地铁盾构

地铁盾构（精选十篇）

地铁盾构 篇1

1 地铁隧道盾构施工基本原理及特点

隧道盾构法施工是在护盾的保护下采用盾构机在地下掘进, 同时进行管片衬砌作业而构筑隧道的一种施工方法。隧道盾构法施工首先需要在隧道一端设置竖井或基坑用来安装盾构机, 盾构机沿着隧道设计路线的轴线方向前进, 同时从盾尾输出土体。但由于在盾构机推进的过程中盾尾土体的受力状态发生变化, 需要在盾尾进行衬砌, 并在开挖坑道周边及衬砌缝隙中压注水泥浆, 从而起到封闭水源、防止隧道及地面下沉的作用。目前, 我国城市地铁建设已经摒弃传统的明挖施工, 均采用盾构法进行施工, 常用的盾构机主要包括泥浆式、土压平衡式、敞开式、压缩空气式等四种类型, 但土压平衡式盾构机可以用于松软土层至砂砾层等各类土质的施工, 在工程中的应用也最为广泛[2]。

地铁隧道盾构施工是城市地下施工的主要手段, 盾构施工是在一个能支撑地层压力而又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊形状钢筒结构的掩护下完成挖掘、出土、隧道支护等工作的。我国城市地铁隧道建设盾构法施工最早是在1996年开建的广州地铁l号线, 其后在全国大中城市地下工程中广泛采用, 并取得了可喜的应用效果。地铁隧道采用盾构法施工可以最大限度地减少工程施工对城市正常功能和周围环境的影响, 而且采用盾构机进行掘进施工不仅大大降低了明挖法施工的工程量和工人的劳动强度, 还显著提高了掘进速度和施工的精度及安全性, 使得地铁建设的工期得到有效保障。但盾构法施工也存在一次性投资大、机器复杂而且尺寸和重量大、装运繁琐、维修费用高等缺点。

2 地铁隧道盾构掘进施工准备及要点

盾构机的类型选择对保证工程施工质量、加快施工效率尤为重要, 因此需要根据实际工程的地质、水文地质条件、施工环境、工期、机器寿命和经济性等因素进行综合平衡后确定, 并保证盾构机开挖尺寸满足地铁隧道设计断面的尺寸要求, 而且其开挖功能适用于整条路线的地质条件, 从而最大限度地提高工程施工的安全性、可靠性和经济性[3]。

在盾构机掘进施工前, 需做好始发及到达端头的加固和盾构机的调试工作。由于我国许多城市地铁建设工程均处在土体自稳能力较差地段, 特别是线路经过透水性强的松散砂土和含水粘土时必须对盾构始发及到达端头采用注浆、旋喷、深层搅拌、井点降水、冻结法等多种方法进行加固处理, 并对加固土体的范围、强度、透水性及均质性进行检查, 确保加固后土体的自立性、防水性和强度符合工程施工要求。盾构机下井前, 需要对主拼装区场地面的基础进行加固, 并进行混凝土硬化处理, 确保主拼装区场地能够承受盾构机的荷载重量。为确保盾构在洞内的移动安全, 盾构托架必须具有足够的刚度和强度, 保证盾构推进方向。在安装盾构始发基座时, 应根据出洞口线路平纵曲线条件, 适当在设计轴线的基础上抬高2cm, 并对基座进行支撑加固。此外, 由于盾构机各部件的外形尺寸和重量均较大, 需要在拼装场地进行适当组合装配后运输到吊装场地, 以方便盾构机的装配。在盾构机各组成块连接完成后, 需要检查盾构机与后方设备及后方台车之间的连接, 并对盾构机的刀盘转动情况、刀盘上刀具、推进千斤顶系统、管片拼装机及各种辅助系统进行检测, 以保证盾构机的各项功能的正常发挥。

3 地铁隧道盾构掘进技术及要点

3.1 盾构始发及初始掘进阶段

盾构始发及初始掘进在地铁隧道工程施工中占有十分重要的位置, 而且随着隧道埋深、尺寸的加大和周围施工环境的日趋严峻, 这对盾构工程始发和初始掘进的技术要求越来越高, 常常需要根据实际情况采用多种技术措施保证开挖面地层的自稳性, 利用挡土墙和水泥加固土墙作为构筑物防止开挖面崩塌, 在不良地质路段必须对地基进行改良, 确保开挖面稳定后再进行施工[4]。为确保施工可靠和安全, 在洞口初始掘进后, 需对初始掘进段开挖面加压, 并采用水泥浆封闭隧道壁, 使隧道洞口尽早稳定。在具体施工程施工中, 为减少盾构推进阻力, 始发前需在基座轨道上涂抹润滑油膏, 并在刀头和密封装置上涂抹油脂, 减少刀盘上刀头对洞门的破坏。此外, 还需严格控制始发基座导轨的标高、间距及中心轴线, 防止盾构旋转、上飘, 并通过加强监测来及时调整盾构掘进参数, 保证盾构的掘进姿态。在盾构初始掘进阶段需要通过试验段掘进获得盾构掘进的各项参数, 并通过地表隆陷、地层位移规律的监控量测来对盾构掘进参数进行调整。

3.2 盾构正常掘进阶段

依据盾构始发及初始掘进阶段确定的盾构掘进各项参数, 盾构机就可以进入正常掘进阶段。为使盾构机获得理想的掘进效果, 在保证刀盘与刀具的适应性、碴土的流动性和止水性的基础上, 还需根据线路沿线的不同地质条件选择不同的掘进模式, 通常有土压平衡模式、半敞开式和敞开式掘进三种掘进模式。当盾构通过不同的地层时, 应及时改变盾构的掘进工况, 并合理设置各种参数, 以保证盾构机能够适应地层的变化要求, 在保证土体结构稳定的同时, 提高掘进施工效率。在具体工程施工中, 必须在施工前采用钻探设备对沿线地质情况和土层变化进行测试, 以方便盾构机及时调整掘进模式, 并保证盾构机在切换到不同地层掘进模式时有10m以上的工况过渡段。此外, 还需对螺旋输送机的排土速度、盾构机的掘进姿态及地基变形情况进行检测, 确保地铁隧道盾构掘进施工的顺利进行。在坡度段施工时, 还应严格控制开挖土量、注浆材料的稳定性、隧道内排水情况等, 并在上坡时加大盾构千斤顶推力和稳固后方台车。

3.3 盾构到达掘进阶段

盾构机到达掘进是完成正常掘进后接近到达端头竖井时改变掘进姿态, 在采取多种保护地铁隧道土体稳定措施后, 按所定路线将盾构机推进竖井的过程。通常盾构到达掘进施工可以采用盾构机到达后拆除挡土墙再推进和盾构机到达前拆除挡土墙再到达两种方法, 前者具有工种少、施工性好的优点, 被广泛用于地层稳定性好的中小断面盾构工程中;而盾构机到达前拆除挡土墙再到达的方法需要对地基进行高强度的改良加固, 可以提高洞口防渗性和防止地基坍塌, 有利于地层稳定, 主要用于大断面盾构工程中[5]。在具体工程施工中, 为确保盾构机能够准确到达端头竖井, 需在离端头100m和50m时采用自动导向与人工测量相结合的方法及时调整盾构姿态和纠偏, 并逐渐降低掘进速度、减少掘进推力, 但此过程中由于盾构推力的减少会造成管片反力的降低, 使得管片的接缝出容易产生漏水现象, 需在每环管片安装四个固定板。

4 结束语

随着我国城市大规模基础设施建设潮的兴起, 城市地铁隧道建设得到快速发展, 隧道盾构施工技术具有施工速度快、安全、成型质量好等优点, 成为现代城市向地下发展的重要施工方法。在具体的工程施工中, 由于各地的地质和水文地质条件不同, 导致隧道盾构施工中屡屡出现质量事故, 需要工程技术人员严格按照施工掘进的技术要点控制盾构机的掘进状态, 并通过加强监测及时调整掘进模式, 从而确保城市地铁隧道的施工质量。

参考文献

[1]安斐.隧道盾构施工技术发展趋势和应用探讨[J].黑龙江交通科技, 2011 (10) .

[2]魏辉.浅谈地铁隧道盾构施工技术[J].建筑与发展, 2011 (4) .

[3]陈馈, 洪开荣, 吴学松.盾构施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2009.

[4]牛清山.盾构法的调查·设计·施工[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.

地铁盾构培训心得体会 篇2

本次局里组织的为期三天的地铁盾构技术培训已经圆满的结束了，进行讲座的专家都是二航局在地铁盾构方面的权威，拥有很丰富的理论和实践经验。培训内容共分为六个方面：地铁盾构设备选型和应用、地铁盾构隧道工程施工工艺、地铁盾构隧道施工关键技术、地铁盾构隧道施工风险和对策、地铁盾构隧道常见质量问题与预防、地铁盾构隧道安全管理与预防。

地铁盾构是一门复杂的技术，就盾构机的选型来说，依据开挖面稳定状态分为敞开式和封闭式，其中封闭式中的土压平衡式和泥水平衡式是目前常规的盾构机选择。土压平衡盾构机的掘进机理是土压平衡的建立，盾构机在掘进过程中，切削下来的泥土充满土仓产生的压力能够抵抗挖掘面的土压和地下水压力，使挖掘面保持稳定，达成动态平衡叫土压平衡。形成土压平衡的关键是土仓内的泥土必须具有流动性，以传递压力到盾构隔仓板的压力传感器上。通过调节掘进速度和螺旋机出土速度来控制其平衡。泥水平衡盾构机的掘进机理主要是利用泥水压力与地下水压力之差，将泥水渗入到开挖面土体中，泥水中悬浮的颗粒随着泥水渗入到土体颗粒的空隙中，在阻塞和架桥效应作用下，渗入到土体颗粒间形成一定比例的悬浮颗粒受分子间的作用被捕获，并聚集在土粒与泥水的接触表面，从而形成泥膜。随着时间的推移，泥膜的厚度不断增大，渗透抵抗力逐渐增强。当泥膜的渗透抵抗力大于正面土压力时，对施加一定压力的泥水产生平衡效果，这种动态平衡叫做泥水平衡。在泥水盾构中，泥膜的质量是掘进平衡的关键。不管是土压盾构还是泥水盾构，都必须控制好水土压力的平衡和出土速度与推进速度的平衡，与此同时还要保证挖掘面和盾构姿态的稳定。

由于盾构机的平衡方式和出土方式的不同，其所适用的地质情况也会有不同，然而地下的条件十分复杂，并不一定是单一的地质情况，所以在盾构机选型时我们根据地质条件、岩性、土力学参数、周边环境和场地条件等一些因素综合考虑确定。

在盾构掘进中我们常常会遇到一些复杂的地质条件，如盾构穿越软硬不均地层、穿越砂层淤泥层、通过断裂带地层、穿越球状风化地层、穿越硬岩地层，当遇到这样的地质情况时需要采取一定的措施才能顺利的掘进：

