時間：2022-08-01 19:03:00
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇盾構(gòu)施工總結(jié)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)技術(shù) 現(xiàn)狀 優(yōu)點 看法
中圖分類號：U455.43 文獻標(biāo)識碼： A
引言
現(xiàn)代經(jīng)濟的迅速發(fā)展加大了我國對隧道工程的需求，隧道施工常用的方法是明挖法、淺埋暗挖法和盾構(gòu)法，其中盾構(gòu)法由于施工方便、施工速度快、環(huán)境污染小且安全性高從而得到迅速的發(fā)展，目前盾構(gòu)技術(shù)已成為地鐵、通信、電力、水道等城市隧道的主要施工方法。本文對盾構(gòu)技術(shù)的現(xiàn)狀及優(yōu)點進行了總結(jié)，并闡述了對我國盾構(gòu)技術(shù)的一些看法。
1.盾構(gòu)技術(shù)的現(xiàn)狀
盾構(gòu)技術(shù)起步于1818年，由英國工程師布魯諾爾提出并取得了專利。1869年Great提出采用新開發(fā)的圓形盾構(gòu)，扇形鑄鐵管片，使得建造跨過泰晤士河的第二隧道圓滿完工，隨后他又在南倫敦隧道施工中成功運用了盾構(gòu)和氣壓結(jié)合的技術(shù)，為現(xiàn)代盾構(gòu)技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
19世紀(jì)末到20世紀(jì)中葉盾構(gòu)技術(shù)相繼傳入美國、法國、德國、日本、前蘇聯(lián)和我國，并得到了發(fā)展，建造了各種不同用途的隧道，其中包括美國巴爾的摩，法國巴黎，德國柏林，前蘇聯(lián)莫斯科、列里格勒，日本東京等，使得盾構(gòu)技術(shù)在世界各國開始推廣普及。
20世紀(jì)60年代中期至80年代，盾構(gòu)技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，并完善了圓形斷面的盾構(gòu)技術(shù)，包括壓氣盾構(gòu)、擠壓盾構(gòu)、土壓盾構(gòu)、泥土加壓盾構(gòu)、泥水盾構(gòu)等。
20世紀(jì)90年代是盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展的黃金時期，在該時期盾構(gòu)技術(shù)得到了改進和提升，比如泥土成分配比，出泥、出土的速度參數(shù)的優(yōu)化等，施工斷面從常規(guī)的單圓形向雙圓形、三圓形、矩形、馬蹄形及復(fù)合斷面發(fā)展，施工技術(shù)向高速施工、長距離施工、急曲線施工、地中對接技術(shù)等轉(zhuǎn)化，使得盾構(gòu)技術(shù)逐漸成熟，加速了盾構(gòu)技術(shù)的自動化進程。
2.盾構(gòu)技術(shù)的優(yōu)點
傳統(tǒng)的明挖法由于經(jīng)常受到地形地貌的限制，導(dǎo)致應(yīng)用領(lǐng)域不寬，并且由于明挖法施工速度慢，施工工期長，導(dǎo)致交通長時間阻塞，不僅給居民出行帶來困難，也加大了工程的負擔(dān)，并且給其他商業(yè)行業(yè)造成了一定的經(jīng)濟損失；另外，由于明挖法對施工人員需求較大且易造成周圍地層的沉降，不僅給周圍構(gòu)造物的安全造成威脅，而且也給施工人員本身造成威脅；最后由于施工過程噪聲大，污染大，嚴(yán)重影響了人們的正常生活。
盾構(gòu)技術(shù)的蓬勃發(fā)展解決了明挖法中存在的諸多缺陷，其優(yōu)點包括：(1)施工不再受地形地貌等地表環(huán)境的影響，使得盾構(gòu)技術(shù)應(yīng)用更為廣泛；(2)施工占用地表面積較少，使得地面通行受到的影響較小，對人們正常的出行影響較小；(3)適用于大深度、大口徑施工，使得施工成本得以降低；(4)施工速度較快，施工工期較短；(5)操作簡單，施工過程所需人員較少；(6)噪聲、震動污染較小，對周圍居民正常生活影響較小；(7)盾構(gòu)法修建的隧道抗震性能較明挖法好。
由此可見盾構(gòu)技術(shù)使得隧道施工向著機械化、省力化、大深度、長距離方向發(fā)展，并且對城市隧道的施工帶來了極大的便利，使得盾構(gòu)技術(shù)在所有隧道施工技術(shù)中一直處于穩(wěn)固的統(tǒng)治地位。
3.對我國盾構(gòu)技術(shù)的看法
我國盾構(gòu)技術(shù)起步較晚，直到現(xiàn)在我國盾構(gòu)技術(shù)在發(fā)展過程中依然存在著諸多的缺點。例如地中盾構(gòu)對接技術(shù)尚不成熟；進、出洞技術(shù)尚有難題未攻克；豎井隧道一體化施工技術(shù)還處于一片空白；盾構(gòu)技術(shù)在特殊地域所能應(yīng)用較少等等。
鑒于我國盾構(gòu)技術(shù)的以上缺點，我國應(yīng)本著隧道安全性、耐久性、經(jīng)濟性、清潔性、適用性、美觀性的原則，改造原有的技術(shù)并引進新技術(shù)，完善我國盾構(gòu)技術(shù)，攻克盾構(gòu)技術(shù)種類不多的缺點，使我國盾構(gòu)技術(shù)向著機械化、省力化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、信息化方向邁進。
由于目前土壓、泥水盾構(gòu)技術(shù)已在我國鋪開形勢，因此當(dāng)務(wù)之急是健全每個施工環(huán)節(jié)的管理系統(tǒng)，其中包括：(1)做好對工作面穩(wěn)定性及盾構(gòu)機本身性能的檢查工作，防止因隧道坍塌、盾構(gòu)機異常等造成的不必要損失，并定期對刀具的磨損情況進行檢查；(2)做好洞內(nèi)外的測量工程，并引起先進的測量技術(shù)，制定合理的規(guī)范和修正方法；(3)盾構(gòu)機運作期間應(yīng)對盾構(gòu)數(shù)據(jù)進行采集分析，并對各種參數(shù)進行調(diào)整，使得盾構(gòu)機運轉(zhuǎn)更加合理化；(4)固定周期對盾構(gòu)機的刀具、液壓裝置等進行檢修；(5)做好注漿質(zhì)量和注入操作的管理；(6)采用合理的管片拼接技術(shù)，并研究新型管片以改善管片性能，如纖維混凝土管片；(7)加強對盾構(gòu)隧道運營期的加固處理和防滲工作。
4.結(jié)語
盾構(gòu)技術(shù)是現(xiàn)代隧道施工技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，本文總結(jié)了盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及盾構(gòu)技術(shù)較傳統(tǒng)明挖法的優(yōu)勢，并據(jù)此提出了對我國盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展過程中的一些看法。我國盾構(gòu)技術(shù)在關(guān)鍵技術(shù)上已經(jīng)取得了突破的進展，并且也實現(xiàn)了盾構(gòu)機的中國制造，但在隧道施工工程中還是存在著諸多缺陷，在隧道施工中，施工單位不僅要做好隧道基礎(chǔ)施工與關(guān)鍵施工技術(shù)，同時還要做好隧道施工管理與質(zhì)量監(jiān)控，確保隧道工程具有較高施工質(zhì)量水平， 提高隧道的耐用性、安全性和舒適性，加快建立健全的管理系統(tǒng)。
【參考文獻】
[1]劉宣宇.盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展與展望[J].施工技術(shù)，2013，1.
關(guān)鍵詞：盾構(gòu) 始發(fā) 穿越建筑物 安全控制
中圖分類號：U416 文獻標(biāo)識碼：A
1.概述
當(dāng)前，我國的軌道交通建設(shè)如雨后春筍般的發(fā)展，地鐵建設(shè)及運營情況反映了一個城市的現(xiàn)代化程度。地鐵，作為一種綠色的交通方式，能夠減少能耗和城市污染，改善城市環(huán)境；作為一種準(zhǔn)點、安全的交通方式，能夠緩解城市交通擁堵，更好的為居民出行提供便捷的服務(wù)。然而，地鐵的建設(shè)卻有比其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)更為復(fù)雜的施工環(huán)境，地鐵隧道采用盾構(gòu)法施工雖已日趨成熟，但如何保證安全、優(yōu)質(zhì)的完成地鐵的施工任務(wù)是地鐵建設(shè)者面臨的普遍問題。
2.工程概況
合肥市軌道交通1號線葛大店站～望湖城站區(qū)間右線起訖里程K12+683.9～K14+113.611。區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，其中4#盾構(gòu)機計劃從望湖城站小里程右線始發(fā)，一直推進至太湖路站。本次盾構(gòu)始發(fā)在望湖城站東端右線端頭井進行，由于距始發(fā)洞門12.8m即為B01商業(yè)建筑，該建筑為地上三層混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為柱下獨立基礎(chǔ)，最大基礎(chǔ)埋深為地下1.7m，隧頂距基底約8.581m。盾構(gòu)在始發(fā)階段即穿越建筑物在國內(nèi)盾構(gòu)施工中較為罕見，如何采取有效的措施來保證盾構(gòu)始發(fā)階段建筑物安全及盾構(gòu)始發(fā)質(zhì)量是本次始發(fā)的關(guān)鍵所在。
圖1望湖城站始發(fā)段與B01商業(yè)建筑平面示意圖 圖2 隧道與B01商業(yè)建筑基礎(chǔ)埋深示意圖
3.施工重難點分析及控制措施
3.1端頭井加固
望湖城站右線端頭井原設(shè)計采用高壓旋噴樁（二重管）加固，由于端頭井距離建筑物僅1.7m，根據(jù)望湖城站線端頭井加固施工時地表監(jiān)測情況，加固范圍內(nèi)地表最大隆起量達到了50cm。因此，高壓旋噴樁不適用于端頭井近建筑物的土體加固。根據(jù)專家建議及現(xiàn)場實際情況決定該端頭井加固方式變更為鉆孔咬合排樁加固，成孔直徑為800mm，相鄰樁相互咬合150mm。整個樁體采用粉煤灰混合砂漿灌注，土體加固范圍為隧道上下、左右各3.0m，加固區(qū)的長度為2.5m（4排），鉆孔樁設(shè)計樁長19m，共計64根。加固區(qū)強度為：0.5～0.8MPa。
圖3 端頭井加固平面示意圖
為減小近端頭井處的地表沉降，盾構(gòu)機始發(fā)前在近端頭井土體預(yù)埋袖閥管，袖閥管的孔底距離隧道為200mm，袖閥管的管底部距離隧道的距離為1m，為保證盾構(gòu)在同步注漿能正常保壓，底部套殼料的強度適當(dāng)提高。具體的布設(shè)位置如下圖所示：
圖3 端頭井預(yù)留袖閥管平面、立面示意
盾構(gòu)開挖直徑6280mm，盾體外徑為6260mm，在負環(huán)管片拼裝階段，無法立即進行同步注漿時，根據(jù)地表監(jiān)測情況，利用預(yù)埋的袖閥管進行注漿來替代同步注漿以填充盾體與土體間的間隙。
3.2建筑物加固
按照原區(qū)間加固施工方案，在B01建筑東南角位置預(yù)留了袖閥管，為了保證右線在穿越該建筑物時有效的控制建筑物沉降，對該建筑物采取以下措施：
①對原有在B01建筑東南角位置預(yù)留的袖閥管進行注漿，同時對建筑物沉降量進行跟蹤監(jiān)測，總結(jié)出注漿壓力及注漿量等參數(shù)。
②在B01建筑物右線穿越區(qū)域?qū)ΨQ布設(shè)袖閥管，并根據(jù)上述的注漿參數(shù)提前進行注漿，以確保右線穿越建筑物時控制建筑物的沉降。
③在對B01建筑物進行注漿時安排專人對建筑物進行24小時巡視，監(jiān)測人員加大對建筑物及地表點的監(jiān)測頻率，及時反饋相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，以便掌握相關(guān)數(shù)據(jù)。及時通知現(xiàn)場操作人員調(diào)整注漿壓力及注漿量，確保建筑物的安全。
3.3盾構(gòu)掘進
為了控制始發(fā)階段B01商業(yè)建筑的沉降，保證建筑物的安全，盾構(gòu)的推進過程中采取如下措施：
①盡快的讓盾構(gòu)建立土壓平衡，保證掌子面的穩(wěn)定，控制地表及建筑物的沉降，確保建筑物的安全；
②在+1環(huán)管片脫出盾尾后就立即進行注漿，以減小建筑間隙引起的地表沉降；
③為了保證管片的同步注漿在較短時間內(nèi)凝固并封閉，始發(fā)階段的同步注漿的漿液采用單液漿進行壓注，并對漿液配合比進行了優(yōu)化，同時及時跟進二次注漿。
④對洞門封閉的簾布翻板進行補強加固，確保在同步注漿時不被漿液沖破。
⑤為了防止?jié){液對盾尾刷造成污染，在注漿時加大盾構(gòu)油脂的注入量以保護盾尾刷。
⑥為了保證反力架滿足推力要求，采取反力架與始發(fā)架牢固固定，形成剛體。
⑦始發(fā)前復(fù)核引軌標(biāo)高，并在掘進過程中嚴(yán)格控制盾構(gòu)機姿態(tài)，防止磕頭現(xiàn)象發(fā)生。
⑧加強地面監(jiān)測及建筑物監(jiān)測頻率，在始發(fā)段+1-+10環(huán)每環(huán)拱頂上方加密三個地表監(jiān)測點，及時監(jiān)測并掌握建筑物及地表的沉降。
4.穿越B01建筑時分階段控制
4.1穿越模擬階段
①穿越前，有針對性的對作業(yè)班組進行交底，讓每個作業(yè)人員了解B01建筑物所處里程、地面位置、結(jié)構(gòu)類型等相關(guān)情況及控制重點，明確盾構(gòu)穿越時的各項施工參數(shù)。
②盾構(gòu)掘進至建筑物時，需對刀盤、盾尾密封、螺旋輸送機、鉸接、密封油脂系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)等進行一次全面的檢查、維修。
③及時對盾構(gòu)機的掘進姿態(tài)進行糾偏調(diào)整，控制在±20mm以內(nèi)。
④穿越前12.8m的地段作為過渡模擬段，完全模擬在建筑物地面下推進時的盾構(gòu)操作要求進行推進，加強土體變形觀測，檢驗預(yù)定情況的施工掘進參數(shù)引起的地層變形程度是否能夠達到預(yù)期的目標(biāo)。
⑤按照設(shè)計要求，對穿越段建筑物進行施工監(jiān)測，增加監(jiān)測頻率（2次/d）。
⑥通過連續(xù)監(jiān)測，確定盾構(gòu)通過地段地表穩(wěn)定后變化量（與初始值比較）最小時的最優(yōu)盾構(gòu)掘進參數(shù)。
⑦根據(jù)前期施工總結(jié)，掌握每車渣土裝滿時所對應(yīng)的千斤頂行程，過程中嚴(yán)格控制隧道超、欠挖，使實際出土量控制在理論值的98%-100%。
⑧嚴(yán)格控制同步注漿配合比，確保漿液質(zhì)量。根據(jù)前期施工總結(jié)，確定合理的注漿量及注漿壓力，嚴(yán)格控制注漿質(zhì)量。
⑨采取合理措施防止盾尾漏漿現(xiàn)象：
a、加大盾尾油脂的注入量
b、合理控制盾尾間隙
c、漏漿情況比較嚴(yán)重時，可在管片外弧面加貼海綿條
⑩根據(jù)地面沉降情況，及時進行二次補漿。
4.2穿越階段
①穿越段嚴(yán)格采用模擬段施工參數(shù)進行施工，項目部安排專職人員對施工參數(shù)進行嚴(yán)格監(jiān)控，對施工過程進行記錄。
② 成立穿越段領(lǐng)導(dǎo)小組，對施工過程中出現(xiàn)的異常情況進行分析處理，確保施工安全。
③ 根據(jù)設(shè)計要求，進行施工監(jiān)測，及時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)以指導(dǎo)施工。
④ 根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，對沉降量過大處進行二次補漿，當(dāng)該處監(jiān)測數(shù)據(jù)持續(xù)變大時，按照設(shè)計圖紙對建筑物進行袖閥管注漿加固處理。
4.3穿越后30m階段
盾構(gòu)順利穿越B01建筑物后，對建筑物段繼續(xù)進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，對沉降量過大處進行二次補漿，當(dāng)該處監(jiān)測數(shù)據(jù)持續(xù)變大時，立即采取預(yù)留袖閥管注漿的措施對建筑物進行加固處理。
5.掘進參數(shù)及監(jiān)測數(shù)據(jù)
5.1監(jiān)測點平面布置圖
圖5 監(jiān)測點平面布置圖
5.2盾構(gòu)施工記錄表見下表1、表2。
6.結(jié)論
