3 华南地区盾构施工难点及对策n(ppt)

1、隧隧 道道 及及 地地 下下 工工 程程 洪开荣洪开荣; ;陈陈 馈馈 2010.3.182010.3.18一一 华南地区盾构施工的现状华南地区盾构施工的现状2 2环境特点与施工难点环境特点与施工难点3 3主要案例与对策主要案例与对策4 4华南地区盾构选型的几个问题华南地区盾构选型的几个问题5 5盾构施工的关键工序与措施盾构施工的关键工序与措施6 6盾构工程有待发展的技术盾构工程有待发展的技术7 7总结总结主主 要要 内内 容容一一 华南地区盾构施工的现状华南地区盾构施工的现状1 1 目前应用盾构与目前应用盾构与tbmtbm的情况的情况 铁路工程铁路工程 广深港客运专线狮子洋隧道采用广深港客运

2、专线狮子洋隧道采用4台台11.18m泥水盾构泥水盾构施工，预计施工，预计2010年年6月底全线贯通。月底全线贯通。 一一 华南地区盾构施工的现状华南地区盾构施工的现状 地铁工程地铁工程广州地铁广州地铁一一 华南地区盾构施工的现状华南地区盾构施工的现状 地铁工程地铁工程深圳地铁深圳地铁 始建于始建于1999年，投入盾构年，投入盾构9台次，于台次，于2004年年12月月28日正式日正式通车，是中国继北京、香港、天津、上海、广州及台北后第通车，是中国继北京、香港、天津、上海、广州及台北后第七个拥有地铁系统的城市。现已投入运行的有罗宝线和龙华七个拥有地铁系统的城市。现已投入运行的有罗宝线和龙华线，全长

3、线，全长21.866公里，设有公里，设有19个车站。个车站。一一 华南地区盾构施工的现状华南地区盾构施工的现状 地下管沟项目地下管沟项目 广州市已完成的共同管沟项目有：广州市大学城综合管广州市已完成的共同管沟项目有：广州市大学城综合管沟项目、花都区白云机场国际联邦快递综合管沟项目。沟项目、花都区白云机场国际联邦快递综合管沟项目。 投入盾构投入盾构5台次，计台次，计3.9km。地地 域域地地 层层北京北京粉砂、粉土、砂卵石粉砂、粉土、砂卵石上海上海淤泥质土层、粉细砂淤泥质土层、粉细砂广州广州砂层、淤泥、软硬塑土、风化岩层砂层、淤泥、软硬塑土、风化岩层（砂岩、泥岩、灰岩、花岗岩等）（砂岩、泥岩、灰

4、岩、花岗岩等）深圳深圳砾质粘性土、风化花岗岩砾质粘性土、风化花岗岩南京南京淤泥质粘土、粉质粘土、粉细砂淤泥质粘土、粉质粘土、粉细砂 长江长江砂层、砂卵石、泥岩、砂岩、页岩砂层、砂卵石、泥岩、砂岩、页岩天津天津粉砂、粉土、粉质粘土粉砂、粉土、粉质粘土黄河黄河粘性土、砂层粘性土、砂层沈阳沈阳园砾土、砂层、砂卵石园砾土、砂层、砂卵石杭州杭州淤泥质土层、细砂层淤泥质土层、细砂层成都成都砂卵石砂卵石2 2 应用盾构的主要地质条件应用盾构的主要地质条件一一 华南地区盾构施工的现状华南地区盾构施工的现状3 3 华南地区地铁应用盾构的主要成果华南地区地铁应用盾构的主要成果 开创了国内软硬不均地层盾构施工的先河

5、，尽管不是开创了国内软硬不均地层盾构施工的先河，尽管不是很成功的经验，但提出了软硬不均地层盾构施工的盾构很成功的经验，但提出了软硬不均地层盾构施工的盾构选型和如何解决泥饼、喷涌、刀具配置、刀具的保护、选型和如何解决泥饼、喷涌、刀具配置、刀具的保护、泥水处理等问题。泥水处理等问题。 用复合盾构成功解决了白垩系泥粉质砂岩软硬不均盾用复合盾构成功解决了白垩系泥粉质砂岩软硬不均盾构施工技术难题，平均月进度达到了构施工技术难题，平均月进度达到了210230m，创造了，创造了当时最高月进当时最高月进405m、日进、日进30m的业绩，同时在无辅助措的业绩，同时在无辅助措施下安全顺利地下穿了离隧道仅施下安全顺

6、利地下穿了离隧道仅0.56m的房屋桩基群（桩的房屋桩基群（桩基沉降仅基沉降仅2.7mm）、在无辅助措施下列车）、在无辅助措施下列车120km/h不减速不减速运行穿越京广铁路（沉降最大仅运行穿越京广铁路（沉降最大仅5.3mm）。）。 一一 华南地区盾构施工的现状华南地区盾构施工的现状3 3 华南地铁应用盾构的主要成果华南地铁应用盾构的主要成果 拓宽了盾构技术的应用领域，在强度差异大（最大拓宽了盾构技术的应用领域，在强度差异大（最大达近达近200mpa)的混合花岗岩的软硬不均地层区间创造了的混合花岗岩的软硬不均地层区间创造了月平均进度达到月平均进度达到325.5m、月最高掘进、月最高掘进562.5

7、m、日最高进、日最高进36m的好成绩；同时研究总结出了花岗岩球状风化地层的好成绩；同时研究总结出了花岗岩球状风化地层的盾构施工技术。的盾构施工技术。 克服了在混合岩地层江底施工的技术难题，四过珠克服了在混合岩地层江底施工的技术难题，四过珠江没有造成大的工程事故；并解决了江底透气地层的带江没有造成大的工程事故；并解决了江底透气地层的带压作业问题，为广州地铁的进一步拓展提供了非常有借压作业问题，为广州地铁的进一步拓展提供了非常有借鉴价值的经验与案例。鉴价值的经验与案例。 摸索出了在岩溶地区盾构施工的经验摸索出了在岩溶地区盾构施工的经验,下穿建构筑物下穿建构筑物的新经验，盾构近距离的施工。的新经验，

