盾构在砂层中掘进的技术措施
一、概况
盾构在砂层中穿越，地面为城市交通要道或湖面，隧道埋深约为7.8m～
14.3m，砂层为良好的富水和透水地层，饱含地下水，渗透系数为8.26～29.11m/d。
二、盾构机技术特点
1、土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾构。适用于含水的软土、软岩、硬岩及混合地层的隧道掘进。
2、掘进施工可采用复合式土压平衡盾构机具有敞开式、半敞开式及土压平衡三种掘进模式。掘进操作可自动控制、也可半自动控制或手动控制。通过试验段的掘进选定六个施工管理指标来进行掘进控制管理:a、土仓压力；b、推进速度；c、总推力；d、排土量；e、刀盘转速和扭矩；f、注浆压力和注浆量，其中土仓压力是主要的管理指标。
3、盾构机配备了自动导向系统, 可控制和稳定掘进方向, 具有灵活转向纠偏能力。
4、盾构刀盘结构能满足不同地层的掘进速度要求。
5、盾构配备了同步注浆系统, 有利于控制隧道周围土体沉陷及建筑物保护。
6、盾构配备了泡沫及膨润土注入系统, 有利于碴土改良。配备了压缩空气系统, 有利于防止工作面的渗水及控制地表沉降。
三、掘进施工技术
1、出现问题：盾构机在富水砂层施工时，容易引起地层沉降大、隧道喷涌、盾构姿态难控制等问题。
2、主要施工技术措施
（1）采用土压平衡模式掘进，进行开挖面稳定计算，设定合理的掘进参数，控制盾构机姿态，控制土压力以稳定开作面，控制地表沉降，将施工对地层的影响减到最小。
1）掘进过程土仓顶部压力控制在1.0bar，掘进速度控制在30mm/min以上，出土量不得大于50m3；
2）盾构机姿态保持向上，趋势控制在范围±4。
3）掘进的过程必须尽可能的快，中间尽量减少停滞时间。
4）在掘进接近1600mm时根据土仓顶部压力减少或不出土，以使掘进至1800mm时土仓顶部压力达到2.0bar~3.0bar范围。
（2）注入泡沫剂
1）盾构掘进过程中向土仓内及刀盘面注入泡沫等添加材料, 形成隔水泥膜，防止水从地层中渗出，提高土仓内碴土的稠度来改善碴土的止水性以及在螺旋输送机上安装保压泵碴装置，以使土仓内的压力稳定平衡。防止涌水流砂和发生喷涌现象, 并利于螺旋输送机排土。
2）富水砂层中掘进可适量往土仓加入发泡剂，但必须根据实际情况严格控制发泡剂配比及加入量。
泡沫溶液的组成：泡沫添加剂2%，水97%。泡沫组成：90～95%压缩空气和5～10%泡沫溶液混合而成。泡沫的注入量按开挖方量计算。
（3）保持连续掘进，减少盾构机停顿时间。
（4）适当缩短浆液胶凝时间，保证注浆质量。
盾尾同步注浆的量与地面沉降有较大关系，过少会造成地面较大的沉降，过多会窜浆至地面，污染环境。富水砂层注砂浆极易往外扩散，在掘进过程需根据注浆压力（0.3～0.4MPa，一般而言，注浆压力取1.1～1.2倍的静止水、土压力，）和地面情况及时调整注浆量(一般为建筑间隙的180%～200%)，对管片背后对称均匀压注。注浆的标准是确保脱出盾尾的管片背后的空隙能填满，这不仅可降低后期地面的沉降，也对管片防水起到一定有利作用。
盾尾同步注浆是从盾尾圆周上的四个点同时注浆，考虑到水土压力的差别和防止管片大幅度下沉和浮起的需要，各点的注浆压力将不同，并保持合适的压差，以达到最佳效果。在最初的压力设定时，下部每孔的压力比上部每孔的压力略大0.5～1.0bar。
穿越粉砂土层，同步注浆采用水泥砂浆，浆液的配比如下表。
表2-1 同步注浆材料初步配比表
浆液主要性能指标
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。
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）。
浆液结石率：>95%，即固结收缩率<5%。
浆液稠度：8～12cm
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%
注浆结束标准和注浆效果检查：采用双指标标准，即注浆压力达到设计压力或注浆压力未达到设计压力，但注浆量达到设计注浆量，即可停止注入。
注浆效果检查主要采用分析法，即根据P-Q-t曲线，结合掘进速度及衬砌、地表与周围建筑物变形量测结果进行综合分析判断。必要时采用无损探测法进行效果检查。
对于砂浆胶凝时间的控制，应做试验确定砂浆配比，并根据地层和掘进情况进行动态的调整。
（5）运用导向系统和分区操控推进油缸, 控制盾构姿态, 防止盾构抬升。
1）分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向。推进油缸按上、下、左、右分成四个组，每组油缸都有一个带行程测量和推力计算的推进油缸，根据需要调节各组油缸的推进力，控制掘进方向。
在上坡段掘进时，适当加大盾构机下部油缸的推力；在下坡段掘进时则适当加大上部油缸的推力；在左转弯曲线段掘进时，则适当加大右侧油缸推力；在右转弯曲线掘进时，则适当加大左侧油缸的推力；在直线平坡段掘进时，则尽量使所有油缸的推力保持一致。
在曲线段和变坡段，必要时可利用盾构机的超挖刀进行局部超挖和在轴线允许偏差范围内提前进入曲线段掘进来纠偏。
当滚动超限时，就及时采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。
2）富水砂层的承重能力较低，加上盾构机在掘进过程中的震动，姿态较易往下沉。因此在地层中盾构机的姿态易保持向上，但趋势易控制在±4。若出现机头往下掉的情况，需及时通过千斤顶行程调节姿态。调节不可过急，可通过千斤
顶行程及选取最优管片两者结合来调节；不然会使得盾尾间隙过小，造成管片错台。
3）在实际施工中，由于管片选型错误、盾构机司机操作失误等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值；在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或急弯段掘进过程中，有可能产生较大的偏差，这时就要及时调整盾构机姿态、纠正偏差。
4）随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移，须通过人工测量来进行精确定位。为保证推进方向的准确可靠，每周进行两次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态，确保盾构掘进方向的正确。
（6）出现开挖面容易喷涌、冒顶、坍塌的主要措施
1）关闭出土闸门，关掉螺旋机，在顶部土压不超限的情况下继续往前掘进，使土仓基本满土后（此时刀盘油压较高，扭矩较大）停止；然后稍开出土闸门，不启动螺旋机，让土压把砂土挤出，待砂土挤出速度较慢甚至不自动流出时再启动刀盘往前掘进。
