砂土地层盾构隧道施工对地层扰动的室内掘进试验研究_江英超

第32卷第12期岩石力学与工程学报V ol.32 No.12 2013年12月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec.，2013

砂土地层盾构隧道施工对地层扰动的

室内掘进试验研究

江英超1，2，何川1，2，胡雄玉1，2，方勇1，2

(1. 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川成都 610031；2. 西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031)

摘要：土压平衡式盾构机在穿越流塑性差、渗透系数大的砂土地层时容易对隧道周围土体产生扰动，导致地表沉

降不易控制和作用在衬砌结构上的土压力发生改变。针对地铁盾构隧道穿越砂土地层引起的地层扰动，采用一种

能完全反映盾构隧道动态施工全过程的分析方法尤为重要。以城市地铁盾构区间隧道施工采用的土压平衡式盾构

机为原型，研制φ800 mm土压平衡式模型盾构机，该机主要包括推进机构、掘削机构和出土机构，能实现盾构

始发、刀盘切削、螺旋出土、管片拼装等主要功能，以此开展砂土地层中盾构施工的室内掘进试验。试验过程中

对盾构掘进引起的地层沉降及衬砌结构上的土压力进行量测，分析地层沉降形态和衬砌结构上土压力的分布形态，

同时将试验结果同理论计算、数值分析及现场资料进行对比。研究结果表明，土体性状和盾尾注浆对地层沉降具

有重要影响，地层损失是地层发生沉降的主要原因。未注浆情况下盾尾脱环引起的地表沉降值占总沉降值的60%

以上，且由于未注浆而增大的地表沉降所占比例为20%～30%，沉降时程曲线具有阶段性和时效性。地表沉降槽

宽度系数i与现场测试数据具有一致性。衬砌结构上的土压力分布类似于上下端为长半轴、左右端为短半轴的椭

圆形，数值上试验实测值较理论计算值要小。

关键词：隧道工程；盾构隧道；砂土地层；室内试验；土体扰动；土压力

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2013)12–2550–10

LABORATORY TEST STUDY OF SOIL DISTURBANCE CAUSED BY

SHIELD TUNNELLING IN SANDY STRATA

JIANG Yingchao1，2，HE Chuan1，2，HU Xiongyu1，2，FANG Yong1，2

(1. Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering，Ministry of Education，Southwest Jiaotong University，Chengdu，Sichuan

610031，China；2. School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu，Sichuan 610031，China)

Abstract：Sandy stratum with poor plasticity and large permeability can easily be disturbed when the earth- pressure-balance(EPB) shield machine passes through；the induced ground surface settlement is difficult to control；and the earth pressure acting on the segment lining structures changes. It is particularly important to employ an analysis method，which could represent the whole dynamic process of shield tunnelling，to study the soil disturbance caused by shield tunnelling in sandy stratum. The φ800 mm EPB shield model machine was developed and manufactured on the basis of the EPB shield machine used in the city metro tunnel projects. The EPB model shield machine consists mainly of a jacking system，a cutting system and a slag discharge system. It can achieve some main function such as shield machine originating，cutter head cutting，muck discharging，segment assembling，etc. Ground settlements caused by shield tunnelling and earth pressure acting on the lining structure were monitored in the laboratory test to find out the settlement features and earth pressure distribution

收稿日期：2013–01–18；修回日期：2013–03–30

基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)项目(2010CB732105)；“十二五”国家科技支撑计划(2012BAG05B03)；国家自然科学基金高铁联合基金项目(U1134208)

作者简介：江英超(1986–)，男，2009年毕业于西南交通大学土木工程专业，现为博士研究生，主要从事盾构隧道技术方面的研究工作。E-mail：yingchaojiang@https://www.wendangku.net/doc/bf17755910.html,；通讯作者：何川(1964–)，男，博士，现任长江学者特聘教授、博士生导师。E-mail：chuanhe21@https://www.wendangku.net/doc/bf17755910.html,

第32卷第12期江英超等：砂土地层盾构隧道施工对地层扰动的室内掘进试验研究 ? 2551 ?

rule；and then the results were compared with the theoretical and numerical results and field test. Results show that，soil characteristics and shield tail grouting have significant influence on the ground settlement；and the ground loss is still the main reason of ground settlement. The surface settlement values caused by the tail void are more than 60% of the final settlement values without grouting；and a 20% to 30% proportion due to that without grouting. The settlement time-history curves show periodic and timeliness. The width parameter of surface settlement trough is consistent with the field test values. The distribution of the earth pressure acting on the lining structure is like an oval，which upper and lower side is the semimajor，left and right side is semiminor. The tested earth pressures are smaller than the theoretical values.

Key words：tunnelling engineering；shield tunnelling；sandy stratum；laboratory test；soil disturbance；earth pressure

1 引言

城市环境中盾构法已成为地铁隧道施工的主流方法，盾构掘进过程中引起的地层扰动以及对衬砌结构的影响一直是工程人员的研究重点，同时也取得了一系列成果。R. B. Peck[1]在当时大量隧道开挖引起的地表沉降实测资料的基础上，系统地提出了地层损失的概念和估算隧道开挖引起地表下沉的实用方法。张庆贺等[2-4]从现场静力触探出发，分析了软土地层中盾构掘进对地层应力应变状态、孔隙水压力的影响。M. Y. Abu-Farsakh等[5-7]采用数值方法对软黏土地层中盾构隧道施工过程进行了模拟，重点分析了开挖面土压力、注浆压力、地层特性、隧道埋深等参数对地表变形及衬砌结构的影响。J. H. Atkinson等[8]在砂土中进行了浅埋隧道的离心模型试验，得到了隧道破坏时的应力差和z/d的关系。T. Shimada[9]采用比例尺为1∶200的模型开展隧道开挖引起地表沉降的模型试验，研究了隧道不同埋深、以及砂粒不同充填状态下地表沉降的规律。G. Gioda和L. Locatelli[10]对砂性土地层中隧道施工监测数据进行反演分析，确定了砂性土地层中地表沉降的主要力学机制。徐前卫等[11]针对上海粉砂地层开展了模型盾构掘削试验，研究了盾构机在不同工作参数下的适应性。

不同于软黏土地层，砂土地层一般具有含水量大、流塑性差、渗透系数大等特点，盾构施工时可能因为地层摩擦阻力大导致刀盘及千斤顶推力不稳定，对盾构前方土体扰动较大，引起地面沉降不易控制，再加上砂土具有较好的渗透性，很容易导致施工过程中发生流砂甚至液化，上海地铁明珠线、广州地铁2号线、南京地铁1号线部分区间隧道均遇到此类问题。盾构隧道施工是一个动态的复杂过程，常规研究方法通常针对单一影响因素进行分析，忽略了盾构施工影响参数之间的相关性，或者重点分析盾构掘进某一时刻，而忽略了盾构掘进动态过程的重要影响。因此，采用一种能真实反映盾构施工全过程的研究方法显得尤为重要。基于此，本文采用自行研制的盾构试验系统，针对砂土地层中盾构施工引起的地层扰动开展室内掘进试验，重点分析盾构掘进对地层变形以及作用在衬砌结构上土压力的影响；同时，分别采用数值分析和理论计算对试验成果进行对比分析，以期获得砂土盾构施工引起的地层扰动及结构受力的计算参数。

2 盾构掘进试验系统

该盾构掘进试验系统主要由以下3个部分组成：φ800 mm土压平衡式模型盾构机、盾构掘进控制台和试验土槽。

2.1 φ800 mm土压平衡式模型盾构机

φ800 mm土压平衡式模型盾构机以成都地铁区间盾构隧道施工中采用的土压平衡式盾构机为原型，根据7.5∶1的几何相似比制作而成，除同步注浆和管片自动拼装外，可实现盾构掘进的主要功能。模型盾构机采用纯钢制造，以减小外荷载作用下机器本身发生较大变形。同时，机器长度要根据盾构机内相关设备放置和盾尾管片拼装空间确定，最终模型盾构机的基本尺寸为：盾构机外径D = 800 mm，盾壳厚度为10 mm，总长度1 300 mm(不包括螺旋出土器超出盾尾的长度)。模型盾构机设计图及实物图如图1所示。

(a) 设计图

? 2552 ? 岩石力学与工程学报 2013年

(b) 实物图

图1 φ800 mm土压平衡式模型盾构机

Fig.1 φ800 mm EPB model shield machine

模型盾构机主要由3个部分组成，包括推进机构、掘削机构和出土机构。推进机构通过设置在盾构机外壳内侧环形均匀布置的4个推进千斤顶为盾构掘进提供动力。每个千斤顶行程为300 mm，总共能提供500 kN的最大顶推力。掘削机构主要由刀盘及刀盘驱动组成，刀盘用于切削开挖面土体和支撑开挖面，刀盘驱动采用液压驱动，为刀盘旋转提供必要的扭矩。同时，为了避免刀盘长时间单一方向旋转引起盾构机整体偏移，刀盘可实现正、反向旋转，提供最大扭矩为14 kN?m，且刀盘转速可调范围为0～6 r/min。出土机构包括螺旋出土器及其驱动两部分，采用液压驱动方式，提供最大扭矩2 kN?m。螺旋出土器可实现正、反向旋转，可调转速为0～23 r/min。为实现盾构在不同地层条件下掘进施工，模型盾构机配备了3套不同形式的刀盘和螺旋出土器。本次试验中，结合试验砂性地层，模型盾构机选择配置开口率为60%的面板型刀盘和直径为100 mm的轴式出土器开展室内掘进试验。

2.2 掘进控制台

掘进控制台主要实现对盾构机掘进、刀盘切削及螺旋出土器出土等控制，主要通过控制千斤顶顶推速度、油缸压力、刀盘转速、刀盘扭矩、螺旋出土器转速等参数来调整盾构掘进姿态。控制台采用数字化显示，方便盾构掘进参数的采集与及时反馈。模型盾构机控制台如图2所示。

图2 模型盾构机控制台

Fig.2 Console of the EPB model shield machine 2.3 试验土槽

试验土槽为盾构掘进提供空间，其基本尺寸为：横向×纵向×高度 = 4.4 m×4.4 m×3.0 m。试验土槽左、右边界及后方边界采用槽钢+木板进行约束，

槽钢为边界的受力骨架。土槽正面(盾构机始发面)

