低了设备多次深井吊装的安全风险；但是车站结构变更的风险仍存在。

（3）场地布置：

2台盾构管片、出渣、注浆场地均布置在排下站，另外黄山站和三角埕站还需提供站内调头条件，占用车站内部分场地。

（4）成本分析：

按此方案实施，需二次盾构过站、二次站内调头施工。按盾构过站估算25万/台次、站内调头40万/台次计算，发生费用为130万元左右，盾构发生成本较低。

但是，在成本分析中，仍需要考虑到因改为盾构过站，引起的城门站车站主体的结构变更造价费用影响，估算可能将增加工程总造价130～280万元之间（费用根据结构抬高或加深估算而浮动较大）。

三、各方案综合比选

通过以上四个方案的列举，从工期安排、施工技术可行性、质量安全的风险控制、经济投资和成本投入比较等多方面的讨论，通过下表2综合对比方案优劣。

盾构施工总结篇（3）

随着华东地区城市地铁建设的规模越来越大，盾构穿越中间风井的情况越来越多。由于地铁线路设计的要求，两座地铁车站之间的中间风井一般都较深。在较深的中间风井进行盾构到达和始发施工，需要克服高水压（往往是潜水和承压水的双重影响）和不利地质条件（粉砂层）的影响，采用常规工艺进行盾构到达和始发施工时，极易发生涌水、涌砂等险情，造成地面沉降、管线破坏、建构筑物受损等后果。本文所阐述的施工工法是结合工程具体情况，主要从安全风险控制、节约工期的角度出发采用了将洞门凿除后、回填土和水、盾构穿越后注浆封堵的施工工艺，实践证明达到了预期效果，在国内尚属首次使用。

一、工程概况

（一）工程简介

滨江站～富春路站区间为杭州地铁1号线工程穿越钱塘江全地下区间，里程范围为K5＋880.274～K8＋835.859，区间左线总长为2.946km，区间右线总长为2.956km。在里程K6＋750和K8＋351.9处设风井2座。区间隧道线路特征：平面最小曲线半径R＝400m，最大坡度－28.05％，隧道覆土9.4～28.1m。为满足钱塘江下300年一遇河床冲刷包络线下3.5m隧道埋深的需要，过江线路呈V字形设置，导致江两侧的风井都较深。区间隧道结构外径为6.2m，内径为5.5m；管片厚度为35cm，环宽1.2m，每环由6块管片错缝拼装而成。

拟穿越的江北风井平面外包尺寸为40.8m×15.6m，主体结构的围护结构采用1.0m厚、42m深的地下连续墙，内衬结构厚0.4～0.8m，开挖深度26.266m。

杭州地铁1号线穿越钱塘江隧道采用2台加泥式土压平衡盾构机施工，根据工程筹划，2台盾构机先后从江南岸的滨江站始发，需先后在江南风井和江北风井进出洞后，抵达富春路站盾构掘进完成。盾构掘进安排见图1。

图1 盾构掘进安排示意图

（二）穿越江北风井段轴线特征

穿越江北风井段隧道平面轴线为缓和曲线，曲线的参数方程：沿曲线起点处切线方向：X=L-L5/33.0/R2/L02，沿曲线起点处法线方向：Y=0.00000303X3-0.000000639X2+0.00140X，式中L0=84.995，R=649.882。

纵向轴线为1.008%的正坡。

（三）周边环境

江北风井位于钱塘江北岸的之江路和婺江路交叉口，位于婺江路上，隧道轴线方向与婺江路平行、垂直于之江路。江北风井平面环境见图2。

江北风井周边施工影响范围内的构建筑物为6层住宅小区和杭州广电中心大厦。由于江北风井主体和附属结构位于婺江路正中，所以平行于婺江路的雨水、给水和电力管线采取了临时改排的方式处理，即在风井周边6m范围外侧绕排。

图2 江北风井环境平面图

二、地质条件

（一）工程地质条件

盾构穿越江北风井过程中穿越的土层为砂质粉土和淤泥质粉质粘土层。盾构穿越江北风井的结构及地质情况横剖面见图3。

盾构进出洞受其影响的主要土层性质如下：

③6层 粉砂：灰、青灰色，中密，饱和，含有机质、云母屑。实测标贯锤击数17～34击，平均值25击。静力触探锥尖阻力qc=9.59～12.82MPa，平均值10.57MPa，侧壁阻力fs=89.7～120.7kPa，平均值107.3kPa。

③7层 砂质粉土：灰色，稍密，很湿。含有机质、云母碎屑，具水平层理，夹淤泥质粉质粘土，摇振反应中等，切面无光泽反应，干强度较低，韧性较低，江中夹有淤泥质粉质粘土。实测标贯击数2～15击，平均值5击。静力触探锥尖阻力qc=1.58～5.45MPa，平均值3.81MPa，侧壁阻力fs=43.8～75.2kPa，平均值46.0kPa，属中等压缩性土。

⑥1层 淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，鳞片状结构。无摇振反应，切面光滑，干强度中等，韧性中等，实测标贯击数2～5击，平均值3击。静力触探锥尖阻力qc=0.68～7.52MPa，平均值1.23MPa，侧壁阻力fs=10.8～23.1kPa，平均值16.2kPa，属高压缩性土。

图3 江北风井横剖面地质图

（二）水文地质条件

1．潜水。场地浅层地下水属孔隙性潜水，主要赋存于表层填土及③1～③8层粉土、粉砂中，由大气降水和地表水径流补给，地下水位受季节以及钱塘江地表水的影响较大。勘探期间测得钻孔静止水位高程为4.0m。

2．孔隙承压水。钱塘江北岸承压含水层主要分布于深部的⑿4层圆砾和⒁2层圆砾中，水量较丰富，隔水层为上部的淤泥质土和粘土层（⑥、⑨层）。承压含水层顶板高程为-26.00～-24.82m，隔水层顶板高程为-14.02～-15.12m；本次勘察在实测承压水位埋深在地表下7.70～8.24米，相应高程为0.08～-0.62米。承压水流速较小。

三、盾构进出洞方案比选及总体施工流程

（一）盾构进出洞方案比选

1．常规盾构始发和到达。

（1）常规盾构进洞方案。常规盾构进洞方案，主要思路为采用适合的洞门区域加固方式，保证洞门凿除的安全需要和盾构进洞过程中周边间隙封堵的有效性。一般来讲加固区域为超过盾构本体长度约2m左右，盾构推进和洞门圈凿除的进度相配合，洞门圈内的混凝土凿除、钢筋切割完毕后盾构推进至接收井的盾构基座上。由于洞门圈与管片之间的间隙比洞门圈与盾构壳体之间的间隙较大约为7~12cm，所以在较易发生涌水涌砂的地层中采取2次甚至3次、多次进洞，直至完成洞门圈与进洞环管片的弧形钢板焊接封堵。

常规盾构进洞加固较多的采用深层搅拌桩（两轴或三轴）、在搅拌桩和地下连续墙之间采用旋喷加固。有效的加固长度可使得盾构机刀盘靠上地下连续墙时，在脱出盾尾的管片周边进行注浆封堵仍在加固区内，保证了注浆封堵效果，避免地下水及流砂从盾构机壳体与管片外径之间的间隙纵向渗透到洞门圈渗漏。

在周边环境条件允许的情况下，可采取打设降水井点的辅助措施，在盾构进洞过程中开启，降低进洞段土体水头，如有条件将地下水位降低至隧道底部以下，则可有效防止涌水涌砂发生。但是降水会造成地面沉降，如周边有管线、建构筑物、道路等则要加强监测，必要时采取主动保护措施，防止其他事故发生。

在施工场地受到限制的情况下，也有采用垂直或水平冻结的方式进行洞门区域土体加固。在加固长度未超过盾构机长度的情况下盾构进洞，容易在盾壳和土体之间的间隙中产生涌水、涌砂现象，造成土体坍塌甚至隧道结构受损的后果。

（2）常规盾构出洞方案。常规盾构出洞方案主要思路为采用适合的洞门区域加固方式，保证洞门凿除的安全需要，同时在洞门圈周边预先安设防水装置使洞门圈和盾构壳体、管片之间的间隙得到密封，防止涌水、涌砂。一般情况下盾构出洞风险控制结束于盾尾推进到洞门圈内部、洞门圈与出洞环管片得到有效密封后。

在有条件的情况下，盾构出洞的加固长度范围为超出盾构机本体长度约2m，加固形式一般为搅拌桩结合旋喷桩。在盾构机刀盘尚位于加固区内时，将洞门圈与出洞环管片之间采用弧形钢板焊接密封，然后盾构推出加固区，完成盾构出洞。考虑到搅拌桩和旋喷桩加固的不均匀性，可采取打设降水井点的辅助措施，在盾构出洞过程中降低水头高度、甚至将水位降低到盾构机底部，即可有效的防治出洞过程中的涌水涌砂。

由于施工场地往往受到周边环境的影响，如临近处有重要的管线、建构筑物或城市道路等，也可采用垂直或水平冻结方式对出洞土体进行加固。如加固长度不能达到盾构机本体长度时，可采用袜套加止水箱体的防水装置进行洞口密封。

采用常规盾构进出洞的风险点主要有：根据总体筹划2台盾构机先后在江北风井进出洞，如果任何1台在盾构进出洞过程中发生涌水涌砂等风险均可能对另外一条隧道产生影响，须确保每个环节均受控且做好风险控制应急预案；盾构进洞过程中易发生涌水涌砂，须随时做好临时应急封堵措施；如隧道底部发生渗漏容易造成隧道结构受损，须做好隧道应急支撑和应急堵漏准备；因为进出洞段隧道平面方向位于缓和曲线段，采用常规盾构进洞后须对基座和盾构机整体进行转向，须做好基座固定、转向和盾构顶推准备及应急预案。

2．回填土穿越。针对本工程的特点，综合考虑盾构进出洞安全、工期、环境保护和经济性，提出了在采取加固措施对洞门凿除后回填土直接穿越的进出洞方式。

回填水土直接穿越方案，主要思路为采用合适的洞门区域加固方式，保证洞门凿除安全（洞门凿除后在洞门圈周边预埋环形冻结管作为开挖时洞门圈封堵的应急措施之一），洞门凿除前在井内浇筑混凝土和砂浆基座以保证盾构穿越过程中盾构高程足以保证顺利穿越，洞门凿除完成后进行风井内的水土回填，回灌水的高度以平衡风井外的潜水水位为准。2台盾构先后穿越后进行进出洞段的管片环箍注浆以封堵洞门圈和管片之间的间隙，待环箍注浆满足强度要求和探孔无水流出后进行风井内抽水和回填土开挖，开挖至隧道顶部时边开挖边用弧形钢板将洞门圈和进出洞环的背覆钢板之间焊接封堵。

由于加固的目的仅为满足洞门凿除的安全要求，因此加固体的长度可不必考虑与盾构机本体长度的关系。另外，由于盾构穿越（进出洞）期间是在风井内外的水土压力保持平衡的情况下进行，所以无需采取井点降水等其他辅助措施。

采用回填土穿越的风险点主要有：4个洞门同时凿除过程中易发生涌水涌砂及坍塌的风险，须采取合适的土体加固方式并保证其有效性；盾构穿越江北风井过程中的盾构姿态如掌握不好可造成盾构机卡在洞门圈上的情况，须采用精细化管理和控制措施保证盾构姿态按照设定的目标实施；洞门圈环箍注浆效果如果不佳则在开挖过程中易发生涌水涌砂，须采取多孔管片多点注浆等方式进行环箍注浆，并在注浆完成后打设探孔检验其密封性，另外须在开挖前做好在隧道内和开挖面进行应急封堵的物资及作业人员，根据制定的应急预案组织实施。

3．方案比较和优化。本工程在江北风井进出洞的特点较为独特和明显：江北风井平面结构尺寸较小但埋深较深，并受到潜水和承压水的双重影响，盾构进出洞位于粉砂层中易发生涌水涌砂，盾构在江北风井无检修计划即无需对盾构刀盘进行改制，盾构施工场地仍保留在江南风井无需转场。因此具备了盾构回填土直接穿越的条件。

在进行方案的比选时主要考虑的因素有：风险控制，工期，费用等。本方案主要目的为保证盾构进出洞安全，工程进度满足工程总体统筹安排需要，减小盾构进出洞过程中对周边环境的影响，选用的优化方案具有一定的经济性。

综合上述分析，采用盾构直接穿越方式可有效降低盾构进出洞风险；盾构穿越前的所有准备工作可提前进行，盾构穿越进出洞只需3~5天，而采用常规方式在风井进出洞至少需要30天、且一旦发生风险两台盾构则会互相影响，盾构穿越后环箍注浆施工完成后的开挖封堵工作可与盾构推进及盾构在富春路站的进洞同步进行，不占用总工期；由于江北风井的结构尺寸较小，有利于回填水土的施工组织且相对于常规进出洞的施工直接费用增加不多，相对于风险控制且工期有效缩短来讲完全可以接受。故选用盾构直接穿越的方式完成盾构进出洞。

