盾构法施工（精选十篇）
盾构法施工 篇1
隧道开挖方法有明挖法和暗挖法。明挖法:先将隧道部位的岩 (土) 体全部挖除, 然后修建洞身、洞门, 再进行回填的施工方法。暗挖法:即不挖开地面, 采用在地下挖洞的方式施工。隧道施工的主要技术有钻爆法、新奥法、盾构法。盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地中推进, 通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌, 同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖, 通过出土机械运出洞外, 靠千斤顶在后部加压顶进, 并拼装预制混凝土管片, 形成隧道结构的一种机械化施工方法。盾构机主要组成部分见图1。
2 盾构技术发展史
最早是在1818年, 由英国工程师布鲁诺尔 (M.I, Brunel) 发明了盾构机, 并于1925年开始用一个矩形盾构, 在英国伦敦的泰晤士河下面修建世界第一条水底隧道。20世纪初, 盾构法施工已在美、英、法、苏等国开始得到推广, 并逐步应用到水底公路隧道、地下铁道等工程的施工。
近30年来, 盾构法施工在日本、欧美等工业发达国家发展很快, 在城市隧道中使用盾构机施工的已经占到90%的市场份额。
1965年在上海地铁区间隧道的施工中, 我国首次采用盾构掘进机施工地铁隧道, 之后在水底公路隧道, 排水及引水隧道得到推广应用。2004年10月, 上海隧道股份研制出中国第一台具有自主知识产权的地铁盾构掘进机, 并成功地投入到上海轨道交通网的建设。
3 盾构法的主要优、缺点
(1) 盾构法的施工优点。 (1) 施工作业均在地下进行, 噪音、振动引起的公害小, 且不影响地面交通。 (2) 施工人员也较少, 劳动强度低, 且生产效率高。 (3) 隧道的施工费用不受覆土量多少影响, 适宜于建造覆土较深的隧道。 (4) 施工不受风雨等气候条件影响。
(2) 盾构法存在的不足。 (1) 当隧道曲线半径过小时, 施工较为困难。 (2) 如隧道覆土太浅, 开挖面不稳定, 甚至不能施工, 要确保一定厚度的覆土。 (3) 盾构机正上方一定范围内的地表沉陷尚难完全防止, 特别在饱和含水松软的土层中, 目前还不能完全防止以盾构机正上方为中心土层的地表沉降。 (4) 在饱和含水地层中, 盾构法施工所用的拼装衬砌, 结构整体防水性的技术要求较高。
4 盾构法施工步骤
4.1 在隧道的起始端和终端各建一个工作井
始发井采用明挖法施工, 施工方法和明挖车站的施作方法基本相同, 围护结构采用钻孔灌注桩+钢支撑的形式。始发井考虑到在盾构施工阶段的降雨及降雪, 需要在工作竖井内设置一个集水井, 将盾构掘进时施工排放的污水及雨水等收集起来, 用水泵排至地面的沉淀池内。为了方便工作人员安全上下竖井, 工作井内布置钢梯一部, 钢梯布置在始发井的一角, 钢梯由槽钢、角钢、花纹钢板、钢管及圆钢焊接而成。
4.2 盾构机在起始端的工作井内安装就位
在始发井结构施工结束后, 开始安装盾构基座, 为盾构初始掘进做准备。盾构基座采用钢结构, 盾构基座水平位置按设计轴线准确进行放样。盾构基座高程安装时使盾构机就位后比设计高程高15mm, 以利于调整盾构机初始掘进的姿态。
4.3 依靠盾构千斤顶推力将盾构从起始工作井的壁墙开孔处推出
(1) 进入洞口盾构机姿态的控制。盾构机放置在盾构机机座上, 机座的中心轴线和隧道的中心轴线的切线一致, 盾构机平行推进;加工钢后背时, 须仔细核算钢后背的承载能力;安装钢后背时必须精确地放出盾构隧道的轴线, 尤其是在工作井位于隧道的曲线段上时, 钢后背必须安装成与隧道在工作井始发处的切线方向相垂直, 否则盾构推进时就会偏离轴线。