当遇到软硬不均地层时，要结合地质资料，事先探明上软下硬地层的软硬情况，如果软硬差太大、软岩极不稳定、岩石强度太高（>140Mpa），可以对硬岩进行预爆破处理；注入泡沫剂或膨润土泥浆对渣土进行改良，增加渣土的流动性。泡沫和膨润土泥浆还可以保护刀盘、刀具，减少刀盘、刀具的磨损以及减小刀盘转动扭矩；重视盾构的姿态和趋势控制，合理利用超挖刀、根据盾构姿态数据及时修正推进分区压力、合理调整土仓或泥水仓压力、合理利用铰接千斤顶调整盾构姿态。

盾构需要穿越砂层、淤泥质层时，我们常常采取土压平衡模式掘进，严格控制出土量，确保土仓压力以稳定工作面，控制地表沉降；盾构掘进过程中向土仓内及刀盘面注入泡沫等添加材料，改善渣土性能，提高渣土的流动性和止水性，防止涌水流砂和发生喷涌现象，并利于螺旋输送机排土；选择合理的掘进参数，快速通过，将施工对地层的影响减到最小；运用导向系统数据和分区压力控制盾构姿态，防止盾构跑偏；保证同步注浆量，减少地层空穴，有必要紧跟二次注浆，以控制地表沉降。

盾构通过断裂带地层时，要及时将双刃滚刀更换为单刃滚刀，因为单刃滚刀比双刃滚刀接触面小、破岩能力高；采取土压平衡工况掘进，及时调整土仓压力，确保土压平衡，同时采取措施防止拼装管片时盾构机出现后退，保证工作面的土体稳定；适时调整掘进参数，防止出现过大的方向偏差，同时使岩石得到充分的切削，避免大的岩块堵塞螺旋输送机；掘进过程中向土仓内注入泥水或泡沫，减小刀盘扭矩，防止螺旋输送机堵塞和水涌入隧道；连续掘进，对地表和建筑物连续监测。并及时注浆充填管片与地层之间的环形间隙，防止土体塑性区的扩大，控制地表沉陷。

球状风化地层，俗称“孤石”，当碰到这种地质情况时，我们可以采取的技术措施有：超前钻探或地质雷达物探，以预防为主，提前采取诸如地表或洞内深孔爆破等必要的处理措施；注意观察盾构掘进的异常情况以及掘进参数的异常变化，判断是否碰上球状风化岩体，一旦发现推力加大时，盾构进尺缓慢或停滞不前，应立即停机，切不可贸然推进；以低掘进速度和高转速掘进球状风化岩体，掘进过程中随时监测刀具和刀盘受力状态，确保其不超载并观测刀盘是否受力不均，以防刀盘予以调整，然后重新掘进；如球状风化岩石在软地层随刀盘一起滚动，可利用地质超前钻机对周围软地层予以加固，然后进掘进；上述措施不能奏效，则人员通过压缩空气仓、切削仓进入开挖面，对球状风化岩体予以人工处理，如开挖面地层稳定差，则预先予以加固。

很多地区地层岩体十分坚硬，对于这样的地层情况，盾构施工技术措施有：采用单刃滚刀破岩，减少换刀次数与频率，提高施工进度，掘进过程中随时监测刀具和刀盘受力状态，确保其不超载；进入硬岩段掘进前要对盾构机进行一次全面的维修保养，以确保盾构的工作状态良好；适时合理更换刀具，以提高掘进效率，避免损伤刀盘；换刀时启动刀盘伸缩装置缩短换刀时间并在土仓更换刀具，减少换刀时间对掘进循环的影响，提高设备利用率。

城市地铁盾构施工技术分析 篇3

关键词：城市地铁；盾构法；施工技术；浅埋暗挖施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

前言：

近年来，很多城市在发展过程中为了缓解交通的压力都加快了地铁工程建设。地铁工程与地面工程在施工上具有较大的差别性，其施工质量受地质环境影响较大，在施工过程中，需要针对所处区域内的地质特点来对施工技术的进行选择。而一一些复杂地质条件下时，为了更好的实现对施工质量的控制，更选择在选择施工技术上具有一定的科学性和合理性。目前在地铁施工中盾构法应用的较为广泛，这是一种暗挖施工工艺，对加快推进地铁工程施工进度，提高工程施工的质量起到了极其重要的作用。

1盾构法概述

在当前对地下工程进行施工过程中，盾构法应用较为广泛，构法属于暗挖施工工艺，在施工过程中具有较好的隐蔽性，对环境影响较小，而且在地下施工过程中不会受到覆土深浅的影响，特别是在建造覆土深的隧道施工中具有较好的适用性。无论是在海底或是河底隧道施工，还是在穿越地面建筑群及地下管线时，都不会对航道、周围环境带来影响，在施工过程中也不会受到气候的影响，施工自动化程度较高，劳动强度低，而且施工速度较快，在隧道掘进及城市地下隧道工程中应用较为广泛。

2复杂地质条件下加强施工技术研究必要性

与其他交通方式相比，地铁不仅安全快速，而且环保节能。因此，目前在我国城市交通中的地位日益上升，越来越多的居民开始选择地铁作为首先交通工具。因此，在地铁施工过程中，必须把握好工程质量。所以在地铁工程施工过程中控制好工程质量至关重要。地铁工程施工时，主要工作都是在地下进行的，这就避免会受到地质条件的影响，再加之地铁施工路线较长，在施工过程中可能会遇到多种地质条件，各种不同的地质条件对施工带来的影响也各不相同，特别是一些复杂的地质条件下，如果不能选择适宜的施工技术，不仅会影响施工的顺利进行，还会对施工的质量带来较大的影响，所以在地铁工程施工过程中，需要针对所处区域的地质特点来选择盾构法进行施工，也可以选择多种施工方法进行综合施工，从而确保地铁工程的质量能够得到较好的保障。

3复杂地质条件施工技术分析

3.1盾构施工技术

这种施工技术通过有效支撑地面土层压力并利用钢筒结构在地层中快速推进。安全系数和环保系统都很高，而且能保持快而稳定的施工进度。特别是在一些流砂、断裂、坚硬岩石及软弱土质并存的地质条件下更具有适用性。在这种复杂地质条件下利用盾构法进行施工时，需要将盾构机安装在事先修建过的竖井中。在地层中运行时，盾构机每前进一环，要在盾尾部支护下，安装一环管片，同时在一环衬砌处围空隙处压注水泥砂浆。一环衬砌承担了盾构机在推进过程中所承受的土压力，最后再通过竖井将施工中挖出的土方运出。

3.2浅埋暗挖施工技术

城市地铁施工过程中，有时会遇到土壤松散的地质环境，当隧道直径和深埋相当或偏大时，要保证施工顺利进行，采用这种施工技术最为适宜。该技术充分利用了短时间内土层的自稳能力，通过一定的支护措施。它实质是一种不开槽施工技术，它的支护结构是一种密贴型薄壁支护结构。

3.3钻爆施工技术

施工时，有时会遇到坚硬岩石地层，此时需要采用钻爆施工技术。该技术主要用于隧道的开挖和喷锚支护施工。为了保证施工的顺利进行，必须灵活选择钻爆技术，因为具体的施工环境对钻爆技术的要求不尽一致，必须根据具体情况适当加以调整。

3.4混合施工技术

在地铁隧道施工过程中，由于线路较长，所以会遇到不同的地质环境，这就需要在实际施工过程中根据所处的具体地质条件来选择适宜的施工技术，这就导致在整个施工过程中可能需要选择几种施工技术共同来完成工程的施工。利用几种施工技术进行综合施工时，可以确保施工具有较好的灵活性，有利于施工质量的提升，确保施工的顺利进行。

3.5辅助施工技术

（1）注浆法。这种施工技术主要适宜于软土层地质条件，在各种地铁施工辅助技术中，它是一种较为常用的技术。地铁开挖过程中，会因为地层不稳固或渗漏水等原因导致坍塌、陷落或沉降，使用该技术能够起到加固地层和增强结构防水性能的效果，因此能有效防止上述情况的发生。

（2）高压旋喷法。该技术的主要作用是加固地层，因此对浅埋暗挖以及盾构施工能起到很好的辅助作用，通常应用在在软弱地层地质条件下。

4浅埋暗挖施工地表沉降控制技术

4.1地层预加固控制技术

（1）地表加固注浆施工技术。该技术主要用来提高工程稳定性，改善隧道成洞条件。主要手段是固结浅埋层土地、加固洞周围岩，因此适宜于围岩地质条件差的情况。其原理是通过加固将施工区域和周围区域连成一个整体，降低或者匀化岩土特性，提高岩土变形模量，使改善土层环境变得更加均匀，从而达到改善地表下沉现象的目的。这种施工技术可将地下水以及偏压对隧道开挖的影响消除掉，从而提高地铁隧道工程的安全性和稳定性。

（2）超前小导管注浆技术。这种施工技术通过注入浆液，使之与原有围岩胶结，达到改善掌子面前方围岩力学性能的目的。硬化后的浆液能阻塞前方围岩的流水通道，从而降低地下水对工程施工带来的负面影响，保证施工的顺利进行。通过该技术既加固了地层，又通过混凝土拱提高了开挖面以及周边围岩的稳定性。

4.2注浆控制技术

这种技术在使用过程中也要注重灵活性，因为地质条件不同，要采用的注浆方式也不同。必须结合具体情况选择注浆方式。注浆方式可分为充填或裂隙注浆、压密注浆、渗透注浆、劈裂注浆等几种。它的两个主要作用是加固地层和防水，通过钻孔向存在汗水裂隙、不稳定地层以及空洞等结构中注入谁泥浆或者其他浆液的施工技术，具有堵水、加固、防渗、防滑以及降低地表沉降等作用。

5结束语

在当前城市地铁建设过程中，盾构施工技术应用较为广泛，避免了施工过程中对周围环境的影响，同时施工过程中也不会影响正常交通运行和管线的正常使用，不会对环境带来污染。再加之几种施工技术的综合应用，更有效的确保了城市地铁施工的安全和质量。随着盾构法的不断应用，其技术也在不断的完善，将更好的推动城市地铁工程的快速发展。

参考文献：

[1]洪三金.复杂地质条件下地铁深基坑优化设计与施工技术[J].广东土木与建筑，2010（08）：45～46.

[2]李誉.浅埋暗挖施工技术在地铁工程中的应用[J].广东科技，2010（06）：12～13.