（二）总体施工流程

盾构进出洞是一项工序繁多的综合性工程，工序流程的合理安排是盾构进出洞安全、顺利的有效保证。本工程的总体施工流程见图4。

图4 回填土穿越总体施工流程

四、盾构穿越关键施工技术

在总体施工流程中述及的工序较多，对采用本工艺施工风险分析后对以下4个工序进行重点阐述，其他工序属于常规施工工艺，具体实施情况不予累述。

（一）盾构进出洞加固

由于本工程采用洞门凿除后在风井内回填土直接穿越的进出洞方式，因此选用垂直冻结作为洞门加固方式。主要优点有：可采用多台钻孔机械对4个洞门圈范围同步进行冻结孔钻孔施工，4个洞门圈同时进行冻结可有效控制同时达到洞门凿除的条件，洞门凿除和回填水土过程中仍可进行积极冻结（在水土回填到位后方进行冻结管的拔除）可保证施工过程的安全性。主要风险点有：冻结土体未融解的情况下盾构穿越加固体容易发生盾构机刀盘被冻住的情况、需采取其他辅助措施方可解困，盾构在冻结土体中推进姿态难以掌握。本工程考虑到这种风险的存在，故提前3个月就完成了回填水土和拔管的工作，在盾构穿越时的土体温度已经回升到0~-3°，有效规避了盾构刀盘被冻住和姿态难以掌握的风险。冻结平、剖面布置布置图见图5（4个洞门冻结管加固布置一致）。

图5 冻结布置平、剖面图

在洞门凿除、水土回填到位后，进行冻结管的拔出施工。冻结管的拔出采用70°左右的热盐水进行循环后拔出，拔出后的冻结管孔洞采用水泥和粉煤灰混合浆液进行回填灌满。

（二）盾构掘进控制

1．管片里程计算和控制。在盾构推进距离江北风井约500环时即要进行管片里程的核算和控制，江北风井净长为12m（10环），为了便于背覆钢板和洞门圈的后期封堵，尽量使管片骑在内衬临井交界面60cm（40~80cm范围内），这样也可在井接头施工中安全可控并减少凿除管片的工作量。推进过程中可通过通贴楔子的方式调控管片里程。

在江北风井实际进出洞的实际排列情况见图6，基本达到了控制目标。

图6 盾构穿越江北风井管片排列平面图

2．盾构姿态和管片姿态控制。盾构隧道以缓和曲线穿越中间风井，盾构本体直径为6340mm、长度为8700mm。为确保盾构机顺利通过在12m长度范围内2个预留直径为6700mm的洞门圈，推进前根据缓和曲线要素和实测的洞门圈坐标进行计算，设定每环的推进目标姿态（并非以平面和高程向零为姿态的控制目标），施工过程中按照设定的目标进行控制，控制要素情况见图7。

图7 平曲线图及盾构姿态控制要素详图

实际穿越期间的盾构姿态和管片姿态均在受控范围，并符合国标要求。

3．盾构掘进参数控制。盾构掘进的主要参数有土压力设定、推进速度、刀盘扭矩、总推力、土体改良措施、同步注浆等。在盾构穿越江北风井过程中，先后穿越冻结加固区、回填土区、冻结加固区，频繁的土层转换需要精确控制盾构掘进参数。

盾构在冻结区推进期间须首先放慢推进速度至5~10mm/min，同时控制刀盘扭矩在3000Nm之内，并密切关注推进油箱和刀盘离合器温度，如温度升温过快须采取冰块降温、暂停推进同时保持刀盘转动等措施。为防止盾构机刀盘在冻结区被冻住，在管片拼装阶段须保持进行刀盘转动。

盾构在江北风井内回填土推进期间须根据回填土的深度和回水高度计算盾构机土压力，为避免盾构姿态突变可采取通过出土量反算土压力进行控制。

（三）洞门圈注浆

盾构穿越过江北风井后，即开始对进出洞范围内的管片进行环箍注浆，目的是将预留洞门圈和管片之间的间隙进行加固，防止在开挖、焊接弧形钢板过程中发生涌水、涌砂。为使注浆效果更加均匀，在盾构进洞前5环、盾构出洞后5环范围内采用多开孔管片（每环管片环向范围共预埋15个注浆孔），进出洞环采用背覆钢板管片，每环6个注浆孔。

1．注浆流程：以左线盾构进洞段环箍注浆为例，首先进行直接对准地下连续墙和内衬墙处管片的注浆，即1320环，然后按照1319、1318、1317、1316环的顺序进行，最后进行进洞环（1321环）的注浆。每环的注浆顺序是从隧道底部、左右交叉向隧道顶部聚拢。

2．注浆浆液：环箍注浆以双液浆为主，即以水玻璃和水泥以约30%的配比进行拌制，双液浆的初凝时间控制在20~30s为宜。

3．注浆量和注浆压力：环箍注浆以注浆量和注浆压力指标双控，根据地质条件和隧道埋深的不同而不同，一般情况下第一遍的注浆每孔约为1~2m3，注浆压力控制在注浆处水土压力的1.5倍左右为宜。

（四）开挖封堵

为使开挖后的洞门圈与管片间隙封堵有效，在盾构进出洞环（左线1321环、1331环，右线1323环、1333环）采用背覆钢板管片，钢板预埋的宽度为1.0m居中布置。拼装进出洞管片前将其预留注浆孔处的钢板割开，便于环箍注浆。

在环箍注浆强度达到设计要求后进行风井内抽水和开挖施工。首先将回灌的表层水抽出、利用预埋的疏干井抽水以降低土层中的含水量，便于机械和人工开挖。由于风井平面结构尺寸较小，只能采取小型的挖掘机和人工配合进行开挖作业。江北风井的开挖配备了50t履带吊1部，60挖机和35挖机各2部，1m3和3m3的土箱各2个。由于隧道两侧的间隙较小，挖机开挖到隧道顶部范围后，只能采用人工进行开挖、封堵。施工速度是这一工序的重点，尽可能快的完成封堵可有效降低风险。

为确保开挖过程安全，须在隧道内和开挖面准备好应急物资及专业人员，以便发生涌水涌砂时进行应急封堵。主要的应急物资为聚氨酯泵及配套材料，双液浆泵及配套材料，双快水泥，棉花胎，氧气乙炔、电焊机及焊条、抽排水泵及管路等。

五、结语

随着城市地下工程建设逐渐向深度发展，常规的施工工艺已经不能满足工程的安全要求，必须根据实际情况有所创新，在确保工程安全的前提下缩短工期、降低工程造价、保证环境安全是每一位工程建设者的追求目标。

另外，通过本工程的实际情况，在采用本文所述工艺进行盾构进出洞时，笔者建议从以下方面可进行进一步优化：（1）洞门凿除后可采取在洞门圈周边喷射混凝土的方式缩小洞门圈，即将洞门圈与管片之间的间隙缩小为盾壳和管片之间的间隙，利于后期的环箍注浆封堵；（2）预埋的环形冻结管可取消，开挖期间在隧道内和开挖面准备好应急封堵的聚氨酯、双液浆及棉花胎等常规应急物资即可满足施工要求；（3）在穿越过程中如果盾构姿态掌握不好容易发生盾构将预埋的洞门圈扯坏的情况，因此在采用本工艺进出洞时洞门圈的预埋筋布置需要加强。

此种方法也可以在盾构进洞时使用，需要配合的是接收车站施工时设置1座封堵墙缩小接收井区域，便于组织施工。

参考文献

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[2]周文波．盾构法隧道施工技术及应用[M]．北京：中国建筑工业出版社，2004．

[3]地基处理技术规范（上海市标准）[S].上海市工程建设标准化办公室，1995．

[4]张凤祥，朱合华，傅德明．盾构隧道施工手册[M]．北京：人民交通出版社，2005．

[5]汤漩，吴惠明，胡珉．盾构隧道施工风险知识管理系统的设计开发[J]．上海：地下工程与隧道，2006，（4）．

[6]建筑地基处理技术规范（JGJ79－2002）国家标准[S]．2002．

盾构施工总结篇（4）

中图分类号： U455.43文献标识码：A

1、施工概况

本工程为广州市轨道交通六号线盾构7标，主要包含【天平架～燕塘】和【燕塘～天河客运站】两个盾构区间及位于广州市洒水车队的盾构始发井兼中间风井等附属结构工程。线路走向为从天河区天平架站出发，向东下穿天平架农贸市场、沙河涌、水果批发市场、兴华直街、白云区教师进修学校到达燕塘站，过燕塘站，沿燕岭路往东北方向途经北环高速A、B匝道、银河园、到达广州市洒水车队中间风井。盾构区间左线全长1917.593m，右线全长1929.258m，掘进总里程3846.851米，管片拼装2615环，掘进土石方11.8万m³。本标段左线、右线全部使用6280土压平衡盾构机施工。本盾构施工部位断面尺寸为6.28m，区间隧道穿越地层主要为、花岗岩残积土层、花岗岩全风化带、花岗岩强风化带、花岗岩中风化带、花岗岩微风化带地层，局部含有、砂层，其中地层约占1.3%、地层约占5.0%、地层约占26%、地层约占26%、地层约占13%、地层约占7.8%、地层约占5.3%、地层约占15.6%。本区间地下水赋予方式分为第四系松散土层孔隙水，块状基岩裂隙水。第四系冲积-洪积砂层为主要潜水含水层，冲积-洪积砂层含粘粒较多，富水程度较差，渗透系数仅为0.5～2.0m/d。块状基岩裂隙水主要赋予存在燕山期花岗岩强风化带及中等风化带，水力特点为承压水，地下水的赋存不均一。在裂隙发育地段，水量较丰富，属承压水，渗透为1.09m/d。区间场地环境类别为类。地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱性腐蚀性。主要施工参数表如下：

盾构区间隧道参数表1

2、土压平衡盾构机简介

6280土压平衡盾构机，标准设备总长约为80 m，其中盾构机盾体长约8.5m，后方配套设备及附属构造共长约72m，盾构机未工作前全部盾构零部件总重量约480t，盾构施工过程中额定总功率约为1.6X106W，扭矩 5.3 X106N•m，最大推进力为36.4 X106N，在标准岩层中进行掘进可以达到很快的掘进速度约为8cm／min。6280土压平衡盾构机主要由切削刀盘、开挖室、承压隔板、压缩空气闸室、推进千斤顶、尾盾密封、油箱、带式输送机、管片拼装机、刀盘驱动、螺旋输送机以及管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备等多个部分组成（如图1所示）。盾构机施工过程中盾构机前进，是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体进行切削并旋转至刀盘后面的贮留密封舱内，使舱内土方等具有与前方施工的土方一致的土方压力，以减少盾构机对前方土体的扰动，防止地表沉降。被切削下来的土方首先存放在开挖室内，随后前方主次切削下来的土方进入开挖室，使之前开挖的土方被后开挖的土方推进到带式输送机上，输送到后方被提升。这种施工方法避免了半盾构机等其他掘进施工的弊端，省略了后期护砌或者水泥喷浆的麻烦。

1、切削刀盘；2、开挖室；3、承压隔板；4、压缩空气闸室；5、推进千斤顶；6、尾盾密封；7、油箱；8、带式输送机；9．管片拼装机；10、刀盘驱动；11、螺旋输送机图1土压平衡式盾构机机头组成示意图

3、6280土压平衡盾构机在地铁中的应用（施工前的准备工作）

3.1盾构机现场组装和调试

盾构机施工的重点不在于施工的操作，而是在于盾构机前期的组装调试以及遇到特殊岩层段的处理办法，现将现场组装调试6280盾构机的主要程序见下图2所示：

图2 盾构机现场组装调试流程

3.2井下准备工作

1）盾构基座就位

盾构过程中盾构后方需要设置基座，基座一般为钢结构预制件，在施工过程中，要加强前期的准备工作，盾构基座位置要严格按设计放样，吊装以及安装时要严格按照设计的要求进行测量放样给出施工的基线。待盾构基座准备就位，首先测量放线，将其吊入基座设计位置进行焊接，两根运输导轨中心线要与基座的中心线一致，并且加强彼此间的联系加固（如图3所示）。

图3 盾构基座施工安装示意图

2）盾构后盾支撑体系制作

在盾构过程中，前方切削土方的同时，会对后方盾构基座产生巨大的后坐力，为了保证盾构机前进的强劲动力以及稳定施工，要对后面的基座进行支撑处理。往往基座支撑处理采用2根平行共面的双榀70＃H钢立柱作为基座支撑后靠背，基座后靠背的空隙需要灌注C30水泥砂浆。H型钢梁后座背后与工作井的内衬之间需要埋设Ф609钢管作为水平受力支撑。