合肥市軌道交通1號線望湖城車站右線始發(fā)，順利完成了建筑物的穿越。主要注意以下幾個方面：首先，通過采用有效的端頭井加固方式、推進過程中根據(jù)監(jiān)測結(jié)果不斷的優(yōu)化推進參數(shù)并采用袖閥管跟蹤補償?shù)却胧Ｆ浯危ㄟ^監(jiān)控量測作為工程施工的“眼睛”，在穿越的過程中，對相關(guān)技術(shù)及監(jiān)測等數(shù)據(jù)要詳細記錄，認真分析，掌握寶貴的第一手施工資料，有效的控制了盾構(gòu)始發(fā)既穿越B01建筑的沉降。綜上，通過各種措施，地鐵盾構(gòu)始發(fā)即穿越建筑物的順利完成，為以后類似工況下盾構(gòu)機始發(fā)提供了寶貴的經(jīng)驗，具有重要的參考意義及指導(dǎo)價值。
主要參考文獻
參考文獻
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本文作者：王剛，（1981- ）工程師，從事建筑工程工作10年，寫作于2014年4月中國安徽合肥。
關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機，地質(zhì)特點，施工技術(shù)
中圖分類號：TU74文獻標(biāo)識碼： A
深圳水文、地質(zhì)和地形地貌的特殊性,決定了深圳市地鐵盾構(gòu)施工有其特點和難度。根據(jù)深圳地鐵盾構(gòu)施工的經(jīng)驗,并結(jié)合以往的施工經(jīng)驗,對深圳地鐵盾構(gòu)施工提出一些認識和想法,與大家共同探討。
1、深圳盾構(gòu)施工的特點
在深圳做地鐵盾構(gòu)施工的單位都有一個共同的認識:盾構(gòu)施工中出過事故的多而不出問題的少。分析產(chǎn)生此種現(xiàn)狀的原因是和深圳的地質(zhì)、水文和線路特點分不開的。
1.1深圳的地質(zhì)、水文和線路特點
深圳地處海邊,屬于低丘、臺地、沖洪積平原和溝谷地貌。更由于近年來深圳城市發(fā)展過程中的移山、填海(河、湖)、平溝等人工作用,使深圳的地形、地貌發(fā)生了很大的變化。地鐵的盾構(gòu)施工線路上的地層具有以下特點。
1.1.1復(fù)雜、多變和突變的地質(zhì)
深圳既有堅硬的花崗巖又有勃土層和砂層,在盾構(gòu)施工的線路上會遇到復(fù)合地層或由一種地層向另一種地層的突變,如上軟下硬的軟硬不均地層及在個別地段存在的漂石等。
1.1.2含水最大
深圳是個靠海的城市,水位低且雨水充沛。在離海邊近且透水性大的砂(卵)層、中、微風(fēng)化巖石地層中富含的水極易造成盾構(gòu)施工的噴涌。
1.1.3巖石強度高、曲線半徑小
盾構(gòu)施工的線路上存在著高強度的花崗巖地層和小曲線半徑。深圳地鐵2號線東延線段香梅北站一景田站區(qū)間勘測得出巖石最大單軸抗壓強度達到193MPa,在硬巖段上還存在著350m小曲線半徑。在這樣的線路上進行盾構(gòu)施工對盾構(gòu)機掘進速度、調(diào)向及其使用的刀具都提出了更高的要求。
1.2深圳盾構(gòu)施工的特點
1.2.1施工中出現(xiàn)的問題多
復(fù)雜、多變和突變的地質(zhì)特點決定了盾構(gòu)施工中出現(xiàn)的問題多種多洋。如在砂層中的施工極易造成地層的坍塌;在砂土地層中的施工易造成刀盤結(jié)泥餅使掘進無法進行;特別是在突變的地層中極易出現(xiàn)意想不到的問題。
1.2.2施工中易出現(xiàn)噴涌
含水量大的水文、地質(zhì)特點決定了盾構(gòu)施工中極易出現(xiàn)噴涌。由于盾構(gòu)施工中的噴涌產(chǎn)生的超挖造成地表沉降大;盾構(gòu)機內(nèi)落渣多、清渣困難造成盾構(gòu)施工無法連續(xù)進行和掘進速度緩慢。適宜的渣良措施、嫻熟的盾構(gòu)操作技能和科學(xué)的組織管理措施是預(yù)防噴涌和解決噴涌帶來的一系列問題的關(guān)鍵。
1.2.3施工中盾構(gòu)機出現(xiàn)被困住
巖石強度高且曲線半徑小的特點決定了盾構(gòu)施工速度慢、刀具消耗大、盾構(gòu)機調(diào)向困難、盾構(gòu)機被卡住和困住等問題。深圳的盾構(gòu)施工中多家單位出現(xiàn)過多起刀具無法更換和盾構(gòu)機被困住的事故,也出現(xiàn)過因掘進速度慢造成工期緊張的問題。這就對盾構(gòu)施工的組織管理及盾構(gòu)機的配置和使用的刀具都提出了更高的要求。
2深圳地鐵盾構(gòu)施工的要點
(l)正確的盾構(gòu)機選型及配置;
(2)正確的盾構(gòu)機操作技術(shù)和合理的掘進參數(shù)選擇;
(3)科學(xué)的施工技術(shù)及管理。
2.1盾構(gòu)機的選型
選取復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機以適應(yīng)深圳復(fù)雜多變地質(zhì)條件下的盾構(gòu)施工。深圳用盾構(gòu)機除具備盾構(gòu)機的一般功能外,針對深圳施工的特點需提高和加強以下幾方面的配置和功能。
2.1.1盾構(gòu)機具備硬巖掘進和軟土掘進功能
針對深圳軟硬巖同時存在的特點,盾構(gòu)機刀盤和刀具的設(shè)計以及配置需要既能適應(yīng)軟土地層又能適應(yīng)硬巖地層。這就需要配置高強度的刀盤和破硬巖的滾刀以及開挖軟土的齒刀。并能夠方便
和及時地進行修理與更換。盾構(gòu)機需進行以下配置和設(shè)計。
(l)選用同時能安裝滾刀和齒刀的高強度的面板型刀盤。
(2)選用能破硬巖的重型滾刀:其中從意大利進口的旁邁力滾刀性價比較高,國產(chǎn)的滾刀有武漢江鉆和洛陽九九的滾刀性能也不錯,具體可根據(jù)實際的施工地質(zhì)情況進行選配。
(3)選用軟土的切割刀具,其中聊城天工和聊城瑞鉆的齒刀性能還是比較好的
(4)配置人閘系統(tǒng),以實現(xiàn)常壓下無法進倉需帶壓進倉進行刀具的更換和檢查的功能。
2.1.3盾構(gòu)機具備超挖能力
配置超挖刀。由于深圳硬巖地層較硬,為防止卡住刀盤和困住盾構(gòu)機,用于深圳施工的盾構(gòu)機最好配備超挖刀,以提高盾構(gòu)機的適用性。
2.1.4具備渣良能力
配備渣良的泡沫系統(tǒng)和加水系統(tǒng)。通過泡沫系統(tǒng)和加水系統(tǒng)的渣良來改善和提高盾構(gòu)機的防噴涌能力和防結(jié)泥餅的能力。同時刀盤上泡沫管路設(shè)置要可靠并方便進行修理。
2.1.5其他方面的配置
(l)盾體上開設(shè)注聚胺脂的孔,以實現(xiàn)水大時對盾體進行的封堵和緊急情況下對盾構(gòu)機的處理。
(2)儲備一些易損的盾構(gòu)機備品、配件,確保盾構(gòu)機的正常運行和使用。
2.2.硬巖段小曲線半徑掘進施工的幾點認識
(1)要勤檢查邊緣滾刀的磨損情況，磨損量超過10 mm一定要更換邊緣滾刀。
(2)注意盾構(gòu)機掘進姿態(tài)的穩(wěn)定，防止盾構(gòu)機出現(xiàn)左、右偏擺情況的發(fā)生。這需要盾構(gòu)機司機之間互相交底，掘進過程中要保持思想認識上的一致性，避免和防止出現(xiàn)一會向左推一會向右推的情況發(fā)生。
(3)盾構(gòu)機的油缸推力差選取要適當(dāng)，不可過大，防止頂碎管片和轉(zhuǎn)向過急。
(4)控制好盾尾間隙:管片的選型和拼裝的點位都要確保均勻的盾尾間隙。
(5)選好二次注漿的點位，一般都選取與盾構(gòu)機轉(zhuǎn)向相反的一側(cè)的管片進行二次注雙液漿，確保二次漿液固結(jié)住管片，有利于盾構(gòu)機轉(zhuǎn)彎的需要。
2.3在軟硬不均地層和軟土地層下穿密集建筑物掘進的幾點認識
(1)盡可能爭取不在建筑物下?lián)Q刀。在下穿建筑物時要提前進行刀具檢查，確保盾構(gòu)機能夠一次性穿越建筑物而不換刀。
(2)作好地質(zhì)勘查和地層分析工作。對樓房基礎(chǔ)差、易下沉的地層提前進行加固或提前做好加固準(zhǔn)備，在盾構(gòu)通過前或通過后及時進行加固。
(3)掘進模式。硬巖中可采用敞開模式進行掘進;軟土和上軟下硬地層中掘進則應(yīng)采用土壓平衡模式進行掘進;掘進中在不多出渣的條件下盡可能多注人泡沫并將土壓平衡模式向氣壓平衡模式轉(zhuǎn)換，同時土倉壓力可適當(dāng)提高。
(4)注漿。同步注漿量可適當(dāng)多注，每環(huán)的注漿量可提高到6耐，注漿壓力控制到3 bar，同時在管片背后補注雙液漿。在掘進中還要根據(jù)出渣量多少和樓房的監(jiān)測情況來確定需否打小導(dǎo)管進行管片背后二次注漿，如打小導(dǎo)管注漿壓力可控制在4 bar左右。
(5)掘進參數(shù)控制。掘進速度控制在20-40 mm/min之間，推力控制在1 500 t左右，扭矩在3000kN.m以內(nèi)，刀盤轉(zhuǎn)速控制在
1. 3 rpm左右。要盡可能地保持各掘進參數(shù)波動不大的情況下，均衡穩(wěn)定地向前掘進。
2.3盾構(gòu)施工技術(shù)管理和施工組織管理
深圳的盾構(gòu)施工要穿越密集的樓房、繁華的街道、堅硬的巖石、松散的砂層和河流、湖泊，實施科學(xué)的技術(shù)管理和組織管理是盾構(gòu)施工有序進行的保證。在盾構(gòu)施工技術(shù)和施工組織管理上要加強以下幾方面的工作。
2. 3.1認真做好地質(zhì)的詳勘工作
深圳盾構(gòu)施工中出現(xiàn)的多次事故都與施工線路上的地質(zhì)詳勘做的不詳細有關(guān)。認真細致地做好盾構(gòu)施工線路上的地質(zhì)詳勘，對特殊地段進行加密勘測，如地質(zhì)差異性變化大和變化頻繁地段、穿越樓房(道路、河流、湖泊等)地段、計劃的檢查和換刀地段、始發(fā)和到達端頭的加固地段等需進行加密勘測，為盾構(gòu)施工及方案的制定提供可靠的科學(xué)依據(jù)。
2. 3. 2技術(shù)方案和技術(shù)交底要先行
盾構(gòu)施工的技術(shù)管理是盾構(gòu)施工順利進行的保障。技術(shù)文件是盾構(gòu)施工的指導(dǎo)性文件，盾構(gòu)施工前技術(shù)方案和技術(shù)交底要先行，為技術(shù)方案和技術(shù)交底的貫徹實施提供充裕的時間。
2.3.3嚴(yán)格按技術(shù)文件的要求進行施工
地鐵盾構(gòu)隧道有嚴(yán)格的技術(shù)質(zhì)量規(guī)范要求，如超出規(guī)范輕則會出現(xiàn)質(zhì)量事故影響地鐵的正常運營，無法實現(xiàn)地鐵正常設(shè)計要求。
2.3.4了解和掌握盾構(gòu)機的性能，降低盾構(gòu)施工中的消耗
盾構(gòu)機在施工中的油脂消耗占有比較大的比重，其中沈重(NFM)盾構(gòu)機比海瑞克盾構(gòu)機在設(shè)計上的油脂消耗高。在了解盾構(gòu)機運行原理和確保盾構(gòu)機正常和安全使用的前提下，制定嚴(yán)格的油脂使用技術(shù)管理規(guī)程，確保油脂的經(jīng)濟、合理使用。
3結(jié)束語
針對深圳盾構(gòu)施工的特點，應(yīng)用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機及相應(yīng)的功能配置，合理地選擇盾構(gòu)施工技術(shù)參數(shù)，嚴(yán)格執(zhí)行工藝紀(jì)律，采取有效的輔助工序管理措施(如換刀地層加固、樓房加固、進出洞加固等措施)，科學(xué)的盾構(gòu)施工技術(shù)管理和組織管理，并加強盾構(gòu)機的維修保養(yǎng)管理等措施，是深圳盾構(gòu)施工有序、高效和經(jīng)濟運行的保證。
參考文獻：
[1]郭仲偉.風(fēng)險分析與決策[M].北京:機械工業(yè)出版社,1986
關(guān)鍵詞：地鐵；盾構(gòu)隧道；施工安全；事故分析
我國地鐵施工的歷史已經(jīng)有40多年，隨著國內(nèi)地鐵項目的增多，面臨復(fù)雜的地質(zhì)和外部環(huán)境情況，加之經(jīng)驗不足，管理不到位，在建設(shè)中存在著一些不容忽視的問題和不安全隱患，對潛在技術(shù)風(fēng)險缺乏必要的分析和論證，隨之而來的是施工事故的增多，在上海、北京、廣州等地都出現(xiàn)過不同程度的地鐵工程安全事故，造成了重大經(jīng)濟和人員損失。近年來，越來越多的地鐵項目采用盾構(gòu)法進行施工，盾構(gòu)基本成為地鐵施工的首選，出于安全性與可靠性的考慮，非常需要歸納總結(jié)盾構(gòu)施工過程中的事故，進行系統(tǒng)和全面的分析，以備后續(xù)建設(shè)項目借鑒，杜絕類似事故的發(fā)生。
1 盾構(gòu)施工事故的分類及特點
在盾構(gòu)隧道施工中，按照事故的發(fā)生特點，主要分為機械事故和施工技術(shù)事故兩大類。
1.1 機械事故
一般的盾構(gòu)項目，機械使用較多，相對應(yīng)的事故也較多，大約占一半以上，主要有龍門吊事故、盾構(gòu)機事故、管片安裝機事故等。
1.1.1 管片吊機事故
上海地鐵4號線6標(biāo)段施工中，盾構(gòu)管片安裝機起吊密封突然失效，導(dǎo)致管片脫落，砸傷下部安裝工人2名，原因：由于密封失效，沒有及時發(fā)現(xiàn)，管片失去吸力而突然下落。防范措施： 嚴(yán)格設(shè)備維護檢查制度，尤其要重視管片安裝機的可靠性檢查，例如密封膠圈有無損壞，起吊繩具是否可靠等，消除安全隱患，同時，管片拼裝過程中，安裝機下部嚴(yán)禁有人工作。
1.1.2 電器事故
施工過程中，由于盾構(gòu)掘進中功率大，能耗高，容易出現(xiàn)電力安全事故，必須給予重視。某現(xiàn)場盾構(gòu)的10kV 高壓電纜，由于安裝接頭保護不當(dāng)，突然擊穿，造成火災(zāi)，并導(dǎo)致盾構(gòu)掘進停止10h，因此，要重視施工動力線的安全保護措施，嚴(yán)格執(zhí)行電力高壓進洞的安裝與施工規(guī)范，做到安全第一，萬無一失。
1.1.3 運輸設(shè)施的安全施工
與盾構(gòu)配套的有軌運輸設(shè)備，要注意電瓶車的溜車防撞（包括管片車、砂漿車等），以及軌道道岔的安全運營等。武漢地鐵施工中就曾經(jīng)出現(xiàn)電瓶車剎車失靈，導(dǎo)致列車溜車撞壞盾構(gòu)機的嚴(yán)重事故，損失200 多萬元，停工近1個月。因此，對運輸軌道車輛的剎車性能檢測，軌道、道岔設(shè)備的安全性能檢測等應(yīng)給予足夠的重視。
1.1.4 盾構(gòu)脫困的形成原因以及處理措施
長時間停止掘進、或者轉(zhuǎn)彎、泥餅形成、不明物質(zhì)困住等，都會導(dǎo)致盾構(gòu)掌子面坍塌，使盾構(gòu)無法驅(qū)動。措施：制定嚴(yán)格正確的操作掘進方法，隨時根據(jù)實際情況，調(diào)整掘進參數(shù)和施工工藝。
透過許多事故的現(xiàn)象，可以發(fā)現(xiàn)，對于機械事故來講，原因多與不規(guī)范、不正確的違章操作有直接關(guān)系，所以嚴(yán)格操作規(guī)范，是避免事故的必要條件；同時，人員的責(zé)任心非常重要，要抓好崗前培訓(xùn)，特別是一些特種設(shè)備要嚴(yán)格持證上崗。由于盾構(gòu)機是一個集液壓、電子、機械等多學(xué)科綜合為一體的現(xiàn)代化施工機械，配套設(shè)備多、施工牽涉的方面較多，所以，事故的隱患也多，這就要求現(xiàn)場必須重視機械設(shè)備的正常保養(yǎng)維護，加強對盾構(gòu)機的熟悉和了解，要定人定崗，不輕易更換操作人員。
1.2 施工技術(shù)事故
主要是指由于施工工藝不當(dāng)導(dǎo)致的技術(shù)事故。這類事故多為惡性事故，往往造成些人員傷亡或造成一定經(jīng)濟損失。
1.2.1 地面沉降導(dǎo)致的安全事故
地面沉降一般可分為3類。第1類：非正常沉降，主要是施工中盾構(gòu)操作失誤而引起的，如盾構(gòu)操作過程中各類參數(shù)設(shè)置錯誤、超挖、注漿不及時；第2類：災(zāi)害性沉降，主要指施工中盾構(gòu)開挖面有突發(fā)性急劇流動，甚至暴發(fā)性崩塌，使地面塌陷。主要原因是遇到地下水壓大或透水性強的顆粒狀土體不良地質(zhì)條件。如，廣州地鐵1號線在中山四路段采用盾構(gòu)法施工，由于鑄鐵供水管漏水，硬路面下的土體部分流失，形成空洞，盾構(gòu)通過時，小的地層變形造成供水管斷裂，大量水土流失，導(dǎo)致路面塌陷；第3類：盾構(gòu)的選型不合適或出現(xiàn)較大失誤，如成都地鐵由于選型失誤，多次造成掘進過程中的地表沉陷事故，無法正常施工。
1.2.2 盾構(gòu)隧道的防洪排水設(shè)施不具備或能力不足導(dǎo)致的安全事故
武漢過江公路隧道、重慶嘉陵江排污隧道等盾構(gòu)隧道施工過程中，均出現(xiàn)過水從洞外倒排進隧道的事故，造成較大的損失。因此，施工中要做好防災(zāi)預(yù)案安排。
1.2.3 管片拼裝事故
拼裝過程中，管片擠損或破裂，導(dǎo)致涌水，使施工面臨較大的技術(shù)風(fēng)險。所以，必須重視管片的安裝工藝和技術(shù)方法，注意掘進參數(shù)的控制，采用相應(yīng)的技術(shù)手段，控制姿態(tài)的調(diào)整，科學(xué)進行管片的安裝順序和安裝步驟。同時注重管片拼裝的質(zhì)量，防止漏水，防止管片破裂等；施工中管片的上浮是一般盾構(gòu)施工中比較常見的問題，如果得不到有效的控制，會引起很大的麻煩，要采取相應(yīng)的技術(shù)措施，嚴(yán)格控制管片上浮。
