砂與砂礫地層盾構工程技術（簡體書）

盾構隧道工程不可避免面臨砂和砂礫地層的挑戰。砂和砂礫地層的特性不盡相同，其風險點也不一樣。砂礫地層中，主要風險是盾構設備的過度磨損；富水粉細砂層中，主要風險是湧水湧砂（包括始發到達端頭和聯絡通道）。《砂與砂礫地層盾構工程技術》撰寫正是根據這一特點展開，以地質特點分析和地質風險判別為開篇，按照“盾構選型、設備維修、輔助工法、掘進技術、附屬工程”為主線論述應對砂和砂礫地層工程風險的措施。《砂與砂礫地層盾構工程技術》著重分析了大開口率盾構、渣土改良劑、松動土壓力、水土平衡始發到達等技術，在論述中力求資料翔實，借用國內各大盾構工程的25個典型案例進行引證。本書可供盾構工程技術人員參考。

《砂與砂礫地層盾構工程技術》從盾構對地質適應性的角度出發，系統分析了盾構隧道工程風險，按照“盾構選型、掘進控制、附屬工程”的次序逐一論述應對風險的措施。

第一篇 砂和砂礫地層地質特性和工程風險分析第1章 砂和砂礫地層地質特性1．1 地質歷史成因1．1．1 河流上游地區1．1．2 河流中下游地區1．2 工程地質特性1．2．1 地層的穩定性1．2．2 地層的互層性1．2．3 地層的可開挖性1．3 地層判別的標準1．3．1 按照顆粒粒徑分析的判別標準1．3．2 [案例]砂礫層顆粒分析（成都）1．3．3 其他判別指標1．4 小結第2章 砂和砂礫地層盾構工程風險綜述2．1 砂礫地層地表沉降的風險2．2 盾構機設備的風險2．2．1 刀具的磨損2．2．2 刀盤的磨損2．2．3 螺旋輸送機的磨損2．2．4 泥水盾構循環系統的磨損2．2．5 小結和導讀2．3 盾構掘進施工的風險2．3．1 盾構推力扭矩超過機械極限值2．3．2 換刀困難2．3．3 粉細砂層盾構密封失效2．3．4 泥水盾構泥水壓力波動風險2．3．5 粉細砂層中的成型隧道漂移2．3．6 小結和導讀2．4 附屬工程的風險2．4．1 盾構始發和到達風險2．4．2 盾構聯絡通道塌陷風險2．4．3 小結和導讀第3章 地層沉降規律研究3．1 盾構對周邊地層擾動機理3．2 短期沉降機理3．2．1 地面隆沉的橫向沉陷槽和影響範圍3．2．2 地面建築沉降3．2．3 地下管線沉降3．2．4 深層土體水平位移3．2．5 [案例]中粗砂層的地層沉降（佛山）3．3 長期滯後沉降機理3．3．1 砂礫地層特點3．3．2 盾構掘進擾動地層的縫隙原理（GAP原理）3．3．3 盾構選型和注漿控制的原因3．3．4 長期滯後沉降引發坍塌過程3．4 小結第二篇 盾構機選型及改造維修第4章 泥水盾構與土壓盾構的比選4．1 經典的選型理論4．1．1 根據土層的滲透係數選擇4．1．2 根據岩土顆粒分析選擇4．2 實踐的比較4．2．1 成都盾構工程對比4．2．2 瀋陽盾構工程對比4．2．3 成都與瀋陽的對比分析4．3 敞開式盾構適應性分析4．4 小結第5章 渣土改良劑原理與配套設備5．1 渣土改良劑原理和分類5．1．1 膨潤土5．1．2 泡沫5．1．3 高分子聚合物5．2 渣土改良劑注入設備5．2．1 膨潤土注入設備5．2．2 泡沫注入設備5．2．3 聚合物注射設備5．2．4 注人口的設計第6章 土壓盾構選型和改造維修6．1 刀盤的選型6．1．1 刀盤開口率6．1．2 刀盤剖面形狀和厚度6．1．3 刀盤參數6．2 刀具的配置6．2．1 滾刀體系的破岩機理和選型6．2．2 切削刀體系的破岩機理和選型6．2．3 滾刀與切削刀系的實踐效果比較6．2．