地铁盾构区间联络通道施工工艺 篇4

沈阳地铁一号线某盾构隧道区间中间位置设置防灾联络通道，位于DK6+347，地面以下26.076m，处于饱和的砂卵石层；联络通道处开口环的开洞宽度1.6m，联络通道宽2.8m，高度由联络通道内门洞高确定，直墙部分为2.1m并向上起拱；联络通道采用矿山法施工，复合式衬砌结构，横向剖面图如图1所示。

2 施工工艺及质量标准

2.1 旋喷桩地层加固

为改善联络通道处土质情况及避免联络通道开挖时，地面土体塌陷，在盾构穿越该位置之前按设计要求在地表进行了Ф600二重管咬合式旋喷桩地层加固，其加固区的范围为：联络通道中心线两侧各6.0m，共420根，桩长26.66m，空钻11.66m，实喷15m，轨顶上7m，轨顶下8.0m；施工配合比（质量比）：水：水泥=1:1，加固土体的参数为：试块无侧限抗压强度1.0～1.2Mpa，渗透系数燮1.0×10-8cm/s。

2.2 降水施工

联络通道位于饱和的砂卵石层,含水量高,渗透性好，对于施工有很大影响，易发生流砂、喷涌，因此一方面须在结构区域进行降水施工，另一方面采取结构施工中的渗水、隔水的综合措施。同时采取严格的监控量测，减小地面变形与地下水位变化。

降水井成孔施工采用常规反循环钻机，降水井具体施工工序及降水井布置图如下：定井位→井口加固→挖泥浆池→钻机就位、调整→钻孔→换浆→下管→填滤料→洗井→封井。（图2)

2.3 施工监测及允许值

项目部进行降水井水位监测:每天水位变化应小于0.5m;联络通道地面及拱顶变形监测:每天沉降速率应小于2mm;联络通道隧道周边收敛监测:每天变形值应小于20 mm。(图3、图4)

图中L1X(D)2.3表示在断面1上距离隧道轴线以西(东)2.3M处布置有地面沉降监测点，其余编号与此相同，S点表示水位观测点；Z—D(X)Z表示左线联络通道以东（西）纵向收敛，Z—N(B)DC隧道南（北）侧联络通道轴线以东垂直向收敛；Z—N(B)XC隧道南（北）侧联络通道轴线以西垂直向收敛；Z—NH隧道南侧联络通道口横向收敛；G表示拱顶变形监测点。

2.4 开洞门

2.4.1 施工前准备

拆除通道侧开口环的管片前,安装临时钢支撑,确保开口环管片的安全。钢支撑由22号工字钢和16号槽钢组成,通过焊接连接,待联络通道二衬混凝土达到设计强度后拆除临时钢支撑。

2.4.2 洞口预注浆

联络通道施工前,为控制通道顶部土体不均匀沉降，在开洞前对开洞位置拱顶处进行小导管预注浆，补充加固洞口拱顶土体，防止洞口因旋喷桩加固不密实造成开洞时坍塌、流砂，具体做法如下：(1)在拱顶位置管片上钻孔，孔径75mm，孔间距300mm，钻孔方向为斜向上15度。(2)通过钻孔，在孔内打入超前小导管进行补充加固注浆，浆液采用水泥+水玻璃双液浆。(3)封堵注浆孔，并做好防水处理。

2.4.3 开洞门

(1)洞门破除方法:采用Ф100 mm水钻成孔,钻孔互相咬合,先切除上半洞口的管片,再切除下半洞口的管片。(2)洞门破除后根据实际情况采用Φ32超前小导管对开挖面进行注浆加固,小导管长2.5m,间距300mm。(3)破洞口施工时,将整个洞口分上下两洞分块破口施工,台阶法掘进,并迅速封闭上下台阶初期支护,上洞口开挖1.5m后,进行下洞口破除。上洞开挖高度2.5m,上洞口破除完毕,连续放置两榀拱架,间距375mm。

2.5 暗挖施工

2.5.1 超前小导管施工

联络通道拱顶采用超前小导管注浆加固，超前小导管采用ɸ32钢管加工，长度3m，管中间部位钻Ф8mm溢浆孔，呈梅花形布置（防止注浆出现死角），间距200mm，小导管前端加工成锥形，以便插打，并防止浆液前冲，尾部1.0m范围内不钻孔，防止漏浆，末端焊Ф6环形箍筋，以防打设小导管时端部开裂，影响注浆管联接；超前小导管布设在顶部圆拱范围，间距300mm，外斜角控制在7～10°，纵向间距为1m；小导管插孔时用气动锤振入，在砂层中无法打入时先用气钻加套管钻孔，再插入。

2.5.2 土方开挖

(1)联络通道开挖采用正台阶法施工,人工挖土,台阶长度1.5-2m。(2)开挖轮廓线充分考虑施工误差、预留变形和超挖等因素的影响,参照以往施工经验及沉降控制标准,拟定超挖量为5cm。(3)开挖前应采取超前预支护和预加固措施,做到预加固、开挖、支护三环节紧密衔接。(4)开挖过程中,上半断面宜采用环形开挖,下半断面开挖时,边墙宜采用单侧或双侧交错开挖,仰拱应尽快开挖,以缩短全断面封闭时间。(5)作好开挖的施工记录和地质断面描述,加强对洞内外的观察。

2.6 初衬

2.6.1 钢格栅及钢筋网安装：

每开挖450mm后及时进行钢格栅及钢筋网安装，钢格栅在场外工厂定点预制，分片安装，每片钢格栅间用角钢打眼螺栓连接，钢格栅之间用Ф22纵向连接筋相连；钢格栅架立中心和垂直度等质量标准如下：(1)加工成型的钢格栅应圆顺；允许偏差为：拱架矢高及弧长+20mm，扭曲度20mm。(2)钢格栅组装后应在同一个平面内，允许偏差为：高度±30mm，宽度±20mm，扭曲度20mm。(3)钢格栅应架设在与隧道轴线垂直的平面内，允许偏差为：横向±30mm，纵向±50mm，高程±30mm，垂直度5‰。(4)钢格栅必须精确定位，注意标高、中线，防止出现“前倾后仰、左高右低、左前右后”等各个方位的位置偏差。（表2)

2.6.2 喷混凝土：

喷射混凝土采用潮喷工艺，喷混凝土配合比及喷射方法按设计参数和施工规范进行，质量标准如下：(1)喷射机械安装好后，先注水、通风、清除管道内杂物。(2)湿喷混凝土作业分段分片进行，喷射作业自下而上，先墙脚后墙顶，先拱脚后拱顶，避免死角，料束呈螺旋旋转轨迹运动，一圈压半圈，纵向按蛇形喷射，每次蛇形喷射长度为50mm；每片喷射混凝土分层进行，每次喷射厚度为：拱部为50mm～60mm，边墙为70mm～100mm，后喷一层应在先喷一层凝固后进行，回弹量一般为：边墙不大于15%，拱部不大于25%。(3)喷射混凝土表面应密实、平整，无裂缝、脱落、漏喷、空鼓、渗漏水等现象，不平整度允许偏差为±3cm，喷射砼未凝固之前，用木抹子搓平。(4)为确保喷射砼强度，回弹料严禁重复使用。

2.7 基底清理与PVC防水层铺设

2.7.1 基底清理：

喷射混凝土基面粗糙，凹凸不平，钢筋头、锚管头外露，因此对混凝土基面进行补喷，钢筋及凸出的管件等进行割除，并用砂浆抹成圆曲面，基面如有明水则用堵漏剂堵水。

2.7.2 PVC防水板铺设：

先将土工布用射钉铺设固定在网喷混凝土基面上，然后用“热合”方法将PVC防水板粘贴在固定圆垫片上，从而做到PVC防水板无孔铺设。

2.7.3 穿墙管处防水施工：

穿墙管件穿过防水层的部位采用止水法兰和遇水膨胀腻子条进行加强防水密封处理。

2.8 二衬施工

2.8.1 在初衬位移速度有明显减缓趋势；

水平收敛（拱脚附近）小于0.2mm/d；已产生的位移量占总位移量80%以上，方可进行二衬施工。

2.8.2 砼浇注：

二衬结构采用泵送商品混凝土通过联络通道地面预留井浇注，分三次浇筑，先浇筑泵房底板、然后施做泵房墙体及联络通道底板，最后施工联络通道侧墙及顶拱。

2.8.3 模板工程：

二衬模板均采用组装式钢模板，联络通道底模采用吊模型式，侧墙、顶拱采用组合钢模板+满堂红支撑。

2.8.4 二衬结构混凝土浇筑过程中,隧道顶部混凝土在浇注过程中,是靠混凝土泵压入的在顶拱混凝土与防水层接触面难免出现缝隙;

初期支护由于喷射混凝土作业受施工条件及地层稳定等条件的影响,喷射混凝土支护体局部可压缩;所以应采取初衬和二衬背后注浆,可达到控制沉降和防水效果,以减少施工期间洞内积水并为后序无水施工创造条件;施工时在顶拱处埋设注浆管,每施工段预留注浆孔2个,注浆管的顶端管口靠近拱顶顶土体或防水层表面,待初衬或二衬混凝土达到设计强度时,采取二次注浆的措施填充空隙;各孔预注浆量应小于50L/min,注浆浆液采用水泥浆,水灰比为1:0.8～1,水泥中添加2～3%的膨胀剂,注浆压力不得小于0.2Mpa,达到或接近设计终压后稳压10min。

3 结束语

盾构区间联络通道在地下26m处，选用矿山法施工，复合式衬砌结构，每座总造价350万元左右，施工危险性很大，易发生流砂和隧道洞内渗水现象，形成地下空洞，严重时造成地面坍塌，所以必须严格按照施工工艺及质量标准施工，不得违章施工，否则，极易出现安全和质量事故。

摘要：介绍盾构区间联络通道的施工工艺及质量标准。

地铁盾构施工材料成本控制策略 篇5

【摘要】从地铁盾构施工物资管理的材料消耗定额、采购、验收、库存、消耗、以租代购、周转材料维护、进口配件国产化等方面入手，阐述了地铁盾构施工材料成本控制策略。

【关键词】地铁盾构；施工；材料成本；控制

目前，地铁盾构建筑市场竞争日趋激烈，工程中标价越来越低，但工程质量要求却越来越高。我集团公司也正大力推行责任成本管理，其目的就是通过加强成本控制，实现效益最大化。物资部门作为成本控制的关键部门，如何进一步加强管理，降低材料费支出已成为建筑企业内部管理的重要内容。理清物资成本管理的各个关键环节，实施监控，是控制材料成本的关键。

确定材料消耗定额

开工之初，确定材料消耗定额是控制材料成本的首要工作，是工程进行中进行材料消耗核算的依据。确定消耗定额的重点是针对工程中使用数量大和容易超耗的材料。比如盾构施工中盾尾脂的消耗量非常大，由于受多种因素的影响较难控制，那就要分不同地质条件，确定不同品牌盾尾脂的大致消耗量即消耗定额，以达到控制用量的目的。

规范采购行为

2.1 简化采购渠道

物资采购活动中，多一道环节就多一笔费用，所以每类材料都是否做到了简化采购渠道，是衡量物资采购工作做得好坏的标准。我集团公司在广州先后进行的四个盾构项目所需用的管片背后同步注浆用散装水泥，尽管用量不大而且分散，每个月用量仅二、三百吨，但只要资金情况允许，都尽量直接从生产厂家购货，从采购环节上砍掉不必要的开支。

