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：
2.1、提高土仓内渣土的抗渗透能力，避免开挖面因排水固结而造成较大的地表沉降或坍塌事故，也可有效防止螺旋机喷涌现象；
2.2、降低土仓内渣土及开挖面土体的内摩擦角，减少渣土对刀盘刀具的磨损，有效降低刀盘扭矩，提高盾构掘进效率；
2.3、降低土仓内渣土及开挖面土体的黏聚力，提高土仓内渣土的可塑性，防止渣土粘结在刀盘上结成泥饼；
2.4、提高土仓内渣土的和易性，使切削下来的渣土顺利快速进入土仓并利于螺旋机顺利排土；
2.5、使渣土具有良好的土压平衡效果，有利于稳定开挖面并控制地表沉降；
2.6、渣土改良剂起到一定的冷却作用，可适当降低刀盘刀具的工作温度。
3、渣土改良剂的选择
在土压平衡盾构施工中，渣土改良使用的改良剂主要有泡沫剂、膨润土浆、高分子聚合物、水4类。根据改良剂物理化学性质及工程应用，各类型改良剂的原理、效果分析情况如下：
3.1、泡沫剂
主要成分为料烷基蔗糖苷、液料脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、粉料黄蜀葵胶以及水；泡沫剂主要作用为改善土仓和螺旋机内的渣土的流动性能，便于渣土的运输和流动，盾构施工在富水地层中由于其不能很好的抑制水份，无法有效填充颗粒间的空隙，因此难以抑制富水砂层螺旋机喷涌风险，砂性土改良效果一般。
3.2、膨润土浆
主要成分为蒙脱石；膨润土浆具有吸湿膨胀性、低渗性、高吸附性及良好的自封闭性能。可在开挖面上形成低渗透性的泥膜，有利于平衡水土压力；可改变土仓内渣土的和易性，提高砂土的塑性，有效减少喷涌；改善刀盘、刀具及螺旋机的工作环境，减少扭矩及刀具磨损等。膨润土浆需经过12h以上的预膨胀阶段，
且需布置制泥设备及储泥槽等占地面积较大的设备，大规模应用时会影响到盾构施工效率。
3.3、高分子聚合物
主要成分为聚氯乙烯分子；高分子聚合物是一种均质的液体泡沫剂，可单独使用也可与膨润土及泡沫剂混合使用，对渣土改良可以起到立竿见影的效果。使盾构前方土体均匀、加大土的坍落度、降低土的渗透系数，起到隔水作用；降低刀盘扭矩，减少机具磨损；减少土的粘性，防止“泥饼”现象，其中高吸水性树脂吸水而不溶于水，可吸收自身质量几百倍的地下水成为胶凝状态，对防止高压水地基的喷涌有很好的效果；同时，树脂还可以有效填充砂土的颗粒间隙，提高土体的流动性。而水溶性高分子类可以链接混合渣土中的微小颗粒，在土粒间形成絮状凝聚物，使其发生粘结，可以减少内摩擦角，提高流动性，增大渣土的黏性，使其具有良好的泵送性。
3.4、水
是最普通的添加剂，起到冷却和润滑作用，能在一定程度上降低开挖面温度，减少刀具磨损，但如果渣土的物理状态不好，含水量高，则改良效果一般，甚至产生不良的反作用，只能在渣土改良效果要求不高的土层中应用。
表1改良剂对比表
经综合比选，本项目选择水溶性高分子聚合物（主要成分为聚氯乙烯分子）作为盾构穿越⑦1草黄色砂质粉土的渣土改良剂，通过掺入一定比例的高分子聚合物改善砂性土的流塑性，使盾构机土仓内渣土经螺旋机平稳顺滑排出。
4、渣土改良剂的试验
通过试配试验，确定最佳掺入比例，以土样的塌落度作为其改良效果的主要判定依据。项目实施前取8‰浓度的高分子聚合物溶液，按照3%、6%、9%、12%的掺量（指质量）加入到试样中，充分搅拌后测取其坍落度，具体如下：
表2掺入量试验表
图3掺入量试验
经试验，针对⑦1草黄色砂质粉土地层，当采用8‰浓度的高分子聚合物溶液，按照9%~12%的掺量，试样坍落度≤12cm，此时试样已具备良好的粘聚性、流动性及低渗透性。土体的流塑性得到了极大的改善，可以满足螺旋机连续排土的要求，避免螺旋机喷涌风险，同时，可以满足渣土外运时的环保要求。
5、渣土改良实施
5.1、改良剂加入设备选择
现场施工人员将高分子类聚合物颗粒加入现场 1.2m3自制的聚合物拌制箱进行拌制，再通过水泵将聚合物拌制箱的液体抽到盾构机自带水箱内，再由盾构机自带水箱输送盾构机头部。
图4改良剂加入设备选择
5.2、改良剂加入量的控制
通过单环盾构掘进土方量及掺入比计算单环掺入总量，均分至每10cm掘进行程，制定掺入量控制表，指导现场施工，确保掺入均匀、改良效果达到最佳状态。
表3掺入量控制表
6、渣土改良前后对比
本项目硬X射线自由电子激光装置一号工作井~二号工作井区间隧道于2021年1月15日始盾构发，至2021年8月10日盾构顺利接收。经改良后（21~952环）渣土的流塑性得到了极大改善，可满足螺旋机连续排土的要求，推进速度、刀盘扭矩及土压力等参数均处于相对稳定的状态，有效避免了螺旋机喷涌风险，使盾构在富水砂土中可以保持高效、安全的掘进施工。
6.1、渣土改良前，由于渣土较稀，仅通过开关螺旋机后闸门进行出土控制，土压控制较为困难。通过在刀盘前方注入聚合物溶液后，在后续的推进过程中，渣土和易性得到了显著改善，螺旋机后闸门可100%打开，土压控制稳定，施工出土正常，再无喷涌情况，盾构可正常连续掘进施工。