8、盾构近距离的施工。 一一 华南地区盾构施工的现状华南地区盾构施工的现状4 4 华南地铁应用盾构的主要教训华南地铁应用盾构的主要教训 地质差异的认识地质差异的认识 复合地层，岩性的变化、黏粒含量、岩石的强度、岩石的复合地层，岩性的变化、黏粒含量、岩石的强度、岩石的rqd指标（指标（岩石质量指标，迪尔岩石质量指标，迪尔1964年提出的概念，是用来年提出的概念，是用来表示岩体良好度的一种方法表示岩体良好度的一种方法）、地下水的特性。）、地下水的特性。 地表环境的处理地表环境的处理 建构筑物的基础、江河的影响建构筑物的基础、江河的影响 刀具的配置与辅助功能的使用刀具的配置与辅助功能的使用 刀盘及刀具的

9、地质适应性、防泥饼与喷涌等等刀盘及刀具的地质适应性、防泥饼与喷涌等等 掘进的控制掘进的控制 方向的控制、管片的变位方向的控制、管片的变位 一一 华南地区盾构施工的现状华南地区盾构施工的现状1 1 华南地区地铁应用盾构的环境特点华南地区地铁应用盾构的环境特点工程环境复杂，岩性差异大工程环境复杂，岩性差异大 盾构施工所穿越的主要地层有：盾构施工所穿越的主要地层有： 淤泥层、砂层、残积土层（花岗岩残积土）淤泥层、砂层、残积土层（花岗岩残积土） 砂岩（砂砾岩）、花岗岩、灰岩、混和岩等等砂岩（砂砾岩）、花岗岩、灰岩、混和岩等等 地质构造与特殊现象地质构造与特殊现象 断裂、岩溶与土洞、球状风化断裂、岩溶与

10、土洞、球状风化 地下水丰富地下水丰富 地下水位高、部分地段地下水具腐蚀性地下水位高、部分地段地下水具腐蚀性二二 环境特点与工程难点环境特点与工程难点1 1 华南地区地铁应用盾构的环境特点华南地区地铁应用盾构的环境特点广州复合地层的三大地质难题：广州复合地层的三大地质难题：一是发育了多条断裂，地铁线路经过的有广三断裂、广从断一是发育了多条断裂，地铁线路经过的有广三断裂、广从断裂、瘦狗岭断裂等十多条。断裂带最大的问题是岩体破碎，相裂、瘦狗岭断裂等十多条。断裂带最大的问题是岩体破碎，相对周边完整的基岩属于软弱夹层；对周边完整的基岩属于软弱夹层；二是花岗岩、混合花岗岩残积层多。当遇水浸泡时，该土层二是

11、花岗岩、混合花岗岩残积层多。当遇水浸泡时，该土层会迅速软化以及崩解、流淌；会迅速软化以及崩解、流淌；三是西北部存在大量的石灰岩和溶洞。这些地方涌水量很大。三是西北部存在大量的石灰岩和溶洞。这些地方涌水量很大。二二 环境特点与工程难点环境特点与工程难点2 2 花岗岩地层的特点花岗岩地层的特点 花岗岩地层主要由花岗岩的残积层（花岗岩地层主要由花岗岩的残积层（5h-1、5h-2）、全）、全风化层（风化层（6h）、强风化层（）、强风化层（7h ）、中风化层（）、中风化层（8h）及微风）及微风化层（化层（9h）组成；）组成； 花岗岩残积层及全强风化层具遇水软化崩解的特性，受水花岗岩残积层及全强风化层具遇

12、水软化崩解的特性，受水浸泡易发生崩解流砂，围岩整体稳定性较差；浸泡易发生崩解流砂，围岩整体稳定性较差； 花岗岩微风化层，单轴极限抗压强度为花岗岩微风化层，单轴极限抗压强度为30.0200mpa,盾盾构掘进刀具磨损严重，刀具更换频繁，且易发生构掘进刀具磨损严重，刀具更换频繁，且易发生“卡壳卡壳”事事故；故；二二 环境特点与工程难点环境特点与工程难点2 2 花岗岩地层的环境特点花岗岩地层的环境特点 强度高掘进非常困难，一般要与矿山法相结合。强度高掘进非常困难，一般要与矿山法相结合。 球状分化，软硬不均掘进难度大球状分化，软硬不均掘进难度大 二二 环境特点与工程难点环境特点与工程难点3 3 混合岩地

13、层的特点混合岩地层的特点 混合岩地层主要全风化层（混合岩地层主要全风化层（6z）、强风化层（）、强风化层（7z ）、）、中风化层（中风化层（8z）及微风化层（）及微风化层（9z）组成；其上部一般无）组成；其上部一般无残积土隔水层残积土隔水层 混合岩全强风化层受水浸泡易发生崩解流砂，围岩一混合岩全强风化层受水浸泡易发生崩解流砂，围岩一般节理裂隙比较发育，易造成隧道变位；般节理裂隙比较发育，易造成隧道变位； 混合岩，单轴极限抗压强度为混合岩，单轴极限抗压强度为30.0156mpa，盾构掘，盾构掘进时刀具易偏磨，且易形成大的岩块。进时刀具易偏磨，且易形成大的岩块。二二 环境特点与工程难点环境特点与工

14、程难点4 4 灰岩地层的特点灰岩地层的特点 灰岩地层属石炭系地层，由全风化层（灰岩地层属石炭系地层，由全风化层（6c）、强风化）、强风化层（层（7c）、中风化层（）、中风化层（8c）及微风化层（）及微风化层（9c）组成；其）组成；其上部的土层一般存在土洞；上部的土层一般存在土洞； 灰岩地层一般存在溶洞或溶隙，溶洞可为充填性或非灰岩地层一般存在溶洞或溶隙，溶洞可为充填性或非充填性溶洞，主要要防止盾构方向失控与隧道的变位；充填性溶洞，主要要防止盾构方向失控与隧道的变位； 灰岩的强度一般较低，其单轴极限抗压强度大多为灰岩的强度一般较低，其单轴极限抗压强度大多为30.060mpa，掘进滚压或切削破岩都

