盾构施工总结篇(1)

关键词：全断面砂层，盾构机，脱困，沉降 ，螺旋输送机

Abstract: along with the development of the society, the change of more and more crowded, the subway as a new type of traffic tools, high speed, time must, low energy consumption, covers an area of province, etc. At present our country building subway are Beijing, Shanghai, guangzhou, hangzhou, shenyang, chengdu, xian and other cities. Shield law because of its construction speed is quick, mechanization degree is high, and the advantages of security is widely applied to the subway tunnel construction. This paper TJSG xian metro line 2 at 4 standard the administrative center to the north station 】 shield interval shield construction machine in the whole section, coarse sand layer in the tunneling problems and solving methods are explained, the hope for similar project construction to provide certain experience.

Keywords: whole section of sand layer, shield construction machine, difficulty relief, settlement, screw conveyor

中图分类号：U455.43文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

西安地铁二号线TJSG-4标位于西安市北郊运动公园内，包括【行政中心站～运动公园站】、【运动公园站～北苑站】、【北苑站～北客站】三个盾构区间（见图1），单线全长3公里，隧道拱顶埋深为10～15米，工程造价2.8亿元。本工程由西安市地下铁道有限责任公司建设，中铁一局集团有限公司施工，广州轨道交通建设监理有限公司监理。

2工程地质及水文情况

2.1地质情况

根据本工程地质勘查报告揭露的地质情况，区间隧道钻孔深度内地层为：地表一般分布有厚度不等的全新统人工填土；其下为全新统的冲积黄土状土、粉质粘土、粉细沙、中砂、粗砂，局部为砾砂或圆砾；上更新统冲积的粉质粘土，中、粗砂层局部为粉细沙、砾砂。

2.2水文情况

本工程地质勘查资料揭露显示隧道所处范围地下主要为潜水层，其主要补给来自大气降水渗入，地下水位埋深10.30～12.30m的。地下水的径流方向由南向北，地下水最大流速为13.68m/d，平均流速为12.00m/d。

3 全断面中、粗砂层盾构脱困技术

盾构在硬岩中掘进时，由于围岩过硬会出现盾构机卡壳现象。而本工程盾构在穿越北绕城高速公路全断面中、粗砂层（左线里程：ZDK1+666～ZDK1+629;环号：103～128, YDK1+661～ZDK1+624；环号：107～131）的过程中也出现了盾构机被卡住的现象，盾构机推力超过3000t，掘进速度仅为个位数。

分析造成该现象的原因主要有：

（1）围岩硬度高。根据本工程高速公路路基两侧地质勘查孔揭露的地质情况显示，该段隧道断面所处地层为〈2-5〉中砂及〈2-6〉粗砂全断面砂层，其N值为20～40。由于该段上覆高速公路路基，且动荷载（每日车流量约3万辆）长期作用，使该段地层密实性加强，其N值远大于40。

（2）盾构机姿态差。因进入该段前盾构机姿态超限，盾构机姿态趋势大，未能及时纠正，进入该段后，因地层关系盾构机推力增大（四组千斤顶推力均满负荷推进），不具备调整盾构机姿态的条件，使得盾构机姿态越来越差，从而增大了围岩对盾构机阻力。

（3）盾构机外置注浆管。本工程采用Φ6140日本小松软土盾构机，该型盾构机采用外置式同步注浆管，从而增大了盾尾直径，在较硬围岩中掘进时，易出现卡盾尾的情况。

在盾构施工过程中为使盾构机脱困主要采取了以下措施：

（1）增大盾构机推力。联系盾构机生产厂家，在管片不被压裂、设备所能承受的条件下，将盾构机推力限值调大，增加有效推力。

（2）摆动铰接，使围岩松动。在盾构掘进速度小于3mm/min时，伸缩铰接油缸，摆动盾构机，使围岩松动，以利于盾构脱困。在伸缩油缸时伸缩量不宜过大，本工程右线盾构在穿越该段地层时，因铰接油缸伸缩过猛，致使盾构机铰接密封损坏

（3）开启超挖刀进行扩挖。针对盾构机外置式同步注浆管，开启超挖刀在注浆管所在点位适当进行扩挖，减小注浆管与围岩的摩擦。

4 全断面中、粗砂层盾构施工地面沉降控制

盾构推进施工引起的地表沉降一般分为盾构施工到达前沉降、盾构施工到达、盾构通过时、盾尾通过后、后续沉降5个阶段。在实际施工过程中造成地面出现过大沉降主要是盾构施工到达、盾构通过时、盾尾通过后三个沉降阶段引起的。要很好的控制这三个沉降阶段，其关键就是建立良好的土压平衡关系和及时饱满的注浆。

案例：左线盾构穿越麻家什字民房

4.1概况

左线自ZDK1+520～ ZDK1+528（掘进环号194环～201环）里程段下穿麻家什字村民房，民房共5层，其中第一层为2001年建设（原设计层），其它几层为2004年加盖，其基础为砖混砖体扩大基础，第一层墙体为砖混结构＋50cm的顶圈梁结构，其它四层均为砖混结构，没有圈梁和简易框。房屋外墙瓷砖有大面积空鼓现象，局部有细微裂纹，根据目测房屋未发现倾斜沉降，内部无明显裂缝，1层为商铺、2层有人居住，且住户较多，其它3层闲置。（隧道与民房关系见图1）

根据地质详勘报告揭露的地层，此里程段隧道埋深14m，隧道拱顶主要分布的地层为0～11m黄土＋粉质粘土，11～14m为中砂，14～20m为粗砂，隧道拱顶及洞身范围位于全断面砂层中，地下水位地面以下15m（见图2）。

图4：麻家什字民房与隧道关系图

图1：隧道与民房关系图

图2:民房地质图

4.2施工过程采取的措施

盾构穿越该建筑物主要的思路为快速平稳通过，为实现这个思路及控制好地表沉降在盾构穿越前、穿越过程中及穿越后，主要采取了以下措施：①做好设备检修保养。②加强渣良。 ③严格控制土仓压力及出土量。④加强管片的背后注浆。⑤控制好盾构机的姿态。⑥加强地表及建筑物的监测，及时反馈监测信息。

4.3取得的效果

从地表及建筑物沉降监测数据看，监测点最大累积沉降-5.6mm，远低于规定的警戒值，且盾构穿越后监测数据长期处于稳定状态，民房未出现开裂倾斜等现象。本次盾构成功穿越5层民房，为盾构在全断面中、粗砂层掘进及沉降控制提供了宝贵的经验。

5全断面砂层施工螺旋输送机故障处理技术

盾构在全断面砂层掘进时，由于砂的摩阻系数大，使得盾构机特别是螺旋输送机因不正常磨损易出现故障，本工程在【运动公园站～北苑站】区间掘进施工时左、右线盾构机的螺旋输送机曾多次出现故障，严重影响了工程进度。本工程施工过程中盾构螺旋输送机出现故障有以下三类：

5.1螺旋叶片的磨损严重。该区间隧道洞身处于全断面无水砂层，由于渣土较干，且渣良效果不理想，使螺旋输送机出土不畅，存在滞土现象，导致螺旋带叶片磨损严重。

5.2螺旋齿轮箱密封及马达齿轮的损坏。由于渣土较干，渣良效果不佳，使渣土到螺旋排土口时不能顺利排出，而在排土口将渣土压密，增大了排土口的压力，长期作用使砂粒进入螺旋输送器齿轮箱磨损了密封圈，进入齿轮箱后造成了螺旋输送机马达齿轮非正常磨损严重。

