复杂盾构法施工技术
复杂岩溶地层地铁盾构施工影响的关键技术研究
复杂岩溶地层地铁盾构施工影响的关键技术研究发布时间：2023-03-02T06:47:39.205Z 来源：《工程建设标准化》2022年20期作者：丛英学[导读] 本文先从复杂岩溶地层的处理入手，接着分析了盾构施工的技术和注意要点，希望能够帮助施工人员更好开展工作。
丛英学中交隧道工程局有限公司江苏省南京市 211100摘要：本文先从复杂岩溶地层的处理入手，接着分析了盾构施工的技术和注意要点，希望能够帮助施工人员更好开展工作。
关键词：岩溶地层；地铁盾构；施工影响；关键技术1岩溶地层处理1.1处理原则全填充溶洞属于基坑开挖面之外内容，在经过钻孔探测之后，如果填充物是硬塑状黏土，探孔没有渗漏水现象，那就不需要加固并对溶洞注浆，如果填充物是其它类型，那就要对溶洞注浆和加固。
开挖面以内的穿越状全填充型溶洞，如果填充物属于硬塑状黏土，开挖之后没有渗漏水、填充物比较稳定，那就不要清理填充物，只要对一些空洞回填注浆即可；如果填充物是其它物质就要注浆和加固。
盾构法施工过程中，除了建筑物涵盖的地区，其他地区使用地面处理方式，辅之以洞内处理。
1.2不同地区地铁工程的处理措施1.2.1处理措施的相同处我国地铁工程存在岩溶地层，通常使用间歇式注浆法，使用纯水泥浆、水泥砂浆等材料。
划分溶洞的时候需要考虑溶洞、结构距离、溶洞填充种类和溶洞高度等数据。
1.2.2处理措施的不同处一些城市要考虑隔水层，进而确定隧道底部的加固大小。
一些城市会考虑周围的建筑环境，从而更好地把握隧道两边和底部的加固大小。
施工人员选择注浆压力的时候，一些城市会参考地下水压力，根据注浆孔位来判断注浆压力。
结合隧道两边的处理范围，一些城市选择6m的直径盾构。
隧道底部的处理处理直径位于2m-10m之间。
1.3处理要求对于处理结果的要求，不同地区的地铁设计要求不一样，施工人员在具体验证的时候需要花费一些成本，试验的离散性较大。
以下是普遍的岩层地层处理结果要求，受限，岩溶地层在加固之后任意选择钻孔取芯，采取抗压试验，无侧限的抗压强度值大于0.5MPA。
软硬不均复杂地层的盾构施工技术研究64
软硬不均复杂地层的盾构施工技术研究摘要：目前我国城市经济不断发展，交通出行的需求不断增加，我国的地铁建设进入了一个高速发展阶段。
在地铁的建设施工过程中，常常遇到的施工环境是具有一定复杂性的施工环境与地质条件。
因此，就需要我们做好一定的规划，保证正确施工技术的选择，使得地铁施工顺利的进行。
关键词：软硬不均；复杂地层；盾构施工技术引言城市交通建设发展过程中，由于受到城市空间限制，以及当下城市交通问题日益严峻，在进行交通建设过程中，朝着地下空间延展。
这样一来，在进行铁路、轨道交通建设过程中，就需要对盾构施工方法进行有效应用。
在盾构施工过程中，地质条件对施工方法限制较大，如何在软土层进行盾构施工，有效地保证地下管线安全，保证施工具有较高质量，成为现阶段铁路施工必须考虑的一个重要议题。
1软硬不均地层盾构掘进面临的问题1.1软硬不均地层中工作面平衡难以建立盾构施工的核心之一就是要建立和维持工作面的掌子面超压在富含黏、粉粒地层中极易出现结泥饼、糊刀盘和刀具异常磨损现象；掌子面欠压则会发生上部软弱地层坍塌、超量出碴和沉降超限等情况。
1.2软硬不均地层中盾构工作状态不佳盾构在软硬不均地层掘进时，刀盘受力复杂，刀具在掌子面上、下部位贯入度相差很大。
刀盘旋转过程中刀具接触岩土分界面产生的撞击易造成刀圈崩刃、开裂和脱落，刀体损坏。
1.3软硬不均地层中滚刀容易过载软硬不均地层中盾构总推力克服盾壳摩擦力、土舱堆碴反力和后配套拖车牵引反力后，剩余的净推力全部作用在接触掌子面硬岩的部分滚刀上面，推力控制稍有不慎，即可造成滚刀过载损坏，引起刀具损坏的多米诺骨牌效应。