(2) 空载推进。盾构在空载向前推进时, 主要控制盾构机的推进千斤顶的行程及限制盾构每一环的推进量。在盾构机向前推进的同时, 检查盾构是否与盾构机座、始发洞发生干扰或是否有其他异常事件或事故, 确保盾构机安全地向前推进。
(3) 进洞时盾构施工参数的计算。掘进前必须计算盾构掘进施工参数, 进洞时尽量早地建立土压平衡, 在掘进过程中必须制定试验段, 注意相关数据的采集、分析, 严加控制。及时总结并制定出适合本合同段地质条件的掘进工艺参数。
(4) 推进速度。为了保证盾构机姿态、土体平衡, 顺利切削洞口加固后的土体, 保护切削刀, 初始阶段速度定为10mm/min。
(5) 管片拼装。在洞内进行管片拼装时, 要注意管片与管片之间的缝隙的变化, 要保持一定的缝隙, 管片拼装一定要保证其拼装的质量, 尤其是圆整度, 拼装时将管片连接螺旋拧紧并及时用紧线器拉紧, 管片外侧与基座间的空隙用木楔子楔紧固定。
(6) 控制出土量。初始掘进阶段严格控制出土量, 在土体加固范围内, 以控制出土量为核心, 各种参数合理配置, 同时严格填写推进出土记录, 才能保证一环的出土量不至于超挖, 地面不会发生沉降。
(7) 注浆量。盾构机尾部进入土体第一环至第三环的时候, 要将注浆量加大, 并且采用早强注浆材料进行注浆, 以保证洞口的地面不发生沉降。
(8) 注浆管路的冲洗。初始掘进阶段的浆液需从地面浆液台车上压送至盾构机内, 注浆管路比较长, 每环注完浆后, 必须及时将注浆管路冲洗干净, 以保证下一环顺利注浆。
(9) 盾构进入终端工作井并被拆除, 如施工需要, 也可穿越工作井再向前推进。这时为防止出洞口土体坍塌需要对出洞土体进行加固, 据洞口土质条件, 一般采用旋喷桩加固, 并加强地表沉降监测。
5 结语
根据以往经验分析, 普通土压力平衡型盾构主要适用于粉土、粉质粘土、细中砂等挖性较好的土层。在穿越自稳性比较差的土层时, 如砂砾层, 由于土质原因空隙率大, 地层漏失较为严重, 使用的盾构机应具备加泥浆功能和加泡沫功能, 以达到稳固土体的目的。目前盾构机缺乏在岩石地质使用的经验和业绩, 这有待于进一步研究应用。
参考文献
[1]黄壮飞.预应力混凝土的非自由收缩、徐变变形影响预应力损失的计算方法[J].煤矿设计, 2000 (05)
[2]张厚美, 吕国梁.圆形隧道衬砌结构计算模型综述[J].现代隧道技术, 2000 (02)
[3]竺维彬, 鞠世健.盾构隧道管片开裂的原因及相应对策[J].现代隧道技术, 2003 (01)
[4]朱合华, 丁文其.地下结构施工过程的动态仿真模拟分析[J].岩石力学与工程学报, 1999 (05)
[5]朱伟;黄正荣;梁精华.盾构衬砌管片的壳-弹簧设计模型研究[J].岩土工程学报, 2006 (08)
[6]朱合华, 陶履彬;盾构隧道衬砌结构受力分析的梁-弹簧系统模型[J].岩土力学, 1998 (02)
盾构法施工控制要点 篇2
一、盾构法施工综述
盾构法施工主要施工步骤为：
1．在盾构法隧道的起始端和终结端各建一个工作井，城市地铁一般利用车站的端头作为始发或到达的工作井；
2．盾构在始发工作井内安装就位；
3．依靠盾构千斤顶推力(作用在工作井后壁或新拼装好的衬砌上)将盾构从始发工作井的墙壁开孔处推出；
4．盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土(泥)和安装衬砌管片；
5．及时向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置；
6．盾构进入到达工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。
盾构掘进由始发工作井始发|来源%考 试大%到隧道贯通、盾构机进入到达工作井，一般经过始发、初始掘进、转换、正常掘进、到达掘进五个阶段。
盾构掘进控制的目的是确保开挖面稳定的同时，构筑隧道结构、维持隧道线形、及早填充盾尾空隙。因此，开挖控制、一次衬砌、线形控制和注浆构成了盾构掘进控制“四要素”。
