中铁三局西南公司地铁施工现场观摩暨经验交流会材料

1、中铁三局集团有限公司西南公司盾构施工风险分析及控制经验交流材料 中铁三局集团有限公司西南公司建优质工程 树企业形象目 录第一章 中铁三局西南公司盾构施工情况第二章 西南公司盾构施工项目地质情况第三章 西南公司盾构项目盾构机配置情况第四章 各种地层的掘进特点第五章 施工过程中的风险及处理措施第六章总结建优质工程 树企业形象 中铁三局集团有限公司西南公司2007年以来，中铁三局西南公司先后在南京地铁、天津地铁、广佛城际、苏州地铁、南昌地铁、成都地铁、郑州地铁、杭州地铁、深圳地铁等全国9个城市地区承揽17个盾构项目，总里程数达77078.594米。截止到2015年5月，累计完成盾构施工55617.5

2、82米,剩余21461米 (主要是成都地铁4796米、杭州地铁盾构区间8453米、郑州地铁8762米等项目)。一、西南公司盾构施工情况 中铁三局集团有限公司西南公司一、西南公司盾构施工情况 中铁三局集团有限公司西南公司1、南京地铁：2007年-2013年，西南公司在南京地铁完成盾构区间4个，盾构掘进合计13934.672米，采用土压平衡盾构机。序号工程名称工程量（米）盾构区间名称始发时间到达时间备注1南京地铁二号线D2-TA04标 2885.301【中和村站元通站】2007年3月18日2009年8月16日2南京地铁一号线南延线TA05标 4104.608【岔路口站南京南站站】2008年10月2

3、9日2009年12月18日3南京地铁一号线东延线TA01标 1152.665【马群站紫金山站】2008年8月30日2009年5月12日4南京地铁三号线D3-TA14标 5792.098【天元西路站胜太西路站】2012年2月12日2013年12月30日合计13934.67一、西南公司盾构施工情况 中铁三局集团有限公司西南公司2、天津地铁：2007年9月2010年12月，西南公司在天津完成了天津地铁二号线第9、10合同段，盾构掘进合计6166.051m，采用土压平衡盾构机。序号工程名称工程量（米）盾构区间名称始发时间到达时间备注1天津地铁二号线第十合同段2879.81【红星路站靖江路站翠阜新村站】

4、2007年9月16日2009年5月24日S-2832天津地铁二号线第九合同段3286.241【红星路站新开路站天津站】2009年7月18日2010年12月31日S-283合计6166.051一、西南公司盾构施工情况 中铁三局集团有限公司西南公司3、广东地铁：2009年2月2010年3月，完成了珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段施工4标段【桂城站朝安站普君北路站祖庙站】盾构区间4960.027米；采用泥水式盾构机2013年12月2015年5月，完成了深圳地铁11号线BT项目11304标项目【机场北站福永站】盾构区间4048.515米。采用2台复合式土压平衡盾构机。序号工程名称工程量（米）盾构

5、区间名称始发时间到达时间备注1广州至佛山段施工4标段 4960.027【桂城站朝安站普君北路站祖庙站】2009年2月26日2010年3月20日2深圳地铁11号线BT项目11304标项目4048.515【机场北站福永站】2013年12月28日2015年5月20日合计9008.542一、西南公司盾构施工情况 中铁三局集团有限公司西南公司4、苏州、杭州地铁2010年1月2010年10月，完成了苏州轨道交通一号线I-TS-09标段【广济路站养育巷站人民路站】左线盾构区间1675.098米；2013年12月2014年12月，完成了杭州地铁1号线工程下沙延伸段3标 【文汇路站文泽路站】盾构区间全长4262

6、.735米；序号工程名称工程量（米）盾构区间名称始发时间到达时间备注1苏州轨道交通1号线I-TS-09标段1675.098【广济路站养育巷站人民路站】左线2010年1月16日2010年10月22日2杭州地铁1号线工程下沙延伸段3标4262.735【文汇路站文泽路站】2013年12月9日2014年12月31日合计5937.833一、西南公司盾构施工情况 中铁三局集团有限公司西南公司5、南昌地铁2012年4月2014年6月,完成南昌市轨道交通1号线一期工程2标段【长江路站珠江路站蛟桥站】盾构区间全长7185.731米。采用3台复合式土压平衡盾构机。序号工程名称工程量（米）盾构区间名称始发时间到达时

7、间备注1南昌市轨道交通1号线一期工程2标段7185.731【长江路站珠江路站蛟桥站】2012年4月28日2014年6月12日一、西南公司盾构施工情况 中铁三局集团有限公司西南公司 6、成都地铁2012年11月2013年6月，完成了成都地铁2号线二期工程（东延伸线）土建3标【保安村站龙泉东站】盾构区间2981.308米。采用2台复合式土压平衡盾构机。2013年3月2014年11月，完成了成都地铁3号线一期工程土建6标段【熊猫大道站天回镇南站】、【出入段线】、【1#3#联络线】盾构区间共6639.495米。采用2台复合式土压平衡盾构机。序号工程名称工程量（米）盾构区间名称始发时间到达时间备注1成都