采用槽钢+玻璃钢进行约束，同时在洞门两边还设

了4道三角斜撑，一方面为盾构掘进提供反力，另

一方面控制土槽正面变形过大。

3 试验材料

3.1 试验土体

试验中土体为典型的砂性土，形成于自然河流

冲刷堆积，其物理力学参数如表1所示。掘进试验

中考虑盾构在砂性土地层中掘进，考虑到原始地层

长期的固结沉降，试验地层采用分层堆积夯实而成，

尽量与原始砂土地层条件保持一致。

表1 砂性土体物理力学参数

Table 1 Physico-mechanical parameters of sandy stratum

弹性模量

E/MPa

容重γ/

(kN?m－3)

内摩擦角

?/(°)

黏聚力c/kPa含水率/%

22 18 39 14.1 20 3.2 管片衬砌结构

管片衬砌主要承受上部地层的全部荷载，同时

承受盾构施工过程中千斤顶顶推力及壁厚注浆压力，因此必须保证足够的强度。同时，受模型盾构

机尺寸限制，管片需要人工拼装，因此还需提供足

够的空间供试验人员进出作业。

因此，从管片衬砌结构强度及人工拼装的可操

作性出发，管片衬砌结构采用铝合金制造，由4块

相同的管片组成，每个管片设置了4条纵向加劲肋。

管片衬砌结构外径为770 mm，厚度为86 mm，幅

宽为150 mm。为方便拼装，管片考虑了一定的楔

形量。每块管片有6个纵向连接螺栓和4个环向连

接螺栓，螺旋等级为M16。管片衬砌结构设计及实

物如图3所示。

图3 管片衬砌结构设计及实物图

Fig.3 Design of segment lining structure and its physical map

纵向加劲肋

环向螺栓孔

第32卷第12期江英超等：砂土地层盾构隧道施工对地层扰动的室内掘进试验研究 ? 2553 ? 4 试验内容

砂土地层中盾构掘进极易引起地层扰动，导致

地层变形，同时引起作用在衬砌结构上的土压力发

生变化，导致管片应力发生变化。因此，掘进试验

过程中主要记录盾构掘进前后地表及地中沉降、作

用在衬砌结构上的土压力以及盾构掘进关键参数。

盾构掘进过程中部分掘进参数如表2所示。

表2 盾构掘进过程中部分掘进参数

Table 2 Partial construction parameters during shield tunnelling

推进系统掘削系统螺旋出土器

推进速度/ (mm?min－1) 顶推力/kN

刀盘扭矩/

MPa

刀盘转速/

(r?min－1)

扭矩/MPa

转速/

(r?min－1

)

2.02～2.85 31.1～34.6 6.5～9.0 1.46～1.73 0.45～0.512～15

4.1 地层变形

地层变形主要包括盾构掘进引起的地表沉降和地

中沉降两部分。其中，地中沉降需采用双层铜杆将其

传至地表进行量测。地表、地中沉降均采用差动位移

测试仪量测，该测试仪包括两部分：位移传感器(精

度：

0.001 mm)和采集数据的数显仪

(型号：SP–10B)。

(1) 地表沉降

试验中共设置4个地表沉降断面，每个测试断

面共有8个位移测点，以隧道中心轴线为中心，左

右两侧按非对称布置。同时，沿隧道中心沿线布设

了一系列测点。各沉降测点布置及测试断面信息如

图4所示。

图4 地表沉降测点布置示意图(

单位：cm)

Fig.4

Sketch of arrangement of surface settlement monitoring

points(unit：cm)

(2) 地中位移

地中位移选择测试断面二，除测试断面二的地

表外，量测深度还包括埋深45 cm和埋深90 cm位

置处。地中位移测点的详细布置如图5所示。

图5 地中沉降测点布置示意图(单位：cm)

Fig.5 Sketch of arrangement of subsurface settlement

monitoring points(unit：cm)

4.2 作用在衬砌结构上的土压力

作用在衬砌上的土压力通过土压力计和应变箱

进行采集，根据标定曲线将应变值转化为相应的压

力值，其规格为 17 mm×7.5 mm，量程为50 kPa，

通过内嵌在管片衬砌上进行量测。每环设置测点8

个，沿衬砌结构均匀分布。土压力布设如图6所示。

(a)

(b)

图6 土压力计布置示意图

Fig.6 Sketch of arrangement of earth pressure cells

5 试验结果

以下分析中选择盾构始发断面和盾构隧道中心

轴线为横、纵坐标，其中，盾构机刀盘中心为掘进

土压力计

? 2554 ? 岩石力学与工程学报 2013年

原点，隧道中心线右侧为横坐标正方向，盾构机掘进方向为纵坐标正方向。

以测试断面二为分析对象，分别选取盾构刀盘位于y = 50，130，260和390 cm 四处地表、地中横断面沉降进行分析，分别对应盾构刀盘位于测试断面前方1D 、刀盘到达测试断面、盾尾通过测试断面和刀盘距测试断面2D ，研究其沉降形态、分布特征及与盾构机位置的关系。 5.1 地表横向沉降分析

刀盘位于不同位置处时测试断面二各测点地表沉降值如表3所示，地表沉降曲线如图7所示。

表3 各测点地表沉降值

Table 3 Surface settlement values of monitoring points mm

刀盘位置/cm

测点位置/cm

y = 50 cm

y = 130 cm

y = 260 cm

y = 390 cm

－150(141) －0.24 －0.70 －2.51 －3.14 －100(142) －0.57 －1.29 －5.26 －6.13 －50(143)

－2.09 －4.66 －15.11 －16.33 0(144) －3.03 －6.43 －18.93 －20.39 25(145) －2.79 －6.26 －17.98 －19.31 75(146) －2.08 －4.74 －13.29 －14.51 125(147)

－0.96

－2.17

－5.49

－6.57

175(148) －0.81 －1.76 －3.99 －4.69

注：括号中数值为监测断面二测点编号，具体布置见图4，方便下文使用。

图7 测试断面二地表沉降曲线

Fig.7 Surface settlement curves of monitoring section II

根据表3可知，随着盾构的不断向前掘进，断面二上各测点的沉降值都有不同程度的增大，原因在于盾构掘进至不同阶段时引起的地层损失不同。以盾构刀盘位于y = 130 cm 为例，此时刀盘刚好位于测试断面二下方，受盾构顶推力及盾壳与围岩的摩擦作用，施工引起的最大地表沉降值为6.43 mm (隧道中心线处)；当盾构刀盘到达y = 260 cm 时，此时测试断面二刚好位于盾尾脱环处，由于建筑空隙大且施工中未进行注浆，地表沉降值增大至18.93 mm ，增长幅度为194.4%；此后，受盾构掘进及地层扰动

影响，当盾构刀盘远离测试断面二2D 时，地表沉降值为20.39 mm 。

图7表明，地表沉降曲线形态近似为正态分布曲线，地表沉降值随着测点与隧道中心轴线距离的增大而逐渐减小，扰动影响范围在以隧道中心轴线为中心，左、右各1.5D 范围内。

为明确盾构掘进不同阶段引起的扰动程度，图8给出了监测断面二测点143，144和145在刀盘位于不同位置时地表沉降值占总沉降值比例。

图8 盾构掘进各阶段地表沉降比例

Fig.8 Surface settlement rates at different tunnelling stages

根据图8可知，对于不同位置的测点，盾构各

阶段引起的沉降比例具有一致性。同时，盾尾脱环引起的地表沉降所占比例最大，该阶段产生的地表沉降约占总沉降值的60%。究其原因在于：首先，试验中未考虑注浆作用，盾尾脱环后形成的建筑空隙直接由地层损失来填补，导致沉降过大；其次，

试验地层为人工形成，结构较原始地层松散，对盾构施工引起的扰动更敏感。因此，在盾构实际施工中应注重同步注浆，保证必要的注浆填充率。

在盾构隧道实际施工中，受盾构所穿越地层条

件、注浆浆液性质、注浆压力等因素影响，注浆作用对控制地表沉降难以量化。为了明确由于不注浆而增大的地表沉降所占总沉降值的比例，结合国内部分地铁施工工程实测数据进行对比分析，具体结果如表4所示。

表4 不同掘进阶段地表沉降占总沉降比值

Table 4 Surface settlement rates at different tunnelling stages

比值/%

区间盾构隧道名称 覆跨比H /D 地质条件 盾构通过盾尾脱环中风化层 17.0 34.4 广州地铁二号线 某区间[12] 1.5～2.0强风化、全风化层 24.0 41.0 1.7 粉质黏土、全风化 15.5 37.2 深圳地铁一号线西乡—

固戍区间[13] 2.6 砾砂、中粗砂等 16.4 33.0 成都地铁一号线桐梓林—火车南站区间[14]

1.8 富水砂卵石地层

17.8 31.8

－200－150－100

－50050100150

200

－－－－－地表沉降值/m m

测点位置/cm

－断面前1D 到达断面 盾尾通过 断面后2D

0各阶段沉降所占比例/%

阶段

第32卷 第12期 江英超等：砂土地层盾构隧道施工对地层扰动的室内掘进试验研究 ? 2555 ?

