富水砂层盾构施工技术及掘进问题分析刘申

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富水砂层中盾构下穿建筑物施工技术

地质条件较差，隧道上方为杂填土、粉质粘土、粉细砂，隧道开挖面为粉细砂；隧道开挖面及隧道上方为
日酒店以前为三层砖混结构，在基础未处理的情况
下加高到６层，基础为混凝土圈梁、埋深２ｍ，盾构隧
潜水பைடு நூலகம்，隧道底２ｍ以下为承压水；该地段围岩自稳性、
６下穿施工及结论
水玻璃双液浆，水泥单液浆配比一般取水灰比
重超限，会导致房屋差异沉降而变形开裂。如果掘进中渣土改良处理不好，在地下水作用下发生喷涌会导致房屋地面塌陷，甚至房屋倒塌，因此７天假日酒店被列为一级风险源。３解决思路７天假日酒店人员及周边人员密集、交通流量大、管线众多，拆除建筑物不但会产生大量费用，同时也给周边造成恐慌。为此，项目部召集集团内部专家、聘请外部专家，对隧道掘进的沉降控制技术及
（１）左线盾构推进沉降变形分析图２、图３分别为左线第１５环地表和２２５— ２９１环隧道中线点沉降变化曲线，从图中不难看出最大沉降发生在盾尾脱出后，二次注浆可以有效抑制沉降，适当的二次注浆可以将地表变形控制在１５ｍｍ以内。结合以往经验及左线的盾构的掘进得出如下结论：盾构的土仓压力控制、推进速度、渣土改良及出渣量的控制是控制沉降的关键；同步注浆和二次注浆是控制最终变形量的核心。
成拱性极差，隧道掘进影响范围几乎涉及整栋房屋。
图１隧道与七天假日酒店平面位置关系图

盾构在富水粉砂地层进、出洞常见问题分析

盾构在富水粉砂地层进、出洞常见问题分析【摘要】盾构在富水粉砂地层进、出洞施工中常常存在流砂、涌水等问题，本文以某工程为例分析了盾构在富水粉砂地层进、出洞常见问题，并介绍了此工程采取的预防措施，望对类似施工有所帮助。

【关键词】盾构；富水粉砂地层；进、出洞一、工程概况某市轨道交通1号线土建I-TS-05标土建工程A站～B站区间，B站盾构到达井处洞身穿越富水粉砂层，盾构到达端头地质情况差，周边建筑物、地下管线复杂，存在盾构到达端头加固范围管线拆改困难、加固质量和加固区长度难以保证等问题。

区间全长1 568.7单线米，起终点里程为DK6+190.600～DK6+974.950，左线长均为784.35 m，拟合管片环数653环。

在DK6+502.496处设一处联络通道兼泵房。

区间隧道A站始发向东至B路站，全程均为直线段，两线路平行，线间距均为13.0 m，线路埋深范围8.9～13.5 m。

本工程区间隧道采用两台小松PMX6340土压平衡式盾构机施工。

衬砌采用预制装配式钢筋混凝土衬砌拼装而成，衬砌内、外直径分别为Ф5.50m和Ф6.20m，衬砌宽度1.2m。

衬砌拼装为错缝拼装。

二、盾构进、出洞常见问题盾构进出洞时存在流砂、涌水的风险，若此风险变为现实将造成建筑物、地面的严重变形，严重者将造成周围建筑物的倾斜、坍塌，严重威胁端头附近管线的安全，同时影响后续的盾构安全拆除和吊装。

盾构机在粉砂层中出洞风险巨大，事故后果相当严重，风险的具体来源体现在以下几个方面：（1）地表和地下水系较发育，地下水位高，极易产生涌水、涌砂现象；（2）粉砂层遇水的流动性大，一旦发生渗漏水，粉砂会随水流出而产生涌水、涌砂现象，严重威胁地面、建筑物沉降；（3）吊出井端头场地狭小，距离市政道路3m，周边为高密集居民区，吊出井附近建筑物密集且距离最近建筑物仅9 m余；（4）地下管线多而杂，对地基加固干扰大，盾构到达施工中，端头井处的燃气、煤气、天燃气管线对施工安全及周边环境的威胁巨大。

富水粉细砂地层中盾构掘进的研究

富水粉细砂地层中盾构掘进的研究在富水粉细砂地层中采用盾构掘进的施工方式还存在着许多难点。

本文针对这些难点进行了深入分析，并提出了改良方案，可以有效防治在富水粉细砂地层中盾构掘进所产生的砂土液化的问题。

同时，还可以减小地面下沉的速度，從而保证盾构掘进施工顺利完成。

标签：富水粉细砂地层；盾构掘进；砂土液化现如今，我国的盾构掘进技术已经得到了很大的提升和完善，可以很好的应对我国不同地区复杂的地质结构，并且长期以来积累下来了很多的经验和参考案例。