（4）导向轨安装施工

施工完毕基坑、支座以及支撑体系后，需要安装导向轨。盾构导向轨的施工一方面要满足土方运输，另外一方面要保证运输的方向性满足要求。为保证施工的顺利进行，不出现任何差错，在施工导向轨是选用43kg/m重型轨道。

（5）出洞防水装置安装

由于盾构施工过程中，可能存在一定的施工间隙，在土方含水量较大的地方，容易产生水泥土流动，导致土方压力失去平衡，造成地表沉降，给后期施工带来巨大隐患。因此，在盾构施工前要安装密封止水装置。常见的安装顺序为帘布橡胶板圆形板扇形板，自上而下按照顺序进行。在安装的过程中，圆形板的压板螺栓必须可靠拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止盾构出洞后同步注浆浆液泄漏，造成土方间隙的存在，造成失去平衡。

（6）盾尾刷油脂填充

盾构施工过后后期的工作也十分重要，为确保盾尾的密封效果，达到防水的标准，保护盾尾刷的正常工作，在按照盾构调试结束后，需要进行全面检查，并向盾尾钢刷之间要均匀、密实涂抹盾尾油脂。

4、结语

盾构施工自上世纪初由日本等发达国家引入后，在我国的地铁施工中得到了广泛的应用。6280土压平衡盾构机在已经建成和在建的广州地铁相关盾构路线中应用得到了良好的推广，为保证施工质量，完成优质工程，确保按时通车起到了巨大的作用。在施工过程中，要加强盾构机前期的施工准备，才能更好的完成后期盾构工程。因此，要认真了解施工地质条件，了解盾构机的组成和性能，为盾构机的施工提供良好的环境，不仅可以减少质量问题，还可以加快施工进度。

参考文献：

[1] 王丽丽,张格尔,王丽.盾构施工技术的发展及展望[J].建材技术与应用.2011(01)

[2] 韩雪峰,李茂文,刘建国,陈寿根.复合地层土压平衡盾构始发施工关键技术[J].四川建筑.2010(05)

盾构施工总结篇（5）

引言

盾构法（ShieldMethod）是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将带防护罩的特制机械（即盾构）在破碎岩层或土层中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。我国自20世纪50年代初开始引进盾构法隧道技术，20世纪90年代后，盾构法隧道施工技术逐渐地应用于能源、交通、水利等领域的隧道建设中。尤其是，随着我国综合国力的提高，城市现代化建设也必将提速，而缓解城市交通压力的城市地铁建设将是重中之重。城市轨道交通事业的发展，伴随着盾构法技术在我国突飞猛进的发展和广泛的应用。目前，已有约100余台盾构机在北京、广州、上海、深圳、西安等10多个城市地铁隧道施工领域发挥着巨大的效用。可以预料，21世纪必将是我国城市地铁建设的高峰时期，我国已经进入了大规模地铁的时代[1]。根据保持开挖面土体稳定所采用的平衡方式不同，盾构可分为土压平衡盾构和泥水加压盾构。土压平衡盾构的工作原理是通过调整拍拖量或开挖量来直接控制土仓内的压力，使其与开挖面地层水、土压力相平衡，同时直接利用土仓的泥土对开挖面地层进行支护，从而在开挖面土仓保持稳定的条件下进行隧道掘进。

1.工程概况

本文选题主要来源于西安地铁三号线科技路站～太白路南站区间隧道工程土压平衡盾构法施工实践（下称科太区间盾构工程）。科技路站～太白南路站区间地貌属皂河～级阶地，隧道围岩主要为密实状态的2-5层中砂，其次为密实状态的2-6层粗砂、2-4层细砂，部分段落穿越可塑状态的2-2层、4-4层粉质粘土，围岩相变大结构较为复杂。区间隧道通过2-5层中砂约占94%，2-6层粗砂约占3%，2-4层细砂约占1%，2-2粉质粘土约占1%，4-4粉质粘土约占1%。隧道通过地层断面如图1所示。

本工程地质条件极其复杂多变，在轴线方向上开挖面上下岩土性质相差悬殊，且每一种岩土厚度都很不稳定，造成土舱压力忽高忽低，难以达到平衡。随着盾构向前掘进，上部软弱砂土、砂砾超量进入土舱，容易导致地表出现漏斗状塌陷。同时，由于饱和砂土地层、砂砾地层均易固结、土水分离，易受水的渗透，不易形成塑性流动，因此被开挖下来的土砂在刀盘、压力舱内易形成“泥饼”，造成压力舱闭塞致使旋转扭矩上升、排土不畅；或由于排土口水压过大而发生喷涌，最终使开挖面失稳。饱和砂土围岩～旦发生开挖面失稳，严重时会导致开挖面前部产生流砂，发生地面坍塌[2-3]。

本课题在前人、学者、工程技术人员实践和研究的基础上，结合该工程实例，研究在饱和含水砂层条件下利用土压平衡盾构机进行隧道施工的应用技术，并对该条件下地地表沉陷控制进行研究，系统总结和阐述了土压平衡盾构机在富水砂层条件下施工的关键性技术和地表沉陷控制方法，具有一定的学术价值，对拓宽土压平衡盾构机应用范围及在相近地层条件下的地铁盾构安全施工具有参考价值和指导意义。

2.国内外盾构法施工的研究现状

英国与其他一些国家在20世纪20年代开始对“在软弱地层中开挖隧产生地面沉陷和地层变形”问题进行研究，重点在于经验公式推导及理论分析。日本在饱和砂土地层隧道施工中，泥水盾构的使用占绝大多数。

在国内，随着广州、西安、南京、苏州等城市地铁建设的发展，土压平衡盾构在含水砂层隧道施工逐渐应用，一些学者和工程技术人员开始对这一课题进行研究，例如：杨志新、袁大军对长距离富水砂层土压平衡盾构施工对土体的扰动机理、扰动规律、控制方法进行了研究；吴昊对土压平衡盾构过富水砂层的施工参数选定与控制技术进行了论述；张成对土压平衡盾构在富水砂层中掘进采用双级螺旋输送器进行了分析和总结。王振飞通过对北京地铁盾构通过砂卵石地层的研究，分析了砂卵石地层刀具磨损特征和磨损规律，优化了刀具配置方案。曾华波对广州地铁盾构区间部分穿越砂层施工中，渣土流动性差，排土困难，地下水压高时，易发生喷涌、易造成地表沉降等问题的处理方法进行了阐述。吴迪对富水砂层土压平衡盾构掘进施工引起的地表沉降进行了系统分析，找到土体的变形规律与本构模型；分析了隧道施工引起的土体扰动机理分析；阐述了土压平衡盾构施工工艺。

目前，国内对土压平衡盾构在含水砂层施工中的地层沉降控制技术及具体施工难题有较为深入的研究，但对于长距离富水砂层土压平衡盾构施工技术系统的总结和研究尚不多见。且对西安地铁全断面砂层盾构施工技术的研究也很少，因此有必要对西安地铁盾构穿过砂层段关键施工技术进行研究。

对于盾构穿越砂层地质条件引起的地表沉降，目前国内研究有吴昊对土压平衡盾构过富水砂层的施工参数选定与控制技术进行了论述；张成对土压平衡盾构在水砂层中掘进采用双级螺旋输送器进行了分析和总结；在广州地铁二号线新～磨区间下穿华南快速干线的超浅埋暗挖隧道施工中，成功应用水平旋喷搅拌桩在饱和粉细砂地层中进行超前预支护，解决了饱和砂性地层中超浅埋暗挖隧道的施工难题；李力针对北京地铁四号线西单～灵境胡同渡线隧道工程，利用理论分析、数值模拟手段，研究分析在粉细砂地层中修建大跨隧道时注浆管棚的预支护作用机理、围岩塑性区范围、地表沉降最大值及不同支护条件下的沉降。吴波、刘维宁等基于弹-黏塑性模型，使用三维有限元程序，对某浅埋城市隧道工程在开挖过程中地表和围岩变形以及围岩的稳定性的时空效应进行了分析和探讨。

对于地表沉降方面国外对软弱地层隧道开挖诱发的变形破坏机理研究起步较早，主要方法有模型试验、数值模拟和现场试验。泰沙基早在20世纪30年代利用活板门物理模型研究了隧道开挖引起的沉降和衬砌受力情况，但是不能模拟隧道开挖的过程；Adachi（2003）在1倍的重力加速度和离心条件下，利用轴对称活板门的二维和三维试验研究了覆跨比对开挖引起的地表沉降和衬砌受力的影响；Nomoto（1999）研制了小型盾构机来模拟盾构机施工过程，得到了随着施工推进地面下沉规律。在数值计算方面，主要集中在有限元和离散元应用。Park（2002）利用有限元模拟了未固结倾斜地层变形特性，得出隧道开挖引起的地表沉降与地层的倾向有很大关系；Kasper（2004）用三维有限元模拟了软弱地层中盾构开挖时地层和衬砌的应力分布和变形特点；Kimura（2005）通过研究浅埋隧道的～系列加固方法的加固效果，发现锁脚锚杆和长大管棚可以有效地控制地表沉降；Tannant（2004）利用离散元研究了高地应力下隧道衬砌的作用，发现衬砌能够很好地控制碎裂岩体变位和减小隧道周边的变形；ChenS.Cz（2002）提出了混合离散元和有限元方法模拟了碎裂岩体中隧道开挖，获得了理想结果。O.Reilly和New等针对不用的地层，研究了采用不同的施工方法所引起的地表沉降问题。在大量的实测资料基础上，提出了沉降槽宽度、地层损失和地表沉降的预计公式。Attewell等通过假定横向地表沉降为正态分布形式、纵向分布为二次抛物线形态，得出了隧道施工引起的三维地表运动公式。Attwell和Woodmae检查了大量在黏土中修建隧道的案例，发现用累积概率曲线来描述开挖面无支撑时的纵向沉降曲线是有效的，当开挖面有支撑力时，可用累积概率曲线的转换形式来描述。

3.盾构施工研究内容与技术路线

3.1盾构施工技术研究

本课题依靠西安地铁三号线科技路站～太白路南站区间隧道工程土压平衡盾构法施工实践，对盾构穿过富水砂层地段的施工技术进行系统研究。在总结国内和西安地铁盾构施工经验基础上，依据“地质是基础、盾构机是关键、人（管理）是根本”的盾构施工原则。全面分析土压平衡盾构机特点和富水砂层地质特征，结合本工程案例，研究影响饱和含水砂层土压平衡盾构施工的盾构机密封技术、刀盘开口率问题、喷涌控制技术、渣良技术、土压平衡掘进、特殊地段地层加固技术，对富水砂层土压平衡盾构施工关键技术进行系统性的总结和研究，提出对应的地表沉陷控制技术，保证安全施工[4-7]。主要研究内容有：

3.1.1砂层盾构施工技术研究

包括富水砂层盾构类型适应性研究，盾构机密封技术、喷涌控制技术、渣良技术、富水砂层土压平衡盾构掘进模式分析、富水砂层盾构刀盘刀具适应性分析，提出合理的盾构施工参数。

3.1.1.1土压平衡掘进

盾构机穿越砂层时建立土压平衡掘进模式，掘进参数选择时适当提高盾构机的推进速度，降低刀盘转速，严密监测地表沉降情况，确保平、稳、快通过砂层。

3.1.1.2渣良

向刀盘、土舱喷注泡沫剂，土舱中砂土、水体与泡沫剂充分搅拌，形成具有较好和易性、密水性的稠体状塑性流动体，通过盾构机螺旋排土器输送到盾构机体外，有效防止螺旋排土器出口处喷涌现象的发生。

3.1.1.3建立土压平衡掘进模式

典型砂层地段掘进时的土压平衡模式，其土压值设定为1.8～2.3bar，刀盘转速1～1.5r/min，推力控制在1500t以下。

盾构机掘进过程中，主要通过以下两种方法来建立有效的土压平衡：一是在维持推进速度不变，保持土舱压力的情况下，根据螺旋机出口处渣样外观及其含水量，以及螺旋机扭矩数据，合理调整螺旋机转速及开启度（一般情况下螺旋机转速为2～5rmp，开启度为10%～30%），并采取渣土车逐斗控制出土量的方法严格控制渣土排放量，确保土舱压力足以平衡开挖面土水压力；二是在保持螺旋输送机转速或闸门开启度不变的情况下，增大盾构机的推力，降低刀盘转速，达到增大土舱压力的目的。

