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中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1、工程概况
广州市轨道交通五号线【员村站～车陂南站盾构区间】由两条圆形盾构隧道及相关附属工程组成，里程范围为：YDK20+195.200～YDK22+919.907。盾构施工安排四台盾构机在科韵路站始发，其中两台盾构机在车站的西端始发，向员村站方向掘进，到达员村站后吊出；另两台盾构机在科韵路东端始发，向车陂南站方向掘进，到达车陂南站后吊出。
该工程盾构隧道双线总长为5134.641单线延长米，左、右线线型基本一致。附属工程包括：联络通道4个，其中有两个联络通道含泵房，分别是【科～车区间】1#联络通道和【员～科区间】2#联络通道；洞门共有8个，其中科韵路站东、西端共4个洞门、员村站东端2个洞门、车陂南站西端2个洞门。区间路线示意图见下图。
图1区间路线概况示意图
2、地层分析
2.1、工程地质特征
该工程员～科区间隧道覆土在9.467m～23.219m之间，洞身主要在<7>、<8>、<9>岩层中通过，局部位置穿过<3-1>、<4-1>、<5-2>、<6>等土层，在靠近科韵路站一端约60m的范围内，隧道需穿过<3-1>粉细砂层、<4-1>可塑粉质粘土等较软弱的土层。
该工程科～车区间隧道覆土在9.683m～19.46791m之间，洞身主要在<8>、<9>岩层中通过，局部位置穿过<3-1>、<4-1>、<5-2>、<6>、<7>等土层，在此区间靠近科韵路站一端的约70m的范围内，隧道穿过<3-1>粉细砂层、<3-2>中粗砂层、<4-1>可塑粉质粘土等较软弱的土层。
2.2、砂层分布情况
员～科区间左线洞身为砂层的隧道，分布里程为ZDK21+451.81～531.51，长度为79.7米，洞身地层为〈3-1〉、〈5-2〉、〈7〉、〈8〉、〈9〉。右线砂层段分布里程为YDK21+484.16～510.31，长度为26.15米，洞身地层为<3-2>、〈5-2〉、〈6〉、〈7〉、〈8〉。左右线地面均为科韵路立交及附近绿化带。
科～车区间左线洞身为砂层的隧道，分布里程为ZDK21+686.81～709.58，长度为22.77米，洞身地层为〈3-2〉〈7〉〈8〉。右线砂层段分布里程为YDK21+686.81～690.91，长度为4.1米，洞身地层为〈3-2〉〈5-2〉〈7〉〈8〉。左右线地面均为项目部施工场地及棠下涌施工场地。
2.3、砂层段地质剖面图
科～员区间及科～车区间左右线始发段的地质纵断面图如下所示。
员～科区间左线始发段地质纵断面图
科～车区间左线始发段地质纵断面图
员～科区间右线始发段地质纵断面图
科～车区间右线始发段地质纵断面图
2.4、砂层土质特性
根据初勘、详勘钻孔揭露显示，该区间砂层情况为：
<3－1>粉细砂层
灰白、灰黄色，主要为粉细砂，松散～稍密状为主，局部中密状，含少量粘粒，局部含较多粘粒，标贯试验N=3～13击，平均8.8击；厚度1.0～4.0m，层面埋深3.0m～8.2m，层底埋深4.0m～10.5m。
〈3－2〉中粗砂层
灰白、灰黄色，主要为中粗砂，松散～稍密状为主，局部中密状，含少量粘粒，局部含粉细砂，为断续分布；标贯试验实测击数N=5～24击，平均11.2击；厚度0.6～10.1m，层面埋深2.5m～8.0m，层底埋深3.1m～13.0m。
