广州地铁2号线越三盾构技术研究精品PPT课件

越~三区间隧道平面位置图
二、工程地质及水文地质
1、洞身通过的工程地质 越~火区间隧道80%的地段埋置于岩层中，仅有
20%的洞体处在断裂带和土石混合层中。穿越地层大部分 是强风化岩<7>及中风化岩<8>、及微风化岩<9>、有少部 分为全风化岩<6>、残积土层<5-2>和断裂破碎带。
火~三区间隧道穿越地层大部分是中风化岩〈8〉、 强风化岩〈7〉和微风化岩〈9〉、其次为全风化岩〈6〉 和残积土层〈5-2〉。在洞身范围内，基本呈上软下硬。 2、水文地质概况
主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水两种。隧道穿过 广从断裂和走马岗断裂，断裂破碎带富水，稳定性差。
越~三区间隧道纵断面图
三、工程周边环境
整个区间隧道的地表建筑物密集，地面交通繁忙， 地下管线复杂，共穿越135栋建筑物，其中四层楼以上 的建筑物31栋，最高为7层。整个区间隧道穿越的各种 地下管线达56条。
软硬不均地层及复杂环境隧道 复合盾构的研究与掘进技术
２００７年１０月
一、工程概况
广州地铁二号线【越～三区间隧道】盾构工程包 括越秀公园站至广州火车站、广州火车站至三元里 站两个区间双孔隧道。最小曲线半径400m。两个区 间均为“V”形坡，最大坡度30‰，隧道上方覆土厚 度最大约28m，最小约9m。
六、主要研究内容与关键技术
（1）适应软硬不均地层的盾构机的研究设计； （2） 1.5m环宽管片结构与防水设计技术； （3） 不同地层盾构掘进及模式转换技术； （4） 环形间隙同步注浆技术； （5） 盾构姿态控制及管片防裂损技术； （6） 渣土改良技术； （7） 重载快速运输设备研制与应用技术； （8） 穿越各种复杂建筑物的地层变形分析及控制 技术。
敞开模式
3.1. 盾构掘进模式与关键掘进参数
（1）敞开式掘进模式
盾构穿过〈8〉、〈9〉岩层中，且渗水量较小的 情况下，采用“敞开式”作业。在敞开式掘进模式下 开挖刀具破碎隧道掌子面的岩层，破碎的碴石通过刀 具上的卸碴口进入位于刀盘后的开挖仓。岩碴落到开 挖仓的底部后，通过位于开挖仓底部的螺旋输送机传 送出来。
管片制作 C50、S12钢筋混凝土结构 内径5400mm、外径6000mm、宽度1500mm
管片钢筋笼
光面处理
管片抗渗试验
蒸气养护
水养池
三环水平拼装
3.不同地层盾构掘进及模式转换技术；
根据工程水文地质状况和复杂周边环境，盾构 机具有敞开式、半敞开式以及全封闭土压平衡式 （EPB式）掘进模式，以适应硬岩地层、含水软岩 以及软硬混合地层的掘进，并达到盾构机的最佳工 作状态。同时，在EPB模式下，足够的土压平衡调 节能力可有效的平衡周围土体的静水压力和土压力， 保证开挖面的稳定。配合可靠的同步注浆系统，必 要的二次补充注浆，以及后期地层注浆加固技术等 辅助工法，可将地表隆陷控制在规定的范围之内， 从而确保安全通过桩基群、广州火车站站场、广从 断裂等特殊区段。
（1）适应软硬不均地层的盾构机的研究设计
根据工程的围岩条件、周边环境、断面尺寸、隧
道长度、隧道线路、工期等因素，结合开挖和衬砌方 式，经过安全性、技术性、经济性比较后确定，适应 该工程的盾构机关键部件设计见下表。
盾构机 前盾
中部盾壳
盾构机的标称直径 最大掘进速度 最大掘进力
除耐磨层以外的外径 耐磨层 前盾长度 盾壳钢厚度 隔板钢厚度
5.盾构穿越线路曲线多：本标段区间隧道最小曲线 半径400m，曲线长度大约占46%，越秀公园（体育 大厦）～广州火车站区间有两段反向曲线，且隧道 纵坡分段多，变化大，在竖曲线和平曲线、缓和曲 线上施工，方向控制难。
6.碴的粒径大，出碴困难：岩层分界面起伏较大， 掘进工作面软硬不均，不但掘进方向控制难，掘进 参数调整要求高，而且各种地层岩石与土体产生的 碴的粒径差异大、不均匀，可能造成出碴因难，影 响螺旋输送机的使用效率，因此应选择适宜的出碴 系统。
半敞开式模式
（3）EPB掘进模式
外径 长度
Φ6.280[mm] 80[mm/min] 30.100[kN]
Φ6.250[mm] 2×5[mm] ca. 1.700[mm] 60[mm] 80[mm]
Φ6.240[mm] ca. 2.580[mm]
刀盘 刀具
整个刀盘 标称直径 旋转方向
切刀数量 硬岩用盘形刀双刃盘刀数量（可和在
岩石疏松条件下的齿刀互换） 双刃齿刀数量（可和硬岩条件下的盘
在开挖仓的底部，要有足够的岩碴供输送机螺旋 出碴用，开挖仓的其他空间是空的。 在“敞开式” 作业方式下，土仓通过螺旋输送机的卸料口与隧道相 通。
（2）半敞开式掘进模式：
当隧道穿过〈8〉、〈9〉岩层中,且含水水压为 1～1.5Bar，掌子面可以稳定的地层中时，采用半敞 开式掘进模式进行掘进。半敞开式作业时隧道掘进 速度近似于敞开式作业。位于刀盘和承压板之间的 混合仓一部分是岩碴，一部分为压缩空气。半敞开 式作业的开挖和推进与敞开式作业基本一致。
形刀互换） 刮刀数量 仿形盘刀
Φ6.280[mm] 右/左 64St. 14St.
14S盾构图
2. 1.5m环宽管片结构与防水设计技术
在国内首次采用1.5m环宽管片，和国内常用的 1.0m、1.2m环宽管片相比，提高了管片拼装效率和 管片的整体刚度，提高了管片的防水性能，降低了 成本，在国内处于领先水平。本课题开发了盾构隧 道结构计算程序（STCP），程序综合考虑了这四 种计算模型，能够根据输入的地层、地下水和地面 超载情况按全覆土和泰沙基土压力理论采用水土分 算或水土合算模式进行荷载计算，接近国际先进水 平。
四、工程的重点与难点
1.工期紧，每台盾构机月掘进指标达230米/月;
2.盾构穿越铁路车站轨道，对沉陷控制要求特别 严格;
3.盾构穿越断层破碎带：该断层带是由岩体破碎， 由角砾和碎块岩组成，地层无自稳能力，且地 下水富集，有突水涌泥的可能。
4.盾构推进方向控制难：由于岩层软硬不均，推 力和扭矩变化较大，使盾构掘进机推进中的轴 线控制和推进操作有相当大难度。尤其是当软 硬不均匀地层分布于曲线段和线路坡度较大洞 段时，更加大了盾构掘进和轴线控制的难度。