1.4软硬不均地层中碴土改良难度大软硬不均地层中掌子面围岩物理力学性状差异大，从松散、流塑、软塑到坚硬石同时存在。
一方面碴土改良的客观难度增加，另一方面掌子面水土平衡对碴土改良的要求更高。
2复杂地质条件中盾构法隧道的施工技术2.1土压式平衡盾构机施工技术要点（1）模式的选择土压式平衡盾构机有三种模式，包括敞开式、半敞开式和土压平衡模式。
第五章 盾构施工技术
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§5 .2 盾构的工作原理及基本构造
3）刀盘的形状
刀盘的纵断面形状有垂直平面形、突芯形、穹顶形、倾斜形和缩 小形五种，如图5-9所示。垂直平面形刀盘以平面状态掘削，同时用 于稳定掘削面；突芯形刀盘的中心装有突出的刀具，掘削的方向性好， 且利于添加剂与掘削土体的拌和；穹顶形刀盘设计中引用了岩石掘进 机的设计原理，主要用于巨砾层和岩层的掘削；倾斜形刀盘的倾角接 近于土层的内摩擦角，利于掘削的稳定，主要用于砂砾层的掘削；缩 小形刀盘主要用于挤压式盾构。
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§5 .1 概述
用盾构法修建隧道始于1818年，至今已有近200年的历史，最 早由法国工程师布鲁诺尔从蛆虫腐蛀船底成洞而得到启发提出盾构 法，并取得了隧道盾构的发明专利。
1874年在英国伦敦城南修建隧道时，格雷托海德创造了比较 完整的用压缩空气来防水的气压盾构施工工艺，使水底隧道施工工 艺有了长足的发展，并为现代化盾构奠定了基础。 19世纪末，盾构法施工传入美国。后来德国、前苏联、日本等 国也都采用并发展盾构法施工工艺，特别是近代，日本盾构法得到 了迅速发展，用途越来越广，并研制了大量新型盾构机械，如机械 式盾构、半机械式盾构、局部气压盾构、泥水加压盾构和土压平衡 （泥土加压）盾构。与此同时，盾构施工配套设备与管理技术也获 得了迅速地发展。
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§5 .2 盾构的工作原理及基本构造
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§5 .2 盾构的工作原理及基本构造
2）刀盘与切口环的位置关系
刀盘与切口的位置关系有三种形式，一种是刀盘位于切口环内， 适用于软弱地层；第二种是刀盘外沿突出切口环，适用的土质范围较 宽，适用范围最广；第三种是刀盘与切口环对齐，位于同一条直线上， 适用范围居中，如图5-8所示。
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§5 .2 盾构的工作原理及基本构造
盾构法隧道施工的关键技术
为迎接2006年冬季奥运会，意大利都灵地 铁1号线2001年4月开工。
南亚和东南亚一些国家的大城市也面 临人口激增的压力：
• 新加坡地铁已完成83公里，为该地区之冠。 • 曼谷地铁历尽艰辛，1号线南段于2001年3月
贯通。
• 新德里和雅加达多年来都想修地铁，在2001 年分别与几家大公司签订贷款和修建合同。
V9 V8
管片
FPn 供泥管
排泥管
DP1
DPn
始发车站
泥浆控制阀 泥浆流量计 密度计 泥浆泵 FP--供泥泵 DP--排泥泵
图2 泥水盾构泥浆循环系统工作示意图
盾构法施工的特点
(1) 地下施工，必须面对复杂的地质条件和 敏感 的地面环境。
(2) 所用设备集成度高，技术含量高，对人 的要求较高。
(3) 涉及的专业领域较多，对复合型人才 有较多需求。
发展趋势
世界各国城市建筑历史表明： 19世纪——城市桥梁 20世纪——摩天大楼 21世纪——将是地下空间
开发利用的新纪元
21世纪的地下空间1
21世纪的地下空间2
21世纪的地下空间3
二﹑盾构法施工原理﹑特点﹑ 优点和缺点