4 鏟刀選型6．2．5 刀具體系選型6．3 砂礫層中刀盤和刀具磨損情況對比6．3．1 刀具的檢查和維修6．3．2 [案例]面板式（開口率22％）刀盤的磨損和維修（北京）6．3．3 [案例]面板式（開口率26％）刀盤的磨損和維修（成都）6．3．4 [案例]輻條式（開口率63％）刀盤的磨損和維修（瀋陽）6．4 螺旋機選型和維修6．4．1 富水粉細砂層6．4．2 砂礫地層6．4．3 [案例]砂礫地層螺旋機選型和維修（成都）6．5 氣壓設備選型6．5．1 MAss控制器的構成6．5．2 MAss控制器的動作原理第7章 泥水盾構選型和改造維修7．1 刀盤選型和維修7．1．1 泥水盾構刀盤維修7．1．2 [案例]刀盤局部解體和修復（廣州）7．2 碎石機選型和維修7．2．1 碎石機的結構組成7．2．2 碎石機的工作原理7．2．3 碎石機故障及處理7．2．4 [案例]砂礫地層碎石機維修改造（成都）7．3 泥水平衡系統建立壓力模式選型7．3．1 日本式泥水壓力模式7．3．2 歐洲式泥水壓力模式7．4 泥漿輸送系統理論參數設計7．4．1 泥漿輸送系統流量計算7．4．2 泥漿輸送系統流量選擇7．5 泥水循環系統功能選型7．5．1 逆循環功能7．5．2 土倉沖刷功能7．5．3 土倉內輔助小循環功能7．6 泥水循環系統設備選型第三篇 施工掘進技術第8章 盾構掘進輔助技術8．1 添加渣土改良劑技術8．2 襯背注漿技術8．2．1 注漿目的8．2．2 注漿裝置分類8．2．3 注漿液的選擇8．2．4 注漿參數8．2．5 施工中常見問題8．2．6 注漿控制8．3 施工階段盾構隧道漂移控制技術8．3．1 原因分析及對策8．3．2 小結8．3．3 [案例]富水粉細砂層隧道上浮（南京）第9章 土壓盾構掘進技術9．1 富水粉細砂層掘進技術9．1．1 掘進控制9．1．2 [案例]穿越大直徑污水管（杭州）9．1．3 [案例]穿越淺基礎建築群（南京）9．2 複合地層砂層掘進技術9．2．1 掘進控制9．2．2 渣土改良9．2．3 沉降控制9．3 [案例]砂礫地層掘進技術（瀋陽）9．3．1 掘進控制9．3．2 小結第10章 泥水盾構掘進技術10．1 泥漿性能指標10．1．1 泥膜作用機理10．1．2 泥漿基本性能要求10．1．3 可滲比及其與泥膜的關係10．1．4 泥漿配料10．1．5 [案例]富水砂卵石地層泥漿配比（成都）10．2 循環系統運行及故障排除10．2．1 [案例]P2．1 泵進口負壓處理（廣州）10．2．2 [案例]氣壓倉高壓氣體直接進入泥水倉導致塌方（廣州）10．3 穿越水體施工技術10．3．1 風險分析10．3．2 控制風險對策10．3．3 [案例]穿越三枝香水道塌方的處置（廣州）第11章 進倉技術11．1 風險分析11．1．1 風險因素分析11．1．2 定性風險分析11．2 進倉作業的輔助工法技術11．2．1 盾殼外部止水11．2．2 倉內超前地層加固11．2．3 施作泥膜11．3 壓氣進倉11．3．1 準備工作11．3．2 作業環境要求11．3．3 作業操作11．4 地面應急加固進倉11．4．1 [案例]江邊河堤下應急加固（廣州）11．4．2 [案例]鋼板樁和降水井共同應急加固（廣州）第四篇 附屬工程和特殊工法技術第12章 端頭加固與盾構始發到達技術12．1 理論分析與傳統加固方法12．1．1 端頭加固土體的穩定驗算12．1．2 封堵加固體間隙12．1．3 破洞門前檢測12．1．