8、地铁2号线（东延伸线）3标2981.308【保安村站龙泉东站】2012年11月26日2013年7月12日2成都地铁3号线6标段6639.4952013年3月4日2014年11月31日合计9620.803一、西南公司盾构施工情况 中铁三局集团有限公司西南公司7、郑州地铁2014年1月2015年3月，完成了郑州地铁2号线4标段【帆布厂街站陇海东路站东大街站】盾构区间3763.95米; 预计2015年5月2015年11月，完成了郑州地铁2号线4【东大街站紫荆山站】剩余盾构区间2348.929米。序号工程名称工程量（米）盾构区间名称始发时间到达时间备注1郑州地铁二号线4标段 3763.95【帆布厂街站

9、陇海东路站东大街站】2014年1月1日2015年3月23日2348.929【东大街站紫荆山站】2015年5月12日2015年11月12日 目前中铁三局西南公司自有盾构机及后配套共3台。海瑞克土压盾构机2台、中铁装备盾构机1台； 二、西南公司盾构施工项目地质情况 中铁三局集团有限公司西南公司(1)天津地铁二号线：穿越地层主要为粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉土及少量粉砂。淤泥质粉质粘土天然含水量3140%，呈软塑流塑状，粉质粘土天然含水量18.335.4%，呈流塑硬塑状，上述土层经搅拌后具有一定的软粘性、流动性和抗渗透性。粉质黏土1、软土地层主要是苏州、杭州、天津、郑州等地铁二、西南公司盾构施工项目

10、地质情况 中铁三局集团有限公司西南公司(2)郑州地铁地质情况:区间主要穿越-1粉土（Q4-1al+pl）、-2粉砂（Q4-1al+pl）、-1粉质粘土（Q3-2al+pl）等地层，部分隧道还穿越6-3钙质结核地层。该层一般位于土层与砂层的分界面位置，在水平方向上沿分层界面有一定的连续性，但富集程度及胶结程度存在一定的大差异，单轴饱和抗压强度最大为37.51Mpa，最小为14.57 Mpa。 郑州粉质黏土 郑州砂层二、西南公司盾构施工项目地质情况 中铁三局集团有限公司西南公司钙质结合层二、西南公司盾构施工项目地质情况 中铁三局集团有限公司西南公司 (3)杭州地铁：文汇路站文泽路站盾构区间主要穿越

11、砂质粉土夹粉砂、粉砂夹粉质粘土、淤泥质粉质粘土夹砂质粉土等地层。二、西南公司盾构施工项目地质情况 中铁三局集团有限公司西南公司2、成都地铁地质特点 成都地铁盾构区间隧道大部分穿越地层主要为3-7、 2-8 3-8砂卵石地层、5-2强风化泥岩地层。（1）泥岩地层：熊猫大道站天回镇南站区间盾构施工穿越的土层主要为：粘土（4-1）、全风化泥岩（5-1）、强风化泥岩（5-2）、中风化泥岩（5-3）。粘土（4-1）二、西南公司盾构施工项目地质情况 中铁三局集团有限公司西南公司 5-1全风化泥岩 5-2强风化泥岩 5-3中风化泥岩二、西南公司盾构施工项目地质情况 中铁三局集团有限公司西南公司（4-1）粘土

12、常压开仓二、西南公司盾构施工项目地质情况 中铁三局集团有限公司西南公司(2)砂卵石地层:物理力学特征指标和传统的软土和硬岩都有很大差别，主要有以下特点1)卵石含量高：卵石土地层中卵石含量55%以上，为该地层的骨架成分；砂含量高：砂卵石中砂含量高，含量约1035%；颗粒间胶结物广泛分布于砂卵石中。二、西南公司盾构施工项目地质情况 中铁三局集团有限公司西南公司二、西南公司盾构施工项目地质情况 中铁三局集团有限公司西南公司2)流动性差 由于渣土的内摩擦角较大(一般都在30o以上)，造成了渣土流动性差。如图 (a)即为渣土在未实施渣土改良的情况下塌落度试验的照片；(b)为一般粉砂地层改良后的状况，具有

13、较好的流动性。二、西南公司盾构施工项目地质情况 中铁三局集团有限公司西南公司3)对刀具摩擦系数大：该地层和钢铁之间的摩擦系数一般都在0.4之上，最高可达0.7。4)单块卵石强度高：单块卵石的抗压强度试验结果，石块的单轴抗压强度可达150MPa，最大可达到180MPa。5)粘聚力小，或几乎没有粘聚力，结构松散，不连续。因此导致了地层传力特征存在差异，地层内靠点对点传力，稳定性差。6）易形成骨架效应，常出现滞后沉降。从以上可以看出砂卵石地层掘进有以下特点：刀具、刀盘磨损严重；渣土流动性差，易结块；土压管理困难：（重点）螺旋输送机磨损严重；刀盘实际扭矩比同直径盾构高出40，严重影响了盾构本身的寿命。

14、 成都地铁3号线6标1-3号联络线盾构区间地质饼图43%22%3%32%密实卵石层中密卵石层松散卵石层砂层二、西南公司盾构施工项目地质情况 中铁三局集团有限公司西南公司(3)成都地铁水文特点：地下水位枯水期1、2、12月份，其余月份为平水期。在天然状态下，区内枯水期地下水位埋深35米，洪水期地下水埋深2.54米。始发端头受周边基坑降水影响，水位基本在8-10米。 地下水主要赋存于各个时期沉积的卵石土及砂层中，土体透水性强、渗透系数大（25m/d），地下水水量丰富。二、西南公司盾构施工项目地质情况 中铁三局集团有限公司西南公司3、深圳地铁复合地层，上软下硬地层，区间隧道穿越2粉质粘土、9中砂、2