根据表4和图8相关数据可以看出，尽管各地铁盾构隧道工程所在地层条件、隧道埋深、所采用的注浆浆液性质、注浆压力以及注浆填充率等参数有所不同，但是，由于实际工程施工中均进行了盾尾同步注浆，盾构掘进各阶段地表沉降所占总沉降的比例是大致相同的。以盾尾脱环为例，这阶段产生的地表沉降值占总沉降值的30%～40%。室内掘进试验中，除盾尾脱环外，其他掘进阶段所产生的地表沉降值与现场实测值基本保持一致。对于盾尾脱环这一阶段来讲，由于没有进行同步注浆，此阶段所产生的地表沉降值占总沉降值的60%左右。因此，通过与现场实测资料的对比分析可以得到结论，即由于不注浆而增大的地表沉降所占比例为20%～30%。 5.2 中横向沉降分析

盾构掘进过程中，地层扰动不仅受到所在横断面内地层损失的影响，同时也受到其他断面内地层损失的影响，这与地层扰动在沿隧道纵向上的扩散有关。以盾构刀盘位于y = 130，260 cm 为例，表5给出了不同埋深下各测点的地中沉降值，其中，地中第一层测点沉降曲线如图9所示。

表5 刀盘位于不同位置时地中沉降值

Table 5 Subsurface settlement values when cutter at different

locations

盾构刀盘位于y = 130 cm 时，地中沉降值/mm

埋深z /cm

－100 cm －50 cm 0 25 cm 75 cm 125 cm

45 －0.88 －2.94 －5.03 －4.54 －3.09 －1.95

90 －1.33

－3.58

－5.86 －5.27 －4.08

无测点

盾构刀盘位于y = 260 cm 时，地中沉降值/mm

埋深z /cm

－100 cm －50 cm 0 25 cm 75 cm 125 cm

45 －4.74 －13.35 －22.63 －18.08 －11.1 －5.44

90

－5.94

－14.56 －23.89 －18.78 －13.77

无测点

图9 测试断面二地中沉降曲线(第一层)

Fig.9 Subsurface settlement curves of monitoring section

II(first layer)

根据表5和图9可以看出，地中沉降曲线形态及发展趋势与地表沉降曲线一致，沉降值均随着盾构的不断向前掘进而逐渐增大，尤其是盾尾脱环后，地中沉降值发生突变。同时，同一位置处不同埋深的测点沉降值与距离隧道中心的距离有关，距离越近，盾构施工扰动越大，沉降值越大。地中沉降值过大，导致沉降曲线形态与拟合曲线的相关系数越小，拟合效果越差。此外，沉降曲线形态与地层性质有关，由于试验地层与原始砂土地层有一定的区别，因此拟合曲线效果在一定程度上也会受到影响。 5.3 沉降时程曲线

盾构掘进过程中，监测断面二各测点经历了从盾构接近到盾构通过的全部过程。以监测断面二部分测点沉降值为例，图10，11分别给出了地表、地中不同测点的沉降时程曲线，其中，坐标轴负数为盾构负环编号，为盾构掘进提供反力；下同。

图10 地表沉降时程曲线

Fig.10 Surface settlement time-history curves

图11 地中沉降时程曲线

Fig.11 Subsurface settlement time-history curves

由图10，11可以看出，地表沉降、地中沉降各测点的时程曲线变化规律在时间上具有一致性。地

－100

－50

0 50100150

－－－－－－－地中沉降值/m m

测点位置/cm

－－－－－－5

地表沉降值/m m

管片安装环号 －地表沉降值/m m

管片安装环号

－－－－－－－－

? 2556 ? 岩石力学与工程学报 2013年

表沉降与地中沉降一样，存在明显的阶段性，大致以刀盘到达监测断面二(负1环处)、盾尾通过监测断面二(正8环处)和刀盘远离监测断面二2.5D 左右(正21环)为分界点。时程曲线表明，盾尾脱环后地表、地中沉降值较其他阶段要大很多，这与试验地层及未进行同步注浆有关。地表沉降具有明显的时效性，即一旦地层损失产生，很快便会发展延伸至地表，引起地表沉降。盾构隧道贯通后，受地层固结等因素影响，地表、地中沉降随时间在继续增加。

图12为盾构机从到达测试断面二和盾尾脱环两阶段的地表沉降曲面。由图可知，随着盾构机的不断向前推进，地表沉降曲面在宽度(x 方向)、深度(z 方向)和纵向(y 方向)具有一定的扩展。

(a) 盾构刀盘到达测试断面二(y

= 130 cm)

(b) 盾尾脱环后(y = 260 cm)

图12 盾构掘进不同时刻地表沉降曲面

Fig.12 Surface settlement surfaces at different tunnelling stages

5.4 衬砌结构上土压力

试验中共设置了2个试验环来测试作用在衬砌结构上的土压力，分别安装在第8和17环。选择第8环作为土压力测量环，根据盾构机掘进进度，盾构机通过测试断面2环后及隧道贯通一周后作用在衬砌结构上的土压力大小如图13所示。

根据图13可知，衬砌结构上的土压力分布形状类似于椭圆形，表现为上、下两部分土压力较大，左、右部分相对较小。究其原因可能是以下2点：(1) 试验地层松散，试验中未进行注浆。盾构掘进

图13 作用在衬砌结构上的土压力(单位：kPa) Fig.13 Earth pressures acting on the lining structure(unit ：kPa)

引起的地层扰动和较大的建筑空隙导致隧道上部土体发生塌落，直接以土压力的形式作用在衬砌结构上；(2) 土压力计主要测量法向压力，侧向压力较法向应力要小得多；同时，衬砌结构为铝合金材料，其弹性模量约为71.7 GPa ，是地层弹性模量的3 300倍左右，试验中衬砌结构在上部土压力作用下很难发生向外侧变形，引起侧向土压力增大。因此，从土压力分布形式来看，量测土压力要小。

从量值上来看，作用在衬砌结构上土压力随时间逐渐在增大，这与地层变形的时间性有关系。盾构掘进引起的地层扰动需要在盾构通过一定时间后才稳定下来，此时作用在衬砌结构上的土压力才趋于稳定。同时，由于管片拼装过程中为人工拼装，需要实验人员在隧道内不断穿行通过，此举在一定程度上也会引起衬砌结构下部土压力的增大。

6 结果对比分析

在已有的试验数据基础上，本节采用数值分析和理论计算，分别对盾构施工引起的地层沉降和作用在衬砌结构上的土压力进行计算，同时结合现场资料对地层扰动参数进行对比，验证室内掘进试验的适用性和试验结果的可靠性。 6.1 地层沉降

数值分析以室内掘进试验为基础，采用ANSYS 软件建立三维有限元模型对盾构施工引起的地表及地中沉降进行分析，数值分析模型如图14所示。模型顶部为自由面，左右和前后边界为水平约束，底面为竖向约束。地层仅由砂性土组成，采用弹塑性本构模型，衬砌结构采用壳单元，模型基本尺寸为：横向×纵向×高度 = 7.2 m×4.5 m×3.0 m ，隧道直径D = 0.8 m ，埋深1.3 m 。计算参数如表6所示。

第32卷 第12期 江英超等：砂土地层盾构隧道施工对地层扰动的室内掘进试验研究 ? 2557 ?

图14 数值分析模型 Fig.14 Numerical analysis model

表6 数值模型计算参数

Table 6 Calculated parameters of numerical model

介质 弹性模量

E /MPa 容重γ/ (kN ?m －3

) 内摩擦角?/(°) 黏聚力 c /kPa 泊松比 砂土 22 18 39 14.1 0.3 管片衬砌

27 600

25

–

–

0.2

数值模型中，模型机基本尺寸、数值模拟边界、地层物理力学参数等计算参数与掘进试验保持一致，并且，在盾构开挖工序方面，数值分析中也将与掘进试验保持一致，即盾构机每开挖15 cm 后进行管片拼装。由于掘进试验中没有考虑同步注浆，因此，数值计算中通过盾构超挖引起的间隙来模拟掘进试验中盾构施工因未注浆形成的建筑空隙。

数值模拟结果提取过程中，选择与室内掘进试验中盾构机掘进到相同位置时测试断面二各测点的地表及地中沉降进行分析。数值模拟和室内掘进试验中地表、地中一层和地中二层的横断面沉降曲线如图15所示；测点144，283和288的沉降时程曲线如图16所示。

由图15，16可知，数值分析结果同室内掘进试验结果具有较高的吻合度，主要体现在地层沉降形

图15 横向沉降槽对比

Fig.15 Comparison of transverse settlement troughs

图16 沉降时程曲线对比

Fig.16 Comparison of settlement time-history curves

态及发展趋势方面。从横向沉降槽形态来看，数值分析较掘进试验结果更接近正态分布，且测点越靠近隧道中心，沉降值越大。其次，掘进试验中沉降槽宽度较数值分析更窄、更深，尤其是在隧道中心上方，这与地层性质和同步注浆有关。与一般软黏土相比，砂性土具有离散特点，采用基于连续介质的有限元方法得到的结果不能很好地体现出这一特点，表现出具有一定的连续性；室内掘进试验中未进行同步注浆，建筑空隙引起的地层损失很快在地层中发展延伸，导致距离隧道中心越近的地方沉降值越大，从而导致掘进试验中沉降槽表现出深、窄的特点。总体上来看，数值分析得到的地层沉降值普遍较掘进试验结果要小。数值分析中地层沉降时程曲线同样具有阶段性，由于数值分析中未考虑盾构机长度，因此时程曲线中没有在负环情况下的沉降值。

6.2 地层损失参数

盾构施工引起的地层扰动可以用地表沉降槽宽度系数i 及地层损失率η来表达。根据R. B. Peck [1]提出的地表横向沉降估算公式可以计算出掘进试验中盾构施工引起的地表沉降槽宽度系数i 值为0.453。为了与隧道施工现场资料进行对比，将掘进试验中得到的地表沉降槽宽度系数i 与既有现场实测结果进行对比。

P. B. Attewell [15]根据隧道施工现场实测资料提出了砂土地层中地表沉降槽宽度系数i 计算公式：

(/2)n i kR h r = (1)

式中：R 为隧道半径，h 为隧道埋深。当不考虑地下水影响时，k = 0.63，n = 0.97。根据式(1)可以得到地表沉降槽宽度系数i 值为0.40。

魏 纲[16]通过对国内13例22处地铁盾构隧道施工现场部分实测数据的统计发现，沉降槽宽度系数i 与隧道穿越地层条件、隧道半径R 、埋深h 和

管片衬砌结构

－－－－－－－－－－－沉降值/m m

测点位置/m

－－－－－－－沉降值/m m

管片安装环号

? 2558 ? 岩石力学与工程学报 2013年

内摩擦角?等因素有关，在此基础上，提出了新的沉降槽宽度系数i 计算公式：

[]0.479 8tan(45/2)0.057 2i R h ?=+--° (2)

根据式(2)可以计算出掘进试验中盾构施工引起的地表沉降槽宽度系数i 值为0.432。

综上所述，掘进试验中得到的地表沉降槽宽度系数i 与采用Attewell 计算公式[15]和魏 纲[16]基于现场实测统计提出的计算公式结果分别相差13.25%和4.86%。同时，表7给出了国内部分地铁工程盾构施工引起的地表沉降槽宽度系数i 值[16]。

表7 盾构隧道施工引起的地层损失参数[16] Table 7 Ground loss values caused by shield tunnelling

[16]

隧道名称 穿越地层 直径/m 埋深/m

内摩擦角/(°)宽度系数i

Heathrow 隧道

伦敦黏土

8.50 19.0 20.0

0.48 南京地铁1号线 粉质黏土、细砂 6.40 13.3 16.50.49 北京地铁10号线

粉质黏土

6.00 1

7.3 22.00.46 北京凉水河南岸污水干线 细沙、粉砂、砂

卵石层

3.33 8.4 29.5

0.48 广州地铁3号线 残积土，风化土 6.25 14.1 27.5

0.51

由表7可以看出，不同地层条件、不同隧道直

径、埋深等条件下，地表沉降槽宽度系数i 的确存在差异。与表7中实际工程相比，本文掘进试验得到的地表沉降槽宽度系数i 要小，这与韩 煊[17]提出的土质条件越好(主要是土的内摩擦角?越大)，地表沉降槽宽度越小，i 值也越小的观点是相符合的。

6.3 衬砌结构荷载

针对作用在隧道结构上的荷载计算，规范[18]推荐采用统计法。同时，对于砂性土此类的散粒体介质，K. Terzaghi [19]给出了竖向围岩压力计算公式：

t

tan t

01e

tan h

b v b λ?γσλ?-??