2）关闭出土闸门，螺旋机正转转速调至2.0rpm左右，继续往前掘进，到顶部土压达2.8bar时停止；待土压降低到2.0bar以下时再按前面方法掘进，到刀盘扭矩较大（约3200KN·m）时，关闭刀盘及螺旋机，稍开出土闸门，让土压把砂土挤出，待砂土挤出速度较慢甚至不自动流出时再启动刀盘往前掘进。
3）严格控制盾构正面的平衡压力盾构机在过砂层时，通过下列两种方法控制土仓压力处于平衡状态：一是在保持推进速度不变的情况下，调节螺旋输送器的转速或闸门开度（螺旋输送器转速减小均能达到增大土仓压力的效果），控制出土量，建立和保持密封土仓压力；二是在保持螺旋输送器的转速或闸门开度不变的情况下，加大盾构机千斤顶的总推力，提高刀盘的转速和推进速度，增大密封土仓压力。
4）渣土改良：在砂土和沙砾等砂质土地层中，由于砂土的摩擦阻力很大，地下水丰富，土的透水系数也较高，依靠、削土的土压力保持开挖面上的压力（地下水压力和开挖面土压力）是很困难的。另外，通过开挖土体来很难保证出土的流动性，在这种砂性土的地层中，单纯依靠出土闸门等机械控制很难保证开挖面的稳定，所以在开挖面上加压或注入化学聚合物、泡沫剂、膨润土等材料，进行
充分搅拌，改良切削下来的渣土性质，保证砂土的流动性和止水性，以求开挖面的稳定，防止喷涌、冒顶等。参考南京地铁二号线7标集庆门站～茶亭站区间盾构全断面粉细砂层掘进中的渣土改良剂的使用经验，主要使用膨润土（150～200kg/m），在局部使用了高分子聚合物，整体状况较好。针对该标段砂层特点，亦使用土压平衡盾构施工高分子聚合物渣土改良方案，具体如下：
①粉细砂地层：采用HHZ-02型砂性土专用气泡剂，气泡发泡倍率10～15倍，气泡注入率20％～40％（与渣土的体积比）；建议每环用量为30~40L。
②中粗砂地层：采用HHZ-02型砂性土专用气泡剂，气泡发泡倍率15～20倍，气泡注入率20％～40％（与渣土的体积比）；每环用量为30~40L。该地层易发生喷涌问题，使用HHZ-A型防治“喷涌”的聚合物材料，每环约使用200kg。同时配合使用膨润土每环使用膨水比1：10 （膨润土与水的质量比）的膨润土浆1~3m3，膨润土的用量为100~300kg/每环。
5）加强管片的背后注浆控制由于砂土的渗透性较好，含水量大，实际注浆量应大于理论计算量，以保证注浆质量。选用砂浆初凝时间快，早期强度高的硬性浆液，加快管片周围土体的固结，避免地面沉降超限，同时因地含水量大，在浆液里适当加入膨润土20kg/m3），起到止水作用。根据地面监测数据，及时采用管片背后二次补浆。
二次补强注浆材料以水泥、粉煤灰和膨润土等材料为主，其配比（重量比）：
二次注浆配合比（1m3）
参照西安地铁试验段和南京地铁盾构砂层掘进中注浆参数，砂层掘进注浆参数宜为：注浆压力：0.25～0.35MPa；注浆量：3.8～4.3m3（理论空隙的160%～180%）；浆液的凝结时间：3～5hr。
6）控制好盾构机的姿态盾构区间洞身主要为中砂、粗砂以及粉质粘土，局部含有粉细砂层，在这些地层中掘进时，盾构机体可能会出现上抬、下俯或左右偏斜，因此，掘进时要特别注意对盾构机姿态的控制，防止盾构机发生偏移，并做到及时纠偏。
7）加强对出土量的计量。及时掌握开挖面的地质情况和出土量，防止超挖造成地表塌陷。根据类似地层掘进经验，出土量控制在58～62m3（松散系数1.3～1.4）。
8）加强监测工作，及时反馈监测信息加强地面的沉降、洞内的管片上浮、旋转、收敛等监测，及时根据监测数据调整相应掘进参数，以保证盾构掘进施工安全及成型隧道质量。
（7）出现管片上浮主要对策
1）采用快凝浆液注浆，尽快封闭管片与地层的间隙，防止隧道上浮。
2）同步注浆、注意注浆的同步性和均匀性，注浆时均匀注入空隙，同时做到上部的两个注浆管的注浆量为总的注浆量的3/4。
3）在同步注浆的基础上，结合聚氨脂注浆在隧道周围形成环箍，每隔10m 打一道环箍，使隧道纵向形成间隔的止水隔离带，在堵水防渗漏的同时以减缓、制约隧道上浮。
4）加强对隧道沉降的监测，适当调整同步注浆的孔位。若管片出盾尾后出现上浮时，则加大上部2个孔的注浆量；若管片出盾尾后出现下沉时，则增加下部2个孔的注浆量，并采取二次注浆的方法稳定管片，进一步控制管片的后期变化。
5）加强测量和监测的频率，并及时调整盾构姿态，在进入砂层100环范围采集数据，根据数据采集情况适当将轴线降低掘进。
（8）针对刀盘、刀具磨损严重，难保证长距离连续施工的主要措施
1）在盾构机设计过程中，充分考虑到区间地层的特点及掘进距离，在刀盘的正面区加焊了大量的耐磨材料，在刀盘、刀具的材质选择上，充分考虑了其磨耗率，选择了材质较好、磨耗率低的65锰钢作为刀盘、刀具的主要材料，刀具的刀刃选择了合金材质。
2）在掘进过程中，根据土仓内的温度，适时的向土仓内加入泡沫来降低刀盘、刀具的温度，以减小磨损。
四、盾构隧道过建筑物时的应急预案
（1）项目部成立应急领导小组，由一名项目副经理任组长，小组成员由项目部各部门负责人参加，各部门选择有责任心的人参加应急小组。提前对可能出
现的险情制定应急方案，预备应急物资，并事先和建筑物业主建立有效的联系，一旦出现险情，应急小组人员立即就位，各负其责，立即组织实施应急方案，排除险情。对出现严重险情或有其趋势的房屋，迅速将建筑物内人员疏散，设置安全警戒线，严禁其它人员进入警戒范围内，并马上组织对房屋进行加固。
（2）针对建筑物自身结构情况和以往施工经验，下表为盾构通过建筑物监测主要控制标准和采取的相应措施。
主要控制标准和采取相应措施
（3）地表沉降控制标准
一般地段地表沉降允许值为30mm，重点地段地表沉降允许值为15mm。
（4）建筑物沉降控制标准
桩基础建筑物允许最大沉降值不应大于10mm；天然地基建筑物允许最大沉降值不应大于30mm。对于重要建（构）筑物或建（构）筑物本身设计有缺陷、既有变形以及结构本身的附加应力等因素，应重点观测并提高控制标准。
（5）桥桩沉降控制标准
桥桩沉降控制标准暂按建筑物桩基控制标准考虑。
（6）地下管线及地面控制标准
煤气管线的沉降或水平位移均不得超过10mm，每天发展不得超过2mm；自来水管线的沉降或水平位移均不得超过30mm，每天发展不得超过5mm。
承插式接头的铸铁水管、钢筋砼水管两个接头之间的局部倾斜值不应大于0.0025，采用焊接接头的水管两个接头之间的局部倾斜值不应大于0.006，采用焊接接头的煤气管两个接头之间的局部倾斜值不大于0.002。相应的道路沉降按上述相应管线的标准进行控制。
（7）警戒值
当监测数据达到管理基准值的70%时，定为警戒值，应加强监测频率。当监测数据达到或超过管理基准值时，应立即停止施工，修正支护参数后方能继续施工。
2、螺旋输送机发生喷涌时的预案
盾构通过砂层时螺旋输送机易出现喷涌，应采取以下措施防止喷涌出现：（1）螺旋输送机设计为中轴式，并配备保压泵装置和双闸门；
（2）采用土压平衡模式掘进参数
（3）加入高浓度泥浆或泡沫，改善土体的和易性，使土体中的颗粒和泥浆成为一整体。
若盾构掘进中发生意外，出现喷涌现象后采取以下措施来处理：