5.3螺旋输送器螺旋带断裂。

2009年6月19日凌晨4：50左右，左线盾构正在掘进第540环，螺旋输送机开始出现出土不连续的现象，且螺旋输送机转动时有异常响动，上午9：10施工人员在螺旋输送机出土口检查时从出土口取出了一块20x30x2.5cm的螺旋带叶片，叶片取出后螺旋输送机虽能正常转动，但仍然不能正常出土。

通过螺旋输送机预留的检查孔进行排查，在土仓附近螺旋输送机外筒壁上切开一个观察孔（见图4）。经观察孔检查发现在土仓内出土口处有一个结实的“砂墙”，堵住了出土口，并发现螺旋带伸进土仓内的部分已经被折断且被埋在“砂墙”下面。为防止挖开砂墙后出现涌砂，施作前在观察孔上安装一个可以灵活开关的手动闸门。经过5个小时的开挖，取出了已折断的螺旋带（见图5），取出后反复转动刀盘，利用搅拌棒粉碎了“砂墙”，螺旋输送机启动后出土正常，由于螺旋带变短，其出土模式由原来的从土仓内主动取土，变作被动出土。完成了该区间剩余的80环隧道施工，到达北苑站后对其进行了更换。

图3：螺旋输送机故障示意图

图4：割开的观察孔 图5：取出的螺旋带断裂段

5.4故障成因的推断

本次螺旋输送机故障的发生，是多种不利因素集中导致的结果。从螺旋带断裂段表面凹坑及断裂断口推断，螺旋带受到了坚硬物体的碰撞，使其产生了弯曲及开裂，在出土时由于土仓内坚固的砂墙将螺旋带伸进土仓部分深埋固定，螺旋在转动过程受到扭矩作用而断裂。

5.5通过上述事件总结的经验

盾构法施工机械化程度高，设备出现故障将直接影响工期，通过上述事件，可以总结出以下防治措施：

5.5.1就螺旋输送机易磨损部位进行堆焊加固，提高螺旋的耐磨性。

5.5.2盾构在无水砂层中掘进时，渣良是很关键的环节，通常的泡沫添加剂改良效果不理想，出渣不畅是导致螺旋输送机故障“元凶”，因此在盾构施工过程中须选用一定配比的膨润土泥浆作为渣良剂，以减少设备的磨损。

5.5.3加强施工机械的日常检查机维修工作，并备足易损配件，设备出现故障维修时可有效的节约维修时间。

结束语

盾构施工总结篇(2)

关键词：地铁；6280；土压；平衡盾构；土建施工

中图分类号： U455.43文献标识码：A

1、施工概况

本工程为广州市轨道交通六号线盾构7标，主要包含【天平架～燕塘】和【燕塘～天河客运站】两个盾构区间及位于广州市洒水车队的盾构始发井兼中间风井等附属结构工程。线路走向为从天河区天平架站出发，向东下穿天平架农贸市场、沙河涌、水果批发市场、兴华直街、白云区教师进修学校到达燕塘站，过燕塘站，沿燕岭路往东北方向途经北环高速A、B匝道、银河园、到达广州市洒水车队中间风井。盾构区间左线全长1917.593m，右线全长1929.258m，掘进总里程3846.851米，管片拼装2615环，掘进土石方11.8万m³。本标段左线、右线全部使用6280土压平衡盾构机施工。本盾构施工部位断面尺寸为6.28m，区间隧道穿越地层主要为、花岗岩残积土层、花岗岩全风化带、花岗岩强风化带、花岗岩中风化带、花岗岩微风化带地层，局部含有、砂层，其中地层约占1.3%、地层约占5.0%、地层约占26%、地层约占26%、地层约占13%、地层约占7.8%、地层约占5.3%、地层约占15.6%。本区间地下水赋予方式分为第四系松散土层孔隙水，块状基岩裂隙水。第四系冲积-洪积砂层为主要潜水含水层，冲积-洪积砂层含粘粒较多，富水程度较差，渗透系数仅为0.5～2.0m/d。块状基岩裂隙水主要赋予存在燕山期花岗岩强风化带及中等风化带，水力特点为承压水，地下水的赋存不均一。在裂隙发育地段，水量较丰富，属承压水，渗透为1.09m/d。区间场地环境类别为类。地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱性腐蚀性。主要施工参数表如下：

盾构区间隧道参数表1

2、土压平衡盾构机简介

6280土压平衡盾构机，标准设备总长约为80 m，其中盾构机盾体长约8.5m，后方配套设备及附属构造共长约72m，盾构机未工作前全部盾构零部件总重量约480t，盾构施工过程中额定总功率约为1.6X106W，扭矩 5.3 X106N•m，最大推进力为36.4 X106N，在标准岩层中进行掘进可以达到很快的掘进速度约为8cm／min。6280土压平衡盾构机主要由切削刀盘、开挖室、承压隔板、压缩空气闸室、推进千斤顶、尾盾密封、油箱、带式输送机、管片拼装机、刀盘驱动、螺旋输送机以及管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备等多个部分组成（如图1所示）。盾构机施工过程中盾构机前进，是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体进行切削并旋转至刀盘后面的贮留密封舱内，使舱内土方等具有与前方施工的土方一致的土方压力，以减少盾构机对前方土体的扰动，防止地表沉降。被切削下来的土方首先存放在开挖室内，随后前方主次切削下来的土方进入开挖室，使之前开挖的土方被后开挖的土方推进到带式输送机上，输送到后方被提升。这种施工方法避免了半盾构机等其他掘进施工的弊端，省略了后期护砌或者水泥喷浆的麻烦。

1、切削刀盘；2、开挖室；3、承压隔板；4、压缩空气闸室；5、推进千斤顶；6、尾盾密封；7、油箱；8、带式输送机；9．管片拼装机；10、刀盘驱动；11、螺旋输送机图1土压平衡式盾构机机头组成示意图

3、6280土压平衡盾构机在地铁中的应用（施工前的准备工作）

3.1盾构机现场组装和调试

盾构机施工的重点不在于施工的操作，而是在于盾构机前期的组装调试以及遇到特殊岩层段的处理办法，现将现场组装调试6280盾构机的主要程序见下图2所示：

图2 盾构机现场组装调试流程

3.2井下准备工作

1）盾构基座就位

盾构过程中盾构后方需要设置基座，基座一般为钢结构预制件，在施工过程中，要加强前期的准备工作，盾构基座位置要严格按设计放样，吊装以及安装时要严格按照设计的要求进行测量放样给出施工的基线。待盾构基座准备就位，首先测量放线，将其吊入基座设计位置进行焊接，两根运输导轨中心线要与基座的中心线一致，并且加强彼此间的联系加固（如图3所示）。

图3 盾构基座施工安装示意图

2）盾构后盾支撑体系制作

在盾构过程中，前方切削土方的同时，会对后方盾构基座产生巨大的后坐力，为了保证盾构机前进的强劲动力以及稳定施工，要对后面的基座进行支撑处理。往往基座支撑处理采用2根平行共面的双榀70＃H钢立柱作为基座支撑后靠背，基座后靠背的空隙需要灌注C30水泥砂浆。H型钢梁后座背后与工作井的内衬之间需要埋设Ф609钢管作为水平受力支撑。

（4）导向轨安装施工

施工完毕基坑、支座以及支撑体系后，需要安装导向轨。盾构导向轨的施工一方面要满足土方运输，另外一方面要保证运输的方向性满足要求。为保证施工的顺利进行，不出现任何差错，在施工导向轨是选用43kg/m重型轨道。

