盾构区间掘进工程重难点及对策.docx

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盾构区间掘进工程重难点及对策

盾构区间掘进工程重难点及对策

一、广州杨-珠区间

1、广州杨-珠区间盾构工程

杨箕至五羊新城区间起于中山一路杨箕村（地铁一号线杨箕站），向南穿过广铁共和村密集建筑物区、东山区检察院，在金桥大厦后拐弯，沿寺右新马路向东延伸，穿过过街楼，到达五羊邨站。

寺右新马路宽度约30m，两边楼房密布，主要有住宅楼、商业楼和写字楼等。

该区间隧道近南北向穿越杨箕村，杨箕村居民楼房密集，多为2～9层的住宅楼；其中里程ZCK14+155～ZCK14+450范围基本与杨箕涌重合，两边主要是一些居民区和商业楼或写字楼等，如西边为军区干休所，东边为铁路集团党校、金山阁等。

总体上看本区间线路的地面条件较复杂。

五羊新城至珠江新城区间主要位于广州大道与花城大道的交叉口的东侧，本区间从五羊邨站出发，向西下穿广州大道后，沿花城大道东行，止于华穗路口。

花城大道宽度约30m。

在区间两边主要是一些高层商住楼等。

2、175#建筑物桩基托换工程

区间隧道在线路左线里程约ZDK14+790.0～ZDK14+850.0、线路右线里程约YDK14+810.0～YDK14+870.0间下穿五羊邨过街楼。

五羊邨过街楼部分桩基侵入区间隧道开挖面，地下暗挖隧洞主动托换。

五羊邨过街楼跨寺右新马路修建，整体为四层框架结构。

地面一层现状为寺右新马路行车道；五羊邨过街楼下方有构筑物五羊邨绿岛加压站，桩基托换临时施工竖井设置于五羊邨绿岛加压站西侧约13m处的绿化带内；采用1条托换主洞和6条托换支洞，对五羊邨过街楼6#、17#、25#、26#、31#、39#桩基进行桩基托换作业。

托换竖井井身内径空尺寸为3×5m，井深19.05m。

隧道断面尺寸为3×4m，拱顶为弧形，主通道约85m,支通道约88m。

图1：

平面布置图见附图。

3、地形地貌及地质条件

本标段沿线沿线地形平坦，地面高程7.50--8.73m左右，线路沿线地面建筑物、地下管线密集。

沿线构造属于天河向斜的南翼，岩层东西走向并向东尖灭，是直接影响本区间的构造。

下伏基岩为白垩系的两组地层：

白垩系上统大塱山组三元里段（K2d1）的砾岩、含砾砂岩、粉砂质及泥质粉砂岩，白垩系上统三水组西濠段（K2S2b）的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹含砾粗砂岩和砂岩。

