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盾构穿越高承压水及断裂带技术研究

摘要：通过研究分析解决在高承压水及断裂带地层条件下面临水层液化流失

导致盾构突沉；高承压水推进中渗漏涌砂涌水事故等高风险问题；马平盾构区间

高承压水地层条件下盾构掘进开挖面稳定等方面的技术问题，探索验证盾构掘进

施工的参数控制、地层变形和地表沉降监测方法，验证盾构掘进工法在该特殊地

层的适应性，总结形成适用于该地层的盾构推进施工技术。

关键词：高承压水断裂带盾构掘进技术措施

一、项目实施背景：

乌鲁木齐市轨道交通2号线一期工程马料地站~平川路站区间自马料地站起，

沿马料地街路下向西南敷设，后向北转至平川路路下，下穿九家湾村部分2、3

层民宅等建筑物。右线长894.867m；左线长894.870m，含长链38.012m。原设计

暗挖段长度约320m，盾构段长约575m。

马料地站~平川路站区间地层岩性复杂多样，表层主要为第四系松散洪积物，

下伏侏罗系（J）的泥岩、砂岩、砾岩等。区间断裂形变强烈，其性质、规模、

分布均明显受构造运动的控制，其中对区内地质、水文地质影响较大的断裂有雅

马里克断裂，西山断裂。西山断裂带形成于中更新世纪中晚期，必威体育精装版活动时间为

晚更新世纪晚期，属晚更新世活动断裂，北支断层潜在最大震级为6.9级。未来

百年内可能产生的最大垂直位错量0.65m。整个区间富有承压水，越靠近断层富

水性越好，且断层以南承压水较大，承压水水头最大高出地面4.3m；施工风险极

高。

区间穿越了西山活动断裂，断裂带突发错动产生的强地面震动会对工程有较

大影响；其次区间穿越了高承压水区域，现场自建房密集，初步统计区间暗挖段

下穿自建房约60栋，2~5层不等，地基结构大多不详，降水和隧道开挖失水，会

造成自建房的地基不均匀沉降，依据降水试验成果沉降理论分析为62.1-129.9mm，

可能出现大的安全事故，安全风险极高；最后一旦施工过程中发生停电或其他突

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发情况，降水井抽水停滞，地下水位将在19.01分钟恢复至隧道顶部，水位将在

182.02分钟以后恢复至初始水位，抢险时间短，施工风险大，若抢险不及时，可

能发生严重的涌水突泥等工程事故。

此区间工程是一项较为复杂、专业化要求极高的项目，因此，必须首先弄清

工程的地质及水文地质条件，加大对其风险调研的分析，该区间同时穿越西山断

裂带和高承压水层，为疆内地下工程首次，在全国也罕见，前期论证中有钱七虎

院士、周福霖院士级别专家参与研判风险、改良修编设计方案，解决在该地层条

件下面临断裂带富水层、高承压水盾构推进等一系列高风险问题以及工效和经济

指标问题。本项目针对上述问题研究分析施工措施，在降低施工各类风险上有重

要意义，同时确保提高盾构施工工效、节约投资，其成功经验对类似高风险地质

情况施工具有较好的示范和指导意义。

二、盾构穿越高承压水及断裂带关键技术

1、大直径盾构机

根据本工程的地质条件、施工特点及地震断裂带错动量的要求，马平区间采

用2台大直径Φ6950土压平衡盾构机施工。盾体由前体（切口环）、中体（支

撑环）和后体（盾尾）三大部分组成，具有足够的刚度和强度。

前体分隔开挖区和人员工作区，依靠前体的密封舱壁，盾构机和开挖面之间

构成一个土仓，用于堆积刀盘切削下来的碴土，通过对这些碴土进行加压、压力

传递，使压力作用在开挖面上，维持开挖面的稳定。同时还能够保护在土仓内作

业人员的安全。壳体的铰接环上设置有铰接密封，其中有一道紧急气囊密封，能

够保证开挖过程中地下水不会由此处进入到盾构内部。

根据地质补勘图纸，考虑整个盾构区间特点，并以农业