15、-1砂质粘性土、条带状混合花岗岩、变粒岩、中等风化岩、微风化岩等地层。微风化岩石饱和单轴抗压强度平均值55.7MPa，最大值101.7MPa，岩质:较坚硬坚硬，岩体:较破碎较完整。 砂质黏性土 全强风片麻状混合花岗岩 中风化片麻状花岗岩 微风化片麻状花岗岩4、南昌地铁区间隧道通过的地层主要由4中砂、5粗砂、6砾砂、7圆砾、1-1强风化泥质砂岩、千枚岩等。三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司天津地铁二号线S-283土压平衡盾构机开口率：28%；中心刀：1把刮刀： 96把边刮刀：8把三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司南京地铁1号线南延线、3

16、号线S-425复合土压平衡盾构机开口率：28%；双刃滚刀：19把刮刀： 68把边刮刀：8把三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司广州至佛山段施工4标段 S-478泥水平衡盾构机开口率：26%；中心区双刃齿刀 (或双刃滚刀)：6把正面区单刃齿刀 (或双刃滚刀)：8把边缘区双刃滚刀：6把； 边缘弧形刮刀（周边刀）：16把；正面（刮刀）：64把；泥水分离站三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司杭州地铁1号线工程下沙延伸段3标三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司南昌地铁三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公

17、司西南公司郑州地铁2号线一期土建项目4标段 三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司成都地铁2号线、3号线、深圳地铁S-768复合土压平衡盾构机 CET62复合土压平衡盾构机三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司1、成都地地铁1号线盾构构机使用情况以成都地铁地质特点简介盾构机选型采用7台海瑞克土压平衡盾构机进行掘进。刀盘刀具磨损非常严重，平均每掘进约100150m换刀一次，平均月掘进100m左右。 （1）主驱动扭矩不足问题中密、密实卵石层、细颗粒成分含量少，碴土的摩擦阻力大，刀盘需要较大的搅拌力矩。当碴土改良不佳时，土仓一旦建立压力则刀盘扭矩急

18、剧增大，导致堵转。如果不建立压力地面又发生沉降。 三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司1-100环刀盘平均扭矩值1-100环刀盘最大扭矩值三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司（2）刀盘、刀具磨损及换刀困难问题在砂卵石地层掘进，由于卵石不能破碎，常常对刀盘刀具进行二次磨损甚至多次磨损，且整个刀盘盘体及刀体本身直接与卵石接触，卵石不仅对刀具刃口有磨损，甚至整个刀体和刀盘盘体发生磨损。 三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司 根据滚刀磨损的实际统计可以看出主要磨损发生在刀盘的弧度部分。即31#到39#位置。这也和图所示

19、的松散带对应。由于弧度部分对应的是刀盘的前上方的松散带，在此部分地层松散，不能给刀具提供足够的转动力矩，造成了滚刀的严重偏磨。三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司仿形刀三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司（3）带压换刀困难：由于砂卵石层细颗粒含量少，透气性好，在需要带压进舱换刀时很难保住气压，带压换刀困难难以实施。 （4）螺旋机的磨损及卡螺旋机问题盾构在卵石土层中掘进会对螺旋机叶片和筒体形成很严重的磨损。另外，由于卵石在螺旋机内堆积，容易卡住螺旋机，严重时会发生断轴现象。 三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司（

20、5）泥饼问题 成都地层常常在细砂或中粗砂层产生泥饼，尤其是刀盘中心区域容易形成“泥饼”，导致设备切削效率降低甚至发生堵仓。 三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司（5）喷涌问题区间穿越的砂卵石层为强透水层，由于圆砾及砾砂层细颗粒成分含量少，不易自然形成能够止水的流塑状碴土，在渣土改良不到位时极易发生喷涌，导致土仓失压引起地层沉降，严重时会发生 “塌坑”现象。三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司（6）滞后沉降现象 在密实卵砾层条件下，有时可能会欠压掘进，此时会产生较大沉降。另外，当在卵石层掘进时，常常由于刀盘掘进扰动地层产生超挖，此时同步注浆

21、尚不能补充，容易形成空洞。 三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司 由于砂卵石地层的骨架效应，受盾构施工扰动的地层未能及时填充密实，使地层中的松散体逐渐聚集并向地面发展，最终形成地面沉降或者塌陷。滞后沉降发生的时间较长，从目前发现滞后沉降情况看，沉降发生长达近2年的时间。 三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司2、成都地铁3号线盾构机改进及适应情况：目前成都地铁在总结以往盾构掘进经验后，主要是在增加刀盘扭矩、提高刀盘开口率、对刀盘刀具和螺旋增加耐磨处理及增加螺旋直径等方面。目前在成都地铁使用的盾构机刀盘开口率普遍在28%-36%，螺旋输送机是

22、中轴式，直径从700mm增加到900mm。现使用的盾构机主要以海瑞克、中铁装备为主。（1）刀盘的适应性设计刀盘的设计是盾构设计最核心的部分。刀盘设计应根据地层条件进行适应性设计。因此，根据砂卵石地层EPB掘进机理，对刀盘的开口形式、主轴承设计、搅拌设备、刀盘开口率、刀盘厚度等主要设计关键点进行研究。三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司1)耐磨设计 刀盘配置磨损检测装置刮刀保护罩三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司刀盘面板上用焊接耐磨复合钢板和堆焊耐磨合金网格的方法来实行对刀盘本体结构的保护。（海瑞克采用Hardox耐磨保护板，中铁装备和辽