但是，从施工成本、安全性和工期方面来考虑，盾构掘进施工技术还需要面对许多的现实性问题。

我国在前几年已经有了对液化地质层盾构掘进施工技术的分析和研究，但是依旧需要结合实际的施工情况对其进行梳理和总结，为此后相同情况提供参考依据。

1 盾构掘进施工中的问题（1）砂土液化问。

所谓砂土液化就是指饱和的砂土受到外力的作用，在强烈的振动下会丧失抗剪强度，从而土地里的沙粒会呈现一种悬浮的状态，导致地基失效。

因此，富水粉细砂地层由原先稳定的结构状态变成液态的因素有如下几个。

1）土的性质。

其主要包括土的结构状态、土的颗粒大小和组成，土的颗粒越小，土质越细，其半径也就越小。

因此这种土的稳定性也就越低，容易出现砂土液化的问题。

而富水粉细砂地层受水文条件的影响，这种粉细砂地层就极其容易出现砂土液化问题。

2）埋藏深浅。

在富水粉细砂地层中盾构掘进过程中，如果超孔隙水压力过大，就会产生孔隙水，从而造成砂土液化。

如果液化砂层的埋藏深度较浅的话，在其之上的土地覆盖重力和侧压比较小，这种液化砂层就能够很容易的向上渗入到上面的土质层，扩大液化面积。

所以，埋藏越浅的富水粉细砂地层越容易发生液化。

3）荷载。

当振动在砂土的荷载能力范围内，就不会造成砂土结构破坏和体变，就自然不会出现砂土液化。

但是，当振动超过砂土的荷载能力范围，就会使砂土出现液化。

而盾构掘进施工技术所产生的振动远远超过砂土的荷载能力，所以会使砂土发生液化。

富水砂层中盾构掘进施工技术

2072019·7摘要：哈尔滨地铁2号线土建施工六标人中区间盾构隧道工程，穿过地层为典型的富水砂层。

实际监测数据与施工参数表明，在富水砂层中采用土压平衡式盾构掘进做到了安全平稳地通过管线与建筑物，地表沉降控制良好。

关键词：富水砂层；土压平衡式盾构掘进；同步注浆；渣土改良；喷涌控制引言富水砂层中盾构掘进，地层稳定性差，容易被盾构刀盘切削扰动发生坍落。

在砂层中容易出现涌水和流砂现象，从而引起开挖面失稳和地表沉降。

在盾构掘进过程中，当水量很大时，还易直接造成螺旋输送机出土口喷涌。

一、工程概况人民广场站～中央大街站区间为单洞单线双线隧道，区间线路起自人民广场站大里程端，然后沿经纬街敷设，终至中央大街站小里程端。

本区间隧道右线全长701.587m；左线全长759.45m。

本段区间全线敷设于地下，采用盾构法施工，左、右线均为6m外径圆断面隧道。

（一）掘进参数（1）土仓压力土仓压力控制在2.0bar左右，使土仓压力略高于地层理论压力0.2～0.3bar，保证满仓掘进，并根据掘进过程中的施工情况及地面监测情况进行及时调整。

（2）千斤顶推力试掘进段确定推力应考虑管片承受力，最大推力不应大于8000KN。

正式掘进中，推力控制在20000KN～24000KN之间。

（3）刀盘转速进洞阶段的转速为1.0～1.3r/min，穿过加固区后转速调整为1.3～1.7r/min，正常掘进阶段转速为1.5～1.9r/min。

（4）刀盘扭矩始发时刀盘扭矩宜为700～1200kNm。

正常掘进时，考虑到砂层中极大的摩擦力，刀盘扭矩宜为3500～4000kNm。

（5）掘进速度根据土质、扭矩、推力和土仓压力等综合确定，始发段一般V=15～25mm/min。

正常掘进时控制在V=25～60mm/min。

二、渣土改良（一）渣土改良设备（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。

富水砂卵石特殊地层盾构施工关键技术

富水砂卵石特殊地层盾构施工关键技术发表时间：2019-08-06T10:35:42.140Z 来源：《防护工程》2019年9期作者：田定胜[导读] 作为应对此类特殊地层盾构施工技术难点与安全风险管控措施的参考。