二、盾构掘进各阶段的控制要点
(一)盾构始发施工技术要点
盾构自基座上开始推进到盾构掘进通过洞口土体加固段止，可作为始发施工，其技术要点如下。
1．盾构基座、反力架与管片上部轴向支撑的制作与安装要具备足够的刚度，保证负载后变形量满足盾构掘进方向要求。
2．安装盾构基座和反力架时，要确保盾构掘进方向符合隧道设计轴线。
3．由于临时管片(负环管片)的真圆度直接影响盾构掘进时管片拼装精度，因此安装临时管片时，必须保证其真圆度，并采取措施防止其受力后旋转、径向位移与开口部位(临时管片安装时通常不形成封闭环，在其上部预留运输通道)变形。
4．拆除洞口围护结构前要确认洞口土体加固效果，必要时进行补注浆加同，以确保拆除洞口围护结构时不发生土体坍塌、地层变形过大、且盾构始发过程中开挖面稳定。
5．由于拼装最后一环临时管片(负一环，封闭环)前，盾构上部千斤顶一般不能使用(最后一环临时管片拼装前安装的临时管片通常为开口环)，因此从盾构进入土层到通过土体加固段前，要慢速掘进，以便减小千斤顶推力，使盾构方向容易控制，盾构到达洞口土体加固区间的中间部位时，逐渐提高土压仓(泥水仓)设定压力，出加固段达到预定的设定值。
采集者退散
考试就到考试大
考试大－全国最大教育类网站)
6．通常盾构机盾尾进入洞口后，拼装整环临时管片(负一环)，并在开口部安装上部轴向支撑，使随后盾构掘进时全部盾构千斤顶都可使用。
7．盾构机盾尾进入洞口后，将洞口密封与封闭环管片贴紧，以防止泥水与注浆浆液从洞门泄漏。
8．加强观测工作井周围地层变形、盾构基座、反力架、临时管片和管片上部轴向支撑的变形与位移，超过预定值时，必须采取有效措施后，才可继续掘进。
(二)初始掘进
盾构始发后进入初始掘进阶段。
1．初始掘进特点
(1)一般后续设备临时设置于地面。在地铁工程中，多利用车站作为始发工作井，后续设备可在车站内设置。
(2)大部分来自后续设备的油管、电缆、配管等，随着盾构掘进延伸，部分管线必须接长。
(3)由于通常在始发工作井内拼装临时管片，故向隧道内运送施工材料的通道狭窄。
(4)由于初始掘进处于试掘进状态，且施工运输组织与正常掘进不同，因此施工速度受到制约。
2．初始掘进的主要任务
初始掘进的主要任务：收集盾构掘进数据(推力、刀盘扭矩等)及地层变形量测量数据，判断土压(泥水压)、注浆量、注浆压力等设定值是否适当，并通过测量盾构与衬砌的位置，及早把握盾构掘进方向控制特性，为正常掘进控制提供依据。因此，初始掘进阶段是盾构法隧道施工的重要阶段。
3．初始掘进长度的确定
决定初始掘进长度有二个因素：一是衬砌与周围地层的摩擦阻力，二是后续台车长度。
来源：考试大来源：考试大
(三)转换(台车转换)
(四)正常掘进
转换后进入正常掘进阶段。正常掘进是基于初始掘进得到的数据，采取适合的掘进控制技术，高效掘进的阶段。
正常掘进有以下特点。
(1)后续设备设置在隧道内，仅部分管路和电缆需要延长，作业效率高。
(2)始发井内的临时管片、临时支撑、后背支撑等被拆除，始发井下空间变得宽阔，施工材料与弃土运输容易。
(五)到达掘进(贯通掘进)施工技术要点
当盾构正常掘进至离接收工作井一定距离(通常50～100m)时，盾构进入到达掘进阶段。到达掘进是正常掘进的延续，是保证盾构准确贯通、安全到达的必要阶段。其施工技术要点如下。
(1)盾构暂停掘进，准确测量盾构机坐标位置与姿态，确认与隧道设计中心线的偏差值。
(2)根据测量结果制订到达掘进方案。
(3)继续掘进时，及时测量盾构机坐标位置与姿态，并依据到达掘进方案进行及时进行方向修正。
(4)掘进至接收井洞口加固段时，确认洞口土体加固效果，必要时进行补注浆加固。
(5)进入接收井洞口加固段后，逐渐降低土压(泥水压)设定值至0MPa，降低掘进速度，适时停止加泥、加泡沫(土压式盾构)、停止送泥与排泥(泥水式盾构)、停止注浆，并加强工作。