23、宁三三采用碳化铬耐磨板） 对外圈梁焊有耐磨合金进行保护。三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司2)刀具布局：刀具配置：4把中心双联滚刀（17寸/175mm），单刃滚刀31把（18寸/187.7mm），39刃；焊接撕裂刀23把（150mm），边刮刀8把及切刀32把（宽250mm，高130mm），保径刀8把。仿形刀1把。 刀具在刀盘上分为三层，对土体进行切削。（在实际施工中比海瑞克公司盾构机的扭矩大），成都地铁刀具配置（以滚刀为主）三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司三、西南公司盾

24、构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司 1.母材:42CrMo,调质处理40-45HRC 2.总体尺寸:250X233mm(宽X高,厚度未计);6孔 3.刀体堆焊:3-5mm,距离合金槽3-5mm 4.合金成分及性能要求: 与日本E5类材料相当 5.合金焊接方式:银基钎焊 6.合金布置:共计四排合金,每排5块 三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司海瑞克S-768复合土压平衡盾构机 海瑞克S-869复合土压平衡盾构机 （是在S-587刀盘的基础的改进）三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司3）刀盘开口率 刀盘开口率为刀盘开口面积与

25、刀盘总面积的比值。刀盘开口率的大小是施工中的一个重要影响参数，在盾构机选型、设计及施工中应给予该参数足够的重视。土压平衡盾构机的掘进过程中，改良后的土体经刀盘开口流入泥土舱然后从螺旋输送机排出，因此整个掘进过程中，刀盘、泥土舱、排土器内的土体是一种黏弹性的塑性流体。但世界上各制造商所采用的设计理念不同，刀盘的开口率及类型会有很大的差异。根据以排、疏通为主的设计理念主要对刀盘开口设计如下：提高开口率，改善碴土流动性，提高真正意识的土压。改善盾构机的土压管理。液体传递压力比空气直接，而且好 。1) 提高中心部位的开口，防止中心部位的“结饼”；2) 面板式刀盘造成了工作面前方和土仓后部压力隔板的压力

26、差的增大；3)增大EPB掘进时的土压支撑率。三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司（2）主驱动式为改善碴土具有良好的流动性，刀盘支撑系统采用中间支承方式，利用刀盘（旋转）和承压隔板（固定）的相对运动进行搅拌。三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司配置的主轴承直径3061mm，最大使用推力荷载1250t，试验推力荷载3125t，破坏推力荷载5000t，安全系数4。有效使用寿命10000h。9组液压马达驱动，额定扭矩6650kNm，脱困扭矩8100kNm，可以满足在对扭矩要求较高的地层中掘进；最高转速3.35r/min，可以满足在风化岩中较快转速

27、的掘进要求。配置大扭矩主驱动的目的是解决在砂卵石层建压与刀盘扭矩不足的矛盾。三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司（3）螺旋机：防喷设计：螺旋轴设计有3道闸门，分别是土仓入口处1道闸门和螺旋机尾部的2道闸门。当盾构通过富水区间时可通过调节不同闸门开度来降低不利影响。三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司、中铁装备盾构机螺旋机熊-天区间螺旋机前端耐磨合金块掉落三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司海瑞克盾构机螺旋机叶片全部改为Vaudit 板在叶片1至3, Hardox 耐磨板在其余的叶片，整个筒体采用hardox耐磨

28、板保护；三、西南公司盾构项目盾构机配置情况 中铁三局集团有限公司西南公司（4）碴土改良系统泡沫系统P1P2P3P4B1B2采用4路布置，与膨润土可同时注入刀盘前部，也可与膨润土管路共用。每路泡沫采用单管单泵设计，当由于刀盘喷口阻力不同时，每路泡沫仍能够等量喷出，以避免在掘进时结泥饼问题。四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司1、软土地层主要是苏州、杭州、天津、郑州等地铁（1）控制盾构机掘进资态；（十字作业法）“两头、两跟、间隙、线型、趋势”；（2）控制端头加固的质量；富水地层采用辅助工法，钢套筒接收。四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司（3）控制好三个易漏水的部位

29、的管理；(4） 做好“土仓”管理和渣土改良工作（重点）；四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司2、泥岩地层 成都膨胀性粘土、泥岩的掘进点“成型管片上浮”。管片破损点位集中在10点、12点及2点（管片破损照片见下图）。 四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司（1）原因： 1）地质（主要发生在硬岩、自稳性较好的地层）；盾构通过后管片外径与开挖面有间隙。2）同步注浆配合比不好，初凝时间长；同步注浆工艺不正确（注浆压力过大）；盾尾后浆液没有凝固，且压力高，管片的浮力大。根据管片姿态测量，盾尾后1-5环的上浮量最大7cm以上，5环后基本稳定。四、各种地层的掘进特点 中铁三局集

30、团有限公司西南公司计算盾尾后部4环管片在水中受到的浮力:169.65t(排水重量)-83.8t(4环管环重量)85.85t(在未接长轨道时，不计后配套拖车重量)，若在密度1.7的同步浆液中的浮力则为204.6t。四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司3）刀盘开挖直径较大；熊天区间正线始发时，39号滚刀采用18寸，开挖直径为6292mm，比前盾6250 mm大21mm。成都泥岩及膨胀性粘土是软岩，刀盘过重，拼装管片时，刀盘下沉。所以，发现每拼完一环管片时，盾构机的前点下沉6-8mm。四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司4）管片选型不好，盾尾间隙过小；四、各种地层的掘