2.2 重视性价比

盾构施工会用到其他工程领域用不到的一些材料，比如盾尾脂、润滑脂、水玻璃等材料，这类材料品牌很多，使用效果也千差万别，在采购中不可一味地追求低价格而不顾使用效果。有些国际品牌的材料，尽管价格较高，但在单位工程消耗量少，且效果好；有些材料则恰恰相反。所以追求低成本、高回报，就要选择采购性价比高的材料。

2.3 物资招标采购中需注意的问题

物资招标采购目前在各建筑企业已较为普遍，但仍有两个方面的问题容易被忽视。招标可分为公开招标和选择性招标两种，目前由于各方面的限制，建筑企业普遍采用的是选择性招标，即招标公告没有对外公开，只是自行选择个别投标单位。那就产生第一方面的问题，即邀请的投标单位是否在该行业是优秀的？所选的投标单位是否有代表性？第二个问题是通过招标最终确定的标价是否与市场价格相符，是否具有合理性？要解决这两个问题就要求招标组织单位一方面要充分了解整个行业大多数供货商的情况，以便于选择到优秀的供货商，另一方面要做到不封闭自己，结合考察全国、同城范围内同种材料的使用情况及价格，不让招标本身蒙蔽眼睛，最终体现材料招标采购的价值和意义。

2.4 完善物资购销合同管理

严格合同管理应该包括两方面的工作，一是要签好合同，合同的各项条款要公正合理，更重要的是要维护好我们企业的利益，规避风险，不因合同条款方面的失误增加我们的材料成本。其次是要切实执行合同。例如我集团公司在广州地铁五号线杨珠盾构项目的管片止水胶条招标过程中，由于考虑到签完物资购销合同后不定能马上开工，而且经过物资人员调查，管片止水胶条（橡胶材料属于石油工业的副产品）的市场价格走向由于受国际原油市场价格的影响呈上升趋势，所以在合同条款中加入了一条，即供方交需方一定数额的履约保证金，该款在供方将第一批材料送到需方工地后，需方无息返还。结果正是在我方即将开工，通知供方送第一批货时，管片止水胶条的市场价格大幅攀升，比照原合同总额上涨近三十万元，但由于供方先交了履约保证金，如果对方违约，不但是丢失信誉，而且没送货就先赔钱，所以对方还是较好的履行了合同。其实不加履约保证金条款，我们企业不见得“吃亏”，可能仅仅是赚不到“便宜”，但如果不重视合同条款的评审，恐怕就要“吃大亏”。可见严格合同管理，对控制材料成本是非常重要的。

2.5 严格执行非合同材料的采购审批

盾构施工的特点，决定了在施工中需要采购大量零星的配件、小型工具、五金材料等，由于这些材料类别太多，开工前很难做出采购计划，面对的供货商也非常多，很难进行合同管理。面对这种情况，如想控制材料成本，严格执行非合同材料的采购审批就显得尤为关键。哪些要采购？何时采购？采购多少？有何质量要求？是否指定专一品牌？大致价格是多少？这些都可以通过非合同材料的采购审批手续来实现，通过这个审批手续，主管工程师、部门主管、物资主管、分管领导直至项目经理都将明确自己的意见，中间哪怕有一个环节提出不同意见，都可能影响甚至决定整个审批意见。操作既简单又清晰、公开，但意义重大。我集团公司在广州先后进行的四个盾构项目均采用了这样的做法，对控制非合同材料的采购成本起到很大作用。

严把材料的验收关

3.1 严格控制材料的数量验收

经常听人说某个施工项目的材料亏损了，什么原因呢？单说采购环节，一种原因可能是材料价格上涨了，增大了材料成本，这叫“明亏”；但还有一种原因叫“暗亏”，即验收数量上的亏损。人们往往只盯住“明亏”不放，却忽视“暗亏”。所以，要控制好材料成本，就要严格把住材料的数量验收关。

盾构施工需要的材料，有些数量容易进行准确的验收，但有些材料就较难准确验收，比如管片背后同步注浆用粉煤灰，用量非常大，车车过磅不可能，不过磅又怕少，怎么办？这就要两方面下手，一方面打开罐车进行观察，另一方面辅以不定期抽查检验，同时还要在合同中规定抽检惩罚原则，近似于“缺一罚十”。这在一定程度上遏制了供方在数量上进行欺诈。

在材料的验收工作中不能怕麻烦，比如验收管片螺栓，没有什么好办法，想图省事可以过磅验收，但不准确，想准确那就只有打开袋子一条一条的清点。

3.2 严格控制材料的质量验收

控制材料的质量验收包括验收材料的外观质量、通过仪器或委外送检来检验材料实体是否合格。避免由于购入不合格材料，加大材料成本，给施工项目造成不必要损失。

合理确定材料库存量

材料库存量过大对材料成本的影响主要表现在两方面，一方面是材料库存量大必然要求施工现场有较大的库房，必然发生较大的建造和维护费用，而目前城市轨道交通业主为了尽量减少扰民，能提供的施工现场是越来越少。另一方面，如果施工设计发生变化，极有可能发生大量库存材料用不上的现象，发生大量库存成本不说，最后还有做为废品处理的风险。

但材料库存量过少又无法满足施工的要求，该如何是好呢？

现代企业库存控制原理在库存控制技术方面分为定量库存控制原理和定期库存控制原理，根据地铁盾构施工进度较为平稳的特点，更适宜采用定量库存控制原理。定量库存控制原理也称订购点控制，是指在库存量下降到一定订购点时按固定的订购批量进行订购的方式。可用公式简单表述如下：订购点＝平均日需求量×备运时间＋安全库存量。通过科学的库存控制原理，可将材料的库存成本及库存风险降到最低。

严格控制材料的消耗过程

可以说，降低盾构施工材料成本的核心就是控制材料的消耗过程。严格控制材料的消耗过程可从以下几方面入手：

5.1 制定材料使用规定和消耗核算制度

盾构施工使用的材料，可分为两大类，一类属于消耗性材料，一类属于周转材料，针对这两类材料制定不同的消耗核算、使用规定，是控制材料消耗过程的关键，同时制定配套的奖惩细则。

针对消耗性材料比如盾尾脂、同步注浆等材料必须制定非常详细的使用及核算规定，规定要非常明确的说明正常施工状态下材料怎么使用，特殊地质情况下材料按何用量使用，同时明确如何对工班的使用情况进行考核。在广州地铁五号线杨珠盾构项目的施工中，由于制定的该种措施、奖惩细则得力，有较强的可操作性，工班人员执行得非常好。尽管盾尾脂的注脂泵无法将桶内的油脂注干净，但工班人员能够手工将每桶剩余的油脂倒桶，管理人员能够及时给予肯定及奖励。正确的措施和规定起到了节约材料成本的促进作用。

针对周转材料，同样要制定相应的核算及使用规定。可倒用的小型材料及机具如控制不好浪费是惊人的。在广州地铁五号线的初期施工中，物资部针对可倒用材料、小型机具及周转材料浪费较明显的情况，分别制定了《小型材料使用及核算管理规定》、《隧道照明材料使用及核算管理规定》及相配套的奖惩细则等规定。工具损坏须以旧换新，丢失要照单赔偿，哪怕是一条几毛钱的螺栓，只要你超用了，整个施工班组要付出代价。可以说材料使用规定及奖惩细则的实施均收到了良好的效果，使一线工人养成了节约材料的良好习惯。

5.2 随时跟踪，定期核算

随时跟踪，定期核算是检验执行材料使用、核算规定做得好坏的手段。

在施工中要定期对所有相关材料进行过程中核算，发现有材料超耗的现象，要准确的分析出原因，及时进行整改。比如同步注浆用细砂在每两个月的核算中亏损了，那就要分析是哪个环节出了问题，是验收时亏了，还是搅拌站称量系统出了问题，还是搅拌站操作人员拌浆时出了问题，还是地质情况发生了变化，知道了原因，就容易做出整改，及时予以纠正。

5.3 规范领发料手续，明确责任

盾构施工材料种类繁多，五花八门，但每种材料都要做到每个工班由指定的专人签收材料出仓单，报销耗时主管工程师要会同物资人员共同计算、复核，工班主管部门的主管、物资部门主管都要签署意见后才由项目经理审批，通过多道手续控制便于发现异常问题，保证各种材料真实的用到了施工中，明确责任。合理利用外部资源，相关材料以租代购

盾构施工项目的特点之一是每台盾构机都有一整套的设备和一定数量的周转材料。有时承揽的工程项目里程较长，有的较短，遇到较长的工程项目时，与盾构机配套的相关周转材料数量往往不够，是租是购就摆在了桌面上，新购或加工倒省事，但如果接下来的工程项目里程都较短，那就造成一次性投入过大，短期内不容易回收成本且将发生保管费。所以，明智的做法是对于有短期缺口的配套周转材料能租就租，减少单个项目新增材料，以达到降低材料成本的目的。

周转材料的回收与修复

在周转材料于隧道内拆卸、运输、吊装之前，工程管理部、机电设备部、物资部等部门要提出正确的材料拆卸、运输、吊装要求，尽量避免周转材料在回收过程中的损失。

周转材料回收完毕后，还要组织人员对材料进行维修和整理，尽量恢复这类材料的使用功能，避免资源浪费，以达到节约材料成本的目的。

盾构机进口配件的国产代用化

盾构机的原有配件大多都是进口的，进货周期长，价格非常高，是同类国产产品价格的十几倍甚至几十倍。完全用国产配件替代进口配件是不可能的，然而盾构机进口配件的国产代用化是个趋势，它要求管理人员分清配件的使用部位的关键程度，充分了解国产配件与进口货的差别有多大，尽量比选优良的国产配件替代进口配件，以节约材料成本。

结束语

武汉地铁湖新区间盾构选型技术研究 篇6

摘要：针对湖新区间隧道工程的水文地质和工程地质条件，结合水土压力、工程筹划、工期要求、区间穿越建筑物的沉降控制、土压盾构的辅助措施等方面进行分析，提出适合本区间隧道工程使用的盾构机型，为类似工程提供借鉴。

关键词：地铁区间；富水砂层；高水压；盾构选型

0.引言

随着城市地铁的建设，区间隧道不可避免的需要下穿区间线路上的建筑物、构筑物，对于基础埋深较大，或已建成的地下通道、隧道而言，地铁隧道往往需要下穿，从而造成地铁区间埋深加大；若遇高水压、强渗透性地层，往往会对盾构机的保压能力带来较大挑战。此前，武汉地铁沿用穿江越海选用泥水盾构，其他区间选用土压盾构的传统选型模式。但湖新区间需要下穿已运营的长江隧道行车道，区间埋深达33m，主要穿越强透水细砂、粉细砂地层，区间紧邻沙湖及长江，水力联系紧密。本文从水土压力、建筑物沉降、地层渗透性等方面进行分析，提出适用于该区间的盾构机型。