6.2、渣土改良后，盾构推进速度下降的同时，刀盘扭矩及总推力均在增大，其中，刀盘扭矩的上升幅度明显。通过在刀盘前方注入聚合物溶液进行渣土改良，在后续的推进过程中，推进速度均值提升至40~50mm/min，刀盘扭矩则基本保持在4000KN.m左右，总推力的也相对稳定，盾构机保持较为稳定的施工参数进行推进施工。
图5渣土改良前后对比
图6渣土改良前后施工参数波动对比
7、结语
在富水含砂层中采用土压平衡盾构施工有较大的难度和风险，关键控制点在于渣土改良控制，使渣土具备良好的流塑性，确保工程安全实施和隧道成品质量。需重点在以下环节进行控制：
7.1、根据项目实际地质水文条件、盾构掘进土层特性，选择合理的渣土改良剂，对富水含砂土层采用聚合物改善其流塑性。
7.2、做好试验分析结果，选择适当的掺入比例，使渣土流塑性满足盾构掘进施工要求。
7.3、结合盾构设备情况选用合理经济的实施设备。
7.4、制定操作控制标准，保证改良效果。
本项目作为典型的富水含砂土层土压盾构施工，通过选用适当比例聚合物对渣土进行改良，渣土性质得到有效改善。渣土改良后流塑性良好，避免螺旋机喷涌发生，保障盾构施工安全；盾构掘进参数稳定，施工顺利进行；同时，为以后类似工程的实施提供参考。
参考文献：
[1]富水含砂层掘进中的渣土改良及喷涌控制技术.刘华
[2]复杂地层中盾构施工渣土改良技术研究.宋立平
[3]复杂地层中盾构法隧道渣土改良技术.王明盛
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
盾构施工中的的渣土改良工法 一、前言 碴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，其主要作用是使碴土具有较好的土压平衡效果，利于稳定开挖面，控制地表沉降；使碴土具有较好的止水性，以控制地下水流失；使切削下来的碴土具有良好的塑性流动性，能够顺利快速进入土仓，并利于螺旋输送机顺利排土；有效防止土碴粘结刀盘而产生泥饼；可防止或减轻螺旋输送机排土时的喷涌现象；可有效降低刀盘扭矩，降低对刀具和螺旋输送机的磨损。 二、工法特点 1、可根据不同的地质情况以及不同的目的采取不同的技术措施来改善渣土的性质，以确保盾构安全快捷的掘进施工。 2、以信息化施工为手段，通过对通过地层的地质情况的及时、超前的预报来指导施工。 3、能有效地降低对刀具和螺旋输送机的磨损，具有良好的经济效益。 三、适用范围 土压平衡盾构机，在采取土压平衡模式掘进的隧道。 四、施工工艺及流程 1、总体流程
2、超前地质预报 a. 利用TSP202超前地质预报系统进行超前探测 TSP202超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道掌子面前方及周围临近区域的地质情况，其能够较准确地探测地层构造界面，同时也能准确探测到前方地层中的桩基等，其的预报距离为地质雷达的4～12倍。 隧道地震波超前地质预报原理图 b. 在掌子面进行超前探测 在地层复杂的地段，在采用TSP202系统进行超前地质预报的基础上，利用盾构机上自带的小型钻机进行超前钻探，依据相同压力下钻进速度的不同来判断前方地层的变化情况及位置，以进一步核实TSP202系统的超前预报结果，确认施工前方围岩物理特性，为盾构机选择正确的掘进模式及是否需要进行渣土改良提供科学的依据。 3、渣土改良方式的选择 土压平衡盾构机的掘进模式（敞开式Open、半敞开式semi-open、土压平衡式EPB）根据围岩的情况进行选定，即控制土仓内的土压力。土仓内的土压力受掘进速度和螺旋输送机的出土速度控制，为了保持开挖面的稳定性，必须控制此两个速度在适当的数值，同时确保开挖渣土的流动性和止水性。
盾构隧道渣土改良理论与技术研究综述 摘要：由于盾构隧道工程的内容多，需要积极探讨各种地层渣土改良技术， 在掌握基本理论知识的基础上，对此工程地段地质中的粉质黏土等内容进行有效 改善，保证具体的施工可以满足土压盾构施工要求，更好地配备渣土改良系统， 提高盾构隧道渣土改良的质量。 关键词：盾构隧道；渣土改良理论；技术研究；综述 前言：在具体的盾构施工中，经常会遇到结"泥饼"和刀具磨损等多种问题，为了保证此工程的顺利进行，需要积极采取措施对渣土进行有效改良,主要目的 是确保隧道顺畅施工的基础上，完善渣土改良的方案，对不同的改良技术进行整合，从而保证盾构隧道渣土改良技术在具体施工中的有效实施。 一、盾构隧道渣土改良技术的发展现状 如今，为了提高我国建筑施工的效果，在隧道开挖过程中，需要在保证施工 质量的基础上，合理使用盾构法，提高盾构施工质量。可以结合实际施工进度， 对渣土的实际状态进行调整，然后通过不同技术的改良，保证施工过程的顺利性 和稳定性。在保证其施工安全的基础上，结合复杂地层，完善施工方案，结合施 工现场地质情况,了解渣土的特点，然后在此基础上选择最佳的渣土改良剂，提 高实际改良的效果[1]。 由于盾构的施工项目比较多，施工流程也非常复杂，所以在其中存在排渣困 难和盾尾失效等问题，更会严重影响隧道施工本身的安全性以及掘进效率。为了 避免对盾构施工质量带来影响，积极开展渣土改良以及盾尾密封工作，应用不同 的理论知识，解决其中的问题。同时，还需要分析盾构隧道渣土改良理论知识， 加强对不同技术的应用，同步注浆充填剂等盾构新型技术，加强对特种材料的应用，加强其与配套施工技术的联合应用，通过对此内容的分析，为复杂环境渣土 的改良提供保障。