1.2.4 氣體爆炸事故
盾構(gòu)施工中，需要采取相應(yīng)的消防、通風(fēng)措施以及滅火措施等。2008年5月，廣州地鐵6號線施工中發(fā)生的不明氣體爆炸事故，造成3亡6傷的嚴(yán)重后果，所以，要加強自動報警與預(yù)防手段，消防、通風(fēng)措施必須跟上，同時注意檢測氣體。
1.2.5 盾構(gòu)機掘進參數(shù)導(dǎo)致的事故
在操作上，注意調(diào)整盾構(gòu)機掘進參數(shù)，尤其是在始發(fā)和到達階段，要采取一定的技術(shù)手段，防止盾構(gòu)機抬頭或掉頭，要均勻掘進，避免盾構(gòu)機蛇形。對于泥水盾構(gòu)而言，要防止掘進參數(shù)不當(dāng)導(dǎo)致管片上浮的發(fā)生，還要注意當(dāng)泥水倉的壓力建立不當(dāng)以及泥水倉壓力不正確，導(dǎo)致的地面冒頂事故等。
1.2.6 土壓平衡盾構(gòu)噴涌事故
廣州和武漢等地均發(fā)生過多次施工噴涌事故，可以考慮在螺旋輸送器出渣口（皮帶輸送機前端）安裝保壓泵渣設(shè)備，既能使土倉壓力不會通過螺旋輸送器卸壓，同時能將含水量高的渣土運走，而防止噴涌的發(fā)生。土壓平衡盾構(gòu)機螺旋輸送機保壓泵碴系統(tǒng)，是補充增加的泥水加壓出渣系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在噴涌等難以保持土倉平衡的情況下，繼續(xù)保持土倉壓力并且保證碴土能順利出至礦車，防止污染隧道，更有利于連續(xù)施工。
盾構(gòu)施工過程中，發(fā)生事故多與施工方案不合適、掘進參數(shù)不合理等密切相關(guān)，要注意施工方法與盾構(gòu)機性能的結(jié)合，采取科學(xué)合理的掘進方式和掘進參數(shù)，不斷進行優(yōu)化處理，選擇適合于某一種地質(zhì)條件的最好的掘進參數(shù)和方式。另外，選擇合適的盾構(gòu)機，在盾構(gòu)選型上要給與高度的重視，要選用與該盾構(gòu)機相適應(yīng)的施工方法；施工中要杜絕不合理工期、不切實際的進度、不合理的造價等，這些都是造成安全事故的罪魁禍?zhǔn)缀妥钪苯釉颍挥胁扇】茖W(xué)的態(tài)度和施工手段，才可以最大限度地避免施工事故的發(fā)生。
總之，由于地鐵工程的隱蔽性、施工復(fù)雜性、地層條件和周圍環(huán)境的不確定性突出，加大了施工技術(shù)的難度和建設(shè)的風(fēng)險性，從而易導(dǎo)致事故的發(fā)生。事故主要是由于施工技術(shù)、機械和安全防護不當(dāng)原因等造成。根據(jù)北京、廣州地鐵施工的資料分析，在上百起事故中，由于施工技術(shù)原因有30 多起，機械相關(guān)的事故41起，安全防護原因有4起。
2 盾構(gòu)隧道安全管理措施
2.1 加強盾構(gòu)機設(shè)備管理水平
要加強盾構(gòu)機本身的設(shè)備管理水平，杜絕帶病作業(yè)，注意維護與保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。嚴(yán)格執(zhí)行機械設(shè)備安全操作管理規(guī)章制度等，最大限度地減少機械事故的發(fā)生，確保整個盾構(gòu)施工的順利進行。
2.2 構(gòu)建專家、中介機構(gòu)服務(wù)平臺
積極構(gòu)建專家參與的中介安全服務(wù)平臺，充分發(fā)揮社會安全中介機構(gòu)或?qū)＜业牧α浚凑战ㄔO(shè)部《危險性較大工程安全專項方案編制及專家論證審查辦法》，要求施工單位對暗挖工程重大危險源部位施工時編制專項施工方案，專家對方案進行咨詢評估。制定《地鐵工程安全生產(chǎn)監(jiān)理工作的要點》，細化地鐵工程監(jiān)理的安全管理工作，強化監(jiān)理第二道安全防線的作用。
2.3 制定《地鐵工程盾構(gòu)施工安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》
盡早制定《地鐵工程盾構(gòu)施工安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。鑒于當(dāng)前尚無國家性的關(guān)于地鐵暗挖工程施工安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可借鑒北京、上海等地的地鐵工程安全管理的有益做法，根據(jù)現(xiàn)場水文地質(zhì)情況、建筑物的基礎(chǔ)形式、沿線的地下管網(wǎng)分布情況以及明挖、暗挖施工工藝方法等，建立和完善地鐵盾構(gòu)工程施工安全的標(biāo)準(zhǔn)，確定相關(guān)盾構(gòu)施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，為施工安全管理提供技術(shù)保障。
2.4 成立地鐵盾構(gòu)工程施工安全專家組
針對盾構(gòu)工程施工專業(yè)性強，施工難度大，危險源隱蔽的特點，聘請在盾構(gòu)設(shè)計、施工、監(jiān)理領(lǐng)域有豐富經(jīng)驗的專家組成施工安全專家組，參加地鐵盾構(gòu)工程施工安全重大技術(shù)方案的會審和論證，參加地鐵施工重大危險點源抽查和專項整治活動，進而起到地鐵施工安全管理的智庫作用。同時考慮制定《地鐵工程施工突發(fā)事故應(yīng)急預(yù)案》，成立常設(shè)的搶險專家組，并定期組織演練。這樣一旦發(fā)生事故，可防止事故進一步擴大，最大限度地挽救生命和保證財產(chǎn)的安全。
3 結(jié)束語
盾構(gòu)隧道施工要以預(yù)防為主，有備無患，要堅決執(zhí)行機械設(shè)備的使用、維護規(guī)范，要加強盾構(gòu)施工中的監(jiān)控測量工作，做到信息化施工。一般來說，地鐵施工發(fā)生事故前總是有預(yù)兆的，如隧道支護結(jié)構(gòu)變形過大、過快，或地面沉降發(fā)生突變，或隧道出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象等，如能及時發(fā)現(xiàn)和處理，使其始終保持在控制標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，事故是可以避免的。
質(zhì)量是施工的生命，安全是質(zhì)量的前提，盾構(gòu)隧道只有在確保安全的情況下，才能高效有序地進行。參建的每一個單位和個人都要建立“大安全”概念，利用一切可利用的技術(shù)、管理手段，依靠科學(xué)技術(shù)和技術(shù)創(chuàng)新，從每一環(huán)節(jié)入手，把風(fēng)險降低至可控制程度。通過對各種安全影響因素進行風(fēng)險分析和及時采取相應(yīng)的防范措施，及時規(guī)避地鐵隧道建設(shè)過程中存在的潛在風(fēng)險，確保地鐵建設(shè)的安全。
【參考文獻】
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關(guān)鍵詞：基坑工程；地鐵盾構(gòu)隧道：三維有限元法
0 前 言
南京某廣場工程基坑在 3 個地方跨騎地鐵 1 號線盾構(gòu)雙線隧道，基坑底距盾構(gòu)管片頂最小距離為 1.67m。在地鐵盾構(gòu)隧道之上如此密集地進行施工，在南京軟土地區(qū)尚屬首次，多次召開專家會進行論證。地鐵部門提出盾構(gòu)隧道的保護要求：盾構(gòu)隧道最大沉降不超過15 mm，盾構(gòu)隧道最大隆起變形不超過10 mm。
跨地鐵段地層主要為粉土、粉砂及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，屬于軟土地層。地下水含量豐富。地鐵盾構(gòu)位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土地層之中，基坑底亦位于該地層之中，工程地質(zhì)條件差。
本文論述了該基坑施工過程中為確保盾構(gòu)隧道安全采取的各種措施，以及這些措施的經(jīng)驗和教訓(xùn)，對跨地鐵段施工工況進了數(shù)值模擬分析，可為類似地質(zhì)條件下跨地鐵段基坑工程提供參考[1-2]。
1 工程實踐
南京某廣場工程在南線隧道工程基坑、北線原有隧道延長工程基坑和地下停車場西出口基坑等 3 處跨騎地鐵 1 號線盾構(gòu)雙線隧道。地鐵 1 號線盾構(gòu)雙線隧道該區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，管片襯砌內(nèi)徑為 5500mm，外徑為 6200 mm，每節(jié)管片長度為 1.2 m，管片厚 350 mm。盾構(gòu)隧道此段覆土厚 9.2 m。基坑與地鐵1 號線盾構(gòu)隧道相交角度約 70°。基坑平面示意圖見圖 1。
本段工程地質(zhì)情況：①層以軟塑狀粉質(zhì)粘土為主；②層為粉土、粉砂及粉質(zhì)粘土。其中，②-1 粉土、②-2 粉砂、②-3 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土是明挖施工主要不良工程地質(zhì)層。地下水含量豐富。地鐵盾構(gòu)位于②-3 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土地層之中，基坑底亦位于該地層之中，工程地質(zhì)條件差。土層基本物理指標(biāo)見表 1。
南線隧道工程基坑采用二重管高壓旋噴樁加固盾構(gòu)隧道四周土體及防其上浮，旋噴樁距離盾構(gòu)隧道頂面和側(cè)面的間距為 0.5 m。二重管高壓旋噴樁Φ800，搭接 200 mm，漿液壓力 20 MPa，氣壓力 0.7 MPa，提升速度 10～15 cm/min。旋噴樁施工接近完成時，地鐵盾構(gòu)隧道左線局部管片接縫滲漏水、管片裂縫滲水等情況的發(fā)生，旋噴樁施工立即停工。事后分析可能在盾構(gòu)隧道側(cè)面旋噴樁施工引起的。然后從盾構(gòu)隧道內(nèi)部通過管片預(yù)留孔對管片外圍區(qū)域進行注漿，以改善周圍土體的力學(xué)性能。注漿方式采用先劈裂注漿，后壓密注漿。對于管片接縫滲漏水、管片裂紋滲水的地方，采用壓注親水性環(huán)氧漿材料的方法進行封堵。隧道監(jiān)測基本穩(wěn)定后修補破損管片，拱部進行補充嵌縫。二個月后，基坑工程恢復(fù)施工。
吸取南線隧道工程基坑經(jīng)驗，停車場西出口跨地鐵段采用深層攪拌樁加固盾構(gòu)隧道周圍土體，基坑開挖面以下水泥摻量 20%，基坑開挖面以上水泥摻量14%，攪拌樁距離盾構(gòu)隧道頂面和側(cè)面的間距為 0.5m。施工順序為首先進行雙軸深層攪拌樁加固，后進行基坑圍護 1200@1150 挖孔咬合樁施工。在深層攪拌樁加固施工過程中順利，只是在人工挖孔咬合樁施工過程中，1 根樁人工挖孔接近盾構(gòu)隧道時，出現(xiàn)擠泥現(xiàn)象，盾構(gòu)隧道右線 1165 環(huán)頂部管片出現(xiàn)崩角脫落，后及時采取措施后，順利完工。
在騎跨盾構(gòu)隧道處基坑圍護采用中 1200@1150的挖孔咬合樁，樁長 8.0～16.0 m，基坑支撐采用Φ609×14 mm 鋼支撐，間距為 4.8 m，設(shè)上下兩道鋼支撐。基坑降水采用管井降水，且盾構(gòu)隧道兩側(cè)對稱降水，地下水位降至標(biāo)高 3.0 m。在基坑內(nèi)降水效果不理想的局部區(qū)域打取輕型井點輔助降水。坑內(nèi)盾構(gòu)隧道外側(cè) 3 m 處設(shè)四排Φ800 鉆孔抗拔樁（每排 5 根），以加固盾構(gòu)隧道四周土體及防其上浮。
該段基坑挖土遵循“分層、分段、對稱、限時”原則。為防止因土方開挖先期卸載與基坑隆起而引起的地鐵盾構(gòu)隧道的上浮變形，機械開挖至標(biāo)高 7.5 m，人工抽槽安裝第二道鋼支撐，然后對坑內(nèi)土方分 5 次由中間土條分別向兩側(cè)對稱進行人工抽條開挖。中間土條開挖后要集中力量進行兩根 H300X300 型鋼安裝及片石混凝土板澆筑。為保證基坑及早封閉，片石混凝土板的 H300X300 型鋼骨架在地面上預(yù)先加工，待基底清理干凈，驗收合格后將型鋼骨架吊裝至坑底：與抗拔樁鋼筋焊接后，進行片石混凝土板澆注，利用其與抗拔樁的整體結(jié)構(gòu)壓住盾構(gòu)隧道。
2 跨地鐵段數(shù)值分析
通過對地下停車場西出口跨地鐵段基坑施工工況的模擬分析，可以進一步認識地下停車場西出口跨盾構(gòu)地鐵段的變形機理，為施工方法的改進提供了依據(jù)。由工程情況可知，計算必須采用三維模型。
盾構(gòu)作為一種隧道全斷面施工的專用設(shè)備，從施工技術(shù)角度分析，各國大同小異。但作為一種機械、一種設(shè)備的使用，我國有一些與其他國家迥然不同的地方，主要表現(xiàn)在以下方面。
1）同一臺設(shè)備常用于多個項目
從其誕生之初，盾構(gòu)就是根據(jù)某個具體項目的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)而設(shè)計制造的。因此國外盾構(gòu)廠商介紹時，往往某臺盾構(gòu)與某一具體項目相連。我們認為，這是與其使用習(xí)慣相聯(lián)系的。據(jù)1992年鐵道部組織的有關(guān)掘進機考察的資料，當(dāng)時國外4家主要掘進機制造公司（美國的羅賓斯，瑞典的佳伐、德國的馬克和維爾特公司）共生產(chǎn)了413臺掘進機，在767個工程中使用，共掘進2740km。也即1臺設(shè)備平均掘進6.63km，一個項目的長度約為3.57km，一臺盾構(gòu)平均在1.86個項目上使用。這些數(shù)據(jù)說明在國外的使用習(xí)慣中，一臺盾構(gòu)的使用壽命通常只有一兩個項目，因此專用性強、通用性較差。而我國情況則有所不同，由于地鐵建設(shè)的快速發(fā)展，使盾構(gòu)需求井噴式爆發(fā)。地鐵建設(shè)受車站距離和標(biāo)段限制，掘進區(qū)間約在1km左右。同時，城市地鐵往往分多期建設(shè)，盾構(gòu)在一個地區(qū)可長年施工。這些因素使盾構(gòu)在其壽命周期內(nèi)多次轉(zhuǎn)場有了可能。根據(jù)某項資料，對正在施工的139個盾構(gòu)項目進行調(diào)查，平均每個項目盾構(gòu)的掘進里程為1.014km。考慮到我國企業(yè)一般以盾構(gòu)主軸承壽命作為經(jīng)濟（折舊）壽命，那么一臺盾構(gòu)往往要經(jīng)過4～5個項目才達到報廢條件。但在實踐中，由于購置金額較大，很少聽說盾構(gòu)到了折舊年限就報廢的事例。因此，一臺設(shè)備被多次使用已成為我們國家地鐵盾構(gòu)的習(xí)慣。
2）以施工為先導(dǎo)的理念拉動行業(yè)發(fā)展
不完全統(tǒng)計，中國中鐵和中國鐵建所擁有的地鐵盾構(gòu)數(shù)量占到全國數(shù)量的50%以上。而中國中鐵、中國鐵建以及上海隧道股份等以施工單位為主體孵化出的機械制造廠商生產(chǎn)的盾構(gòu)數(shù)量占國產(chǎn)盾構(gòu)的絕大部分。根據(jù)中國工程機械工業(yè)協(xié)會掘進機械分會的統(tǒng)計，2012年這3家的盾構(gòu)產(chǎn)量占國內(nèi)廠家的63%以上。隨著近年來鐵工、鐵建自我保護政策的加重，這一比重只會更高。回顧我國盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化的歷程，發(fā)現(xiàn)我國道路既不同于歐美企業(yè)最初源于的設(shè)計公司，也不同于日本企業(yè)源于的重型制造工廠，而是形成以施工企業(yè)為核心，通過引進、消化、仿制與再創(chuàng)新的研發(fā)路徑，研制出擁有核心技術(shù)和自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)備。其產(chǎn)業(yè)化模式是從產(chǎn)業(yè)價值鏈的末端向前逐步延伸，而施工企業(yè)追求利潤最大化的愿望成為創(chuàng)新的主要驅(qū)動力。這種以施工使用為先導(dǎo)的理念拉動行業(yè)發(fā)展是受我國市場容量、產(chǎn)業(yè)格局和市場監(jiān)管等多方面制約形成的，其成因這里不贅述。但它對具體使用帶來了不可忽視的影響，集中體現(xiàn)在施工企業(yè)在學(xué)習(xí)國外盾構(gòu)施工技術(shù)的同時，也沿襲了施工機具的管理。這樣的管理方式對長期反復(fù)使用一臺機械將造成隱患。
2使用管理中存在的問題
盾構(gòu)在國外是一種專用、非標(biāo)、甚至是一次性使用的機械，由于我國建設(shè)的需求巨大，類似條件的項目數(shù)量較多，在經(jīng)濟效益驅(qū)動下，以施工單位為主導(dǎo)，盾構(gòu)逐漸成為一種反復(fù)使用的大型設(shè)備。由于各方未能對此變化給予足夠重視，在具體的設(shè)備使用管理中存在如下問題。