1.工程概况

湖新区间为左右两条平行隧道，区间隧道长1.8km，隧道纵坡28‰，最小曲线半径500m，隧道衬砌结构采用通用楔形环管片错缝拼装，管片外径6.2m，管片厚度350mm，环宽1.5m，全环分6块，混凝土强度C50。

1.1区间穿越地层及地下水情况

湖新区间洞身主要穿越粉细砂、细砂、中粗砂、粉质粘土夹粉土互层、粘土等地层；地下水分布主要为上层滞水及承压水，上层滞水，水位不连续，无统一自由水面，上层滞水埋深1.6～3.2m。

孔隙承压水主要赋存于（3-5）粉质黏土、粉土、粉砂互层及（4）单元砂性土中，上覆黏性土及下伏基岩为相对隔水层顶板、底板。含水层厚度一般为20～40m，含水层渗透性一般随深度递增与长江水力联系密切，呈互补关系，区间隧道穿越地层主要为孔隙承压水。承压水位距地面10～11m。

1.2土层渗透性

根据渗透试验资料分析，粉质粘土、粉土、粉砂互层渗透系数为0.8～1.0×10-2 cm/s，粉细砂地层渗透系数为1.0×10-2 cm/s，细砂地层渗透系数2.7×10-2cm/s，粉土、粉砂互层为中等透水地层，粉细砂、细砂为强透水地层。湖新区间互层土占16%，粉细砂地层站20%，细砂地层占38%，即强透水地层占区间地层的58%。

1.3地层岩性及颗粒含量

根据不同地层统计分析，细砂地层占区间长度的38%，细砂、粉细砂占地层的20%，粉质粘土、粉土、粉砂互层土占地层比例的21%，粘土、粉质粘土占地层比例的21%。

地层颗粒级配分析统计见表2。

由地层颗粒级配可以看出，3-5地层中黏粒含量为30%，4-1b地层中黏粒含量位25.5%。4-1中黏粒含量位12.87%，4-3中黏粒含量位11.98%。

1.4区间穿越建筑物情况

（1）区间下穿长江隧道进出口匝道，下穿长江隧道主隧道，该位置隧道埋深33m，区间穿越地层为中砂；

（2）左线区间侧穿沙湖大桥；

（3）区间下穿武九铁路桥。

1.5掘进指标

拟投入2台盾构机，两台盾构机间隔1个月，分别从湖北大学站始发，区间施工时间5个月。

进度指标：1800÷5=360m/月。

2.盾构选型基本要求及工作机理

针对国内盾构施工技术的调查分析，针对湖新区间的盾构法施工，在满足安全性、可靠性、经济型及工程工期要求的前提下，盾构选型需满足以下几个原则：

（1）具备承受高水压、土压的保压能力（0.46MPa）；

（2）能够满足湖新区间穿越不同地层的地质及水文地质条件的地层的施工需要。

土压平衡盾构是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来进入刀盘后面的土仓内，并使土仓具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降，在出土时由安装在土仓下部的螺旋运输机向排土口连续的将土渣排出。

泥水平衡盾构是通过支承环前面装置隔板的密封仓中，注入适当压力的泥浆使其在开挖面形成泥膜，支承正面土体，并由安装在正面的大刀盘切削土体表层泥膜，与泥水混合后，形成高密度泥浆，由排浆泵及管道输送至地面处理，盾构出土由泥水管道输送，速度快而连续；工进度快；刀具、刀盘磨损小，易于长距离盾构施工；缺点是需要较大规模的泥水处理设备及设置泥水处理设备的场地。

3.湖新区间盾构选型分析

3.1地层渗透性

地层渗透系数对于盾构的选型是一个很重要的因素，根据国内外施工经验，当地层渗透系数小于10-4m/s且水头小于0.3MPa时比较适宜选用土压盾构，当地层渗透性在10-4m/s～10-7m/s时即可选用土压盾构也可选用泥水盾构。当地层渗透系数大于10-4m/s宜选用泥水盾构，地层的渗透性与盾构选型的关系见图2。

本项目盾构隧道掘进地层以细砂、粉细砂为主，属强透水地层，渗透系数Kv=1.0～3.0×10-2 cm/s，

土压盾构在渗透系数大的地层中掘进时，对高水压适应性差，螺旋输送机无法保证正常的压力梯降，不能形成有效的土塞效应，易产生渣土喷涌现象，泥水盾构对高水压、强渗透性地层适应性好；能够满足安全要求。

所以在地层渗透系数方面，推荐选用泥水盾构。

3.2水土压力的影响

当水压大于0.3MPa时，因土压盾构机的螺旋输送机难以形成有效的土塞效应，在螺旋输送机排土闸门处易发生渣土喷涌现象，引起土仓压力下降，导致开挖面失稳、坍塌。

本工程拱顶最大水土压力为0.34MPa，隧道底最大水土压力为：0.46MPa

使用泥水盾构，由于采用管道输送系统将开挖后的土渣成泥水排出，所以不会产生水及土砂的喷涌。只要通过对泥水压力及流量的正确管理，完全能保持开挖面的稳定。因此宜采用泥水盾构。

结论：在水土压力方面，宜选用泥水盾构。

3.3地层颗粒成分影响

由表2可以看出，粘性地层颗粒粒径小于0.075mm的比例约占20%，砂性地层颗粒粒径小于0.075mm的比例约占10%。

对湖新区间地层颗粒成分的统计并形成样件曲线，盾构选型与颗粒级配的关系详见图3。

上图左边区域为卵石砾石粗砂区，为泥水平衡盾构机适用的颗粒级配范围。右边区域为细砂淤泥粘土区，为土压平衡盾构机适用的颗粒级配范围。中间为泥水及土压均适合的区域。

从上图盾构主要穿越的地层颗粒级配曲线分析，在地层颗粒方面土压及泥水盾构基本都能够满足要求。

结论：从地层颗粒成分角度，土压及泥水盾构均适用于本标段。

4.影响盾构选型的其他因素

4.1盾构选型对长江隧道的影响分析

湖北大学～新河街区间需下穿长江隧道进出匝道及主行车道，长江隧道抗拔桩底距隧道顶部间距4.6m，位于细砂地层中，该位置最大水土压力0.46MPa，土压盾构螺旋输送机无法保压，将造成喷涌、同时造成隧道顶部坍塌，危及长江隧道结构及行车安全。采用泥水盾构完全可以控制沉降，保证长江隧道结构安全。

4.2土压盾构辅助措施分析

在富水粉细砂、细砂地层中，渣土中没有足够多的细颗粒（粘土）物质，颗粒间隙较大，这些间隙高水头压力的地下水通道，土压盾构掘进时，砂性土无法糅合成流塑或软塑固体，在土仓内就会形成“水是水、渣是渣”的状态，在此情况下，螺旋输送机就成为高压水的通道，一旦打开螺旋输送机的闸门就会有高压渣水喷射出来，造成掌子面坍塌，地表塌陷。

辅助措施的目的：

（1）使渣土形成流塑状态，易于传递及搅拌；

（2）使渣土具有不透水性、不发生喷涌，以便于出土。

4.2.1双螺旋输送机

双螺旋输送机设计在一定程度上可以控制喷涌，该设计仅在成都地铁个别设备上安装，但没有使用，目前无成功案例，同时双螺机需要同步进行渣土改良配合。

4.2.2保压泵

保压泵最大理论输出量为120m3/h，最大有效输出量为60～70m3/h；而螺旋输送机的输送能力为300m3/h；同时，保压泵对于过渣粒径有一定适应性，经调查50～100mm的渣块即可堵塞保压泵，造成泵体无法工作。

经调查，保压泵在广州地铁进行过试验，因泵渣能力受限，且易堵塞，后被放弃。

对于360m/月的掘进指标，保压泵显然无法满足施工进度要求。

4.2.3高分子聚合物

高分子聚合物在理论及室内试验取得过较好的效果，但在施工生产方面，受注入条件及操作人员人为因素，存在一定不确定性，偶然发生的聚合物渣土改良失误在高水压下即可发生喷涌的严重后果。

5.盾构类型的确定

综上所述，针对本项目标段，从隧道施工安全、高效的角度考虑，综合地质适应性、高水压、高透水性、深覆土、管线、区间穿越建筑物等方面分析得出泥水平衡盾构可以满足本工程需要。

6.结论及建议

湖新区间采用泥水盾构是可行的，也是目前唯一适应高水压、强透水地层并快速掘进的方案。

从该区间的盾构机选型可以看出，盾构机选型需要从工程地质、水文地质、地层渗透性、水土压力、工程环境、工期工效、施工安全性等多方面进行对比分析，而不仅仅是从工程投资角度或穿江越海及陆地等粗线条划分，往往施工的安全性及工期的可靠性才是盾构选型的首选。

岩溶地区地铁盾构隧道设计风险控制 篇7

关键词：盾构隧道,风险控制,岩溶地区

1 概述

由于岩溶地区岩溶和溶洞分布具有不确定性，且不易准确勘察，给结构施工和后期运营安全带来难以预见的风险，因此加强岩溶发育地区城市地铁隧道设计风险控制，对减小工程实施难度，确保工程安全至关重要。盾构法施工因为施工速度快，对周边环境影响小，通常被作为设计推荐的施工方法。岩溶发育给地铁盾构隧道带来较大的工程风险与施工难度，本文就城市地铁隧道如何设计风险控制进行全面分析。

2 岩溶地区地铁盾构隧道建设工程风险辨识

地铁盾构隧道施工与运营过程中溶(土)洞在附加荷载或振动作用下会引起涌水突泥、地基变形坍塌、地面过大沉降，并造成建(构)筑物变形倒塌及周边管线爆裂等，给地铁盾构隧道施工和运营安全带来安全隐患。岩溶地区盾构隧道建设除存在很大的工程安全风险外，其处理费用往往难以有效控制，存在较大投资预算风险;同时由于岩溶处理效果难以控制，处理措施与技术参数需要在实施过程中不断调整完善，因此还存在较大工期风险。根据《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》相关要求，综合考虑岩溶对隧道工程的影响，盾构法城市地铁岩溶隧道一般可定为一级风险源。

3 岩溶地区地铁盾构隧道设计风险控制

3.1 盾构隧道设计方案要点

1)岩溶地区盾构隧道建设一般遵循尽量避让的原则。2)应在满足地铁使用功能前提下充分考虑地层特点和岩溶发育情况对隧道的影响，综合比较区间隧道与相邻车站的使用功能要求、工程风险、施工难度、经济性后，确定岩溶地区线路的平、纵断面方案。根据隧道施工方法特点合理确定隧道的埋深，并尽量避免将隧道设置在岩土分界线附近。3)应根据盾构法和岩溶发育特点采取有效措施对岩溶进行处理，以降低工程风险和施工难度。同时，还应综合考虑岩溶工程风险与其他工程风险之间的相互关系与影响。4)岩溶地区隧道工程设计方案与岩溶处理方案应进行专家咨询与论证，以尽量减小各项工程风险。

