不同地质条件下盾构施工

1、不同地质条件下的盾构施工1盾构施工的两个技术阶段2盾构施工的前期准备一，盾构机选型 地层特点 岩土特性 粒径分布 水文特点 其他附加要求二，地质详勘 及早规划详细有针对性地施工方案 提前预防 早期处理 管线河流状况3盾构机选型的水文地质基础泡沫 EPB盾构泥水盾构弃土容重 粘土粉土粘稠度系数 IC柔软软硬0,25坚硬0,501,000,75EPB模式 EPB敞开模式添加剂防止堵塞添加剂增加塑性高渗透性砂砾石渗透系数 k m/s很高渗透性一般渗透性10-210-310-410-5复合式盾构EPB + 添加剂高浓度膨润土工作舱内土体容重t/m1,401,051,502,002,204案例选型例一，

2、地质：某工地的两盾构区间四条隧道，其中区间一主要地质为微风化，中风化凝灰质砂岩，岩石最大单轴抗压强度60MPa，富水并透水性极强；区间二主要地质为全风化以及强风化灰岩，含水少，隧道上部管线多。二，设备选型：由于两区间采用两台盾构机掘进，最后购买了两台相同的盾构机，而盾构机设计大量偏向于区间一的地质。后果：区间二的施工风险大增，主要表现在渣土流动性的处理问题。关于详勘同上例，区间二地质勘测图纸不明确，没有针对性在关键地点补勘明确，导致：1，不能计划性确定刀盘处理点；2，管线区域未考虑地层特点提前支撑加固，造成该地段地段为刀盘处理提供方便，造成实际施工中被动长时间停机5刀盘型式用于硬岩的刀盘,不足

3、处：磨损监测点设置开口设置（对破碎带的误判）中心的处理用于全风化层整区间一直面对结饼问题6关于不同盾构机类型下的施工对泥水盾构，施工的重点偏重于前期设备选型以及设计阶段的全面性，施工期间由于泥水盾构大量应用于河海之下，可以考虑的隧道外的处理手段不多，故主要在于开挖刀盘刀具管理，压力控制以保证地表的隆降控制，以及泥水处理保证渣土运输；护盾式敞开盾构，由于掌子面完全敞开，施工中控制掌子面的稳定及排水是一切施工的要素，同时高度关注膨胀岩以及粘性地层的通过能力；此次主要讨论土压平衡盾构机的施工技术7施工期间的技术管理此处主要讨论土压平衡盾构机的施工技术管理，盾构机一旦选型确定，从大的方向上说，土压平衡

4、盾构机施工中关键是面对两种地层，即具有自稳性地层和非自稳性地层条件下的施工，然后才是在这两种地层下如何实现刀盘的正常开挖，出土量可控以满足沉降要求者两点。但不论在何种地质，当盾构机已选定，应用在实际施工中时应从以下三个方面综合考虑盾构施工技术以满足盾构机施工中的出土和沉降控制：盾构机自身设备特点与当前地层特点的适应性，如选型例中一种盾构用于两种地层时的实际措施考虑。根据盾构机掘进参数变化及出土状况掌握当前地质施工选择适应的或者必要的辅助措施配合盾构机施工8两类地层条件下的一些典型特征地层的施工技术管理自稳性地层微/中风化岩层某些不含水的强风化层西北黄土层非自稳性地层淤泥层粘土层沙层砂卵石层 含

5、孤石地层上软下硬地层9自稳性地层总的来说，自稳性地层施工中一般不用考虑地表隆降，不论长时间或短时间具备自稳性的地层，通常的自稳性地层要面对掌子面的可开挖特性，渣土的流动性，刀具的管理；但需要注意的是，对于自稳性地层，因为不同的覆土状况，可能的失水问题（可能造成地表沉降）也是必须关注的。长时间具有自稳性的地层一般有微风化，中风化岩层不同的强风化地层的稳定性在含水和不含水时具有差别，适于气压掘进某些全风化（全风化范围）地层在不遇水和空气的状况下具有短时的自稳性，适用于气压掘进或快速欠压推进，但须小心注意观察渣土变化西北黄土层具有一定的自稳性，但要注意水对湿陷性黄土的影响硬塑状粘土具有短暂的自稳性，

6、实现快速掘进可以欠压进出洞需考虑水的管理10微风化硬岩对于岩石抗压强度在 80Mpa以上地层 ，由于排渣原因，盾构掘进效率低下，应综合该地层隧道长度与总长度的关系，工期及成本 考虑是否在该段地层采取盾构法施工通过对于岩石抗压强度小于80Mpa的微风化地层，针对硬岩分布特点，盾构机通过需要采取一定措施11RQD值小的岩石具有盾构机掘进可能的微风化地层，节理发育，刀具破岩容易12RQD值大的岩石区域岩石硬度高，节理少，综合考虑处理方式13微/中风化硬岩及其破碎带一，地层特点：稳定性，透水性，破碎后流动性差，硬度高二，可能遇到问题：刀具非正常损坏，刀盘磨损；掘进中卡刀盘，喷涌，卡螺旋机。三：施工技术