31、进特点 中铁三局集团有限公司西南公司5）盾构姿态不好，纠编时上下油压差过大；推进油缸规格200/170，单油缸在100bar油压差的推力差=0.10.13.14103=31.4t。上下分区各7根推进油缸的总推力差220 t。力矩：2206=1320 t.m以上的力和力矩使下部铰接油缸伸长，从而盾构机成为V字形。盾构机翘尾的原因之一。四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司管片选型不正确，使管片法面与推进油缸面的夹角过大。四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司6）其他原因：螺栓的弧度、螺栓的预紧力、单油缸复位；盾尾清理；管片外弧面不规范（2）结果：管片上部10-2点位，

32、下部5-8点错台。管片螺栓孔处破损；四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司（3）管片错台、破损后处理措施1）更换39号滚刀为17寸刀具，减少刀盘开挖直径。2）在10-2点位使用彷形刀，减少上下推进油缸油压差。3）以盾尾间隙为第一要素，进行管片选型。4）同步浆液调整配合比，调整初凝时间在4-6小时内，在盾尾后第3环-4环采用二次注液控制浆液的浮力。5）盾构纠偏采用“勤纠、缓纠”的方式进行盾构机纠偏。四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司地层推力（t）扭距(kn.m)刀盘转速(rpm)土仓压力（bar）掘进速度mm/min泥岩11001300200030001.31.5

33、1.0-1.255-75粘土13001500300040001.21.40.81.03555复合地层11001300200035001.21.40.70.95070（4）掘进参数在泥岩和粘土地层中，采用全盘滚刀；。粘土地层较泥岩地层推力大，扭矩大，速度小。具体参数对比如下:地层发泡率（）扭距(kn.m)刀盘加水 m/h膨润土加水m/h掘进速度mm/min泥岩2.532000300081010124565粘土1.02.5250035000683045复合地层2.03200035003581040602）渣土改良渣土改良主要是泡沫和水，降低刀盘、螺旋输送机的油压及盾构推力，减小刀盘扭矩，减轻地层对

34、设备的磨损，提高掘进速度和使用寿命。由于粘土的密实性好，添加剂不容易渗透到土层里，添加剂比泥岩地层少。具体参数如下：四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司项目水泥（kg）粉煤灰（kg）膨润土（kg）砂（kg）水（kg）外加剂配比120028060750450按需要根据试验加入配比2180350150750500按需要根据试验加入3）同步注浆本区间同住注浆采用单液浆，注浆材料由水泥、粉煤灰、膨润土、砂和水。由于在粘土地层中，管片上浮、错台严重，对浆液的质量要求高，浆液配比做过多次调整，主要有在泥岩和粘土地层中的配比有所不一样，具体如下：在泥岩地层中，管片上浮小，错台小，同步注浆采用

35、配比2；出现严重上浮和管片错台破损后浆液配比调整为配比1，配比1的初凝时间更短，初凝时间23小时。根据综合条件考虑，最终使用的第二种浆液配比。入段线注浆量能达到3.3m3/环以上，注浆压力控制在2.5Bar以内；出段线注浆量能达到4.2m/环以上，注浆压力控制在2.0Bar以内。盾构接收前200环，注浆压力控制在1.5Bar以内。4）二次注浆在正常掘进过程中，由于同步注浆的收敛，壁后存在一定间隙，且管片有上浮现象，再根据地表监测数据，我部在脱出盾尾后3-5环在管片顶部打孔进行二次注浆，注浆采用水泥+水玻璃双液浆。补浆量控制在0.5m左右，注浆时应以注浆压力控制为准注浆压力控制在0.30.4Mp

36、a。当注浆压力超过控制值时应停止注浆。浆液配比：水泥采用P.O 42.5，水泥浆水灰比：0.8，水玻璃浓度40Be,配置时水泥浆与水玻璃体积比为2:1，注浆前调节各参数，使浆液凝结时间保持在30秒。成都地铁3号线始于红牌楼南站，终点天回镇南站。本标段为成都地铁3号线一期工程土建6标段，包括三个盾构区间：熊猫大道站天回镇南站盾构区间、3号线出入段线盾构区间及1、3号线联络线盾构区间，共5个单线区间，全长6.5KM。区间隧道示意图1、3号线联络线3号线出段线熊天区间正线3号线入段线天回镇南站熊猫大道站出入段线接收井1号线明挖井3号线驷马桥北站四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司3、

37、穿越多段300m小曲线施工风险控制及处理措施四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司天子家私生产厂房 图1-1 入段线区间300m半径转弯线路平面图 图1-2 入段线区间300m半径转弯线路剖面图低矮民房建筑群四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司盾构区间曲线情况统计盾构区间 线路总长（m） 曲线半径 曲线长度（m） 占总长百分比 熊天区间 左线 1745.384 R=470m 241.479 13.80% 24.40% R=450m 185.286 10.60% 右线 1750.156 R=450m 236.145 13.50% 13.50% 出、入段线 出段线 1

38、317.744 R=460m 197.83 15% 57.50% R=350m 560.006 42.50% 入段线 879.921 R=300m 439.882 50% 50% 13号线联络线 956.43 R=300m 119.15 12.50% 84.90% R=300m 232.237 24.30% R=300m 460.031 48.10% 入段线从熊猫大道站站后引出， 入段线长879.921m（约734环）。出段线从天回镇南站站前引出，出段线长1317.744m。隧道埋深在3.7m13.3m之间，线路最小半径为300m，最大坡度36。 1、3号线联络线盾构区间长956.43m（约7