中交机电工程局有限公司北京 100000摘要：随着我国基建大发展和工程技术的进步，盾构施工技术日益成熟，目前盾构施工技术已经能够完成绝大多数地质条件下的隧道施工任务。

然而，与应用范围的不断扩大同步增加的是更复杂的地质环境和更艰巨的技术挑战。

本文通过对施工经验的提炼，总结了富水砂卵石特殊地层盾构施工关键技术，作为应对此类特殊地层盾构施工技术难点与安全风险管控措施的参考。

关键词：盾构施工富水砂卵石特殊地层关键技术选型刀具耐磨渣土改良0 引言富水砂卵石地层在我国分部十分广泛，但是在此类地层中进行城市轨道交通工程隧道盾构施工却会面临一系列的技术难题与安全风险。

典型如xx市，地下大多属于富水砂卵石地层，即在细小沙粒中夹裹着坚硬的卵石，强度不均，同时地下水丰富、水位高。

盾构机在这样的地层中施工难度大，尤其是沉降不易控制，安全风险极高。

以下选具有代表性的工程环境与案例，对克服此类地层的盾构关键技术进行总结。

1 地质情况灰色、青灰色、褐黄色，密实，饱和，卵石成份以花岗岩、灰岩、砂岩为主，磨圆度好，分选性差，粒径60～180mm约占75%以上，局部地段见漂石，一般长度约210-300mm，钻孔揭示最大约380mm，探坑揭示最大粒径600mm以上，余以中、细砂充填，局部地段含有薄砂层。

卵石土分选性、均匀性差，抗压强度高，自稳性较差，渗透系数大，透水性强，富水性良好。

沿线地下水位随季节变化较大，主要为砂土、卵石土中赋存的孔隙潜水。

地下水静止水位埋深约3.80～8.70m。

2 盾构机设计A盾构机参数外径：刀盘直径为8634mm，A环外径8580mm、B环外径8570mm、C环外径8560mm；盾构全长约105m；连接桥长16.2m，盾构机长度10845mm,盾构主体长度9935mm、切口环长度890mm；支撑环长度5370mm、盾尾长度3675mm，内径8440mm、盾尾间隙40mm。

富水砂层盾构掘进技术

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。

富水砂层盾构掘进施工措施思考

富水砂层盾构掘进施工措施思考陕西商洛726000【摘要】在进行富水砂层盾构工程施工时，由于土体的敏感性，很难有效地维持原有土壤状态的稳定性，从而导致隧道水涌、地表塌陷等问题。

为了提升富水砂层盾构掘进的工程品质，应结合本地地地貌条件对盾构挖掘机的操作参数做出适当的安排，并对淤泥土壤的优化程度实施相应的调节，以保证土层的平衡。

【关键词】富水砂层；盾构；施工；掘进伴随着社会经济的飞速进步，也给城市市政的建设和发展注入了新的活力。

在进行盾构施工的过程中，由于城市的规划和周围的环境等各种因素的作用，对施工方案产生了重大的影响。

在富水砂层盾构施工与掘进中，可应用曲线隧道盾构技术实施作业，这不仅有助于土层稳定性的保障，同时对类似项目建设有一定的参考价值。

一、掘进施工技术要点（一）曲线掘进施工（1）在实施曲线挖掘时，根据管片的类型和优化、改善螺栓的承压能力，以确保其品质。

（2）在实施曲线半径作业前，指派拥有深厚技术的盾构司机实施模拟挖掘，确保圆曲线作业。

（3）在盾构计算机中安装用来纠偏曲线的导向系统，避免控制线路出现拟合问题。

（4）在挖掘过程中，行程差的设置必须是适当的。

（5）掘进的速率需要相应降低，并且需要对每个部位的千斤顶推动力做出恰当的调节，以保证其中心区域的最高和最低推动力的差距不会超出1500KN。

在条件许可的情况下，将水平角度调整到10mm/m，以此提升盾构的调向力，同时对左右油缸的油压值和行政进行一致的调整，以确保与曲线外侧相比，内侧土仓的压力更低。

（6）增强推进轴线的有效控制，增加对误差的发现和修正频次，保障管片环面可以在曲线半径径向垂直范围以内，增强线路检测，保证手工测量符合规定，纠偏存在偏移的线路。

（7）在30～40mm/min的速度下进行曲线段的推进，并依据土壤含量和地质变化的监测数据，对施工掘进参数进行必要的调节，以便尽早将施工掘进参数和注浆量调节至最优状态。

（8）在处理半径相对较小的曲线部分，尤其在控制注入的浆料数量和凝结的时长上，需确保浆料充足且有适当的压力，并且需要增强环管片位移的监管，避免对小半径设备的模型拟合产生干扰。