本区间未发现有断裂通过，也没有发现风化深槽。

（1）．地层特性

工程沿线穿越的地层总体上为二元类型，即上部为新生界冲～洪积和风化残积地层，下部为白垩系陆相沉积的以红色为主的泥岩、粉砂岩、含砾砂岩和砾岩等组成的基岩层。

区内地层从新到老大致可分为9个大层，地层性状描述见表《地层特性表》。

地层特性表

序号

地层编号

时代成因

地层类别

地层厚度

地层性状描述

1

<1>

Q4ml

人工填土

平均

2.58m

全部为杂填土，厚度变化较大，呈黄褐、灰黄等色，结构松散~稍压实，由碎石、砼块、砖块、砂土、粘性土组成，硬质物含量较高。

2

<2-1A>

Q4mc

淤泥层

平均

2.40m

深灰~灰黑色，呈饱和，流塑状态，以粘粒为主组成，局部含少量粉砂，为海陆交互相沉积成因。

本层强度低，压缩性高。

3

<2-1B>

Q4mc

淤泥质土

平均

2.40m

深灰~灰黑色，呈饱和，流塑状态，以粘粒为主组成，含少量粉砂或薄层粉砂，为海陆交互相沉积成因。

本层强度低，压缩性高。

4

<2-2>

Q4mc

淤泥质砂

平均

1.60m

深灰~灰黑色，呈饱和，流塑状态，以粘粒为主组成，含较多粉砂或夹薄层粉砂，含腐植物，以透镜体状分布，为海陆交互相沉积成因。

本层强度低，压缩性高。

5

<3-1>

Q4+3al+pl

粉细砂

平均

2.80m

灰白、灰黄等色，饱和，呈松散~稍密状，局部中密状，主要为粉细砂，局部含中砂较多，含少量粘粒，局部含较多粘粒。

多呈尖灭状或透镜体分布。

6

<3-2>

Q4+3al+pl

中粗砂层

平均

3.950m

灰白、灰黄色，呈饱和，松散~稍密状，局部中密状，主要为中粗砂，含少量粘粒，局部含粉细砂。

7

<4-1>

Q3al+pl

冲洪积

粘性土

平均

2.65m

灰黄、灰白、黄红等色，以冲洪积作用而形成的粉质粘土和粘土为主，局部为粉土或含粉细砂，呈可塑状态（局部硬塑～坚硬状）。

本层强度较低，压缩性中偏高。

8

<4-2>

Q3al

淤泥质土

平均

2.35m

深灰~灰黑色，饱和，呈流塑状态，以粘粒为主，含少量腐植质及粉细砂。

河湖相沉积成因，强度低压缩性高。

9

<5-1>

Qel

可塑粉质粘土

平均

4.68m

紫红、褐红或棕红色，由红色陆相沉积岩（泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩等）风化残积形成，以粘粒为主，呈湿，可塑状。

本层强度中等，压缩性中等偏高。

10

<5-2>

Qel

硬塑粉质粘土

平均

4.43m

暗紫红色、褐红色，主要由粉质粘土组成，局部为粘土，含少量风化残留岩石碎屑，呈湿，硬塑～坚硬状态。

本层强度较高，压缩性较低。

11

<6>

K

岩石全风化带

平均

5.75m

由紫红、红褐、棕色的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等组成，原岩已风化成土状，岩石组织结构已基本破坏，但尚可辩认，局部夹强风化岩块，岩芯呈密实土状或坚硬状，可挖性方面属于土层。

本层强度较高，压缩性较低。

12

<7>

K

岩石强风化带

平均

5.10m

主要由紫红色、棕红色的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等组成，泥质和粉砂质结构为主，泥、钙质胶结，岩石组织结构已大部分破坏，但尚可清晰辩认，矿物成分已显著变化，岩石风化裂隙发育，岩芯呈半岩半土状、碎块状或片状。

本层强度较高，压缩性较低。

13

<8>

K

岩石中风化带

平均

8.30m

主要由红褐色泥质粉砂岩和砾岩组成，粉粒结构为主，泥、钙质胶结，中厚层状构造，岩石组织结构部分破坏，矿物成份发生变化，风化裂隙较发育，岩芯呈短柱状或柱状，岩质稍硬。

本层强度较高，压缩性低。

14

<9>

K

岩石微风化带

主要由红褐色泥质粉砂岩，局部为砾岩组成，粉粒结构为主，泥、钙质胶结，中厚层状构造，岩石组织结构及矿物成份基本未变，有少量风化裂隙，岩芯呈柱状，岩质较硬～硬。

（2）、水文地质条件

本标段内地下水水位埋深1.0~2.5m总体变化较小。

地下水位的变化与地下水的赋存、补给及排泄关系密切，大气降水和地表水体（珠江、河涌）是主要补给源，地下水位受季节影响明显。

地下水类型主要有以下四种：

1）上层滞水

主要在上部的杂填土层中，富水性一般，总的储量不大。

2）孔隙潜水或微承压水

主要分布在第四系地层中的松散砂层中，为主要含水层，透水性强，直接或间接受大气降水补给，并受地表水体的渗透补给，因此水位不仅与季节性降雨量有关，还受河涌潮汐动态水的影响。

3）基岩裂隙水

主要分布在第四系地层之下的白垩系陆相沉积的破碎的基岩裂隙中，水量的大小受基岩的裂隙发育程度及裂隙的连通性制约及与裂隙水的补给有关。

第四系砂层是典型的强透水层，直接或间接的大气降水补给，同时受附近河涌或其他地表水体的渗透补给。

基岩裂隙水的补给主要是上覆第四系地层的渗透补给和连通性裂隙的侧向补给，

区间盾构隧道在该地段埋深约20m，隧道主要穿越<7>、<8>、<9>层。

桩基托换竖井主要穿越地层为<5-1>及<6>层，竖井底部位于<7>层；桩基托换主洞拱顶处于<5-1>、<5-2>、<6>层，隧洞主要穿越地层为<5-2>、<6>、<7>层，隧洞底部主要地层为<6>、<7>层。