39、98环）。隧道埋深在4.2m16.9m之间。最小半径为300m。最大坡度34.9。四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司 盾构机本身为直线形刚体，不能与曲线完全拟合。曲线半径越小则纠偏量越大，纠偏灵敏度越低，轴线就比较难于控制。曲线上盾构机掘进过程中所穿越的孔洞将不再是理论上的圆形（实际为椭圆形），需要配套使用超挖刀装置进行超挖。1） 隧道轴线控制难度大，纠偏困难（1） 难点分析 隧道管片衬砌轴线因推进水平分力而向圆曲线外侧（背向圆心一侧）偏移，在小半径曲线隧道中盾构机每掘进一环，由于管片端面与该处轴线产生夹角，在千斤顶的推力作用下产生一个水平分力，使管片脱出盾尾后，受到侧向分力

40、的影响而向曲线外侧偏移。 2） 水平分力作用下，管片易浮动转弯处管片受盾构机推力分解示意图 由于小曲率半径内侧管片对盾尾的限制作用，在纠偏时盾尾平面变化将很小，但这样也同时造成了管片外弧面的碎裂，有图中箭头为管片对盾构产生的反力作用线。 当盾构由直线段进入曲线段时，由于管片选型将外侧行程补的急，往往会出现管片超前于盾构机转弯，隧道内侧的盾尾间隙就相对较小，导致盾尾跟管片间产生挤压，使管片产生变形、碎裂。小曲率半径内侧小曲率半径外侧3）盾尾间隙难控制四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司转弯处管片因斜向受力破损示意图 3） 对地层

41、扰动大，容易产生较大的地面沉降。由于纠偏时的超挖，对土体扰动增大而发生较大沉降。 4） 管片之间易发生错台，管片易产生开裂和破损。管片存在一个水平方向的受力，会导致管片之间发生相对位移，形成错台。由于管片的特殊受力状态，管片与管片之间存在着斜向应力，使得相当多的管片因此破裂。四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司5） 渗漏水现场严重管片错台导致止水胶条衔接不紧密；拼装效果不好和止水胶条的破坏；管环外侧的混凝土开裂（转弯段因盾尾间隙减小过多，使得管片被盾尾钢环刮坏），裂缝绕过止水胶条。 管片开裂导致漏水示意图 四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司（2）解决方案及控制

42、措施向曲线内侧预偏2030mm盾构机曲线设计中线小半径曲线段盾构推进轴线预偏示意图 1）盾构的曲线推进实际上是处于曲线的切线上，推进的关键是确保对盾构的头部的控制，由于曲线推进盾构环环都在纠偏，须做到勤测勤纠，而每次的纠偏量应尽量小，确保楔形块的环面始终处于曲率半径的径向竖直面内。盾构推进的纠偏量控制在24mm/1.2m； 2）为了确保隧道轴线最终偏差控制在规范允许的范围内，盾构掘进时给隧道预留一定的偏移量。 如图所示，施工中通过对小半径段隧道偏移监测，适当调整预偏量。3）控制左右油压差 掘进此段时，由于姿态变化频繁，在纠偏过程中，左右油压差较大，油压差过大造成管片在水平方向上的分力较大，管片

43、之间容易发生相对位移，造成管片错台。 在小曲率半径轴线推进过程中，调整左右油压的差值是完成左右纠偏量的主要方法，而在同一曲线段推进时，管片的超前量调整正好起到一个调整盾构推进方向的作用，如盾构姿态良好，保持原有的千斤顶差值即能使盾构保持良好姿态。L 中铁三局集团有限公司西南公司四、各种地层的掘进特点四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司4）做好管片选型：小半径曲线转弯的管片选型主要依据是线路轴线，以入段线区间的300m半径曲线段为例，可计算出转弯时的管片排版如下： 标准环、转弯环关系图 管片选型控制示意图 通过计算在300m的圆曲线上，每隔1.899m要用一环转弯环。入段线采用的

44、管片长度为1.2m， 5）盾尾间隙标准值为65mm，在圆曲线段掘进时盾尾间隙变化较大，一般将盾尾间隙保持在6510mm范围内（由于急转弯原因，可将范围适当放宽），一旦超过规定范围值即需要使用弯环进行调整。 小曲率半径段，盾构与管片间的间隙控制不仅会影响到管片的拼装质量，也会影响盾构轴线的控制，若各区域间隙分布均匀（如图1所示），将便于盾构进行纠偏，但在纠偏时千斤顶长度差值不可过大，防止盾构尾与管片产生挤压、摩擦作用，引起管片碎裂（如图2所示）。（管片选型不对）盾构外壳隧道管片图 1图2四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司测量项

45、目测量误差测量项目测量误差平面、高程偏离值（mm）5纵向坡度（）1里程偏离值（mm）5切口里程（mm）10横向旋转角（）36）通过调整仿形刀的设置，保证小曲线段盾构机掘进姿态拟合设计线路； 7）掌握好左右两侧油缸的推力差，减小管片与盾尾的夹角及摩擦力，尽量地减小整体推力，实现慢速稳转的控制态势；8）加密加勤人工移站测量及管片姿态复核，避免由此产生的轴线误差。盾构机掘进时姿态测量应包括其与线路中线的平面偏离、高程偏离、纵向坡度、横向旋转和切口里程的测量，各项测量误差满足下表3-1要求： 表3-1 测量误差表（单位：mm） 9）隧道每掘进完成2环，在管片偏移的方向进行二次注浆，从而抵抗管片的水平偏