1）政府、行業(yè)監(jiān)管缺位
作為影響施工安全、進度和成本的關(guān)鍵機械，盾構(gòu)的使用到底受什么樣的監(jiān)督？應(yīng)該經(jīng)過什么樣的檢驗程序？這些在我國目前還是空白。為了預(yù)防設(shè)備事故，保障人身和財產(chǎn)安全，促進經(jīng)濟社會發(fā)展，我國專門制定了《特種設(shè)備安全法》，對特種設(shè)備的生產(chǎn)（包括設(shè)計、制造、安裝、改造、修理）、經(jīng)營、使用、檢驗、檢測等進行了規(guī)定。但不在特種設(shè)備目錄之列的盾構(gòu)是否就意味著可以不受監(jiān)管或放松管理？企業(yè)的行為由誰來監(jiān)督呢？隨著盾構(gòu)大規(guī)模使用以及老舊盾構(gòu)的增多，安全風(fēng)險陡然增大，這個問題應(yīng)該受到有關(guān)部門的重視。同樣，盾構(gòu)的操作人員并非普通操作工，他必須能根據(jù)下達的技術(shù)指令及現(xiàn)場測量結(jié)果，合理配置各區(qū)域千斤頂?shù)氖褂脭?shù)量、推進油壓及速度，并正確選擇刀盤正、反轉(zhuǎn)模式等，來調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，保證掘進方向和進度，并能正確及時處理掘進中由于受水、土壓力及地質(zhì)變化帶來的不可預(yù)見的情況。這一過程不僅僅需要對機械有充分的了解，并需要掌握工程技術(shù)和地質(zhì)知識。所以我們認為盾構(gòu)操作者不能簡單地按工種劃分，而是依據(jù)其技能，按管理崗位進行評定。這樣才能確保設(shè)備的使用安全。
2）使用維修理中存在的問題
對于盾構(gòu)，應(yīng)采用什么樣的維修制度，目前還沒有一個權(quán)威的說法。一些單位通過施工實踐，總結(jié)出利用油液的鐵譜、光譜分析對盾構(gòu)進行狀態(tài)監(jiān)測，進而實行項修的方式取得了較好效果，保證了項目的順利實施。我們認為，項修對于使用頻率低、轉(zhuǎn)場次數(shù)少的設(shè)備不失為一種好的方式，但對于大負荷全壽命周期內(nèi)是否仍為一種可行可靠的維修方式，則仍需探討。特別是在多個項目使用，為了適應(yīng)不同項目地質(zhì)要求，要對盾構(gòu)進行改造，如刀盤改造等，仍采用項修的方式，則不免頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳，缺乏了對設(shè)備整體技術(shù)狀況的分析。這樣在盾構(gòu)長時間運轉(zhuǎn)，特別是臨近技術(shù)壽命時會有很大的安全風(fēng)險。同樣，由于盾構(gòu)制造廠商的競爭激烈，一些廠商在保護知識產(chǎn)權(quán)的旗號下有所保留，這樣使用單位難以獲得充分的技術(shù)資料。加之盾構(gòu)在多個項目之間轉(zhuǎn)場，管理人員變動，以及勞務(wù)外包等形式的出現(xiàn)，使得現(xiàn)場往往難以掌握翔實的設(shè)備資料，這些都不利于設(shè)備的技術(shù)管理和施工安全。
3）經(jīng)濟分析不完善，資料缺乏
首先從施工定額分析，盾構(gòu)作為掘進的關(guān)鍵設(shè)備，其消耗直接影響著施工成本。據(jù)資料，設(shè)備折舊費用是影響盾構(gòu)區(qū)間費用的一個關(guān)鍵因素，可占其比重的15%左右。而折舊的計算方法仍舊是根據(jù)直線法，即以采購成本除以其預(yù)計壽命（8～10km）得出每延米的折舊費用。從設(shè)備管理角度可知，8～10km或10000h一般是指盾構(gòu)主軸承的壽命。這種以技術(shù)壽命等同于折舊壽命的提法是否合理，在普通設(shè)備都傾向于采取加速折舊的情況下，對盾構(gòu)仍采用直線法，我們認為是不符合設(shè)備使用客觀規(guī)律的。其次，從具體消耗分析，概預(yù)算定額所針對的情況往往不能涵蓋施工中所遇到的所有工況，但是在實踐中，往往因為項目部0的工程、設(shè)備、物資、成本等部門缺乏對盾構(gòu)設(shè)備消耗在施工成本中所占比重的認識，而難以有效配合，更難以獲得完整的數(shù)據(jù)記錄與分析，也無法開展工程精細化管理和索賠。這不僅使企業(yè)承擔(dān)了較大的經(jīng)濟風(fēng)險，也不利于對設(shè)備的精細化管理。由于以上因素，經(jīng)濟核算往往難以反映出盾構(gòu)在一個項目的合理使用成本，進而導(dǎo)致無法總結(jié)規(guī)律，提高管理水平。更無從談起促進整個行業(yè)的健康發(fā)展。
3意見和建議
綜上，雖然盾構(gòu)施工可以借鑒國外的技術(shù)，但對盾構(gòu)的管理則無法照搬國外的經(jīng)驗。隨著盾構(gòu)的大規(guī)模使用，其管理愈發(fā)重要。對此，提出以下意見和建議。
1）施工企業(yè)應(yīng)將盾構(gòu)比照特種設(shè)備進行管理
在我國《設(shè)備管理條例》多年未修訂的情況下，特種設(shè)備安全管理是可借鑒的一種設(shè)備管理體系，施工企業(yè)應(yīng)該將盾構(gòu)比照特種設(shè)備進行專業(yè)管理。具體措施如下：①建立設(shè)備的安全技術(shù)檔案。特別是對于設(shè)計文件、改造的技術(shù)文件等的留存，是技術(shù)檔案重要的組成部分。②明確專門的管理人員。該人員不僅需要懂得設(shè)備原理，而且應(yīng)該掌握工程施工的相關(guān)知識。只有這樣，才能切實做好盾構(gòu)設(shè)備的管理工作。③制訂完善的檢驗制度。在日檢、周檢、月檢等檢查的基礎(chǔ)上，應(yīng)明確定期檢驗周期，特別是項目轉(zhuǎn)場前后的檢查檢驗內(nèi)容，以確保進場設(shè)備的技術(shù)狀況。④加強設(shè)備操作人員的資格管理。盡管在全國職業(yè)大典修訂中提出了盾構(gòu)操作司機的名稱，但對于司機應(yīng)該具備的文化知識以及任職條件還沒有最后確定。所以施工單位應(yīng)根據(jù)自己的經(jīng)驗確定標(biāo)準(zhǔn)，以保證操作人員的素質(zhì)。⑤建立監(jiān)管體系。設(shè)備的產(chǎn)權(quán)單位應(yīng)履行特種設(shè)備法中的政府監(jiān)督作用。項目部則履行設(shè)備使用單位的責(zé)任。
2）行業(yè)應(yīng)制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范市場
關(guān)于盾構(gòu)及盾構(gòu)法施工，相關(guān)行業(yè)頒布了一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，如《5.5m～7m土壓平衡盾構(gòu)（軟土）》（CT/T284-2008），《泥水平衡盾構(gòu)》（CJ/T446-2014），《盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范》(GB50446-2008)，《地鐵隧道工程盾構(gòu)施工技術(shù)規(guī)程》(DG/TJ08-2041-2008)等，但這些標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范由誰執(zhí)行、由誰監(jiān)督，即如何落實還需進一步明確。同時行業(yè)應(yīng)組織制造商和使用單位制定維修規(guī)程、安全操作規(guī)程等法規(guī)文件，切實將盾構(gòu)的使用從一種機具變?yōu)橐环N設(shè)備。同時，對于近年來興起的盾構(gòu)施工監(jiān)控系統(tǒng)、盾構(gòu)再制造技術(shù)等也應(yīng)給與關(guān)注和重視，及早介入，組織相關(guān)單位制定標(biāo)準(zhǔn)，為行業(yè)內(nèi)不同企業(yè)的良性競爭奠定基礎(chǔ)。
3）適時立法，將盾構(gòu)納入特種設(shè)備目錄
關(guān)鍵詞：土壓盾構(gòu)；地鐵隧道
中圖分類號： U45 文獻標(biāo)識碼： A
1.盾構(gòu)機試驗推進段的施工及其重點
盾構(gòu)出洞后，為了更好地掌握盾構(gòu)的各類參數(shù)，將盾構(gòu)出洞后的前100m推進作為試推進段。此段施工時注意對推進參數(shù)的設(shè)定，對推進時的各項技術(shù)數(shù)據(jù)進行采集、統(tǒng)計、分析，摸索地面沉降與施工參數(shù)之間的關(guān)系，爭取在較短時間內(nèi)掌握盾構(gòu)機械設(shè)備的操作性能及盾構(gòu)在本標(biāo)段地質(zhì)條件下推進的施工參數(shù)設(shè)定范圍。
設(shè)立100m試推進段的目的是用最短的時間對盾構(gòu)機的操作方法、機械性能進行熟悉。了解和認識本工程的地質(zhì)條件，掌握該地質(zhì)條件下盾構(gòu)的施工方法。通過100m試推進段掘進，對該盾構(gòu)機的性能進行總結(jié)，特別是將盾構(gòu)機本身暴露出來的不足及時反饋，以便能在允許的情況下對推進設(shè)備進行優(yōu)化。收集、整理、分析及歸納總結(jié)掘進參數(shù)，制定正常掘進中的操作規(guī)程，實現(xiàn)快速、連續(xù)、高效的正常掘進。熟悉管片拼裝的操作工序，提高拼裝質(zhì)量，加快施工進度。通過本段施工，加強對地面變形情況的監(jiān)測分析，反映盾構(gòu)機出洞時以及推進時對周圍環(huán)境的影響，掌握盾構(gòu)推進參數(shù)及同步注漿量以及摸索出成形隧道的后期變形規(guī)律，從而為后續(xù)工程施工提供必要的技術(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)依據(jù)。
2.盾構(gòu)施工中存在的問題及常見風(fēng)險源處置
施工單位施工時應(yīng)加強對沿線建（構(gòu)）筑物監(jiān)測，建立預(yù)警系統(tǒng)，當(dāng)區(qū)間隧道兩側(cè)建筑物較多時，適當(dāng)增加監(jiān)測點的數(shù)量，增加監(jiān)測頻率；盾構(gòu)通過之后還應(yīng)繼續(xù)對建（構(gòu)）筑物進行監(jiān)控量測，確認建（構(gòu)）筑物的安全，直至趨于穩(wěn)定收斂。
隧道施工期間應(yīng)對風(fēng)險列表中的下穿、近距離穿越的建筑物進行監(jiān)測，監(jiān)測項目包括：建筑物沉降（含差異沉降）；建筑物傾斜；建筑物裂縫。測點布置在建筑物的角點上，每棟建筑物至少設(shè)四個沉降測點、兩組（每組2個）傾斜測點。
表2.1：盾構(gòu)區(qū)間下穿建筑物監(jiān)測頻率一覽表
為保證周邊環(huán)境安全和施工安全，應(yīng)進行必要的施工監(jiān)測，并定期（每半月）向業(yè)主、設(shè)計、施工和監(jiān)理提供監(jiān)測資料。施工監(jiān)測應(yīng)實行預(yù)警、警戒、極限三級管理。對具體風(fēng)險源除采用以上保護措施外，還應(yīng)根據(jù)建筑物實際情況采取以下措施控制地面沉降，確保風(fēng)險源的安全：
2.1為使盾構(gòu)推進參數(shù)設(shè)定更具科學(xué)性和準(zhǔn)確性，現(xiàn)場建立監(jiān)測信息交流溝通網(wǎng)絡(luò)，最終達到控制地面沉降的目的。可以參考到達風(fēng)險源之前的盾構(gòu)推進過程中產(chǎn)生的變形、沉降等監(jiān)測數(shù)據(jù)，調(diào)整推進參數(shù)，判斷盾構(gòu)過風(fēng)險源時的安全性，進一步指導(dǎo)施工措施的選擇。
2.2由于地質(zhì)條件、地面附加荷載等諸多不同因素制約，導(dǎo)致平衡壓力值的波動，為此，需及時分析沉降報表。若盾構(gòu)切口前地面沉降，則需調(diào)高平衡壓力設(shè)定值，反之調(diào)低；若盾尾后部地面沉降，則需增加同步注漿量，并及時進行管片背后二次注漿。盾構(gòu)通過建筑時，應(yīng)對建筑進行不斷監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果采取及時、多次、足量的補壓漿措施通過管片注漿孔對管片背后進行補漿施工，直到建筑沉降基本穩(wěn)定。
2.3根據(jù)盾構(gòu)及管片間的建筑間隙及各土層特性合理控制出土量，并通過分析調(diào)整尋找最合理的數(shù)值。控制合理的推進速度，使盾構(gòu)均衡勻速施工，減少盾構(gòu)對土體的擾動。
2.4嚴(yán)格控制同步注漿量和漿液質(zhì)量，在盾構(gòu)推進時同步注漿填補盾尾空隙后，還存在地面沉降的隱患，可相應(yīng)增大同步注漿量，如監(jiān)測數(shù)據(jù)證實地面沉降接近或達到報警值時，應(yīng)采用二次注漿、地面補壓漿或地面跟蹤注漿進行補救。
3.地鐵盾構(gòu)工程關(guān)鍵技術(shù)問題及其解決方案
3.1端頭土體加固施工方案
由于南京地質(zhì)具有一定的特殊性，根據(jù)已知的資料顯示，南京的地質(zhì)條件十分復(fù)雜，地下水位相對較高，有較多古河道及大量含水砂層，在基巖中存在著斷層及構(gòu)造破碎帶。比如在進行南京的地鐵一號線沿線就有2個盆地，盆地下又有古河道，尤其是西延線所在的河西地區(qū)，是河漫灘的軟土地層，含水量豐富，穩(wěn)定性差，線路中還存在著全國罕見的軟流塑地層帶。如珠江路—鼓樓—玄武門區(qū)間，有施工單位最怕遇到的地質(zhì)情況——軟流塑地層。按我國地鐵專家施仲衡先生對南京軟流塑地層的描述：在軟流塑地層中修地鐵，就好比在豆腐腦里挖隧道。在南京遭遇的這種特殊的軟流塑地層基礎(chǔ)上建設(shè)一條16.9公里的地鐵，起規(guī)模和難度相當(dāng)于建設(shè)500公里的大鐵路！另外，南京地鐵隧道工程施工中由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜復(fù)雜，在進行具體施工和掘進中常遭遇到多種土層且大多為砂質(zhì)土層，因此要確保工程的安全性和可靠性就要強化對地質(zhì)進行固體強度和穩(wěn)定性的設(shè)計。以南京張府園——三山街隧道區(qū)間為例，該施工段的土質(zhì)為粉沙狀的流沙層，施工段為主在進洞隧道口埋置于中粗砂透鏡體，含潛水、夾粉質(zhì)粘土重粉質(zhì)粘土、中粗砂，含承壓水、粉質(zhì)粘土粘質(zhì)粉土,該施工段地質(zhì)土層對盾構(gòu)始發(fā)端頭旋噴加固施工增加了難度。因在打開隧道洞門，盾構(gòu)機靠攏之前，洞門土體處于無支撐狀態(tài)，經(jīng)過對端頭土體自穩(wěn)能力的分析判定，為了保證開洞門時土體能自穩(wěn)及保證盾構(gòu)機進洞過程中不讓泥、水等涌入隧道內(nèi)，需對端頭土體進行加固處理。加固體范圍為盾構(gòu)隧道周邊各3m，沿隧道長度方向6m，加固體強度和穩(wěn)定性必需達到設(shè)計要求，同時加固體的完整性。
3.2隧道壁后注漿
在盾構(gòu)隧道施工過程中，隨著盾構(gòu)機的掘進脫離盾尾，在隧道管片外皮與周圍土體之間存在一個環(huán)狀間隙，需及時進行注漿充填。達到有效控制地層沉降、約束隧道結(jié)構(gòu)的變形、提高隧道的防水性等目的。壁后注漿是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)之一。針對南京地鐵二號線的工程及水文地質(zhì)條件，結(jié)合盾構(gòu)施工工藝，我們采用隧道壁后同步注漿。同步注漿是在盾構(gòu)推進過程中，保持一定注漿壓力（綜合考慮注入量）并不間斷地從盾尾直接向壁后注漿，即在環(huán)形空隙形成的同時用漿液將其填充的注漿方式。
3.3地面沉降觀測
由于南京地鐵隧道工程沿線地質(zhì)復(fù)雜，地下水位相對較高，有較多古河道及大量含水砂層，在基巖中存在著斷層及構(gòu)造破碎帶。且一些施工段的地面危舊房屋密集、地下管線多，同時又有較多的文物，所以在施工過程中的地表沉降觀測尤為重要。根據(jù)隧道埋深和地層情況，我們確定隧道軸線左右各22m為沉降觀測范圍，沿隧道軸線30m左右設(shè)一個觀測斷面，每個觀測斷面設(shè)7個觀測點（隧道中線上方1個，左右各3個）。由于隧道多在密集的危舊房屋下通過，觀測斷面多沿房屋間的胡同設(shè)置，觀測點的位置也會根據(jù)地面情況進行適當(dāng)調(diào)整。在一些重要建筑位置也增設(shè)了一些觀測點和觀測斷面。地面建筑物在盾構(gòu)穿越樓房段掘進過程中，如沉降量大于沉降預(yù)警值、傾斜值，則應(yīng)考慮進行地面跟蹤注漿的應(yīng)急措施。跟蹤注漿采用袖閥管施工，雙液漿注漿補償?shù)貙訐p失量。