15、比较容易。，掘进滚压或切削破岩都比较容易。二二 环境特点与工程难点环境特点与工程难点5 5 白垩系红层的特点白垩系红层的特点“红层红层”在华南地区一般是指白垩系沉积形成的红色岩在华南地区一般是指白垩系沉积形成的红色岩系，一般称为系，一般称为“红色砂砾岩红色砂砾岩”。其岩性主要包括泥质粉。其岩性主要包括泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及砾岩等；砂岩、粉砂质泥岩及砾岩等； 红层地层主要由残积土层红层地层主要由残积土层（、）、岩石全风化层）、岩石全风化层、强风化层、强风化层、中风化层中风化层及微风化层及微风化层组成。组成。红层残积层及全、强风化层均具有受水软化、强度降低红层残积层及全、强风化层均具有受水软化、

16、强度降低的特点，特别是泥质胶结的含风化残积土受水软化崩解的特点，特别是泥质胶结的含风化残积土受水软化崩解尤为明显。砾岩对刀具磨损大。尤为明显。砾岩对刀具磨损大。二二 环境特点与工程难点环境特点与工程难点 红层微风化带岩红层微风化带岩石强度较花岗岩石强度较花岗岩强度低，天然单强度低，天然单轴抗压强度为轴抗压强度为7.790mpa 。5 5 华南地区地铁应用盾构的主要难点华南地区地铁应用盾构的主要难点 软硬不均地层、岩性复杂，盾构施工难度大软硬不均地层、岩性复杂，盾构施工难度大 上软下硬地层掘进和地层变形兼顾困难上软下硬地层掘进和地层变形兼顾困难 在风化红层施工，易形成泥饼，泥水不易分离在风化红层

17、施工，易形成泥饼，泥水不易分离 球状风化地层，如何进行盾构施工球状风化地层，如何进行盾构施工 刀具磨耗大、换刀难度大，施工成本高刀具磨耗大、换刀难度大，施工成本高 地下水丰富，防地下水丰富，防“喷涌喷涌”要求高，易造成管片上浮要求高，易造成管片上浮 地表环境复杂，地层失水易变形，建筑物保护困难地表环境复杂，地层失水易变形，建筑物保护困难 江河水系多，施工控制要求严江河水系多，施工控制要求严二二 环境特点与工程难点环境特点与工程难点1 1 案例一与对策案例一与对策 地铁一号线地铁一号线 对风化岩石地层施工的不适对风化岩石地层施工的不适应性，如在此地层段掘进速度低、应性，如在此地层段掘进速度低、刀

18、具磨耗严重、地表沉降大、出刀具磨耗严重、地表沉降大、出现泥饼现象等等，甚至还导致三现泥饼现象等等，甚至还导致三栋栋3 34 4层楼房。层楼房。 在陈家祠西门口区间遇到在陈家祠西门口区间遇到白垩系三水组、强度为白垩系三水组、强度为202044mpa44mpa的砾砂岩时，在的砾砂岩时，在80m80m范围内，先行范围内，先行刀较快的磨耗，导致刀较快的磨耗，导致51%51%的刮刀被的刮刀被损坏。同时土压盾构更容易结泥损坏。同时土压盾构更容易结泥饼，扭矩配置太低。饼，扭矩配置太低。 三三 主要案例与对策主要案例与对策1 1 案例一与对策案例一与对策三三 主要案例与对策主要案例与对策 刀盘上配置滚刀破岩，

19、适当加大刀盘的开口率，开口刀盘上配置滚刀破岩，适当加大刀盘的开口率，开口形状有利于渣土进入土舱；且易磨损的滚刀采用背装方形状有利于渣土进入土舱；且易磨损的滚刀采用背装方式，以利于换刀及换刀的安全；式，以利于换刀及换刀的安全； 加大盾构功率的配置，增加刀盘、螺旋输送机的扭矩；加大盾构功率的配置，增加刀盘、螺旋输送机的扭矩；增加渣土改良装置，利于渣土流动和止水性，降低泥饼、增加渣土改良装置，利于渣土流动和止水性，降低泥饼、喷涌的可能；喷涌的可能； 采用多模式掘进的盾构，以提高掘进效率，降低工程采用多模式掘进的盾构，以提高掘进效率，降低工程施工费用。施工费用。 2 2 案例二与对策案例二与对策 地铁

20、二号线地铁二号线 盾构严重不适应软硬不均地盾构严重不适应软硬不均地层要求，特别是刀具配置不合理，层要求，特别是刀具配置不合理，刀具凸出刀盘面板层次不协调，刀具凸出刀盘面板层次不协调，掘进速度只能达到掘进速度只能达到2mm/min2mm/min左右；左右；装备扭矩不足、经常形成泥饼、装备扭矩不足、经常形成泥饼、发生喷涌，导致两次与珠江连通，发生喷涌，导致两次与珠江连通，严重影响进度，为满足总体工期严重影响进度，为满足总体工期要求，不得不在第二个区间部分要求，不得不在第二个区间部分采用矿山法施工。采用矿山法施工。 三三 主要案例与对策主要案例与对策2 2 案例二与对策案例二与对策 刀盘上配置单刃滚

21、刀破刀盘上配置单刃滚刀破岩，提高各刀具的相对高岩，提高各刀具的相对高差，提高工作效率，利于差，提高工作效率，利于刀具保护；刀具保护； 配备必要的超前处理配备必要的超前处理装置，以改善开舱条件或装置，以改善开舱条件或者创造保住气压的条件，者创造保住气压的条件，利于刀具的检查和换刀；利于刀具的检查和换刀； 调整掘进参数，发挥调整掘进参数，发挥各种刀具的破岩效率，同各种刀具的破岩效率，同时降低刀具的磨损；时降低刀具的磨损； 三三 主要案例与对策主要案例与对策2 2 案例二与对策案例二与对策刀盘相对高差的比较刀盘相对高差的比较 刀具的布置层次应当结合刀间距、掘进贯入度考虑，尤刀具的布置层次应当结合刀间