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富水砂层盾构施工技术及掘进问题分析刘申
发表时间：2019-06-13T16:10:03.133Z 来源：《基层建设》2019年第8期作者：刘申[导读] 摘要：目前，我国的科技发展十分迅速，在盾构施工过程中土层的状态各不相同，而部分土层结构会极大地增加盾构施工难度，如在富水砂层盾构施工时就极易出现地层的沉降与塌陷，针对这一问题施工人员优化了富水砂层盾构施工技术并取得了良好的收效。

中铁九局集团第四工程有限公司辽宁省沈阳市 110000 摘要：目前，我国的科技发展十分迅速，在盾构施工过程中土层的状态各不相同，而部分土层结构会极大地增加盾构施工难度，如在富水砂层盾构施工时就极易出现地层的沉降与塌陷，针对这一问题施工人员优化了富水砂层盾构施工技术并取得了良好的收效。

关键词：富水砂层;盾构施工;掘进参数;渣土改良引言盾构在富水砂层中施工，除存在较大的施工风险外，还会遇到众多的施工难点。

文章以沈阳地铁为例，从盾构的选型与性能设计、掘进参数的合理选择、渣土改良方案比选与实施等方面介绍富水砂层中土压平衡盾构施工的一些关键技术，为类似施工提供参考。

1工程概况沈阳地铁九号线一期工程土建施工第二十三合同段曹仲车辆段出入段线于2016年8月19日正式开工，本标段位于沈阳市和平区蓝海经济开发区曹仲屯村，沿民致街进入车辆段，出入段线全长1.985km。

施工方法为明挖法+盾构法。

本工程正线区间设两处盾构井，一号盾构始发井结合轨排井修建，盾构井总长58m；二号盾构接收井位于民致街西侧曹仲屯村农用地内，盾构井长16.2m；出入段线盾构段区间左线起点里程为左CRK0+573.60,终点里程为左CRK2+137.67，左线长1566.611m；右线起点里程为右CRK0+573.60,终点里程为右CRK2+137.00，右线长1563.4m，在右CRK1+530处设置联络通道兼泵房；出入段线明挖段全长346.8m；出入段线出地面后采用U型槽区间，U型槽段全长
260m。

本盾构区间（CRK0+573.600～CRK2+137.000）从1#盾构井始发向南掘进，在CRK0+638.000处下穿新建直径2m砼排水管；在CRK0+600~CRK1+945段下穿多栋建构筑物。

盾构区段下穿沈阳鑫汇特种纸业有限公司厂区、沈阳永兴化工厂、中国船舶重工集团公司沈阳辽海机械厂、北方实业工业园、沈阳国际（韩国）学校、宝仁食品厂等厂区，然后经过R800米右转曲线，沿着民治街方向掘进，最后到2#盾构井。

盾构区间纵断面整体成“V”字坡，顶板覆土8.6～14.4m，隧道结构所处地层主要为圆砾土、中粗砂层，局部为细砂层。

由于业主要求九号线于2018年6月底前全部洞通，主体结构全部完成，且我项目部目前两台盾构均已下井，无法停止施工，工期较紧，故盾构区间及明挖区间需要冬期施工。

2盾构选型盾构机选型原则：主要在工程及水文地质、区间隧道设计及施工条件、环境条件的基础上，参考国内外已有的类似盾构工程经验，特别是同一地区盾构隧道工程的经验，遵循安全可靠、适用、经济、先进、环保的原则来选型。

通常渗透系数大于10-7m/s时，选用泥水盾构；渗透系数小于10-4m/s时，选用土压平衡盾构。

根据这种关系，若地层以各种级配富水的砂层、砾砂为主时，宜选择泥水平衡盾构，其他地层的组合宜选择土压平衡盾构。

土压平衡技术（EPB盾构）适合在含有足够的细颗粒软土地层里开挖隧道，土仓和螺旋输送机里的混合土应呈现塑性，比较理想的颗粒尺寸的地层包括粘土、淤泥、砂以及砾石等，并且含有25%～30%的水分。

在细颗粒较少的富水砂砾地层，配备必要的渣土改良系统，充分改良渣土使其具有良好的的流塑性，以满足土压平衡盾构施工的需要。

3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，这一过程随着盾构施工的进行也会出现一定的变化，在盾构机掘进前期，随着盾构机的靠近原始土层中富含的水分会出现流失从而导致地下水水位下降，而砂层自身结合并不紧密因此也会出现小幅的塌陷。