4.展望
未來我國隧道地鐵施工中土壓盾構(gòu)技術(shù)應(yīng)用將越來越普及，對于首次采用盾構(gòu)法進行地鐵隧道工程的施工，要首先實施盾構(gòu)試驗段其目的是通過工程實踐，結(jié)合地鐵隧道工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及地面多危舊房屋的情況，全面掌握地鐵工程中的盾構(gòu)施工技術(shù)，從而為在全面推廣盾構(gòu)施工技術(shù)奠定的基礎(chǔ)，提高地鐵隧道的施工水平和工程質(zhì)量。
參考文獻：
隨著城市地鐵建設(shè)的蓬勃發(fā)展，盾構(gòu)法作為地鐵建設(shè)的主要工法得到了廣泛運用【1】，而隨著一個城市線路的越來越密集，新施工隧道交叉穿過既有運營地鐵線路就不可避免。而盾構(gòu)隧道施工往往會危及地鐵結(jié)構(gòu)本身以及鄰近結(jié)構(gòu)物的安全與正常使用，使鄰近結(jié)構(gòu)物傾斜、扭曲等，從而引起一系列環(huán)境效應(yīng)問題【2,3】，新建線路盾構(gòu)掘進中控制不當(dāng)就會影響既有線路的正常運營。
根據(jù)某市地鐵3號線（即龍崗線）西延段購物公園站～福田站區(qū)間（以下簡稱購福區(qū)間）左線盾構(gòu)安全平穩(wěn)下穿既有運營的地鐵1號線購物公園站～香蜜湖站區(qū)間（以下簡稱購香區(qū)間）隧道工程實例，對該工程的施工參數(shù)進行了總結(jié)分析，以便為今后同類工程提供成功的經(jīng)驗和參考。
1 工程概況
某市地鐵3號線3151標(biāo)購福區(qū)間隧道左線盾構(gòu)機在福華路與民田路交匯處（里程ZDK5+477.17～ ZDK5+497.25）連續(xù)下穿地鐵1號線購香區(qū)間既有隧道上、下行線。3號線購福區(qū)間隧道在下穿段的覆土厚度為17.6～18m，線路坡度為-5‰。地下水位埋深4～7.4m。負責(zé)本次穿越的盾構(gòu)機為海瑞克s-469，刀盤開挖直徑6.28m，最大扭矩5300KN•m，掘進最大推力34210KN；盾構(gòu)機總功率1720KW。3號線隧道采用C50鋼筋混凝土管片襯砌，管片防水等級S10，寬度為1.5m，厚度為0.3m，內(nèi)徑為5.4m，外徑為6m。區(qū)間管片采用通用型管片、錯縫拼裝方式。 兩條線路的平面位置如圖1所示。
圖2新建3號線與1號線隧道交匯區(qū)地質(zhì)剖面圖
中、粗砂（Q4al+pl）
褐黃、灰白色，飽和，中密狀，主要物質(zhì)成分為石英質(zhì)粗顆粒，另微含少量粘性土。級配良好。區(qū)間內(nèi)層狀分布（段尾附近缺失），厚1～3.5m，埋深4.7～9.5m。ρ=1.84～2.07g/cm3，e=0.43～0.89，Es 0.1～0.2=4.49 ～19.93MPa，，α0.1～0.2=0.25MPa-1，中壓縮性土。
礫（砂）質(zhì)粘性土（Qel）
褐紅、褐黃色，硬塑狀。土質(zhì)較均勻，含少量石英質(zhì)粗砂礫，由下伏花崗巖殘積而成。巖芯呈土柱狀。主要呈透鏡狀分布于區(qū)間兩端沖洪積層之下、基巖面之上，一般厚2～5m，埋深7～11m。ρ=1.76～1.73g/cm3，e=1.03～1.04，Es 0.1～0.2=3.15 ～4.12MPa，，α0.1～0.2=0.56MPa-1，高壓縮性土。
全風(fēng)化花崗巖（γ53）
褐紅、褐黃色，巖石風(fēng)化強烈，原巖結(jié)構(gòu)可辨析，巖芯呈堅硬土柱狀，遇水軟化。礦物成分除石英質(zhì)殘留外，其他已基本風(fēng)化呈土狀。場地內(nèi)層狀分布于殘積土之下，厚7～8.5m，埋深13～16m。ρ=1.86～1.83g/cm3，e=0.68～0.7，Es 0.1～0.2=4.54 ～4.60MPa，α0.1～0.2=0.36MPa-1，中壓縮性土。
強風(fēng)化花崗巖（γ53）
褐黃、褐紅等色，局部夾暗黑色。巖石風(fēng)化強烈，巖芯呈堅硬土柱狀，微含約5%角礫狀強風(fēng)化碎石，手可折斷，遇水軟化崩解。場地內(nèi)層狀分布于之下，厚度變化大，埋深20.0m以下。
下穿段局部地段呈微承壓，主要由大氣降水補給，水量較豐富。區(qū)間范圍內(nèi)地表水水質(zhì)類型為HCO3-.CL-- Ca2+. Na+型，對混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土中的鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。各地層具體力學(xué)指標(biāo)見表1。
表1地層物理力學(xué)指標(biāo)表
3 工程特點及難點：
（1）新施工的3號線隧道與既有1號線運營隧道之間的凈距僅為1.23m，凈距之短，在國內(nèi)地鐵領(lǐng)域也屬罕見，下穿難度較高。
（2）下穿段距離3號線始發(fā)端只有31m，新施工的3號線隧道的盾構(gòu)機參數(shù)調(diào)整適應(yīng)時間非常短；
（3）既有運營的地鐵1號線列車運行頻率高（平均每5分鐘發(fā)行一列車）、人流量大（該線日均客流量50萬人次以上）、每天營運時間長（運營時間：每天6：00至23：30），造成新線盾構(gòu)下穿既有1號線的上、下行線隧道時不能避免完全在非運營時間完成施工。在地鐵運營時間完成新線對既有線的下穿，對施工參數(shù)要求高。
(4)根據(jù)《城市軌道交通安全保護區(qū)施工管理辦法 （暫行）》的規(guī)定， 3號線盾構(gòu)隧道施工對既有1號線隧道影響的控制指標(biāo)為：運營線路軌道豎向變形±4mm，兩軌道橫向高差
總結(jié)：本次下穿施工難度大，工程風(fēng)險高，下穿隧道在該市中心繁華區(qū)，一旦在施工中造成既有線隧道沉降超限，地鐵停運等問題，社會影響大，損失嚴(yán)重。
4 主要技術(shù)措施
（1）在下穿施工開始前，對施工穿越區(qū)段管片螺栓進行了復(fù)緊，并對下穿段的監(jiān)測區(qū)域內(nèi)隧道現(xiàn)狀進行調(diào)查；推進前應(yīng)對盾構(gòu)進行了認真細致的維修保養(yǎng)，避免穿越過程中出現(xiàn)問題而停機；合理安排穿越進度計劃，細化到每一環(huán)的穿越時間，盡量將關(guān)鍵穿越安排在非運營時間。
（2）盾構(gòu)施工參數(shù)控制：依靠施工過程中的地面量測監(jiān)控、隧道內(nèi)自動化監(jiān)測指導(dǎo)3號線盾構(gòu)施工參數(shù)的調(diào)整，如盾構(gòu)掘進參數(shù)、注漿參數(shù)，主要目的是在盾構(gòu)施工過程中保持地層的穩(wěn)定，控制地層變形，從而減少既有1號線隧道的結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力變化。
（3）既有線隧道自動監(jiān)測和人工監(jiān)測相結(jié)合：自動監(jiān)測是在既有1號線購香區(qū)間的上、下行線各布設(shè)了多個斷面，為3號線盾構(gòu)機掘進提供沉降數(shù)據(jù)；人工監(jiān)測是在既有1號線購香區(qū)間上、下行兩條隧道的道床中心設(shè)置人工監(jiān)測點，監(jiān)測點間距為30m。下穿施工前對既有1號線隧道道床進行原始數(shù)據(jù)采集；下穿施工期間，每天運營結(jié)束后進入既有1號線隧道進行人工監(jiān)測測量。
圖3（a）既有1號線隧道人工監(jiān)測點布設(shè)平面圖
圖3（b）既有1號線隧道人工監(jiān)測點布設(shè)斷面圖
（3）3號線隧道洞內(nèi)二次注漿加固地層：主要目的是控制后期地層變形和結(jié)構(gòu)變形。
（4）道床差修正：主要目的是針對軌道變形進行修正，確保既有線運營安全。方法：在既有地鐵隧道內(nèi)的管片環(huán)縫處抹上水泥塊，觀察水泥塊的裂縫產(chǎn)生和發(fā)展，從而判斷隧道的沉降和變形以指導(dǎo)施工；在既有線停運期間進入既有1號線隧道，在軌枕下方根據(jù)自動化監(jiān)測結(jié)果和水泥塊裂縫方向設(shè)墊片代替道床注漿修正軌道變形。
（5）在地鐵3號線穿越既有1號線期間，將1號線地鐵運營列車減速至20km/h，降低3號線穿越1號線的施工風(fēng)險。
5 結(jié)果分析
由于1號線地鐵隧道人工監(jiān)測和自動化監(jiān)測的控制指標(biāo)較地面沉降指標(biāo)嚴(yán)格（1號線隧道道床沉降不允許超過4mm，而地面沉降允許30mm），故一般情況下，只要1號線道床沉降控制在指標(biāo)范圍內(nèi)，地面沉降就不會超標(biāo)，故對盾構(gòu)掘進參數(shù)分析研究時以隧道道床沉降作為參考。
本次下穿施工對既有1號線結(jié)構(gòu)變形、沉降控制比較成功，對1號線隧道的運營未造成任何影響。
本次下穿施工對地面沉降控制也是比較成功的，下穿期間地面累計沉降值為20.5mm，未超出規(guī)范允許的范圍，未對盾構(gòu)機上方的道路交通造成任何影響。
5.1既有線隧道人工監(jiān)測分析
在2月25日至28日3號線盾構(gòu)機下穿期間，既有1號線上行線隧道道床變化量最大的點位是2月28日監(jiān)測的L6，沉降量是-2.34 mm，下行線隧道道床變化量最大的點位是3月3日監(jiān)測的R6，沉降量是-3.36mm。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)異常，各監(jiān)測點累計變化量均小于預(yù)警值4mm，各點變化速率較小，數(shù)據(jù)變化正常。通過運營部門司乘人員反映，3號線盾構(gòu)穿越期間1號線隧道內(nèi)運營行駛無任何異常情況。
圖4（a）既有1號線購香區(qū)間下穿段上行線沉降變化曲線圖
圖4（b）既有1號線購香區(qū)間下穿段下行線沉降變化曲線圖
5.2 盾構(gòu)機掘進參數(shù)分析
2月25日施工：3號線購福左線掘進7～13環(huán)。施工第13環(huán)時，3號線盾構(gòu)機刀盤距1號線上行線6m，僅1倍洞徑寬度，盾構(gòu)正上方的1號線上行線隧道L6點發(fā)生0.35mm的沉降，受此影響，1號線下行線沉降0.66mm，分析認為這可能和下行線地層不密實有關(guān)，故上行線下沉引起下行線更大幅度下沉。此時3號線對1號線沉降影響因素主要為土倉壓力，本環(huán)土倉壓力為1.2bar（全文用盾構(gòu)機上部土倉壓力代表盾構(gòu)機土倉壓力），表明該環(huán)土倉壓力略小。
圖5（a）盾構(gòu)掘進第13環(huán)示意圖
2月26日施工：3號線掘進14～21環(huán)。盾構(gòu)機刀盤距離1號線上行線距離逐漸減小，至16環(huán)拼裝完成后，盾構(gòu)機刀盤距1號線上行線僅1m左右，此段時間盾構(gòu)機土倉壓力逐漸上升（由1.3bar升至1.7bar），1號線上行線沉降基本穩(wěn)定在0.38mm，沒有繼續(xù)沉降，說明土倉壓力建立的比較合理。施工17～21環(huán)時盾構(gòu)機刀盤在1號線上行線下方。這段時間內(nèi)土倉壓力逐漸由第17、18環(huán)的1.75bar升至21環(huán)的2.2bar，綜合既有隧道上、下行線隆沉情況來看，盾構(gòu)機土倉壓力還宜適當(dāng)加大。
圖5（b）盾構(gòu)掘進第21環(huán)示意圖
2月27日施工：3號線掘進22～31環(huán)。施工22～24環(huán)時，盾體在1號線上行線下方。這段時間內(nèi)1號線上行線的輕微沉降主要是由3號線盾構(gòu)的刀盤與盾殼間隙所產(chǎn)生的。既有1號線下行線隆沉受3號線盾構(gòu)土倉壓力影響，土倉壓力由2.0bar逐漸升至2.4bar，1號線上行線右側(cè)發(fā)生0.3mm左右隆起，土倉壓力適中，1號線上行線隆起的影響因素為3號線盾構(gòu)注漿壓力和注漿量，此間每環(huán)注漿量均為8m3，注漿壓力分別為0.5Mpa、0.5Mpa、0.25Mpa和0.4Mpa。除第27環(huán)1號線上行線存在一定程度沉降外，掘進和拼裝其他3環(huán)時既有1號線上行線比較平穩(wěn)，說明注漿壓力和注漿量控制在0.5 Mpa和8m3比較合適；本階段刀盤逐漸接近1號線下行線，至28環(huán)刀盤已抵達1號線下行線下方，土倉壓力對既有下行線影響較大。本階段下行線發(fā)生0.63mm的沉降，結(jié)果表明3號線盾構(gòu)土倉壓力（2.2bar）應(yīng)適當(dāng)提升。施工29～31環(huán)時，盾尾已離開1號線上行線，但盾尾注漿壓力及注漿量仍對1號線上行線產(chǎn)生一定影響。此期間，由于在管片上進行二次補漿，既有1號線上行線略微上浮，但主要是恢復(fù)前期沉降，所以注漿壓力和注漿量控制在0.4 Mpa和8m3還是適宜的。本階段刀盤位于下行線下方，土倉壓力對下行線隆沉影響較大。
圖5（c）盾構(gòu)掘進第31環(huán)示意圖
2月28日施工：3號線掘進32～41環(huán)。施工32～33環(huán)時，施工的3號線盾尾已遠離1號線上行線，盾構(gòu)施工對左線影響基本不大，只要1號線下行線不發(fā)生明顯隆沉，1號線上行線就不會發(fā)生較大變形。這段時間內(nèi)1號線下行線的沉降主要是由3號線刀盤與盾殼間隙所產(chǎn)生的沉降引起的，由于3號線施工中采取了向中盾注入膨潤土的施工措施，1號線下行線沉降穩(wěn)定。施工34～37環(huán)時，3號線盾尾在1號線下行線下方。影響1號線下行線沉降的主要因素是3號線盾構(gòu)的注漿壓力和注漿量。這4環(huán)每環(huán)注漿量均為8 m3，注漿壓力分別為0.4Mpa、0.4Mpa、0.4Mpa、0.35Mpa。除施工3號線第37環(huán)造成1號線下行線1.86mm沉降外，施工其他3環(huán)時既有1號線上行線比較平穩(wěn)，說明注漿壓力和注漿量控制在0.4 Mpa和8m3是比較合適的。施工38～40環(huán)時，3號線盾尾已離開既有1號線下行線，但盾尾注漿壓力及注漿量仍對1號線上行線產(chǎn)生一定影響。雖然本階段施工時3號線盾尾已遠離1號線上行線，但1號線上行線沉降仍增加到2.84mm。主要原因：由于盾構(gòu)穿越1號線下行線隧道時發(fā)生沉降，對1號線上行線產(chǎn)生影響。此外，1號線下行線隧道雖發(fā)生輕微上浮，由于施工第37環(huán)時發(fā)生了沉降，施工38～40環(huán)時加大了注漿量和壓力對第37環(huán)進行補償，這說明3號線盾構(gòu)注漿壓力和注漿量控制在0.4 Mpa和8 m3是合適的。施工第41環(huán)時，3號線盾尾已離開1號線下行線，盾構(gòu)施工對下行線影響不大，只要3號線盾構(gòu)刀盤前方不發(fā)生明顯隆沉，既有1號線下行線就不會發(fā)生較大變形，且觀測顯示沉降數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定。
圖5（d）盾構(gòu)掘進第41環(huán)示意圖
結(jié)論：
地鐵3號線盾構(gòu)機刀盤距離1號線隧道一倍洞徑距離時盾構(gòu)機土倉壓力就會影響1號線上、下行隧道。直至3號線盾尾脫離1號線隧道4.5m時，盾構(gòu)施工對1號線隧道的影響才基本消除。故3號線盾構(gòu)施工影響區(qū)范圍是：刀盤距1號線隧道6m至盾尾脫出1號線隧道4.5m。
距既有線隧道洞口較近的下穿施工，其關(guān)鍵是在可能的條件下，應(yīng)迅速提高盾構(gòu)的推力、土倉壓力和同步注漿壓力，建立土壓平衡。另一方面，盡可能保持盾構(gòu)勻速推進，避免長時間停機，對保持地層穩(wěn)定非常重要。施工中在保持注漿壓力的同時，通過加大注漿量改良地層，有利于控制地層變形。
6 結(jié)語
（1）采用盾構(gòu)法施工下穿1號線的正確性
3號線購福區(qū)間下穿1號線的地層主要處于全風(fēng)化花崗巖層和強風(fēng)化花崗巖層，地層強度較低，自穩(wěn)性較差，相對于暗挖法施工，采用土壓平衡盾構(gòu)機施工能最大程度的保持土體穩(wěn)定和其上部1號線隧道的安全。
（2）取消對3號線與1號線之間土體進行加固的正確性
最初考慮在3號線購物公園站盾構(gòu)始發(fā)井洞門處輪廓線外側(cè)設(shè)置長度為55～60m的水平管棚，采用純水泥漿按照一定的壓力注入土體，對3號線與1號線之間的土體進行加固處理。但由于新老兩條隧道之間間距較小，僅1.2m左右，提前對其加固可能會破壞原有土體的穩(wěn)定性，不但起不到應(yīng)有的加固效果，反而會造成所夾土體變形、沉降，加劇既有1號線隧道的變形。事實證明采用嚴(yán)格控制盾構(gòu)機掘進參數(shù)的方法直接掘進通過既有1號線的做法是可行的。
參考文獻
[1] 劉建航、候?qū)W淵，盾構(gòu)法隧道【M】.北京：中國鐵道出版社，1991.
[2] 方勇，土壓平衡式盾構(gòu)掘進過程對地層的影響與控制【D】.成都：西南交通大學(xué)博士學(xué)位論文，2007.
