一、概況
盾構在砂層中穿越，地面為城市交通要道或湖面，隧道埋深約為7.8m～14.3m，砂層為良好的富水和透水地層，飽含地下水，滲透係數為8.26～29.11m/d。
二、盾構機技術特點
1、土壓平衡式盾構又稱削土密封式或泥土加壓式盾構。適用於含水的軟土、軟岩、硬岩及混合地層的隧道掘進。
2、掘進施工可採用複合式土壓平衡盾構機具有敞開式、半敞開式及土壓平衡三種掘進模式。掘進操作可自動控制、也可半自動控制或手動控制。通過試驗段的掘進選定六個施工管理指標來進行掘進控制管理:
a、土倉壓力；b、推進速度；c、總推力；d、排土量；e、刀盤轉速和扭矩；f、注漿壓力和注漿量，其中土倉壓力是主要的管理指標。
3、盾構機配備了自動導向系統,可控制和穩定掘進方向,具有靈活轉向糾偏能力。
4、盾構刀盤結構能滿足不同地層的掘進速度要求。
5、盾構配備了同步注漿系統,有利於控制隧道周圍土體沉陷及建築物保護。
6、盾構配備了泡沫及膨潤土注入系統,有利於碴土改良。配備了壓縮空氣系統,有利於防止工作面的滲水及控制地表沉降。
三、掘進施工技術
1、出現問題：盾構機在富水砂層施工時，容易引起地層沉降大、隧道噴湧、盾構姿態難控制等問題。
2、主要施工技術措施
（1）採用土壓平衡模式掘進，進行開挖面穩定計算，設定合理的掘進引數，控制盾構機姿態，控制土壓力以穩定開作面，控制地表沉降，將施工對地層的影響減到最小。
1）掘進過程土倉頂部壓力控制在1.0bar，掘進速度控制在30mm/min以上，出土量不得大於50m3；
2）盾構機姿態保持向上，趨勢控制在範圍±4。
3）掘進的過程必須盡可能的快，中間儘量減少停滯時間。
4）在掘進接近1600mm時根據土倉頂部壓力減少或不出土，以使掘進至1800mm時土倉頂部壓力達到2.0bar~3.0bar範圍。
（2）注入泡沫劑
1）盾構掘進過程中向土倉內及刀盤面注入泡沫等新增材料,形成隔水泥膜，防止水從地層中滲出，提高土倉內碴土的稠度來改善碴土的止水性以及在螺旋輸送機上安裝保壓幫浦碴裝置，以使土倉內的壓力穩定平衡。防止湧水流砂和發生噴湧現象,並利於螺旋輸送機排土。
2）富水砂層中掘進可適量往土倉加入發泡劑，但必須根據實際情況嚴格控制發泡劑配比及加入量。
泡沫溶液的組成：泡沫新增劑2%，水97%。泡沫組成：90～95%壓縮空氣和5～10%泡沫溶液混合而成。泡沫的注入量按開挖方量計算。
（3）保持連續掘進，減少盾構機停頓時間。
（4）適當縮短漿液膠凝時間，保證注漿質量。
盾尾同步注漿的量與地面沉降有較大關係，過少會造成地面較大的沉降，過多會竄漿至地面，汙染環境。富水砂層注砂漿極易往外擴散，在掘進過程需根據注漿壓力（0.3～0.
4mpa，一般而言，注漿壓力取1.1～1.2倍的靜止水、土壓力，）和地面情況及時調整注漿量(一般為建築間隙的180%～200%)，對管片背後對稱均勻壓注。
注漿的標準是確保脫出盾尾的管片背後的空隙能填滿，這不僅可降低後期地面的沉降，也對管片防水起到一定有利作用。
盾尾同步注漿是從盾尾圓周上的四個點同時注漿，考慮到水土壓力的差別和防止管片大幅度下沉和浮起的需要，各點的注漿壓力將不同，並保持合適的壓差，以達到最佳效果。在最初的壓力設定時，下部每孔的壓力比上部每孔的壓力略大0.5～1.