当盾构机到达时由于盾构机的作用其切口附近的地表也会随着掘进工作出现状态的变化，变化类型与盾构机掘进参数有关，当设计土压值较小时地表会出现沉降，土压值较大时则会发生隆起。

盾构掘进过程中，盾尾注浆状态也会影响富水砂层的状态，富水砂层自身结构较为松散且含水量大，掘进过程中一旦注浆不及时其内部水分发生流失从而引发大幅沉降，而当注浆量过大时也会导致砂层结构的变化从而出现隆起，因此注浆工作是保障富水砂层盾构施工稳定性的关键。

本次施工中施工人员结合施工区段的地质条件状况及富水砂层盾构施工特点设定了盾构机的掘进参数。

在盾构掘进施工过程中施工人员结合富水砂层结构不稳定易受外界因素波动干扰的特点严格控制盾构正面平衡压力，防比过量超挖、欠挖，尽量减少平衡压力的波动，同时严格控制盾构推进速度，尽量做到均衡施工，减少对周围土体的扰动并避免在途中有较长时间耽搁。

而且在掘进时注意保持掘进参数的稳定，保持盾构推进总推力维持在1700-2000t，防止推力不适引起的地面沉降，另外刀盘转速为1r/min，扭矩则控制在2000-3000kN.m之间，保障施工过程不会对砂层造成过大的干扰。

此外，土仓压力也是影响地表状态的关键，在本次施工中设计人员使用朗金理论计算主动土压力与被动土压力，在进行主动土压力计算时使用静压力计算方法，通常稍大于土压与水压之和，而在实际施工过程中施工人员需要结合地表状态变化及时调节土压参数，通过改变排土量、掘进速度等保持土压平衡。

在富水砂层盾构施工中除了地表的隆沉问题外，由于富水砂层土体流动性强且渗透率高其容易出现喷涌问题。

喷涌问题是指盾构机在进行排土时出现渣土的喷溅，这是因为富水砂层土体内部含水量较高且渗透率高，这样盾构机土仓难以完全平衡外部的水压，导致渣土在出土口位置仍具有一定的压力从而出现喷涌。

而且在盾构机掘进过程中土体会通过刀盘上的渣槽结构进入土仓，而在富水砂层盾构施工时由于土体含水量过高其粘度较大，土体容易在刀盘中央的渣槽处聚集并压实，当刀盘中央渣槽出现泥饼堵塞时土体会向四周扩散，而随着土体流量的增加周边的渣槽也会出现粘土聚集的现象，同时，土仓内部的土体也会被压实。

此时刀盘与土层间的摩擦力也会大幅提升，因此在掘进时刀盘处温度会显著升高，随着温度的升高原本压实的土体也会被烧结而形成坚固的泥饼，当泥饼形成后刀盘难以继续开掘土体，盾构机也会出现停滞。

在富水砂层盾构施工中出现的泥饼固结及喷涌问题都是由于土体含水量高、流动性强且渗透率高所导致的，因此在本次施工中施工人员结合以上特性优化了渣土改良过程。

盾构施工中渣土改良主要是为提升渣土的流塑型同时调节渣土的渗透率、稠度及阻力，便于盾构机保持土压的平衡同时改善渣土排出效果。

目前在渣土改良中主要使用的有泡沫剂、膨润土及水，但是由于富水砂层中自身较高的含水量，因此，本次施工中在进行渣土改良时主要使用的是泡沫剂及膨润土。

泡沫剂的使用主要是为了改善土体的流塑性，使用泡沫剂后土体便不易在刀盘的渣槽出聚集，且由于土体可顺畅地从排土器排出，其也不会在盾构机下方聚集，盾构机前进过程阻力也会随之降低。

而且使用了泡沫剂之后可以部分降低富水砂层土体的渗透率，这样在土体开掘时土层地下水流失问题可以得到改善从而保证掘进过程中的土层稳定。

结语
富水砂层盾构施工中，由于土体高含水量、高渗透率的特征施工时极易出现喷涌、结块及地面沉降等问题。

针对这一现状施工人员结合前期的地质水文勘察合理制订盾构机掘进参数并计算土仓压力，统计选用适宜的泡沫剂及膨润土进行渣土改良，保证了盾构掘进过程的顺利进行。

与此同时施工人员还结合土体特性设计浆液配比，同时严格控制注浆操作，有效避免了地表沉降，满足地铁施工的需求。

参考文献：
[1]徐乐.富水砂层中土压平衡盾构施工的技术措施[J].工程技术:文摘版，2016(2):69.
[2]翟新文.富水砂层土压盾构始发技术[[J].江西建材，2017(3)165-166。