（1）立即关闭螺旋输送机的后门，适当向前掘进，使土仓内建立平衡。
（2）通过刀盘的转动，将土仓内的土体搅拌均匀。
（3）采用双闸门控制，边掘边出土，始终保持土仓内压力稳定。
（4）掘进过程中向土仓内注入泡沫剂、膨润土等提高碴土的流动性和止水性。同时在螺旋输送机出口栓接保压泵碴装置建立土压平衡状态。
四、小结
盾构机安全、顺利穿越砂层的应做到：
1、确保设备完好
（1）对操作人员进行技术培训，使其熟悉机械设备性能，了解地质条件及其变化情况。
（2）做到正确操作无误，人员保持稳定。
（3）加强监控量测，并根据监测数据及时调整施工参数。
2、穿越砂层
（1）盾构机抬头，适当提高土平衡压力并保持稳定，使砂层不坍塌。
（2）为保持一定土压力，向土仓内注入泡沫剂。
（3）坚持同步注浆（为建筑空隙的200～250%，一般为单液浆），当管片出盾尾刷2-3环，就进行壁后浆，保持较高压力，注入足够数量，根据监测资料确定注浆参数和注浆时间。
（4）保持注入良好的盾尾密封油脂，防止盾尾跑浆，减少砂土对盾尾刷的磨损。如果盾尾刷损坏，则注双液浆，不使地下水流失，避免地表更大沉降。3、穿越建筑物
（1）严格控制推进轴线，保持盾构良好姿态。
（2）尽量减少纠偏次数，限制推进每环的纠偏量，减少对土体的扰动。（3）平稳操作盾构，控制合理的推进速度，均衡、匀速、以最短时间掘进通过建筑物，避免盾构不必要的停留。
注：本文来自于天津地铁二号线、广州城际地铁、南京地铁、苏州、深圳地铁盾构施工资料。本文中各种施工参数仅供参考，具体工程应通过盾构掘进试验段采集数据，经整理综合分析确定。
盾构在砂层中掘进的技术措施 一、概况 盾构在砂层中穿越，地面为城市交通要道或湖面，隧道埋深约为7.8m～ 14.3m，砂层为良好的富水和透水地层，饱含地下水，渗透系数为8.26～29.11m/d。 二、盾构机技术特点 1、土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾构。适用于含水的软土、软岩、硬岩及混合地层的隧道掘进。 2、掘进施工可采用复合式土压平衡盾构机具有敞开式、半敞开式及土压平衡三种掘进模式。掘进操作可自动控制、也可半自动控制或手动控制。通过试验段的掘进选定六个施工管理指标来进行掘进控制管理:a、土仓压力；b、推进速度；c、总推力；d、排土量；e、刀盘转速和扭矩；f、注浆压力和注浆量，其中土仓压力是主要的管理指标。 3、盾构机配备了自动导向系统, 可控制和稳定掘进方向, 具有灵活转向纠偏能力。 4、盾构刀盘结构能满足不同地层的掘进速度要求。 5、盾构配备了同步注浆系统, 有利于控制隧道周围土体沉陷及建筑物保护。 6、盾构配备了泡沫及膨润土注入系统, 有利于碴土改良。配备了压缩空气系统, 有利于防止工作面的渗水及控制地表沉降。 三、掘进施工技术 1、出现问题：盾构机在富水砂层施工时，容易引起地层沉降大、隧道喷涌、盾构姿态难控制等问题。 2、主要施工技术措施 （1）采用土压平衡模式掘进，进行开挖面稳定计算，设定合理的掘进参数，控制盾构机姿态，控制土压力以稳定开作面，控制地表沉降，将施工对地层的影响减到最小。 1）掘进过程土仓顶部压力控制在1.0bar，掘进速度控制在30mm/min以上，出土量不得大于50m3； 2）盾构机姿态保持向上，趋势控制在范围±4。 3）掘进的过程必须尽可能的快，中间尽量减少停滞时间。
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。 3操作要点 3.1施工准备 土压平衡盾构机采用类泥水模式掘进成败关键在于膨润土添加的实现。在掘 进过程中能实时添加膨润土泥浆，携带土仓切削的砂石进行排渣。因此前期的准 备至关重要。 施工准备工作主要包括膨润土泵送方案设计、盾构机改管、膨润土搅拌装置 安装及材料准备。 （1）膨润土泵送方案设计： 采用土压平衡盾构机进行类泥水模式掘进前，要制定膨润土泥浆实时添加的 方案。本工法采用地面集中拌制膨润土，泵送至台车的膨润土罐进行储存，掘进 过程通过管路实时向土仓添加。膨润土泵送方案示意图如下; 图 3.1膨润土泵送方案示意图
消除砂土液化影响，盾构穿越砂层预防涌水涌砂的技术控制措施 重难点分析： 若盾构区间隧道底部部分位于淤泥层、淤泥质土层、淤泥质粉细砂层（液化砂层），由于砂层透水性强稳定性差，当砂层富水时，则盾构机推进时盾尾几乎直接受到水压力的作用，很容易发生盾尾漏水、漏砂情况，存在涌水、涌砂的危险。土压平衡盾构在砂土层中掘进施工时，因土的摩阻力大、渗透系数高、地下水丰富等原因，一般单靠掘削土提供的被动土压力常不足于抵抗开挖面的土、水压力，加之由于土体流动性差，使在密封舱内充满砂质土体后，原有的盾构推力和刀盘扭矩常不足以维持正常掘进切削的需要，密封舱内的渣土也不易于流入螺旋输送机并排出，而引起超挖。另外在砂层中一旦要进行开仓换刀，其作业过程是十分危险的。 针对性措施： 1、穿越砂层的技术措施 （1）做好对盾构机的维修保养。特别是对盾尾刷要进行检查和更换，同时充分压注盾尾油脂，以防止泥水砂土从盾尾冒出。 （2）改良土渣。土压平衡式盾构机的工作原理为：由刀盘切削下来的土体进入土仓后由螺旋输送机输出，在螺旋输送机内形成压力梯降，保持土仓压力稳定，使开挖面土层处于稳定。盾构向前推进的同时，螺旋输送机排土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面的地层始终保持稳定。而砂层自稳能力差，盾构掘进如果处理不当，都会造成不同程度的地面沉陷，甚至是塌方。采用复合土压盾构机为防止工作面的坍塌和地面沉陷，必须选择合适的添加剂对砂层进行改良。 根据改良后的土渣具有一定和易性的要求和工程经验，尽量使用添加剂和膨润土来改良土渣，使改良后的土渣既有止水效果又有塑流性，避免喷涌的发生导致地面的沉陷。 （3）加强同步注浆。既要控制好注浆的压力，又要控制实际的注浆量，切
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。土压平衡盾构在该土层中施工，易发生螺旋机喷涌，导致掘进面不稳定；突发性的涌水和流砂还将引起地面较大沉降，严重时会造成地面突然塌陷。因此，亟需对盾构掘进渣土进行改良，以改善出土状态及推进稳定性。 2、渣土改良的作用 在盾构的施工过程中，特别是在复杂地层或特殊地层中进行盾构施工时，进行必要的渣土改良是保证盾构施工安全、顺利、快速的一项不可缺少的重要技术手段，其主要作用如下：