〈3-1〉粉细砂、〈3-2〉层中粗砂均为孔隙性潜水含水层，局部转化为孔隙性承压含水层，砂层中富含地下水。
3、砂层中掘进易出现的问题
由于砂层具有渗透系数大、粉细砂层易液化、粘性砂层流动性好等特点，因此，盾构机通过该地层时，受到扰动后地层的土力学特性易发生变化，如桩基处于砂层中，砂层受扰动后，降低了桩与土体之间的摩擦力，消弱了桩基的承载力，造成建筑物沉降。若盾构开挖面或其上方存在较厚的砂层，当这些砂层受到扰动时易产生液化，液化后的砂土体从切口环位置或刀盘开口处流入土仓，致使出土量很难得到控制，从而造成上部土体塌方和掘进中的喷涌现象。砂层喷涌之后，需用大量时间进行清理，严重影响盾构施工进度。
同时砂层中掘进时，泥砂喷出，较难控制出土量。大量泥砂喷出或砂遇水液化，均易引起地层沉降，从而最终导致地面建筑物建（构）筑物沉降。所以应采取控制措施，减小对砂层的扰动，确保盾构掘进顺利、安全通过砂层。
4、盾构掘进过砂层原则
针对上述，盾构掘进过砂层段施工时采取了“严格控制出土量，快速通过”的原则。
（1）盾构机在砂层中通过时，采取土压平衡模式掘进，增大盾构机的推进速度，降低刀盘转速，确保土仓压力以稳定开挖面。
（2）掘进前根据每环的总出土量推算每斗渣土对应的掘进距离。出土时通过调节螺旋输送机的转速或闸门开度控制出土量，采取逐斗控制出土量的方法控制。
（3）为控制出土量，首先向盾构机土仓中加入膨润土或聚合物等添加剂，改善土仓中砂、土、水混合物的流动性，使其成为一种塑性流动体，慢慢地通过盾构机螺旋输送器和输送带流出，避免无法控制的喷涌现象。
（4）改进盾尾注浆浆液配合比，加强盾尾注浆控制，进行管片背后二次注双液浆。
（5）喷涌出现后，在螺旋机尾部的法篮盘上接管，关闭螺旋机顶部出土口，利用螺旋机尾部接出的管路出土。
（6）严密监测和控制地表沉降。一旦发现有沉降出现，立即采取措施进行地面加固。
（7）过砂层前，做好充分的准备（比如换刀、更换尾刷等），减少地层的失水。
5、盾构通过之前的施工准备
5.1、人员准备
（1）安排熟练的盾构机操作手操作盾构机，保证盾构机掘进能合理控制掘进参数，特别是出土量的控制。
（2）安排熟练的机械设备维护人员，保证设备正常，确保盾构机正常运作。
（3）安排熟练的技术工人，如管片拼装手、注浆手等关键岗位。
5.2、物资准备
（1）机械设备准备
通过砂层前，应检查盾尾同步注浆的四条注浆管路、膨润土注入系统、发泡剂注入系统是否处于正常状态，如果存在问题，应及时检修。
由于盾构机刚更换了尾刷，尾刷应处于正常状态。
除必须检查以上系统外，还应准备以下材料：
1）每台盾构机需配备三台水泵（至少一台水泵功率为5.5KW），水泵抽水配套水管。
2）每台盾构机需准备2～3个小土斗。
（2）材料准备
过砂层前，准备好膨润土、聚合物、编织带等材料。
5.3、技术准备
（1）根据施工图纸、地质勘察报告等资料，提前编制盾构过砂层掘进施工专项施工方案、施工技术交底和安全技术交底。
（2）组织有关的施工管理人员对专项施工方案进行认真阅读和分析，知道各项具体要求，并自觉地在施工中履行。
（3）对盾构机操作手、隧道领班工程师、作业班长、注浆操作手等特殊人员进行施工技术交底和安全技术交底。
6、过砂层段掘进控制措施
（1）掘进参数
盾构掘进过砂层段施工应采取：“严格控制出土量，快速通过”的原则。