關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；土壓平衡盾構(gòu)機；盾構(gòu)施工參數(shù)；地面沉降
1.工程概況
南京地鐵十號線D10-TA06標(biāo)位于南京市浦口區(qū)江浦街道，標(biāo)段全長近3.8km，包括“兩站三區(qū)間”，其中城西路站～鳳凰大街站區(qū)間，鳳凰大街站～龍華路站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)機從城西路站始發(fā)，到達鳳凰大街站后過站，二次始發(fā)，最終到達龍華路站解體，吊出。
本標(biāo)段選擇了兩臺海瑞克生產(chǎn)的土壓平衡式復(fù)合盾構(gòu)機，盾構(gòu)機主要由刀盤、前盾、中盾、盾尾、螺旋輸送機、管片拼裝機、設(shè)備橋、1-5號拖車組成。
2.工程地質(zhì)條件
2.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)
城-鳳區(qū)間屬于為長江漫灘、堆積平原。場地內(nèi)地勢較平坦。主要地層從上到下依次為：①-1雜填土、①-2-2素填土、①-3淤泥、②-1b2-3粉質(zhì)黏土、②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土～粉質(zhì)黏土、②-2e2粉質(zhì)粘土混卵礫石、②-3b3-4粉質(zhì)粘土、④-2b2粉質(zhì)粘土、④-3b1-2粉質(zhì)粘土、④-4e-2卵礫石、K2P -2強風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖～泥質(zhì)粉砂巖、K2P -3中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖-泥質(zhì)粉砂巖。
為確定施工參數(shù)，以右線前100環(huán)隧道掘進進行分析，該段地質(zhì)條件復(fù)雜，上部主要為淤泥，中部為卵礫石，下部為風(fēng)化巖，屬上軟下硬復(fù)合地層，地質(zhì)剖面如圖1所示。
根據(jù)鉆探揭示的地層結(jié)構(gòu)特征，本標(biāo)段的地下水類型主要為松散巖類孔隙水（孔隙潛水、微承壓水）和基巖裂隙水，本段卵礫石層中含承壓水。
2.2工程地質(zhì)評價及對盾構(gòu)掘進影響
該段隧道埋深較淺，隧道掘進地層屬上軟下硬復(fù)合地層，夾雜的卵礫石層為富水地層，且卵礫石強度較高，地質(zhì)條件極差，對盾構(gòu)掘進主要影響為：
（1）盾構(gòu)掘進緩慢，掘進方向易發(fā)生偏差
該段開挖面底部巖層多為中風(fēng)化、強風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，開挖面混雜大量卵礫石。在軟硬不均的地層中掘進時，推力和扭矩變化較大，盾構(gòu)主機有著向地層較軟一側(cè)偏移的慣性， 特別是當(dāng)盾構(gòu)機需要向硬巖一側(cè)調(diào)線時，姿態(tài)將更難控制，甚至造成盾構(gòu)機“卡殼”。
（2）刀具磨損嚴(yán)重，但開艙換刀風(fēng)險高
開挖面上部的粘性土層粘粒含量高， 掘進參數(shù)控制不當(dāng)極易造成刀盤結(jié)泥餅，造成滾刀偏磨，加之在中、微風(fēng)化巖層中掘進滾刀磨損嚴(yán)重，加劇了刀具的損耗，甚至崩裂刮刀，開艙換刀的幾率大大高于在均質(zhì)土層中換刀的幾率。
（3）噴涌嚴(yán)重，清碴量大
在開挖面④-4e-2卵礫石層中卵礫石含量超過50%，礫石層中混含粉質(zhì)粘土，黏土中小顆粒的組分含量較多， 而介于其中的顆粒成分則較少。 這種獨特的組分特征， 使其既具有砂土的特征，亦具粘性土特征，同時也為小顆粒從大顆粒的孔隙中涌出提供可能性。加之卵礫石層裂隙水發(fā)育，富含微承壓水，巖層中補勘經(jīng)常出現(xiàn)漿液流失現(xiàn)象因此，當(dāng)盾構(gòu)掘進參數(shù)控制不當(dāng)時，螺旋出土器會出現(xiàn)涌水、涌碴情況，每環(huán)掘進都要花費大量的人力、 物力及寶貴的時間來清理碴土。
3.選用施工參數(shù)及效果分析
3.1 土壓力
土壓平衡控制的要點就是維持開挖面穩(wěn)定，確保土倉內(nèi)的土壓力平衡開挖面的地層土壓力和水壓力。根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》，綜合考慮圍巖分級，埋深及周邊環(huán)境，右線前100環(huán)隧道土壓力設(shè)定值P0按淺埋隧道計算。
設(shè)定土壓力值P0應(yīng)控制在以下范圍內(nèi)：（水壓力+主動土壓力）
3.1.1 靜止土壓力計算
在淺埋隧道中，靜止土壓為原狀的天然土體中，土處于靜止的彈性平衡狀態(tài)，這時的土壓力為靜止土壓力。在任一深度 處，土的鉛垂方向的自重應(yīng)力 為最大主應(yīng)力，而水平應(yīng)力 為最小主應(yīng)力。
（公式1）
（公式2）
式中 ――側(cè)向土壓力系數(shù)， ；
――巖體的泊松比。
3.1.2 主動土壓力與被動土壓力計算
在淺埋隧道的施工過程中，由于施工的擾動，改變了原狀的天然土體的靜止的彈性平衡狀態(tài)，從而使刀盤前方土體產(chǎn)生主動或被動土壓力。
根據(jù)盾構(gòu)機的特點及盾構(gòu)機施工的原理，結(jié)合我國鐵路隧道設(shè)計施工的具體經(jīng)驗，施工采用朗金理論計算主動土壓力與被動土壓力。
當(dāng)盾構(gòu)機推力偏小，土體處于向下滑動的極限平衡狀態(tài)，具體如下圖所示：
此時土體內(nèi)的豎直應(yīng)力相當(dāng)于大主應(yīng)力，水平應(yīng)力相當(dāng)于小主應(yīng)力。水平應(yīng)力為維持刀盤前方的土體不向下滑移需要的最小土壓力，即土體的主動土壓力。畫出土體的應(yīng)力圓，此時水平軸上處的E點與應(yīng)力圓在抗剪強度線切點M的連線和豎直線間的夾角為破裂角。由圖3可知：
式中 ――深度為z處的地層自重應(yīng)力；
――土的粘著力；
――地層深度；
――地層內(nèi)部摩擦角。
當(dāng)盾構(gòu)機的推力偏大，土體處于向上滑動的極限平衡狀態(tài)，具體如下圖4所示：
此時刀盤前方的土壓力 相當(dāng)于大主應(yīng)力 ，而豎向應(yīng)力 相當(dāng)于小主應(yīng)力 。畫出土體的應(yīng)力圓，當(dāng)應(yīng)力圓與抗剪強度線相切時，刀盤前方的土體被破壞，向前滑移。此時作用在刀盤上的土壓力 即土體的被動土壓力。
破裂角 由圖可知：
式中 ――深度為z處的地層自重應(yīng)力，
――土的粘著力；
――地層深度；
――地層內(nèi)部摩擦角。
3.1.3 地下水壓力計算
當(dāng)?shù)叵滤桓哂谒淼理敳浚捎诘貙又锌紫兜拇嬖冢瑥亩纬蓚?cè)向地下水壓。地下水壓力的大小與水力梯度、滲透系數(shù)、滲透速度以及滲透時間有關(guān)。
在掘進過程中，由于刀盤并非完全開口，而是中間有70%～80%的支擋結(jié)構(gòu)，隨著刀盤的不斷往前推進，土倉內(nèi)的壓力介于原始的土壓力值附近。加上水在土中的微細孔中流動時的阻力。故在掘進時地層中的水壓力可以根據(jù)地層的滲透系數(shù)進行酌情考慮。
3.1.4 預(yù)備壓力
由于施工存在許多不可遇見的因素，致使施工土壓力小于原狀土體中的靜止土壓力。按照施工經(jīng)驗，在對沉降要求比較嚴(yán)格的地段計算土壓力時，通常在理論計算的基礎(chǔ)之上再考慮10～20kPa的壓力作為預(yù)備壓力。
3.1.5 土壓力與地面沉隆關(guān)系分析
依據(jù)統(tǒng)計圖可以看出，前期土倉壓力設(shè)置較小，地面累計沉降值較大，最大為-85.1mm，后期土倉壓力設(shè)置在0.9～1.2bar，地面累計沉降得到了控制，尤其是55環(huán)以后，地面累計沉降控制在23mm以內(nèi)，滿足了規(guī)范要求。
3.2 掘進速度、刀盤轉(zhuǎn)速與地表沉降關(guān)系
依據(jù)統(tǒng)計圖，地面累計沉降量從最大的-85.1mm，變化至最小-5.2mm，而掘進速度一直控制在20～30mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.2～1.5rpm，可見地面累計沉降量與掘進速度、刀盤轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系不明顯。
3.3 盾構(gòu)機總推力、刀盤扭矩與地表沉降關(guān)系
依據(jù)統(tǒng)計圖，地面累計沉降量從最大的-85.1mm，變化至最小-5.2mm，而盾構(gòu)總推力絕大部分在1500t上下浮動，刀盤扭矩在3000kN?m上下浮動，可見地面累計沉降量與盾構(gòu)總推力、刀盤扭矩之間的變化關(guān)系也不是很明顯。
3.4 同步注漿壓力、注漿量與地表沉降關(guān)系
盾構(gòu)機1-10環(huán)掘進施工時，因注漿設(shè)備故障，同步注漿不及時，加上地面有100t的水泥罐和粉煤灰罐各一個，地面荷載較大，導(dǎo)致前15環(huán)隧道軸線正上方地面累計沉降過大，DK21+685處累計沉降量達85.1mm，通過對注漿量及注漿壓力的反復(fù)調(diào)整， 55環(huán)以后，地面累計沉降量均控制在23mm以內(nèi)，達到設(shè)計及規(guī)范要求。
4 最終參數(shù)確定
通過對城鳳區(qū)間右線盾構(gòu)前100環(huán)的掘進數(shù)據(jù)的統(tǒng)計及成型管片的檢查，對前100環(huán)的總結(jié)如下：
（1）盾構(gòu)機在上部為粉質(zhì)粘土（淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土）、下部為中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖中掘進時，其參數(shù)設(shè)置如下：
（2）穿越C20混凝土素墻的參數(shù)設(shè)置如下：
（3）同步注漿配合比
根據(jù)施工前所做的幾組配合比，在盾構(gòu)掘進中進行了比試，優(yōu)化出滿足使用要求的配比，最終的使用配比。
（4）針對管片出現(xiàn)的滲漏、破損等現(xiàn)象，編制專項方案，及時安排人員進行修補和堵漏。
5 施工成果檢查
（1）推進速度
在2月10日-3月5日摸索期間，盾構(gòu)機推進速度極不均勻，約為10-40mm/min，經(jīng)過不斷調(diào)整施工參數(shù)，約第55環(huán)后，盾構(gòu)推進速度均勻，達到35mm/min左右，推力，扭矩均與速度匹配，并未出現(xiàn)嚴(yán)重的噴涌和結(jié)泥餅現(xiàn)象。
（2）管片滲漏水情況
部分管片出現(xiàn)環(huán)縫滲水、縱縫滲水、螺栓連接孔處滲水等現(xiàn)象。具體統(tǒng)計見表5如下：
對管片滲漏水情況主要采取二次注漿，通過管片中部的注漿孔進行二次補注漿，補充一次注漿未填充部分和體積減少部分，從而減少盾構(gòu)機通過后土體的后期沉降，提高止水效果。
二次注漿使用專用的注漿泵，注漿前鑿穿外側(cè)保護層，安裝專用的注漿接頭。二次注漿采用水泥漿，注漿壓力為0.5MPa。
（3）管片錯臺
對管片錯臺進行了統(tǒng)計，最大錯臺達到1.7cm。通過錯臺分析，得出管片錯臺出現(xiàn)的部位是由于盾構(gòu)掘進姿態(tài)、推力不均及管片選型不理想造成，因此，我們對盾構(gòu)施工人員進行專門的知識培訓(xùn)，并提供了施工人員的質(zhì)量意識，盡量避免由于人為原因引起的問題。
（4）盾構(gòu)姿態(tài)
對前100環(huán)的盾構(gòu)姿態(tài)統(tǒng)計見圖10，圖11。
通過統(tǒng)計表可以看出，切口位置與鉸接位置的偏差值均控制在經(jīng)驗值±50mm范圍內(nèi)，保證了成型管片的質(zhì)量。
（5）成型隧道中線偏差
對成型的管片進行了人工復(fù)測，管片每拼裝5環(huán)復(fù)核一次，其結(jié)果見圖12如下：
通過對人工復(fù)測管片的數(shù)據(jù)檢查分析，發(fā)現(xiàn)成型的管片隧道中心線高程最大偏差為38mm，隧道中心線平面最大偏差為66mm，均滿足《盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范》成型隧道±100m的要求，說明盾構(gòu)姿態(tài)控制良好。
（6）沉降觀測
在右線100環(huán)試推進施工期間，對周邊地表沉降、周邊建筑物沉降、地下管線沉降、隧道凈空收斂等項目進行了監(jiān)測。通過對施工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，周邊建筑物沉降、地下管線沉降、隧道凈空收斂均未超過報警值，周邊地表沉降監(jiān)測點中累計沉降最大的點為DB01-02，累計最大沉降值為-85.1mm，日沉降最大變化值-22.3mm，目前該點地表沉降已趨于穩(wěn)定。2月15日開始試掘進，推進到3月4號時，根據(jù)前期的施工參數(shù)，優(yōu)化了設(shè)置掘進參數(shù)，地表沉降得到了很好控制，55環(huán)以后的掘進，日沉降量和累計沉降量均控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。
5 結(jié)束語
城西路站-鳳凰大街站區(qū)間地質(zhì)條件復(fù)雜，可借鑒的施工案例較少，且不同的盾構(gòu)機施工參數(shù)確定方法不盡相同。在復(fù)合地層中，根據(jù)地層及盾構(gòu)機的特點，首先通過理論計算，然后結(jié)合實際推進情況及時調(diào)整施工參數(shù)，最后根據(jù)一系列的統(tǒng)計圖表得出最終的施工參數(shù)的方法，在實際施工中證實科學(xué)可靠，在復(fù)合地層盾構(gòu)施工項目中，具有一定的借鑒作用。
參考文獻
[1]陳饋、洪開榮、吳學(xué)松.盾構(gòu)施工技術(shù)[M]，北京：人民交通出版社，2009：153-158.
關(guān)鍵字：盾構(gòu)；穿越；特殊地段；控制措施
Abstract: On the background of shield construction of subway sectional tunnel, and through the author’s personal experience, the paper elaborates on the tough controlling points of special sections like bridges, rivers, mass municipal tubes, residential clusters, when tunneling with shield method. And combining with actual situation of construction, it states controlling measures, such as organization, techniques, safety, for shield tunneling at special sections.
