1、广东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2023年3月第30卷 第3期MAR 2023Vol.30 No.3DOI:10.19731/j.gdtmyjz.2023.03.014作者简介：邹小春（1990-），男，本科学士，工程师，主要从事轨道交通深基坑工程、暗挖工程、主体结构工程等技术方面的研究。基金项目:国家自然科学基金资助项目（51938008）E-mail：0引言随着我国轨道交通事业的快速发展，盾构法施工工艺因其高效、安全及对地层扰动小等特点成为了隧道开挖施工方法的首选，同时大直径盾构施工能够使得土地资源珍贵的繁华城区能够更加合理地综
2、合利用地下资源。截至2021年底，国内开工修建的大直径盾构隧道工程共118项，其中超大直径盾构占61项1。盾构隧道技术的逐渐成熟普遍化使盾构工程向更大直径、更大埋深、更小曲率半径以及适用于更复杂多变的地质条件方向发展，但高难度的工程需要更完备的设计施工方案与更精湛的施工技术。侯凯文等人2依据南京地铁2号线工程所处黏土层、硬岩层、夹杂碎石砾砂层、上软下硬地层、岩溶地层等多种复杂地层相结合的特殊复杂地质，对盾构选型提出总体要求，针对关键部位的选型进行适应性研究，并提出优化改造建议；郭彩霞等人3针对北京9号线工程所在无水大粒径卵砾漂石地层，对盾构刀盘刀具、螺旋输送系统等关键设备进行了研究和改造；夏鹏
3、举等人4对泥水盾构穿越软硬不均地层时所常出现的环流系统滞排、泥浆管路磨损等问题进行研究并提出相应解决措施；詹金武等人5提出一种基于模糊数学与改进遗传算法下的盾构选型适应性评价方法，通过厦门市轨道交通4号线盾构工程验证合理性；李兆平等人6依据北京地铁16号线工程建立叠落隧道有限元模型进行分析得出下行已建隧道受到上行隧道开挖卸载作用会产生上浮，并提出相应保护措施应用于工程；王鑫等人7以天津地铁11号线为依托探究BIM可视化在盾构施工管理与控制的优势；张冬梅8通过离心试验和有限元模拟对软弱夹层地层进行分析，得出影响隧道在多层地层中力学行为的主要因素是不同层位相对刚度和软弱夹层的位置，建议在穿越软弱夹
4、层的盾构设计中考虑由于软弱夹层对衬砌的侧向土压力减小而引起隧道变形及弯矩增大这一因素；刘新繁华城区强变异地层大直径叠落盾构工程关键技术邹小春1，杨伟鸿2，张习颖1，苏栋2，3，崔岩1，陈湘生2，3（1、中交隧道工程局有限公司北京100024；2、深圳大学土木与交通工程学院深圳518060；3、滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室（深圳大学）深圳518060）摘要：珠海市某隧道工程是国内目前直径最大的双层叠落盾构工程。工程设计路线所处水文地质条件复杂，周边建筑与管线众多，对盾构工程施工的进度与安全性带来一定的挑战。基于工程所处地质情况及工程特点，对施工过程中的控制难点与关键技术进行讨论，具体分析
5、了盾构机选型，复杂地层与环境中施工可能存在的风险，得出：工程宜选用泥水平衡盾构机；在浅覆土、小曲率半径与隧道叠落段，应重点防控管片上浮与冒浆风险，加强盾构姿态调控，并控制叠落段匝线隧道掘进对主线隧道的影响；在穿越建筑物与管线时，需做好预备方案与现场监测。关键词：隧道工程；泥水盾构；复杂地层；叠落隧道；超大直径中图分类号：TU997文献标志码：A文章编号：1671-4563（2023）03-057-05Key Technologies for Super-large Diameter Overlapping Shield Tunnel in Highly Varied StrataKey Tec
6、hnologies for Super-large Diameter Overlapping Shield Tunnel in Highly Varied Strataof Prosperous Downtownof Prosperous DowntownZOU Xiaochun1，YANG Weihong2，ZHANG Xiying1，SU Dong2，3，CUI Yan1，CHEN Xiangsheng2，3（1、CCCC Tunnel Engineering Co.，Ltd.Beijing 100024，China；2、College of Civil and Transportatio
7、n Engineering，Shenzhen UniversityShenzhen 518060，China；3、Key Laboratory for Resilient Infrastructures of Coastal Cities（MOE），Shenzhen UniversityShenzhen 518060，China）AbstractAbstract：A tunnel project in Zhuhai is the largest overlapping shield tunnels in China at present.As the complex hydrogeologic
8、al conditions and a large number of buildings and pipelines are involved，it s challenging to ensure the progress and security of construction.Basedon the geological condition and characteristics of this project，the controlling difficulties and key technologies in construction are discussed.The issue