=

- ? ??

?

(3) 式中：γ为土体容重；λ为侧压力系数；0?为地层的内摩擦角；t b 为洞顶松动宽度的1/2，且t b b =+

0tan(45/2)H ?-°。本文中，b = D /2 = 0.4 m ，H = D = 0.8 m 。

分别采用统计法和泰沙基松动土压力计算公式对作用在衬砌结构上的土压力进行计算，结果如表8所示。

根据表8和图13可知，采用统计法与泰沙基松土动压力理论得到的土压力大小相差不大，且数值

表8 作用在衬砌结构上的荷载值对比

Table 8 Comparison of loads acting on the lining structure kPa

计算方法上覆荷载结构自重 下覆荷载

水平上 荷载 水平下

荷载

统计法 23.40 1.63 25.03 6.48 10.47

泰沙基公式

20.58 1.63 22.21 5.70 9.69

上试验实测值较理论计算值要小。由于室内掘进试验中盾构隧道拱顶埋深为1.3 m(约为1.6D )，由此可以推测，盾构掘进过程中隧道上方地层可能已形成压力拱，一定程度上减小了衬砌结构上的土压力。同时，从衬砌结构上的外荷载分布来看，理论计算值和试验实测值具有相同的分布形态，即类似于上

下端为长半轴、左右端为短半轴的椭圆形。

7 结 论

(1) φ800 mm 土压平衡式模型盾构机主要包括推进机构、掘削机构和出土机构，完成盾构始发、掘进姿态控制、管片拼装等主要功能，实现对盾构施工动态全过程的真实模拟，试验数据与理论计算、数值分析和现场资料等结果进行对比后验证掘进试验结果的可靠性。

(2) 地层损失是地层发生沉降的主要原因，地层位移受所在断面及其他断面地层损失的影响，同一横断面上的地表和地中位移也是不同的。地层沉降时程曲线具有明显的阶段性和时效性。土体性状和盾尾注浆对地层沉降具有重要影响，未注浆情况下盾尾脱环引起的地表沉降值占总沉降值的60%以上；由于未注浆而增大的地表沉降所占比例为20%～30%，因此施工中应注重同步注浆，保证必要的注浆率。

(3) 数值分析和室内掘进试验结果在地层沉降形态及发展趋势方面具有很好的吻合度，且掘进试验结果中沉降槽具有深、窄的特点。地表沉降槽宽度系数i 与地铁隧道盾构施工现场实测得到的数据基本保持一致。

(4) 理论计算和室内掘进试验结果表明，衬砌结构上的土压力分布类似于上下端为长半轴、左右端为短半轴的椭圆形，数值上掘进试验实测值较采用理论计算得到的值要小。 参考文献(References)：

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盾构现场施工隧道监测方法

精心整理上海长兴岛域输水管线工程盾构推进 环境监测 技术方案

目录 一工程概况 二盾构推进对周边环境影响程度的分析和估计三监测施工的依据 四监测内容

上海长兴岛域输水管线工程盾构推进环境监测技术方案 前言 科学技术的发展与试验技术的发展息息相关。历史上一些科学技术的重大突破都得益于试验测试技术。因此，试验测试技术是认识客观事物最直接、最有效的方法，也是解决疑难问题的必要手段，试验测试对保证工程质量、促进科学的发展具有越来越重要的地位和作用。测量技术在土建工程中同样占有重要地位，它在各类工程建筑，尤其是在地下工程中已成为一个不可或缺的组成部分。随着科学技术的发展，测量的地位更显关键和重要。早期地下工程的建设完全 工作井相连。 输水管线总长约10563.305m，其中东线长5280.993m，西线长5282.312m。全线最小平曲线半径为R＝450m；最大纵坡为8.9‰。具体详见下表。

施工工序，第一台盾构自原水过江管工作井始发推进（东线）至中间盾构工作井进洞后盾构主机解体调头，继续西线隧道推进施工。第二台盾构自中间盾构工作井始发推进（东线）至水库出水输水闸井进洞后盾构转场回中间盾构工作井，继续进行西线隧道推进施工。总体筹划详见下图： 二盾构推进对周边环境影响程度的分析和估算 因很复杂，其中隧道线形、盾构形状、外径、埋深等设计条件和土的强度、变形特征、地下水位分 V l S （x ）i Z －地面至隧道中心深度。 φ－土的内摩擦角。 在已知盾构穿越的土层性质、覆土深度、隧道直径及施工方法后，即可事先估算盾构施工可能引起的地面沉降量，同时可及时地采取措施把影响控制在允许范围内。在推进过程中根据盾构性能及监测数据及时调整施工参数，控制变形量，确保周边环境的绝对安全，实现信息化施工。 三监测施工的依据 3.1技术依据 1) 上海长兴岛域输水管道工程技术标卷（甲方提供）

富水富含大粒径漂石复合地层盾构隧道施工工法重点

富水富含大粒径漂石复合地层盾构隧道施工工法 编制单位：北京城建集团有限责任公司 主要编制人：李乾斌、车凯、恽军、桂轶雄、李文峰 1 前言 盾构法作为集成了多种设备功能的全机械化隧道建设设备，在地下隧道建设中应用越来越普及，其自动化程度高，具有安全、快速等特点，但由于盾构设备、工艺在不同地层区别较大，在粒径较大的卵漂石、孤石地层建设隧道如何破碎，是盾构领域未妥善解决施工难点，在富水条件下的施工难度更大，风险更高。 在北京地铁9号线施工筹备阶段，隧道邻近一大型基坑揭示地层中密集分布直径超过1000mm漂石，且强度超过300Mpa，经工作井探查，最大漂石粒径为1500×1700mm，隧道每掘进一环地层中遭遇粒径1000mm以上漂石至少2块、粒径800mm以上漂石至少4块，其中粒径500mm以上漂石体积比超过50%。为盾构设备选型及施工筹划带来了前所未有的挑战，经查证国内外无类似工程实例可供参考。 此次采用盾构法在潜水下漂石地层中完成隧道施工，通过对盾构工艺的系统改善、技术创新，利用盾构设备，成功解决了较高水压条件下连续破碎密集高强度、大粒径漂石的隧道建设的工程难题，摸索、形成了一套该种地层盾构施工的成熟技术。 工程实施过程中申请了多项发明和实用新型专利，目前获批的国家专利有（发明型专利为201210457261.7、201210410081.3；实用新型专利为201220614474.1、201220598258.2、201220293261.3）。 项目成果属于国内外首例，工程实践证明，该工法具有较高的技术创新水平、设备机具配合高效、操作参数准确、节能增效、经济合理，大幅度拓展盾构法施工适用领域。 2 工法特点 2.1突破了束缚地下工程建设诸多技术难题，拓展了地下工程建设前景，将土压平衡盾构

富水砂卵石地层中盾构施工的控制难点及措施

富水砂卵石地层中盾构施工的控制难点及措施 段浩 引言：随着中国经济的快速增长、城市人口数量迅速膨胀，机动车辆的数量呈级数比例增长，原有的市政道路难以满足交通的需要，为缓解城市交通压力、创造良好的生活和投资环境，国内各主要城市均选择修建地铁工程来提升城市形象和投资环境。隧道是地铁工程最主要的组成部分，隧道盾构法施工具有施工速度快、工期短、洞体工程质量易控制、质量比较稳定且良好的防渗水性能、施工安全系数高、对周边建筑物影响极小、基本不影响地面交通、适合地层范围广、地质情况复杂的施工作业环境等优点。随着我国各大城市地铁建设热情的高涨，隧道盾构施工方法必将在地铁建设中被广泛推广应用。盾构施工虽然有对地层的广泛适应性、施工安全系数高等优点，但因地质情况千变万化、施工环境的复杂性，在盾构施工中必然存在盾构机的适应性和施工方法、措施的调整。成都地铁穿越的地层主要为砂卵石地层并夹杂有粉细砂层透镜体，地下水丰富、水位高、补给迅速，国内、国际在该种地质条件下全面实施盾构施工隧道尚不多见，无较多经验可以借鉴，在地铁建设史上的应是一次重要技术性突破。截至目前成都地铁采用泥水盾构和土压平衡盾构施作的隧道，已经完成成型隧道1000余米，在施工中出现一些有别于其它地质情况下施工的难点，对这些难点的技术处理为在富水砂卵石地层中盾构施工积累了一些应对的经验。 成都地铁地质情况描述：

盾构隧道从<2-8>、< 3-4>、<3-7〉等砂卵石地层中通过。卵石成分主要为灰岩、砂岩、石英岩，卵石的含量达67％，中间夹杂大漂石。砂卵石具有分选性差，强度高的特点。 <2-8>卵石土（Q4al）：黄灰色，黄褐色，中密～密实为主，部分密实，潮湿～饱和。卵石成分主要为中等风化的岩浆岩、变质岩、砂岩等硬质岩组成。磨圆度较好，以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，卵石含量65～75%，粒径以30～70mm为主，钻探揭示最大粒径145mm，夹零星漂石，充填物为细砂及圆砾。 <3-4>粉、细砂（Q3fgl+al）：灰绿色，饱和，中密，夹少量卵石。呈透镜体状分布。 <3-7>卵石土（Q3fgl+al）：褐黄、黄色，以中密～密实为主，饱和。卵石成分主要为中等风化的岩浆岩、变质岩、砂岩等硬质岩组成。磨圆度较好，以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，卵石含量60～75%，粒径以30～70mm为主，据钻探揭示，最大粒径150mm，夹零星漂石，充填物为砂及砾石，具弱泥质胶结或微钙质胶结。 隧道通过的地层含水丰富，根据钻孔揭示，隧道区间分布的卵石土及所夹透镜状砂层为地下水主要含水层，含水量丰富，含水层厚20～22.6m，区间范围内卵石土分选性差，渗透性强。