Key words: shield method; tunneling; special sections; controlling measures
中圖分類號：TU71文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：
引言
盾構(gòu)施工，以自動化程度高、勞動強度低、施工速度較快、交通影響小在城市軌道交通建設(shè)中占據(jù)著不可動搖的位置。伴隨著各大城市地下交通的飛躍發(fā)展，盾構(gòu)施工技術(shù)也日漸成熟。充分的事前分析，嚴(yán)格的事中控制，科學(xué)的事后總結(jié)，有利于將盾構(gòu)風(fēng)險降到最低，實現(xiàn)盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展。雖然不同城市，都會遇到類似的問題，但是，不同城市的地質(zhì)、水文狀況，也隨之帶來了不同的困難。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕し桨福咚刭|(zhì)的操作人員等將會為盾構(gòu)的順利推進提供保障。以下內(nèi)容結(jié)合作者的親身經(jīng)歷，闡述了盾構(gòu)穿越特殊地段的控制要點，如有不妥之處，還請指正。
1.工程概況
某盾構(gòu)區(qū)間（為方便，稱之為A-B區(qū)間）是某城市軌道交通的重要組成部分，自得A站出站后以R=350m沿某路右拐穿過河流、住宅區(qū)；接著以R=350m右拐穿過住宅后進入北京路；然后沿某路右線以R=1000m先左拐后又以R=1200m右拐，左線以R=1200m左拐后到達B站。
本項目盾構(gòu)區(qū)間將以復(fù)雜的線形，在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，穿越復(fù)雜的施工環(huán)境。其中盾構(gòu)區(qū)間下穿河流、下穿既有地鐵隧道等工況在某城市軌道交通建設(shè)中均屬首例，尚無成功經(jīng)驗可以借鑒，施工風(fēng)險極高、技術(shù)難度極大。
2.特殊地段概況及風(fēng)險點
2.1盾構(gòu)穿越河流橋梁
區(qū)間左線在DK11+758.314～DK11+787.038、右線在DK11+758.714～DK11+791.111范圍下穿河流，左線穿越長度為28.7m，右線穿越長度為32.4m，隧頂距河床底最小覆土厚度5.9m。某橋沿東西方向橫跨河流，為某市保護建筑。其中西邊橋頭最南端樁基距離盾構(gòu)隧道僅0.886m，對得勝橋的保護是盾構(gòu)區(qū)間施工的重點。
圖1隧道與橋樁位置關(guān)系圖
2.2盾構(gòu)下穿大型管網(wǎng)
環(huán)～得區(qū)間左、右線分別在DK12+124.838～DK12+137.238、DK12+118.497～DK12+130.897處下穿排污管網(wǎng)。排污管網(wǎng)為地下暗河，是主要的排污干渠。暗河頂部為磚砌拱形蓋板，蓋板頂部距地面不足1m，下部無任何基礎(chǔ)。盾構(gòu)下穿位置隧頂至暗河定凈距約16.46m，若因擾動過大或出土超量造成磚拱蓋板坍塌，將直接威脅地表道路及鄰近建筑的安全。
圖2隧道與管網(wǎng)關(guān)系圖
2.3盾構(gòu)下穿房屋建筑
從A站始發(fā)后側(cè)穿、下穿10處住宅樓；然后橫穿道路，進入住宅小區(qū)，共下穿4處住宅樓；最后進入大型道路，近距離側(cè)穿或下穿10處樓房和1座人行天橋。整個區(qū)間左右線共計穿越建筑物28處，多為年代久遠、基礎(chǔ)較差的磚混結(jié)構(gòu)。在盾構(gòu)穿越過程中確保地面建筑物的安全是本項目盾構(gòu)施工的重點。
3.風(fēng)險管理措施
3.1組織保證措施
為了加強區(qū)間盾構(gòu)下穿特殊地段施工的組織和技術(shù)管理措施，施工單位成立了以項目經(jīng)理為組長的“下穿特殊地段現(xiàn)場工作小組”，對特殊地段盾構(gòu)下穿作業(yè)行使管理職責(zé)。對具體施工操作人員進行調(diào)整和充實，增加富有施工經(jīng)驗的、責(zé)任心強的優(yōu)秀施工人員。在穿越前對全體施工人員進行全面詳細的技術(shù)交底和施工管理交底，切實落實各項技術(shù)措施，做到信息暢通。在施工過程中，現(xiàn)場工作小組24 小時值班，隨時對特殊地段的構(gòu)（建）筑物監(jiān)測結(jié)果進行分析，并及時向領(lǐng)導(dǎo)小組匯報。
3.1.1人員配備
在下穿特殊地段的過程中將配備足夠的管理人員、技術(shù)人員、現(xiàn)場施工人員、后配套維修保養(yǎng)人員、地面監(jiān)控人員、監(jiān)測人員、地表巡視人員以及突況應(yīng)急人員。隧道內(nèi)人員與地面人員通過電話進行聯(lián)絡(luò)，地面管理人員及時將監(jiān)測信息及參數(shù)設(shè)定指令傳達給隧道內(nèi)的施工人員，隧道內(nèi)施工人員及時將施工情況、掘進參數(shù)等反饋給地面管理人員，達到實時優(yōu)化施工參數(shù)的效果。
3.1.2技術(shù)準(zhǔn)備
在近接特殊地段之前，對所有施工人員進行技術(shù)交底及施工組織交底，在試驗段、穿越段、保護段施工期間分期對關(guān)鍵工序施工人員進行技術(shù)交底及施工組織交底。使每一個參加施工的工作人員時刻清楚了解盾構(gòu)與特殊地段之間的相對位置以及不同地段所采取的盾構(gòu)穿越施工流程、技術(shù)措施、掘進參數(shù)。在盾構(gòu)操作室和工區(qū)辦公室張貼相關(guān)技術(shù)交底、盾構(gòu)穿越流程及重點控制措施。
3.1.3物設(shè)保障
穿越特殊地段之前對盾構(gòu)機及龍門吊、電瓶車等后配套設(shè)備進行一次徹底的檢修，并對易損壞的零部件進行清查和備貨，對不常用的配件提前聯(lián)系供貨渠道。保證盾構(gòu)機及后配套設(shè)備在穿越特殊地段的過程中一旦發(fā)生設(shè)備故障可以在第一時間維修解決。同時聯(lián)系盾構(gòu)機供應(yīng)商，要求其在盾構(gòu)下穿特殊地段期間全力提供技術(shù)支持，當(dāng)盾構(gòu)機發(fā)生現(xiàn)場維修人員無法解決的疑難故障時在短時間內(nèi)到達施工現(xiàn)場，及時解決問題。
在施工現(xiàn)場提前配備充足的注漿設(shè)備及材料，保證同步注漿、二次注漿、盾體徑向注漿的正常進行。
儲備足夠數(shù)量的膨潤土和碴良劑，保證碴良能夠持續(xù)正常進行。
儲備足夠的應(yīng)急物資并單獨存放，保證發(fā)生險情時可以立刻到達搶險現(xiàn)場并投入使用。
3.2穿越前準(zhǔn)備措施
3.2.1實地勘察
在穿越前，我單位派遣相關(guān)技術(shù)人員、盾構(gòu)操作人員對特殊地段進行實地踏勘，以了解其的現(xiàn)狀，尤其是確切位置及目前的狀況。
3.2.2技術(shù)交底
在穿越前，對所有施工人員進行施工技術(shù)和安全交底。使每一個參加施工的工作人員清楚了解盾構(gòu)與特殊地段之間的相對位置以及應(yīng)當(dāng)采取的不同技術(shù)措施。
關(guān)鍵詞 盾構(gòu)隧道 盾構(gòu)機 施工技術(shù)
1 工程概況
客-大(客村至大塘)區(qū)間為兩條平行的分離式單線圓形盾構(gòu)隧道,左右線總長為3076.93m(其中盾構(gòu)隧道長3016.93m),共設(shè)3個聯(lián)絡(luò)通道、1個泵房、1個中間風(fēng)井及左右線擴大段礦山法隧道、8個接口洞門。 客-大區(qū)間圓形隧道外徑6.0m,內(nèi)徑5.4m,管片厚度300mm,管片寬度1.5m,分塊數(shù)為6塊,采用錯縫拼裝。環(huán)間采用三元乙丙橡膠止水條止水,同步注漿填充管片與地層空隙。管片混凝土強度等級為C50,抗?jié)B等級不小于S12。
該區(qū)間隧道沿線建筑物密集,有170多棟樓房,其中確定房屋樁基底到隧道頂面之距小于3m的共有14座。 區(qū)間YCK8+230至YCK8+668.4段圍巖主要為全風(fēng)化和可塑至硬塑狀殘積層,圍巖級別為Ⅰ～Ⅱ級,土層自穩(wěn)能力較好,但強度較低,且隧道埋深較淺,整體穩(wěn)定性相對較差。
盾構(gòu)隧道采用一臺海瑞克Φ6.25m復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機從大塘站北端頭右線盾構(gòu)工作井下井拼裝始發(fā),向北掘進,在客-大區(qū)間暗挖段洞室內(nèi)調(diào)頭后,返回向南掘進左線,在大塘站北端頭盾構(gòu)工作井解體吊出。盾構(gòu)隧道掘進過程示意見圖1。
本工程的主要特點和難點是盾構(gòu)在密集建筑群下的推進和盾構(gòu)機在暗挖地下洞室內(nèi)的調(diào)頭。
客-大區(qū)間盾構(gòu)施工場地分為兩個階段,右線施工為第一個階段,施工場地在大塘站北部;左線施工為減小軌道運輸?shù)倪\距和便于附屬結(jié)構(gòu)施工,將盾構(gòu)場地轉(zhuǎn)至客-大暗挖區(qū)間的施工豎井場地。2 客-大區(qū)間盾構(gòu)施工的總結(jié)與探討
在客-大區(qū)間盾構(gòu)施工過程中,針對工程的特點、地質(zhì)情況和現(xiàn)有的施工技術(shù)水平,借鑒兄弟單位的成功經(jīng)驗,認真研究優(yōu)化,提出并實施了不少的成功的方案。
2.1 盾構(gòu)機
2.1.1 盾構(gòu)機的選型原則
盾構(gòu)機是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵,一般的選型原則是要適合隧道設(shè)計的特點、地質(zhì)特點、環(huán)境特點,選型要有針對性。但是一臺盾構(gòu)機價值幾千萬元人民幣,又有10km的壽命,對施工區(qū)域廣闊的 企業(yè) ,在選型時不能僅看到眼前的項目,還要應(yīng)對可能出現(xiàn)變化的條件(尤其是地質(zhì)變化),所以,盾構(gòu)機的主要技術(shù)參數(shù)選擇要考慮一定的通用性。 海瑞克盾構(gòu)機在廣州軌道交通二號線工作良好,成為首選。客-大區(qū)間盾構(gòu)經(jīng)過2.5km的掘進,其主要技術(shù)性能、參數(shù)基本滿足施工要求,但對付硬巖很困難。隨著施工中的體會和廣泛了解,海瑞克盾構(gòu)機還存在許多需改進的地方。
(1)盾構(gòu)機的推力和刀盤的扭矩 刀盤的扭矩設(shè)計為4500kN·m,脫困扭矩為5300kN·m。實際使用中,在軟巖、軟硬不均地層中,常有超過設(shè)定扭矩值而自動停機的問題。尤其在采用土壓平衡模式粘性土層中掘進時,扭矩也很大,經(jīng)常超過設(shè)定值。
從 目前 使用情況來看,推力與扭矩的設(shè)置是不匹配的,即推力可減小,扭矩還應(yīng)適當(dāng)增加,應(yīng)詳細地 計算 驗證,修正設(shè)計。
(2)刀盤的轉(zhuǎn)速
按海瑞克的設(shè)計,刀盤的轉(zhuǎn)速設(shè)定為兩檔,低檔為0～3r/min,高檔為3～6r/min。使用高檔(3～6r/min)是通過加大液壓油流量來實現(xiàn)的,從而影響了機械壽命和設(shè)計強度。實踐證明,刀盤轉(zhuǎn)速只需要3r/min以下就可以滿足施工要求。
(3)刀盤與刀具
①刀盤的開口率
客-大盾構(gòu)機刀盤的開口率不能變化,且中心區(qū)開口率小,不適應(yīng)有粘性軟土地層的需要,易形成泥餅。拉瓦特、海瑞克都已制造了開口率可調(diào)的盾構(gòu)機,不僅能適應(yīng)各種地層的掘進,而且為在不良地層下?lián)Q刀提供了一定的安全保障。
②單刃滾刀、雙刃滾刀及刀間距
海瑞克的雙刃滾刀設(shè)計從實踐看來對付40MPa以上的巖石已十分困難。雙刃滾刀要同時破200mm左右范圍的巖石,肯定不如單刃滾刀破100mm范圍巖石的效果好。在軟硬不均的巖層中,應(yīng)采用單刃滾刀及相應(yīng)的刀盤設(shè)計,刀間距應(yīng)取85mm左右。
(4)變頻電機直接傳動和液壓傳動
海瑞克采用液壓傳動,但隨著變頻技術(shù)的日益完善,采用變頻電機直接傳動比液壓傳動優(yōu)點多,首先是變頻電機直接傳動的機械效率高;其次可以減少發(fā)熱環(huán)節(jié),減少冷卻水用量,減小噪音,且使用維護相對簡單,所以應(yīng)選擇變頻電機直接傳動。
(5)便于操作維修的人性化設(shè)計
威爾特、小松盾構(gòu)機在通道、管片拼裝工作臺的設(shè)計上大大優(yōu)于海瑞克,人員可以直接在通道上從操作室到盾體前部。
(6)注漿系統(tǒng)
注漿系統(tǒng)要保持同步,二次注漿設(shè)備也應(yīng)設(shè)計在后拖臺車上,并要求在不影響正常掘進的情況下,可以進行二次注漿施工。
以上僅就盾構(gòu)機的一些問題進行 分析 ,結(jié)論是:海瑞克應(yīng)做出設(shè)計理念的清理和設(shè)計方案的改進。
2.1.3 盾構(gòu)機的國產(chǎn)化與零部件的代用
盾構(gòu)機應(yīng)有大量的結(jié)構(gòu)部件可國產(chǎn)化,現(xiàn)已國產(chǎn)化的絕大部分是鋼結(jié)構(gòu)件,對于許多泵(如泡沫泵、膨潤土泵等)及液壓管路、空壓機、皮帶輸送機,國內(nèi)已有成熟的電器設(shè)備、零部件可直接代用,但國產(chǎn)刀具還需進一步研究。輔的螺栓、擋板進口一件動輒幾百元,而代用自制產(chǎn)品僅幾十元。
2.1.4 盾構(gòu)機的保養(yǎng)與維修
做好盾構(gòu)機的保養(yǎng)與維修是保證盾構(gòu)機正常工作,尤其是保證盾構(gòu)機使用壽命的關(guān)鍵。建立強制保養(yǎng)制度十分重要,但根本的保證是要培養(yǎng)一班穩(wěn)定的熟練維修保養(yǎng)人員,包括技術(shù)干部和技術(shù)工人。
2.2盾構(gòu)施工的主要配套設(shè)備
2.2.1施工平面設(shè)計是配套設(shè)備選型的前提
關(guān)鍵設(shè)備龍門吊的起重能力、跨距、提升高度、卸土方向及方式是決定龍門吊設(shè)計和造價的重要參數(shù)。客-大盾構(gòu)始發(fā)井洞口大且長,周圍還有風(fēng)亭和出入口,平面布置給龍門吊設(shè)計和造價帶來很大的影響,功能復(fù)雜、造價高、故障率也高。管片擺放、下井的位置也影響管片龍門吊或汽車吊的配置。
管片進場擺放既要便于管片運輸車的進場卸貨,又要便于及時選擇管片的點位和下井。
實踐證明,平面布置應(yīng)以盡量減小提升土斗龍門吊的壓力為原則,由此才能保證掘進進度。
2.2.2 運輸方案的選擇與機車車輛的配置
采用一列車將一環(huán)碴土運完,并足量供應(yīng)同步注漿漿液等輔助材料,有利于快速掘進。但要求盾構(gòu)機后配套,即皮帶運輸機要足夠長,機車牽引力足夠(因為地鐵線路縱坡一般較大),機車、車輛制動性能良好。
實踐證明,采用兩列車裝完一環(huán)碴土的方案只要安排合理,各項工作穿行,總體講不會影響進度。這樣,可以選擇小噸位的機車,能減少投資。機車、碴車編組,還有許多方案可設(shè)計,如保證不間斷掘進“雙機車分部牽引方案”等,應(yīng)進一步研究。
2.2.3 漿液拌合設(shè)備
對同步注漿漿液的拌合設(shè)備及配套設(shè)施一定要符合環(huán)保要求,事后采用措施效果不佳。本項目因轉(zhuǎn)場后環(huán)保要求高,只能增加一輛運輸車,將經(jīng)初拌的潮料運至場內(nèi)加水二次拌合。
2.2.4 管片模具的選型 采用左、右轉(zhuǎn)和標(biāo)準(zhǔn)三類管片,對寬管片擬合曲線及糾偏均有利,封頂塊也在上部,但要注意左右轉(zhuǎn)環(huán)的模具及產(chǎn)量要大于用于曲線擬合的數(shù)量,以供糾偏時使用。
2.3輔助添加材料
2.3.1泡沫劑、膨潤土泥漿
基本功用是改良土體,在粘性土中對防止泥餅形成等有很好的效果,泡沫劑并非法國的就好。在軟、硬不均的巖層中掘進,適當(dāng)添加泡沫或澎潤土泥漿,能起到冷卻、的作用,有助于減少刀具磨損。
2.3.2 盾尾油脂
要達到相當(dāng)?shù)恼扯?以能抗衡地層土水壓力、注漿壓力,質(zhì)量不能含糊,國產(chǎn)的盾尾油脂完全能用。要特別注意,在始發(fā)前一定要將尾刷內(nèi)的油脂徹底填滿,日常的自動加注也要經(jīng)常檢查,保護尾刷,保證盾尾密封。
2.4 盾構(gòu)掘進的主要施工方案
2.4.1 盾構(gòu)在軟巖地段的掘進 該地層的掘進,要在保證注漿量的前提下,控制好土艙壓力,盡量做到快速均衡施工。要加強地面沉降監(jiān)測,監(jiān)測數(shù)據(jù)要及時反饋到盾構(gòu)機操作室,以調(diào)整掘進參數(shù),確保安全可靠掘進。
客-大區(qū)間盾構(gòu)由于施工控制嚴(yán)格,提前做出預(yù)測,實行了信息化施工,在建筑群下軟土層的掘進中,無坍塌,隆降控制在+5mm～-15mm之間,確保了環(huán)境安全。
在粘性土中掘進特別要注意防止泥餅的形成,采取加泡沫、設(shè)定合適的略低的土艙壓力、適當(dāng)控制推進速度和推力等措施是有效的。
2.4.2 盾構(gòu)在硬巖地段的掘進 在該地層掘進首要的是保護刀具、刀盤,要強制性地對刀具、刀盤按時進行檢查,適時更換、修復(fù)。
在硬巖富水地層,管片上浮是一種較為普遍的現(xiàn)象。采取改進同步注漿漿液的配合比、縮短漿液初凝時間、足量注漿是防止管片上浮的主要措施,同時加密管片姿態(tài)的測量頻率,根據(jù)測量結(jié)果,適當(dāng)將盾構(gòu)機姿態(tài)壓低于設(shè)計軸線,補償因管片上浮對軸線的偏離。
2.4.3盾構(gòu)在軟硬不均地層中的掘進
在軟硬不均地層中掘進,為保護盾構(gòu)及其刀具,不宜追求太高的施工進度。在此地層中掘進必須控制掘進參數(shù),推力不宜太大,刀盤轉(zhuǎn)速不宜太快(一般為1.0r/min左右),刀具貫入量不宜太深(一般為5mm/轉(zhuǎn))。同時掘進期間要經(jīng)常、有計劃地檢查刀具、刀盤狀況。