4 封堵盾殼外間隙12．1．5 [案例]攪拌樁+旋噴樁包圍法加固（廣州）12．2 可切削混凝土加固技術12．2．1 玻璃纖維（GFRP）筋12．2．2 竹片筋混凝土樁加固12．3 平衡法盾構始發到達12．3．1 [案例]水土中盾構到達（廣州）12．3．2 [案例]密閉鋼筋混凝土箱體始發盾構（廣州）12．3．3 [案例]密閉鋼套筒接收盾構技術（廣州）第13章 特殊工法技術13．1 盾構穿越淺覆土水域蓋板加固技術13．1．1 風險分析13．1．2 水底盾構隧道最小覆土厚度分析13．1．3 河底成型隧道抗浮控制13．1．4 盾構穿越河底淺覆土可採取的技術措施13．1．5 小結13．1．6 [實例]抗浮結構和注漿聯合加固（南京）13．2 盾構穿越鐵路扣軌加固技術13．3 凍結法修築聯絡通道技術13．4 [案例]明挖法修復超限盾構管片隧道結構（佛山）13．4．1 工程概況13．4．2 端頭加固封堵13．4．3 凍土帷幕發展推算13．4．4 管片後凍結凍脹壓力監測分析13．4．5 凍結效果探孔檢查13．4．6 小結13．5 盾構機採用水土平衡法通過中風井技術13．5．1 與傳統加固方案比較13．5．2 平衡法過中間風井方案13．5．3 小結參考文獻

（1）盾構機設計制造時，應根據地層情況選擇不同的襯背注漿方式。
1）在條件允許的情況下，盡可能采用水平襯背注漿方式進行同步注漿的自動控制注漿系統，而將垂直襯背注漿方式作為備選注漿方案或補充應急方案。
2）在巖層施工時，水平襯背注漿管盡可能設計成內凹式，如果一定要設計成外凸式，要考慮足夠的超挖量，確保該部分不會發生磨損。
3）在盾構機尾殼的水平襯背注漿管上設置疏通口，以便注漿管堵塞時疏通。
4）每套注漿管路設置備用管，一旦出現堵塞而無法疏通的情況，可以立即啟用備用管路。
（2）合理選擇注漿液類型。
1）惰性漿液初凝時間長、制備成本低，在上海等軟弱地層為主的地區應用較為廣泛，但由于其強度較低、抗滲性能差，不利于隧道襯砌的早期穩定和隧道防滲效果。硬性漿液制備成本相對較高，初凝時間較長，早期具有一定強度，對于隧道襯砌的穩定較為有利。雙液漿初凝時間很短、強度高，相對另外兩種漿液而言，注入量少、沉降量少、注漿效果佳，廣泛適用于各種地層，但施工工藝較為復雜，施工過程控制要求較高。
2）根據隧道區段變化而調整。在曲率半徑小的區段，應采用早強快凝型漿液；靠近洞門和聯絡通道前后的注漿液，應提高漿液強度和抗滲性能；在洞門結構和聯絡通道施工前，采用雙液漿等進行二次注漿補強；在盾構機長時間停機前，應采用惰性漿液注漿，防止盾殼被卡。
3）根據地質情況變化調整漿液配比。正式掘進前，應根據地質勘探和補充地質勘探成果進行漿液配合比試驗，最好是每種地層準備單液漿和雙液漿配比各二組以上；漿液初凝時間、早期強度和28d強度均應滿足與圍巖共同作用的要求；在液化地層，還應進行漿液抗液化試驗。
4）根據盾尾滲漏情況調整漿液種類。在掘進過程嚴格控制盾尾油脂的注入壓力和注入量，盡可能保護盾尾不發生滲漏，一旦出現局部滲漏，可采用手動和自動結合的油脂注入方式。如果滲漏量較大，襯背注漿應調整為初凝時間很短的雙液漿。
5）根據盾構機種類而改變，在采用泥水盾構時，多采用雙液注漿液。
6）根據漿液運輸方式選擇。
（3）合理選擇注漿參數。
正常施工階段，以注漿壓力控制注漿量。沉降控制要求相當高的地段，采用注漿壓力和注漿量雙重控制標準。為防止盾尾被擊穿，注漿壓力不能大于盾尾密封所能承受的設計壓力。