富水砂卵石地层中盾构施工的控制难点及措施 段浩 引言：随着中国经济的快速增长、城市人口数量迅速膨胀，机动车辆的数量呈级数比例增长，原有的市政道路难以满足交通的需要，为缓解城市交通压力、创造良好的生活和投资环境，国内各主要城市均选择修建地铁工程来提升城市形象和投资环境。隧道是地铁工程最主要的组成部分，隧道盾构法施工具有施工速度快、工期短、洞体工程质量易控制、质量比较稳定且良好的防渗水性能、施工安全系数高、对周边建筑物影响极小、基本不影响地面交通、适合地层范围广、地质情况复杂的施工作业环境等优点。随着我国各大城市地铁建设热情的高涨，隧道盾构施工方法必将在地铁建设中被广泛推广应用。盾构施工虽然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。成都地铁穿越的地层主要为砂卵石地层并夹杂有粉细砂层透镜体，地下水丰富、水位高、补给迅速，国内、国际在该种地质条件下全面实施盾构施工隧道尚不多见，无较多经验可以借鉴，在地铁建设史上的应是一次重要技术性突破。截至目前成都地铁采用泥水盾构和土压平衡盾构施作的隧道，已经完成成型隧道1000余米，在施工中出现一些有别于其它地质情况下施工的难点，对这些难点的技术处理为在富水砂卵石地层中盾构施工积累了一些应对的经验。 成都地铁地质情况描述：
盾构隧道从<2-8>、< 3-4>、<3-7〉等砂卵石地层中通过。卵石成分主要为灰岩、砂岩、石英岩，卵石的含量达67％，中间夹杂大漂石。砂卵石具有分选性差，强度高的特点。 <2-8>卵石土（Q4al）：黄灰色，黄褐色，中密～密实为主，部分密实，潮湿～饱和。卵石成分主要为中等风化的岩浆岩、变质岩、砂岩等硬质岩组成。磨圆度较好，以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，卵石含量65～75%，粒径以30～70mm为主，钻探揭示最大粒径145mm，夹零星漂石，充填物为细砂及圆砾。 <3-4>粉、细砂（Q3fgl+al）：灰绿色，饱和，中密，夹少量卵石。呈透镜体状分布。 <3-7>卵石土（Q3fgl+al）：褐黄、黄色，以中密～密实为主，饱和。卵石成分主要为中等风化的岩浆岩、变质岩、砂岩等硬质岩组成。磨圆度较好，以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，卵石含量60～75%，粒径以30～70mm为主，据钻探揭示，最大粒径150mm，夹零星漂石，充填物为砂及砾石，具弱泥质胶结或微钙质胶结。 隧道通过的地层含水丰富，根据钻孔揭示，隧道区间分布的卵石土及所夹透镜状砂层为地下水主要含水层，含水量丰富，含水层厚20～22.6m，区间范围内卵石土分选性差，渗透性强。
盾构在砂层中掘进的技术措施 、概况 盾构在砂层中穿越，地面为城市交通要道或湖面，隧道埋深约为14.3m,砂层为 7.8m 良好的富水和透水地层，饱含地下水，渗透系数为8.26?29.11m/d。 、盾构机技术特点 1、土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾构。适用于含水的软土、软岩、硬岩及混合地层的隧道掘进。 2、掘进施工可采用复合式土压平衡盾构机具有敞开式、半敞开式及土压平衡三种掘进模式。掘进操作可自动控制、也可半自动控制或手动控制。通过试验 段的掘进选定六个施工管理指标来进行掘进控制管理：a 土仓压力；b推进速度；c 总推力；d、排土量；e、刀盘转速和扭矩；f、注浆压力和注浆量，其中土仓压力是主要的管理指标。 3、盾构机配备了自动导向系统, 可控制和稳定掘进方向, 具有灵活转向纠偏能力。 4、盾构刀盘结构能满足不同地层的掘进速度要求。 5、盾构配备了同步注浆系统, 有利于控制隧道周围土体沉陷及建筑物保护。 6、盾构配备了泡沫及膨润土注入系统, 有利于碴土改良。配备了压缩空气系统, 有利于防止工作面的渗水及控制地表沉降。 三、掘进施工技术 1、出现问题：盾构机在富水砂层施工时，容易引起地层沉降大、隧道喷涌、盾构姿态难控制等问题。 2、主要施工技术措施 1）采用土压平衡模式掘进，进行开挖面稳定计算，设定合理的掘进参数， 控制盾构机姿态，控制土压力以稳定开作面，控制地表沉降，将施工对地层的影 响减到最小。 1）掘进过程土仓顶部压力控制在 1.0bar,掘进速度控制在30mm/min以 上，出土量不得大于50m3； 2）盾构机姿态保持向上，趋势控制在范围±4。
3）掘进的过程必须尽可能的快，中间尽量减少停滞时间。 4）在掘进接近1600mm 时根据土仓顶部压力减少或不出土，以使掘进至 1800mm时土仓顶部压力达到2.0bar~3.0bar范围。 2）注入泡沫剂 1）盾构掘进过程中向土仓内及刀盘面注入泡沫等添加材料, 形成隔水泥膜， 防止水从地层中渗出，提高土仓内碴土的稠度来改善碴土的止水性以及在螺旋输送机上安装保压泵碴装置，以使土仓内的压力稳定平衡。防止涌水流砂和发生喷涌现象, 并利于螺旋输送机排土。 2）富水砂层中掘进可适量往土仓加入发泡剂，但必须根据实际情况严格控 制发泡剂配比及加入量。 泡沫溶液的组成：泡沫添加剂2%,水97%。泡沫组成：90?95%压缩空气和5?10%泡沫溶液混合而成。泡沫的注入量按开挖方量计算。 3）保持连续掘进，减少盾构机停顿时间。 4）适当缩短浆液胶凝时间，保证注浆质量。 盾尾同步注浆的量与地面沉降有较大关系，过少会造成地面较大的沉降，过多会窜浆至地面, 污染环境。富水砂层注砂浆极易往外扩散, 在掘进过程需根据 注浆压力（0.3?0.4MPa —般而言，注浆压力取1.1?1.2倍的静止水、土压力，）和地面情况及时调整注浆量（一般为建筑间隙的180%?200%），对管片背后对称均匀压注。注浆的标准是确保脱出盾尾的管片背后的空隙能填满，这不仅可降低后期地面的沉降,也对管片防水起到一定有利作用。 盾尾同步注浆是从盾尾圆周上的四个点同时注浆，考虑到水土压力的差别和防止管片大幅度下沉和浮起的需要，各点的注浆压力将不同，并保持合适的压差，以达到最佳效果。在最初的压力设定时，下部每孔的压力比上部每孔的压力略大0.5? 1.0bar。 穿越粉砂土层,同步注浆采用水泥砂浆,浆液的配比如下表。 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。 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）。 浆液结石率：＞95%,即固结收缩率＜5%。
浓泥水平衡盾构穿越砂卵石地层并近接既有运营地铁线路的顶管掘进 施工工法 浓泥水平衡盾构是一种用于穿越砂卵石地层并近接既有运营地铁线路的顶管掘进施工工法。该工法具有以下特点：首先，采用了浓泥水平衡盾构机，能够有效地应对砂卵石地层带来的困难；其次，通过控制盾构机的推进力和进出土速度，以及注浆和抽水等措施，实现了施工过程中对地层的准确控制；最后，同时结合使用机械拼装和手工拼装技术，提高了施工效率和施工质量。 浓泥水平衡盾构适用于砂卵石地层，特别是在与既有地铁线路近接的情况下，能够减小对周边环境和运营线路的影响。该工法在项目场地的土质情况和地下水位情况符合要求的条件下，具有较大的适用范围。 施工工法的原理是基于浓泥水平衡盾构机的工作原理和砂卵石地层的特点，通过对施工过程中的一系列技术措施进行具体分析和解释，确保施工过程的顺利进行。具体来说，施工工法主要包括以下几个阶段：预处理阶段、预拼装阶段、掘进阶段、管片拼装阶段、回填阶段和收尾阶段。每个阶段都有特定的施工工艺和技术措施，以保障施工的质量和安全。