3.1.2砂层盾构隧道地表沉陷控制技术研究

提出合理的盾构施工参数，采用信息化施工技术，制定地表沉陷监测方案设计，采用FLAC数值计算预测地表沉陷规律，完成地表监测结果与FLAC预测结果分析研究。

3.1.2.1合理选择掘进模式和掘进参数

一般采用土压平衡模式，根据地下水位、地层条件、隧道埋深等合理选择土仓压力。合理选择掘进参数，例如：螺旋输送器的转速、闸门开度，刀盘转速，推进千斤顶的推力等。

3.1.2.2做好监测工作，及时反馈监测信息

适当加密监测频率，根据地表沉降和建筑物沉降的监测数据，结合地质情况，及时调整土仓压力、千斤顶推力等施工参数。

3.2盾构施工的技术路线

4.盾构施工的常见问题及解决对策

4.1盾构施工的常见问题

4.1.1由于地层的不确定性，可能出现不可预知的突发状况；由于砂层具有渗透系数大、粉细砂层易液化、粘性砂层流动性好等特点，因此，盾构机通过该地层时，受到扰动后地层的土力学特性易发生变化，如桩基处于砂层中，砂层受扰动后，降低了桩与土体之间的摩擦力，消弱了桩基的承载力，造成建筑物沉降。若盾构开挖面或其上方存在较厚的砂层，当这些砂层受到扰动时易产生液化，液化后的砂土体从切口环位置或刀盘开口处流入土仓，致使出土量很难得到控制，从而造成上部土体塌方和掘进中的喷涌现象。砂层喷涌之后，需用大量时间进行清理，严重影响盾构施工进度。

4.1.2盾构穿砂层段内出现刀具严重磨损情况，导致无法掘进施工。由于隧道穿越的地层较原地勘资料变化较大，呈现为致密的卵石层，使得重型撕裂刀无法松动土层，形成实际上利用切刀松动土体，大部分刀齿受卵石碰撞而崩裂；周边刮刀由刀齿切削地层改为刀座切削地层，刀盘扭矩增大，进一步加剧刀具磨损，增大了掘进扭矩。

4.1.3如何根据地表监测结果，合理调整盾构施工参数。工程施工前，通过补充地质钻孔和回声测深仪，进一步查清隧道的地质条件和覆土厚度，为盾构机选型、盾构掘进参数的选取及制定相应的辅助措施提供第一手准确资料。

4.2解决对策

4.2.1尽可能做好应急预案，在任何情况下都严格按照规定进行应对；

4.2.2在进入全断面砂层之前，先行更换刀具。依然出现该情况的，在做好支护措施的情况下，在线路以外打竖井至盾构深度，而后打横洞至刀盘处，带压换刀。

4.2.3通过系统分析，参考相关工程的施工经验，并结合本工程实际，进行合理的调整，保证盾构安全推进。

5.结论

根据西安地铁三号线科技路站～太白路南站区间隧道工程施工实践，研究在饱和含水砂层条件下利用土压平衡盾构机进行隧道施工的应用技术，系统总结和阐述了土压平衡盾构机在富水砂层条件下施工的关键性技术，对拓宽土压平衡盾构机应用范围及在相近地层条件下的地铁盾构安全施工提供参考和指导。

参考文献：

[1]钱七虎.迎接我国城市地下空间开发高潮.岩土工程学报，1998（1）：112～113.

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[4]李建斌.浅谈盾构刀盘的设计与应用[J].建筑机械化，2006，3：31.

盾构施工总结篇（6）

中图分类号：TU74 文献标识码：A

一、工程概况

新建广深港客运专线狮子洋隧道工程全长10.8km，从广州侧由西向东下穿狮子洋后进行东莞。根据工程水文地质特点，隧道施工选用四台直径Φ11.182m气垫式泥水平衡盾构，气垫控制精度为+0.2bar，装机总功率为4150KVA，是目前国内同行业盾构机直径较大、装机功率较高的。隧道衬砌采用单层装配式钢筋混凝土管片，管片外径10.8m，内径为9.8m，管片厚度为0.5m，环宽2.0m，每环管片选用“5+2+1”形式，即5块标准块，2块邻接块，1块封顶块，管片接缝设定位榫和定位杆槽。

该工程主要由盾构隧道+明挖暗埋隧道组成，明挖暗埋段是由地面进入盾构隧道的过渡段，其中盾构始发井深21.69 m 宽23m，盾构段隧道下穿狮子洋，最大水深约26.6m，最大水压为0.67MPa所以本标段工程具有工程规模大、设计标准高、涉及工法多、工期紧、工程地质复杂、水压力大、盾构掘进距离长等特点，是目前国内铁路隧道最长、标准最高的水底隧道，是广深港客运专线的控制性重点工程。

二、大直径泥水盾构始发总体方案

盾构出洞施工为大直径泥水平衡式盾构的关键重要工序，施工技术方案需根据不同的工程水文地质条件和周围施工环境来确定。大直径泥水盾构的出洞端头土体是否稳定相当重要，洞门端头土体一旦被扰动，可能造成地表塌陷和导致泥水昌溢，所以首先须对始发洞端头地层进行加固处理，常采用“高压旋喷法”、“冻结法”“固结灌浆”等。其次，要安设预埋洞口密封止水装置和盾构基座与反力架。接着依次进行组装盾构后配套拖车、盾构主体、刀盘、连接桥及相关配套设施，并完成盾构整机调试工作。最后在盾构机始发前，要完成洞门密封、洞门凿除、反力架支撑加固、负环管片拼装定位和形成盾构始发定位状态，同时待相应的泥水处理系统、垂直运输系统和水平运输系统、制浆系统等准备完善后才可以开始盾构始发掘进。

盾构始发时，从反力架端部里程点开始沿隧道设计中心线的内弦线

推进，直到盾尾脱离基座后逐步调整盾构姿态使盾构沿隧道设计线路推进。整个盾构始发过程中盾构始发流程见“图1盾构始发流程图”

三、大直径泥水盾构始发前施工措施

3.1、洞门地层加固处理

洞门所处地层根据现场钻探揭露自地面往下显示：上部为人工填土层，0.6m~8m为淤泥层与淤泥质砂层，8m~27m为粘土层、粉细砂层、粘土+粉细砂互层、中粗砂层，属于软塑～可塑～稍密、饱和等稳定性较差地层。27m以下为微风化泥质粉砂岩。盾构隧道顶部覆土厚度约为7.5m，为了确保盾构始发洞门围护结

构凿除后土体稳定和保证盾构始发阶段姿态的准确，依据需加固土体的强度要求进行了力学计算，采用咬合三重管旋喷桩加固方案。最后，经过现场试验室检测在隧道顶、底部和左、右边线各3米范围内的土体均能满足加固土体强度≥1MPa，满足加固土体渗透性≤1立方/d不得漏泥砂的标准，且加固土体均匀，此加固方案能满足盾构始发地层要求。

3.2、洞门密封装置设计

盾构隧道洞门在围护桩内预埋钢环，钢环的参数为：外经为φ11.82m（内经为φ11.50m）、厚度为0.5 m、环框面板宽1.0 m、钢环共重约为20吨。为了确保预埋的钢环整体精度和圆度，对钢环进行分块预埋安装，钢环之间用型钢网格支架连接；在围护施工期间，为了防止砼浇筑造成洞门钢环上浮、错位变形，所以将钢环面板背侧的锚固筋与围护桩体主筋及洞门环形钢筋焊接牢固。在盾构始发阶段，为了防止盾构刀盘进洞门后低头，在安装钢环时均应抬高50㎜。

根据洞门防水设计，本工程中洞门密封采用双道折叶式翻板。即：采用折叶式密封压板+帘布橡胶板。由两道相同的密封组成，两道密封间隔480mm，其中每道密封由帘布橡胶板、折叶压板、垫片和螺栓等组成。见图“图2.洞门密封装置结构图”

3.3、盾构基座

盾构始发基座的主要作用是用于稳妥、准确地放置盾构机，承受盾构机自身重力和推进时的摩擦力，且保证盾构机能够安全地组装、调试与始发，因此始发基座的设计必须有足够的强度、刚度和安装精度。在进行盾构井底板及填充层施工时，提前要按基座相关尺寸调整好标高、坡度，预埋好基座的连接、加固钢板，并预留好盾壳焊接和反力架立柱预留槽等。本次由于盾构机重达900多吨，所以盾构基座采用全部钢结构形式，根据盾构机长度（盾壳（含刀盘）总长度L＝11.42m）及反力架与洞门距离，故取始发基座总长为15.971m。

3.4、反力架及支撑系统设计与安装加固

盾构机始发时，支撑在主体框架梁处的反力架为盾构机提供反向推动力，因此，不仅要求反力架须具有足够的刚度和强度，而且应保证反力架安装精确度，采取的主要施工技术措施如下：

a)、反力架结构

由于本次约需向盾构机提供3330吨的反力，所以反力架采用便于组装与拆卸的组合钢结构件，其结构尺寸要根据支撑面的具体尺寸而定，反力架结构尺寸厚为1.2m，高12.37m，宽为11.47m，支撑面宽12m。

b)、反力架端部里程的确定

按如下公式计算：

式中：

Ds — 设计第一环管片起始里程，如本次左线取DIK42+999.2；

N— 负环管片数量,如本次取N＝8环；

Ws — 负环管片宽度，取2m；

cosα—与基座所设计坡度有关；

DR — 反力架端部里程，

考虑基座坡度为－1%和盾构基座与洞门间导轨长度后，经反复计算复核后确定反力架安装起点中线里程为DR ＝DIK43+17.266。

c)、支撑系统设计确定

本次反力架的支撑结构采用12根φ609（δ=16mm）钢管直接撑到主体结构墙面上，两侧采用H型钢加固。根据盾构机始发时需要提供33300 kN的反力，每根φ609钢管受力F0＝33300/12 kN，按荷载不均匀系数1.2计，反力架的每根φ609钢管所受压力F＝F0×1.2/cos300=3845(kN)，下列分别对φ609钢管强度与稳定性进行验算[4]：

φ609钢管强度验算

= 3845 / [л×（0.6092－0.5772）/4]

＝129MPa≤[σ]＝σs＝235MPa

故φ609钢管强度满足设计要求。

φ609钢管稳定性验算

临界力

Pc=л2×EI／L2

式中：E ＝210×103 MPa ， I ＝л×(D4 一d4 )／64，钢管长L= 4.7 m ，厚δ=16mm

故Pc ＝ [л2×210×103×л×(D4 一d4 )／64]／4.72＝1.23×104kN

临界应力

σc = Pc／A = 413 M Pa ≥σp= 200 MPa

根据经验公式

σc =σs－αλ2= 235 －0.00668× L2× A／I =232 MPa

N =σc× A = 6916 kN ≥ F＝3845 kN

所以 6O9钢管支撑稳定满足要求。

d)、反力架安装精度控制

由于盾构初始始发姿态是空间状态，在安装反力架时，反力架左右偏差控制在±10mm之内，高程偏差控制在±5mm之内，上下偏差控制在±10mm之内。基座水平轴线的垂直方向与反力架的夹角＜±2‰，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差＜2‰（且盾尾只能向上偏），水平趋势偏差＜±2‰。

为了保证反力架安装精确度和保证盾构推进时反力架横向稳定需要采取的加固措施为：在反力架横梁安装两个H型钢支撑，作为反力架抗浮装置，为防止反力架发生左右位移，在反力架左右两侧加4根H型钢支撑固定。

3.5、始发导轨线铺设

本工程中始发段导轨线采用的轨道为43Kg/m钢轨，轨道采用43kg/m,单根长12.5m、6.25m规格的轨道，轨枕以H型钢和槽钢为主。为了防止盾构始发时磕头，在始发洞门处必须安设了具有足够强度和刚度的导轨，且导轨顶面要比基座导轨顶面低20mm，导轨末端与洞口围岩之间，应留出刀盘的位置，以保证盾构始发时，刀盘可以旋转，且导轨位置及长度要满足不损坏帘布橡胶板。

3.6、洞门凿除

在对洞门围护结构进行凿除前，应采用钻孔取样方式检测确定加固土体强度、洞门处渗透性以及土体的匀质性。盾构始发洞门围护结构凿除采用人工风镐破除方法，整个破除分两次进行，第一次先将围护结构主体凿除，且凿除至地连墙外侧主筋处，即只保留围护结构外侧主筋钢筋及保护层。

待盾构组装完成空载及负载调试成功后进行二次破除。在二次凿除剩余部分混凝土之后，要及时检查始发洞口的净空尺寸，确保没有钢筋、混凝土侵入设计轮廓范围之内。在施工过程中要密切观察掌子面的情况，遇到问题要及时处理，不能盲目施工，同时应做好各项凿除安全防护措施。

3.7、负环管片设计

一般设计中盾构负环管片由负环钢管片和负环钢筋混凝土管片组成。负环钢管片起到连接负环钢筋混凝土管片和反力架，起到减小负环钢筋混凝土管片变形的作用。同时，要求钢环的平整度必须达到5cm，钢环与反力架接触面用细石混凝土嵌实。

然而本次设计与其它盾构工程不同之处：用标准的钢筋混凝土管片直接代替了50cm宽的钢环与反力架端面接触，并且预先在第一负环内预埋14块厚δ＝16mm焊接钢板，其尺寸为250mm×400mm，详见“图3、负环管片侧面预埋焊接钢板示意图”。