编制依据 （1）隧道施工图 （2）铁路隧道工程施工技术指南（TZ204-2008） （3）公司《质量管理体系-要求》（GB/T19001-2000） 一、工程概况 本工程盾构区间总长度3566.5m ，附属工程包括7个联络通道、2 个防淹门、12 个洞门。盾构区间采用德国进口的两台直径8.84 米的海瑞克土压平衡盾构机进行施工。 二、工程地质条件和水文地质条件 2.1地形地貌 本线地处广东省中部，沿线经过珠江三角洲海陆交互沉积平原区，地形平坦，地面高程多为0～10m，仅佛山西站附近有零星剥蚀残丘分布，高程10～20m。区内道路纵横，水网发达，河流纵多，主要河流有汾江、东平水道、吉利涌、潭洲水道、陈村水道等，均为通航河道。 2.2工程地质条件 （1）洞身地层本标段区间盾构隧道范围地层岩性按成因和时代分类主要有：第四系人工填土层＜1-1＞；第四系全新统海陆交互沉积层＜2-1＞、＜2-2＞、＜3-1＞、＜3-2＞、＜3-3＞、＜3-4＞、＜4-1＞；第四系全新统残积层＜5＞；白垩系下统基岩＜7-1＞、＜7-2＞、＜7-3＞。在里程DK31+439~DK32+260洞身范围地层主要为上软下硬，上部为砂层或全风化或强风化砂质泥岩、砂岩W4、W3（821m）；里程DK32+260~DK34+50洞0 身范围地层主要为弱风化砂质泥岩、砂岩W2（2240m）；里程 DK34+500~DK35+005.5洞身范围地层主要为上软下硬，上部为强风化砂质泥岩、砂岩W3，下部为弱风化砂质泥岩、砂岩W2（500.5m）。 （2）洞身地层分布统计根据目前提供的地质断面图，隧道洞身地层统计如下表所示： 表隧道地层统计
富水砂层掘进中的渣土改良 及喷涌控制技术 哈尔滨地铁项目部刘华 【摘要】在富水砂层中选择土压平衡盾构机掘进施工，对渣土改良和喷涌控制有更高要求和难度，哈尔滨地铁【南直路站～哈东站站】区间地质构造为典型的富水砂层，本文结合哈尔滨地铁工程采用土压平衡盾构施工的成功案例，论述土压平衡盾构机在富水砂层掘进中的渣土改良及喷涌控制技术。 【关键词】土压平衡盾构机富水砂层渣土改良喷涌控制 引言 土压平衡盾构机穿越富水砂层具有较大的风险，由于砂层自身的不稳定性及土仓内砂质渣土易离析沉淀，极易造成盾构机前方地表塌方及构筑物开裂损坏，因此在富水砂层中掘进对渣土改良效果要求极高，只有渣土改良效果理想，才能在土仓内实现土压的动态平衡，避免喷涌现象发生，从而降低对前方土体的扰动。 1 工程概况 哈尔滨地铁【南直路站～哈东站站】区间全长514.943米，根据地质勘察报告和车站主体开挖情况，本工程盾构区间场地范围内主要为第四纪全新统堆积层，地处河谷漫滩及波状冲击平原，地层岩性为粉质粘土、砂类土，隧道开挖的地层主要为中砂层，部分区段含少量粗砂层和粉细砂层，地下水稳定水位为自然地面下2.5m，含水量较大，达到15%，有的地段可达30%。区间隧道埋深在9~14m。 2盾构机具有的渣土改良设备 哈尔滨地铁九标段使用的盾构机为维尔特产土压平衡盾构机，渣土改良剂由泵送设备通过中心回转轴连接刀盘注入到刀盘前方，刀盘辐条上均匀分布4个注射孔，两个为膨润土注射管道，另外两个为高分子聚合物注射管道。本标段项目工程主要采用膨润土浆液和高分子聚合物配合使用作为渣土改良剂。 2.1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。 盾构机膨润土注入系统不属于维尔特原装配置，是为了满足哈尔滨地铁施工而专门增设的系统，注入系统所有构件都是后期添置，主要由存储罐、注入泵、变频器及管道组成。存储罐体积4.5 m3，另配有两组搅拌轴；注入泵为郑州瑞申产软管挤压泵，型号为RH65～770，最大排量13500 L/h，额定压力1.2MPa，介质最大颗粒8mm，电机功率11KW，由现场使用情况看，此泵完全满足膨润土注入要求。另外配置变频器以便根据渣土改良效果和掘进速度及时调整挤压泵转速从而改变膨润土注入量。 2.2高分子聚合物注入系统
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。