劳动组织是保障施工进度和施工质量的重要环节。根据实际工程需求，施工过程中需要合理组织施工人员和施工机械设备，安排工作任务和编制施工进度表，确保施工过程的有序进行和任务的及时完成。 施工工法所需的机具设备包括浓泥水平衡盾构机、混凝土搅拌站、起重机、注浆设备等。这些设备具有高效、稳定和可靠的特点，能够满足施工工艺的要求。 质量控制是保障施工质量的重要措施。通过对施工过程中的每一个环节进行严格的质量控制，包括对土层的预处理和支护措施、对管片拼装的检查和验收等，确保施工过程中的质量达到设计要求。 安全措施是保障施工安全的重要措施。施工中需要注意的安全事项包括人员安全、机械设备安全、防火安全和防汛安全等。特别是在与既有地铁线路近接时，需要加强施工区域的防护措施和监控措施，确保施工安全。 经济技术分析是对施工工法的经济性和可行性进行评估和比较。通过对施工周期、施工成本和使用寿命等进行分析，能够为实际工程提供参考和决策依据。 最后，通过工程实例的介绍，展示了浓泥水平衡盾构穿越砂卵石地层并近接既有运营地铁线路的顶管掘进施工工法的实际应用效果。这些实例能够进一步验证该工法的可靠性和可行性，为实际工程提供参考和借鉴。
〕、为防止盾构通过后不必要的纠纷，在盾构通过前根据建构筑物的产权情况、重要性、盾构施工对其的影响程度，对局部建构筑物应选择有资格的鉴定单位对建构筑物进行鉴定，在通过后建议对建构筑物重新进行鉴定。 〔4〕、根据地质勘察情况或根据盾构推进过程中的地质变化情况，对建构筑物周边地质进行补充详细勘察，明确地形情况、根底土层结构、各土层土体性质、地下水情况等。〔5〕、根据调查情况，分析建构筑物或管线的变形和应力允许值。 〔6 〔7〕、与其他地层相比，在砂卵石地层中，刀具普遍磨损严重，初步判断，一盘滚刀能掘进约100～150m。隧道穿越的地层主要为＜2-8＞、＜3-7＞卵石土地层。盾构机连续掘进、出碴量正常地层不会出现问题。但盾构机一旦停机，在恢复推进或开仓清碴刀盘转动时，地层损失控制困难。因此在盾构即将通过建构筑物前应对刀具进行全部更换并对设备进行全面检修，选定同步注浆浆液的配比和凝固时间，以保证盾构机连续、快速通过，且使盾尾空隙得到及时有效的填充。 〔824小时监测，每3～4h监测一次。测量结果及时反应给控制室。 2〕、盾构下穿建构筑物时的施工参数选择与控制： 为确保建构筑物、管线的平安，在盾构掘进施工时应严格对盾构施工参数监测，包括盾构推力、出土量、注浆填充率、注浆压力、盾构姿态等。 盾构下穿建构筑物掘进时，盾构施工参数做如下控制： 〔1〕、推进速度和推力控制 盾构掘进速度控制在30～40mm/min，盾构推力控制在1000KN~1200KN。确保盾构连续掘进、快速通过，减小对地层的扰动。推力过大易造成地面隆起，过小那么地面沉降加大，盾构掘进速度亦不易太快，以免同步注浆量缺乏。 〔2〕、严格控制出土量 成都地铁建设中，目前主要选用德国海瑞克盾构机，面板式刀盘、刀盘开口率25~28%、刀盘外径6.28m、有轴式两级螺旋出土器；盾构隧道主要采用的管片幅宽〔f=1.5m〕、砂卵石松散系数为0.8〔包含砂卵石间的含水量〕，计算每环出渣量：V=〔D1/2〕2π×f×1/0.8=〔6.28/2〕2π×f×1/0.8=46.438×1/0.8=58m3。通过建筑物期间，派专人监控出土量，每环出碴量控制在５8ｍ３以内〔环幅宽按1.5米，含水较少时应控制在55~56ｍ３〕。 〔3〕、保证同步注浆饱满度 同步注浆的注入率应控制在200%~300%之间，注浆压力2～4bar，最大程度利用同步注浆填充满管片背后的间隙。成都地铁盾构隧道采用幅宽f=1.5m、外径D2=6.0m，钢筋混凝土管片。Q=[〔D1/2〕2π×f－〔D1/2〕2π×f] ×150%=(46.438－42.39) × 200~300%=8~12 m3。 在同步注浆过程中应严格控制注浆压力，注浆压力过大易引起地面隆起。为保证管片背后间隙的浆液不流失并尽快凝固，根据盾构机的配置情况尽可能选择双液浆，选择单液浆应通过配比调整，尽可能缩短浆液凝固时间、提高结固体强度。 〔4〕、二次注浆 在同步注浆的同时进行二次注浆，确保填充效果。注浆管片位置盾尾后3～4环的位置。注浆点位以在拱顶点位注浆为原那么。 5．盾构下穿不同结构和根底建构筑物的施工措施及其监测： 1〕、天然地基根底、砌体结构 〔1〕、建筑物情况及其与盾构隧道的关系： 红花堰居民小区，该区为城中村，区内建筑物为天然地基，砖砌结构，层数分别为1~4层不等，且多为违章建筑，局部房屋为危房；根据规划该区为拆迁区，多数房屋已废弃并开始撤
盾构机在砂卵石及中风化泥岩复合地质 情况下掘进技术 摘要：盾构隧道掘进机，简称盾构机。是一种隧道掘进的专用工程机械，现 代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、 输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞 轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的 还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下 水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。不 同的地质构造对盾构机的正常掘进安全影响不同，依托成都轨道交通30号线双 寺区间工程，本文对盾构机在砂卵石及中风化泥岩复合地质情况下掘进技术进行 了详细阐述，希望能为同行提供一些借鉴和参考。 关键词：盾构机；砂卵石；中风化泥岩；复合地质；掘进技术 1砂卵石及中风化泥岩复合地质 砂卵石，对于浑圆状颗粒，分为圆砾石、卵石、漂石、砾石土、砂卵石等; 对棱角状颗粒，分为角砾石、碎石、块石、碎石土等。砂卵石是一种典型的力学 不稳定地层，颗粒之间的空隙大，没有粘聚力，砂卵石地层在无水状态下，颗粒 之间点对点传力，地层反应灵敏。刀盘旋转切削时地层很容易破坏原来的相对稳 定或平衡状态而产生坍塌,引起较大的围岩扰动使开挖面和洞壁失去约束而产生 不稳定。 泥岩风化特点，泥岩构成的崖壁风化速度快，而结核形成的石蛋风化速度慢，当泥岩层层风化剥落石蛋就慢慢孕育而出。中风化泥岩是软质岩。岩石在太阳辐