（5）出洞防水装置安装

由于盾构施工过程中，可能存在一定的施工间隙，在土方含水量较大的地方，容易产生水泥土流动，导致土方压力失去平衡，造成地表沉降，给后期施工带来巨大隐患。因此，在盾构施工前要安装密封止水装置。常见的安装顺序为帘布橡胶板圆形板扇形板，自上而下按照顺序进行。在安装的过程中，圆形板的压板螺栓必须可靠拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止盾构出洞后同步注浆浆液泄漏，造成土方间隙的存在，造成失去平衡。

（6）盾尾刷油脂填充

盾构施工过后后期的工作也十分重要，为确保盾尾的密封效果，达到防水的标准，保护盾尾刷的正常工作，在按照盾构调试结束后，需要进行全面检查，并向盾尾钢刷之间要均匀、密实涂抹盾尾油脂。

4、结语

盾构施工自上世纪初由日本等发达国家引入后，在我国的地铁施工中得到了广泛的应用。6280土压平衡盾构机在已经建成和在建的广州地铁相关盾构路线中应用得到了良好的推广，为保证施工质量，完成优质工程，确保按时通车起到了巨大的作用。在施工过程中，要加强盾构机前期的施工准备，才能更好的完成后期盾构工程。因此，要认真了解施工地质条件，了解盾构机的组成和性能，为盾构机的施工提供良好的环境，不仅可以减少质量问题，还可以加快施工进度。

参考文献：

[1] 王丽丽,张格尔,王丽.盾构施工技术的发展及展望[J].建材技术与应用.2011(01)

[2] 韩雪峰,李茂文,刘建国,陈寿根.复合地层土压平衡盾构始发施工关键技术[J].四川建筑.2010(05)

[3] 陈周斌.土压平衡式盾构穿越建筑群施工控制技术[J].城市轨道交通研究.2010(11)

盾构施工总结篇(3)

关键词：城市交通隧道 网格盾构 土压盾构 双圆盾构 泥水盾构 沪崇苏越江工程

1　前言

上海城市人口1450万，流动人口300万，面积6340km2，目前已经成为中国的经济、贸易、金融、航运中心城市。城市的经济发展促进城市建设尤其是交通建设的发展，城市地下轨道交通具有快捷、安全的特点。上海城市轨道交通线网规划17条线路，总长780km，其中地铁11条线，长度385km。已建3条线，其中地铁2条线；在建4条线，其中地铁2条线。地铁区间隧道总长度达700km（双线），采用盾构法施工，已建约100km。

黄浦江从东北至西南流经上海城区，把上海分为浦东、浦西2部分，江面宽500m~700m，主航道水深14m~16m。近10年来，浦东的迅速发展促进了越江交通工程建设，采用大直径盾构建造江底交通隧道已得到广泛的应用。已建隧道5条，在建隧道4条拟建隧道6条。

上海地层为第四纪沉积层，其中0~40m深度内均为软弱地层，主要为粘土、粉质粘土、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、粉砂土等，这类土颗粒微细、固结度低，具有高容水性、高压缩性、易塑流等特性。WWW.133229.COm在该类地层中进行盾构隧道掘进施工，开挖面稳定和控制周围地层的变形沉降十分困难。

上海地区盾构隧道技术的应用，始于1965年，近40年来，尤其是近10年来，盾构隧道技术广泛用于地铁隧道、越江公路隧道和其它市政公用隧道。本文就上海城市交通隧道盾构施工技术的发展和现状，作一个回顾和综述。

2　网络挤压盾构掘进技术的开发和隧道工程应用

2.1　φ5.18m网格挤压盾构及上海地铁试验工程

1964年，上海市决定进行地铁扩大试验工程，线路位于衡山路北侧，建2条长600m的区间隧道，隧道复土10m，隧道外径5.6m，内径5m。隧道掘进施工采用2台自行设计制造的φ5.8m网格挤压盾构，辅以气压稳定开挖面土体，于1966年底完成1200m地铁区间掘进施工，地面沉降达10cm。

2.2　打浦路隧道φ10.2m网格挤压盾构掘进施工

1965年，上海第一条穿越黄浦江底的车行隧道――打浦路隧道，全长2761m，主隧道1324m采用φ10.2m网格挤压盾构掘进施工，黄浦江约600m，水深16m，见图1所示。

φ10.2m网格挤压盾构掘进机是中国第一台最大直径的盾构，盾构总推力达7.84×104kn，为稳定开挖面土体，采用气压辅助施工方法。盾构穿越的地层为淤泥质粘土和粉砂层，在岸边采用降水辅助工法和气压辅助工法，在江中段采用全气压局部挤压出土法施工。盾构见图2所示。

圆隧道外径10m，由8块钢筋混凝土管片拼装而成。管片环宽90cm，厚60cm。管片环向接头采用双排钢螺栓联接。衬砌接缝防水采用环氧树脂。打浦路隧道于1970年底建成通车，至今已运营33年。

2.3　延安东路隧道北线φ11.3m网格挤压水力出土盾构施工

1983年，位于上海　外滩的延安东路隧道北线工程开工建设，隧道全长2261m，为穿越黄江底的2车道隧道，其中1310m为圆形主隧道，采用盾构法施工，隧道外径11m，隧道衬砌由8块高精度钢筋混凝土管片拼装而成，管片环宽100cm，厚55cm，接缝防水采用氯丁橡胶防水条。

隧道北线圆形主隧道采用了上海隧道工程公司自行设计研制的φ11.3m网格型水力出土盾构，见图3所示。在密封舱内采用高压水枪冲切开挖面，挤压进网络的土体，搅拌成泥浆后通过泥浆泵接力输送，实现了掘进、出土运输自动化。网格上布有30扇液压闸门，具有调控进土部位、面积和进土量的作用，可辅助盾构纠偏和地面沉降控制。网格板上还布设了20只钢弦式土压计，可随时监测开挖面各部位的土压值变化，实现了信息化施工。盾构最大推力可达1.08×105kn。盾构顺利穿越江中段浅复土层和浦西500m建筑密集区，保护了沿线的主要建筑物和地下管线。

3　土压平衡盾构在城市交通隧道工程的应用和发展

3.1　土压平衡盾构的引进和开发应用

近年来，我国的城市地铁隧道、市政隧道、水电隧道、公路交通隧道已经越来越多地采用全断面隧道掘进机施工，其中用得最多的是土压平衡盾构掘进机。上海、广州、深圳、南京、北京的地铁区间隧道已经采用了31台直径6.14m～6.34m的土压平衡盾构，掘进区间隧道总长度达400km。土压盾构具有机械化程度高、开挖面稳定、掘进速度快、作业安全等优点，在隧道工程中有广泛的发展前景。

土压平衡盾构适用于各种粘性地层、砂性地层、砂砾土层。对于风化岩地层、软土与软岩的混合地层，可采用复合型的土压平衡盾构。在砂性、砂砾、软岩地层采用土压盾构掘进施工，应在土舱、螺旋输送机内以及刀盘上注入润滑泥浆或泡沫，以改良土砂的塑流性能。