当负环管片与反力架接触后，将预埋

钢板面与反力架端面全部焊接牢固，并将之间的缝隙用薄钢板充填密实。负环与负环间只粘贴丁晴

软木橡胶板（纵缝间）和软木衬垫（环缝间），不粘贴止水条和自粘性橡胶薄片，负环管片间连接螺栓也不需加遇水膨胀橡胶圈。

在盾构始发井内负环管片数量确定由如下公式计算：

式中：

Ws — 负环管片宽度，取2m；

Ds — 设计第一环管片起始里程,取DIK42+999.2；

DF — 凿除洞门围护结构后的里程，取DIK42+997.9；

L— 盾构机盾壳（含刀盘）总长度，取L＝11.42m，；

— 线路修正系数与始发曲线半径和坡度有关，一般取1.0~1.8；

N— 负环管片数量

经计算后，并反复复核始发线路和盾构始发姿态后确定负环管片数量N＝8环。

四、 大直径泥水盾构始发推进控制要点

4.1、盾构始发前姿态控制

一般情况下，先根据管片拼装里程、盾构机组装位置要求、始发竖井结构、反力架支撑长度及盾构隧道线路设计轴线定出盾构始发姿态空间位置，以确定洞门钢环的预埋中心位置，然后反推出始发台的空间位置，提前调整好盾构井底板的标高、坡度及结构等。由于始发台在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及抵抗盾构旋转的扭矩，所以在盾构始发之前，必须对始发台两侧进行必要的加固。另外，盾构在始发阶段（盾构主机离开始发基座前）不能够进行调向，如在曲线上始发应事先调整好始发平面轴线，而且，始发台的安装高程要根据端头地质情况和始发坡度进行适当抬高和坡度调整。

考虑到本次始发段线路，在平面上处于半径为R7000m的圆曲线和缓和曲线上， 在竖向上处于坡度为－20‰的下坡段，为了确保盾构可以准确地按照设计轴线出洞，采用割线始发，即将洞门内12米曲线的弦线向盾构井内延长，以此割线做为始发的平面中线，始发坡度调整为10‰，并将始发洞门（预埋钢环）抬高50mm，即将盾构始发纵向轴线在10‰下坡的基础上整体抬高50mm。

4.2、负环管片拼装与加固系统

在盾构机始发准备工作全部完成后，按顺序吊除清理洞圈内分割的砼块，盾构机开始进行负环段管片的拼装。拼装的总体思路是为了确保负环整体刚性、提高管片拼装的平整度、减少管片碎裂现象并防止负环管片失圆失真，负环拼装全部采取错缝拼装方式。

负环拼装时第一、二环负环的定位相当重要，对后序的负环拼装起着基准面的作用，故在确保其环面的平整度的同时，尽量减少管片的椭圆度，主要施工技术措施如下：

a)、拼装第一环负环管片前，因盾尾内侧与管片外弧面的间隙为40mm，为了确保第一环准确定位，在盾尾管片拼装区下部180度范围内、在两个推进油缸之间采用局部焊接或点焊均匀安设11根长2m厚度40mm的槽钢，如“图4.负环管片安装示意图”。然后，利用盾构机千斤顶缓慢地拼装好整环。

b)、当第一环负环管片突出盾尾300mm后，将负环管片与始发台导轨间的空隙用纵向型钢垫实，然后继续将管片推出，直至与反力架靠紧，焊接牢固，缝隙充填密实。

c)、第一环负环拼完后，要在反力架和管片安装机之间、以及管片上部的内弧面上焊接两根H型钢，在整环管片向后推出时，起到限制管片下坠的作用。

d)、第一环管片推出1500mm后开始拼装第二环管片，注意切不可将第一环管片全部推出槽钢段再拼装第二环，避免管片下沉。

e)、在前两环负环管片拼装过程中，由于盾构油缸和反力架不能有效地夹紧管片，每块管片都处于活动状态，所以应在拼装盾尾内上半圆管片、特别

是两块临接块时，要在盾尾盾壳上和反力架上焊接吊耳，用道链对管片进行固定，以支撑管片并保证施工的安全，待封顶块纵向推插到位后，拆去道链，割除吊耳，紧固封顶块与邻接块的螺栓。

在负环管片拼装与盾构机推进的过程中，要及时将负环管片外侧支撑，避免负环管片失圆过大引起管片拼装困难。采用的加固措施如下所述：

a)、在每环管片推出盾尾后，将管片与始发台导轨间隙用钢楔子和木楔子及时进行支垫，将管片压力均匀的传递给三角架。本次中每环管片按50cm间距加设钢楔子，钢楔子点焊在始发台导轨和H型钢支撑上；见图“图5.负环管片外侧支撑图”；

b)、在始发台两侧安装三角支架, 三角支架顶部加200H型钢, 200H型钢并与盾壳紧密接触。

c)、待负环安装完后管片外侧左、右、上部各背一道20B工字钢进行整体加固。确保成型后

的负环整体性，受力均匀、平稳传递。

4.3、盾构开洞试掘控制

盾构开洞控制是盾构始发试掘进的重中之重，须从每一步要精心组织，在施工过程中应采取以下施工措施来避免意外事故发生：

a)、盾构机推进前，要在盾壳外、在始发台导轨两侧要焊接2～3组盾构机防扭块装置，在刀盘切削岩体旋转时，防止盾构机整体侧转和旋转，在每组防扭块进入洞门密封装置之前将其割掉。

b)、当盾构开洞在盾构在切入土体时，为减少盾构开洞时的推进阻力及保护前置刀盘，在盾构外壳、轨道以及帘布橡胶板和翻板涂抹黄油，止水密封装置的箱体内也需充满油脂。

c)、盾构离开始发基座前基本沿预定始发路径推进，必要时可通过对推进千斤顶的选择来对盾构姿态作微量调整，在此期间盾构须切割洞门加固体，易遵循“低推力、低刀盘转速，减小扰动”的原则进行控制，避免盾构推进对主体结构墙体造成影响，以确保盾构姿态的稳定。

d)、在盾构始发掘进施工过程中，应加强盾构机姿态的测量，如发现盾构有较大转角，可以采用大刀盘正反转的措施进行调整，并将其推进速度放慢；同时，要严格控制盾构机操作，调节好盾构推进千斤顶的压力差，防止盾构发生旋转、上飘或叩头现象发生。

e)、在盾构机出加固区前，为了克服地层土体强度的突变，防止地面沉降过大或避免泥饼的产生，盾构机采取的主要掘进参数为：泥水仓中心压力在1.2bar~1.5bar（出洞地层土体侧压系数0.4，地面荷载20kN/m2）、进浆比重1.05kg/m3、进浆粘度数控制在20s左右，进排泥浆流量差必须与掘进速度相匹配，盾构推进速度控制在0~20mm/min范围内。同时，根据地面监测反馈的信息对掘进参数作出调整。

除上述几项内容外，盾构始发试掘进过程中要加强监测，及时分析、反馈监测数据，动态的调整盾构掘进参数，并为后续正常快速施工提供依据。

4.4、同步注浆的形成

当盾尾通过两道洞门密封后进行始发注浆，为了能及时填充管片与地层间环形空隙、控制地层变形、稳定管片结构、控制盾构掘进方向，加强隧道结构自防水能力，对建筑空隙采用盾尾内置的注浆管开始实施同步注浆。同步注浆主要材料是由水泥、粉煤灰、砂子组成，按不同的比例配成不同性能和指标的水泥砂浆液。

本工程同步注浆拟采用“表1同步注浆材料初步配比表”所示的初步配比。在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定。

表1同步注浆材料初步配比表

水泥(kg) 粉煤灰(kg) 膨润土(kg) 砂(kg) 水(kg) 外加剂

80～260 381～241 60～50 779 460～470 按设计和试验加入

同步注浆浆液的主要物理力学性能满足下列指标：

a)、胶凝时间：一般为3～10h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层和需要注浆提供较高的早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间，获得早期强度，保证良好的注浆效果。

b)、固结体强度：一天不小于0.2MPa（相当于软质岩层无侧限抗压强度），28天不小于2.5MPa（略大于强风化岩天然抗压强度）。

c)、浆液结石率：>95%，即固结收缩率

d)、液稠度：8～12cm

e)、浆液稳定性：倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。

在同步注浆施工工艺中应注意事项：

①、同步注浆系统在调试结束后应将注浆孔（包括备用孔）用油脂充填密实；

②、同步注浆一定要在通过两道密封后再实施，避免同步注浆污染破坏两道密封间的油脂，从而降低洞门密封的效果。

③、始发阶段由于盾构掘进速度相对较慢，且浆液凝结时间相对较快，要隔一定的时间对注浆管路进行清洗疏通，避免浆液凝结堵塞注浆孔。

五、大直径泥水盾构始发施工效果

在狮子洋隧道大直泥水盾构始发工程中，根据地面变形监测结果及盾构掌子面数据信息反馈显示，本次盾构始发非常成功，隧道轴线水平偏差最大33mm、高程偏差最大18mm，管片错台基本控制在2mm以内，该段隧道未发现有渗漏点和管片顶裂现象，地面最大隆起1mm、最大沉降12mm，未出现周边地表开裂和地下构筑物及管线破坏现象。本次盾构的顺利始发为今后盾构正常掘进施工奠定了基础，同时也受到了业主单位、监理单位、咨询单位和国内同行与专家到施工现场进行了参观考察，对其施工技术和质量给与了肯定和赞扬。

六、结束语

大直径泥水盾构机能否顺利始发直接决定地影响着盾构法施工隧道施工进度、工期、安全、质量及经济经济效益，因此应对盾构始发条件和施工技术中每一环节要进行仔细研究，对施工中的每一步要加强全面、细致的控制，确保各项目施工技术措施达到预期效果。

本文主要通过对狮子洋隧道大直泥水盾构始发技术的总结，充分验证该项目施工技术措施和施工工艺能满足施工安全质量的要求和铁路客运专线的规范规定，保证了盾构的顺利始发，为今后更大直径盾构始发技术提供了可查询和参考的经验性数据。

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盾构施工总结篇（7）

1　前言

上海城市人口1450万，流动人口300万，面积6340km2，目前已经成为中国的经济、贸易、金融、航运中心城市。城市的经济发展促进城市建设尤其是交通建设的发展，城市地下轨道交通具有快捷、安全的特点。上海城市轨道交通线网规划17条线路，总长780km，其中地铁11条线，长度385km。已建3条线，其中地铁2条线；在建4条线，其中地铁2条线。地铁区间隧道总长度达700km（双线），采用盾构法施工，已建约100km。

黄浦江从东北至西南流经上海城区，把上海分为浦东、浦西2部分，江面宽500m~700m，主航道水深14m~16m。近10年来，浦东的迅速发展促进了越江交通工程建设，采用大直径盾构建造江底交通隧道已得到广泛的应用。已建隧道5条，在建隧道4条拟建隧道6条。

上海地层为第四纪沉积层，其中0~40m深度内均为软弱地层，主要为粘土、粉质粘土、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、粉砂土等，这类土颗粒微细、固结度低，具有高容水性、高压缩性、易塑流等特性。WWW.133229.COm在该类地层中进行盾构隧道掘进施工，开挖面稳定和控制周围地层的变形沉降十分困难。

上海地区盾构隧道技术的应用，始于1965年，近40年来，尤其是近10年来，盾构隧道技术广泛用于地铁隧道、越江公路隧道和其它市政公用隧道。本文就上海城市交通隧道盾构施工技术的发展和现状，作一个回顾和综述。

2　网络挤压盾构掘进技术的开发和隧道工程应用

2.1　φ5.18m网格挤压盾构及上海地铁试验工程

1964年，上海市决定进行地铁扩大试验工程，线路位于衡山路北侧，建2条长600m的区间隧道，隧道复土10m，隧道外径5.6m，内径5m。隧道掘进施工采用2台自行设计制造的φ5.8m网格挤压盾构，辅以气压稳定开挖面土体，于1966年底完成1200m地铁区间掘进施工，地面沉降达10cm。

2.2　打浦路隧道φ10.2m网格挤压盾构掘进施工

1965年，上海第一条穿越黄浦江底的车行隧道――打浦路隧道，全长2761m，主隧道1324m采用φ10.2m网格挤压盾构掘进施工，黄浦江约600m，水深16m，见图1所示。

φ10.2m网格挤压盾构掘进机是中国第一台最大直径的盾构，盾构总推力达7.84×104kn，为稳定开挖面土体，采用气压辅助施工方法。盾构穿越的地层为淤泥质粘土和粉砂层，在岸边采用降水辅助工法和气压辅助工法，在江中段采用全气压局部挤压出土法施工。盾构见图2所示。

圆隧道外径10m，由8块钢筋混凝土管片拼装而成。管片环宽90cm，厚60cm。管片环向接头采用双排钢螺栓联接。衬砌接缝防水采用环氧树脂。打浦路隧道于1970年底建成通车，至今已运营33年。