7、管理：严格刀具管理，避免刀盘结构损坏，刀具管理并不孤立于掘进监控注意推力扭矩变化，控制刀盘转速以及贯入度加强渣土在掌子面及土仓流动性，尽量避免在刀盘与掌子面间积渣影响掘进效率采用全敞开或气压法掘进防水措施，后部壁后二次注浆或防止前方失水14微风化灰岩深圳某工地，如下图，主要以微/中风化灰岩为主，最大70Mpa，图中红蓝色，掘进中关键问题：螺旋机后仓门水压高；螺旋机闸门喷渣；掘进速度慢，扭矩大。掘进中偶有卡刀盘。15微、中风化泥岩广州常见地层，切削渣土遇水粘结，某些盾构刀盘易结饼，中心刀易于损坏；施工重点在于渣土的顺利开挖及输送16微/中风化砂岩、砾岩广州地铁5号线某工地:地层稳定，施工重点在于

8、刀具管理以及保护17刀具影响在硬岩掘进中的刀具管理，下图为失败的刀具管理结果，核心原因是参数管理的失控18插言：关于刀具管理无论何种对盾构机刀盘会磨损的地层，刀具管理的重要性都是几乎关系工程成败，如下两种同型刀盘，经历几乎同种地层，左图刀盘出洞后几乎变化不大，右刀盘中心完全毁坏，核心在于施工中刀具管理的计划性以及掘进过程的监控即参数管理19强风化层一，地层特点：一般稳定性差，泥岩具有稳定性也具有粘结性。二，可能遇到问题：敞开式掘进出土量控制困难三，施工技术管理：强风化地层一般稳定性差，尽量避免欠压掘进，注意渣土控制尽量避免在该区域换刀，如无可避免提前采取加固措施注意掘进参数的变化对于有粘结可能

9、且自稳很差地层而刀盘开口率小的情形，尽量采用 气压掘进加强壁后二次注浆防水注意泡沫的使用20强风化地层深圳地铁二号线某工地：地层含水少，水渗透系数低，在无水渗透时，强风化地层具有一定稳定性，可以进行短时的开仓检查刀盘状况；由于很少全断面或即使全断面强风化但其上覆土多为全风化地层，一般采用气压掘进，渣土控制正常；在某段由于采用长时间欠压掘进，地表沉降严重。实际施工中，不同的强风化地层施工掘进需区别进行，在上例中的工地，同样线路中同种强风化地层，仅含水的差别，其土压以及掘进速度就有所不同压缩空气螺旋输送机皮带机21西北黄土层地层特点：自稳性，可开挖性掘进可能问题:湿陷性黄土；老黄土施工技术管理：防

10、止湿陷性黄土事故注意老黄土对刀盘的粘结加强泡沫管理22西安工地西安某工地，如下图照片黄土层的基坑开挖该种刀盘形式在该地层以及部分卵石圆砾地段掘进正常23非自稳性地层进出洞掘进施工24非自稳性地层的进出洞只要盾构机是在非自稳性地层中进出洞，必须慎重考虑进出洞区域的地层加固：注浆冷冻旋喷，搅拌桩等25非自稳性地层的掘进施工对于非自稳性地层来说，不同的地层所需侧重考虑的问题不同的，但最终落点都在沉降控制：淤泥层一般具有良好的流塑性，渣土切削以及运输都不成问题，重点是控制掌子面的土压，出土量控制保证地面沉降的，防止盾构机下沉粘土层塑性良好，但粘性易于产生刀盘泥饼，注意渣土流动性改良并控制土压及出土沙层

11、：对于中粗砂，粉细沙或含有粘土的沙层，控制其塑性是渣土量控制的关键；富含水粉细沙/细沙层要高度重视；磨损考虑砂卵石层 ：卵石夹砂，卵石夹泥，纯卵石，不同粒径有着完全不同的掘进效果，重点考虑刀具选择及布设，同时需要对水以及土仓内渣土流动进行控制；磨损考虑含孤石地层：要小心花岗岩残积土内可能存在的孤石，重点是早处理上软下硬地层：上软下硬地层的困难在于上软属于非自稳性地层因而需要土压模式而下硬地层的最佳掘进模式是敞开模式，但考虑地面沉降控制，必须采用土压模式，由此施工的关键是控制土压模式对下部硬岩的掘进并保证上不出土正常不论如何，以上任何地层都需保证足够及时的壁后注浆填充26淤泥层土压控制：防超挖，

12、长时间停机防栽头渣土控制：土量宜少壁后注浆控制沉降：快速，大量快速通过：设备保证地表监测：随时定期施工例：广佛线 上海 27粘土层土压控制;土量控制：泡沫管理：施工例：广州 深圳28本工程刀具泡沫防堵塞过角砾层29沙层泡沫管理在富水细沙/粉细沙层中，掘进管理：掘进中的土压控制，停止前的土压控制；停机时的土压控制；喷涌控制；还要防止设备下沉载头对于中粗沙层，泡沫管理与膨润土管理，外加剂的使用。30砂层南京某工地某段，全中粗砂，富水，掘进中泡沫问题，扭矩推力大，喷涌广州三号线北沿线，中粗砂夹粘土广佛线，贝壳层，31砂卵石层刀具选型泡沫管理膨润土管理插：盾壳磨损，螺旋磨损32砂卵石层成都33砂卵石层昆明同一工地左右线的不同刀盘34含孤石地层花岗岩残积层存在孤石风险，预探测，预处理微风化花岗岩孤石，稳定前提下舱内处理例：广州天华 深圳二号线35上软下硬