盾构掘进过砂层段，因隧道埋深较小，上覆水产生的压力全部作用于开挖面，砂层全部作用于开挖面。土仓压力按以下计算方法确定。
水压力，一般取刀盘中心处的水土压力为准，土仓压力按下式计算：
P1=γ×g×h+γ砂×g×h砂
式中：
P1——土仓压力
γ——水的容重
h——隧道埋深
γ砂——砂的浮容重
h砂——砂层厚度
最后土仓实际控制压力应在计算出的P1基础上，上调0.01～0.02Mpa。
取以下数据为例：隧道埋深取10米，砂层厚度取2米，砂的浮容重取0.8克/L，进行计算。
P1=γ×g×h+γ砂×g×h砂
P1=1.27+0.16＝1.43bar，再上调0.01～0.02Mpa。
实际掘进时土仓压力取1.6bar。
掘进时除控制好土仓压力外，刀盘转速应控制在1.5～1.8r/min。
（2）为了控制出土量，首先向盾构机土仓中加入膨润土或聚合物等添加剂，改善土仓中砂、土、水混合物的流动性，使其成为一种塑性流动体，满满地通过盾构机螺旋输送器和输送带流出，避免无法控制的喷涌现象。
（3）采取逐斗控制出土量的方法控制出土进度，按照盾构机推进千斤顶行程每掘进100～110mm出一斗（5m3）土，否则，就关闭螺旋输送机出土闸门。
（4）在这种地层中施工时，应严密监测地面沉降，一旦发现有沉降出现，须立即进行地面加固。
（5）施工時，少向土仓内打发泡剂，尽量少注水。
（6）砂层含水率高，过砂层前，做好充分的准备（比如换刀），减少地层的失水。
（7）改进盾尾注浆浆液配合比，加强盾尾注浆控制，进行管片背后二次注双液浆。
（8）喷涌出现后，在螺旋机尾部的法篮盘上接管，关闭螺旋机顶部出土口，利用螺旋机尾部接出的管路出土。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
1、工程概况
广州市轨道交通五号线【员村站～车陂南站盾构区间】由两条圆形盾构隧道及相关附属工程组成，里程范围为：YDK20+195.200～YDK22+919.907。盾构施工安排四台盾构机在科韵路站始发，其中两台盾构机在车站的西端始发，向员村站方向掘进，到达员村站后吊出；另两台盾构机在科韵路东端始发，向车陂南站方向掘进，到达车陂南站后吊出。
该工程盾构隧道双线总长为5134.641单线延长米，左、右线线型基本一致。附属工程包括：联络通道4个，其中有两个联络通道含泵房，分别是【科～车区间】1#联络通道和【员～科区间】2#联络通道；洞门共有8个，其中科韵路站东、西端共4个洞门、员村站东端2个洞门、车陂南站西端2个洞门。区间路线示意图见下图。
图1区间路线概况示意图
2、地层分析
2.1、工程地质特征
该工程员～科区间隧道覆土在9.467m～23.219m之间，洞身主要在<7>、<8>、<9>岩层中通过，局部位置穿过<3-1>、<4-1>、<5-2>、<6>等土层，在靠近科韵路站一端约60m的范围内，隧道需穿过<3-1>粉细砂层、<4-1>可塑粉质粘土等较软弱的土层。
该工程科～车区间隧道覆土在9.683m～19.46791m之间，洞身主要在<8>、<9>岩层中通过，局部位置穿过<3-1>、<4-1>、<5-2>、<6>、<7>等土层，在此区间靠近科韵路站一端的约70m的范围内，隧道穿过<3-1>粉细砂层、<3-2>中粗砂层、<4-1>可塑粉质粘土等较软弱的土层。
2.2、砂层分布情况