2.3　延安东路隧道北线φ11.3m网格挤压水力出土盾构施工

1983年，位于上海　外滩的延安东路隧道北线工程开工建设，隧道全长2261m，为穿越黄江底的2车道隧道，其中1310m为圆形主隧道，采用盾构法施工，隧道外径11m，隧道衬砌由8块高精度钢筋混凝土管片拼装而成，管片环宽100cm，厚55cm，接缝防水采用氯丁橡胶防水条。

隧道北线圆形主隧道采用了上海隧道工程公司自行设计研制的φ11.3m网格型水力出土盾构，见图3所示。在密封舱内采用高压水枪冲切开挖面，挤压进网络的土体，搅拌成泥浆后通过泥浆泵接力输送，实现了掘进、出土运输自动化。网格上布有30扇液压闸门，具有调控进土部位、面积和进土量的作用，可辅助盾构纠偏和地面沉降控制。网格板上还布设了20只钢弦式土压计，可随时监测开挖面各部位的土压值变化，实现了信息化施工。盾构最大推力可达1.08×105kn。盾构顺利穿越江中段浅复土层和浦西500m建筑密集区，保护了沿线的主要建筑物和地下管线。

3　土压平衡盾构在城市交通隧道工程的应用和发展

3.1　土压平衡盾构的引进和开发应用

近年来，我国的城市地铁隧道、市政隧道、水电隧道、公路交通隧道已经越来越多地采用全断面隧道掘进机施工，其中用得最多的是土压平衡盾构掘进机。上海、广州、深圳、南京、北京的地铁区间隧道已经采用了31台直径6.14m～6.34m的土压平衡盾构，掘进区间隧道总长度达400km。土压盾构具有机械化程度高、开挖面稳定、掘进速度快、作业安全等优点，在隧道工程中有广泛的发展前景。

土压平衡盾构适用于各种粘性地层、砂性地层、砂砾土层。对于风化岩地层、软土与软岩的混合地层，可采用复合型的土压平衡盾构。在砂性、砂砾、软岩地层采用土压盾构掘进施工，应在土舱、螺旋输送机内以及刀盘上注入润滑泥浆或泡沫，以改良土砂的塑流性能。

3.2　φ6.34m土压盾构在上海地铁工程中的应用

1990年，上海地铁1号线开工建设，双线区间隧道选用土压平衡盾构掘进，经国际招标，7台φ6.34m土压盾构由法国fcb公司、上海市隧道工程公司、上海市隧道工程设计院、上海沪东造船厂联合体中标，利用法国混合贷款1.32亿法郎。第1台φ6.34m土压盾构于1991年6月始发推进，7台盾构掘进总长度17.37km，1993年2月全线贯通，掘进施工期仅20个月，每台盾构的月掘进长度达200～250m。掘进施工穿越市区建筑群、道路、地下管线等，地面沉降控制达＋1cm～－3cm。φ6.34m土压平衡盾构见图4所示，其主要技术性能见表1。

1995年上海地铁二号线24.12km区间隧道开始掘进施工，地铁一号线工程所用的7台φ6.34m土压盾构经维修以后，继续用于二号线区间隧道掘进，同时又从法国fmt公司和上海的联合体购置2台土压盾构，上海隧道工程股份有限公司制造1台土压盾构，共计10台土压盾构用于隧道施工。

于2000年开工兴建的上海地铁明4号工程区间隧道仍将使用这10台φ6.34m土压平衡盾构施工。2001年，向日本三菱重工购置4台φ6.34m土压平衡盾构，共计14台盾构正在掘进施工。

上海地铁隧道外径6.2m，衬砌环由6块钢筋混凝土管片拼装而成，通缝拼装，环宽100cm，管片厚35cm。见图5所示，地铁4号线部分区间隧道管片采用错缝拼装，环宽120cm。

上海地铁2号与1号线垂直相交，盾构从1号线区间隧道下1m穿越，掘进施工中采用地层注浆加固、跟踪注浆、信息化施工等技术措施，确保1号线地铁安全运营，沉降控制在2cm以内。地铁4号线与2号线区间隧道相交，4号线盾构从2号线隧道下1m穿越。φ6.34m土压盾构在城市建筑群下穿越，其沉降一般也在4cm以内。盾构平均月推进长度约250m，最快达400m/月。

3.3　双圆形盾构掘进机的引进和应用

2002年，上海地铁8号线黄兴路至开鲁路站三个区间隧道，长度2,688m，采用dot双圆盾构隧道工法，并从日本引进2台φ6300m×w10900mm的双圆形土压盾构掘进机。双圆盾构见图所示，其主要技术参数见表2。

双圆隧道衬砌采用预制钢筋混凝土管片，错缝拼装；每环管片由11块管片拼装而成，其中2块为海鸥形，1块为柱形。管片厚度30cm，环宽120cm，见图7所示。

3.4　φ7.64m土压盾构掘进外滩观光隧道

3.4.1 工程概况

上海外滩观光隧道是我国第一条行人过江专用隧道，是一条连接南京路外滩和陆家嘴东方明珠塔的江底隧道，全长646m，隧道内径6.76m。隧道内通行一来一往2条观光车轨道。

外滩观光隧道于1998年初开工，1999年底建成运营，土建工程包括黄浦江两岸的2座出入口竖井和一条过江隧道，见图8所示。隧道位于延安东路隧道北侧，并与上海地铁二号线2条过江区间隧道在江底交叉。隧道穿越的主要地层为粘土、粉质粘土、淤泥质粘土和砂质粉土。

隧道衬砌环由6块钢筋混凝土管片拼装而成，管片设计强度c50，抗渗等级s8，环宽120cm，厚35cm。管片接缝防水采用epdm多孔橡胶止水带，管片背面涂防水层。

3.4.2 φ7.65m土压平衡盾构掘进施工

隧道掘进采用φ7.65m土压平衡盾构，见图9所示。盾构大刀盘切削土体，为幅条式结构。盾构长8.935m，中间有较接装置，易于纠偏施工。盾构最大推力5.2×104kn。盾构密闭舱内充满切削土砂，通过直径900mm的螺双输送机排土，通过推进速度、螺旋机转速、排土量来控制密闭舱土压，使之与开挖面水压力平衡。盾构掘进速度为0～4cm/min。

盾构于1998年11月始发推进，隧道纵坡达4.8%，；平曲线最小半径为400m，均为国内越江盾构隧道之最。盾构初推段100m内进行了土体变形、土应力、孔隙水压的监测，反馈盾构施工，调整盾构施工参数，控制施工轴线和地表沉降。盾构掘进的平均速度达8m/d，646m隧道共花费3个月的时间完成，工程质量优良。

3.5　 3.8m×3.8m矩形土压盾构掘进地铁过街人行地道

常用的盾构隧道掘进机为圆形，主要是圆形结构受力合理，圆形掘进机施工摩阻力小，即使机头旋转也影响小。但是圆形隧道往往断面空间利用率低，尤其在人行地道和在行隧道工程中，矩形、椭圆型、马蹄形、双圆形和多圆形断面更为合理。日本80年代开发应用了矩形隧道，在90年代开发应用了任意截面盾构和多圆盾构，并完成了多项人行隧道、公路隧道、铁路隧道、地铁隧道、排水隧道、市政共同沟隧道等，使异形盾构技术日益成熟，异形断面隧道工程日益增多。

我国于1995年开始研究矩形隧道技术，1996年研制1台2.5m×2.5m可变网格矩形顶管掘进机，顶进矩形隧道60m，解决了推进轴线控制、纠偏技术、深降控制、隧道结构等技术难题。1999年5月，上海地铁二号线陆家嘴路站62m过街人行地道采用矩形顶管掘进机施工，研制1台3.8m×3.8m组合刀盘矩形顶管掘进机，具有全断面切削和土压平衡功能，螺旋输送机出土，掘进机的主要工作参数见表3，矩形顶管掘进机见图10。

4　大直径泥水加压盾构掘进越江公路隧道施工

4.1 延安东路隧道南线φ11.22m泥水加压盾构掘进施工

1995年，为发展浦东建设需要，上海延安东路隧道南线开工建设，为缩短工期和保护隧道沿线建筑物的需求，引进日本三菱重工制造的φ11.22m泥水加压盾构。盾构本体示意见图11。

隧道南线1300m圆形主隧道采用日本三菱重工制造的φ11.22m泥水加压盾构掘进施工，盾构本体示意见图5。盾构采用刀盘切削，总推力达1.12×105kn，刀盘扭矩4635kn·m，最大掘进速度46mm/min。盾构密封舱充满压力泥浆与开挖面水土压保持平衡，并在开挖面形成泥膜，起到稳定的作用。盾构设有掘进管理、泥水输送、泥水分离和盾尾同步双液注浆系统。掘进管理和姿态自动计测系统能及时反映盾构掘进施工的几十项参数，便于准确设定和调整各类参数。

4.2　大连路隧道φ11.22m泥水加压盾构掘进施工

上海大连路隧道全长2565m，为2来2去的两条双车道隧道，工程总投资16.55亿元。工程于2001年5月25日开工，合同工期28个月。隧道平、剖面见图12所示。

圆形主长1263m，采用2台φ11.22m泥水加压盾构同时掘进施工。隧道衬砌结构在延安东路隧道工程的基础上进行了优化改良，拼装形式由通缝改为错缝，管片厚度从55cm改为48cm，环宽由100cm增大为150cm，管片分块由8块增为9块，管片连接螺栓由直螺栓改为弯螺栓，螺栓手孔改小，管片形式由箱形改为平板型。隧道衬砌结构见图13。

泥水加压盾构的泥水输送和泥水处理是盾构施工的重要组成部分，公司自选研究设计制造了适应上海软土地层的泥水分离系统，见图14所示。

盾构进出洞土体加固全部采用冻结法。

西线隧道于2002年3月28日始发推进，至9月20日隧道贯通，工期6个月。东线隧道于6月18日 发推进，至12月底隧道贯通。盾构掘进速度平均为8m/d，最快为15m/d。两条隧道最小间距为6m。

大连路隧道于2003年9月建成通车，总工期仅28个月，是上海越江公路隧道建设周期最短的。

4.3 上海越江交通工程的发展

2001年底，复兴东路隧道工程开工建设，为2条3车道隧道，隧道外径11m，分为上下两层，是我国第一条双层隧道，全长2785m。2条1215m主隧道于2003年2月和5月先后始发推进，于11月隧道贯通。

2003年6月，翔殷路隧道工程开工建设，为2条2车道隧道，隧道全长2597m，隧道外径11.36m，内径10.2m，是目前车道最宽的盾构隧道，设计车速可达80km/h。

正在设计中的越江隧道有军工路隧道和上中路隧道(中环线配套工程)，正在规划中的越江隧道有长江西路、新建路、人民路、耀华路等4处。

长江口越江通道工程是连接上海－崇明－江苏北部的重要交通工程，位于长江口，从上海浦东－横沙岛－崇明岛－南通，采用桥隧结合的工程方案，全长68km，为3来3去6车道，设计车速100km/h。其中浦东5号沟至横沙岛穿越长江南港，采用盾构隧道施工，全长约8.5km，隧道外径15.2m。横沙岛至崇明岛越江北港，采用桥梁施工，全长9.54km。见图15所示。直径φ15.2m的盾构隧道，目前是世界上最大直径的盾构隧道，隧道断面见图16。

5　结语

上海城市交通隧道工程的发展提高了盾构隧道技术的水平。从最初的网格挤压盾构，发展到目前的土压平衡盾构和泥水加压盾构，盾构机向机械化、自动化、信息化发展，掘进速度快，盾构开挖面稳定，地面沉降控制好，环境影响小。盾构衬砌不断改进和优化。盾构与隧道技术正在向大深度、大直径、长距离掘进发展。双圆隧道、矩形隧道技术也得到应用。随着上海城市交通隧道工程建设的不断发展，盾构隧道技术水平将进一步的发展和提高。

参考文献

盾构施工总结篇（8）

在现代城市建设中，地下空间的开发利用已成为一个重要的组成部分。而盾构法隧道，由于其先进的施工工艺和不断完善的施工技术，使得其在城市地下空间的开发中取得了巨大的成功，并被越来越多地应用于城市地铁隧道工程建设中。盾构法具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点，在我国的各大主要城市，如上海、北京、深圳、广州和南京等地，已建和在建的地铁隧道大都采用盾构法施工。

盾构法施工不可避免的会引起地层的扰动，使地层发生变形，特别是软弱地层，当埋深较浅的变形会波及地表并使地表沉降。当地层变形超过一定范围时，会严重影响周围临近建筑物和地下管线，引起一系列的环境岩土工程问题。如周围建筑物开裂、倒坍、地表沉降，隧道内漏水，工作面漏砂等。因此，合理的设计和施工对减少和控制地表沉降等有着重要的意义。

