广州地铁2号线越三盾构技术研究.ppt

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1、软硬不均地层及复杂环境隧道复合盾构的研究与掘进技术中铁隧道集团有限公司２００７年１０月一、工程概况广州地铁二号线【越～三区间隧道】盾构工程包括越秀公园站至广州火车站、广州火车站至三元里站两个区间双孔隧道。最小曲线半径400m。两个区间均为“V”形坡，最大坡度30‰，隧道上方覆土厚度最大约28m，最小约9m。越~三区间隧道平面位置图二、工程地质及水文地质1、洞身通过的工程地质越~火区间隧道80%的地段埋置于岩层中，仅有20%的洞体处在断裂带和土石混合层中。穿越地层大部分是强风化岩<7>及中风化岩<8>、及微风化岩<9>、有少部分为全风化岩<

2、6>、残积土层<5-2>和断裂破碎带。火~三区间隧道穿越地层大部分是中风化岩〈8〉、强风化岩〈7〉和微风化岩〈9〉、其次为全风化岩〈6〉和残积土层〈5-2〉。在洞身范围内，基本呈上软下硬。2、水文地质概况主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水两种。隧道穿过广从断裂和走马岗断裂，断裂破碎带富水，稳定性差。越~三区间隧道纵断面图三、工程周边环境整个区间隧道的地表建筑物密集，地面交通繁忙，地下管线复杂，共穿越135栋建筑物，其中四层楼以上的建筑物31栋，最高为7层。整个区间隧道穿越的各种地下管线达56条。四、工程的重点与难点1.工期紧，每台盾构机月掘进指

3、标达230米/月;2.盾构穿越铁路车站轨道，对沉陷控制要求特别严格;3.盾构穿越断层破碎带：该断层带是由岩体破碎，由角砾和碎块岩组成，地层无自稳能力，且地下水富集，有突水涌泥的可能。4.盾构推进方向控制难：由于岩层软硬不均，推力和扭矩变化较大，使盾构掘进机推进中的轴线控制和推进操作有相当大难度。尤其是当软硬不均匀地层分布于曲线段和线路坡度较大洞段时，更加大了盾构掘进和轴线控制的难度。5.盾构穿越线路曲线多：本标段区间隧道最小曲线半径400m，曲线长度大约占46%，越秀公园（体育大厦）～广州火车站区间有两段反向曲线，且隧道纵坡分段多，变化大，

4、在竖曲线和平曲线、缓和曲线上施工，方向控制难。6.碴的粒径大，出碴困难：岩层分界面起伏较大，掘进工作面软硬不均，不但掘进方向控制难，掘进参数调整要求高，而且各种地层岩石与土体产生的碴的粒径差异大、不均匀，可能造成出碴因难，影响螺旋输送机的使用效率，因此应选择适宜的出碴系统。六、主要研究内容与关键技术（1）适应软硬不均地层的盾构机的研究设计；（2）1.5m环宽管片结构与防水设计技术；（3）不同地层盾构掘进及模式转换技术；（4）环形间隙同步注浆技术；（5）盾构姿态控制及管片防裂损技术；（6）渣土改良技术；（7）重载快速运输设备研制与应用技术；（

5、8）穿越各种复杂建筑物的地层变形分析及控制技术。（1）适应软硬不均地层的盾构机的研究设计盾构机盾构机的标称直径最大掘进速度最大掘进力Φ6.280[mm]80[mm/min]30.100[kN]前盾除耐磨层以外的外径耐磨层前盾长度盾壳钢厚度隔板钢厚度Φ6.250[mm]2×5[mm]ca.1.700[mm]60[mm]80[mm]中部盾壳外径长度Φ6.240[mm]ca.2.580[mm]根据工程的围岩条件、周边环境、断面尺寸、隧道长度、隧道线路、工期等因素，结合开挖和衬砌方式，经过安全性、技术性、经济性比较后确定，适应该工程的盾构机关键部件

6、设计见下表。刀盘整个刀盘标称直径旋转方向Φ6.280[mm]右/左刀具切刀数量硬岩用盘形刀双刃盘刀数量（可和在岩石疏松条件下的齿刀互换）双刃齿刀数量（可和硬岩条件下的盘形刀互换）刮刀数量仿形盘刀64St.14St.14St.2St.1St.复合式盾构图2.1.5m环宽管片结构与防水设计技术在国内首次采用1.5m环宽管片，和国内常用的1.0m、1.2m环宽管片相比，提高了管片拼装效率和管片的整体刚度，提高了管片的防水性能，降低了成本，在国内处于领先水平。本课题开发了盾构隧道结构计算程序（STCP），程序综合考虑了这四种计算模型，能够根据输入的

7、地层、地下水和地面超载情况按全覆土和泰沙基土压力理论采用水土分算或水土合算模式进行荷载计算，接近国际先进水平。管片制作C50、S12钢筋混凝土结构内径5400mm、外径6000mm、宽度1500mm蒸气养护水养池三环水平拼装管片抗渗试验光面处理管片钢筋笼3.不同地层盾构掘进及模式转换技术；根据工程水文地质状况和复杂周边环境，盾构机具有敞开式、半敞开式以及全封闭土压平衡式（EPB式）掘进模式，以适应硬岩地层、含水软岩以及软硬混合地层的掘进，并达到盾构机的最佳工作状态。同时，在EPB模式下，足够的土压平衡调节能力可有效的平衡周围土体的静水压力

8、和土压力，保证开挖面的稳定。配合可靠的同步注浆系统，必要的二次补充注浆，以及后期地层注浆加固技术等辅助工法，可将地表隆陷控制在规定的范围之内，从而确保安全通过桩基群、广州火车站站