0bar。
穿越粉砂土層，同步注漿採用水泥砂漿，漿液的配比如下表。
表2-1 同步注漿材料初步配比表
漿液主要效能指標
膠凝時間：一般為3～10h，根據地層條件和掘進速度，通過現場試驗加入促凝劑及變更配比來調整膠凝時間。對於強透水地層和需要注漿提供較高的早期強度的地段，可通過現場試驗進一步調整配比和加入早強劑，進一步縮短膠凝時間，獲得早期強度，保證良好的注漿效果。
固結體強度：一天不小於0.2mpa（相當於軟質岩層無側限抗壓強度），28天不小於2.5mpa（略大於強風化巖天然抗壓強度）。
漿液結石率：>95%，即固結收縮率<5%。
漿液稠度：8～12cm
漿液穩定性：傾析率（靜置沉澱後上浮水體積與總體積之比）小於5%
注漿結束標準和注漿效果檢查：採用雙指標標準，即注漿壓力達到設計壓力或注漿壓力未達到設計壓力，但注漿量達到設計注漿量，即可停止注入。
注漿效果檢查主要採用分析法，即根據p-q-t曲線，結合掘進速度及襯砌、地表與周圍建築物變形量測結果進行綜合分析判斷。必要時採用無損探測法進行效果檢查。
對於砂漿膠凝時間的控制，應做試驗確定砂漿配比，並根據地層和掘進情況進行動態的調整。
（5）運用導向系統和分割槽操控推進油缸,控制盾構姿態,防止盾構抬公升。
1）分割槽操作盾構機推進油缸控制盾構掘進方向。推進油缸按上、下、左、右分成四個組，每組油缸都有乙個帶行程測量和推力計算的推進油缸，根據需要調節各組油缸的推進力，控制掘進方向。
在上坡段掘進時，適當加大盾構機下部油缸的推力；在下坡段掘進時則適當加大上部油缸的推力；在左轉彎曲線段掘進時，則適當加大右側油缸推力；在右轉彎曲線掘進時，則適當加大左側油缸的推力；在直線平坡段掘進時，則盡量使所有油缸的推力保持一致。
在曲線段和變坡段，必要時可利用盾構機的超挖刀進行區域性超挖和在軸線允許偏差範圍內提前進入曲線段掘進來糾偏。
當滾動超限時，就及時採用盾構刀盤反轉的方法糾正滾動偏差。
2）富水砂層的承重能力較低，加上盾構機在掘進過程中的震動，姿態較易往下沉。因此在地層中盾構機的姿態易保持向上，但趨勢易控制在±4。若出現機頭往下掉的情況，需及時通過千斤頂行程調節姿態。
調節不可過急，可通過千斤頂行程及選取最優管片兩者結合來調節；不然會使得盾尾間隙過小，造成管片錯台。
3）在實際施工中，由於管片選型錯誤、盾構機司機操作失誤等原因盾構機推進方向可能會偏離設計軸線並超過管理警戒值；在穩定地層中掘進，因地層提供的滾動阻力小，可能會產生盾體滾動偏差；**路變坡段或急彎段掘進過程中，有可能產生較大的偏差，這時就要及時調整盾構機姿態、糾正偏差。
4）隨著盾構推進導向系統後視基準點需要前移，須通過人工測量來進行精確定位。為保證推進方向的準確可靠，每週進行兩次人工測量，以校核自動導向系統的測量資料並複核盾構機的位置、姿態，確保盾構掘進方向的正確。
（6）出現開挖面容易噴湧、冒頂、坍塌的主要措施
1）關閉出土閘門，關掉螺旋機，在頂部土壓不超限的情況下繼續往前掘進，使土倉基本滿土後（此時刀盤油壓較高，扭矩較大）停止；然後稍開出土閘門，不啟動螺旋機，讓土壓把砂土擠出，待砂土擠出速度較慢甚至不自動流出時再啟動刀盤往前掘進。
2）關閉出土閘門，螺旋機正轉轉速調至2.0rpm左右，繼續往前掘進，到頂部土壓達2.8bar時停止；待土壓降低到2.