水下盾构隧道纵向抗震性能分析及SMA柔性减震节点研究

水下盾构隧道纵向抗震性能分析及SMA柔性减震节点研究 随着城市建设的发展和地下空间的开发,大型水下盾构隧道正朝着超长、大 断面、高水压和地质条件复杂的方向发展,这对盾构隧道的抗震研究提出了更高 的要求和挑战。然而,过去人们普遍认为,地下结构受周围土体约束,较难受到地震灾害的影响,导致地下结构的抗震研究严重滞后于地上结构。 盾构隧道作为地下结构的重要组成部分,其整体纵向抗震的研究相对较少,且大型盾构法隧道结构系统尚未真正经受强震作用的考验。为保障高烈度区大型盾构法隧道的安全,探索新型有效的隧道抗震、减震措施十分有必要。 本文依托某大型水下盾构隧道工程,结合盾构隧道纵向抗震相关理论,建立能反映盾构隧道整体纵向受力特性的有限元模型,分析结构在地震作用下的动力 响应;针对隧道沿纵向土层变换处,环缝接头张开量超过防水限值的情况,提出了一种“哑铃式”形状记忆合金(SMA)柔性减震节点,布置于盾构隧道管环薄弱位置,并开展一系列不同SMA材料形式的力学性能试验,探讨SMA柔性减震节点用于隧道的可行性。具体研究内容如下:(1)归纳、总结盾构隧道纵向抗震计算常见的分 析模型和分析方法,对不同分析模型和分析方法优缺点、适用条件进行对比,并给出隧道接头弹簧参数的计算方法;通过总结地震动参数确定方法和人工合成地震 波相关理论,以及ANSYS/LS-DYNA的无反射边界理论,确定可以采用时域法生成 谱拟合人工地震波及得到粘性人工边界,为后续隧道纵向抗震奠定理论基础。 (2)依托某大型水下盾构隧道工程,采用梁-弹簧模型理论,利用ABAQUS软件,建立盾构隧道整体纵向有限元模型;基于经典广义反应位移法及无反射边界 (non-reflecting boundary)理论,利用ANSYS/LS-DYNA软件,建立隧道位置处土体三维有限元模型,分析得到土体的位移时程响应,并将该位移响应通过地层弹

盾构区间监测方案

南昌市轨道交通1号线一期工程土建施工三标段 长江路站～珠江路站区间上行线 盾构推进监测方案 编制： 审核： 审批： 中铁十六局集团有限公司 南昌市轨道交通1号线一期工程土建施工三标段项目经理部 2011年12月22日

目录 一、工程概况...................................................................................................................... - 1 - 二、监测方案编制原则与依据.......................................................................................... - 4 - 三、监测范围及内容.......................................................................................................... - 5 - 四、监测点的布设.............................................................................................................. - 5 - 五、监测作业方法.............................................................................................................. - 6 - 六、监测相关技术要求...................................................................................................... - 7 - 七、仪器设备选用.............................................................................................................. - 8 - 八、监测施工人员组织计划（管理网络图）................................................................ - 10 - 九、监测信息反馈体系.................................................................................................... - 10 - 十、监测质量保证措施.................................................................................................... - 15 - 十一、安全保证措施............................................................................................................ - 16 -

5 广州复合地层与盾构施工(竺维彬)

复合地层与盾构施工技术 竺维彬鞠世健 广州地铁总公司 摘要:中国采用盾构法已有45年的历史，但前35年国内只有少数承包商掌握了在均一软土地层中的盾构施工技术。1995年至今，广州地铁业主率先开放盾构工程市场，培育盾构施工队伍。随着大批盾构承包商的成长，随着40台次盾构机在广州和深圳复合地层100多公里的实践，复合地层的概念逐步形成，复合地层中的盾构施工技术也有了突破性的发展。在这种背景下，亲历了100多公里复合地层施工过程的作者，有义务对复合地层的概念做出定义，对复合地层盾构施工技术的进展做出概述，以便与同行一起推动盾构工法在全国隧道施工中更广泛的应用。 关键词：均一地层复合地层盾构施工技术 盾构法施工与其它传统的地下工程施工工法一样，其终极目标是完成一特色的地下工程，比如一条地下隧道或地下车站，它的不同点在于，盾构法采用了特殊的施工工具盾构机。 盾构机是根据施工对象而“度身定做”，正如裁缝要根据具体的人进行“量体裁衣”一样，否则缝制的衣服就不合身。盾构机制造所依据的对象，称之为施工环境，它是基础地质、工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地下管线和构筑物等特征的总和。由此可以看出，如果不详细研究施工环境，也就造不出适应性强的盾构机，也就谈不上顺利地进行盾构施工。 在施工环境的诸多因素中，基础地质和工程地质特征是最重要的，因为它们是盾构机选型及采用盾构施工工艺最重要的先决条件。在实践当中，对地质特征的研究往往是一件被忽视的工作。殊不知，几乎没有哪一项盾构施工技术不是与地质特征有关的，尤其是在复合地层中的盾构施工。 1 复合地层的概念 在盾构施工的过程中，围岩岩土力学、基础地质和工程地质等特征的各向均匀性直接影响盾构机的选型、盾构施工工艺的选择等关键性问题。从这个意义上讲，可以宏观地将围岩地层区分为两类，一是均一地层，一是复合地层。 1.1均一地层 1）均一地层的概念 严格意义的各向同性的均质地层在自然界是不存在的，本文定义的均一地层是指在开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由一种或若干种地层组成的，但其岩土力学、工程地质和水文地质等特性相近的地层或地层组合。 均一地层有两种情况： ①单纯的软土地层： 从地质图（图1）中可以看出，地铁隧道穿越了Ⅱ层，主要为粉砂质土和Ⅲ层为粉质粘土。这两种地层的物质组成，其结构和构造都存在着一定的差异，但它们的岩土力学性质以及工程地质和水文地质特征就盾构机的选型和盾构施工而言，差别并不大。 根据上述地层特点，南京地铁选用了适应软土地层的盾构机，其刀盘为平面直角型的，

盾构隧道排水通风具体内容

盾构隧道排水通风具体内容 采用盾构为施工机具，在地层中修建隧道和大型管道的一种暗挖式施工方法。施工时在盾构前端切口环的掩护下开挖土体，在盾尾的掩护下拼装衬砌（管片或砌块）。在挖去盾构前面土体后，用盾构千斤顶顶住拼装好衬砌，将盾构推进到挖去土体空间内，在盾构推进距离达到一环衬砌宽度后，缩回盾构千斤顶活塞杆，然后进行衬砌拼装，再将开挖面挖至新的进程。如此循环交替，逐步延伸而建成隧道。 采用盾构为施工机具，在地层中修建隧道和大型管道的一种暗挖式施工方法。施工时在盾构前端切口环的掩护下开挖土体，在盾尾的掩护下拼装衬砌（管片或砌块）。在挖去盾构前面土体后，用盾构千斤顶顶住拼装好衬砌，将盾构推进到挖去土体空间内，在盾构推进距离达到一环衬砌宽度后，缩回盾构千斤顶活塞杆，然后进行衬砌拼装，再将开挖面挖至新的进程。如此循环交替，逐步延伸而建成隧道。 历史和发展 用盾构法修建隧道已有150余年的历史。最早进行研究的是法国工程师M.I.布律内尔，他由观察船蛆在船的木头中钻洞，并从体内排出一种粘液加固洞穴的现象得到启发，在1818年开始研究盾构法施工，并于1825年在英国伦敦泰晤士河下，用一个矩形盾构建造世

界上第一条水底隧道（宽11.4米、高6.8米）。在修建过程中遇到很大的困难，两次被河水淹没，直至1835年，使用了改良后的盾构，才于1843年完工。其后P.W.巴洛于1865年在泰晤士河底，用一个直径2.2米的圆形盾构建造隧道。1847年在英国伦敦地下铁道城南线施工中，英国人J.H.格雷特黑德第一次在粘土层和含水砂层中采用气压盾构法施工，并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的空隙，创造了比较完整的气压盾构法施工工艺，为现代化盾构法施工奠定了基础，促进了盾构法施工的发展。20世纪30～40年代，仅美国纽约就采用气压盾构法成功地建造了19条水底的道路隧道、地下铁道隧道、煤气管道和给水排水管道等。从1897～1980年，在世界范围内用盾构法修建的水底道路隧道已有21条。德、日、法、苏等国把盾构法广泛使用于地下铁道和各种大型地下管道的施工。1969年起，在英、日和西欧各国开始发展一种微型盾构施工法，盾构直径最小的只有1米左右，适用于城市给水排水管道、煤气管道、电力和通信电缆等管道的施工。 中国于第一个五年计划期间，首先在辽宁阜新煤矿，用直径 2.6米的手掘式盾构进行了疏水巷道的施工。中国自行设计、制造的盾构，直径最大为11.26米，最小为3.0米。正在修建的第二条黄浦江水底道路隧道，水下段和部分岸边深埋段也采用盾构法施工，盾构的千斤顶总推力为108兆牛，采用水力机械开挖掘进。在上海地区用盾构法修建的隧道，除水底道路隧道外，还有地铁区间隧道、通向河海的排