3.2　φ6.34m土压盾构在上海地铁工程中的应用

1990年，上海地铁1号线开工建设，双线区间隧道选用土压平衡盾构掘进，经国际招标，7台φ6.34m土压盾构由法国fcb公司、上海市隧道工程公司、上海市隧道工程设计院、上海沪东造船厂联合体中标，利用法国混合贷款1.32亿法郎。第1台φ6.34m土压盾构于1991年6月始发推进，7台盾构掘进总长度17.37km，1993年2月全线贯通，掘进施工期仅20个月，每台盾构的月掘进长度达200～250m。掘进施工穿越市区建筑群、道路、地下管线等，地面沉降控制达＋1cm～－3cm。φ6.34m土压平衡盾构见图4所示，其主要技术性能见表1。

1995年上海地铁二号线24.12km区间隧道开始掘进施工，地铁一号线工程所用的7台φ6.34m土压盾构经维修以后，继续用于二号线区间隧道掘进，同时又从法国fmt公司和上海的联合体购置2台土压盾构，上海隧道工程股份有限公司制造1台土压盾构，共计10台土压盾构用于隧道施工。

于2000年开工兴建的上海地铁明4号工程区间隧道仍将使用这10台φ6.34m土压平衡盾构施工。2001年，向日本三菱重工购置4台φ6.34m土压平衡盾构，共计14台盾构正在掘进施工。

上海地铁隧道外径6.2m，衬砌环由6块钢筋混凝土管片拼装而成，通缝拼装，环宽100cm，管片厚35cm。见图5所示，地铁4号线部分区间隧道管片采用错缝拼装，环宽120cm。

上海地铁2号与1号线垂直相交，盾构从1号线区间隧道下1m穿越，掘进施工中采用地层注浆加固、跟踪注浆、信息化施工等技术措施，确保1号线地铁安全运营，沉降控制在2cm以内。地铁4号线与2号线区间隧道相交，4号线盾构从2号线隧道下1m穿越。φ6.34m土压盾构在城市建筑群下穿越，其沉降一般也在4cm以内。盾构平均月推进长度约250m，最快达400m/月。

3.3　双圆形盾构掘进机的引进和应用

2002年，上海地铁8号线黄兴路至开鲁路站三个区间隧道，长度2,688m，采用dot双圆盾构隧道工法，并从日本引进2台φ6300m×w10900mm的双圆形土压盾构掘进机。双圆盾构见图所示，其主要技术参数见表2。

双圆隧道衬砌采用预制钢筋混凝土管片，错缝拼装；每环管片由11块管片拼装而成，其中2块为海鸥形，1块为柱形。管片厚度30cm，环宽120cm，见图7所示。

3.4　φ7.64m土压盾构掘进外滩观光隧道

3.4.1 工程概况

上海外滩观光隧道是我国第一条行人过江专用隧道，是一条连接南京路外滩和陆家嘴东方明珠塔的江底隧道，全长646m，隧道内径6.76m。隧道内通行一来一往2条观光车轨道。

外滩观光隧道于1998年初开工，1999年底建成运营，土建工程包括黄浦江两岸的2座出入口竖井和一条过江隧道，见图8所示。隧道位于延安东路隧道北侧，并与上海地铁二号线2条过江区间隧道在江底交叉。隧道穿越的主要地层为粘土、粉质粘土、淤泥质粘土和砂质粉土。

隧道衬砌环由6块钢筋混凝土管片拼装而成，管片设计强度c50，抗渗等级s8，环宽120cm，厚35cm。管片接缝防水采用epdm多孔橡胶止水带，管片背面涂防水层。

3.4.2 φ7.65m土压平衡盾构掘进施工

隧道掘进采用φ7.65m土压平衡盾构，见图9所示。盾构大刀盘切削土体，为幅条式结构。盾构长8.935m，中间有较接装置，易于纠偏施工。盾构最大推力5.2×104kn。盾构密闭舱内充满切削土砂，通过直径900mm的螺双输送机排土，通过推进速度、螺旋机转速、排土量来控制密闭舱土压，使之与开挖面水压力平衡。盾构掘进速度为0～4cm/min。

盾构于1998年11月始发推进，隧道纵坡达4.8%，；平曲线最小半径为400m，均为国内越江盾构隧道之最。盾构初推段100m内进行了土体变形、土应力、孔隙水压的监测，反馈盾构施工，调整盾构施工参数，控制施工轴线和地表沉降。盾构掘进的平均速度达8m/d，646m隧道共花费3个月的时间完成，工程质量优良。

3.5　 3.8m×3.8m矩形土压盾构掘进地铁过街人行地道

常用的盾构隧道掘进机为圆形，主要是圆形结构受力合理，圆形掘进机施工摩阻力小，即使机头旋转也影响小。但是圆形隧道往往断面空间利用率低，尤其在人行地道和在行隧道工程中，矩形、椭圆型、马蹄形、双圆形和多圆形断面更为合理。日本80年代开发应用了矩形隧道，在90年代开发应用了任意截面盾构和多圆盾构，并完成了多项人行隧道、公路隧道、铁路隧道、地铁隧道、排水隧道、市政共同沟隧道等，使异形盾构技术日益成熟，异形断面隧道工程日益增多。

我国于1995年开始研究矩形隧道技术，1996年研制1台2.5m×2.5m可变网格矩形顶管掘进机，顶进矩形隧道60m，解决了推进轴线控制、纠偏技术、深降控制、隧道结构等技术难题。1999年5月，上海地铁二号线陆家嘴路站62m过街人行地道采用矩形顶管掘进机施工，研制1台3.8m×3.8m组合刀盘矩形顶管掘进机，具有全断面切削和土压平衡功能，螺旋输送机出土，掘进机的主要工作参数见表3，矩形顶管掘进机见图10。

4　大直径泥水加压盾构掘进越江公路隧道施工

4.1 延安东路隧道南线φ11.22m泥水加压盾构掘进施工

1995年，为发展浦东建设需要，上海延安东路隧道南线开工建设，为缩短工期和保护隧道沿线建筑物的需求，引进日本三菱重工制造的φ11.22m泥水加压盾构。盾构本体示意见图11。

隧道南线1300m圆形主隧道采用日本三菱重工制造的φ11.22m泥水加压盾构掘进施工，盾构本体示意见图5。盾构采用刀盘切削，总推力达1.12×105kn，刀盘扭矩4635kn·m，最大掘进速度46mm/min。盾构密封舱充满压力泥浆与开挖面水土压保持平衡，并在开挖面形成泥膜，起到稳定的作用。盾构设有掘进管理、泥水输送、泥水分离和盾尾同步双液注浆系统。掘进管理和姿态自动计测系统能及时反映盾构掘进施工的几十项参数，便于准确设定和调整各类参数。

4.2　大连路隧道φ11.22m泥水加压盾构掘进施工

上海大连路隧道全长2565m，为2来2去的两条双车道隧道，工程总投资16.55亿元。工程于2001年5月25日开工，合同工期28个月。隧道平、剖面见图12所示。

圆形主长1263m，采用2台φ11.22m泥水加压盾构同时掘进施工。隧道衬砌结构在延安东路隧道工程的基础上进行了优化改良，拼装形式由通缝改为错缝，管片厚度从55cm改为48cm，环宽由100cm增大为150cm，管片分块由8块增为9块，管片连接螺栓由直螺栓改为弯螺栓，螺栓手孔改小，管片形式由箱形改为平板型。隧道衬砌结构见图13。

泥水加压盾构的泥水输送和泥水处理是盾构施工的重要组成部分，公司自选研究设计制造了适应上海软土地层的泥水分离系统，见图14所示。

盾构进出洞土体加固全部采用冻结法。

西线隧道于2002年3月28日始发推进，至9月20日隧道贯通，工期6个月。东线隧道于6月18日 发推进，至12月底隧道贯通。盾构掘进速度平均为8m/d，最快为15m/d。两条隧道最小间距为6m。