22、距、掘进贯入度考虑，尤其是切刀、滚刀凸出刀盘面板量级差要建立一定的梯度。其是切刀、滚刀凸出刀盘面板量级差要建立一定的梯度。 日本盾构滚刀高出面板日本盾构滚刀高出面板90100mm、切刀高出面板、切刀高出面板7075mm、两者高差为、两者高差为2025mm，德国盾构滚刀高出面板，德国盾构滚刀高出面板175mm、切刀高出面板、切刀高出面板140mm、两者高差为、两者高差为35mm，同时刀，同时刀间距德国盾构小于日本盾构，从实际使用效果分析，德国间距德国盾构小于日本盾构，从实际使用效果分析，德国盾构优于日本盾构。盾构优于日本盾构。 三三 主要案例与对策主要案例与对策3 3 案例三与对策案例三与对策

23、地铁三号线与深圳地铁三号线与深圳 在花岗岩地层施工，由于上部在花岗岩地层施工，由于上部为全风化砂土层，下部为微风化坚为全风化砂土层，下部为微风化坚硬花岗岩，造成刀具频繁损坏，掘硬花岗岩，造成刀具频繁损坏，掘进异常困难，地表房屋大量损坏；进异常困难，地表房屋大量损坏； 在深圳、广州遇到球状风化孤在深圳、广州遇到球状风化孤石，刀具非正常损坏严重，掘进参石，刀具非正常损坏严重，掘进参数难以控制，广州工期延长近数难以控制，广州工期延长近1010个个月；同时致使地面房屋变形、开裂，月；同时致使地面房屋变形、开裂，工程成本急剧加大。工程成本急剧加大。 三三 主要案例与对策主要案例与对策3 3 案例三与对策

24、案例三与对策三三 主要案例与对策主要案例与对策 在孤石地层施工的刀盘在孤石地层施工的刀盘3 3 案例三与对策案例三与对策 进行物探与钻孔探测，了解球状风化孤石的分布，以进行物探与钻孔探测，了解球状风化孤石的分布，以便适时调整掘进参数，保护刀具与刀盘；便适时调整掘进参数，保护刀具与刀盘； 采用带压进舱进行人工处理，对于分布广、数量多采用带压进舱进行人工处理，对于分布广、数量多时可采用矿山法处理；时可采用矿山法处理； 对于上软下硬地层，必须采用带压进舱方式进行刀对于上软下硬地层，必须采用带压进舱方式进行刀具检查与更换；而且要及时掌握掘进过程中的参数的细具检查与更换；而且要及时掌握掘进过程中的参数的

25、细微变化，以判断刀具的基本情况。微变化，以判断刀具的基本情况。三三 主要案例与对策主要案例与对策4 4 案例四与对策案例四与对策 刀盘损坏刀盘损坏在下穿在下穿全长全长510m新造海的新造海的施工中，施工中，共计换刀共计换刀12次，换刀时间为次，换刀时间为108d，平均每掘进平均每掘进42.5m就需要进行刀具就需要进行刀具更换，其中更换，其中8次换刀后掘进距离只次换刀后掘进距离只有有3m、18m、3m、21m、13.5m、24m、19.5m、21m。三三 主要案例与对策主要案例与对策4 4 案例四与对策案例四与对策三三 主要案例与对策主要案例与对策 刀盘的修复刀盘的修复 开舱修复开舱修复 开挖横

26、通道修复开挖横通道修复 临时竖井修复临时竖井修复5 5 广州地铁盾构核心技术广州地铁盾构核心技术 软硬不均地层盾构的关键技术是适应地层条件，满足软硬不均地层盾构的关键技术是适应地层条件，满足掘进与破岩要求，同时结合地表沉降的要求考虑稳定工作掘进与破岩要求，同时结合地表沉降的要求考虑稳定工作面的方法，这就是复合盾构的理念。面的方法，这就是复合盾构的理念。 刀盘设计必须考虑足够的刚度与强度，刀具配置上要刀盘设计必须考虑足够的刚度与强度，刀具配置上要有足够的灵活性，而且刀具配置必须在凸出刀盘面板高度有足够的灵活性，而且刀具配置必须在凸出刀盘面板高度上有足够层次上的梯度，刀盘与刀座开口方式要充分考虑上

27、有足够层次上的梯度，刀盘与刀座开口方式要充分考虑导碴的需要。导碴的需要。 盾构配套功能的配置应具有超前钻注能力、碴土改良盾构配套功能的配置应具有超前钻注能力、碴土改良装置、良好的气压装置和人员工作舱。装置、良好的气压装置和人员工作舱。三三 主要案例与对策主要案例与对策6 6 掘进技术与特殊情况下的处置措施掘进技术与特殊情况下的处置措施 建立一套不同岩性下软硬不均地层盾构掘进参建立一套不同岩性下软硬不均地层盾构掘进参数和刀具配置模式是广州地铁盾构施工成功的关键，数和刀具配置模式是广州地铁盾构施工成功的关键，有条件时经常性的检查刀具状况很有必要，同时在有条件时经常性的检查刀具状况很有必要，同时在复

28、杂环境下刀具磨损估算与计划换刀是软硬不均地复杂环境下刀具磨损估算与计划换刀是软硬不均地层盾构施工顺利的保障。层盾构施工顺利的保障。 在强度差异大的软硬不均地层采用盾构施工，在强度差异大的软硬不均地层采用盾构施工，往往会对刀盘造成意想不到的损坏或破坏，施工预往往会对刀盘造成意想不到的损坏或破坏，施工预案中必须对此进行综合分析，以便采取特殊的处置案中必须对此进行综合分析，以便采取特殊的处置措施。措施。三三 主要案例与对策主要案例与对策7 隧道的埋深与隧道的间距隧道的埋深与隧道的间距 隧道的埋深与隧道的间距如何确定隧道的埋深与隧道的间距如何确定 理论上讲，盾构隧道的埋深只取决于线路理论上讲，盾构隧道