井周围地层变形观测，超过预定值时，必须采取有效措施后，才可继续掘进。
(6)拆除洞口围护结构前要确认洞口土体加固效果，必要时进行注浆加固，以确保拆除洞口围护结构时不发生土体坍塌、地层变形过大。
(7)盾构接收基座的制作与安装要具备足够的刚度，且安装时要对其轴线和高程进行校核，保证盾构机顺利、安全接收。
(8)拼装完最后一环管片，千斤顶不要立即回收，及时将洞口段数环管片纵向临时拉紧成整体，拧紧所有管片连接螺栓，防止盾构机与衬砌管片脱离时衬砌纵向应力释放。
(9)盾构机落到接收基座上后，及时封堵洞口处管片外周与盾构开挖洞体之间空隙，同时进行填充注浆，控制洞口周围土体沉降。
地铁盾构法隧道施工重点及相应对策
（一）㈠引言
近年来，为适应城市发展需要和满足城市居民日益增长的出行需求，上海市地铁建设不断加快了建设步伐。根据上海地区软土地质的特点，地铁区间隧道建设一般都采用盾构法施工，盾构法施工是以盾构机为隧道掘进设备，以盾构机的盾壳作支护，用前端刀盘切削土体，由千斤顶顶推盾构机前进，以开挖面上拼装预制好的管片作衬砌，从而形成隧道的施工方法。盾构机的类型有多种，目前在上海地铁区间隧道建设中以土压平衡式盾构应用最为广泛。土压平衡盾构工艺原理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的土进入刀盘后面的密封舱内，井使舱内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，从而控制地表沉降或隆起，在出土时由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续的将土渣排出。由于地铁盾构法隧道施工技术难度大、施工风险高、质量要求高、不可预测因素多。因此，监理人员应熟悉和掌握盾构法隧道施工监理监控重点及相应对策，在监理工作中才能真正做到有效地对施工质量进行监控，从而为业主提供优质的监理服务。本人有幸参加了地铁二号线西延伸工程的施工监理工作，在区间隧道掘进施工监理过程中，通过不断摸索与总结，也积累了一些菲薄的工作经验，以下就以土压平衡式盾构为例，对隧道掘进施工中监理应监控的重点及采取的对策，谈几点体会，以为抛砖引玉。
㈡正文
1.盾构始发（出洞）阶段
盾构始发（出洞）阶段是控制盾构掘进施工的首要环节。在盾构始发（出洞）前、后各项准备工作中监理需监督承包单位做好充分的技术、人员、材料、设备准备，并对盾构是否具备出洞条件予以审查，确保盾构在安全可靠的前提下能顺利出洞。1盾构出洞土体加固
为了确保盾构出洞施工的安全和更好地保护附近的地下管线和建（构）筑物，盾构出洞前需对出洞区域洞口土体进行加固。土体加固的方法较多（如水泥搅拌桩加固、旋喷桩加固等），但无论采用何种加固方法，对土体加固的效果检验始终应作为监理重点控制的内容。在确保加固效果满足设计要求前提下，才能同意盾构出洞，否则应督促承包方及时采取补救措施。针对土体加固监理人员应重点关注以下三方面:
⑴加固土体与地墙间隙封闭
由于加固土体与地墙之间存在间隙，监理在审查土体加固专项方案时应审查承包方是否在方案中有相应的措施，一般可采用注浆、旋喷等方法封闭该间隙，并监督承包方予以落实。
⑵加固土体的强度
加固土体的强度是否满足设计要求是衡量加固效果的首要指标，可通过对进出洞加固范围内不同深度土体采用钻芯取样检测的方式加以验证，监理人员应对承包方钻芯取样过程进行见证，确保取样工作的真实性。
⑶加固土体的均匀性
检验加固土体的均匀性目前尚无相应的工具、手段，可通过打探孔方式进行观察。监理人员应监督承包方在洞口割除围护结构背土面钢筋及凿除砼后，合理布置探孔（选择有代表性部位、数量一般不少于5个），现场观察探孔有无渗漏或流砂等异常情况，作为判断土体加固效果的辅助手段。2盾构始发基座设置