46、移和上浮情况。 四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司10）隧道内设纵向加强肋在管片脱出盾尾2-4环9点位管片螺栓孔处设置加强肋以增强隧道环、纵向刚度，控制其环向位移。加强肋采用双拼22a槽钢用钢板焊接成型，用螺栓将其与管片的吊装孔进行连接，每榀连接3环管片，从而将脱出盾尾但壁后注浆未凝固处管片进行固定，形成一组刚性体系，以加强隧道横、纵向刚度。 图3-4 入段线曲线段加强肋构造图 11）加强螺栓复紧每环推进结束后，须拧紧当前环管片的连接螺栓，并在下环推进时进行复紧，克服作用于管片推力产生的垂直分力，减少成环隧道浮动。每掘进完成1环，对上2环以内的管片连接螺栓复拧一次。采取以上措

47、施后成型管片隧道较好，基本无错台、破损、漏水。管片姿态较好，无侵限。四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司4、1-3号线联络线始发穿越兴达民房风险控制（1）工程概况1、3号线联络线盾构区间长956.43m。（隧道埋深在4.5m18.6m之间。本区间下穿7排兴达民房，沙河，侧穿赤虎桥、再下穿香澜半岛，随后再下穿凤凰渠和电力隧道，最后进入驷马桥北站盾构井与正线相接。盾构盾构区间主要穿越稍密卵石、密实卵石、中密卵石等地层，局部有1米厚中沙和粉质粘土层。最小半径为300m。最大坡度34.9。盾构机以34.9的大下坡坡度、半径为300m的缓和曲线始发。 隧道拱顶埋深4.5m，始发后第6环到

48、第68环穿越兴达公司自建民房群，并侧穿欣河菀小区第7幢房屋。 盾构隧道始发段平面关系图盾构始发与下穿兴达民房纵断面地质关系图四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司1、3号联络线盾构穿越兴达低矮民房地面注浆加固布置图四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司（2）始发条件准备措施1）前期调查2）洞门端头大管棚加固措施3）房屋加固措施由于1、3号线联络线地层含水量丰富，地质主要为砂卵石地层，在盾构始发中，掌子面不稳定，洞门处容易引起喷涌，水土流失，我部在盾构始发前，对始发端头采取降水措施，阻止始发中，由于水流动带动砂层流失。在始发前，对端头降水情况进行检测，是否满足始发要求

49、。 降水施工端头降水井布置图水位观测记录表四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司 为保证盾构施工的安全性，在延长大管棚及增加管棚数量加固的基础上，再次增加延长钢环的措施，确保盾构施工能提前封堵洞门，以保证掌子面的稳定性。延长钢环延长钢环预留钢管 磨柱玻璃纤维筋（3）渣土改良重点控制措施成都富水砂卵石地层中盾构掘进所采取的渣土改良方法，主要包括渣土改良中改良剂的选择、配比及参量的确定，最终使改良出来的渣土具有良好的流塑性、止水性，并且使地面沉降得到有效的控制。 1）富水砂卵地层中的特性：卵石含量高：卵石土地层中卵石含量70%以上，为该地层的骨架成分。砂含量高：砂卵石中砂含量高，含量

50、约1030%，呈透镜体分布。颗粒间胶结物：胶结物广泛分布于砂卵石中。漂石粒径大：区间探井揭示漂石最大粒径为250mm。地下水位：大部分区内地下水位埋深约810m;受自来水厂长期取水的影响，。地层透水性：卵石土地层渗透系数高达25m/d，透水性强。卵石和漂石强度高：卵石和漂石单轴抗压强度达55165MPa以上。 砂卵地层中掘进对地层扰动原理四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司2）改良剂的确定及配比、掺量 我们对膨润土的改良效果在现场做了实验，水土分离的现象得到有效控制，如下：四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司为了让渣土改良取得更好的效果，我们对膨润土溶液的按不同

51、的配比分别进行了实验： 膨润土静浆拌至效果 膨润土静浆与卵石拌至效果通过实验结果可以看出，组的溶液浓度较稀，组和组溶液的浓度又较大，组的溶液效果最好，于是决定采用组溶液的配比。四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司最后得出渣土改良的配比及参量如下： 使用膨润土溶液+泡沫溶液 膨润土溶液： 水：膨润土=100kg：52kg，即1m水加520kg膨润土； 泡沫溶液： 使用CF=3%的泡沫，泡沫膨胀倍率FER=10；以上两种溶液，膨润土溶液的注入率为15%，泡沫溶液的注入率为15%，合计注入率为30%。 按照上述泡沫及膨润土溶液的配比及注入率，下表给出了1050mm/min速度值下对应

52、的膨润土及泡沫流量： 四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司由于膨润土需要一定的发酵时间，因此我们在中板上修建了3个膨润土池，如图， 膨润土池的总容量大约为50m，同时在掘进过程中用于渣土改良的膨润土溶液的量约为5m/环。 膨润土池情况 泡沫试喷效果 通过上述改良措施，能够使渣土达到很好的流塑性、止水性。四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司（4）掘进中技术措施总结1、3号线联络线盾构区间始发及穿越兴达民房群掘进参数统计如下：1）掘进速度为2060mm/min，每环掘进时间控制在35 min以内；2）推力：12001500T；3）土仓压力：0.60.9bar； 4）