29、的埋深只取决于线路的规划和隧道的抗浮要求；但是我们在设计过的规划和隧道的抗浮要求；但是我们在设计过程中自觉不知觉的应用了矿山法的理念，所以程中自觉不知觉的应用了矿山法的理念，所以大多数的设计在隧道埋深与隧道间距上采用了大多数的设计在隧道埋深与隧道间距上采用了一倍洞径以上的概念。一倍洞径以上的概念。 在实际工程中我们不时会遇到小于在实际工程中我们不时会遇到小于0.5倍洞倍洞径的情况，且在施工过程中和运营中都得到了径的情况，且在施工过程中和运营中都得到了良好的验证，所以值得我们深入研究。良好的验证，所以值得我们深入研究。 三三 主要案例与对策主要案例与对策8 管片隧道的设计荷载管片隧道的设计荷载设

30、计荷载的确定设计荷载的确定l 水土压力（合算和分算）水土压力（合算和分算）l 施工荷载（注浆压力、掘进推力、盾尾压力等）施工荷载（注浆压力、掘进推力、盾尾压力等）l 地面荷载地面荷载l 地震荷载地震荷载l 结构自重结构自重垂直水土压力地面超载侧向水土压力侧向水土压力水平弹性抗力水平弹性抗力基底竖向反力自重m=m1+m2mmm2/2m2/2m2/2m2/2隧道纵向三三 主要案例与对策主要案例与对策9 设计荷载需要进一步研究的问题设计荷载需要进一步研究的问题存在的主要问题存在的主要问题l 在荷载结构模型下，水、土压力的计算问题？在荷载结构模型下，水、土压力的计算问题？土压力太沙基理论的应用。土压力

31、太沙基理论的应用。l 水压力比实际明显偏大，是否应该进行折减？水压力比实际明显偏大，是否应该进行折减？l 地面荷载时通过上部覆土传递的，而结构设计时，地面荷载时通过上部覆土传递的，而结构设计时，全部作用在管片环结构上全部作用在管片环结构上l 施工荷载考虑不周，如注浆压力、盾尾的局部压施工荷载考虑不周，如注浆压力、盾尾的局部压力、推进的偏心作用。力、推进的偏心作用。三三 主要案例与对策主要案例与对策10 关于风险管理与安全评估关于风险管理与安全评估 风险管理必须在规划和初步设计阶段的范风险管理必须在规划和初步设计阶段的范畴内进行，不应该延续到施工阶段；风险管理畴内进行，不应该延续到施工阶段；风险

32、管理是业主控制项目投资的重要手段，有利于项目是业主控制项目投资的重要手段，有利于项目建设管理，职责明晰；同时也是确保项目建设、建设管理，职责明晰；同时也是确保项目建设、运营管理的必需。运营管理的必需。 施工阶段必须进行安全评估，安全评估应施工阶段必须进行安全评估，安全评估应遵循危险源辨识、制定技术方案与措施、检查遵循危险源辨识、制定技术方案与措施、检查落实、应急预案与演练。安全评估是预防安全落实、应急预案与演练。安全评估是预防安全事故的有效手段，也是做到安全事故可控、降事故的有效手段，也是做到安全事故可控、降低损失、减轻影响的必需。低损失、减轻影响的必需。 三三 主要案例与对策主要案例与对策1

33、1 风险管理的构成风险管理的构成 风险管理的组成与流程风险管理的组成与流程 风险识别风险识别风险评估风险评估环境风险环境风险构筑物、人文环境构筑物、人文环境地质风险地质风险选址不当、地质变化、选址不当、地质变化、 勘勘 察不详察不详技术风险技术风险设计、施工技术设计、施工技术自然灾害自然灾害洪水、地震、台风等洪水、地震、台风等财务风险汇率、融资变化财务风险汇率、融资变化风险管理风险管理风险决策风险决策风险发生的概率风险发生的概率风险发生的损失风险发生的损失规避风险的成本规避风险的成本减轻风险的成本减轻风险的成本风险转移的成本风险转移的成本规避风险规避风险减轻风险减轻风险风险转移风险转移风险接受

34、风险接受三三 主要案例与对策主要案例与对策1 盾构选型的主要内容盾构选型的主要内容 盾构基本类型的选择盾构基本类型的选择l 土压盾构、泥水盾构、复合盾构土压盾构、泥水盾构、复合盾构盾构刀盘与刀具的选择盾构刀盘与刀具的选择l幅条式刀盘、面板式刀盘幅条式刀盘、面板式刀盘l 滚刀、切刀、先行刀、超挖刀滚刀、切刀、先行刀、超挖刀主要功能的配置主要功能的配置l 土压盾构：加泥装置、泡沫注入装置土压盾构：加泥装置、泡沫注入装置 l 泥水盾构：冲洗装置、气垫平衡装置泥水盾构：冲洗装置、气垫平衡装置l 复合盾构：功能部件更换、多模式平衡功能复合盾构：功能部件更换、多模式平衡功能 四四 华南地区盾构选型的几个问

35、题华南地区盾构选型的几个问题 选型的原则选型的原则 掘得进、稳得住、出得来、成形快、环保好掘得进、稳得住、出得来、成形快、环保好 地质影响因素：土砂层、岩层地质影响因素：土砂层、岩层 华南地区一般来说对于土层、淤泥质地层、岩石华南地区一般来说对于土层、淤泥质地层、岩石地层，选择土压平衡盾构；而砂层选择泥水盾构；对地层，选择土压平衡盾构；而砂层选择泥水盾构；对于卵石地层和复合地层需要综合分析。于卵石地层和复合地层需要综合分析。 主要因素有：地层的渗透系数、岩土层的颗粒分布主要因素有：地层的渗透系数、岩土层的颗粒分布与组份、岩石的强度、岩石的与组份、岩石的强度、岩石的rqd指标、地质构造。指标、地