0bar以下時再按前面方法掘進，到刀盤扭矩較大（約3200kn·m）時，關閉刀盤及螺旋機，稍開出土閘門，讓土壓把砂土擠出，待砂土擠出速度較慢甚至不自動流出時再啟動刀盤往前掘進。
3）嚴格控制盾構正面的平衡壓力盾構機在過砂層時，通過下列兩種方法控制土倉壓力處於平衡狀態：一是在保持推進速度不變的情況下，調節螺旋輸送器的轉速或閘門開度（螺旋輸送器轉速減小均能達到增大土倉壓力的效果），控制出土量，建立和保持密封土倉壓力； 二是在保持螺旋輸送器的轉速或閘門開度不變的情況下，加大盾構機千斤頂的總推力，提高刀盤的轉速和推進速度，增大密封土倉壓力。
4）渣土改良：在砂土和沙礫等砂質土地層中，由於砂土的摩擦阻力很大，地下水豐富，土的透水係數也較高，依靠、削土的土壓力保持開挖面上的壓力（地下水壓力和開挖面土壓力）是很困難的。另外，通過開挖土體來很難保證出土的流動性，在這種砂性土的地層中，單純依靠出土閘門等機械控制很難保證開挖面的穩定，所以在開挖面上加壓或注入化學聚合物、泡沫劑、膨潤土等材料，進行充分攪拌，改良切削下來的渣土性質，保證砂土的流動性和止水性，以求開挖面的穩定，防止噴湧、冒頂等。
參考南京地鐵二號線7標集慶門站～茶亭站區間盾構全斷面粉細砂層掘進中的渣土改良劑的使用經驗，主要使用膨潤土（150～200kg/m），在區域性使用了高分子聚合物，整體狀況較好。針對該標段砂層特點，亦使用土壓平衡盾構施工高分子聚合物渣土改良方案，具體如下：
①粉細砂地層：採用hhz-02型砂性土專用氣泡劑，氣泡發泡倍率10～15倍，氣泡注入率20％～40％（與渣土的體積比）；建議每環用量為30~40l。
②中粗砂地層：採用hhz-02型砂性土專用氣泡劑，氣泡發泡倍率15～20倍，氣泡注入率20％～40％（與渣土的體積比）；每環用量為30~40l。該地層易發生噴湧問題，使用hhz-a型防治「噴湧」的聚合物材料，每環約使用200kg。
同時配合使用膨潤土每環使用膨水比1：10 （膨潤土與水的質量比）的膨潤土漿1~3m3，膨潤土的用量為100~300kg/每環。
5）加強管片的背後注漿控制由於砂土的滲透性較好，含水量大，實際注漿量應大於理論計算量，以保證注漿質量。選用砂漿初凝時間快，早期強度高的硬性漿液，加快管片周圍土體的固結，避免地面沉降超限，同時因地含水量大，在漿液裡適當加入膨潤土20kg/m3），起到止水作用。根據地面監測資料，及時採用管片背後二次補漿。
二次補強注漿材料以水泥、粉煤灰和膨潤土等材料為主，其配比（重量比）：
二次注漿配合比（1m3）
參照西安地鐵試驗段和南京地鐵盾構砂層掘進中注漿引數，砂層掘進注漿引數宜為：注漿壓力：0.
25～0.35mpa；注漿量：3.
8～4.3m3（理論空隙的160%～180%）；漿液的凝結時間：3～5hr。
6）控制好盾構機的姿態盾構區間洞身主要為中砂、粗砂以及粉質粘土，區域性含有粉細砂層，在這些地層中掘進時，盾構機體可能會出現上抬、下俯或左右偏斜，因此，掘進時要特別注意對盾構機姿態的控制，防止盾構機發生偏移，並做到及時糾偏。
7）加強對出土量的計量。及時掌握開挖面的地質情況和出土量，防止超挖造成地表塌陷。根據類似地層掘進經驗，出土量控制在58～62m3 （鬆散係數1.3～1.4）。
8）加強監測工作，及時反饋監測資訊加強地面的沉降、洞內的管片上浮、旋轉、收斂等監測，及時根據監測資料調整相應掘進引數，以保證盾構掘進施工安全及成型隧道質量。
巷道掘進安全技術措施
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掘進隊復工安全技術措施
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