富水砂层中渣土改良技术浅析 摘要:土压平衡盾构机穿越富水砂层具有较大的风险，由于砂层自身的不稳定性及土仓内渣土易产生离析沉淀，极易造成盾构机前方地表不均匀沉降及构筑物开裂损坏，因此在富水砂层中掘进对渣土改良效果要求极高。只有渣土改良效果理想，才能在土仓内实现土压的动态平衡，避免喷涌现象发生，从而降低对前方土体的扰动。本文根据全断面富水砂层的地质特点，参考西安地铁一号线二期工程的盾构施工情况，有针对性的对土压盾构在富水砂层中的渣土改良技术进行总结，并为以后类似地层工程的施工提供技术参考和指导。 关键词:富水砂层；土压平衡；渣土改良；喷涌；扰动； 1、工程概况 1.1、工程简介 森林公园站-沣东路站区间位于世纪大道扶苏路至沣东路段，线路沿世纪大道地下敷设，在世纪大道与扶苏路交汇处设置森林公园站，线路向东延伸到沣东路站。区间起点里程YDK0+851.001，终点里程YDK1+570.967，右线长度 719.967m，左线长链5.294m，长725.261m。盾构区间埋深10~13m，区间附属结构包括一个联络通道兼废水泵房。 图1.1-1区间线路平面图 1.2、地质情况描述
区间场地地形总体东高西低，呈缓坡状，勘探点地面高程384.11～384.98m，高差0.87m。现状为世纪大道道路，双向八车道，路中心线及两侧快慢车道均设 置绿化带，车流量大，为连接西安咸阳两地的枢纽，交通繁忙。 勘探点地面高程384.11～384.98m。高差0.87m。隧道主要穿越地层为2-4 细砂和2-5中砂层，局部夹杂有粉质粘土。该地区地下水水位埋深10.9～12.6m，水位高程372.29～372.47m，基本呈西高东低的趋势。 图1.2-1 区间地质钻孔取芯 2盾构机渣土改良系统 本标段使用的盾构机为铁建重工生产制造的土压平衡盾构机，渣土改良剂由 泵送设备通过中心回转轴连接刀盘注入到刀盘前方，刀盘辐条上按照轨迹线设置 5个注射口，土仓中心位置设置1个注入口，膨润土浆与泡沫剂均可通用6路注 入管路。 2.1 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，另一部分为注入系统。拌合系统设置在地面，主要进行膨润土浆液的拌合、膨化及储存；膨化好的膨润 土浆液通过管道泵送到盾构机的膨润土存储罐内，膨润土再通过注入系统注射到 刀盘、土仓和螺旋机内。 2.2 泡沫系统
土压盾构在富水粉砂地层中浓泥渣土改良技术研究 莫振泽;王梦恕;罗跟东;王辉;钱勇进 【摘要】为解决土压盾构在富水粉砂地层掘进过程中存在的刀盘转矩过大、开挖面稳定难以控制及排土困难等问题,提高该地层盾构施工的安全性及稳定性,以无锡地铁3号线富水粉砂地层盾构区间为依托,提出土压盾构浓泥渣土改良技术,并开展土压盾构浓泥渣土改良现场试验,研究掘进过程中开挖面前地层中孔隙水压力、盾构掘进参数及地层沉降的变化规律。结果表明:1)向开挖面注入4m3/环泥浆后,能够将渣土的坍落度由原来的7.5cm提高至14.5cm,降低盾构闭舱和喷涌风险,且能减小土压、推力及转矩的变化波动;2)浓泥浆在开挖面形成泥膜效应,可以有效降低掘进过程引起的孔隙水压力,最大可减小20kPa。掘进完成地层稳定后,与未添加浓泥渣土改良掘进的地层相比,地表沉降值减小26.7%。 【期刊名称】《隧道建设（中英文）》 【年(卷),期】2018(038)012 【总页数】6页(P2026-2031) 【关键词】富水粉砂地层;土压盾构;浓泥渣土改良技术;孔隙水压力;盾构掘进参数;地表沉降 【作者】莫振泽;王梦恕;罗跟东;王辉;钱勇进 【作者单位】[1]北京交通大学土木与建筑工程学院,北京100044;[2]无锡地铁集团有限公司,江苏无锡214000;[1]北京交通大学土木与建筑工程学院,北京100044;[2]无锡地铁集团有限公司,江苏无锡214000;[3]中铁十七局集团有限公司,山西太原030006;[4]河海大学土木与交通学院,江苏南京210098;
【正文语种】中文 【中图分类】U45 0 引言 目前，盾构在地铁和隧道工程中应用越来越广泛[1]，尤其是土压平衡盾构，其在地铁工程中应用越来越广泛，而泥水盾构则是在越江海底隧道等地层条件较差的环境中应用较多[2-3]。盾构穿越富水粉砂地层时，经常会发生开挖舱及螺旋排土器闭塞，土压、盾构推力及转矩参数发生大的波动，进而造成开挖面前后一定范围内出现大的隆沉现象[4-6]。无锡地铁新线建设过程中多区间遇到富水粉砂地层，同时上部有重要的建筑及构筑物，对开挖面的稳定以及地面隆沉控制提出了非常高的要求。 在富水粉砂地层施工过程中，进行土体改良，便于土压盾构螺旋排土，提高掘进效率。目前关于渣土改良的研究，多集中在改良后渣土的性质方面。郭涛[7]使用气泡对渣土进行改良，找出气泡改良土达到塑性流动状态时气泡的基本指标及评价方法；魏康林[8]使用泡沫及膨润土对土体进行改良，研究2种外加剂对土体作用的内在机制，并给出了不同性质的地层使用何种外加剂的建议；王海波等[9]发现改良渣土的等效粒径与其渗透系数呈正相关关系，并且泡沫注入体积达到一定量时改良渣土的渗透系数趋于稳定。这些研究大多都是对土体改良后渣土的性质及状态进行研究，较少有人研究土体改良对开挖面的稳定及地层沉降的影响。泥水盾构通过泥浆加压在开挖面渗透形成泥膜，达到维持开挖面稳定的目的。目前关于泥浆渗透成膜方面的研究，多集中在泥浆性质对成膜的影响方面。T.Watanabe等[10]认为随着泥浆密度的增加，泥浆滤失量逐渐减小； P. Fritz[11]在高渗透性砂地层中试验时发现，向泥浆中加入砂、蛭石及高分子添加剂可以有效满足泥浆成膜的要求；