砂卵石层中钻孔桩成孔工艺研究

砂卵石层中钻孔桩成孔工艺研究 第1章工程概况 北京地铁9号线第1合同段工程位于北京市丰台区，线路呈南北走向。本合同段工程项目包括丰台科技园站、郭公庄站～丰台科技园站区间。丰台科技园车站包括2个风道、5个出入口（含1个安全出口）。1号风道位于车站东南端3号出入口以南，2号风道位于车站东北端4号出入口以北；1、2号出入口位于车站西侧，3、4号出入口位于车站东侧，5号出入口（安全出入口）位于车站东侧4号出入口及2号风道之间。车站主体结构设计为地下双层双柱岛式车站，明挖法施工。车站主体总长170.15m，标准段宽度20.9m，车站顶板覆土厚度4.6m，底板埋深18.2m，盾构井位置为19.7m。车站主体围护桩采用φ1000钻孔灌注桩223根，4160 m，桩端深度：25.6m 。车站附属围护桩采用φ1000钻孔灌注桩336根，5376 m。 1号风道为单层箱形框架结构，风道口及风道与主体接口位置宽12.87m，斜长17.42m，南北向长34.2m，基坑深13.8m，钻孔桩65根，东侧距离新改移马草河3.6～4.1m，围护结构采用围护桩+钢支撑体系。 2号风道为双层局部单层箱形框架结构，与主体接口位置宽15.35m，风道口宽15.1m，东西向长38.3m，南北向长32.65m，钻孔桩68根，双层段基坑深18.8m，单层段基坑深14.3m，周围场地开阔，风道施工范围内没有控制性管线，采用围护桩+钢支撑体系。 1号出入口与主体接口位置宽7.1m，出口位置宽6.7m，东西向长34.52m，南北向长38.16m。钻孔桩48根。 2号出入口与主体接口位置宽7.1m，出口位置宽6.7m，东西向长31.72m，南北向长41.64m。钻孔桩54根。 3号出入口与主体接口位置宽7.1m，出口位置宽6.7m，东西向长29.55m，南北向长39.6m，钻孔桩59根。基坑最深处为地面向下16.16m，宽11.4m；东侧距离新改移马草河约2.5～3m，4号出入口南侧为旧马草河，施工期间将废弃。为了减少对新改移马草河影响出入口围护结构主要采用围护桩+钢支撑支护体系，出入口地面位置采用土钉墙支护体系。 4号出入口与主体接口位置宽7.1m，出口位置宽6.7m，东西向长37.32m，南北向长37.76m，钻孔桩42根。基坑最深处为地面向下14.06m，宽11.4m；横向通道位置采用围护桩+钢支撑支护体系，出入口地面位置采用土钉墙支护体系。 车站附属结构采用明挖法施工。车站南侧为明挖区间，北侧为盾构区间，车站北端设盾构始发（左线）/接收（右线）井，左线盾构机始发时，后配套设施可放置于车站内。

工程盾构区间监测方案

珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段金融高新区站～龙溪站区间盾构施工区间施工监测技术方案 方案编制： 审核： 批准： 中交集团隧道工程局有限公司 二○○九年六月

目录 一、工程概况2 二、技术方案编制依据2 三、监测范围、内容及监测要求2 四、各监测项目实施方案3 （一）地表沉降4 1、监测仪器设备4 2、测点布设4 3、监测方法4 （二）隧道隆陷4 1、监测仪器设备4 2、测点布设4 3、监测方法5 （三）地面建（构）筑物监测5 1、监测仪器设备5 2、测点布设5 五、信息化监测及成果反馈6 （一）信息反馈流程6 （二）监测成果报告7 1、监测成果日常报表的内容8 2、监测总报告的内容8 六、监测工作质量控制措施9 （一）质量保证体系9 （二）质量保证措施10

金融高新区站至龙溪站盾构施工区间金融高新区站至中间风井段施工监测技术方案一、工程概况 珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段【金融高新区站至龙溪站区间】以直线延海八路下行。两侧地面建筑物较少，无高层建筑。主线在五丫口大桥南侧下穿珠江支流，珠江支流宽约100米，然后继续延龙溪大道下穿行。 本区间隧道平面最小曲线半径为800M,线路轨面埋深为14-26米，左右线间 距18-11米，区间隧道最大线路纵坡为24.90/ 00,最小纵坡为4.0000/ 00. 竖曲线半 径为5000米。 区段隧道顶板主要位于<1>、<2-1A>、<2-1B>、<2-2>、<2-3>、<2-4>、<5-1>、<5-2>、中，区间盾构隧道用两台盾构机由东向西掘进，到达中间风井起吊。 二、技术方案编制依据 1.珠江三角洲城际快速轨道交通金融高新区站至龙溪站盾构区间平纵断面及 设计说明（含区间监测图）； 2.《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008 3.《建筑变形测量规程》JGJ／T8-97 4.《工程测量规范》GB50026-2007 5.国家其他测量规范、强制性标准。 三、监测范围、内容及监测要求 本方案包含监测范围为：珠江三角洲城际快速轨道交通金融高新区站至龙溪站盾构施工区间金融高新区站至中间风井段。沿线既有管线及建（构）筑物详见表1。

岩溶复合地层地铁隧道盾构施工技术

岩溶复合地层地铁隧道盾构施工技术 摘要：我国经济建设最近几年发展非常迅速，带动我国道路建设的快速发展。 根据现有的工程项目施工经验可知，地铁盾构隧道施工是整个工程项目的重点内容，其施工质量影响地铁项目的后期运行，所以要高度重视其质量。 关键词：岩溶复合地层；地铁隧道盾构施工技术 引言 道路建设的快速发展离不开国家经济的支持和政策的扶持，才有今天的局面和规模。结 合工程实例，根据沿线石灰岩地层地质特点，从施工技术、工序等角度入手，提出合适的盾 构施工技术，以提升该技术在岩溶复杂地层中的适应性，解决盾构施工风险过高的问题，为 工程施工提供可靠的指导。 1工程概况 广州市珠三角城际新白广项目部，新塘经白云机场至广州北站项目新塘至机场T2段白 云机场隧道，为城市隧道，隧道地层为复合地层，隧道设计分两条线，右线全长5608.855m，左线全长5577.259m（包括两座地下车站），隧道线间距18.6m~4.0m，最大坡度30‰，本 区间结合废水泵房、光纤直放站、公网洞室、箱式变电站等区间设备洞室。线路为一站三区间，分别为机场T1站、机场T2站-机场T1站区间、机场T3站-机场T1站区间、机场T3站- 吊出井区间。本工程引入盾构法，以满足盾构井盾构区间的分段施工要求。 2地层注浆施工准备工作 （1）在本次项目中，作业人员根据相关技术规范做好准备工作，包括同步注浆施工技 术的施工培训，并详细介绍本次工程项目的技术交底内容，深化施工人员对关键施工技术的 了解。（2）做好相关设备的准备工作，保证注浆台车、钻注一体机等设备具有满意性能， 设备做好日常的管理后，在现场检验合格。（3）观察主要原材料的性能，包括水玻璃、水 泥等材料等；在施工之前必须要确保止水球阀、注浆管等设备到场，并对相关原材料进行抽检，避免因为原材料性能引发各种质量问题。 3同步注浆 盾构刀盘的开挖直径一般大于管片外径，随着盾构的推进，逐渐形成管片外径与刀盘开 挖直径的环形建筑空隙。为及时填充该空隙，在盾构推进的同时须进行同步注浆，以尽可能 减少盾构施工时对地面的影响。同步注浆中，浆液初凝时间长，管片在浮力作用下有上浮趋势，易引起管片错台；注浆压力过大，对管片造成较大的挤压，易造成管片错台或破损；注 浆方量不足，没有充分填充隧道衬砌间隙，管片因为没有被砂浆完全固定而产生移动，形成 偏心力，引起管片局部应力超过其强度，同样也会导致管片错台破损。因此，应根据不同的 地层调整浆液配比，将浆液凝结时间控制在6-8h，特殊情况下可合理添加速凝剂以缩短其凝 固时间；注浆压力宜高于土仓压力0.15-0.2MPa，并根据隧道埋深及地层沉降监测数据及时调整；注浆速度应与推进速度相匹配，注浆速度过快会使浆液注入到土仓内；保证足够的注浆 方量，必要时对脱出盾尾的4-6环管片壁后进行二次注浆，将后部管片在同步注浆中未能填 充满的建筑空隙全部填筑密实，形成稳固结构。 4溶（土）洞详细勘测

最新富水砂卵石地层中盾构施工的控制难点及措施

富水砂卵石地层中盾构施工的控制难点及 措施

富水砂卵石地层中盾构施工的控制难点及措施 段浩 引言：随着中国经济的快速增长、城市人口数量迅速膨胀，机动车辆的数量呈级数比例增长，原有的市政道路难以满足交通的需要，为缓解城市交通压力、创造良好的生活和投资环境，国内各主要城市均选择修建地铁工程来提升城市形象和投资环境。隧道是地铁工程最主要的组成部分，隧道盾构法施工具有施工速度快、工期短、洞体工程质量易控制、质量比较稳定且良好的防渗水性能、施工安全系数高、对周边建筑物影响极小、基本不影响地面交通、适合地层范围广、地质情况复杂的施工作业环境等优点。随着我国各大城市地铁建设热情的高涨，隧道盾构施工方法必将在地铁建设中被广泛推广应用。盾构施工虽然有对地层的广泛适应性、施工安全系数高等优点，但因地质情况千变万化、施工环境的复杂性，在盾构施工中必然存在盾构机的适应性和施工方法、措施的调整。成都地铁穿越的地层主要为砂卵石地层并夹杂有粉细砂层透镜体，地下水丰富、水位高、补给迅速，国内、国际在该种地质条件下全面实施盾构施工隧道尚不多见，无较多经验可以借鉴，在地铁建设史上的应是一次重要技术性突破。截至目前成都地铁采用泥水盾构和土压平衡盾构施作的隧道，已经完成成型隧道1000余米，在施工中出现一些有别于其它地质情况下施工的难点，对这些难点的技术处理为在富水砂卵石地层中盾构施工积累了一些应对的经验。 成都地铁地质情况描述：

盾构隧道从<2-8>、< 3-4>、<3-7〉等砂卵石地层中通过。卵石成分主要为灰岩、砂岩、石英岩，卵石的含量达67％，中间夹杂大漂石。砂卵石具有分选性差，强度高的特点。 <2-8>卵石土（Q4al）：黄灰色，黄褐色，中密～密实为主，部分密实，潮湿～饱和。卵石成分主要为中等风化的岩浆岩、变质岩、砂岩等硬质岩组成。磨圆度较好，以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，卵石含量65～75%，粒径以30～70mm为主，钻探揭示最大粒径145mm，夹零星漂石，充填物为细砂及圆砾。 <3-4>粉、细砂（Q3fgl+al）：灰绿色，饱和，中密，夹少量卵石。呈透镜体状分布。 <3-7>卵石土（Q3fgl+al）：褐黄、黄色，以中密～密实为主，饱和。卵石成分主要为中等风化的岩浆岩、变质岩、砂岩等硬质岩组成。磨圆度较好，以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，卵石含量60～75%，粒径以30～70mm为主，据钻探揭示，最大粒径 150mm，夹零星漂石，充填物为砂及砾石，具弱泥质胶结或微钙质胶结。 隧道通过的地层含水丰富，根据钻孔揭示，隧道区间分布的卵石土及所夹透镜状砂层为地下水主要含水层，含水量丰富，含水层厚20～22.6m，区间范围内卵石土分选性差，渗透性强。