盾构机掘进不同地层条件下的操作要点 1、工程地质 1.1、本工程长江段水下地层： ·上部由第四系全新统新近沉积松散粉细砂，中粗砂组成， ·中部由第四系全新统中密～密实粉细砂组成， ·下部基岩为志留系泥质粉砂岩夹砂岩、页岩； 1.2、江南及江北两岸地层： ·地表有呈松散状态的人工填土， ·上部由第四系全新统冲积软～可塑粉质粘土， ·中部由第四系全新统中密～密实粉细砂组成， ·下部基岩为志留系泥质粉砂岩夹砂岩、页岩。 2、盾构始发段的掘进 盾构在始发段推进时，主要控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量。同时，检查盾构是否与始发台、洞门发生干涉或是否有其他异常事件或事故的发生，确保盾构安全的向前推进。 2.1、始发时盾构推进参数的控制
2.2 盾构在始发台上向前推进时，一般通过控制推进油缸行程使盾构机基本沿始发台向前推进。如盾构出现较大的偏差时，可以通过适当的调整推进油缸行程进行合理的纠偏，纠偏趋势值原则上不大于±2‰。 2.3、始发时的注意事项 ·开始时推进时，要密切关注洞门扇形压板与盾壳之间的间隙，防止冒浆。 ·盾构位于始发台上时尽量不要进行姿态调整。
3、盾构到达井的掘进 土仓压力在距洞门距离大于10米时可保持与区间隧道掘进时一致的压力，而在距洞门5～10米时需适当减小压力，在距洞门2～5米时应将土压转换为相应的气压。在距洞门仅2米时应减小土仓压力，小于1米时应尽量排出土仓中的渣土，以使洞门岩面的渣土顺利进入土仓。 3.1、盾构机到达井掘进参数控制 盾构机进入到达段后，首先减小推力、降低推进速度和刀盘转速，控制泥浆系统的流量和压力，并时刻监视气压室的压力值，避免较大的地表隆陷。 盾构机刀盘距离贯通里程小于10米时，进一步降低推力、刀盘转速以及推进速度，避免由于刀盘前部土体太薄，造成刀盘前部形成坍塌。 4、富水地层的掘进要点 盾构机过江、富水地层时要把握“护头保尾”原则，即始终保持盾构机头土仓压力稳定和盾尾密封良好，并利用信息化施工手段，及时调整盾构机各种参数。 4.1、盾构设备性能是能否树立进行顺利掘进的关键。因此必须对盾构机进行全面系统地检查与维修，保证盾构在性能完好。 4.2、正确设定掘进参数。土仓压力设定考虑到当地的天气、
盾构在砂层中掘进的技术措施 盾构是一种用于地下隧道建设的现代化设备，其掘进技术措施在砂层中的应用尤为重要。砂层是一种砂质土壤，具有颗粒大、孔隙率高、透水性好等特点，因此在盾构掘进过程中需要采取一系列技术措施来保证工程的安全和顺利进行。 首先，在砂层中掘进盾构时，需要进行水文地质勘察和分析。通过对砂层的孔隙结构、含水层分布和水文条件等方面进行深入研究，可以了解盾构施工中可能遇到的水文地质问题，制定相应的施工方案。 其次，为了减小地下水位对盾构掘进的影响，需要进行直井降水或地下水的抽排处理。通过钻井、注浆、泵水等方法，有效地降低地下水位，保持隧道周围地层的稳定，保证施工的安全进行。 盾构机在掘进过程中，需要不断注浆来稳固土体，防止土体松动。特别是在砂层中，由于砂层的颗粒大、透水性好，容易造成土体松动，因此注浆措施尤为重要。注浆可以利用压力泵将浆液注入土体内部，增加土体的黏聚力和抗剪强度，提高土体的稳定性。 盾构施工过程中，还需要进行土体压密处理，以提高土体的密实度。通过盾构机的刀盘和推进系统对土体进行压实、剪切等作用，使土体变得紧密和坚硬。特别是在砂层中，由于砂层颗粒间的空隙较大，需要采取相应的措施来增加土体的密实度。 在砂层中掘进盾构时，还需要进行排土处理。由于砂层颗粒大、透水性好，排土量较大。因此，在盾构施工过程中需要及时排出掘进的土屑，以保持正常的施工进展。
此外，工程管理和安全措施也是盾构在砂层中掘进的重要技术措施。施工过程中需要做好现场管理，合理安排人员和机械设备的调度，保证施工进度和质量。同时要加强安全教育和培训，提高施工人员的安全意识和技能水平，避免事故的发生。 总之，盾构在砂层中掘进需要采取一系列的技术措施来保证施工的安全和顺利进行。从水文地质勘察和分析、直井降水、土壤干燥度控制，到注浆、土体压密和排土处理，以及工程管理和安全措施，都是盾构在砂层中掘进的重要环节。只有综合运用这些技术措施，才能保证隧道工程的质量和安全。
盾构掘进技术施工要点 一、土压平衡盾构掘进 （一）土压平衡式掘进特点 土压平衡盾构，是将开挖下来的土砂充满到开挖面和隔板之间泥土仓，根据需要在其中注入改良材料，用适当的土压力确保开挖面的稳定性。通过贯穿隔板设置的螺旋输送机，可在推进的同时进行排土。在施工时，必须在开挖两层隔板之间充满土砂，对其进行加压达到满足开挖面的稳定需要的状态。为了获得适合于盾构推进量的排土量，要对土压力和出土盘进行计量，对螺旋式排土器的转数和盾构的推进速度进行控制，达到平衡状态，同时，还要掌握刀盘扭矩和推力等，进行正确的控制管理以防止开挖面的松动和破坏。 （二）土仓压力管理 （1）在土压平衡盾构的施工中，为了确保开挖面的稳定，要适当地维持压力舱压力。一般，如果土仓压力不足，发生开挖面的涌水或坍塌风险就会增大。如果压力过大，又会引起刀盘扭矩或推力的增大而发生推进速度下降或地面隆起等问题。 （2）土仓压力管理的基本思路是：作为上限值，以尽量控制地表面的沉降为目的而使用静止土压力；作为下限值，可以允许产生少量的地表沉降，但可确保开挖面的稳定为目的而使用主动土压力。 （3）掌握开挖面的稳定状态，一般是用设置在隔板上的土压计来确定土仓压力。 （4）推进过程中，土仓压力维持有如下的方法： ①用螺旋排土器的转数控制； ②用盾构千斤顶的推进速度控制； ③两者的组合控制等。
通常盾构设备采用组合控制的方式。 （5）要根据各施工条件实施良好的管理。另外，需要确认伴随推进所产生的地基的变形、排土状态、刀盘扭矩以及其变化情况，及时在推进中修正土仓压力。 （三）排土量管理 （1）为了一边保持开挖面的稳定一边顺利地进行推进，则需要适量地进行排土，以维持排土量和推进量相平衡。可是，由于围岩的重度在掘进中会有一定的波动，以及受添加剂的种类、添加量或排土方式等因素的影响，排出渣土的重度也会发生变化，所以要恰当地掌握排土量是比较困难的。另外，作为排土，其状态可在半固体状态到流体状态之间变化，其性状是各种各样的。因此，仅单独根据排土量的管理来控制开挖面坍塌或地基沉降是困难的，最好是根据压力舱的压力管理和开挖土量管理同时进行。 （2）排土量管理的方法可大致分为容积管理法和重量管理法。作为容积管理法，一般是采用计算渣土搬运车台数的方法或从螺旋排土器转数等进行推算。重量管理法，一般是用渣土搬运车重量进行验收。计算渣土搬运车台数的方法是一种粗略式的估计，由于应用简便，在现场使用较多。 （四）渣土改良 土压平衡盾构的渣土排出量必须与掘进的挖掘量相匹配，以获得稳定而合适的支撑压力值，使掘进机的工作处于最佳状态。当通过调节螺旋输送机的转速仍不能达到理想的出土状态时，可以通过改良渣土的塑流状态来调整。 （1）改良渣土的特性： 在土压平衡工况模式下渣土应具有以下特性： 1）良好的塑流状态。 2）良好的黏稠度。
