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富水砂卵石地层土压平衡盾构隧道 施工关键技术研究 （总报告） 同济大学 中铁十三局集团有限公司成都地铁项目经理部 2008年9月 目 录 1 工程概况及项目研究意义 1 1.1 成都地铁1号线2标段工程简介 1 1.2 工程地质及水文地质概况 2 1.3 本工程地层特点及施工难点 3 2 砂卵石地层土压平衡控制 6 2.1土压平衡盾构技术概述 6 2.2 砂卵石地层的掘进模拟计算 9 2.3 砂卵石土压平衡特点研究 10 2.4 土压平衡控制方法 18 2.5 渣土改良试验及结果分析 18 3 刀具磨损机理研究与预测 27 3.1 硬岩中滚刀破岩机理 27 3.2 切削刀具的掘进原理 30 3.3 本工程滚刀磨损特点及原因分析 31 3.4 刮刀磨损及离散元计算 37 3.5 刀具磨损的计算分析 43 3.5 盾构刀具损耗分析 44 4 盾尾同步注浆材料及参数 48 4.1 注浆材料试验分析 48 4.2盾构推进至不同地段下浆液配比建议 48 4.3 同步注浆参数实测分析 50 4.4 松散带对注浆量的影响 56 4.5 控制措施 56 5 砂卵石地层带压换刀技术 59 5.1 带压换刀基本原理 59 5.2 气压加压试验 64 5.3 带压换刀实践 68 6 盾构穿越施工对建筑物影响研究 75 6.1 盾构穿越建筑物工程概况 75 6.2盾构穿越冶金宾馆时采用的辅助措施 77 6.3桩基荷载转移在盾构穿越施工中的效果分析 81 6.4桩基托换在盾构穿越施工中的效果分析 86 6.5 盾构穿越冶金宾馆桩基的施工效果分析 92 6.6盾构穿越安监局施工数值模拟计算 96 6.7 盾构穿越经委安监局的施工措施及效果分析 100 7结论 103 7.1 砂卵石地层土压平衡控制研究结论 103 7.2刀具磨损机理研究与预测研究结论 104 7.3盾尾同步注浆材料及参数研究结论 105 7.4 砂卵石地层带压换刀技术研究结论 106 7.5盾构穿越施工对建筑物影响研究 107 1 工程概况及项目研究意义 1.1 成都地铁1号线2标段工程简介 本标段区间段地铁线路处于人民北路和人民中路上由北向南，沿人民北路南部和人民中路敷设，共三个区间：人民北路站～站区间站～站区间站～站区间m。左右线区间隧道各采用一台直径6.28m海瑞克土压泥水盾构机掘进，盾构隧道采用管片拼装式衬砌，管片环宽1.5m，错缝拼装。成都地铁1号线规划图如图1.1所示，本标段线路平面图如图1.2所示。 图1.1 成都地铁1号线规划图图1.2 线路平面示意图 1.2 工程地质及水文地质概况 1.2.1 地形地貌 本区间段线路呈南北向纵贯成都市区，线路区域地处成都平原岷江冲洪积扇状平原的南东边缘，其东为位置相对较高、地形起伏相对较大的成都市东部台地。区内地形较平坦，地势受扇状平原的控制，总体上西高东低，北高南低。沿线地面高程于497.7m～506m，相对高差8.3m，由于后期人类工程活动，原始地形已不甚清晰。 1.2.2 地质构造 成都平原在构造位置上处于我国新华夏系第三沉降带之川西褶带的西南缘，界于龙门山隆褶带山前江油～灌县区域性断裂和龙泉山褶皱带之间，为一断陷盆地。 从总体来看，成都市区距龙泉山褶皱带20公里，距龙门山隆褶带50公里，区内断裂构造和地震活动较微弱，历史上从未发生过强烈地震，从地壳的稳定性来看应属于稳定区。 1.2.3 土层特征 地铁一期工程沿线初勘钻孔所揭穿的地层单位自上而下依次为第四系全新统（Q4）、上更新统（Q3）和白垩系上统（K2g）。Q4上段为杂填土，主要为建筑垃圾混粘性土，分布连续，厚度1.1～6.8m。下段上部为黄灰色粉质粘土，呈可塑～硬塑状态，湿；分布不连续，埋深1.7～3.5m，厚度1.2～3.6m。下段底部为灰黄色卵石土，卵石呈圆～次圆状。漂石组、卵石组、砾石组和土粒组在卵石土中所占的重量百分比分别为15.4%、69.2%、7.1%和8.3%。根据密实程度，卵石土可以划分出稍密卵石、中密卵石和密实卵石3个亚层。卵石层埋藏深1.6～5.3m，厚度5.2～9.7m。卵石单轴抗压强度65．5-184MPa，平均102．2MPa，极值为206MPa。在该层中还存在钙质胶结、半胶结的砾石层，硬度大。 1.2.4 水文地质 工程范围内地下水系为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水两种类型。主要以孔隙潜水为主，孔隙潜水主要埋藏于砂卵石地层中，地下水位埋藏较浅，水量丰富，渗透系数K=15～40m/d，补给来源为大气降水和地表河流、沟渠。基岩裂隙水主要赋存于泥岩风化裂隙带中，含水层厚20m左右，K=0.3～1.2m/d，裂隙水不发育，迳流条件差，主要为孔隙潜水补给。 1.3 本工程地层特点及施工难点 1.3.1 地层特点 成都地层岩体松散，无胶结，