富水砂卵石地层地铁隧道盾构施工问题与处置措施 摘要：本文对工程的选择及地质状况进行了简述，明确了工程区域地铁隧道盾 构施工面临的问题，结合工程中的问题及成都地区地铁隧道开挖经验，提出富水 砂卵石地层地铁隧道盾构施工问题与处置措施，给盾构施工经验欠缺的施工单位 提供参考。 关键词：富水砂卵石；隧道盾构；处置措施 引言 地铁隧道盾构施工是地铁修建挖掘的重点环节，但在部分地区，富水砂卵石 地层分布范围较大，且当地施工单位施工经验不够丰富，对该地层的处理不顺利，导致严重阻碍工程进度，甚至造成更大的损失，因此掌握富水砂卵石地层地铁隧 道盾构施工方法至关重要。 一、工程的选择及地质状况简介 我国成都地区的地质条件以高富水性、较高的卵石含量著称，成都地铁再1 号线及2号线的建设期间就成功应用到了盾构法开展了施工建设，同时中铁十八 局也在2019年建设成都地铁6号线及10号线期间攻破了富水砂卵石地层中长距 离盾构施工的难关。但我国山区众多，地质条件复杂，富水砂卵石地层也呈现多 样化，技术应用经验不足导致盾构施工问题仍旧存在。尤其是成都地区，完善的 交通网络是成都提升发展速度的关键，因此本文以成都地区某工程为例，结合当 地盾构施工的先进经验，分析地铁隧道盾构施工的问题及对策。 成都地区地铁隧道通过的地区内的地层蕴含了粉土、细沙、卵石土、卵石层、风化泥岩层、以及卵石泥岩复合层。卵石地层中的卵石含量达50%到85%之间， 卵石粒的粒径大小不易从2厘米到15厘米不等，部分区域还含有粒径更大的漂石，填充物为砾石、细砂和中砂，当卵石地层富水时极不稳定，但失水之后稳定 性会有所回升。 成都地区地处岷江冲积区域，结合水文地质特征，当地的地下水季节性变化 特征显著，水位整体呈现西北高、东南低的特征，沿河区域地势较高，河间阶地 中部低，盾构孙带范围内孔隙水和基岩层水较多，渗透系数达每日18米到22米，属于富水范畴[1]。 二、工程区域地铁隧道盾构施工面临的问题 通过对成都地区前一阶段的地铁隧道盾构开挖施工情况来看，该地区较为适 宜应用泥水盾构以及土压平衡盾构两种盾构方式。无论是应用泥水盾构或是土压 平衡两种盾构设备，在当前地质环境的情况之下，施工都面临诸多问题。问题一 隧道在穿越粘土底层或砂卵石地层时，由于地面环境复杂，对防沉降的控制要求 极高。问题二是卵石地层内盾构机开挖难度较大，卵石地层切削难度大，给掘进 工作造成阻碍，同时搅拌的阻力大，卵石在进入土仓后，在搭建土压平衡盾构设 备时，掘金的刀盘扭矩大，一旦到达扭矩极限，就极有可能出现刀盘被卡的问题，甚至会导致刀盘旋转跳闸。问题三，由于挖掘区域的地质条件、刀具材料导致挖 掘过程中刀盘道具易出现磨损，开仓检查及换刀操作难度较大，同时会花费大量 的实践，影响工程进度。问题四是部分工程挖掘区域地体层为粉质粘土，易形成 泥饼，在掘进的过程中，会增大刀具旋转时的阻力，不仅会降低工程效率，同时 会引发问题三种的刀盘磨损，进一步阻碍工程进度。问题五，富水砂卵石地层内 渣土的改良难度较大，在施工挖掘或改良的过程种，有很大几率出现喷涌现象， 除了阻碍工程进度外，还有可能对挖掘设备造成影响，带来经济损失[2]。
盾构施工渣土改良专项方案 一、目的 1.环保要求：盾构施工是一种地下工程施工方法，会产生大量的渣土，如果随意丢弃或不加以处理，会对周边环境造成严重的污染，影响生态平 衡和人类健康。因此，盾构渣土改良的首要目的是保护环境，达到环保要求。 2.资源再利用：通过对盾构渣土进行改良处理，可以使其具备再利用 的条件，降低资源消耗和对原材料的需求，实现资源的高效利用。 二、方法 1.分类处理：根据盾构渣土的性质和成分不同，可以采用不同的处理 方法。常见的渣土处理方法有填埋、固化、浸泡、焚烧等。对于含有有机 物的渣土，可以采用填埋的方法处理；对于有害物质含量较高的渣土，可 以通过固化的方法进行处理，使其达到无害化要求；对于具有再利用价值 的渣土，可以通过浸泡和焚烧的方法进行处理。 2.改良处理：对于无法直接处理的盾构渣土，可以通过改良处理的方式，将其转化为可利用的资源。改良处理的方法有物理改良和化学改良两种。物理改良主要是通过筛分、过滤、磁选等物理过程，将渣土中的杂质 和有害物质去除，提高渣土的质量；化学改良则是通过添加化学药剂，改 变渣土的结构和性质，提高其工程性能。 三、技术 1.筛分技术：通过筛分设备对渣土进行分级处理，去除其中的大颗粒 杂质，并按照粒径大小进行分级，以便于后续的改良处理和再利用。
2.固化技术：通过添加固化剂，将盾构渣土中的有害物质固化成无毒、无害的块状物质，以达到无害化的目的。常用的固化剂有水泥、石灰等。 3.浸泡技术：将盾构渣土浸泡在适当的溶液中，通过浸泡溶液的化学 反应，将渣土中的有害物质溶解或转化成无害物质，提高渣土的环境适应 性和工程性能。 4.焚烧技术：将盾构渣土进行热处理，利用高温炉将渣土中的有机物 燃烧，将有害物质转化成无害的气体和灰渣，以实现无害化处理。 盾构施工渣土改良是保护环境、实现资源再利用的重要手段。通过合 理选择和运用不同的改良方法和技术，可以有效地处理和利用盾构渣土， 降低对环境的影响，实现可持续发展。近年来，随着环保意识的增强和技 术的发展，盾构施工渣土改良得到了广泛应用和推广，对推动地下工程可 持续发展发挥了积极作用。