36、质构造。 2 盾构选型的地质与环境适应性盾构选型的地质与环境适应性四四 华南地区盾构选型的几个问题华南地区盾构选型的几个问题 环境因素：建构筑物、场地环境、工程投资环境因素：建构筑物、场地环境、工程投资 作为控制地层变形能力评判，泥水盾构优于土压盾构；作为控制地层变形能力评判，泥水盾构优于土压盾构；但是由于配置泥水处理设备的需要，工作场地要求大。但是由于配置泥水处理设备的需要，工作场地要求大。 从工程投资角度考虑，一般泥水盾构施工的成本高于土从工程投资角度考虑，一般泥水盾构施工的成本高于土压平衡盾构的压平衡盾构的1520%；且泥水系统会造成噪音污染。；且泥水系统会造成噪音污染。 2 盾构选型的

37、地质与环境适应性盾构选型的地质与环境适应性四四 华南地区盾构选型的几个问题华南地区盾构选型的几个问题 渗透系数与岩性、粒径渗透系数与岩性、粒径 2 盾构选型的地质与环境适应性盾构选型的地质与环境适应性四四 华南地区盾构选型的几个问题华南地区盾构选型的几个问题3 几个工程实例几个工程实例ac四四 华南地区盾构选型的几个问题华南地区盾构选型的几个问题3 几个工程实例几个工程实例 广州与北京广州与北京四四 华南地区盾构选型的几个问题华南地区盾构选型的几个问题3 几个工程实例几个工程实例 深圳地铁深圳地铁四四 华南地区盾构选型的几个问题华南地区盾构选型的几个问题4 刀盘及刀具的选择与应用刀盘及刀具的选

38、择与应用 刀盘面板的分类刀盘面板的分类 四四 华南地区盾构选型的几个问题华南地区盾构选型的几个问题 刀盘形式刀盘形式 比较项目比较项目面面 板板 式式幅幅 条条 式式砂、土适应性砂、土适应性（粒径（粒径15 cm15 cm）由于开挖面土体受面板开口影响，渣由于开挖面土体受面板开口影响，渣土进入渣舱不顺畅，易粘结，易堵塞。土进入渣舱不顺畅，易粘结，易堵塞。仅有几根幅条，同时幅条后均设有搅仅有几根幅条，同时幅条后均设有搅拌叶片，土、砂流动顺畅，不易堵塞。拌叶片，土、砂流动顺畅，不易堵塞。砂卵石适应性砂卵石适应性（粒径（粒径15cm15cm）适应性强，必要时可加滚刀。适应性强，必要时可加滚刀。不能加

39、滚刀，刀头形式及数量较少。不能加滚刀，刀头形式及数量较少。刀盘扭矩刀盘扭矩刀盘扭矩阻力大，需增加设备能力，刀盘扭矩阻力大，需增加设备能力，造价高。适用于硬土与岩石地层造价高。适用于硬土与岩石地层刀盘扭矩阻力小，设备造价低，适用刀盘扭矩阻力小，设备造价低，适用于淤泥质地层与砂层。于淤泥质地层与砂层。隧道内刀头更换隧道内刀头更换安全性安全性由于有面板，在隧道内更换刀头时安由于有面板，在隧道内更换刀头时安全可靠性相对好。全可靠性相对好。在隧道内更换刀头时安全性差，加固在隧道内更换刀头时安全性差，加固土体费用高。土体费用高。刀盘特性比较刀盘特性比较 刀盘型式的选择刀盘型式的选择 4 刀盘及刀具的选择与

40、应用刀盘及刀具的选择与应用四四 华南地区盾构选型的几个问题华南地区盾构选型的几个问题4 刀盘及刀具的选择与应用刀盘及刀具的选择与应用 刀具的分类刀具的分类 掘进刀具掘进刀具切削破岩切削破岩刀具刀具滚压破岩滚压破岩刀具刀具齿刀齿刀切刀切刀 球齿滚刀球齿滚刀楔齿滚刀楔齿滚刀盘形滚刀盘形滚刀辅助刀具辅助刀具超挖刀超挖刀刮刀刮刀四四 华南地区盾构选型的几个问题华南地区盾构选型的几个问题5 辅助功能的配置辅助功能的配置 对于粘性地层的配置对于粘性地层的配置四四 华南地区盾构选型的几个问题华南地区盾构选型的几个问题 特殊地段的换刀特殊地段的换刀5 辅助功能的配置辅助功能的配置四四 华南地区盾构选型的几个问

41、题华南地区盾构选型的几个问题 防喷涌装置防喷涌装置破碎装置排泥管道5 辅助功能的配置辅助功能的配置四四 华南地区盾构选型的几个问题华南地区盾构选型的几个问题1 盾构始发盾构始发 始发端头的地层加固始发端头的地层加固l 旋喷、搅拌、冻结旋喷、搅拌、冻结洞门的破除洞门的破除l 检查与破除时机检查与破除时机洞门密封洞门密封l 折叠密封、钢护套密封折叠密封、钢护套密封 始发轴线的控制始发轴线的控制l 曲线始发曲线始发l 高程控制高程控制五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例2 盾构掘进技术盾构掘进技术泥水平衡盾构掘进技术泥水平衡盾构掘进技术 泥水盾构的三大系统：泥水盾构的三大系统：l

42、盾构掘进系统盾构掘进系统l 环流系统环流系统l 泥水处理系统泥水处理系统 五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例2 盾构掘进技术盾构掘进技术泥水平衡盾构掘进技术泥水平衡盾构掘进技术 掘进系统：掘进系统： 切口压力切口压力 20hhhkhpwi(kpa)五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例2 盾构掘进技术盾构掘进技术泥水平衡盾构掘进技术泥水平衡盾构掘进技术 环流系统流速计算：环流系统流速计算： dtqqvt11220011111/20gfvll五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例2 盾构掘进技术盾构掘进技术土压平衡盾构掘进技术土压平衡盾构掘进技