大连路隧道于2003年9月建成通车，总工期仅28个月，是上海越江公路隧道建设周期最短的。

4.3 上海越江交通工程的发展

2001年底，复兴东路隧道工程开工建设，为2条3车道隧道，隧道外径11m，分为上下两层，是我国第一条双层隧道，全长2785m。2条1215m主隧道于2003年2月和5月先后始发推进，于11月隧道贯通。

2003年6月，翔殷路隧道工程开工建设，为2条2车道隧道，隧道全长2597m，隧道外径11.36m，内径10.2m，是目前车道最宽的盾构隧道，设计车速可达80km/h。

正在设计中的越江隧道有军工路隧道和上中路隧道(中环线配套工程)，正在规划中的越江隧道有长江西路、新建路、人民路、耀华路等4处。

长江口越江通道工程是连接上海－崇明－江苏北部的重要交通工程，位于长江口，从上海浦东－横沙岛－崇明岛－南通，采用桥隧结合的工程方案，全长68km，为3来3去6车道，设计车速100km/h。其中浦东5号沟至横沙岛穿越长江南港，采用盾构隧道施工，全长约8.5km，隧道外径15.2m。横沙岛至崇明岛越江北港，采用桥梁施工，全长9.54km。见图15所示。直径φ15.2m的盾构隧道，目前是世界上最大直径的盾构隧道，隧道断面见图16。

5　结语

上海城市交通隧道工程的发展提高了盾构隧道技术的水平。从最初的网格挤压盾构，发展到目前的土压平衡盾构和泥水加压盾构，盾构机向机械化、自动化、信息化发展，掘进速度快，盾构开挖面稳定，地面沉降控制好，环境影响小。盾构衬砌不断改进和优化。盾构与隧道技术正在向大深度、大直径、长距离掘进发展。双圆隧道、矩形隧道技术也得到应用。随着上海城市交通隧道工程建设的不断发展，盾构隧道技术水平将进一步的发展和提高。

参考文献

1、 傅德明、杨国祥.　《上海地区越江交通盾构施工技术综述》.　“国际隧道研讨会暨公路建设技术交流大会论文集”.　人民交通出版社.　2002.10

盾构施工总结篇(4)

关键词:盾构法 地铁隧道 预应力锚索 处理技术

1 概述

锚索结构：3φ15.2的预应力钢绞线，强度等级为1860Mpa，成孔直径为150mm，打设角度为向下15度。上排锚索设计总长度26.5m，其中锚固段长度为21.5m，自由段长度为5m，张拉力为290kN，达钢绞线极限破断拉力的37.4%；下排锚索设计总长度27.5m，其中锚固段长度为22.5m，自由段长度为5m，张拉力为310kN，达钢绞线极限破断拉力的40%。

根据勘测资料本场地地下水类型主要为潜水，主要赋存于杂填土、粉土等弱透水土层中，地下水位埋深约为9.5m，水位年变幅度1.0～2.0米，潜水层渗透系数k综合取值0.5m/d。经前期降水井观测地下水位为16.9～17.1m，观测时间2011年10月23日～27日。

地质情况见表1。

2 盾构机难以破坏本区域的预应力锚索的分析

通过对锚索的详细调查，充分分析盾构机自身掘进破断锚索的可行性。

2.1 预应力锚索属于柔性结构，无法通过盾构刀具的切割将其破坏。

2.2 预应力钢绞线强度高达1860Mpa，是普通钢筋强度的6~9倍，即便通过加固处理成刚性结构，也很难通过盾构刀具的切割将其破坏。

2.3 盾构破坏预应力钢绞线的主要机理：①推力破坏（考虑锚索经过张拉有一部分内应力，根据力的合成，初步计算，对破坏垂直盾构隧道的单束锚索的最小推力为158kN，可能一个截面出现两束锚索，则最小消耗推力为316kN，而本台盾构最大推力为3165kN，正常掘进推力为1200kN）；②扭矩破坏（本盾构一档扭矩2620kN・m，二档扭矩4377kN・m，脱困扭矩5225kN・m，正常掘进扭矩1600~2300kN・m，当两束锚索作用在距离刀盘中心的半径小于2.5m时，将可能导致扭矩增大到极限而无法破坏锚索）。

2.4 本区预应力锚索与盾构隧道位置关系有三种情况：①预应力锚索与盾构隧道轴线成37度，并指向盾构始发方向；②预应力锚索与盾构隧道轴线成83度，并指向盾构到达方向；③预应力锚索与盾构隧道轴线成54度，并指向盾构到达方向。当预应力锚索与盾构隧道轴线角度越小则越不利于破断，当锚索与隧道轴线平行时，为破断最不利角度。

3 预应力锚索拔除技术

根据对盾构机破断锚索的机理及锚索结构的基本情况，在盾构通过前，将锚索提前取出，具体取出方法有三种。方案一：明挖大型深基坑，取出锚索；方案二：采用人工挖孔先截断后取出锚索；方案三：在蓝码帝王大厦地下室试拔锚索（根据设计计算，整束锚索拔出的拉拔力约400kN，而钢绞线可以提供的拉力约770kN，理论上可以直接拔出）。

3.1 采用人工挖孔先截断后取出锚索。盾构开挖直径为6.25m，在盾构隧道中心线两侧分别开外内径1.2m，中对中间距5.3m的人工挖孔，将预应力锚索截断后取出。人工挖孔平面布置图如下：

■

图3-1 挖孔布置示意图

3.2 锚固体粘结强度复核：当截断后锚固长度为4.5米时，粘结强度计算如下：

Pt=（Lsa×π×ds×tu）/Fs2 。

Lsa――锚固段长度，取4.5m。

ds――钢绞线外表直径，取0.0152。

tu――钢绞线与水泥砂浆的极限粘结力，按砂浆标准抗压强度的10%取，则有20×0.1=2.0MPa。

Fs2――锚固体拉拔安全系数。临时性锚固取Fs2≥1.3

则有:Pt=（Lsa×π×ds×tu）÷Fs2

=4.5×3.14×0.0152×2.0×106÷（1.3×10-3）

=330.4KN＞258.5kN

结论：锚固体粘结强度很大，无法把单根钢绞线从锚固体中拔出。

3.3 锚固体与孔壁的抗剪强度复核

P=（La×π×dh×t）/Fs2

La――锚固段长度，取4.5m。

dh――钻孔直径，取0.15m。

t――锚体与孔壁极限摩阻力标准值，取60kPa(按郑州地区的地质选取)。

P=（La×π×dh×t）/Fs2

=(4.5×3.14×0.15×60)÷1.3×103×10-3

=97.8KN＜锚索最大承载拉力F′=775.5kN

结论：将锚索截断后，很容易将锚索整根拽出。

3.4 工作孔开挖。工作孔施工时用人工挖孔，一吨卷扬机提升土碴，并用手推车将土碴弃在远离孔口处，每挖深1m即作混凝土护壁（护壁混凝土为C25，混凝土护壁厚度15cm），护壁钢模板作成上小下大，以便混凝土灌注时振捣密实。第一节混凝土护壁顶应高出地面不少于30cm，护壁混凝土内加Φ12的构造筋，且每节护壁均应用Φ12钢筋连成整体，以防护壁下坠。孔内渗水用潜水泵抽出，孔口应用钢筋网覆盖，仅留提碴孔部分，确保施工安全。施工人员不得乘坐提碴桶出入孔，应由爬梯上下，孔内应配低压照明灯和通风排气设施，确保挖孔桩施工安全。工作孔开挖施工时要及时作好施工记录，凡地质发生变化均要随时请工程师现场确认，并注明取样标高、编号、岩性、取样日期，按取样顺序放于碴样盒内，妥善保管，并有照片等资料。挖孔施工时要求有交接班记录，双方签认，并注明挖孔检查指标。