盾构施工隧道监测方案

上海长兴岛域输水管线工程盾构推进 环境监测 技术方案 上海东亚地球物理勘查有限公司 二00八年五月

目录 一工程概况 二盾构推进对周边环境影响程度的分析和估计三监测施工的依据 四监测内容 五监测技术方案 六监测人员安排 七技术及质量保证措施 八附图

上海长兴岛域输水管线工程盾构推进环境监测技术方案前言 科学技术的发展与试验技术的发展息息相关。历史上一些科学技术的重大突破都得益于试验测试技术。因此，试验测试技术是认识客观事物最直接、最有效的方法，也是解决疑难问题的必要手段，试验测试对保证工程质量、促进科学的发展具有越来越重要的地位和作用。测量技术在土建工程中同样占有重要地位，它在各类工程建筑，尤其是在地下工程中已成为一个不可或缺的组成部分。随着科学技术的发展，测量的地位更显关键和重要。早期地下工程的建设完全倚赖于经验，19世纪才逐渐形成自己的理论，开始用于指导地下结构设计与施工。于是在重大或长大隧道中，及时掌握现场的第一手资料，进行动态分析，就成为施工控制的重要项目之一。 因此施工量测项目显得更加突出和重要。为了验证设计和计算是否合理，运营是否安全，各种工程试验与测试技术的研究和应用也越来越受到施工和科研工作者的重视。地下工程的设计，必须将现场监控量测列入设计文件，并在施工中实施。现场监控量测是判断围岩和隧道的稳定状态，保证施工安全，指导施工顺序，进行施工管理，提供设计信息的重要手段。掌握围岩和支护动态，按照动态管理量测断面的信息，正确而经济的施工；量测数据经分析处理与必要的计算和判断，预测和确定到最终稳定时间，指导施工工序和实施二次衬砌的时间；根据隧道开挖后围岩稳定性的信息，进行综合分析，检验和修正施工前的预设计；积累资料，已有工程的量测结果可应用到其他类似的工程中，作为其他工程设计和施工的参考依据。 盾构在推进过程中必然会造成地面沉陷、位移现象，针对这种情况本监测工程设置了相应的监测手段，对在盾构推进过程中产生的各种变形进行实时监测。 一工程概况 长兴岛域输水管线工程位于长兴岛上，起点于牛棚圩以北的丁字坝附近，与青草沙水库出水输水闸井相接；终止于永和路以南120m左右的上海崇明越江通道东侧绿化带内，与长江原水过江管工作井相连。 输水管线总长约10563.305m，其中东线长5280.993m，西线长5282.312m。全线最小平曲线半径为R＝450m；最大纵坡为8.9‰。具体详见下表。

复合地层土压平衡盾构施工技术研究

复合地层土压平衡盾构施工技术研究 发表时间：2019-05-23T09:58:12.010Z 来源：《防护工程》2019年第1期作者：王亚飞 [导读] 全面掌握孤石的分布情况，研究孤石处理方法，确保盾构顺利穿越孤石段地层，是隧道盾构工程成败的关键。 摘要：以某轨道交通3号线为工程实例，研究土压平衡(EPB)盾构在复合地层中的施工技术。苏州轨道交通3号线何山路站至某乐园站区间隧道通过108m“上软(土)下硬(岩)”的复合地层，在设计阶段:通过改变隧道纵坡，缩短复合地层段长度;通过改良TBM刀盘设计，优化机械运行参数，实现盾构机械参数和地层物理参数的匹配;通过对隧道上部松散土体静压注浆加固和在建筑物与隧道间安装隔离桩，控制地层变形和保护邻近建筑物;采用三维数值模拟预测隧道开挖引起的地层变形和建筑物沉降，为工程决策提供依据。在施工阶段:对于软土、复合地层和硬岩段采用不同盾构运行模式和掘进参数;掘进过程采用六个主要参数指标进行控制;采用在盾构机前方开挖竖井进行损坏刀箱、刀具的更换。施工监测显示:实测地表和建筑物沉降与三维有限元预测、Peck经验公式预测结果吻合良好，地表沉降控制在2.0cm以内，邻近建筑物沉降控制在3mm以内。工程的顺利实施为国内其他类似复合地层隧道盾构掘进工程提供有益借鉴。 关键词：隧道掘进；复合地层；土压平衡； 引言 随着我国城市轨道交通建设事业的蓬勃发展，地铁线路的规划不可避免地需要穿越不良地质区域。如广州、深圳、厦门等城市的花岗岩地层中就不同程度地分布着花岗岩球状风化体，俗称“孤石”。孤石强度很高，与周边风化土体性质差异大，造成相邻地层突变、软硬不均，对盾构施工提出了严峻的挑战。全面掌握孤石的分布情况，研究孤石处理方法，确保盾构顺利穿越孤石段地层，是隧道盾构工程成败的关键。 1 工程设计概况 1.1 工程地质 隧道所处地层自上而下分为五层:杂填土、黏土、粉质黏土、风化围岩和基岩。杂填土由砾石、砂石、粉土、黏土和人造材料的混合物组成，松散状态，平均标贯值N为6;黏土层的平均含水量为30%，液限34%，塑限13.5%，根据USC土壤分类系统划分为CL，中硬状态，平均不排水剪切强度为60kPa;粉质黏土层的平均含水量为31.4%，液限33%，塑限12.7%，根据USC土壤分类系统划分为CL，其强度比黏土层低，平均不排水剪切强度为30kPa;风化围岩基本处于残余土状态，由砾石、沙石、粉土和黏土混合物组成，中密状态，平均标贯值N 为18;基岩为轻度至中度风化的凝灰岩，岩石完整性(ＲQD)在70%～90%之间，平均值为78%，岩芯的单轴抗压强度在45～121MPa之间，平均值为82.5MPa。具体土层参数如表1所列。由于隧道下方基岩面起伏变化大，隧道在何山路站附近需经过不连续软土段、复合地层段和硬岩地层段，图2至图4显示了隧道复合地层段分布情况与其所在区域的地质剖面图。地下水由潜水、微承压水及裂隙水组成，水位在地面以下2m以内。 1.2 隧道选址 由于在软土、复合地层和硬岩中土压平衡盾构的运行模式不同，因此在隧道掘进前需准确了解隧道所处地质条件。从何山路站向南出发的200环(240m)内地质条件差异很大，特别是基岩面变化很不规则。在初步设计阶段，始发240m的范围内共钻26个孔以确定地质情况，钻孔深度至隧道设计边界下方约10m处，土样被送到实验室进行室内力学参数测试。在最终设计阶段进行了第一次补堪钻孔，补勘点位布置在隧道范围内，水平间距5m，垂直间距2m，在何山路站始发的240m范围内共钻59孔，密集的勘探点对地质条件进行了详细补充。施工前，在详勘孔位间布置第二次补堪钻孔，由何山路站始发的240m范围内共钻10孔。 2 复合地层土压平衡盾构施工技术 2.1 钻孔探测孤石技术 1）探测区域根据孤石在花岗岩残积土中的基本发育特点以及越靠近山丘越密集的特点，调查工程所在地原始地理地貌，一般为山丘附近的地段，将之作为钻探的重点区域来考虑，隧道洞身所处<5H>花岗岩残积土、<6H>全风化花岗岩地层区域也将作为重点探测区域；此外，详勘中已揭露孤石在隧道洞身范围内的钻孔附近隧道线路出现孤石的几率也很大，将之作为补充钻探的重点区域来考虑。从成本、工期方面考虑，钻探孔的布置采用逐级加密的方法，在实施过程中根据现场实际情况实行动态管理，对钻探孔的布置和数量进行适当调整，以提高孤石探测的准确性。2）钻探孔布置方式重点探测区域：钻孔沿隧道线型按三排错孔布置，一排布置在隧道中心线上，另两排分别距隧道边线1.5m布设。采用三级加密的布孔方式，孔距按10m→5m→2.5m的方式加密。第一级布孔间距为10m；根据第一级钻孔的实际情况判断，如孔间出现孤石的机率很大，则在第一级布孔的基础上每两孔间增加一个钻探孔，使临近两孔的孔距不超过5m；根据第一、第二级钻孔的实际情况判断，如孔间出现孤石的机率仍然很大，则将孔距增密到2.5m/个；在第二或第三级加密钻孔前，如判断孔间出现孤石的机率不大或盾构机足以应付风险，则终止加密钻孔。 2.2 泡沫剂选用 经过对出渣口结构的调整，减少了出渣口堵塞现象.但是，使用的泡沫剂消耗偏大，土体改良效果一般，渣土流动性能受到限制.究其原因：泡沫剂的改良效果是相对所处理的土层条件而言的，不同的地质条件下，选择合理适用的泡沫剂产品，才能做到既保证顺利施工，又节约成本的效果.泡沫剂的选择要从两个方面进行考虑，一是泡沫剂材料自身的性质，二是泡沫剂与开挖后土层混合所形成的泡沫混合土力学性质.目前应用于土压平衡式盾构施工中的泡沫剂的发泡率在5~20之间，在同样条件下，发泡率越高，等量的泡沫剂产生的泡沫就越多，说明其具有高效性.但是发泡率与生成泡沫的稳定性是相互影响的，较高的发泡率是牺牲泡沫稳定性为代价的，仅仅发泡率高并不能说明泡沫剂的优越，两者需要进行综合考虑.泡沫剂作用的土体处于运动状态，泡沫改良土体的作用仅要求从开挖面到螺旋输送机口顺利排出这段运动过程中，所以泡沫的稳定性将直接关系到土体改良效果的持续时间.泡沫的发泡率作为一项可变参数，可以根据具体施工情况进行选择。 2.3 土体加固 为保证开挖时的掌子面稳定，控制隧道开挖引起的土体变形，保护隧道穿过处地表的既有建筑物，在复合地层区域盾构开挖之前对隧道上部土体进行静压注浆，在隧道与相邻建筑物之间安装隔离桩。本标段中复合地层段上部“软土”由不同高度的粉质黏土和风化围岩组成。