9、s，which include the selection of shield machines，and the potential risks of construction in intricate strata and environment are analyzed in detail.It is revealed that the project should use the slurry pressure-balance shield.Meanwhile，it is important to prevent therisk of segment floating and oozin
10、g slurry，control the attitude of shield machine，and minimize the influence of shield excavation in overlapping tunnel upon the main line tunnel.In addition，contingency plans and on-site monitoring should be well prepared when crossing buildings and pipelines.Key wordsKey words：tunnel engineering；slu
11、rry pressure-balance shield；complex strata；overlapping tunnel；super-large diameter57邹小春，等：繁华城区强变异地层大直径叠落盾构工程关键技术MAR 2023 Vol.30 No.32023年3月 第30卷 第3期荣等人9研究了超大直径泥水盾构穿越非加固沉降敏感区过程中的施工扰动控制技术。目前，针对繁华城市中心区路段强变异复杂地层的大直径与超大直径盾构工程的研究相对较少，本文以某快速路工程为背景，对工程的盾构选型与施工难点进行分析，结合工程实际情况提出解决方案，可为类似工程提供参考和借鉴。1工程背景1.1工程概况
12、珠海某快速路项目主要包括主线与Z1、Z2、Z3、Z4四个匝道。主线隧道部分为箱型结构，隧道外直径 15.2 m，内直径13.9 m，管片厚度650 mm，环宽2 m，埋藏深度在9.8 41.3 m 之间。纵向呈“V”字形，最小平曲线半径为599.5 m，最小竖曲线半径为 1500 m，盾构段长度为1 739 m。Z2匝道为单向双车道，与主线盾构段平行，隧道外直径11.36 m，内直径10.4 m，管片厚度480 mm，环宽1.5 m，埋藏深度在5.813.5 m之间，纵向呈“V”字形，最小平曲线半径为599.625 m，最小竖曲线半径为800.0 m，全长835.7 m，其中盾构段长603.5
13、 m。Z1、Z3、Z4三匝道均采用明挖施工工艺。本隧道工程平面示意图如图1所示。1.2工程水文地质概况工程所处的地层有填土层、海陆交互相沉积层、坡积层、残积层和燕山三期花岗岩，根据地质年代和成因类型划分为5个层次，层号编号为、和，若干亚层由岩土层的物理特性及力学性质划分，隧道主要地层的物理力学参数如表1所示。如图2所示，本盾构工程地质条件复杂，地层变异性高。主线盾构段穿越土层约350 m，其中包括可液化砾砂层、淤泥质土层约 239 m，且部分区间存在孤石。主线盾构切入中、微风化花岗岩岩层约660 m，剩余段落为约726 m的软硬不均段。同时，香洲附近的环仔山-胡湾一带分布有长约4 km、宽约1
14、3 m的胡湾断裂，受断裂带影响在隧道影响范围内存在破碎岩体，岩性主要为中风化碎裂花岗岩。2盾构机选型分析目前工程常采用土压平衡盾构机与泥水盾构机两种，盾构机选型最重要目的是在满足设计要求的前提下确保盾构施工过程的安全可靠，其次考虑盾构机技术的先进性与经济性。考虑到复杂多变的地质条件，在选型时一般选择适合施工地区大多数地层地质条件的机型。泥水平衡盾构通过向刀盘密封舱内加入泥水来平衡开挖面水土压力，具有良好的地质适应性。土压平衡盾构机通过控制螺旋输送机从而产生土塞效应。土压平衡盾构具有施工简便，设备费用低，短距离掘进下效率高等特点，但一般不适用在透水性地层，刀具磨损大，对地层扰动也较大。在选用分层
15、112341土体类型填筑土砾砂（粗、中砂）粉质黏土淤泥质土砾砂（粗、中砂）粉质黏土砾质粘性土全风化砂岩土的状态稍压实松散稍密可塑流塑松散稍密可塑硬塑硬塑，局部可塑天然重度/kNm-317.9319.0018.1316.8619.0018.0318.5218.62含水率/%25.011.826.546.211.525.323.621.9粘聚力/kPa21.71.022.87.41.022.720.421.5内摩擦角/14.4水上：42.0水下：35.316.55.4水上：41.1水下：34.616.124.325.6渗透系数/cms-11.5310-72.4110-21.8910-72.8110
16、-61.9210-21.4510-52.1610-52.1610-5表1地层物理力学参数Tab.1Physical and Mechanical Property Parametersof Stratum图1本隧道工程线路示意图Fig.1Schematic Diagram of Tunnel Route图2本工程纵断面地质示意图Fig.2Schematic Longitudinal Diagram of geology Condition of This Project微风化花岗岩全风化花岗岩粉质黏土孤石淤泥质土中风化花岗岩砾质粘性土砾砂层强风化花岗岩液化砂土层粉质黏土填筑土58广东土木与建筑MAR 2023 Vol.30 No.32023年3月 第30卷 第3期土压平衡盾构机时，若土体渗透性大、粗颗粒含量多或地层水量充足，渣土将为流体状而非不透水的流塑体，螺旋机将无法形成土塞，即便土仓充满水也无法形成压力，仅靠大颗粒充满土仓形成的机械力支撑土体，将导致堵仓现象10。综上，本文以地层渗透系数、颗粒级配与地下水压为依据综合确定盾构机类型。2.1根据地层渗透系数选型根据经验，当地层渗透系数