盾构始发前需将盾构机准确的搁置在符合设计轴线的始发基座上，待所有准备工作就绪后，沿设计轴线向地层内掘进施工。因此，盾构出洞前盾构始发基座定位的准确与否，直接影响到盾构机始发姿态好坏。监理在检查盾构始发基座时，应重点复核以下内容：
⑴洞门位置及尺寸
在基座设置前，监理人员应采用测量工具对洞口实际的净尺寸、直径、洞门中心的平面位置及高程进行复核。
⑵盾构始发基座位置
盾构始发基座的设置依据不仅包括洞门中心的位置、还包括设计坡度与平面方向。在始发基座设置完毕，为确保盾构机能以最佳的姿态出洞。监理人员应复核基座顶部导向轨的位置（平面位置及高程），确保盾构搁置位置和方向满足设计轴线的要求。3盾构机及后配套设备井下验收
盾构法隧道施工主要依靠盾构掘进机及配套设备完成掘进任务，由于受工作井内空间限制，需将盾构机及后配套台车分节吊装运至井下，并在井下安装、调试和试运转。土压平衡式盾构机及后配套设备构成主要由盾构壳体（包括刀盘及切口环、支撑环、盾尾）、推进系统、拼装系统、油脂润滑系统、监控系统等组成。监理在井下验收工作中的重点是对盾构机及后配套设备主要部件和系统检查和核对，并对试运转情况进行见证，在验收合格前提下可批准盾构机及配套设备投入使用。以下为本工程日本小松φ6340土压平衡式盾构机为例，对盾构机井下调试、验收项目作一介绍。
验收项目验收内容验收要求
外观验收
1刀具数量齐全、刃口完好、安装正确
2焊缝焊缝均匀饱满，无缺陷
3外形尺寸盾构外壳长度和直径符合要求
4尾刷排列整齐有序
5电气设备内外清洁，电缆无破损和油污
调试验收
1刀盘转速正转和反转满足要求
2超挖刀数量和行程满足要求
3推进千斤顶数量、行程、油压、伸缩时间满足要求
4螺旋输送机转速、油压、闸门开关满足要求
5拼装机回转角度和速度满足要求
6注浆系统满足正常使用（用水替代）
7盾尾油脂满足正常使用
8双梁葫芦走行和起升构件正常，满足正常使用
9皮带机启动和停止正常，满足正常使用
10泡沫系统喷出正常
11电气系统仪器仪表显示、漏电开关保护、警报系统等能正常使用 4 后盾支撑系统安装
盾构前进的动力是通过千斤顶来提供，而盾构始发时千斤顶顶力是作用在后盾支撑系统之上。一般后盾支撑体系是由钢反力架、钢支撑、临时衬砌（负环管片）等组成，监理在监督过程中应重点关注后盾支撑系统是否满足其技术要求，即后盾支撑系统必须有足够的刚度和强度，确保在顶力作用下不发生变形5洞门围护结构凿除（出洞侧）
地铁盾构法隧道施工一般以车站主体结构两端端头井作为盾构始发井和接收井。盾构在始发前需对始发井出洞侧洞口围护结构进行分次凿除(一般分为两次，第一次先割除背水面钢筋及凿除围护结构砼至迎水面钢筋，第二次出洞前再清除剩余部分)，一方面清除盾构出洞前障碍，另一方面第一次凿除围护结构后通过打探孔可进一步直观的观察盾构出洞土体加固的效果。监理在洞门围护结构凿除后应对其后土体自立性、渗漏等情况进行观察，判断出洞区域土体的实际加固效果是否满足盾构安全出洞的要求。6盾构出洞装置安装
由于隧道洞口与盾构之间存在建筑间隙，易造成泥水流失，从而引起地面沉降及周围建筑物、管线位移，因此需安装出洞装置。一般包括帘布橡胶板、圆环板、扇形板及相应的连接螺栓和垫圈等。监理应重点对帘布橡胶板上所开螺孔位置、尺寸进行复核，对出洞装置安装的牢固情况进行检查，确保帘布橡胶板能紧贴洞门，防止盾构出洞后同步注浆浆液泄漏。7盾构始发出洞
盾构出洞准备工作就续后，为减少正面土体暴露时间，盾构从始发基座导轨上应及时向前推进，使盾构切口切入土层直至盾构壳体进入洞口的过程称为“盾构始发出洞”。该关键环节监理应进行旁站监督，并重点做好以下工作：
⑴观察割除围护结构迎水面钢筋后盾构机应迅速靠上洞口正面土体。
⑵观察盾构出洞期间洞口有无渗漏的状况，发现洞口渗漏督促承包单位及时封堵。
⑶检查前仓土压力设置是否合适，观察土仓有无砼块，发现后督促承包单位及时清除。
⑷第一环正环拼装前检查最后一环负环管片的拼装位置。
⑸检查千斤顶使用状况，防止盾构出洞后出现姿态“上飘”现象。
地铁盾构法隧道施工重点及相应对策