53、注浆压力：1.32.4bar；5）注浆量：47m3；6）刀盘转速：1.11.5 rpm；7）刀盘扭矩：23004500KN.m；8）泡沫注入正常原液比例 3；9）螺旋机转速：410 rpm，每环出土量：4244.5m3。推力10001500T 刀盘扭矩25003700KN.m四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司掘进速度2060mm/min（4）土仓压力根据盾构机埋深及地质条件计算土压力，保持土压力平衡，时刻监控上部土压力，通过掘进速度与螺机出渣速度平衡，保证盾构机上部土体的稳定性。通过地面监测情况，合理调整上部土压，保证掌子面的稳定与地面的安全。 洞门封堵后：上部土压0.300

54、.43bar（注：始发中，洞门未封堵前，以欠压控制掘进） 。四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司（5）注浆压力图 洞门封堵后：注浆压力0.20.8bar四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司（6）参数总体分析图 总结：通过合理的稳定的盾构掘进参数，确保了盾构施工的稳定性及安全性，目前，1、3号线联络线已顺利始发及安全穿越兴达民房，地表沉降没有一次沉降报警，地面处于安全稳定状态，隧道内管片成型质量良好。 四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司现场量测出渣量四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司（5）出渣量双控措施 为了在砂卵石地层有效控制

55、地表及房屋沉降，我部对出渣量实现最严格的“重量”和“体积”双控制度，1）体积控制出渣量体积控制主要以现场量测渣土车每环出土体积与理论每环出渣体积作对比，计算掘进是否超挖。2）重量控制出渣量重量控制措施为用龙门吊在倒土前后对斗车进行称重，记录并计算当环实际出土重量，再通过计算当环理论重量相比较，得出当环是否多出渣土。 四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司（6）掘进中出渣异常情况及处理措施在1、3#联络线掘进完57环、63环、64环后，出渣量体积体积达到三斗多，比平时出渣多出半斗，出渣重量57环100.1t，63环105.6t，64环107.2t，重量与体积均表示，盾构掘进已经严重

56、超挖，地层土体已严重流失，盾构上方已造成空洞。固我部立即采取措施，对出渣量异常环数地面位置铺设钢板，并马上开始地面钻孔及探测空洞，采取注浆方式对空洞进行填充，对盾构拱顶上方土层进行加固。在盾构机再掘进4环后，增加同步注浆量，加强对管片后壁土体的加固。 出渣异常部位钻孔注浆四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司1、3号线联络线盾构区间拱顶主要地质为杂填土、粉质粘土、稍密卵石及部分中砂，地质情况较差，盾构掘进施工后，会对地层扰动较大，造成地层之间空隙，后期容易引起地面及房屋沉降等隐患，所以在1、3号线联络线盾构掘进施工中，对盾尾以后位置采取地面跟踪注浆方式，对拱顶以上部分地层进行加固

57、稳定。 地面跟踪注浆钻孔照片地面跟踪注浆现场照片四、各种地层的掘进特点 中铁三局集团有限公司西南公司五、施工过程中的风险及处理措施 中铁三局集团有限公司西南公司案例一：盾构掘进中喷涌（深圳地铁）五、施工过程中的风险及处理措施 中铁三局集团有限公司西南公司分析地下水的来源：（前面：岩层裂隙水，后面：管片背部水）碴土改良，泡沫比例调整，注入膨润土。开仓检查刀具情况。调整螺机转速。管片背部5环一道止水环。铰接油缸规格（缸径/杆径-行160/80-150）共计14根,单根铰接油缸在100r时的拉力: (0.082-0.042) 3.14103=15t。铰接油缸总拉力:15 14=210t五、施工过程中

58、的风险及处理措施 中铁三局集团有限公司西南公司案例二：盾构区间洞门安装问题 洞门钢环安装位置偏差 洞门环板预埋质量问题五、施工过程中的风险及处理措施 中铁三局集团有限公司西南公司案例三：地铁1号线南延线某区间盾构机高程最大偏差达2.353米直接原因：（1）项目部测量人员未认真核对测量文件，因操作导入错误的右线计划数据，在盾构导向系统中生成了错误的推进计划线，造成该区间右线盾构隧道严重超限的质量事故。（2）测量管理工作职责不清、责任不明，未建立现场原始计划线导入和导入后的复核制度，致使现场录入了错误的数据。次要原因：（1）施工单位的项目管理不到位，未严格执行人工复测，对盾构自动导向系统相关知识培

59、训不到位。（2）监理单位工程监管意识不到位，测量复核工作缺失，且未按要求及时进行断面核查与复测，对施工单位的盾构姿态控制以及测量工作疏于管理。经第三方测量单位实测该区间已完成管片姿态，其中第16-56环竖向偏差严重超限，其中第56环管片实测高程最大偏差2.01米。五、施工过程中的风险及处理措施 中铁三局集团有限公司西南公司案例四：地铁3号线某区间小曲线脱困导致盾构机姿态偏差-79mm2014年4月24日3号盾构机拼装完成900环后，停机等待高升桥站提供到达条件。2014年5月12日恢复掘进，在试推过程中发现盾构机推力达到3200t,铰接压力达到350bar，左右铰接油缸行程均被拉伸至最大值150mm，且无法回缩。为了确保盾构机顺利脱困，盾尾和中前盾用钢板连接，以防止推力过大导致铰接油缸损坏。在推进901环至905环过程中，发现盾构姿态无法控制，盾构水平姿态变化至-79mm。原因分析