1地表沉降原因及防治措施

1.1原因分析

造成地表沉降的主要原因是施工过程中产生的地层损失引起的，地层损失包括建筑空隙及超挖或其它土层流失，具体为：1）开挖面土体的移动。盾构掘进时，如果出土速度过快而推进速度跟不上，开挖面土体则可能出现松动和坍塌，导致地表沉降或隆起；盾构机的后退也可能使开挖面塌落和松动引起地层损失而产生地表沉降。2）采用降水疏干措施时，土体有效应力增加，再次引起土体的固结变形。3）土体挤入盾尾空隙。主要原因是注浆不当，使盾尾后部隧道周围土体向盾尾坍塌产生地层损失引起地层沉降。4）盾构推进方向的改变、盾尾纠偏、仰头推进、曲线推进都会使实际开挖面形状大于设计开挖面而引起地层损失。5）壳体移动与地层间摩擦和剪切作用引起地层损失。6）土体受施工扰动后固结作用而产生地层损失。7）在水土压力作用下，隧道衬砌变形引起地层损失。

盾构法施工引起的地面沉降按时间先后可以分为5个阶段：1）先期沉降，土体因地下水位下降而导致土体固结沉降，发生在盾构刀盘到达切口前3～12m处。该阶段沉降较小，一般小于总沉降的5%。2）盾构到达时沉降，即由于开挖卸荷土体发生弹性或塑性变形而导致的沉降，发生在盾构刀盘到达切口前3m至切口后1m处。该阶段沉降占总沉降的0.0%～44.0%。3）盾构通过时沉降，即由于盾壳和土层间的摩擦剪切力导致土体向盾尾空隙后移而发生的弹塑性变形，发生在盾尾通过切口后1m至盾尾脱出处，占总沉降的0.0%～38.0%。4)盾尾空隙沉降，即由于尾部空隙增加且沉陷、底土扰动而发生的沉降，发生在盾尾至继续推进1m处，占总沉降20.0%～100.0%。5）长期延续沉降，即由于土体蠕变产生的塑性变形导致的沉降，发生在盾尾通过后约100h，占总沉降的4.0%～32.0%。

1.2控制措施

减小地表沉降的控制措施：根据隧道埋深、土层性质和地面超载计算主动和被动土压力值和静水压力，根据计算结果结合初推阶段的施工参数设定土压力值。根据设定的正面土压力控制出土速度和掘进速度。根据不同土层和覆土深度，配合监测信息的分析及时调整土压力值的设定。同时要求推进坡度保持相对稳定， 控制一次偏量，减少对土体的扰动。再根据推进速度，出土量和地层变形信息、 数据反馈及时调整初始设定的土压力值和注浆量，进而达到对轴线和地层变形在最佳状态下的控制。当盾构机在曲线段掘进时，根据曲线的施工特点调整推力、 推进速度、出土量和注浆量，并根据地层变形的信息数据及时调整各种施工参数， 以期在尽量短的时间内将土压平衡值和注浆量调至曲线掘进的最佳状态。

2隧道漏水原因及防治措施

2.1原因分析

盾构法施工在隧道贯通后，出现的隧道管片渗漏水的问题是盾构施工过程中的处理难题，尤其是在南方沿海地区的地铁隧道施工中显现的更为突出。

盾构隧道漏水的客观因素是盾构隧道在施工过程中由于盾构机的掘进，对周围地下水线路及围岩的力学特性有所改变，出现裂缝和缝隙的扩展、相连，使地下水沿缝隙汇聚到盾构隧道附近，给隧道的防水工作留下了隐患。主观因素是在工程设计阶段，没有加强对隧道防水的设计要求，或者是对特殊地段的地层分析不够准确和细致，导致设计的防水工序工艺不到位。再者就是施工规范的不完善， 对施工防水的工作内容和验收细节要求不够全面，有些概念比较含糊，导致在施工过程中对防水的质量要求理解各有差异，也不能更高质量的进行防水施工。还有就是施工过程中的现场管理混乱，工人操作不规范、材料不合格等造成。

2.2控制措施

当管片脱离盾尾后，在土体与管片之间会形成一道宽度为115mm～140mm左右的环形空隙。采用水泥砂浆作为同步注浆材料，尽快填充环形间隙使管片尽早支撑地层，防止地面变形过大，同时也是管片外防水和结构加强层。

管片采用高抗渗高强度C50等级的混凝土，抗渗等级为S10/S12。管片生产注意混凝土的密实度、抗裂性能和制作精度。为了防止管片的接缝部位漏水 ， 满足防水构造要求 ，在管片的环缝、纵缝面设有一道弹性密封垫槽及嵌缝槽。采用三元乙丙弹性橡胶与遇水膨胀橡胶复合型弹性密封垫，在千斤顶推力和螺栓拧紧力的作用下，使得管片间的弹性密封垫的缝隙被压缩，起到防水的作用。

盾构施工总结篇（9）

中图分类号：C35文献标识码： A

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1工程概述

隧道区间所处地段地形平坦，地面标高介于383.8-387.7m。区间单线长1046m，区间线路左右线总共有4个曲线半径均为3000m的曲线段，其中左右线各两个，每条线路左右转弯曲线各1个，区间曲线段总长度为125.6m。隧道覆土厚度8.5～11.2m，线路最大坡度为7.66‰，最小坡度为2‰；最大坡长553.7米；左右线各有3个竖曲线，竖曲线半径为3000m、5000m。盾构区间圆形隧道外径6.0m，内径5.4m，管片厚度300mm，管片宽度1.5m，分块数为6块（管片由一块封顶块、两块邻接块、三块标准块构成）。环间采用错缝拼装。管片砼强度等级为C50，抗渗等级S10。

1.2工程地质

地质组成自上而下为：人工填土；洪积黄土状土；晚更新世风积黄土、残积古土壤；中更新世风积黄土、残积古土壤；晚更新世及中更新世冲积粉质粘土及砂类土等。盾构主要穿越地层为、洪积黄土状土；晚更新世风积黄土、残积古土壤；中更新世风积黄土、残积古土壤。总的来说，区间地质条件较差，针对本地质条件的盾构机选型及设计至关重要，对刀具的配置、密封、刀盘开口率的设计与制造，提出更高的要求。

2.盾构机类型、配置及参数

2.1工艺原理

盾构实际上是盾构机的简称。它是一个横断面外形与隧道横断面外形相同、尺寸稍大，内藏挖土、排土机具，自身设有保护外壳的暗挖隧道的机械。以盾构为核心的一整套完整的隧道施工方法称为盾构工法，概况如图1所示。

图1

2.2盾构机类型的选择

盾构的选型是否合理，是盾构施工成败的关键。根据试验段工程特点，结合地铁整体工程需要，重点考虑（1）工程、水文地质条件；（2）掘进长度及过程；（3）管片尺寸、拼装；（4）线路平面条件；（5）线路纵断面条件，隧道埋深；（6）掘进速度要求；（7）掘进方向误差要求；（8）地表沉降量要求；（9）盾构机寿命；（10）周围环境等因素，选择铰接式土压平衡盾构机。

3.快速掘进方案的论证及确定

施工进度影响因素：盾构施工功效不高、自然灾害导致停工、停电导致停工、停水导致停工、业主要求停工、其他。通过对本项目的资源配置、右线盾构施工中的盾构机推进速度、管片拼装速度、掘进速度及施工进度等情况进行调查统计、分析比较显示，影响右线盾构施工速度较慢的关键是盾构施工功效不高。功效不高主要原因为：①首次在该地层下施工，无成功经验可以借鉴；盾构机掘进参数未优化；②列车编组不合理。

3.1优化盾构掘进参数，提高推进速度

第一步、针对首次在湿陷性黄土地质条件，对右线施工的盾构机掘进管理进行统计分析，总结经验教训，重点对右线施工单日完成8环以上的32天的盾构机掘进参数进行统计分析，确定优化后的施工参数，确定盾构快速掘进参数为：总推力在900-1400KN,切削扭矩在600-1300KN・m，掘进速度控制在60-80mm/min，土仓压力0.15-0.2Mpa；第二步、在左线的盾构施工中，结合土建情况逐步进行调整，在地面沉降、盾构机姿态及管片姿态受控的情况下，加快盾构机推进速度。

3.2优化列车编组

首先按理论计算对比，把右线的“3+2”编组模式改为“4+2”模式。确保单列列车能完成一环掘进，减少有效掘进时间。

3.3实施效果

按照以上方案实施后，安全及质量受控，左线盾构施工速度显著提高，平均每天完成11.6环（17.4米），比右线平均掘进速度5.3环/天提高了6.3环/天，创造了单班14环成洞21m、单日27环成洞40.5m及单月485环成洞727.5m创全国盾构施工新纪录，实现了快速掘进。实现盾构快速掘进节约成本约200万元。

4提高黄土地层盾构快速掘进技效率的措施

影响盾构高速掘进的因素非常多,其中盾构设备的正常运转、工序的有效管理、人员管理的合理化、盾构施工的智能化是盾构施工中最关键的环节。

4.1设备正常运转

4.1.1完善盾构施工的配套设备及设施

配套设备及设施对盾构掘进速度有较大的影响,设备和设施的配备能力应大于盾构设备的掘进能力。在工程的投标阶段,应对配套设备和设施进行详细的选型,为盾构快速掘进提供了硬件支持。为了达到快速掘进的目的,盾构配套设备应具备状态。设备发生故障时的维修设专人对盾构机进行维护,在盾构机或配套设备发生故障时能凭借丰富的经验快速维修,尽可能的减少设备问题对盾构掘进速度的影响。同时对设备进行定期和不定期的检查与修整,对于各种设备故障提前做好维修的准备工作。避免问题出现时,消耗大量的准备工作时间。

4.1.2施工期间设备常规保养

施工期间设备的常规保养,对发挥盾构设备性能,确保工作稳定性至关重要,要按规定,指定专人加强对盾构及配套设备的保养工作,使之处于良好的工作状态。

4.1.3设备发生故障时的维修

设专人对盾构机进行维护,在盾构机或配套设备发生故障时能凭借丰富的经验快速维修,尽可能的减少设备问题对盾构掘进速度的影响。同时对设备进行定期和不定期的检查与修整,对于各种设备故障提前做好维修的准备工作。避免问题出现时,消耗大量的准备工作时间。

4.2施工工序的有效管理

盾构施工工序多,每个工序顺利正常运行才能保证整个施工过程畅通。在压缩各个工序时间段的同时,应加强彼此之间的衔接。施工中,对各施工环节进行有效控制能加快盾构掘进的速度,主要措施如下:

l)龙门吊的合理选型,确保龙门吊具备足够提升能力和稳定性,保证施工期间龙门吊不会出现大故障。

2)电瓶车及编组车辆的合理选型,能有效解决长距离水平运输占用时间长的问题,可加快盾构后期掘进的速度。

3)合理设置集土坑。现场集土坑必须满足隧道出土与土车外运量相平衡的要求。在场地条件允许的前提下应尽可能的加大集土坑,来满足盾构快速掘进的要求。

4)充分挖掘盾构设备快速掘进的能力。盾构快速掘进最关键的因素是盾构设备本身的能力,现有盾构的额定速度为80mmn/〕in。由于盾构在粉质豁土层掘进,推力较小,姿态控制相对容易,可以通过关掉少数千斤顶的供油来加快剩余千斤顶的推进速度。实际施工中关掉了2个千斤顶的供油,最快速度达到10mm/min,有效地提高了盾构的推进速度。

5)加强技术人员和操作工人的培养。通过施工前技术交底,组织重要岗位的操作人员相互参观学习,定期召开经验交流会,建立奖励机制,使奖金与施工速度和施工质量挂钩等措施,提高职工的操作水平,加强对盾构施工各环节时间的控制,为盾构的快速施工提供软件支持。

4.3人员管理的合理化

l)重要岗位的操作人员,必须要经过专业培训,要加强各相关专业的理论学习。特别应该重视对操作手的重点培养,操作手应具备一定的机械电器及工程地质知识,对盾构机械结构、电气配置、隧道地层及线路情况有基本的了解。

2)要调动工人主观能动性,通过建立奖励机制,提高工人劳动积极性,避免由于工人积极性的波动而影响施工进度。

3)加强各工序工人之间的交流,增强各工序之间的协调性及合理衔接。

4)加强施工与设计人员之间的沟通。

5)人机协调,人相对于盾构来说,人是占主动性的,因此应该加强人员管理,更好配合机械,始终保持一种人等机械的状态,避免机械等人的现象。

4.4盾构施工的智能化

盾构法施工技术以其特有的智能、安全、快捷、地层适用性广等特点与优势,在我国城市地铁建设中得到广泛推广和应用,但盾构施工仍受工程地质条件、人为控制等因素的影响。盾构施工应做好信息化施工,及时将监测所获取的数据反映给盾构操作人员,通过及时调整盾构机掘进参数,控制地表的沉降或隆起。同时实现从建管公司到施工现场的实时跟踪监控,进行快速、全面、合理地分析判断,使盾构施工参数最优化.