3.5 处理周期。根据现场实际情况，按三批挖完，每批开挖40个孔，每个孔配2个人，无水情况，每天开挖2m，见水后每天开挖1m，浇注15cm厚的C20混凝土护壁，挖出锚索后处理时间为2天，工作孔回填时间为2天，则每批处理时间约12天，三批处理时间共计36天。

3.6 处理费用。开挖土方150元/立方，回填75元/立方，护壁浇注（含材料）500元/立方，割除锚索150元/人・天，则处理一个孔的费用为：

（150×1.76＋75×1.13＋500×0.63）×15＋2×150×2=10556元

按120个孔计算总费用为：

F=120×10556＋100000（机械配合费）=1366750元

4 挖孔时的安全控制措施

由于挖孔施工的特殊性，对人工挖孔的方案应进行专门的设计，依据地质与水文资料，设计好护壁的厚度及配筋，制定好开挖与支护的方案，同时加大监测频率，控制地面隆、沉值。

①防止孔口坠物伤人，孔口护筒顶用钢筋网覆盖，仅留提碴和上下人作业口。②挖孔施工时，孔内用低压照明灯，为防止孔壁坍塌，混凝土护壁应及时浇注，交接班时要有安全检查记录，且交、接人均应签名。③地面变形接近-20mm～+5mm时，尽快找出原因并采取相应措施。④下孔作业间隔时间长，则在下孔作业前应用鸟笼将小鸟放入孔底15分钟左右，如鸟死亡，施工人员不得下孔作业，应对孔底进行换气处理，确保挖孔施工人员的安全。⑤挖孔施工人员必须经爬梯出、入孔，不得乘绞碴桶上、下提升碴土的卷扬机和钢丝绳应经常检查，不得带病作业。⑥为确保挖孔施工安全，挖孔施工时孔口不得离人，土碴应弃于安全距离以外，孔口周围不得有大型机械来往。⑦挖孔提碴桶必须用橡胶制品，且用铁丝将底兜好，防止掉底现象的发生；同时孔口设有提碴锁定装置，确保挖孔桩施工安全。⑧高空作业安全技术要求，严格按照《高空作业安全规程》进行施工。

5 结束语

通过对预应力锚索处理技术的研究，及时总结施工参数，施工工期满足总体筹划的要求，锚索处理彻底，消除了盾构在锚索区掘进的风险，同时确保了地面建筑物的安全。为后续类似地下障碍物处理提供了成熟的经验。

参考文献:

[1]《水力水电工程预应力锚索施工规范》DL/T 5083-2004.

[2]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[3]陈希哲编著.《土力学地基基础》，清华大学出版社第二版，

1998.

[4]李建斌，陈馈.先进机械施工新技术及案例[z].洛阳：中铁隧道集团有限公司，2003．

[5]张凤祥，傅德明，杨国祥.盾构隧道施工手册.北京，人民交通出版社，2005．

盾构施工总结篇(5)

关键词：盾构法；隧道工程；异形断面；施工技术

Abstract: With the development of the tunnel construction, the scale of construction projects is increasing the level of construction technology also will be getting higher and higher. In recent years, the Shield Law in the tunnel construction has been widely used and has made considerable development. Expanded diameter of shield and shield method based on artificial method is to dig a tunnel profiled construction of two commonly used methods. This paper analyzes the practical application of these two methods in the project, focusing on the the shield method based on artificial dig steps and the main technical problem of the construction of the profiled analysis for colleagues to provide references.Key words: Shield Law; tunnel project; special cross-section; construction technology

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

引言：近年来，盾构法在隧道工程施工中的应用逐渐增多。但是，现阶段我国隧道工程盾构设备能力不足，严重缺乏设计施工技术经验，往往只在直径较小且断面型式单一的区间隧道施工中才会采用盾构法；其余大部分工程施工仍旧以矿山法和明挖法为主。对配合盾构法施工异型断面隧道或在盾构法基础上的人工扩挖法尚未开进行有益的尝试，这在一定程度上限制了盾构施工技术在我国的发展和推广。

一、概述

盾构隧道异型断面通常是在原隧道的基础上进行扩挖修建，这一工程施工的关键在于扩挖技术的应用。现阶段，主要采用扩径盾构法以及在盾构隧道基础上的人工扩挖法两种方法进行异型断面施工。总的来说，在下述几种情况下，盾构隧道要进行地中扩挖：

其一：在平行设置的两个隧道间建造建筑物。

其二：建造地下设施的收容空间或者是组装扩径盾构的空间。

其三：隧道的分岔处或接合处。

图1：常遇异型断面和扩挖场合

二、扩径盾构法

在隧道工程建设过程中，为了更好地满足修建地铁车站或者是安装其它设备的需要，往往采用扩径盾构法，在原有盾构隧道的部分区间进行直径扩展。在扩径盾构施工过程中，首先将撤去原有衬砌并要挖去部分围岩，从而保证有足够的空间作为扩径盾构机的出发基地。

在撤除衬砌过程中，难免会对原有隧道产生扰动，促使其作用荷载和应力发生变化，进而影响到原有结构的稳定性。因此，在实际施工中，应采取有效预防措施，特别是对原有隧道的开孔部及其附近进行加固处理，进而保证隧道结构的稳定性。

在撤除衬砌后，要对扩径盾构进行组装，在组装完成之后就可以开始掘进。通常情况下，应设置合适的反力支承装置以便于使推力均匀作用于机体尾部的围岩。在尾部围岩抗力不足的情况下，还要对围岩进行加强处理。除此之外，也可以采用设置有效装置的方式实现推力的转移。

采用扩径盾构法进行施工一般应遵循以下步骤：

—次盾构掘进，修建一次盾构基地，圆周盾构，圆周盾构掘进，完成扩径盾构出发基地，组装扩径盾构，扩径盾构掘进，完成扩径等。

图2：扩径盾构及其修建的扩径盾构隧道

扩径盾构法是一项先进的施工技术，目前在隧道工程施工中的应用越来越多。扩径部位是特殊的异型断面，这个部位的应力状态极其复杂。在进行施工过程中，要注意以下几点：

其一，在实际施工开始之前，为了减小出发基地的规模，应尽量缩短盾构机长。其二，开挖面作业空间的对盾构开挖作业效率有着直接影响，因而，在确定开挖作业面的空间时必须要综合考虑其作业性，通常要达到30cm以上。其三，进行扩进盾构施工，应配备能够迅速进行组装和拆卸扩径管片的装置。

其四，在拆除衬砌以及挖掉部分围岩可能会导致原有隧道的结构作用荷载和应力的变化，进而影响结构的稳定性，对此，要在原有隧道开孔部及其附近采取加固措施，除此之外，还要进行测量以掌握衬砌应力，在施工过程中实时监测围岩的状态。