• 盾构法施工的工作原理 • 盾构法施工的特点 • 盾构法施工的优点 • 盾构法施工的缺点
盾构法施工的优点
• 作业环境好，噪音和振动低，安全性高 • 机械化程度高，施工人员少，施工速度快 • 预制衬砌，质量易于控制，隧道质量高 • 对周围环境影响小，地表沉降易于控制； • 不影响地面交通，也不影响航运； • 适应范围广，不受风雨等气候条件影响；
盾构法施工的缺点
（1）当隧道曲线半径过小时，施工 较为困难；
盾构法(含TBM)施工技术要求
盾构法（含TBM）施工技术要求1一般要求工程所使用的原材料、半成品或成品的质量应符合国家现行的有关标准、设计要求和本规范的规定。
盾构掘进施工必须建立施工测量和监控量测系统。
2前期调查收集了解工程勘察的已有资料，熟悉施域的工程地质、水文地质、地面建（构）筑物、交通流量、地下构筑物及地下管线等情况。
3技术准备3.1 盾构掘进施工前应编制详细的施工组织设计。
3.2 针对特殊地段编制具体施工方案。
3.3 按工程特点和环境条件做好测量及监测的准备工作。
4设备、设施准备盾构及配套设施选型时要充分考虑隧道功能、隧道外径、长度、埋深和地质条件、沿线地形、地面建筑物、地下构筑物、地下管线等环境条件及周围环境对地层变形的控制要求，开挖和衬砌等诸多因素。
5盾构施工测量5.1 盾构施工测量主要内容应包括地面控制测量、竖井联系测量、地下控制测量、掘进施工测量、贯通测量和竣工测量。
5.2 测量工作开始前，应接受和收集相关测量资料，办理测量资料交接手续，并对既有测量控制点进行复测和保护。
5.3 了解盾构结构和自身导向系统的特点、精度，制定科学可行的盾构施工测量方案。
5.4 盾构施工隧道贯通测量中误差应符合以下要求：横向贯通测量中误差（mm）±50高程贯通测量中误差（mm）±256 管片制作6.1 混凝土管片应由具备混凝土预制构件专业承包二级及以上的专业厂家制作完成。
6.2 管片生产厂家应有相应的生产技术标准、健全的质量管理体系及质量控制和质量检验制度。
6.3 管片生产应编制技术方案，并应事先得到审查批准。
6.4 预制成型管片允许偏差应符合相关规范的要求。
7盾构施工7.1 一般规定（1）盾构施工必须根据隧道穿越的地质条件、地表环境等情况，通过试掘进确定合理的掘进参数和碴土改良的方法，确保盾构刀盘前方开挖面的稳定，做好掘进方向的控制，确保隧道轴线符合设计要求。
（2）盾构施工时必须做到：1）盾构掘进中必须确保开挖面土体稳定。
盾构复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路施工技术
盾构复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路施工技术
盾构法是一种现代化的地下隧道施工方法，在复杂地质条件下，特别是在软弱地层中进行盾构施工是一项技术难题。
本文将重点介绍盾构在复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路施工的技术。
盾构的主要作用是切削地层，将土层挖掘下来，然后通过螺旋输送器将土层送至后方的槽斗中，最后将土层通过输送带或车辆运出隧道。
在软下硬的泥岩地层中，盾构施工面临的主要问题是地层的不稳定性和切削困难。
为了解决地层不稳定性的问题，可以采取以下措施：
1.加固地层：在盾构前方一定距离的地方，先进行地层加固。
可以采用注浆法、灌浆法等方式，将土层固化，增加地层的稳定性。
2.合理布置衬砌：在盾构施工过程中，可以设置衬砌结构，用于加固地层。
常见的衬砌结构包括钢筋混凝土衬砌、纤维增强塑料衬砌等。
在切削困难的泥岩地层中，盾构面临的主要问题是切削力大、切削效果差。
为了解决这个问题，可以采取以下措施：
1.选择合适的刀具：根据地层的特点，选择合适的刀具。
对于泥岩地层，可以选择强力的切削刀具，例如硬质合金刀具。