3.2 设计对勘察要求

设计宜结合岩溶可能对盾构隧道施工与地铁运营的不利影响，根据工程特点对地质勘察提出采取地质调查、大地钻探及物探等手段探明岩溶发育规律、空间分布、溶洞顶板结构、岩溶连通性、岩溶水与地表(下)水之关系以及环境效应等问题开展系统研究的相关要求。设计应认真研读岩溶地区勘察报告，提出存在异议的地方供各方讨论，勘察单位需对各参建单位提出的疑问进行解释，以加深设计单位对于岩溶对工程影响的认识。

3.3 岩溶处理目的

1)确保隧道施工期间隧道结构安全和人员安全;2)防止地面塌陷和过大沉降，影响周边重要建(构)筑物安全;3)满足隧道永久结构的承载力、变形、防水要求，预防岩溶进一步发展，减小后期运营风险。

3.4 盾构隧道岩溶处理方案

3.4.1 岩溶处理范围

岩溶处理的范围应综合考虑隧道施工对溶(土)洞的影响和溶(土)洞坍塌后对隧道施工与隧道结构的危害进行确定，受影响因素主要有施工方法、岩溶发育规模与大小、洞室稳定性、岩溶水情况等。部分城市地铁在结合地质条件与岩溶发育特点后，对岩溶处理的范围进行了适当的优化并进行专家论证，无锡地铁2号线岩溶主要位于隧道下方且溶腔普遍较小，岩溶处理范围为“隧道向两侧外放5 m后，隧道底板以下有大于2 m厚的可塑、可塑～硬塑粘土层和粉质粘土隔水层，其下方溶洞顶板(中风化、微风化灰岩)厚度大于1 m的岩溶原则上可不作地面处理，对溶腔较大(洞高较大)的岩溶需要加密钻孔探测其边界后再酌情处理”。

3.4.2 岩溶处理原则

1)岩溶处理采取地面超前处理和洞内处理相结合的方法，应尽量探明发育于隧道影响范围内的岩溶并进行地面处理后再进行盾构隧道施工通过。2)岩溶处理前应进行地质补充勘察工作，以进一步探明岩溶发育情况，岩溶处理注浆应尽量利用已有的地质钻孔。3)若填充物为全填充的可塑、硬塑粉质粘土，且承载力特征值大于160 k Pa或标贯大于15击时可不进行处理。

3.4.3 地面超前处理

1)地面超前处理方案。岩溶地面超前处理以钻孔注浆填充为主，在地面超前处理前需要根据已有地质资料对钻孔进行加密，广州地铁3号线，5号线及南京地铁3号线岩溶发育区补充钻孔加密后纵向间距一般为5 m～10 m。若某钻孔揭示有岩溶且需要进行处理，则以该钻孔为中心沿垂直隧道方向由内至外间隔2 m～3 m施作一排岩溶探查孔，直至基本找到岩溶边界。然后，沿平行隧道方向间隔2 m～3 m施作岩溶探查孔直至基本找到洞体边界为止。岩溶地面处理主要采用钻孔注浆填充，若岩溶为有限边界则以揭示岩溶的最外排钻孔作为最外排注浆孔，若垂直于隧道方向在岩溶处理范围内未找到洞体边界，在安全限界附近钻孔然后采用速凝型浆液注浆控制注浆处理边界，以有效控制注浆的范围与注浆量。2)岩溶注浆处理控制要点。岩溶地面填充注浆可采用花管注浆与袖阀管注浆，采用花管注浆应设置止浆塞。注浆施工时应采取措施保证浆液在有效的高度范围内进行填充和扩散。一般情况下先注周边孔再注中间孔，周边孔采用速凝型浆液，中间孔采用普通水泥浆或水泥砂浆。每处岩溶处理前应进行注浆试验，并及时调整注浆参数，注浆效果达到要求后再进行大范围的使用。注浆采取间歇式注浆，进行多次注浆，每次注浆间隔6 h～10 h。对于周边孔以相对小压力、多次数、较大量控制，注浆压力0.2 MPa～1.0 MPa，注浆3次～5次;中间孔注浆压力0.5 MPa～2.0 MPa，注浆3次～5次。

3.4.4 盾构隧道岩溶洞内处理

在管片底部标准块各增加2个预留注浆孔，新增预留注浆孔构造同吊装孔。盾构通过后在不影响正常掘进的情况下或监测显示隧道沉降、变形较大时，通过预埋注浆孔和管片吊装孔采用风钻钻孔以进一步探查是否仍然存在发育于隧道下方的岩溶。洞内钻孔揭示有岩溶时，采用钢花管注浆对岩溶进行填充处理;对未揭示有岩溶发育的钻孔，应及时采用水泥浆进行封堵。注浆过程中应注意压力控制，加强监测，防止压力过大造成管片发生过大变形或开裂。管片预留注浆孔布置图见图1。

3.4.5 岩溶注浆处理效果判断

应综合考虑注浆压力、注浆量与地面反应等因素判断是否需要结束注浆，注浆施工过程中若地面出现冒浆、冒水与地面隆起等现象，在排除未按照工艺要求进行施工等原因后，也可作为结束注浆的参考条件。在结束注浆后，需对岩溶处理效果进行钻孔取芯验证，查看注浆体是否连续，要求洞内全填充，在钻进过程中无明显掉钻，钻进过程中在溶腔填充范围内无明显的漏水与漏浆，达不到要求应补充注浆。同时应进行原位标准贯入试验，处理后溶(土)洞填充物标贯值应不小于15击，其承载力特征值不小于160 k Pa。

3.4.6 加强岩溶地区盾构隧道风险设计交底与施工配合

施工前设计人员应就岩溶地区盾构隧道设计与岩溶处理方案对施工单位进行交底，交底时应强调岩溶工程风险及可能引起的环境风险。制定重大风险预警控制指标与监测要求并进行交底，要求施工过程中加强对周边重要建(构)筑物、地下管线、地面的沉降变形监测与巡视。

同时还需参与制定岩溶地区盾构隧道施工注意事项及事故应急技术处置方案，配合可能发生的事故进度进行重大风险沟通与交流，参与建设单位风险管理，指导审查事故单位风险管理方案、处置措施与应急预案，协调实施现场施工风险跟踪管理。应根据现场施工反馈信息，对盾构隧道设计与岩溶处理方案进行必要的调整。

4 结语

我国可溶性岩分布广、面积大，岩溶将对城市地铁盾构隧道建设带来很大的建设难度与工程风险。岩溶地区盾构隧道工程作为重大风险源需引起建设各方的高度重视，在设计过程中加强风险控制可有效降低工程风险，同时也需要施工过程加强施工质量控制与工程管理。

参考文献

[1]《工程地质手册》编委会.工程地质手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1992.

[2]GB50652-2011,城市轨道交通地下工程建设风险管理规范[S].

[3]江苏省水文地质工程勘察院,江苏省地质工程勘察院.南京地铁3号线滨江路站——五塘村站沿线岩溶发育物探成果报告[R].南京大学地球科学与工程学院,2011.

[4]桂林.广州地铁五号线岩溶盾构隧道工程技术研究[J].桂林工程学院学报,2008(3):24-25.

[5]李广涛.广州地铁三号线北延段岩溶处理设计[J].隧道建设,2009(1):61-63.

地铁盾构隧道结构设计的优化 篇8

盾构工法关键要素之一为:隧道衬砌-管片, 其设计与制造费用占盾构隧道建设费用的比重很大。管片厚度、配筋率、混凝土强度、环宽等设计参数选择, 其合理性与管片采用的设计模型、地区设计习惯密切相关。笔者针对设计模型和参数选择的合理性进行研究, 进而对盾构隧道结构设计进行优化, 十分必要。

1 管片结构设计力学理论基础

目前, 关于盾构隧道衬砌的计算方法有很多的研究, 常用的有:惯用法、修正惯用法、多铰圆环法、梁-弹簧法。

1.1 惯用法

惯用法是将管片环作为刚度均匀的环来考虑的计算法。即不考虑管片接头部分的弯曲刚度下降, 管片环和管片主截面具有同样刚度。

1.2 修正惯用法

修正惯用法是将管片环作为弯曲刚度均匀的环, 但考虑管片接头部分的弯曲刚度下降和环向螺栓处的弯矩上升。将衬砌圆环考虑为弹性匀质圆环, 用小于1.0的刚度折减系数卵来体现环向接头的影响, 不考虑接头的具体位置, 即仅降低衬砌圆环的整体抗弯刚度。用曲梁单元模拟刚度折减后的衬砌圆, 计算中用小于1.0的系数ξ来表示错缝拼装引起的附加内力值。在初步确定盾构隧道管片参数时, ξ取为20%~30%。接头处内力Mji= (1-ξ) Mi, Nji=Ni;管片内力Msi= (1+ξ) Mi, Nsi=Ni。

管片截面内力示意如图1所示。该受力模型外荷载确定和内力计算公式见文献[1]。错缝拼装弯矩传递及分配示意如图2所示。

1.3 多铰圆环法

多铰圆环法是将管片接头作为铰结构来考虑, 多铰圆环结构本身是个非稳定结构, 在隧道周围围岩的围压作用下才能够成为稳定结构, 因此主要适用于隧道围岩状况良好且普遍具有抗力的情况, 其适用地层有局限性。

1.4 梁-弹簧法

梁-弹簧法是将管片主截面模拟成梁, 将管片环向接头模拟成旋转弹簧, 将管片径向接头模拟成剪切弹簧, 将地层与管片环之间的相互作用用底层弹簧来表示。该计算方法比较接近管片在地层中受力的实际情况。

以上四种计算模型理论, 在自重、上覆荷载、垂直土压力、水平土压力以及上部垂直荷载抗力的设定是基本一致的。主要的区别在于水平地层抗力的设定方法上, 惯用法和修正惯用法将水平地层抗力作为一个三角形分布荷载考虑, 多铰圆环法和梁-弹簧法通过地层弹簧来考虑。正常工况条件下, 修正惯用法和梁-弹簧法的计算弯矩较大, 多铰圆环法的计算弯矩最小。

由于多铰圆环法的计算弯矩最小, 可以进行最为经济的设计。但是, 弯矩的降低是以接头作为铰工作为前提, 接头要发挥铰的作用, 需要设置特殊的接头结构或在施工后将接头螺栓卸除。目前我国地铁隧道埋深都较浅, 地层基本都不够稳定, 所以不采用此设计模型。

梁-弹簧法是最为符合实际情况的计算方法, 其具体计算比较繁琐, 需编制较为复杂的程序。目前常用的是同济大学研制的同济曙光软件和日本的MOLE-MAN程序。在使用梁-弹簧法计算模型时, 管片间螺栓的旋转弹簧模量、管片环间的剪切弹簧模量的确定对计算结果影响很大。