盾构掘进施工中质量、安全保证措施 1、盾构掘进保证措施 盾构机在完成试掘进后，将对掘进参数进行必要的调整，为后续的正常掘进提供经验数据，主要内容包括： 1.1根据地质条件和试掘进过程中的监测结果进一步优化掘进参数； 1.2正常推进时要根据地质条件确定盾构机平衡压力，通过加强地面沉降监测，通过统计掌握本地区地质盾构施工参数对地面环境的影响规律，真正做到地表沉降可控，确保地面建筑物、结构物安全。 1.3推进过程中，严格控制好推进里程，将施工测量结果不断的与计算的三维坐标相比较，及时调整。 1.4盾构掘进应按指令的参数推进，严格控制出土量和加强同步注浆，以控制地表沉降。 1.5盾构掘进中，坡度和平曲线不能突变，要采取缓慢顺延的方式掘进。 1.6盾构掘进过程中必须严格监控，工程技术人员根据地质情况、地面状况、监测结果、掘进参数等正确下达掘进指令，并及时跟踪调整。 1.7盾构司机应严格按照指令的参数操作，严禁擅自更改操作指令。盾构方向控制要采取缓慢纠偏的方式，严禁过量纠偏，降低盾构的蛇形，控制好盾构姿态，保证盾尾间隙均匀，管片拼装后不变形，确保隧道外观质量。 1.8做好施工记录，记录内容包括： （1）隧道掘进：掘进环数、掘进里程、油缸行程、掘进速度、盾构推力、土仓压力、刀盘转速、螺旋输送机转速、泡沫参数、出土量等 （2）同步注浆：注浆压力、注浆量、注浆材料配比、稠度、凝结时间等 （3）测量：盾构掘进趋向、隧道中心与设计偏差、扭转角、移站记录。 （4）管片拼装：拼装环数、拼装点位、盾尾间隙、椭圆度、螺栓连接和管片破损情况。 2、掘进参数选择 盾构掘进主要由10个参数控制，即前舱压力、千斤顶顶力及分布、推进速
浅谈盾构机在砂层中掘进时的控制方法 盾构机在砂层中掘进时，由于砂层透水性较强，容易造成砂层流失，最终结果是造成较大的地面沉降，以至于地面沉陷。本文结合多年的盾构施工经验总结出盾构机在砂层中掘进时的施工方法和相应措施，与同行们一起共同探讨。 标签：盾构隧道；地面沉降塌陷；防止措施 前言： 盾构隧道在施工过程中对地表的控制直接影响到整个工程项目的成功与否，特别是在建筑物密集的老城区和大量交通要道，所以盾构机在砂层中掘进时地面的塌陷及沉降要控制在允许范围内，这样才能把工程成本和经济损失降到最低。因此，我们有必要对盾构机在砂层中的掘进技术进行讨论，并寻求更好的施工方法。 1 项目地理概况 惠城际轨道交通工程GZH-12标盾构期间起止里程为DK97+966~DK100+885，盾构隧道长度2919m，从云山西路站始发，穿越东江、建筑物密集的老城区和大量交通要道后到达盾构接收井拆解吊出。此区间有约500m砂层地段，地层从上到下依次为：素填土、粉质粘土、圆砾土、细砂、全风化含砾砂岩、强风化含砾砂岩、弱风化含砾砂岩。地下水主要为潜水，水位3-3.6m，由于此地层距离东江近，从地层构造上看，砂层中的水略具承压性。 2 盾构隧道地面沉降塌陷的防止措施 盾构机通过此类地层时，由于与砂层直接接触的土层较薄，易受力变形产生裂隙和裂缝，从而形成了与砂层中的水有直接的联系通道，进而也将成为该砂层流失的通道，其最终的结果是造成较大的地面沉降，以至于地面塌陷。为了防止盾构机通过此地层时发生沉降、塌陷。其具体措施如下： 2.1 做好盾构机的维修和保养。 通过砂层前对盾构机进行全面检查、维修和保养，确保盾构机的故障率降到最低能够快速的通过砂层地段。特别是注浆系统和盾尾刷的检查和更换，只有完好的注浆系统才能够及时并有效的填充管片背后空隙。由于砂层中的渗水性较强，如盾尾刷密封失效就无法防止砂土、泥水从盾尾间隙冒出，造成水土流失。 2.2 采用土压平衡模式推进。盾构机通过砂层地段时，由于砂土具有渗水性大，受到扰动容易塌陷等特点，需要采用土压平衡模式掘进，以确保密封土仓压力稳定开挖面，控制地表沉降，防止地层出现塌陷。盾构机在砂层中掘进时，控制土仓压力有两种方式，一种是通过气压来控制土仓内压力，一种是通过土压来
盾构穿越砂层关键施工技术 盾构机是城市隧道建设中的重要工具，特别是在地铁工程的建设中，盾构机被 广泛应用。然而，穿越砂层的隧道施工对盾构工程具有极高难度，需要采用专门的技术手段和措施。本文将介绍盾构穿越砂层的关键施工技术，以及相关注意事项。 砂层的特点 砂层是由砂石颗粒混合构成的地质层。砂层可以分为三种类型：坚硬的碎石砂层、软硬交替层和厚石英砂层。其中，碎石砂层的强度最高，其次是软硬交替层，厚石英砂层的强度最低。在盾构穿越砂层时，砂层的强度和稳定性是决定穿越难度和风险程度的关键因素。 盾构穿越砂层的关键技术 前处理技术 在盾构机开始穿越砂层之前，需要进行前处理工作。前处理工作主要包括勘察、洞口加固和隧道条件评估三个方面： 勘察 盾构穿越砂层前，需要对隧道线路进行详细的勘察和测量。勘察过程中需要确 定隧道的长度、深度、砂层的类型、厚度和倾角等关键参数，为后续加固设计提供依据。 洞口加固 在盾构机进入砂层前，需要对洞口进行加固。加固方式主要有三种：•防渗板加固：将橡胶防渗板和钢板嵌入岩石中，增强洞口结构的稳定性。 •钢壳加固：将钢壳嵌入中空砖石中，增强洞口结构的稳定性。 •钻孔灌浆加固：在岩石洞口中钻孔并注入浆液，增强洞口的稳定性。 隧道条件评估 在进入砂层前，需要评估隧道构造和地层条件。评估结果可以为确定机器的设计、施工和安全操作提供依据。 机器设计 盾构机的设计是关键因素之一，主要需要考虑以下几个方面：
掘进机头的设计 掘进机头需要具备高强度和耐磨性。对于穿越碎石砂层和软硬交替砂层的隧道，掘进机头需要增加盘刀、耐磨头盘和耐磨刀头等附件。 液压和控制系统的优化 在穿越砂层时，盾构机的液压系统需要具备高压、高流量和高性能。同时，控 制系统也需要优化，以适应砂层穿越的复杂情况。 插入管道的安装 在穿越砂层时，为了保证隧道的稳定性，需要在机器尾部安装插入管道。插入 管道需要具备强度和承载能力，同时可以保证砂层的环境稳定。 施工技术 在施工过程中，需要注意以下几个关键点： 监控砂层状况 在盾构穿越砂层时，需要对砂层的移动、变形和变化等情况进行监控和分析。 可以采用岩屑组分分析、地形雷达数据分析和生产过程分析等方法，以及时发现潜在问题。 机器推进速度的控制 穿越砂层时，机器推进的速度需要根据砂层结构和稳定性来确定。对于不同类 型的砂层，推进速度也不同。通常情况下，砂层稳定时，可以适当提高推进速度，提高效率。 站点的密封处理 在掘进过程中，需要对站点进行密封处理。密封处理可以减少砂层的损害和环 境破坏，同时也可以保证隧道的稳定性。 常见的问题及处理 在盾构穿越砂层的施工过程中，常会遇到以下问题： 砂层的下沉和变形 砂层的下沉和变形可能会引起隧道的破坏，甚至导致灾难性后果。可以采用灌 浆和人工支撑等方式，对变形部位进行加固和支持。