2.增加滞后曲线：在切削过程中，可以采取增加滞后曲线的方式，减少挤压和抗拔作用，从而减小切削力。
3.调整切削参数：根据地层的特点，调整切削参数，例如刀具转速、进给速度等，以获得最佳的切削效果。
盾构在复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路的施工技术包括加固地层、合理布置衬砌、选择合适的刀具、增加滞后曲线和调整切削参数等措施。
通过这些技术手段，可以有效地解决复杂地质条件下盾构的施工问题，保证施工过程顺利进行。
盾构施工中的难点与挑战分析
盾构施工中的难点与挑战分析盾构法是一种目前被广泛应用于地下工程建设中的先进技术，它在城市地下交通、排水系统、供水系统以及各类管道建设中发挥着重要的作用。
然而，与其他施工方法相比，盾构施工也存在一些独特的难点与挑战。
本文将对盾构施工中的难点与挑战进行分析。
首先，盾构施工中的隧道地质是一个重要的难题。
地质条件的不同将直接影响盾构施工的进度和质量。
对于砂土、卵石等地质条件的隧道施工，控制地表沉降和隧道稳定是一项重要的挑战。
此外，对于硬岩、岩石断裂带等地质条件的隧道施工，需要选择合适的盾构机刀具和技术手段，以应对地质环境的变化，并保证施工的连续性和稳定性。
其次，在盾构施工中，环境保护与安全是一大挑战。
施工过程中会产生大量的噪音、振动和尘埃，对周围的居民和环境造成一定的影响。
因此，在盾构施工中，需要采取一系列措施来减少噪音和振动的传播，避免对周围环境和人群造成不良的影响。
此外，盾构施工中存在着一定的安全风险，如地层突涌、坍塌等，需要采取有效的应对措施，确保工人的安全。
第三，盾构施工中的设计与质量控制也是一个重要的难题。
盾构施工需要考虑地下水位、地表沉降、土质情况等多种因素，这些因素之间的相互影响使得盾构施工的设计变得复杂。
同时，盾构施工的质量控制也十分关键，施工过程中需要对掘进速度、刀盘转速、螺旋输送机的运行状态等进行实时监测和调整，以确保施工的质量和效率。
最后，盾构施工中的物流与供应链管理也带来了一定的挑战。
盾构施工需要大量的材料和设备供应，如刀具、密封件、润滑油等，合理的物流与供应链管理对保障施工进度和质量至关重要。
同时，由于施工现场通常位于城市中心或繁忙的交通干线附近，物流和交通拥堵问题也需要妥善协调和解决。
综上所述，盾构施工中的难点与挑战涵盖了地质条件、环境保护与安全、设计与质量控制以及物流与供应链管理等方面。
解决这些难题需要相关部门、企业以及工程技术人员的共同努力与创新精神。
通过不断改进技术手段、加强安全防范、优化施工流程和加强沟通协调，我们可以克服这些挑战，确保盾构施工的顺利进行，为城市地下工程建设贡献力量。
复杂地质条件下盾构法隧道施工防水、防腐及防迷流技术
复杂地质条件下盾构法隧道施工防水、防腐及防迷流技术蔡光伟;蔡文胜【摘要】The technology of shield tunnel is wildly used in metro construction in China. This paper talks about some im- portant points of shield tunnel technology such as the technology of waterproof in shield tunnel, the technology of corrosion resisting, and the technology of stray current resistance. In the end, based on real experience of metro construction in a cit- y, this paper presents some good recommendations for the waterproof problem, the corrosion resisting problem, and the stray current resisting problem of the shield tunnel of a metro construction.%目前盾构法施工广泛用于城市地铁建设过程中，主要介绍长江中下游地区某城市地铁盾构法隧道防水、防腐、防迷流技术措施，为在复杂条件下盾构法隧道防水、防腐、防迷流施工提出合理化建议。