浅析城市轨道交通地铁隧道盾构施工技术 摘要：城市经济快速发展的同时，交通压力也越来越大，城市轨道交通建设工 程也逐渐增多，在一定程度上缓解了城市交通压力。地铁隧道盾构施工过程中， 遇到的地质情况也不尽相同，富水砂层是不良地质的一种，在隧道开挖的过程中，因其具有含水量丰富、透水性好等特点，加大了隧道盾构施工难度，不易于隧道 开挖工程的顺利进行。本文简单介绍地铁隧道盾构机土压平衡模式下过富水砂层 时的施工关键点，以及盾构施工质量控制措施，仅供参考。 关键词：城市轨道交通；富水砂层；盾构机掘进 一、盾构机施工技术 盾构机被常应用于地铁、隧道等地下工程的开挖施工，尤其是针对富水砂层 等不良地质条件的施工，具有一定的优势，也适用于其他含水量较高的软土层的 隧道掘进施工。盾构机在隧道掘进过程中，其操作模式可以分为土压平衡模式、 泥水平衡模式和气压复合模式三种，操作模式可以根据具体是施工要求和地质条 件进行切换，且盾构掘进控制模式分为自动化、半自动化和手动三种。盾构机中 配有先进的导航系统，便于对盾构掘进方向的控制和导向，确保掘进方向的准确性，降低误差，掘进方向的准确性和掘进状态的稳定性是保证盾构掘进施工质量 的重要依据。自动导向系统在盾构机中的应用，能够有效保证盾构机姿态调整、 纠偏。盾构机前端的刀盘结构可以确保盾构机在不同类型的地质土层进行掘进施工。盾构机注浆系统可以在掘进的同时对土体进行注浆加固，减少了掘进过程对 周围土体的扰动，提高了土体的稳定性，避免了土体坍塌、地表沉降等问题对盾 构掘进过程造成的不利影响。如若发生土体坍塌、沉降等问题，为了保证盾构掘 进施工的顺利进行，降低对周围建筑物的影响，可以将泡沫、膨润土及高分子等 材料注入土仓渣土中，提高富水砂层渣土的流动性和止水性，有效提高盾构机掘 进效率和排渣速度。 二、地铁隧道盾构机过富水砂层施工关键点分析 （一）确定隧道开挖面土体稳定性 盾构机采土压平衡模式对隧道进行掘进施工时，首先需要对隧道开挖面的土 体稳定性进行准确的计算，以此作为参考条件对其他各项参数进行设定，对盾构 机的掘进姿态以及土体压力的控制有决定性作用，对实现预防地表沉降具有重要 意义。本人参与的西安地铁4号线15标工程在整个盾构掘进期间的隧道断面土 体主要为富水砂层，且地下水压力较大。因地盾构机在穿越富水砂层时，速度需 保持在30mm～40mm/min，同时严格控制出土量，掘进过程尽量保持均匀且较高的速度向前掘进。还需要对土仓顶部压力进行控制，当掘进在1600mm-1800mm 时，控制出土量的同时，土仓上部压力控制在1.5～1.6bar之间最为适宜。 （二）富水砂层渣土改良 富水砂层盾构掘进的同时，需要向舱内注入泡沫剂、膨润土或者分子聚合物，对掘进产生的渣土进行改良，提高渣土的流动性且具有一定的止水性，可以有效 预防掘进过程中流沙和喷涌现象的发生，有利于渣土的顺利排出。我标段采取的 是每掘进一环加入60～80升的泡沫剂和8立方米的膨润土进行渣土改良。 富水砂层渣土改良具以下几点优势： 第一，渣土与泡沫剂或者膨润土等介质充分进行拌合，确保形成透水性差流 动性好的渣土，良好的渣土改良效果可以有效的控制掘进过程中地表沉降，同时 还能改善富水砂层物理特性，使其具备较好的流塑性和较低的透水性，使得土体
土压平衡盾构法施工渣土改良试验方案 1、试验目的 (1)按照泡沫的要求(如半衰期、发泡倍率等)发出合适的泡沫，并评价泡沫的性质。研究气泡性能与发泡液浓度和气体流量、气体压强及液体流量的关系，为土压平衡盾构渣土改良提供合适的泡沫。 (2)根据改良土体的需求配制合适的泥浆，并试验泥浆的性能。对试验结果与数据处理，研究泥浆漏斗粘度、比重、PH值与纯碱、CMC、膨润土添加量的关系，为土压平衡盾构渣土改良提供合适的泥浆。 (3)在几类典型地层的盾构施工中，总结满足盾构施工土体性能所要求的土体含水量、泡沫注入率、泡沫浓度、泥浆注入率、泥浆浓度等参数指标。 (4)通过坍落度试验、搅拌试验、LCPC磨擦试验、盾构模型试验综合评价土样经过不同添加剂改良后的性能，最终得到土压平衡盾构施工优化添加剂配比方案。 (5)根据地区地层的土层特性，采用合适的添加剂（如泥浆和泡沫等添加剂）进行渣土改良，并明确以下容：泡沫稳定性及注入率对改良土流动性的影响；不同浓度的泥浆和不同泥浆注入量对改良土体流塑性的影响；泡沫和泥浆共同改良土体各自发挥的作用以及交互作用的影响。 2、试验装置及试验步骤 (1)泡沫试验[1] [2] 本次试验装置如图1、2所示，本试验使用的盾构用泡沫的发生装置及衰落度测试仪器是由龚秋明课题组设计制造。使用该套试验装置能快捷的制造出发泡倍率及稳定性不同的泡沫，该仪器设备经测试参数定位精确、性能稳定、试验操