43、术 土压平衡盾构的二大系统：土压平衡盾构的二大系统： 盾构掘进盾构掘进 渣土排放渣土排放 五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例2 盾构掘进技术盾构掘进技术土压平衡盾构掘进技术土压平衡盾构掘进技术 盾构掘进系统：盾构掘进系统： 刀具的选择刀具的选择 掘进模式掘进模式 刀具的更换刀具的更换 五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例3 壁后注浆壁后注浆 同步注浆同步注浆l 通过盾尾内（外）置注通过盾尾内（外）置注浆管与与掘进同步进行浆管与与掘进同步进行及时注浆及时注浆l滞后掘进，通过管片预滞后掘进，通过管片预留孔进行注浆留孔进行注浆二次注浆二次注浆l 必要时进行必要时

44、进行五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例4 方向控制方向控制 自动导向系统自动导向系统l 人工移站、自动巡人工移站、自动巡回测量回测量方向的控制与调整方向的控制与调整l 以适应设计线形为以适应设计线形为主，适时纠偏，切主，适时纠偏，切弃过急过猛弃过急过猛 水平方向水平方向 盾构机位置盾构机位置 姿态图姿态图 盾构机位置盾构机位置 姿态姿态 数据数据 隧道设计轴线隧道设计轴线 隧道里程隧道里程 五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例5 管片安装管片安装五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例管片安装应注意的几个问题管片安装应注意的几个问题 管片选型

45、：以适应盾尾间隙为主，兼顾设计线形管片选型：以适应盾尾间隙为主，兼顾设计线形 安装次序：从隧道底部开始，先安装标准块，依次安装次序：从隧道底部开始，先安装标准块，依次安装相邻块，最后封顶块的纵向顶入。安装相邻块，最后封顶块的纵向顶入。 推进油缸的释放：局部收缩，适当压紧。推进油缸的释放：局部收缩，适当压紧。 注意防水密封条的保护、注意盾尾内的清洁。注意防水密封条的保护、注意盾尾内的清洁。6 盾构到达施工盾构到达施工 到达施工的安全性到达施工的安全性l 地层加固、端头密封地层加固、端头密封到达段的防水要求到达段的防水要求l 管片的辅助连接管片的辅助连接五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键

46、工序与案例7 盾构过站与转场盾构过站与转场 盾构过站盾构过站l 车站站台层需加高车站站台层需加高l 时间短、地面无要求时间短、地面无要求盾构吊出或调头盾构吊出或调头l 需要地面提供场地需要地面提供场地l 对施工效率有影响对施工效率有影响五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例8 管片的试验与检验管片的试验与检验 相关试验相关试验 管片块的抗渗试验管片块的抗渗试验 三环试拼装三环试拼装 压弯破坏试验压弯破坏试验 拉拔试验拉拔试验五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例9 防水施工防水施工防水的四个环节防水的四个环节 管片自防水管片自防水 接缝密封防水接缝密封防水 嵌缝

47、防排水嵌缝防排水 壁后注浆防水壁后注浆防水 盾构隧道的防水原则：自防为主，强化堵截，归口引导盾构隧道的防水原则：自防为主，强化堵截，归口引导五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例10 监控量测的作用监控量测的作用 监控量测与一般的隧道测量作用不一样：监控量测与一般的隧道测量作用不一样： 监测管片隧道主要是确保隧道施工安全监测管片隧道主要是确保隧道施工安全（管片的变形（管片的变形与受力）与受力），并为隧道设计提供依据。，并为隧道设计提供依据。 监测隧道环境的变化监测隧道环境的变化（地层变形与地下水的变化）（地层变形与地下水的变化），为隧道施工调整参数与工艺服务。为隧道施工调整参数

48、与工艺服务。 监测地面建构筑物的变形情况监测地面建构筑物的变形情况（沉降与倾斜）（沉降与倾斜），必要，必要时启动应急保护预案。时启动应急保护预案。五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例11 盾构隧道的缺陷处理盾构隧道的缺陷处理 盾构隧道的缺陷盾构隧道的缺陷 隧道侵限：方向控制不当、隧道下沉、隧道上浮隧道侵限：方向控制不当、隧道下沉、隧道上浮 管片错台：环向、纵向错台管片错台：环向、纵向错台 管片裂损：接缝处、手孔处管片裂损：接缝处、手孔处 隧道渗漏水：接缝、起吊孔（注浆孔）、裂缝隧道渗漏水：接缝、起吊孔（注浆孔）、裂缝五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例11

49、盾构隧道的缺陷处理盾构隧道的缺陷处理 盾构隧道的缺陷盾构隧道的缺陷 当管片表面出现以下缺陷时，必须进行修补。当管片表面出现以下缺陷时，必须进行修补。 1 1 缺棱掉角；缺棱掉角； 2 2 混凝土剥落；混凝土剥落； 3 3 大于大于0.2mm0.2mm宽的裂缝或贯穿性裂缝。宽的裂缝或贯穿性裂缝。 管片修补时，应分析管片破损原因及程度，制定适管片修补时，应分析管片破损原因及程度，制定适当的修补方案。当的修补方案。 管片修补时，修补材料的抗拉强度不应低于管片修补时，修补材料的抗拉强度不应低于1.2mpa1.2mpa，抗压强度不应低于管片强度。抗压强度不应低于管片强度。五五 盾构施工的关键工序与案例盾

50、构施工的关键工序与案例12 建构筑物的保护建构筑物的保护 下穿建筑物下穿建筑物l 临近桩基仅临近桩基仅0.6ml 部分切割锤击桩部分切割锤击桩下穿京广铁路下穿京广铁路l 120km/h不减速不减速运行运行五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例13 13 小间距与浅埋深施工小间距与浅埋深施工 小间距隧道的施工小间距隧道的施工 深圳地铁一号线福民会展深圳地铁一号线福民会展中心区间，由于环境因素的影响，中心区间，由于环境因素的影响，要求区间隧道间距只能小于要求区间隧道间距只能小于1.2m1.2m，实际间距只有实际间距只有1.1m1.1m。目前隧道运。目前隧道运行良好。行良好。 浅覆土