修正惯用法计算方法简单实用, 也比较符合实际, 日本一些大直径盾构隧道一般采用梁-弹簧法, 小型隧道多采用修正惯用法。

根据计算得到结构内力结果, 进行配筋及结构强度和裂缝宽度验算。

2 管片配筋

管片配筋是结构设计最重要的一环, 关系到结构的安全性、耐久性, 同时也考虑经济性的影响。目前对管片配筋还没有固定的形式。

管片合理配筋形式的研究有很强的实际意义, 广州地铁2号线赤鹭区间采用欧洲规范, 上下排主筋采用U型钢筋进行连接。日本规范则是下排钢筋向上弯起, 与上排钢筋点焊方式连接。当前, 南京、香港等地采用了管片4边加暗梁的形式。广州地铁3号线市番、天华区间, 取消了2号线U型钢筋连接上下排主筋的做法, 标准块在两端沿环向布置的主筋提高到2φ18 mm并加小箍的形式做成暗梁, 纵向两端也加小箍做成暗梁, 使其整体性加强。在迎千斤顶面的暗梁内外两侧各加了一条腰筋, 背千斤顶面的外侧也加了腰筋。在容易出现裂缝的螺栓孔处加了吊筋及螺栓筋。在配筋率变化不大的条件下, 使钢筋的受力更加合理。

关于盾构管片的裂缝, 主要是在施工过程中产生的, 配筋设计中, 要充分了解该工况。在掘进过程中, 由于有姿态控制要求、围岩不均、纠偏及曲线施工等原因, 千斤顶推力分布很不均匀, 会出现局部超限的拉应力, 于是出现裂缝、破损、掉角等;而当管片离开盾尾以后, 由新拼管片来传递千斤顶推力, 使力得到分散, 裂缝会变小。随着隧道的修建完毕, 圆型盾构隧道逐步转入比较稳定的受力状态, 施工期出现的裂缝、渗漏会变小、消失。

在实际施工中, 由于地质条件、人为因素等, 有时会出现超出强度和裂缝宽度要求的荷载, 对偶尔出现的此类问题, 往往通过后期管片修补来弥补, 比通过增加配筋所需费用少得多。对最小配筋率, 需进一步研究。欧洲管片钢筋, 其管片含钢量一般在80~100 kg/m3, 考虑钢筋强度等技术因素, 折算为107~130 kg/m3。国内通常采用145~160 kg/m3。目前, 已有不少钢纤维混凝土管片成功应用的经验, 管片仅采用30~60 kg/m3的钢纤维掺量[2]。

针对目前存在的管片配筋问题, 建议如下优化设计。

1) 应针对不同地质情况, 研究管片的受力机理 (考虑施工状态和正常使用状态) , 选择合理的计算模式, 使钢筋含量和布置更合理。建议重点采用梁-弹簧解析模型作为计算理论基础, 利用修正惯用法进行校核。

2) 合理分析风险和投资, 找到适当的平衡点, 避免为节约前期投资, 使得后期处理费用过大, 也不应为了避免施工中偶尔出现开裂、崩角等现象, 不合理的加大管片配筋。建议采用φ18 mm, 控制配筋率, 同时采用四边箱型暗梁的方案[3]。

3 对环宽设计建议

管片环宽的选择对工期和质量以及造价影响很大。环宽较小时, 搬运、组装、小半径施工时较为方便。但是, 施工接缝多, 螺栓用量大, 接头渗漏水缺陷多。随着盾构机制造技术的配套改进, 管片的大型化日益体现出较大的优势, 成为发展趋势。环宽较大的管片, 成形隧道的外观质量好, 总体成本低, 隧道纵向受力条件大为改善。如果辅之以小半径等特殊条件下减小环宽的综合设计, 优化设计的空间很大。

4 结束语

为解决交通拥堵问题, 国内各大城市地铁建设形势紧迫。从优化设计入手, 进一步为工程的工期、质量提供保障, 是一个需要重视的课题。同时, 从经济方面考虑, 通过优化设计, 在保证安全质量的前提下, 节约建设投资或使效益最大化, 具有十分重要的意义。

摘要：介绍管片衬砌内力计算的四种基础理论, 结合基础理论分析模型建立的条件, 以长沙地铁某盾构隧道为例, 计算了管片的内力大小, 分析了最不利内力组合, 对管片的配筋形式、配筋量进行设计, 同时列举了类似工程结构设计状况。在综合考虑环宽、管片连接螺栓设计以及施工组织等因素的情况下, 提出技术和经济上有利的管片优化设计方案。还介绍了因施工原因造成的管片边角局部集中受力时, 为避免局部破坏, 在钢筋布设方面的应对措施。

关键词：盾构,管片,结构设计,优化

参考文献

[1]张凤祥, 朱合华, 傅德明.盾构隧道[M].北京:人民交通出版社, 2004.

[2]郭玉海, 陈丹, 袁大军.北京地铁盾构隧道管片设计合理性探讨[J].市政技术, 2006, 34 (4) .

地铁隧道盾构贯通测量误差的控制 篇9

1 隧道贯通测量误差的来源及控制

所谓的测量误差, 就是指地铁在盾构隧道施工的过程中, 由于地下控制、竖井联系、地面控制等各个方面测量误差的积累造成的工作面施工线的不理想连接。根据误差线路的方向投影长度, 测量误差可分为横向、纵向和高程贯通误差, 误差分别在法线、中线和高程3个方向。这3种误差中, 纵向误差的大小更多来自于中线的长度的影响, 与工程的质量无太大的关系, 且按照当前的测量水平, 高程贯通误差更易于满足。

在实践过程中, 为了确保贯通测量的精度, 最主要的是确保横向贯通的精度, 而横向贯通主要受地下、地上控制网测量以及竖井测量3个方面的影响。按照GB50308-2008中的相关文件要求, 在高架以及明、暗隧道中横向贯通误差为±50mm;根据国内的相关测量经验以及误差理论, 横向贯通误差应控制在±25mm。在施工过程中, 地面控制以及竖井的测量可设立成附合导线, 且长度较短, 因此, 在测量上容易满足精度的需求, 而地下导线受空间条件、隧道形状的影响, 不能够布设附合导线, 仅能布设支导线、多环导线或者闭合导线, 且导线的长度大都较短, 在测量精度方面难以满足施工需求。因此在地铁盾构隧道贯通施工过程中, 施工单位采取合理的措施以控制横向贯通测量精度是关键所在。

在地铁盾构隧道工程的施工过程中, 主要包含以下几个方面的工作。第一, 地面控制测量。该测量主要是在地面上建立高程控制网和平面控制网, 主要目的在于为地下的工程设计高程和中心线, 以便为地下的施工提供位置方向。第二, 联系测量。联系测量主要是将地面做标注的高程、方向等传递到地下, 为地下施工建立较为全面统一的坐标系统。该测量的建立主要为了保证施工过程中, 总的挖掘过程能够按照预先的设计进行, 以免隧道开挖超过既定的范围。第三, 地下控制测量。地下控制测量包括高程和地下平面两个部分, 该测量的主要目的是为地下设备按照提供依据, 保证安装顺利进行。第四, 隧道施工测量。该测量是根据隧道的预先设计, 对隧道开挖进行指导, 其主要目的是为了给相关的管理和设计部门提供工程相关材料。在施工过程中, 施工测量不仅要保证盾构机按照预先设计的轴线推进, 同时, 也应提供为盾构机以及操作人员的操作提供正确的参数, 只有这样, 才能保证整个工程的顺利推进。

2 贯通测量的施测

1) 中腰线的标定中腰线的确定是完成隧道贯通的重要一步, 对此, 在施工之前, 施工单位可以通过激光指示的方式开始隧道挖掘, 尤其是在采用机械设备进行隧道挖掘时, 采用位置固定的激光仪对挖掘的方向进行指示, 盾构机上配备相应的光电接收靶, 在掘进过程中, 如果出现挖掘方向与指向仪发出的光束偏离的情况, 激光的激光束就会有所显示, 相应的信息就会由光电接收靶自动传递给盾构机中控室, 这一方法, 能够有效避免掘进过程中位置的偏移。

2) 盾构贯穿之后实际偏差的测定盾构贯穿之后实际偏差的测定包括3个方面。首先, 在水平面内的测定, 如图1所示, 将两端隧道的中心线延长至隧道接通接合面上, 用精密全站仪测出的两中心线的实际距离d就是贯在水平面内通隧道的实际误差。在将隧道两端导线进行联测的基础上, 将两端的导线进行联测, 所求出的坐标方位的差以及坐标闭合差, 就能够在一定程度上反映出水平面的测量精度。其次, 在竖直面内的偏差测定。贯通测量数值平面内的偏差可以通过两种方式得出:①采用最小钢尺或者水准仪等工具测量贯通接合面内两端腰线的高度差, 其数值, 直接就是竖直面内的实际偏差;②采用合理的测量方式获得两端隧道高程控制点的距离, 并采用相应的计算方式计算高程闭合差, 也能够在一定程度上反映竖直面内的精确度。最后, 中腰线的调整。施工过程中, 贯通两段隧道相遇点两侧的中点线连接方向可代替原先预设的开挖方向;连接两侧隧道中腰线, 根据实际测量数据计算隧道坡度, 若大于限制坡度6%, 则应根据实际需要做出调整, 若小于6%, 则无需对中腰线进行调整。

3) 贯通前的安全措施以及竣工测量地铁盾构在贯通过程中, 最后一次的贯通测量时应在保证两个方面工作面距离大于50m的前提下进行。更为接近的距离, 20m条件下施工时, 施工单位应预先向相关单位递交书面申请, 相关部门对工程的安全施工检查合格方能够采取独头挖掘的方式实施挖掘。在地铁隧道贯穿工程完成时, 施工单位应对中线基柱、纵断面的方面进行测绘, 并做出详细的报告, 以便相关部门对工程的设计、施工以及管理等进行审核检查。

3 结语

地铁盾构隧道贯通施工过程中, 工程的设计以及精确度是确保工程的关键所在。而施工过程中的测量误差, 隧道外的误差大多是可以避免的, 由于隧道内的误差发生的比例较大, 且避免此误差的难度较大。因此, 施工单位在施工过程中应对隧道内的测量给予足够的重视, 只有这样, 才能确保工程安全顺利地完成。

参考文献

[1]孙城, 张昌明.地铁盾构施工技术浅析[J].机械管理开发, 2012, (1) :108-110.

[2]刘鹏程, 戴建清.地铁盾构隧道贯通测量误差的控制与实施[J].城市勘测, 2015, (4) :138-140.

[3]陈昌文.地铁隧道盾构自动导向系统的测量误差分析[J].建筑机械化, 2013, (5) :81-83.

[4]高军虎.深度探讨地铁盾构隧道贯通测量技术[J].科技创新导报, 2011, (8) :83-84.