员～科区间左线洞身为砂层的隧道，分布里程为ZDK21+451.81～531.51，长度为79.7米，洞身地层为〈3-1〉、〈5-2〉、〈7〉、〈8〉、〈9〉。右线砂层段分布里程为YDK21+484.16～510.31，长度为26.15米，洞身地层为<3-2>、〈5-2〉、〈6〉、〈7〉、〈8〉。左右线地面均为科韵路立交及附近绿化带。
科～车区间左线洞身为砂层的隧道，分布里程为ZDK21+686.81～709.58，长度为22.77米，洞身地层为〈3-2〉〈7〉〈8〉。右线砂层段分布里程为YDK21+686.81～690.91，长度为4.1米，洞身地层为〈3-2〉〈5-2〉〈7〉〈8〉。左右线地面均为项目部施工场地及棠下涌施工场地。
2.3、砂层段地质剖面图
科～员区间及科～车区间左右线始发段的地质纵断面图如下所示。
员～科区间左线始发段地质纵断面图
科～车区间左线始发段地质纵断面图
员～科区间右线始发段地质纵断面图
科～车区间右线始发段地质纵断面图
2.4、砂层土质特性
根据初勘、详勘钻孔揭露显示，该区间砂层情况为：
<3－1>粉细砂层
灰白、灰黄色，主要为粉细砂，松散～稍密状为主，局部中密状，含少量粘粒，局部含较多粘粒，标贯试验N=3～13击，平均8.8击；厚度1.0～4.0m，层面埋深3.0m～8.2m，层底埋深4.0m～10.5m。
〈3－2〉中粗砂层
灰白、灰黄色，主要为中粗砂，松散～稍密状为主，局部中密状，含少量粘粒，局部含粉细砂，为断续分布；标贯试验实测击数N=5～24击，平均11.2击；厚度0.6～10.1m，层面埋深2.5m～8.0m，层底埋深3.1m～13.0m。
〈3-1〉粉细砂、〈3-2〉层中粗砂均为孔隙性潜水含水层，局部转化为孔隙性承压含水层，砂层中富含地下水。
3、砂层中掘进易出现的问题
由于砂层具有渗透系数大、粉细砂层易液化、粘性砂层流动性好等特点，因此，盾构机通过该地层时，受到扰动后地层的土力学特性易发生变化，如桩基处于砂层中，砂层受扰动后，降低了桩与土体之间的摩擦力，消弱了桩基的承载力，造成建筑物沉降。若盾构开挖面或其上方存在较厚的砂层，当这些砂层受到扰动时易产生液化，液化后的砂土体从切口环位置或刀盘开口处流入土仓，致使出土量很难得到控制，从而造成上部土体塌方和掘进中的喷涌现象。砂层喷涌之后，需用大量时间进行清理，严重影响盾构施工进度。
同时砂层中掘进时，泥砂喷出，较难控制出土量。大量泥砂喷出或砂遇水液化，均易引起地层沉降，从而最终导致地面建筑物建（构）筑物沉降。所以应采取控制措施，减小对砂层的扰动，确保盾构掘进顺利、安全通过砂层。
4、盾构掘进过砂层原则
针对上述，盾构掘进过砂层段施工时采取了“严格控制出土量，快速通过”的原则。
（1）盾构机在砂层中通过时，采取土压平衡模式掘进，增大盾构机的推进速度，降低刀盘转速，确保土仓压力以稳定开挖面。
（2）掘进前根据每环的总出土量推算每斗渣土对应的掘进距离。出土时通过调节螺旋输送机的转速或闸门开度控制出土量，采取逐斗控制出土量的方法控制。
（3）为控制出土量，首先向盾构机土仓中加入膨润土或聚合物等添加剂，改善土仓中砂、土、水混合物的流动性，使其成为一种塑性流动体，慢慢地通过盾构机螺旋输送器和输送带流出，避免无法控制的喷涌现象。
（4）改进盾尾注浆浆液配合比，加强盾尾注浆控制，进行管片背后二次注双液浆。
（5）喷涌出现后，在螺旋机尾部的法篮盘上接管，关闭螺旋机顶部出土口，利用螺旋机尾部接出的管路出土。