2.4.4 同步注漿的控制
同步注漿首先要把握好漿液配合比,否則容易造成堵管現(xiàn)象(表1)。 在軟土區(qū)應(yīng)以控制注漿量為準(zhǔn),在硬巖區(qū)應(yīng)以注漿壓力為主要控制參數(shù)。對制漿、運輸過程的管理要到位,注漿手要精心操作,發(fā)生堵管要采取措施及時疏通,不能大意。
2.4.5管片的選型和拼裝
盾構(gòu)機VMT系統(tǒng)能預(yù)測5環(huán)擬拼裝管片的型號和點位,但施工中不要完全照辦,還要本著糾偏不能過急的原則,并考慮現(xiàn)場所存放各類管片的數(shù)量,確定管片型號的選擇。
管片拼裝是質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié),不必太快,拼裝機操作手是關(guān)鍵,環(huán)向螺拴應(yīng)注意緊固。因推進千斤頂分為四組,在盾構(gòu)機推進時一定要把握各組推力不要相差過大。
2.5輔助施工方案
2.5.1盾構(gòu)井端頭加固方案2.5.2 建筑物保護方案 廣州市地下鐵道設(shè)計 研究 院提供了建筑物保護設(shè)計方案,根據(jù)其檢算結(jié)果,結(jié)合實際情況,我們對原方案做了較大的改進:僅對東風(fēng)二小學(xué)教學(xué)樓采用樁基托換,其它房屋的樁基采用筏板托換加固的辦法,筏板厚度為0.4m,使原有樁基與筏基形成聯(lián)合基礎(chǔ),提高房屋基礎(chǔ)的承載力,同時利用筏板基礎(chǔ)的剛度調(diào)整地層不均勻變形的應(yīng)力。
采用改進的方案施工,盾構(gòu)機通過后地層沉降全部控制在容許范圍內(nèi),房屋未出現(xiàn)異常現(xiàn)象,達到了加固效果,降低了成本。
2.5.3 始發(fā)期間運輸方案的優(yōu)化
設(shè)計方案是使用臨時出土口進行出碴進料,但臨時出土口為兩盾構(gòu)單位共同使用,牽扯兩個單位的協(xié)調(diào)和設(shè)備的租賃。提出始發(fā)運輸?shù)母倪M方案,采用從車站北端左線盾構(gòu)井口出土,即右線掘進時布置一道岔,把列車轉(zhuǎn)到左線北端頭出土口進行出碴進料。這樣既保證了進度,還省去租用一個月40t龍門吊及分擔(dān)軌底梁的費用,也為地鐵車站設(shè)計中是否設(shè)置臨時出土口提供 參考 。
2.5.4 盾構(gòu)機通過中間風(fēng)井的礦山法隧道方案
盾構(gòu)機通過中間風(fēng)井礦山法隧道采用拼裝臨時管片的方案。盾構(gòu)機到達前,在礦山法隧道按盾構(gòu)機的設(shè)計位置澆筑弧形導(dǎo)臺,以作為盾構(gòu)機的支撐平臺和滑行軌道。
2.5.5 盾構(gòu)機在地下洞室的調(diào)頭
由于三號線在客村站以南設(shè)有與二號線的聯(lián)絡(luò)線及折返線,其隧道斷面變化大,用暗挖法施工。因此,盾構(gòu)機不能在客村站內(nèi)調(diào)頭或吊出,采用了在暗挖段特設(shè)的擴大洞室內(nèi)進行盾構(gòu)機調(diào)頭。
為此,對方案進行了深入的研究、優(yōu)化。按照最終確定的方案,在2004年元月至2月順利地完成了地下洞室內(nèi)的調(diào)頭。其方案如下:
(1)盾構(gòu)機主體在擴大的地下洞室內(nèi)調(diào)頭。
(2)后拖臺車?yán)冒低趨^(qū)間豎井及右線的大斷面隧道調(diào)頭并轉(zhuǎn)至左線。
(3)經(jīng)反復(fù) 分析 ,多次與業(yè)主、暗挖承包商聯(lián)絡(luò)協(xié)調(diào),在調(diào)頭的同時,進一步實施了轉(zhuǎn)場方案,即在盾構(gòu)機調(diào)頭后將原設(shè)在大塘站的龍門吊等場內(nèi)設(shè)備移至客村暗挖豎井場地,從暗挖區(qū)間的豎井出土、進料、通風(fēng)、供電、給排水。轉(zhuǎn)場后,為左線掘進、后續(xù)附屬工程施工、保證工期都創(chuàng)造了良好的條件,同時減少資金投入,降低了成本。
3 總 結(jié)
(1)盾構(gòu)法施工是一個系統(tǒng)性很強的工程,其施工技術(shù)方案的確定,一定要從土建、機械、安全、 經(jīng)濟 各個方面綜合權(quán)衡,認真比選。唯有統(tǒng)籌安排,才能確保盾構(gòu)安全、快速、均衡的施工,成本才能得到有效控制。
(2)盾構(gòu)法施工要充分掌握和判斷地質(zhì)情況,以此作為選擇適宜的盾構(gòu)機型、合理的掘進模式和掘進參數(shù)的依據(jù)。要規(guī)范地、切實地實行信息化施工,對盾構(gòu)法施工是既有條件又非常必要。
(3)盾構(gòu)法施工管理要以盾構(gòu)機為中心,作為盾構(gòu)法施工的關(guān)鍵設(shè)備,除了選擇合適的盾構(gòu)機外,還要對盾構(gòu)機進行 科學(xué) 管理、維護、保養(yǎng),讓其發(fā)揮最大的生產(chǎn)效率。
(4)盾構(gòu)法施工要充分重視施工場地的設(shè)計布置與配套設(shè)備的配置與管理,這些往往是影響進度的重要因素。
(5)盾構(gòu)法施工歸根結(jié)底是要“以人為本”,加強培訓(xùn)、精心操作、悉心體會,遇到 問題 時才能準(zhǔn)確判斷、及時處理。
參考 文獻
運用盾構(gòu)法進行地鐵施工時，會出現(xiàn)各種各樣的問題。例如：北京地鐵四號線采用盾構(gòu)法施工時經(jīng)過砂卵石地區(qū)，滾刀磨損嚴(yán)重；上海地鐵施工時土壤敏感度較高，盾構(gòu)施工過程中土壓力不平衡問題常常出現(xiàn)等。近年來，隨著地鐵盾構(gòu)施工的廣泛應(yīng)用，更多問題暴露了出來。例如，地鐵盾構(gòu)施工過程中控制室的熱平衡問題，施工所引起的地表沉降問題，施工完成后所產(chǎn)生的盾構(gòu)管片上浮問題等。
各個城市地鐵發(fā)展現(xiàn)狀不同，東部地區(qū)城市地鐵線路較為成熟，西部地區(qū)城市地鐵線路較為稀疏。因此，未來地鐵盾構(gòu)施工在我國的發(fā)展相當(dāng)可觀，但施工過程中所出現(xiàn)的一系列問題，制約著其在地鐵施工中進一步發(fā)展。因此，盾構(gòu)施工問題的解決迫在眉睫。
近年來，隨著交通行業(yè)的快速發(fā)展，城市地下空間的開發(fā)愈發(fā)重要。盾構(gòu)機作為城市地鐵隧道開挖利器，將承擔(dān)不可替代的作用。據(jù)統(tǒng)計，采用盾構(gòu)法施工的掘進量占北京地鐵施工量的48%。因具有效率高、不阻隔交通、受季節(jié)氣候影響較小等優(yōu)勢，盾構(gòu)法未來將有更大的發(fā)展空間。因此，盾構(gòu)機的改進、盾構(gòu)方法的提高至關(guān)重要。
盾構(gòu)機在地鐵項目中被廣泛應(yīng)用的同時，顯現(xiàn)出來的問題也越來越多，例如地表變形沉降、刀具斷裂、施工完成后盾構(gòu)管片緩慢上浮、盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)的熱平衡等問題。為了尋求這些問題的解決方法，國內(nèi)許多學(xué)者采用理論分析、試驗?zāi)M等方法對盾構(gòu)施工過程中出現(xiàn)的問題進行了研究：魏剛、周洋等在《盾構(gòu)隧道施工引起的工后地面沉降研究》中采用軟件計算，分析了盾構(gòu)開挖過程中地面變形的規(guī)律，并將該計算結(jié)果和實測值進行了對比分析，總結(jié)出了該過程中地面變形的機理；蔣建敏、賀定勇、趙學(xué)彬等在《盾構(gòu)機刀具制造用耐磨耐沖擊堆焊藥芯焊絲研究》中針對刀具斷裂問題進行了深入研究，開發(fā)出新型的DG7焊絲，并采用該焊絲對斷裂刀具進行焊接，強度顯著增強，且刀具壽命不受斷裂縫的影響；何川、等在《土壓平衡式盾構(gòu)掘進過程的相似模型試驗》中針對盾構(gòu)施工時的土壓平衡問題進行了長時間的研究，對傳統(tǒng)的土壓平衡提出了一些建議；肖明清、孫文昊、韓向陽在《盾構(gòu)隧道管片上浮問題研究》中采用理論分析和試驗探究的方法，對施工完成后盾構(gòu)管片的緩慢上浮問題進行了研究，將上浮機理分為軟巖和硬巖上浮2個方面。這些科研成果對我國盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動作用。到目前為止，有關(guān)地鐵盾構(gòu)的文獻大多為討論施工方法，對于盾構(gòu)施工過程中出現(xiàn)的問題尚無系統(tǒng)的統(tǒng)計分析，鑒于此，為了使盾構(gòu)機在地鐵隧道的建設(shè)中更好地發(fā)展，有必要對其存在的問題進行整理分析，以期豐富相應(yīng)的理論，為施工提供經(jīng)驗。
盾構(gòu)機的分類
按照斷面類型，盾構(gòu)機可以分為三類，即圓形盾構(gòu)、多圓盾構(gòu)以及異圓盾構(gòu)。其相互關(guān)系如圖1所示。
圓形盾構(gòu)為一個主軸帶動刀盤進行轉(zhuǎn)動；多圓盾構(gòu)為多個圓形盾構(gòu)的刀盤交錯重合而成；異圓盾構(gòu)刀盤形式較為復(fù)雜，具體如圖2所示。
異圓盾構(gòu)的刀盤可以簡化為機架（盾構(gòu)機頭）、主軸I、主軸II、曲柄軸（固連刀盤）4個部分組成的四連桿運動機構(gòu)，主軸I與主軸II按設(shè)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，曲柄軸劃過的面積則為非圓斷面盾構(gòu)機的開挖面形狀。只需要調(diào)節(jié)主軸I與主軸II的長度和轉(zhuǎn)速，就可以控制開挖截面的形狀。因此，實際工程中可根據(jù)要求將截面形狀設(shè)計成矩形、馬蹄形和橢圓形等。
工程應(yīng)用中的問題統(tǒng)計
盾構(gòu)機在施工過程中出現(xiàn)的問題多種多樣，實際工程中的部分統(tǒng)計結(jié)果，如表1所示。
將盾構(gòu)施工過程中出現(xiàn)問題的37個工程實例進行整理，結(jié)果如圖3所示。
問題分析
圖3統(tǒng)計結(jié)果顯示，盾構(gòu)法施工時常見的問題有地表變形過大、刀具斷裂磨損、土壓倉壓力不適、施工完成后二襯管片上浮、盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)的熱平衡問題等，具體如圖4所示。
沉降問題
沉降是盾構(gòu)施工過程中最直觀的問題，包括前期下沉和后期下沉。前期下沉主要是由于開挖面不穩(wěn)導(dǎo)致的；后期下沉主要是由于管片管線下沉導(dǎo)致的，根本原因是裂隙閉合、注漿流動、應(yīng)力重分布等導(dǎo)致的土體移動。相比而言，后期沉降較為明顯。
地鐵盾構(gòu)施工過程中，沉降問題普遍存在，新疆某地下商場在采用矩形盾構(gòu)法進行盾構(gòu)施工時，曾出現(xiàn)了較大的地面沉降。造成此處地面沉降的原因主要是后期沉降，即由于注漿在施工裂隙中的移右約笆┕ち嚴(yán)兜謀蘸鮮垢么ν撂宓撓αΨ植擠⑸了變化。
采用盾構(gòu)法進行地鐵開挖出現(xiàn)的沉降與多個因素有關(guān)，包括地質(zhì)條件、埋深、斷面、注漿材料、開挖速度等。在現(xiàn)有技術(shù)水平下，為減小施工后期盾構(gòu)對地表的影響，常綜合注漿、預(yù)埋樁、打錨的方法進行地表和內(nèi)部土體的加固處理，盡量避免對土體較大的擾動。對于地表要求較為嚴(yán)格的區(qū)域，也可采用凍結(jié)法施工，但這種方法價格昂貴且技術(shù)要求高，一般不常使用。
刀具斷裂磨損
地鐵開挖設(shè)備包括2類：掘進機（TBM）和盾構(gòu)機。其中，掘進機主要用于硬巖開挖，盾構(gòu)機主要用于軟巖開挖。但在現(xiàn)實工程中，巖土并非軟硬分明，這種情況下，軟巖盾構(gòu)機面臨嚴(yán)重的刀具斷裂磨損，是盾構(gòu)施工過程中急需解決的問題。刀具斷裂磨損程度與刀具材料、刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計等因素息息相關(guān)。
北京地鐵5號線穿過含砂率為1/3的砂土區(qū)，相當(dāng)一部分開挖土體含大量碎石、卵石。盾構(gòu)施工過程中刀具磨損嚴(yán)重，有刀具斷裂現(xiàn)象出現(xiàn)，如圖5所示。
宋云、蔣建敏等在刀具材料的開發(fā)方面進行了大量的試驗研究，研發(fā)出了新型焊絲（DG7）。采用該焊絲對刀具斷裂處施焊，強度顯著增強。北京地鐵5號線施工過程中曾采用了該方法，效果明顯。采用該焊絲施焊后的刀片如圖6所示。
土壓力平衡問題
土壓平衡原理如圖7所示，即在刀盤附近的輸送器側(cè)安裝隔板，在刀盤與隔板間形成一個密封良好的土壓倉，待渣土進入倉后，通過改變隔板受到千斤頂推力的大小控制土壓倉的壓力，以維持開挖面土體的穩(wěn)定。
單軸式盾構(gòu)機刀盤主要圍繞軸心轉(zhuǎn)動，偏心多軸式盾構(gòu)機在圍繞其軸心轉(zhuǎn)動的同時，所固連的曲柄軸也在圍繞主軸轉(zhuǎn)動，承受著較多來自刀盤邊緣的擠壓，剪力影響較大，受力復(fù)雜。因此，在進行盾構(gòu)開挖時，建立適當(dāng)?shù)耐馏w壓力較為困難，面臨著較多危險。
日本國鐵羽越線折渡隧道盾構(gòu)施工過程中，曾采用土壓平衡的矩形盾構(gòu)法。由于該區(qū)間土體穩(wěn)定性差，在施工過程中泥土室建立的壓力過小，導(dǎo)致開挖面流沙，被迫停工，最后采用挖掘機進行該段的施工。
盾構(gòu)機在施工過程中受力復(fù)雜，土壓力建立的關(guān)鍵問題是自適應(yīng)性，即隨著圍巖等級、受力性質(zhì)、曲軸運動的變化，壓力倉的土壓力應(yīng)能夠自我調(diào)節(jié)，以進行連續(xù)的開挖工作。何川、胡國良等人通過試驗?zāi)M等手段對自適應(yīng)性進行了分析，如圖8所示。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圍巖等級等外界因素改變時，可以通過改變螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速和壓力室土體的含水量來控制壓力室土體的壓力，以解決盾構(gòu)機土壓力平衡的自適應(yīng)問題。
管片的上浮問題
管片上浮是盾構(gòu)施工過程中不可忽視的問題，嚴(yán)重影響著施工質(zhì)量。特別是近年來越江隧道的施工中，由于土體土質(zhì)多接近黏性，導(dǎo)致管片的上浮問題越發(fā)突出。根據(jù)統(tǒng)計，管片上浮幅度在已施工的隧道中表現(xiàn)為40～90 mm。
管片上浮多發(fā)生在盾構(gòu)襯砌施工完成后較長的一段時間內(nèi)，引起管片上浮的原因多種多樣，大致可以分為2方面：一方面，開挖施工對原狀土層進行了大范圍的擾動，襯砌施工完成后土層應(yīng)力重分布，導(dǎo)致土體下移，管片上浮；另一方面，管片拼裝完畢后，管片背后殘留有空洞，需要注漿予以填充，流動注漿體對盾構(gòu)襯砌有向上的浮力作用，引起管片上浮。結(jié)合上述管片上浮的原因，可以得出管片上浮具有以下特征：受圍巖等級、土體性質(zhì)、注漿材料、注漿方法等的影響；上浮速率先快后慢，前期在注漿浮力作用下，上浮相對較快，后期管片上浮是由土體的應(yīng)力重分布引起的，因此管片上浮速率較慢。
針對管片上浮的原因，工程施工中，可在注漿材料的選擇方面采取以下方法予以預(yù)防：針對軟土地層，選用早強低、流動性大的注漿材料；針對巖性地層，選用瞬凝性漿液。
熱平衡問題
熱力平衡問題即由于冷卻水和通風(fēng)機狀態(tài)不適，導(dǎo)致的盾構(gòu)機機頭溫度高于其他部分、液壓油溫度過高、通風(fēng)不足等現(xiàn)象。在地鐵隧道的施工中，熱平衡問題嚴(yán)重影響盾構(gòu)機的正常運行和操作人員的工作效率。
廣州地鐵2號線曾采用盾構(gòu)法進行隧道開挖，開挖過程中盾構(gòu)機曾發(fā)生過多次停機事件，調(diào)查結(jié)果表明是由于夏季施工時冷卻水溫度過高，以致于油液溫度沒有降低，最終迫使盾構(gòu)機停機。針對此次熱力平衡問題，中鐵隧道在廣州地鐵2號線的施工過程中從以下3個方面入手解決，并取得了良好的效果。
（1）適當(dāng)加大土壓倉的水分。盾構(gòu)掘進時，適當(dāng)加大土壓倉的含水量，在渣土的同時加快了刀盤的冷卻，效果明顯。
（2）嚴(yán)格控制進口冷卻水的溫度。限制冷卻水的溫度在一定的范圍內(nèi)。
（3）因地制宜地對原有盾構(gòu)機的通風(fēng)系統(tǒng)進行適當(dāng)調(diào)節(jié)。廣州地鐵2號線采用海瑞克公司生產(chǎn)的機內(nèi)抽風(fēng)式盾構(gòu)機，由于廣州潮濕多雨等原因，導(dǎo)致機內(nèi)抽風(fēng)不足，操作室內(nèi)悶熱異常。經(jīng)改裝后，原機內(nèi)抽風(fēng)變?yōu)闄C內(nèi)壓風(fēng)，效果明顯。
發(fā)展展望
盾構(gòu)機在未來的發(fā)展需要解決許多問題，除了上述各類基本問題外，還包括施工智能化、檢測智能化等問題。施工智能化具體表現(xiàn)在高效節(jié)能、精確控制、施工VR模M、智能導(dǎo)向等方面。檢測智能化具體表現(xiàn)在系統(tǒng)敏感性、自動檢測、自動修復(fù)等功能的提高。
隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展，以及電子技術(shù)、定位技術(shù)、遙控技術(shù)、成像技術(shù)的成熟，盾構(gòu)機在未來將有更廣泛的應(yīng)用，逐步推廣到地鐵、地下人行通道、海底隧道和地下綜合管溝的建設(shè)中。
采用盾構(gòu)法進行地鐵隧道施工具有眾多優(yōu)點，包括：受季節(jié)氣候影響較小；不影響交通航線；開挖、出土、管片拼接過程自動化、智能化；掘進速度快；對土體擾動較小等。因此，采用盾構(gòu)法進行地鐵施工將是大勢所趨。