三、人工扩挖法

现阶段,我国还未实现大量采用扩径盾构法进行施工。综合考虑我国隧道工程的实际情况，在需扩挖的异型断面施工时，通常采用在盾构隧道的基础上进行人工扩挖的修建方法，也就是说，在盾构完成之后，再采用传统的方法进行扩挖。在具体施工过程中，通常是先采用盾构法贯通全部或部分暗挖区间，之后再在已形成的区间隧道基础上扩挖联络通道、车站等特殊异型断面。

总的来说，采用盾构隧道基础上的人工扩挖法修建异型断面能够有效地缩短建设周期，提高工程质量，而且能够有效确保施工安全，将对周围环境的影响降低到最低，除此之外，盾构法的长距离应用还能够产生规模效益，进而大幅降低工程成本投入，可以说一举多得。

总的来说，采用盾构隧道基础上的扩挖法进行异型断面施工的具体步骤为：对地层进行加固处理，隧道结构超前支护拆除管片扩挖施工临时支护，保证结构的稳定性模筑混凝土，管片安装拆除支护。

现阶段，大部分隧道工程都是采用敞开开挖面的方法进行地中扩挖施工，先行隧道施工已经造成了围岩一定程度的松动，对此，在进行施工时要采用辅助施工法等来加固围岩，进而保证围岩的稳定性，随后再进行分步开挖。

除此之外，还应该采取适当的措施来避免隧道及结构物发生变形。通常情况下，可以采用特殊的管片或钢制支架等边支护围岩边扩挖。

在施工过程中，要重点考虑渡线和联络通道的接合方式，这是因为异型断面位置应力相对较为复杂，应给予足够的考虑与重视并采取有效的处理措施，避免出现质量问题。

盾构施工总结篇(6)

关键词:盾构施工,土体扰动,地层移动,神经网络

 

引言

      利用神经网络较强的非线性映射能力和实测资料,来对高度复杂和高度非线性的变形量进行直接建模,因而具有很强的客观性和适应性。文中采用人工神经网络技术进行了地表沉降的理论预测,并应用于南京市地下铁道1号线的工程实践,获得了一些有益的认识。

1 盾构施工的地表变形机理

      盾构推进过程中产生地面变形沉降的根本原因是施工对周围土体的扰动(徐永福,1999)[1]。盾构推进过程中产生的地面变形由以下五个部分组成:

1)盾构到达前的地面变形(δ1):盾构推进对前方土体产生挤压变形,δ1主要是由于土体受挤压其有效应力增加而引起的。

2)盾构到达时的地面变形(δ2):δ2是由于盾构推进引起土体应力状态改变而产生的变形。broms和bennermark提出了用超载系数n来表示δ2,超载系数n拟定为

n=(σ0-p)/cu(1)

      其中,σ0为沿盾构轴线原位土体的上覆应力(包括超载应力);p为开挖面上的支撑力;cu为土体的不排水抗剪强度。clough和schmidt提出了用上述n值估算粘土地层中开挖面上的地层损失δv的方法:

δv=2v0cu[(1+μ)/e]exp(n-1)(2)

      其中,v0为盾构的理论排土体积;e为土体弹性模量;μ为泊松比。对于低塑性粘土,e=(500～1500)cu。n≥1时,δv=mv0exp(n-1);n<1时,δv=mnv0,而m=2cu(1+μ)/e=0.002～0.006。

      2) 盾构通过时的地面变形(δ3):盾构外壳与土层间会形成剪切滑动面,剪切滑动面附近的土层内产生剪切应力,剪切应力引起地表变形δ3。推进速度越快,剪切应力越大,地表位移δ3也越大。

      3) 盾构通过后的瞬时地面变形(δ4):δ4主要由建筑空隙造成,建筑空隙是由于管片拼装后与盾构外壳之间形成空隙以及盾构偏移隧道轴线引起的空隙之总和。如果土体不产生压缩和松弛,建筑空隙的体积即等于地面沉降槽的体积,适时注浆能有效地减小建筑空隙,因而减小地面变形δ4。注浆的填充率等于注浆体积与建筑空隙之比。

      4)地表后期固结变形(δ5):后期固结变形是由于盾构推进对周围土体扰动引起的,前面四种变形可以通过选择施工机械和施工参数加以控制,但无论什么样的机械和施工参数,盾构推进总会在一定程度上扰动土体,因此,后期固结变形δ5会或多或少地存在,是无法消除的。地面后期固结变形多数只占地面总变形量的较小部分,大约占总变形量的5%～30%。地面后期固结变形与地面即时变形量(∑δi)有很好的对应关系,地面即时变形越大,周围土体的扰动程度越大,地面后期固结变形也越大。

2 地层移动及地表沉降量预测的研究现状

      在盾构施工过程中地层移动的预测方面,国内外都进行了大量数值模拟研究,其主要方法有:有限单元法[2,3]、边界元法[4]、半解析元方法[5,6]等。此外,周文波以上海地区软土隧道施工经验为基础,编制了盾构法隧道施工对周围环境影响和防治的专家系统,用于地面沉降研究[7];李建华则采用模糊—随机理论以预测盾构施工引起的地层移动,基于随机场理论、随机有限元、模糊概率测度和数理统计方法,对软土盾构隧道工程中的地层移动问题进行了较深入的探讨[8]。

      数值方法在进行地层移动预测研究中遇到的问题是力学参数的选取和本构关系方面的考虑不够符合工程实际,加之计算工作量大,难以在具体工程中采用,而上述专家系统则有获取大量数据以及工程师知识经验上的困难。

      作为一种软科学方法的工程应用,人工智能神经网络技术在盾构施工中的应用方面,jingshengshi等利用b—p网络对巴西利亚6.5km盾构隧道的地表沉降进行了预测,分析了该隧道施工的特点后,总结出11款主要的地层移动影响因素[9]。yehfcheng研究了神经网络在盾构隧道自动土压平衡控制中的应用,研制了盾构施工土压力平衡控制的神经网络软件系统,并在台北市一个隧道工程中加以应用检验,取得了很好的效果[10]。

3  盾构施工监测资料分析

      本研究在南京地铁1号线区间三山街—张府园进行,该工程位于建邺区内,是南京市重大工程项目之一。上行线起始于地铁三山街车站北端井,终止于地铁张府园站南端头井。下行线在三山街盾构调头,向张府园推进,上下行线隧道间设置联络通道。

      该区间隧道由外径6200mm,内径5500mm的预制钢筋混凝土衬砌组成,环宽1000mm,厚度350mm,每环由拱底块(d)一块,标准块(b)二块,邻接块(l1、l2)二块,封顶块(f3)一块拼装而成。本区间隧道采用德国公司生产的土压平衡式盾构掘进机施工,其外径6390mm,长度8200mm。沿盾构轴线上布置了一系列地表沉降监测点,并随时对其进行沉降观测,上行线于2002年4月16日开始推进,推进环数为8环/d,4月16日开始监测地表沉降。

      正常情况下,侧向土体挤压扰动范围约在距隧道轴线6m内,6m以外土体出现向隧道方向的位移;正面土体挤压扰动范围约在盾构刀盘前方10m内,严重范围则在刀盘前方约6m内[6]。根据南京地铁1号线三山街—新街口段监测资料,盾构施工对土体的扰动范围约为10m～15m,15m以外的土体几乎不受影响。因此,每个监测点的记录历时都较短,多为10d以下,在建立神经网络预测模型时,必须以盾构机为参照物,同时利用多个测点资料作为网络的输入,并考虑盾构机所在位置的埋深、盾构的施工参数等。预测的内容可以有多种,可预测前方某些点在盾构通过时的沉降,也可预测盾构通过后一定时间内的沉降,还可预测前方某些点的总沉降,这可根据实际需要确定。文中研究的神经网络模型预测了盾构机前方30m及盾构机后方30m正上方的地表沉降。按目前盾构平均每天推进15m,若预测前方5m处地表沉降超过警戒值,及时调整盾构施工参数(推进速度、密封仓压力、千斤顶推力、注浆时间等等),当盾构真正推进到此位置时,实测地表沉降定会减小,从而达到控制变形的目的。