沈阳地铁二号线盾构施工测量 篇10

城市地铁已成为大城市现代化交通工具，世界各大城市和我国主要城市正在积极规划和筹建城市地铁。地铁是一个综合体，建设一条高质量的地铁，需由多学科综合技术构成，除了高标准的设计、先进的施工设备、工艺、材料外，主要还取决于施工的精度，所以有效合理的测量措施是实现高标准设计和施工精度的保障。盾构施工以其独特的施工工艺特点和较高的技术经济优越性，在隧道施工中得到广泛采用。盾构法与传统地铁隧道施工方法相比较，具有地面作业少、对周围环境影响小、自动化程度高、施工速度快等优点。随着长距离、大直径、大埋深、复杂断面盾构施工技术的发展、成熟，盾构施工方法越来越受到重视和青睐，逐步成为地铁隧道的主要施工方法，与盾构施工相伴而生的盾构施工测量，盾构施工测量不仅要保障盾构机沿着隧道设计轴线运行，还要随时提供盾构机掘进的瞬时位置。

沈阳地铁二号线包括沈阳歧山路站～沈阳北站站区间的左、右线隧道以及连接左右线隧道的联络通道。区间线路自歧山路沿北陵大街由北向南至北京街。线路在竖向为“人”字形坡，线间距最小为12m，线路最大坡度为-6‰。隧道断面均为标准的单线单洞区间隧道，平面分别为R=350m及R=800m带有圆曲线的缓和曲线，盾构法施工。本文根据沈阳地铁二号线盾构法施工的实例，结合现代工程测量新技术，从理论和方法上研究盾构隧道测量的方法、特点。

1 盾构施工前测量

1.1 平面控制点复测

平面控制点复测是对地铁施工沿线路方向测设的精密导线进行检验测量。平面控制点在使用前必须进行复测，平面控制点复测按精密导线技术要求进行施测。

1.2 高程控制点复测

高程控制点复测按精密水准方法进行。观测方法:奇数站上为后—前—前—后;偶数站上为前—后—后—前。主要技术要求:每千米高差中数偶然中误差≤±2mm;每千米高差中数全中误差≤±4mm;观测次数为往返测各1次。

2 盾构施工中测量

2.1 盾构机始发测量

盾构机始发位置测量。在完成盾构机组装后，利用导线点和水准点对盾构机的切口及盾尾进行测量，准确测出切口和盾尾中心的三维坐标。采用坐标放样法精确放样出盾构机始发的位置和导轨的位置;严格按照规范要求对盾构机始发的安装摆放进行施工指导。

采用四等水准测量的方法精确放样出导轨的安装高程和盾构机的高程，以保证盾构机能够顺利进入设计的预留洞口。

测量过程中严格遵循测量规范要求，测三次，并取其平均值为最终结果。平面坐标测量纵横坐标误差小于3mm，高程误差小于3mm。

2.2 反力架位置确定测量

盾构机组装结束到达指定位置后，应进行反力架的定位与安装，经内业资料进行反力架位置计算后，采用极坐标法在施工现场实地放样出反力架左右立柱的准确位置，放样精度控制在3mm之内。

盾构机初始状态主要决定于始发托架和反力架的安装，因此始发托架的定位在整个盾构施工测量过程中显得格外重要。盾构机在曲线段始发方式通常有两种，切线始发和割线始发，两种始发方式示意图见图1。

始发托架的高程要比设计提高约1～5cm，以消除盾构机入洞后“栽头”的影响。反力架的安装位置由始发托架来决定，反力架的支撑面要与隧道的中心轴线的法线平行，其倾角要与线路坡度保持一致。

2.3 导向系统仪器站点和后视点点位测量

导向系统采用吊篮的方式固定于车站中板顶部或衬砌管片上方(布置如图2所示)，采用强制对中点位，利用地下加密导线点和水准点进行测设，其测量方法和精度要求严格遵循控制网加密点各项指标要求。导向系统采用全自动全站仪配合掘进管理系统实时测量盾构机在掘进过程中的瞬时姿态，测量时间间隔为2min。在掘进过程中随盾构掘进的长度增加，不断更换仪器站点点位(具体更换频率结合施工要求和曲线转弯半径，大概为曲线段50环/次，直线段80环/次)。更换时采用自动测量系统自测，人工测量复测的方式，增强仪器点位的准确性和精度要求。具体的导向仪器站点和后视点点位剖面图如图2所示。

2.4 盾构姿态测量

在盾构施工的过程中，为了保证导向系统的正确性和可靠性，在盾构机掘进一定的长度之后，应通过洞内的独立导线检测盾构机的姿态，即进行盾构姿态的人工检测。

2.4.1 盾构姿态的计算

盾构机作为一个近似的圆柱体，在开挖掘进过程中不能直接测量其刀盘的中心坐标，只能用间接法来推算出刀盘中心的坐标。如图3所示，A点是盾构机刀盘中心，E是盾构机盾体断面的中心点，即AE连线为盾构机的中心轴线，由A、B、C、D、四点构成一个四面体，测量出B、C、D三个角点的三维坐标(xi,yi,zi)，根据三个点的三维坐标(xi,yi,zi)分别计算出LAB,LAC,LAD,LBC,LBD,LCD，四面体中的六条边长，作为以后计算的初始值，在盾构机掘进过程中Li是不变的常量，通过对B、C、D三点的三维坐标测量来计算出A点的三维坐标。同理，B、C、D、E四点也构成一个四面体，相应地求得E点的三维坐标。由A、E两点的三维坐标就能计算出盾构机刀盘中心的水平偏航、垂直偏航，由B、C、D三点的三维坐标就能确定盾构机的仰俯角和滚动角，从而达到检测盾构机姿态的目的。

2.4.2 盾构姿态自动测量系统

盾构姿态测量是实时测量盾构机的现有状态，及时指导盾构机纠偏。由于区间隧道线路施工工期较紧，测量任务繁重，若采用以前人工测量盾构瞬时状态，将给测量工作带来相当大的压力;盾构测量要求精度高，不出错，还必须速度快，对掘进工作面交叉影响要尽可能小。为此，盾构机配置了盾构姿态自动测量系统，在确保精度符合要求的前提下，快速、准确、实时地给出盾构机空间位置与方位姿态。

图4是盾构姿态自动测量系统界面。盾构姿态自动测量须先输入所有管片中心坐标或隧道线形，经过系统处理后可在显示屏上显示实时盾构姿态。

实时姿态主要参数:

切口偏差—水平/垂直(mm)

盾尾偏差—水平/垂直(mm)

方向偏差—角度值(°)

转角—角度值(°)

坡度差—角度值(‰)

虽然盾构机配有自动测量系统，但在实际施工过程中，还需要做好人工测量工作，经常对自动测量成果进行校核，确保自动测量系统的准确性。

2.4.3 盾构掘进实时姿态测量精度要求

盾构姿态测量主要内容包括横向偏差、竖向偏差、俯仰角、方位角、滚转角和切口里程。盾构姿态的计算精度满足表1要求。

2.5 隧道管片的法面测量及姿态测量

2.5.1 隧道管片的法面测量

区间使用的土压平衡盾构机内径为6150mm，管片外径为6000mm，即盾构机内径与管片外径间有75mm的间隙。法面测量不准或测量不及时，会出现管片安装困难、管片破碎、管片错缝的现象。因此管片的法面测量也非常重要。管片的上下法面(俯仰度)相对好测一些，可利用吊线锤的方法来解决;左右法面的测量可用反射片测出该环管片左右两边对称点坐标并计算出其实际方位角，与理论方位角比较，计算出左右法面的偏差。另外，隧道平面曲线的特征点和隧道的纵断面的变坡点是管片法面测量的重点。

2.5.2 管片姿态测量(即“倒九环”测量)

“倒九环”测量即是测量当班施工最终环号(包括该环)后九环的上下、左右偏差。通常用带水平气泡的5m长尺来测管片的左右偏差，左右偏差测量的方法是把5m长尺水平放置在所测环的大里程，把经纬仪对准后视水平度盘置零，然后瞄准长尺，把水平度盘拨至根据事先计算好的理论角度，直接读出水平尺上的数值，即是该环的左右偏差。若读数在水平尺中心右侧，则说明隧道偏左，反之则偏右。上下偏差测量的方法是放一水准尺于所测环的大里程的底部，根据隧道内的高程控制点测出该环大里程的高程，通过与设计高程比较得出该环管片的上下偏差。通过测量此偏差，可以反映出管片的错缝情况、管片在盾构机内和出盾尾后的变化情况以及管片最近两天的偏差变化情况。以便于及时调整注浆、推进速度等施工参数。管片姿态测量频率为2次/天，在特殊情况下加大测量频率，及时为盾构施工提供准确及时的指导依据。具体的倒九环测量和计算方法见表2。

在日常测量中，测出左长Z1、右长Y1、距离L1和盾尾间隙J1、J2、J3、J4，另外设计坡度也是已知的，表2中的其他数据都由此计算出来。

通过计算，得到的实际坡度、左长、上长就是和设计数据比较的值，通过检验差值是否超过规范要求的限差，就可以检验出平面上的实际挖掘情况是否符合要求。

3 通过AutoCAD作图法求盾构姿态探讨

通过几何解算盾构姿态方法的缺点是在内业计算时，如果用人工手算，其工作量相当大，而且难免出错，因此在进行解算时，可利用AutoCAD进行作图求解，相对于用几何方法解算，速度要快很多，其操作过程如下。

如图5所示，首先是把隧道中心线(三维坐标)通过建立CAD脚本文件输入CAD中，这个工作一个工地只要做一次。然后是把所测参考点1、10、21的坐标(三维)输入到CAD里面。分别以1、10、21为球心，以1、10、21到前点的距离为半径画球，求三个球的交集。用鼠标左键点击交集后的体，就可以找到两个端点，这两个端点到1、10、21的距离就分别等于1、10、21到前点的距离。然后根据盾构掘进的方向，舍去其中一个点。同样方法把后点在CAD里画出来。由于后点通过求交集的方法求出的两个端点距离很近，通过盾构机的掘进方向很难判断，于是通过前点到后点的距离来判断。画出前后点的位置后，通过前后点向隧道中线做垂线，通过测量垂线在水平和垂直方向上偏离值来求解盾构机前后点的姿态。盾构机的坡度=(Z前-Z后)/L×100%(L为盾体前后参考点连线长度)。根据测量平差理论可知，实际测量时，需要观测至少4个点位以上，观测的参考点越多，多余观测就越多，因此计算的精度就越高。比较VMT导向系统测得的盾构姿态值和人工检测的盾构姿态值，其精度基本上能达到±5mm之内。

4 结束语

由于盾构机的VMT导向系统必须有控制测量的支持才能运作，所以控制测量是盾构隧道测量的基础。为了保证隧道的顺利贯通，首先要做好控制测量，然后是保证导向系统的正常运行，定期对盾构姿态进行人工检测，保证导向系统的正确可靠。加强管环姿态检测，及时发现管环的位移趋势，防止管环安装侵限，加强管环姿态检测的同时也是对导向系统的复核。

参考文献

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