（6）严密监测和控制地表沉降。一旦发现有沉降出现，立即采取措施进行地面加固。
（7）过砂层前，做好充分的准备（比如换刀、更换尾刷等），减少地层的失水。
5、盾构通过之前的施工准备
5.1、人员准备
（1）安排熟练的盾构机操作手操作盾构机，保证盾构机掘进能合理控制掘进参数，特别是出土量的控制。
（2）安排熟练的机械设备维护人员，保证设备正常，确保盾构机正常运作。
（3）安排熟练的技术工人，如管片拼装手、注浆手等关键岗位。
5.2、物资准备
（1）机械设备准备
通过砂层前，应检查盾尾同步注浆的四条注浆管路、膨润土注入系统、发泡剂注入系统是否处于正常状态，如果存在问题，应及时检修。
由于盾构机刚更换了尾刷，尾刷应处于正常状态。
除必须检查以上系统外，还应准备以下材料：
1）每台盾构机需配备三台水泵（至少一台水泵功率为5.5KW），水泵抽水配套水管。
2）每台盾构机需准备2～3个小土斗。
（2）材料准备
过砂层前，准备好膨润土、聚合物、编织带等材料。
5.3、技术准备
（1）根据施工图纸、地质勘察报告等资料，提前编制盾构过砂层掘进施工专项施工方案、施工技术交底和安全技术交底。
（2）组织有关的施工管理人员对专项施工方案进行认真阅读和分析，知道各项具体要求，并自觉地在施工中履行。
（3）对盾构机操作手、隧道领班工程师、作业班长、注浆操作手等特殊人员进行施工技术交底和安全技术交底。
6、过砂层段掘进控制措施
（1）掘进参数
盾构掘进过砂层段施工应采取：“严格控制出土量，快速通过”的原则。
盾构掘进过砂层段，因隧道埋深较小，上覆水产生的压力全部作用于开挖面，砂层全部作用于开挖面。土仓压力按以下计算方法确定。
水压力，一般取刀盘中心处的水土压力为准，土仓压力按下式计算：
P1=γ×g×h+γ砂×g×h砂
式中：
P1——土仓压力
γ——水的容重
h——隧道埋深
γ砂——砂的浮容重
h砂——砂层厚度
最后土仓实际控制压力应在计算出的P1基础上，上调0.01～0.02Mpa。
取以下数据为例：隧道埋深取10米，砂层厚度取2米，砂的浮容重取0.8克/L，进行计算。
P1=γ×g×h+γ砂×g×h砂
P1=1.27+0.16＝1.43bar，再上调0.01～0.02Mpa。
实际掘进时土仓压力取1.6bar。
掘进时除控制好土仓压力外，刀盘转速应控制在1.5～1.8r/min。
（2）为了控制出土量，首先向盾构机土仓中加入膨润土或聚合物等添加剂，改善土仓中砂、土、水混合物的流动性，使其成为一种塑性流动体，满满地通过盾构机螺旋输送器和输送带流出，避免无法控制的喷涌现象。
（3）采取逐斗控制出土量的方法控制出土进度，按照盾构机推进千斤顶行程每掘进100～110mm出一斗（5m3）土，否则，就关闭螺旋输送机出土闸门。
（4）在这种地层中施工时，应严密监测地面沉降，一旦发现有沉降出现，须立即进行地面加固。
（5）施工時，少向土仓内打发泡剂，尽量少注水。
（6）砂层含水率高，过砂层前，做好充分的准备（比如换刀），减少地层的失水。
（7）改进盾尾注浆浆液配合比，加强盾尾注浆控制，进行管片背后二次注双液浆。
（8）喷涌出现后，在螺旋机尾部的法篮盘上接管，关闭螺旋机顶部出土口，利用螺旋机尾部接出的管路出土。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。