作方便。 试验步骤如下： ①.启动空气压缩机，关闭气体开关和发泡液容器的出口开关，按照发泡溶 液浓度称取一定的水和发泡原液，将水和发泡原液注入发泡液容器并搅 拌均匀； ②.打开溶液罐的出口开关和液体开关，启动增压泵（保证液体充满增压泵 部），调整液体开关使得液体流量和压强到设定值； ③.待空气压缩机储气罐中气体达到8bar时，打开气体开关，调整开关使 得气体流量和压强为设定值，收集生产的泡沫； ④.将衰落筒壁用水湿润，然后放到电子天平上，置零； ⑤.将生产出来的泡沫注入衰落筒，注满后开动秒表，关闭液体增压泵和气 体开关； ⑥.将装满泡沫的衰落筒放在电子天平上，读取泡沫的质量mf； ⑦.把衰落桶迅速放到三角架上，然后把量筒放到三角架下方的电子天平上， 置零，使衰落筒液体流出口对准量筒的中心（第6、7步为测量泡沫半 衰期的关键步骤，为了提高试验的准确性，这两个步骤尽量在30秒完 成）； ⑧.记录量筒液体每增加5g时所用的时间，直至量筒液体接近泡沫质量为 止，整理数据求得泡沫的半衰期t1/2； ⑨.清洗衰落桶，以备下次试验； ⑩.至少进行三次平行试验，取泡沫发泡倍率和半衰期的平均值作为最终试验值。
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。
富水砂卵石地层盾构施工“减磨降矩”的措施 摘要：本文以兰州地铁施工为例，分析了土压平衡盾构机在砂卵石地层施工中 刀盘磨损大、扭矩大的原因，并提出了刀盘“减磨降矩”的有效措施。 关键词：富水砂卵石；刀盘；减磨降矩；措施 1.工程概况 兰州地铁陈官营～奥体中心区间隧道埋深8.3～13.2米，盾构穿越段主要地层为2-10卵石（含量60%）、3-11卵石（含量61%）、4-1泥岩，如图1所示，卵 石含量多、粒径大。区间2-10卵石、3-11卵石层普遍分布粒径大于20cm的漂石，分布随机性较强。 图1 砂卵石地层 本项目卵石地层主要特点如下： ⑴漂卵石多、强度高、粒径大，卵石含量60%，卵石粒径为20～60mm，漂 石含量较少，最大粒径可达500mm。⑵高富水和水压高，地下水埋深3.10m～10.90m ，渗透系数大，为强透水层。⑶地层透气性和磨琢性大，流动性和胶结性差，对盾构机刀盘磨损较为严重。⑷地层松散且掌子面、拱顶地层不稳。 2.砂卵石地层盾构法掘进的力学特性 砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层，其基本特征是结构松散、无胶结，卵石粒径大小不等，且卵石空隙多被中、粗砂充填，颗粒之间点对点传力，地层 反应灵敏，刀盘旋转切削时，刀盘与卵石层接触压力不等，导致刀盘震动，在顶 进力作用下很容易破坏原来的平衡状态而产生坍塌，引起较大的围岩扰动，使掌 子面失去约束产生不稳定。围岩中的大块卵石、砾石越多，粒径越大，这种扰动 程度就越大，特别是隧顶大块卵石剥落引起上覆地层的突然沉陷，加剧刀盘的磨损。 3.开挖面稳定机理分析 开挖土仓由刀盘、切口环、隔板及螺旋输送机螺旋轴等围成的一个密闭空间。土压平衡盾构就是将刀盘开挖的渣土填满土仓，并通过搅拌棒搅拌。盾构推进产 生的推力通过隔板对土仓内渣土进行加压，产生泥土压力，这一压力作用于整个 作业面，使作业面稳定，刀盘切削下来的渣土量与螺旋输送机往外输送量相平衡，维持土仓内压力稳定在预定的范围内。 土仓内土压力通过土压传感器进行测量，并通过控制推进力、推进速度、螺 旋输送机转速等来控制。在高富水砂卵石地层中施工时，由于渣土流动性差，砂 卵石摩擦力大、渗透系数高、地下水丰富等原因，土仓内压力不易稳定，所以需 进行渣土改良。向土仓内注入膨润土或者泡沫剂，然后进行充分搅拌，使渣土具 有塑性和不透水性，保持土仓内土压稳定，继而维持整个开挖面的稳定。 切削土体颗粒与刀盘摩擦大，刀盘、刀具等磨损严重，经常超过预期。土压 平衡盾构机刀盘磨损呈现局部的连续性，集中在某个外周区域，造成刀具严重偏磨，直至整把刀报废。例如：周边刮刀的磨损直接导致刮刀附近刀盘本体的严重 磨损，磨损量超过7cm。 4.“减磨降矩”措施 4.1优化刀盘的结构型式 砂卵石地层是一种咬合不稳定地层，粒径不均，内摩擦角大，咬合力强，不 易普通切削，但受扰动后极易自行崩塌。选择正确的刀盘结构型式是砂卵石地层
富水砂层盾构施工技术及掘进问题分析 摘要：在富水砂层盾构施工中，由于土体的敏感性，在施工中很难有效地保持 原有土体状态的稳定，容易出现隧道涌水、地表塌陷等问题。为提高富水砂层盾 构掘进施工质量，施工人员应结合当地地质条件，合理设计盾构掘进设备的运行 参数，调整淤泥质土改良配合比，以保持土层的稳定性。本文也将结合呼和浩特 市轨道交通一号线一期工程06标施工对此进行分析。 关键词：富水砂层；盾构施工技术；掘进问题 一、工程概况 本工程为呼和浩特东站～市政府路站区间盾构施工，本区间为反向掘进，即 由大里程往小里程方向掘进。区间起于呼和浩特东站南广场南侧的东站前街上的 呼和浩特东站，出呼和浩特东站后，继续沿东站前街下敷设，穿过万通路过街通 道后进入水岸小镇小区，然后在东河下方向西南侧穿过市政府广场进入市政府站。