51、段的施工浅覆土段的施工 广州地铁四号线小谷围新造广州地铁四号线小谷围新造区间，在过新造海时，设计最小区间，在过新造海时，设计最小覆土覆土6.8m6.8m，经实测由于冲刷的影，经实测由于冲刷的影响，实际覆土仅有响，实际覆土仅有4.3m4.3m，且淤泥，且淤泥和粉细砂，已安全顺利通过。和粉细砂，已安全顺利通过。 五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例14 14 掘进控制不当的危害掘进控制不当的危害 地房屋开裂与地表塌陷地房屋开裂与地表塌陷 在地铁三号线施工中，造成在地铁三号线施工中，造成地表房屋开裂的施工标段不少，地表房屋开裂的施工标段不少，主要有两种情况：一是平衡压力主要有两种情

52、况：一是平衡压力控制不当，二是开仓换刀作业引控制不当，二是开仓换刀作业引起。起。 最严重的一个标段引起房屋最严重的一个标段引起房屋开裂的水量达到开裂的水量达到200200多栋，最大缝多栋，最大缝宽达宽达12cm,12cm,目前被索赔要求大目前被索赔要求大23002300万元。万元。 五五 盾构施工的关键工序与案例盾构施工的关键工序与案例1 联络通道施工联络通道施工六六 盾构工程中有待发展的技术盾构工程中有待发展的技术顶管方式顶管方式 在特殊地层在特殊地层 （ 如水下如水下软弱地层、环境复杂的富水软弱地层、环境复杂的富水软弱地层等软弱地层等）、且具有通用）、且具有通用性的项目或工程中，采用顶性的

53、项目或工程中，采用顶管法施工联络通道，安全可管法施工联络通道，安全可靠、经济合理。靠、经济合理。2 高水压下的换刀技术高水压下的换刀技术带压进舱作业带压进舱作业 在特殊环境下的换刀与在特殊环境下的换刀与紧急情况下的维修，压力环紧急情况下的维修，压力环境可达到境可达到7 bar以上。采用以上。采用饱饱和潜水技术和混合气体呼吸和潜水技术和混合气体呼吸技术。技术。气压工作室气压工作室穿梭人闸穿梭人闸六六 盾构工程中有待发展的技术盾构工程中有待发展的技术3 对接技术对接技术对接方式对接方式 机械对接：机械对接： 土木对接：土木对接： 六六 盾构工程中有待发展的技术盾构工程中有待发展的技术4 长距离施工

54、长距离施工土压平衡盾构的出土土压平衡盾构的出土 在长距离掘进的隧道工程在长距离掘进的隧道工程中，采用大断面土压平衡盾构中，采用大断面土压平衡盾构进行施工，为了保证盾构的连进行施工，为了保证盾构的连续施工连续作业，考虑采用皮续施工连续作业，考虑采用皮带方式出渣是良好的选择。带方式出渣是良好的选择。l 皮带驱动站位于洞口皮带驱动站位于洞口l 具备具备500m500m的水平或垂直储的水平或垂直储存能力存能力l 皮带延伸与皮带运转同步，皮带延伸与皮带运转同步，可及时跟进掘进可及时跟进掘进六六 盾构工程中有待发展的技术盾构工程中有待发展的技术多刀盘、伸缩刀具多刀盘、伸缩刀具 多刀盘技术是解决大断面多刀盘

55、技术是解决大断面隧道盾构施工的重要技术，有隧道盾构施工的重要技术，有利于功率的合理分配和中心掘利于功率的合理分配和中心掘进难度大的问题。进难度大的问题。 长距离掘进刀具的更换频长距离掘进刀具的更换频繁，且在特殊环境下换刀的难繁，且在特殊环境下换刀的难度极大，伸缩刀具技术的应用，度极大，伸缩刀具技术的应用，大大地缓解了压力，施工效率大大地缓解了压力，施工效率可以明显提高，降低风险。可以明显提高，降低风险。5 大断面、长距离施工大断面、长距离施工六六 盾构工程中有待发展的技术盾构工程中有待发展的技术 在世界各国软硬不均地层采用盾构法施工的在世界各国软硬不均地层采用盾构法施工的隧道中都遇到了许多问题

56、和困难，如新加坡地铁、隧道中都遇到了许多问题和困难，如新加坡地铁、葡萄牙葡萄牙oporto轻轨工程、法国巴黎轻轨工程、法国巴黎socatop隧道隧道等，主要表现为施工进度不可控、刀具消耗异常、等，主要表现为施工进度不可控、刀具消耗异常、地表沉降大等等，可以说这是一个世界性的难题。地表沉降大等等，可以说这是一个世界性的难题。盾构的诞生就是针对软土地层在掘进过程中如何盾构的诞生就是针对软土地层在掘进过程中如何稳定工作面为出发点；然而对于软硬不均地层盾稳定工作面为出发点；然而对于软硬不均地层盾构技术的关键是适应地层条件满足掘进与破岩要构技术的关键是适应地层条件满足掘进与破岩要求，同时结合地表沉降的要求考虑稳定工作面的求，同时结合地表沉降的要求考虑稳定工作面的方法，这就是复合盾构的理念。方法，这就是复合盾构的理念。 七七 主要结论主要结论 根据广州已经完工的四条地铁的施工经验和盾构根据广州已经完工的四条地铁的施工经验和盾构的对比分析，盾构设计时必须考虑全断面布置滚刀，的对比分析，盾构设计时必须考虑全断面布置滚刀，而且安装滚刀的位置根据地质条件可以更换为齿刀，而且安装滚刀的位置根据地质条件可以更换为齿刀，对刀盘的设计必须要有足够的强度与刚度；对刀盘的设计必须要有足够的强度与刚度； 刀具的布置