复合地层对盾构施工的影响

复合地层对盾构施工的影响 【摘要】 目前我国正处于轨道交通建设的繁荣时期，国内40多座百万人口以上的特大城市均开展了城市快速轨道的建设或建设前期工作。其次在越江道路、输气和市政排水隧洞、核电站取水隧洞等工程中广泛采用盾构法施工。 通过本文的介绍，使读者对盾构施工在复合地层施工有一个简单的了解。【关键字】 施工环境盾构机复合地层孤石刀盘 一、施工环境的定义 盾构机是根据施工对象“度身定做”的，正如裁缝要根据具体的人进行“量体裁衣”一样；否则缝制的衣服就不合身。制造盾构机所依据的对象（即“身”）称之为施工环境。它是基础地质、工程地质、水文地质、地貌（统称地质环境）、及既有（或在建）的房屋、管线、桥梁、隧道、道路、轨道交通等建（构）筑物和设施，以及文物、地表水体（统称周边环境）等特征的总和。 二、施工环境在盾构施工中的地位 就目前的科技水平，盾构机在很长一段时间内仍不是一种万能的掘进设备。若施工环境变了，盾构机设计就会不同。在软土地层中掘进的盾构机与在岩石地层中的盾构机有很大区别。浅埋的过江的盾构机或深埋的开挖岩石为主的盾构机就需要一些特殊的配置。准确判别施工环境就是盾构施工工法的基础。 图2-1 软土盾构机

图2-2硬岩盾构机（TBM） 三、复合地层 3.1复合地层的概念 开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由两种以上在岩土力学、工程地质和水文地质等特征相差悬殊的不同地层组成的地层，定义为复合地层。 复合地层是相对于单一地层来说的。均一地层是指在开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由一种或若干种地层组成的，或岩土力学、工程地质和水文地质等特性相近的地层或地层组合。比如单纯软土地层或单纯的硬岩地层等。 复合地层的组合方式为：在断面垂直方向、水平方向上和二者兼而有之的不同地层的组合。 ⑴复合地层在垂直方向上的变化。 最典型的垂直方向上的复合地层就是“上软下硬”地层。即隧道断面上部是第四系的松软土层，而下部是坚硬的岩石地层；或者上部是软弱的岩层而下部是硬岩层；或者是在硬岩层中夹软岩层，或软岩层夹硬岩层等。如图3-1所示的地层。 图3-1 复合地层垂直方向变化剖面图 ⑵复合地层在水平方向上的变化。

砂卵石地层土钉墙支护实例

砂卵石地层土钉墙支护实例 作者：杨占山张文秀来源：中航勘察设计研究院网站阅读次数： 2257 发表日期： 2007-9-28 13:02:22 【摘要】通过工程实例，分析总结在砂卵石地层进行基坑支护时采用土钉墙方案的设计、施工经验。 【关键词】砂卵石地层；基坑支护；土钉墙 0 引言 现代土钉墙支护施工技术自20世纪70年代产生以来，因其造价较其他基坑围护体系低，施工周期短，安全性基本满足基坑稳定性及变形要求，在边坡工程、基坑工程中得到了广泛的认可和应用。由于土钉墙对地层的依赖性很大，通常仅适用于地下水位低、自立性好的地层。某些地区地层由砂卵石组成，由于其内聚力较小、内摩擦角大，基坑开挖后边坡自稳性能良好，但是如果长期裸露经雨水冲涮容易剥落而导致失稳，所以在开挖后保证边坡的稳定需要对其进行支护。采用土钉墙支护方式比较快捷，而且工程造价低廉，但是在该种地层基坑支护方案采土钉墙支护施工难度较大。下面介绍一工程实例，探讨在砂卵石地层完全采用土钉墙支护的设计、施工经验。 1 工程概况 工程位于北京市丰台区丰台北路北侧。拟建建筑物包括4栋住宅楼（28层）及一栋配套商业楼（3层），基础形式采用筏基，结构类型为剪力墙结构。拟建物地下部分为一整体地下车库，基底埋深-12.6m(局部14.7m)，地面标高-0.3m，基坑深度12.3m。场地西侧为正在使用的京保路，南侧为丰体南路，东侧南部有居民楼。为保证结构施工时基坑边坡稳定及场地周边设施、建筑物安全，决定在基坑开挖时采用土钉墙进行支护。 2 工程地质、水文地质条件 2.1 工程地质条件 拟建场地地形较平坦，地貌属于永定河冲积扇中上部。地面标高50.06～50. 84m。根据勘察所揭露深度20.0m范围内地层，表层为人工填土，其下为第四纪冲洪积成因的砂类土和卵石层构成。各层土的岩性特征如下： 杂填土①层：杂色，稍湿，中密，以砖块、灰渣为主，粘性土充填，夹薄层细砂素填土① 层。人工填土厚度为1.5～3.2m。 1

盾构施工监测方案

广州市轨道交通三号线北延段工程施工 8 标段 【龙归站～人和站盾构区间（二） 】土建工程 盾构隧道施工监测方案
§1 编制依据 §1 编制依据
1、 广州市轨道交通三号线北延段工程施工 8 标段工程合同文件 （GDJCDG-0521） 2、 《盾构法隧道工程施工及验收规程》 （DGJ08－233—1999） 3、 《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》 （GB50308－1999） 4、 《地下铁道工程施工及验收规范》 （GB50299-1999） 5、 《建筑变形测量规范》 （JGJ/T8－97） 6、 《土木工程监测技术》 夏才初等编著，中国建筑工业出版社，2001.7
§2 工程概况 §2 工程概况
三号线延长线出龙归站沿 106 国道继续向北行进，穿过沙坑涌、北二环高速 公路、泥坑涌、流溪河后到人和站。本区间为龙归～人和区间的第二段盾构施工 段，由南端风井始发往北掘进至北端中间风井吊出，掘进长度为 1750.4 米（右 线） 。 本标里程范围 YCK19+830～YCK21+660，即南端风井终点～北端风井起点 段盾构和南端风井；含 4#、5#、6#联络通道。 南端风井起点里程 YCK19+830，终点里程 YCK19+909.6，结构净长度为 78m；4#联络通道里程 YCK19+900，与风井合建。 盾构区间起点里程 YCK19+909.6， 终点里程 YCK21+660， 右线盾构长 1750.4 米， 左线盾构长 1749.2 米， 区间盾构总长 3499.6 米； 5#联络通道里程 YCK20+500， 6#联络通道里程 YCK21+100。 见图 2-1。
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广州地铁复合地层盾构技术

1前言 广州地铁复合地层盾构技术 原作者：许少辉竺维彬袁敏正 1997年10月，广州地铁一号线采用的3台盾构机在广州复合地层中成功修建了8.9km地铁隧道，结束了当时能否在广州市区复合地层中使用盾构法修建地铁隧道的争论，使盾构法在广州的地位得以确立，并为1999年以后广州地铁二号线、三号线、四号线大幅度采用盾构技术修建地铁隧道奠定了基础。至今，在广州使用盾构法已修建地铁隧道约80km（见表1）。在此过程中大量技术难题的处理着实为在复合地层的盾构施工积累了宝贵的经验。 2广州地区复合地层的概念与特点 广州地区复合地层最重要的特点是工程范围内的岩性变化频繁，物理力学特性差异大，基岩风化界面起伏大，断层破碎带分布密集，含水量差异明显。具体表现为：同一里程隧道横断面表现为上下或左右软硬不均，在隧道纵剖面上表现为软硬相间，其中隧道断面地层的复合特性，对盾构施工的影响尤为明显。盾构隧道埋深一般在l0～30m，隧道断面及上覆的地层从地表至下依次为：上部：第四纪软土层，主要由杂填土、流塑～软塑淤泥层和富含水砂层组成。 中部：第四纪残积层，该层是沉积岩、岩浆岩、变质岩等三大母岩地层风化后残积形成，可塑、硬塑～半固结状态粘土和砂质、砾质粘性土。 下部：大部分地区是由不同风化程度的白垩系砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩及少量泥灰岩组成；少部分是由不同风化程度花岗岩或花岗片麻岩及混合花岗岩组

成。 2.1根据施工实践，对盾构机掘进有不利影响的典型工程地质和水文地质 2.1.1残积土的粘土以及泥岩类岩石经研磨后形成的粉粒状矿物质，在受压、受热、受湿环境条件下，会在刀盘表面或土仓内形成泥饼。 2.1.2上软下硬或上硬下软的不均匀地层难以全天候进行动态平衡控制，易导致顶部坍塌。 2.1.3软硬地层突变及花岗岩地区的球状风化体，会使刀 盘变形和刀具崩裂（见图1）。 2.1.4富水断裂带和岩石破碎带等地层会导致螺旋输送 机出土口涌水涌砂，造成施工困难； 2.1.5过江河或砂层、淤泥层，易失水和扰动引发大的沉 降； 2.1.6土压平衡状态施工遇到石英含量的地层时，刀具磨损严重。 3盾构机对复合地层适应性的因素研究 就目前盾构技术的发展水平，企图制造出完全适应类似广州地区复合地层掘进的盾构机的想法是不现实的，所以，广州地铁多年的探索实践和总结，归纳出以下若干问题很值得在今后盾构机的设计和制造方面加以重视和研究，以提高盾构机对复合地层的适应性。 3.1设计寿命 盾构机设计寿命的提高对复合地层中盾构机的掘进施工影响较大，区别于单一均质地层，在复合地层中的最大不同点是，盾构机本身在设计上就必须考虑到对付千差万别地层变化。设计寿命作为一个反映盾构机综合性能的重要指标，其寿命的长短将直接关系到其应付各种地质条件的可行性和安全性。例如，在广州地铁使用引进的盾构机当中，部分按主轴承4000h、掘进3km使用寿命设计的盾构机所表现的对付不同性质地层的掘进能力明显不如那些按主轴承10000h、掘进10km使用寿命设计的盾构机。为了保证10km的使用寿命，盾构厂家主要在钢结构的强度和主轴承密封系统进行了明显的优化。 3.1.1主轴承等密封系统的优化：目前使用的维尔特盾构机主轴承密封和铰接密封是非常独特和高度可靠的，主轴承密封系统通过油脂连续流动保护密封性能，