区间设计起止里程范围为：ZDK20+175.68～ZDK21+876.657，右线隧道长1700.56米，左线隧道长1700.645米（含有一处短链0.332米），区间共设置3座联络通道。 本次施工路段的地质条件较为复杂，在施工区间中还存在部分富水砂层区域，盾构施工中容易出现地表沉降等问题。同时施工人员对施工位置的水文条件进行 了勘测，该区段的地下水主要为上层滞水、基岩裂隙水。根据勘察结果，场地下 伏泥岩裂隙发育，但多呈闭合状，为泥质充填或泥质胶结，试验过程中进水流量 较低，岩石透水能力较弱。 二、富水砂层盾构施工技术 结合沈阳地铁九号线23标盾构区间施工实际，通过盾构在富水砂层中掘进及现场试验发现，单靠注入膨润土进行渣土改良，无法有效地改变渣土的“塑性流动状态”，且容易出现扭矩增加，螺旋机出渣不均匀，掘进速度不稳定，掌子面容易失稳的情况。采用膨润土和泡沫剂进行渣土改良后，渣土改良效果得到了很大的 提高，渣土流动性较好，出渣均匀。膨润土配合采用膨润土∶水=1∶10，泡沫剂 原液比采用2.5%~3.5%的比例充分发泡进行，泡沫液耗量控制在55~60L/环，碴土 改良效果较好。 做好始发和接收前的盾构机检修工作，避免在始发和接收时出现机械故障。 盾构机顶进洞门、开始向前掘进时暂不出碴、超量注入泡沫和膨润土改良渣土， 以建立土仓压力，稳定开挖面土体，待土仓内全部积满渣土后，再根据掘进速度 控制出渣量，避免出现超挖，引起地表沉降。盾构掘进临近接收洞门时，应严格 控制盾构机的姿态，避免出现“叩头”现象。控制掘进速度、逐步减小土仓压力与 推力，切口环超过帘布橡胶后及时接紧钢丝绳，防止泥砂流出。 主要防止措施有以下要点：（1）土仓压力要高于净水压力，避免外界水进入土仓，防止土仓内因地层中大量水的进入而产生泥砂分离、离析进而造成喷涌；（2）控制土仓加水的量，尽量做到出渣偏稀但不离析；（3）具备高分子聚合物 加入系统，土仓渣土离析产生喷涌而不可控时可按照高分子聚合物使用说明适当 加入作为应急措施；（4）尽量缩短停机时间，加强工序衔接，连续施工是克服 喷涌的关键。 三、掘进问题及措施 在进行富砂层盾构施工时，掘进过程主要会引发地表的隆沉，这一过程随着
富水砂层盾构掘进技术 摘要：随着对地下空间的不断深入的挖掘与使用，我国众多的二三线城市也开始了地下铁路工程建设。近几年来，在富水沙土地层中，盾构施工一直是一个备受重视的课题。相对于常规隧道施工，盾构法因其速度快、适应性强、自动化程度高和环境干扰小等优势，被广泛用于城市轨道交通建设中。但在富水沙质地层中，盾构施工极易出现工具磨损、管片上浮、施工参数反常、突水等问题，严重时会造成安全事故。本文借南通市城轨交通2号线一期工程探讨富水砂层盾构掘进技术。 关键词：富水砂层；地铁盾构；掘进技术 1工程简介 1.1工程下穿地质条件 南通市地处长江下游冲积平原，地形平坦，地貌类型单一。总体上，本标段拟建地下区间沿线地势一般较平坦，仅河道区域地势稍低。本工程沿线场地表层普遍分布的第①1层杂色填土、一般厚度约为1.5~3.0m左右，局部区域较厚，为3~5m,呈松散状态，表层为路面，含大量碎石、碎砖、混凝士等杂物:下部以粉性土及粘性土为主。填土在市政道路、市区建(构)筑物处分布较厚，成分较杂，均匀性差，其当填土厚度较大、且土质较为松散时，隧道掘进、联络通道施工造成对地表的影响也会较其他区域大，施工应引起注意。 1.2工程水文地质条件 沿江地表水流以流经河道及相邻河道为主。该地区地表水体系统发育，其水位变化与长江流域的水位变化及大气降水量变化密切相关。通过对该地区的水文地质分析，确定了该地区的水头深度在2-5 m之间。位于工地④1 t层的较低部分的⑤1、⑤2、⑤3层直接与⑥层连通，可以被看作是一级承压含水层，故这一层的地下水是一类承压含水层。该地层因其厚大，且含大量淤泥，故地下水与承
压水的水力关系不明显。④1t层与下部第⑤层承压水相连，故④1t层与承压水 水力联系较强。 2盾构掘进施工工艺 在富砂土地层中，盾构机的掘进将导致地面出现隆沉现象。在较低的设计土 压力下，地面将出现明显的下陷现象，而在较高的土压力下，地面将出现隆起现象。富水砂层自身构造疏松，水分含量较高。注浆不彻底，会使其内部水分损失，产生沉陷；注浆量大，又会改变砂岩地层的构造，使其产生凸起。在富水砂岩地 层中，注浆工作对盾构机的稳定起着至关重要的作用。 2.1掘进施工参数控制 区间沿线地貌为长江三角洲冲积平原区。岩性主要为粉（砂）土等。因此盾 构机在全程推进过程中主要采用加泥式土压平衡模式。掘进控制管理主要有六个 方面: （1）土仓压力； （2）推进速度； （3）总推力； （4）排土量； （5）刀盘转速和扭矩； （6）注浆压力和注浆量。 其中土仓压力是主要的管理指标。 盾构掘进施工过程中，按照《盾构区间施工监测方案》加强盾构正常掘进及 下穿建筑物、管线过程的监控量测，并及时对监控量测数据进行分析和汇总，将 结果反馈给土建工程师和盾构机司机，方便其在后续施工过程中对盾构掘进参数 进行优化和调整。