【期刊名称】《铁道建筑技术》【年(卷),期】2012(000)009【总页数】4页(P64-66,116)【关键词】盾构法;隧道施工;防水;防腐;防迷流【作者】蔡光伟;蔡文胜【作者单位】长沙市轨道交通集团有限公司,长沙410000;中国铁建二十五局集团有限公司,广州510600【正文语种】中文【中图分类】U455.43隧道渗漏、腐蚀、迷流问题长期以来一直困扰着地下工程，尤其是百年大计的地铁工程更是按照高级别防水要求设计，施工中确保达到隧道设计防水级别是隧道防水施工的重点。
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复杂盾构法施工技术
1.主要技术内容
复杂盾构法施工技术为复杂地层、复杂地面条件下的盾构法施工技术，或大断面（洞径大于10m）、异型断面形式（非单圆形）的盾构法施工技术。
盾是指保持开挖面稳定性的刀盘和压力舱、支护围岩的盾型钢壳，构是指构成隧道衬砌的管片和壁后注浆体。
由于盾构施工技术对环境影响很小而被广泛的采用，得到了迅速的发展。
盾构机主要是用来开挖土砂围岩的隧道机械，由切口环、支撑环及盾尾三部分组成。
就断面形状可分为单圆形、双圆形及异型盾构。
所谓盾构施工技术，是指使用盾构机，一边控制开挖面及围岩不发生坍塌失稳，一边进行隧道掘进、出渣，并在盾构机内拼装管片形成衬砌、实施壁后注浆，从而在不扰动围岩的基础上修筑地下工程的方法。
选择盾构型式时，除考虑施工区段的围岩条件、地面情况、断面尺寸、隧道长度、随到线路、工期等各种条件外，还应考虑开挖和衬砌等施工问题，必须选择能够安全而且经济地进行施工的盾构型式。
根据盾构头部的结构，可将其大致分为闭胸式和敞开式。
闭胸式盾构与可分为土压平衡式盾构和泥水加压式盾构；敞开式盾构又可分为全面敞开式和部分敞开式盾构。
2.技术指标
（1）承受荷载。
设计盾构时需要考虑的荷载如：垂直和水平土压力、水压力、自重、上覆荷载的影响、变向荷载、开挖面
前方土压力及其他荷载。
（2）盾构外径。
所谓盾构外径，是指盾壳的外径，不考虑超挖刀头、摩擦旋转式刀盘、固定翼、壁后注浆用配管等突出部分。
（3）盾构长度。
盾构本体长度指壳板长度的最大值，而盾构机长度则指盾构的前端到尾端的长度。
盾构总长系指盾构前端至后端长度的最大值。
（4）刀盘扭矩。
刀盘扭矩可进行简便计算：
式中：T装备扭矩（KN2m）；D盾构外径（m）；a扭矩系数（土压平衡式盾构a=8～3；泥水加压式盾构a=9～5）。
（5）总推力。
盾构的推进阻力组成包括：盾构四周外表面和土之间的摩擦力或粘结阻力（F1）；推进时，口环刃口前端产生的贯入阻力（F2）；开挖面前方阻力（F3）；变向阻力（曲线施工、蛇形修正、变向用稳定翼、挡板阻力等）（F4）；盾尾内的管片和壳板之间的摩擦力（F5）；后方台车的牵引阻力（F6）。
以上各种推进阻力的总和（F），须对各种影响因素仔细考虑，要留出必要的富余量。
3.适用范围
适用于各类土层或松软岩层中隧道的施工。
4.已应用的典型工程
2006年北京地铁10号线在穿越三元桥临楼地段，盾构双线调至净距1.70m；2010年北京地铁9号线军一东区间盾构机在
湖泊下砾岩层中掘进；2003年上海率先采用双圆形盾构机施工M8线地铁区间；上海外滩观光隧道实现了城市复杂地层近距离叠交隧道施工。