4  盾构施工地层移动的神经网络预测模型

      神经网络对训练样本和测试样本的拟合情况如图1,图2所示(图中所示30m处即为当时盾构机所处位置),预测结果如表1所示。从预测结果可知,预测值的最大绝对误差为0.3mm,对应的相对误差为30%,对两个输出y1和y2的平均绝对误差分别为0.1mm和0.15mm,对应平均相对误差分别为9.2%和10%,总体上具有较高的精度。

 

5 案例分析与认识

      人工神经网络在地铁施工建设中对环境的影响及事故隐患预报问题有着广阔的应用前景,目前这方面的应用尚处于启动阶段,文中在这方面作了一些探索和研究工作,取得了较好的预测效果。但还需要进一步开展研究和试验,尤其是隧道上方地表的变形量不仅受盾构施工参数、盾构物理参数、地质环境条件等的影响,还会受其他物理因素的影响(由于资料收集方面的问题,故没有考虑其他因素),如何对相关因素(如土质等情况)进行预处理和考虑,是值得探讨的。

参考文献:

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[5]曾晓清.地铁工程双线隧道平行推进的相互作用及施工力学的研究[d].上海:同济大学,1995.

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[8]李建华.盾构法隧道施工引起地层移动的随机理论预测[d].上海:同济大学,1995.

盾构施工总结篇(7)

关键词：粉质粘土 盾构 掘进 处理措施 掘进参数

0 引言

庆春路过江隧道工程起点自杭州市江干区庆春东路一新塘路交叉口，终点接萧山侧市心路。东线盾构隧道长为1765.72m，西线盾构隧道长1766.92m，而钱塘江底段约1241m。盾构隧道采用两台Φ11.68m的泥水平衡盾构机掘进，盾构在穿越钱塘江时隧道最小覆土14.1m，覆土厚度大于1D，最大覆土厚度24m。

1 隧道穿越地层评价和比例

根据详勘报告及设计文件，②、③层为粉土，透水性好，主要为潜水含水层，有明显的触变性和流动性，在水动力条件下易产生管涌、流砂。④、⑤、⑥层为粘性土层，其中④为软性粉质粘土，高压缩性、低承载力、高灵敏性、高触变性特点，工程性质较差。⑤、⑥层为硬性粉质粘土，当地以其硬度称之为“老粘土”，掘进易粘附刀盘、堵管；⑦层为砂性土，⑧圆砾卵石层为碎石层，该组合属承压水层，水压高，水量充沛，有明显的漏浆和塌孔现象，掘进中易引起涌水坍塌。

盾构隧道穿越地层统计见表1。

⑤-1粉质粘土、⑤-2粉质粘土俗称“硬土层”，硬可塑，盾构在掘进中该两层占穿越地层的78.7%左右。因此在该地层的掘进中应编制好切实可行的施工技术方案，保障安全、高效、顺利地通过。

2 粉质粘土层中掘进施工技术

2.1 粉质粘土

粘性土层是粉质粘土矿物经相互间电化学结合而形成的，近似变质了的琼胶块状体，所以由泥水比重和加压带来的力就容易形成对开挖面的稳定，不论粘性土层的软弱状态如何，都适合于用泥水加压盾构工法施工的地层。

2.2 盾构施工技术难点

在这类地层中进行盾构施工，有若干技术问题必须得以很好地解决，才能保障盾构施工安全、高效、顺利地完成，其中最主要的问题是：

1）粉质粘土可塑性高，容易粘附刀盘。块状粘性土易堵管，造成压力突变冲破地层、损坏泥浆管路；

2）粉质粘土层可渗透性较低（水平渗透系数7.36E-07、垂直渗透系数7.96E-08），压力设定不适当易造成地表隆起甚至冒浆、泥水后窜；

3）向着已经开挖的隧道方向存在着潜在的诱发位移的势头，会使已经开挖地层和初始衬砌之间的空隙发生塑性闭合，从而引起地面沉降；

4）潜在的变形势头会引起隧道初始衬砌的水平直径增大和垂直直径减小；

5）隧道管片上浮。

2.3处理措施

针对以上施工技术难点，经过方案优化、论证，制定了相应的处理措施。

1）组织相关技术人员进行培训，安排经验丰富，责任心强，现场处理问题迅速、反应敏捷的盾构主司机和值班工程师从事掘进施工工作。现场值班工程师及时、认真记录掘进参数并进行汇总，项目部技术管理人员对掘进参数进行分析、论证、总结，为下一步的盾构掘进工作提供理论指导依据；

2）较低掘进速度、较高转速推进，提高进出浆流量。均匀快速穿越粉质粘土层，掘进中宜减少停机时间，匀速掘进。各工序间有效结合，统筹安排，总体规划。掘进速度过快，易粘附刀盘，且不利于泥水分离，泥浆比重大，出渣量大易造成堵管和增大泥浆管路摩擦。块状粘性土易堵泵，出浆泵被吸空，泵体空载震动大，管路震动，接头部位被损坏，破损处泥浆飞溅危及施工作业人员安全和影响掘进施工；

3）压力选择合适、压力波动小（控制在±0.02MPa内），减小对地层扰动，加强对河床冲刷槽的位置、深度监测，监测数据及时反馈到现场值班工程师处，现场值班工程师对监测数据及时进行分析，确定合适的压力；

4）调整盾构姿态，使隧道轴线控制在设计允许偏差范围内，正确选择封顶块点位，均匀调整盾尾间隙量。设定油脂腔压力，保障注入油脂量，防止因堵管压力突变，泥水压力后窜，损坏盾尾密封系统，造成盾尾漏浆危及盾构施工质量。

5）利用中部及上部4个注浆管注浆，注浆采用一定稠度的水泥砂浆，在盾构掘进后5分钟至掘进完成前5分钟内，均速注浆，控制注浆量在1.5~1.8倍建筑空隙，防止地面变形过大和控制隧道管片上浮量；

3 粘性土层中掘进参数设定

结合盾构机本身参数制定适合本工程盾构施工的相应参数，用于指导盾构掘进施工。

1）掘进速度控制：

正常掘进速度为30～40 mm/min，在粉质粘土中掘进速度宜适当放慢，控制在15～25mm/min；平均每环掘进时间控制在2个小时左右，掘进速度太快，切削土体过多，需排出渣土较多，容易发生管路堵塞、刀盘固结泥饼等问题。

2）刀盘转速控制：

双向转速0～2.3 rpm/分(连续可调)，粉质粘土中转速控制在40%～45%（0.90～1.20rpm/min）；

3）推力及扭矩控制：

推力控制在3000T～5000T，扭矩控制在3500 kNm ～4500 kNm；

4）泥浆循环控制：

进浆泵（P1.1）流量控制在1000 m3/h左右（掘进期间），1144 m3/h（旁通时），排渣流量（P2.1）1150 m3/h（掘进期间和旁通时）；

5）同步注浆压力控制：

同步注浆压力为1.1～1.2倍的静止土压力与静止水压力之和。

4 结语