盾构掘进施工方案 一、工程概述 盾构工程是指利用盾构机进行地下洞穴的掘进与施工，主要适用于地铁、隧道、排水沟等建设项目中。盾构工程具有高效、安全、环保等特点，成为现代城市建设不可缺少的工程技术。本文将针对盾构掘进施工方案进 行详细阐述。 二、工程准备 1.土质调查：在盾构掘进前，需要对工程区域的土质进行详细调查， 了解地下情况，包括土层厚度、土质类型、水位等信息。 2.施工图设计：根据土质调查结果，进行盾构掘进的施工图设计，确 定掘进的路径和施工参数。 3.材料采购：根据施工图设计确定的盾构掘进方案，采购所需的材料 和设备，包括盾构机、支撑材料、消防设备等。 4.人员培训：为工程人员进行相关培训，包括盾构机的操作、安全防 护等知识。 三、施工流程 1.地表准备：在工程现场，清理地表杂物，搭建围挡，并进行防护措施，确保施工期间的安全。 2.盾构井施工：在指定位置进行盾构井的开挖，采用机械方式进行， 确保井壁平整。
3.盾构机安装：将盾构机的各部件组装完毕，进行调试和测试，确保 各项功能正常。 4.盾构机进洞：将组装完毕的盾构机推入盾构井中，根据盾构图纸指 示进行定位和调整。 5.掘进开始：启动盾构机，进行掘进作业。根据施工图纸指示，控制 盾构机的前进速度和转向，确保掘进的方向和深度正确。 6.支护施工：在盾构机掘进的同时，进行支护的施工。根据土质情况，选择合适的支护材料和方法。 7.掘进结束：当盾构机掘进到设定的终点时，停止盾构机的作业。进 行检查和测试，确保掘进的质量和安全。 8.盾构机回撤：盾构机回撤至起始位置，进行拆卸和调整，以备下次 的施工使用。 9.工程收尾：清理工程现场的杂物，进行环境整治工作，确保工程质 量和安全。 四、安全措施 1.盾构井防护：在盾构井开挖过程中，进行严格的防护措施，防止坍 塌事故的发生。 2.盾构机操作人员安全：盾构机操作人员必须经过专业培训和考核， 严格按照操作规程进行工作，确保人员安全。 3.盾构机检查和维护：对盾构机进行定期检查和维护，确保各项功能 正常，避免机械故障的发生。
盾构作业危险源控制措施 为实现各阶段节点目标的工期保障措施，根据施工项目要求提供充足的专业队伍，保证熟练劳动力的投入，施工中合理安排施工顺序和把关材料质量外，依据工程特点抓住施工的关键线路、重点、难点，分析出危险因素，加强监控力度至关重要，现就施工中重点、难点并就其危险因素制定了以下具体措施。 一、针对盾构机过砂层地段采取的措施： 1.控制土压平衡，优化掘进参数 2.控制注浆压力及注浆量严格控制注浆压力及注浆量适中，一方面防止过少而造成地面的大量沉降，另一方面防止过大而击穿砂层，造成涌砂、涌水等事故的发生。 3.充分的设备保障，保持连续掘进保证盾构机处于良好运转状态，避免盾构机因机械故障而造成停推或开仓检查机具。 4.适当加入添加剂，保持开挖面稳定加入适当的添加剂(泡沫、膨润土)来增加土体的密实性，通过向开挖面注入这些添加物可以使开挖下来的砂土具有一定粘性，从而保持开挖面稳定，避免砂土大量进入刀盘而产生隧道上方的坍方。 二、针对地层中有较大半径的卵石采取的措施： 1.刀盘配置合适的开口口径和开口率，开口口径为240mm，刀盘开口率为38%。 2.配置配套的螺旋输送器，保证进入土仓的卵石能够顺利输出。螺旋输送器能够输出块体的最大直径为270mm。 3.加入添加剂，增加土体的密实度，保证卵石的可排性 4.超大粒径的卵石，进行人工破除进行超前地质勘探，对于超大粒径的卵石，进行人工破除。
三、针对地层中含有承压水，出碴过程中易出现喷涌现象采取的措施： 1.关闭螺旋输送器的情况下，继续掘进，让切削下的土体挤出土仓内的水。但要预防仓内压力过高，造成盾构机前方隆起、冒浆以及击穿盾尾密封等。 2.提前采取气压平衡模式掘进如果在砂层地段要预防发生漏气事件。 3.加入高浓度的泥浆或泡沫改善土体的和易性，使土体中的颗粒和泥浆成为一整体。 四、刀盘及土仓聚积泥饼的预防及处理措施 依据本标段隧道所通过地层岩性中含有粉质粘土及粘土等地层的特点，这类地层中进行施工容易形成泥饼，其不仅增加了盾构掘进的荷载，而且增大了喷涌的可能性，继而造成出土困难，掘进困难等，对于这类事故，可采取的措施有： 1、掘进时注泡沫剂，改善土体的和易性，预防粘土结块。 2、刀盘背面和土仓胸板上增设空心搅动棒，增加搅拌强度和范围，并且空心棒内还可预留注水孔，以便清洗刀盘和土仓。 3、空转刀盘，使泥饼在离心力的作用下脱落。 4、在开挖面稳定的前提下，人工进仓清除泥饼。 五、盾构螺旋输送器的喷涌处理措施 喷涌的原因主要有：富水砂层开挖面充水裂隙发育、盾构不能连续掘进（时间）、已成盾构隧道同步注浆液没有完全充实衬背空隙以致留下流水通道等。喷涌——停机——喷涌······如此恶性循环，盾构掘进缓慢。对这类事故可采取的对策有： 1、将螺旋输送机+皮带输送机出土系统改为螺旋输送机+柱塞泵出土
下卧粉细砂地层中盾构机掘进施工技术 研究 【摘要】下卧粉细砂地层中盾构掘进存在栽头、管片上浮等施工难点，本文 从工程实例出发，针对这些难点进行分析，提出施工解决方案，确保了区间施工 质量和周边环境稳定，可作为同类型地层盾构掘进施工参考。 【关键词】粉细砂层、姿态控制、盾构施工 1. 引言 盾构法是我目前城市轨道交通区间工程最常见的施工方法，具有地面影响小、机械化程度高、安全性好、劳动强度第、进度快等优点。不同地层中盾构掘进施 工控制重点有所区别，近年来在我国苏州、合肥等城市地铁施工中，盾构机在下 卧粉细砂地层中掘进时不同程度地出现过盾构机栽头、管片上浮等问题。本文结 合合肥市轨道交通4号线区间隧道工程实例，从盾构施工原理出发进行分析，根 据原因提出针对性措施，为解决下卧粉细砂地层中盾构掘进施工提供方法建议。 1. 工程概述 合肥市轨道交通4号线土建施工总承包4标段区间（伊宁路站至巢湖路站） 隧道为两条单洞单线圆形隧道，上行线长852.299m，下行线长841.767m，最小 曲线半径为400m，区间线路最大坡度为25.5‰，线路纵坡采用节能“V”字形坡，线路间距约为16.0m~17.4m。管片衬砌环为双面楔形通用环，每环管片宽 1500mm/环，外径6000mm，内径5400mm。
区间隧道穿越工程地质Ⅲ单元，本段线路地形开阔，地势平坦。区间隧道覆 土厚度约为10.0~16.0m，穿越土层主要为粘土⑥ 2层、粉质粘土⑥ 3 层、粉土⑥ 4 层， 下卧粉细砂⑥ 5 层、粉质黏土⑦2层，详见图1。 区间属于水文地质Ⅱ单元，主要地下水类型为上层滞水（一）、潜水（二） 及承压水（三）。其中上层滞水（一）主要赋存于人工填土中，受大气降水补给， 水量微弱；潜水（二）赋存于⑥ 4层粉土、⑥ 5 层粉砂中，水量较大；承压水（三） 主要赋存于粉细砂层、残积土中，含水量较大。本区间抗浮水位标高取 12.80m~14.10m。 图1区间地质纵断面图 1. 潜在风险分析 本区间240~380环之间隧道掌子面上部为粘土⑥2层、粉质粘土⑥3层，掌子面下部为粉细砂⑥5层。 1. 1. 盾构机栽头 在盾构机施工振动荷载作用下，饱和粉细砂层中土粒向下沉，由于土粒大小不一样，土粒的下沉速度和快慢也不一样，临界状态时原来处于互相连接挤紧的土颗粒会上下跳动互相离开，处于悬浮状态，失去传力作用，全部荷载都转而作