托换支洞及作业导洞主要穿越地层为<5-2>、<6>、<7>层。

4、施工计划

区间盾构掘进计划见表2-盾构掘进计划。

计划平均每80环更换刀具一次。

每掘进50环时检查一次刀具，再掘进30环时根据掘进参数检查刀具一次，根据当时的地层情况及前方的地层情况决定刀具是否更换。

盾构掘进计划

月份

2005年

10月

2005年

11月

2005年

12月

2006年

1月

2006年

2月

2006年

3月

2006年

4月

总计

左线

（环）

/

60

180

180

210

240

132

1002

右线

（环）

60

180

180

210

240

131

/

1001

合计

（环）

60

240

360

390

450

371

132

2003

桩基托换施工计划见桩基托换施工进度横道图。

5、施工重难点及措施

5.1工程特点：

本工程具有以下特点：

（1）、本段包含两个盾构区间，从珠江新城站始发，珠江新城站～五羊邨站区间773.3单线延米，盾构过五羊邨站进入杨箕站～五羊邨站区间，该区间1969.1单线延米。

隧道最大坡度为28.297‰，最小曲线半径为300米。

（2）、五羊邨站施工为“先隧后站”，盾构须掘进2×124.2m通过五羊邨站；盾构到达杨箕站（调出井）后调出。

（3）、盾构隧道位于城市交通干道下方，部分段位于密集建筑群下方。

隧道顶板覆土厚度：

【杨箕站~五羊邨站区间】为17.9～24.3m，在3~4倍洞径左右；【五羊邨站~珠江新城站区间】为17.4~18.7m，在3倍洞径左右。

（4）、隧道穿过地层地质为二元类型，由于受地质构造影响，地层分布不均性明显，在隧道横断面上表现为上软下硬，在纵剖面上表现为软硬相间。

<9>地层整体上硬度较小天然抗压强度平均仅18.8MPa，但最大达到73.3MPa。

这种软硬不均地层的存在，将对盾构掘进造成一定困难。

（5）、隧道穿越地层基本为<7>、<8>、<9>地层，稳定性较好。

地下水主要为基岩裂隙水，水量大小受基岩裂隙发育程度及裂隙的连通性制约。

（6）、【杨箕站~五羊邨站区间】线路在YCK14+200～YCK14+475段位于杨箕涌下，涌宽约25m，深约3.5m。

隧道大该段穿越<8>、<9>地层，且隧顶岩层较厚。

（7）、【杨箕站~五羊邨站区间】线路在YCK14+825处下穿175＃建筑物，175＃建筑物桩基侵入隧道净空，须进行桩基托换，175#建筑物采用竖井、横通道进行地下托换施工。

（8）、【五羊邨站~珠江新城站区间】线路在YCK15＋100处下穿广州大道中路隧道，两隧道净距约7m，地质为<6>、<7>、<8>地层，施工中须注意加强同步注浆和二次补充注浆，保证既有隧道的安全。

（9）、沿线建筑物多，周边环境复杂，管线桩基情况不明，需要进一步详细调查。

5.2工程技术难点

（1）、盾构在红层中的掘进

两个区间地质分布有大量中风化和微风化红层，岩石硬度相对较小，但局部最高强度达到73.3MPa。

虽然岩石的硬度并不足以对盾构刀具的破岩和磨损形成严重影响，盾构在这种地层中掘进时碴土不容易流动，掘进阻力大，会导致碴土发热甚至出现刀盘结泥饼的情况，从而导致掘进困难，是区间掘进的主要难题。

（2）、盾构在软硬不均地层中的掘进

由于岩石组成物质不均匀、裂隙发育的差别以及地下水的作用等，使各岩层风化带中存在不同程度的不均匀风化。

红层中由于岩屑成份变化或砾质含量变化，岩性从细砂岩至砾岩过渡，致使局部岩石风化程度亦产生强弱相间的不均匀现象。

两区间地层岩性变化较大，上软下硬地层多，软硬不均现象明显，局部存在不均匀风化夹层，对盾构施工影响主要体现在盾构掘进姿态控制和预防刀口折断，同时也对地层不断产生扰动，很容易产生地表变形。

（3）、建筑物桩基托换施工

本区间隧道多处穿越既有建筑物，175#过街楼楼房桩基需进行桩基托换处理。

因为无地面托换场地，因此采用地下托换施工，新打入桩采用人工挖孔桩施工，施工难度大，桩基托换施工，必须确保既有建筑物安全，是本工程施工安全的重点。

（4）、曲线始发及小半径曲线段

施工

本区间隧道最小平曲线半径为300m，接近盾构机的最小设计转弯半径，