5结论

1）黄土地层选用土压平衡盾构成功，施工顺利；

2）刀盘设计及刀具配置合理，磨损较小，辐条式刀盘和大开口率避免了施工中出现“泥饼”和“糊刀”等问题，建议后续类似地层施工刀盘开口率可以加大到50%-60%；

3）由于黄土在无水条件下自立性能好，根据隧道上方管线和建构筑物情况可适当调低土仓压力，或采取欠土压模式掘进，以有利于节能和快速掘进。

6参考文献

【1】施仲衡主编.《地下铁道设计与施工》.陕西科学技术出版社.2011年

盾构施工总结篇（10）

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）16-0092-05

目前国内水下隧道施工已有先例，例如江苏无锡市首条湖底隧道蠡湖隧道总长1180m；武汉东湖隧道下穿湖底的主通道呈弧线走向，全长约800m。但是穿湖总长3650.98m，湖底最浅覆土7.4m，采用土压平衡盾构机施工却尚属首次，超浅埋湖底隧道掘进防喷涌、超长距离湖底隧道掘进技术控制、水下盾构隧道沿线障碍物潜在风险、长距离湖底成型隧道防水技术、微承压水治理等等，技术难度及安全风险较大。基于此，依托金鸡湖盾构工程，对土压平衡盾构机在穿越陆地、湖底的一系列过程展开施工技术研究。

1 工程概况

该工程包括[星港街站～会展中心站]、[会展中心站～华池街站]两个盾构区间，盾构掘进总长6183.391m。其中，星港街站～会展中心站区间左线长2351.980m（含短链0.365m，长链5.370m），右线长2350.108m（含短链0.425m，长链3.558m），总长4702.088m。会展中心站～华池街站区间左线长741.534m（含长链1.032m），右线长739.769m，总长1481.303m。

施工范围内土体自上而下分述为：①1淤泥层、①2素填土、③1粘土层、③2粉质粘土、④1粉土、④2粉砂、⑤粉质粘土、⑥1粘土层、⑥2粉质粘土层、⑦2粉土层、⑧工程地质层（粉质粘土层）。盾构通过的主要土层为④2粉砂和⑤粉质粘土。

本工程采用两台加泥式土压平衡盾构机进行两个区间总长约6.2km的隧道掘进施工。日本小松TM634PMX-16、TM634PMX-17盾构机先后从会展中心站西端盾构井始发，掘进至星港街站东端解体；然后转场至展中心站东端二次始发，掘进至华池街站西端盾构井解体吊出。两台盾构机共需要四次始发，四次吊出，两次转场，两次过金鸡湖及中间风井。

地质水文情况主要有四层水，一是地表水，二是赋存于全新统Q4冲湖积相沉积粘性填土层中的地下潜水，三是隧道埋深范围④2粉砂层中的微承压水，四是⑦2粉土层中的承压水。

2 盾构机选型及盾构掘进施工参数理论计算

2.1 盾构机选型情况

该工程选用的是日本小松公司土压平衡盾构机，盾构机的主要参数和工作性能如下：

2.1.1 刀盘开口率40%，配备4个超挖刀，最大超挖量为125mm。开挖部位、尺寸均可方便设计自动调节。

2.1.2 掘进扭矩、推力大，最大输出扭矩达6176kN·m，最大推力37730kN，具备10MPa强度的破岩（硬土）掘进能力。

2.1.3 盾构机主机的密封装置（刀盘驱动密封及盾尾密封等）在较高水土压力状态下具有良好的密封功能。电气和液压元件质量可靠、响应迅捷，防水性能好，适应隧道内的高温、高湿工作环境。

2.1.4 泡沫系统在刀盘、土仓和螺旋输送器上均设置注入口，既能改良刀盘开挖面的土层，也能对进入螺旋输送器的泥土起到有效改良，防止泥饼的形成。同时在螺旋输送器内形成土塞，从而抑制喷涌。同步注浆系统具有单、双液浆的双重注入功能，可根据施工的具体需要从而随时调节。

2.2 湖底盾构掘进主要施工参数理论计算

2.2.1 土压力计算。根据土压平衡盾构的工作原理，土仓压力需要与开挖面的正面水土压力平衡以维持开挖面土体的稳定，减少对土层的扰动。

3 盾构穿越长距离湖底掘进技术

穿越长湖盾构掘进首先是要根据区间设计情况、地质水文勘察情况进行盾构机选型。根据苏州地区以粉砂及粉质粘土层为主的软土地层，选择适宜粉土、粉质粘土、淤泥质粉土和粉砂层等粘稠土壤的施工的土压平衡盾构机。确定之后，针对软土地层地下水丰富的特点，进行盾构机适宜性分析以及盾构机本身一些技术改造，例如中盾上增设10个注聚氨酯孔、更换主轴承密封等。

在盾构正式始发推进前，需要进行土压平衡盾构机必要的参数计算，主要包括：（1）土压力计算；（2）注浆量计算；（3）注浆压力计算；（4）管片姿态控制参数。在掘进中以理论计算数据为依据，根据实际施工情况，尤其是监测情况对参数进行验证和必要地调整，确保周边环境安全，同时保持盾构机稳步高效运转。

穿长湖盾构掘进主要包括五个阶段：（1）初始100m试验段掘进；（2）从陆地地层进入湖底地层掘进；（3）湖底地层掘进；（4）从湖底地层进入陆地地层掘进，（5）湖底几种不同空间位置构筑物的穿越掘进。

根据以地质为本的思路，每个阶段重点对地质水文情况进行详细分析，同时针对线路情况及现场施工实际，总结各个阶段掘进的特点和应对措施。最后，针对土压力及同步注浆这两个比较重要的环节进行重点分析，汇总同步注浆在五种掘进环境中施工工艺的区别和作用比较，对实际土压力和理论土压力进行比较，总结湖底施工时土压力参数特点。

4 盾构机穿越金鸡湖底掘进施工

4.1 初始100m试验段掘进

设置100m的试验段进行掘进有两个目的：一是该试验段范围内的部分地层与湖底地层分布比较相似，结合验证理论计算的掘进参数，可以获得更为真实有效的掘进参数；二是通过试验段的掘进施工，全方位地检验整个盾构机、水平运输系统、垂直运输系统及地面配套设备的协同作业能力。通过这100m的掘进，将所有的作业人员进行人机适应，建立起整个盾构施工的管理、作业、物资供应及后配套设备管理的良性循环。

始发时为了更加有效对刀盘前方的地下水进行封堵，通过有选择地对超挖刀进行开启和关闭结合盾构机主机中盾上的10个聚氨酯注入孔人为地在加固地层里设置三道不同位置的环箍，进一步保证了始发洞门的安全。

待中盾进入加固体后利用中盾上的10个聚氨酯注入孔在侧墙附近注入水溶性聚氨酯，形成第一道防水密封，聚氨酯的用量为20～30kg/孔。

第一道环箍位于加固体内离车站侧墙1m处，环箍的长度约500mm，待中盾上的聚氨酯孔推进到该位置时，同样用聚氨酯进行封堵水，并利用管片上的预留注浆孔（即管片吊装孔）进行封环注浆，注浆液采用水泥浆-水玻璃混合浆液，对封环注浆的施工在后面有详尽的论述。

在盾构机刀盘进入加固体约4m后，控制超挖刀伸缩，形成第二道环箍，该环箍的长度为500mm。对第二道环箍的施工处理与第一道环箍相同。

对比三道环箍的材料消耗和参数，第一，发现在达到基本相近的参数要求情况下的材料消耗并不是成线性比例在增长；第二，第三道环箍的注浆施工中的压力较前两道环箍有所减小。原因分析有二：一是，前两道环箍所处的空间位置上附近的地层、地下水量近似，故两道环箍的材料消耗及注浆压力相近；二是，第三道环箍的位置为加固土体和原状土体交接处，地层性质发生了较为明显的改变，同时该处的赋水量较非加固体内变化大，最为明显的反映就是在三道环箍处，在注入水溶性聚氨酯前，打开中盾上的球阀后，用钢筋棍对盾构机四周的地层进行了试探接触，前两道环箍处基本周围较密实，没有出现流水、粉砂堵塞注入孔的现象，而在第三道环箍处进行试探时，最底部的6号注入孔流出了较为清澈的水流，并且在水平方向上和盾构机顶部的注入孔出现了粉砂堵塞的情况。在通过加固体的掘进中，给我们很深的体会是凡事预则立，对区间地层的把握和分析，做到掘进时对地层的分布及性质了如指掌，能充分地指导我们在施工中做好工序的准备和实施，在掘进的工程中，多种工序的衔接能有条不紊地进行是保证工程安全和顺利进行的重要保障。

4.2 从陆地地层进入湖底地层掘进

267环～320环为从驳岸进入湖底位置，刀盘中心深度-13.715～-13.42m，掘进面由上部1～1.8m的粉砂层和下部4.5～5.5m的粉质粘土组成，上部土压力理论值为0.119～0.121MPa，隧道为15.764‰的下坡，计算设定同步注浆压力A1、A4为0.20～0.22MPa，A2、A3注浆压力为0.25～0.28MPa，注浆量为4.0m3，注浆泵流量为90～135L/min。在进入湖底的初始100m水面上采用钢管布设湖底地形沉降直接观测点，通过湖底沉降监测信息反馈来调整土仓压力、注浆压力和注浆量，指导盾构掘进。

从驳岸进入湖底后的地层分布比较均匀，砂层的厚度为1.5～2m，位于掌子面顶部。掘进时的土压力基本与设计值吻合，在0.11MPa左右；1、4号注浆孔的注浆压力较小，在此掘进过程中的注浆压力控制非常关键，在满足注浆饱满的同时要防止注浆压力过高，击穿砂层，在盾构机的上部形成涌水通道，严重的情况下可能击穿湖底地层，在湖面上形成涌泉。在实际施工过程中一般采取的方法是在达到设计注浆量后即停止注浆。

4.3 湖底地层掘进

从第320环～第948环为湖底掘进地层，粉砂层在掌子面上的分布从线路上看基本呈W型延伸，砂层厚度为1.5～3m，并且呈现出W的前半部分的砂层增加和减少的趋势比较急剧，后半部分的比较缓和，同时在两个V形分布中都呈线性分布，对这段区间的掘进能够循序渐进的进行参数调整，隧道为3.503‰的下坡。

该段的掘进与上一段掘进区别比较明显，第一，在同等掘进参数下，渣土含水量明显增大。分析原因有二，一是含水量随着砂层的厚度增加而增大；二是前一段进湖掘进的扰动导致地下水的流向发生了改变，隧道后面的地下水与掘进掌子面形成了渗水通道。渣土里含水量的增大更加有效地改善了渣土的出土性能，促进了掘进速度的提高，能保证在45～55mm/min的速度下实现快速掘进；第二，该段地层的A2、A3孔的注浆压力有所增大，达到了0.25～0.32MPa，同时注浆量在砂层较厚的W形底部位置有所增加，流量达到了140～170L/min。

4.4 从湖底进入陆地地层掘进

从第1772环～第1933环为上岸掘进地层，粉砂层厚度在断面上从1.2～6.2m呈线性增加。

水泥浆的水灰比为1∶1，为提高浆液强度，可提高到1∶1.5，选取P42.5R硅酸盐水泥及40°Be'、模数2.4～2.6的水玻璃作为注浆材料，水泥浆和水玻璃比为1∶1。设定注浆压力为0.2～0.4MPa。注浆顺序为1234或者1235，保留6号孔不注。在进行1号孔注浆的同时，开启2号阀门，关闭3、4、5、6阀门，每个孔都是先注单液浆进行压力及浆液扩散，再用双液浆填充加固效果。在满足2号孔流出浆液和注浆压力达到设定压力值其中之一条件时即可停止注浆，关闭1、2号注浆孔阀门后进行下一孔注浆。保留6号注浆孔的目的有二：一是待注完所有的孔后打开6号孔，检查是否流水或流浆，确认注浆效果。

5 结论与讨论

（1）通过盾构施工管理标准化、系统化、人才培养、物资保障、质量管控、经济活动分析等手段，盾构机湖底适当建立被动土压推进、优化浆液比、针对性土体改良，最终实现金鸡湖隧道湖底快速掘进。

（2）采用土压平衡盾构进行水下城市轨道交通隧道具有较强的适应性，通过对盾构机的始发检查和全面检修，对盾构机土仓、刀盘主轴承密封、铰接密封、盾尾刷等关键部位的密封性进行检查，可以确保盾构机在水下掘进过程保证良好的工作状态。

（3）适当建立被动土压推进、优化浆液比、针对性土体改良长距离湖底快速掘进。

（4）盾构掘进机管片拼装质量控制，充分发挥管片结构自防水能力；止水带上设置遇水膨胀橡胶，随季节调整胶黏剂配方确保防水材料粘贴质量，保证同步注浆及时饱满，充分发挥接缝防水能力；辅以二次注浆及水泥基渗透结晶型防水材料使用，封堵漏点，加强裂缝防水，最终实现金鸡湖隧道“滴水不漏”。

参考文献