（二）2.盾构试掘进和正式掘进阶段
根据盾构法施工工艺的特点，盾构安全出洞后需通过前100环试推进寻求最佳施工参数，为全线的正常推进提供符合实际土层特点的技术参数。不论在试掘进还是正式掘进阶段，监理可以通过观察盾构机控制室内仪器仪表显示的数据、审查承包单位上报的盾构掘进施工报表、通过监测数据分析隧道及地面沉降情况等手段进行动态监控，及时掌握和分析施工技术参数变化，检查盾构掘进中的姿态、管片拼装的质量、注浆作业的效果等，督促承包单位采取相应的措施确保盾构掘进施工质量和周边环境的安全。
2.1盾构机施工参数管理
由于土压平衡式盾构采用电子计算机控制系统，能自动控制刀盘转速、盾构推进速度及前进方向，并及时反映掘进中的施工参数。这些施工参数的确定是根据地质条件情况、环境监测情况，进行反复量测、调整和优化的过程，若发现异常需及时调整。因此，对盾构施工参数的管理应贯穿于盾构掘进过程的始终。监理在监督过程中可通过审查承包方施工报表，观察盾构机控制室内监控设备等手段，及时收集和分析有关施工参数的信息，通过信息反馈，动态掌握施工参数的变化。盾构机监控系统能反映的施工参数很多（如土压力、刀盘油压和转速、盾构掘进速度等），对于这些施工参数的管理监理在工作中应重点关注以下几项：
2.1.1土压力
土压平衡式盾构机掘进的原理是建立开挖面前后水土压力平衡。在盾构掘进不同阶段，盾构机工况是从非土压平衡通过在初始出洞阶段逐步过渡到土压平衡，再到进洞阶段由土压平衡逐步过度到非土压平衡，即土压力设定是变化的（在理论数值上它与土体容重、覆土深度、侧向土压力系数有关），施工中需要不断通过不同的土质、覆土厚度、结合环境监测的数据进行调整。因此，平衡土压值的设定是土压平衡式盾构施工关键，监理应予以重点关注，并通过计算理论土压力与实际设定土压力进行比较，判断实际设定土压力是否满足施工的需要，督促承包方合理的设定土压力。
2.1.2出土量
土压平衡式盾构是以切口环作为密闭土仓，盾构推进中切削后土体进入密闭土仓，随着进土量增加建立一定的土压力，再通过螺旋输送机完成排土，而土仓压力值是通过出土量来控制的。因此，出土量的多少、快慢与设定的土压力值密切相关，监理人员可通过计算每环理论出土量与实际每环出土量相比较，判断出土量是否正常。
2.1.3掘进速度
盾构掘进的速度主要受盾构设备进、出土速度的限制，若进出土速度不协调，极易出现正面土体失稳和地表沉降等不良现象。因此，监理应重点督促承包方均衡连续组织掘进作业，当出现异常情况时（如遇到阻碍、遇到不良地质、盾构姿态偏离较大等），应及时停止掘进，封闭正面土体，查明原因后采取相应的措施处理。
2.1.4千斤顶推力
盾构是依靠安装在支撑环周围的千斤顶推力向前推进的，推力的大小与盾构掘进所遇到的阻力有关，正确的使用千斤顶是盾构是否能沿设计轴线（标高）方向准确前进的关键。因此，在每环推进前，监理应根据前面几环承包方申报的盾构推进的现状报表，分析盾构趋势，督促承包方正确的选择千斤顶的编组，合理地进行纠偏。
2.2盾构掘进姿态控制
所谓盾构姿态具体是指盾构掘进中现状空间位置（包括高程和平面位置）。盾构姿态控制就是将盾构轴线控制在与设计允许偏差范围内。盾构姿态控制的好坏，不仅关系到盾构轴线是否能在已定的空间内在设计轴线允许偏差内推进，而且还影响到后续工序管片拼装的质量（只有盾构掘进姿态控制在允许误差
质量提出了具体的要求（本工程以20环为一个检验批进行验收）。监理在进行检查中应重点检查以下内容：
⑴高程和平面偏差。
⑵纵、环向相邻管片高差和纵、环向缝隙宽度。
⑶纵、环向相邻管片螺栓连接。
2.3注浆作业监控
盾构法工艺施工隧道，由于盾构壳体与拼装管片之间存在“建筑空隙”，如不及时填充，势必产生土层扰动变形，造成地面变形（严重的危及到地面建筑和地下管线的安全使用）或隧道结构变形。注浆作业是盾构法隧道施工控制地面和隧道结构变形主要技术措施之一，通过压浆填充“建筑空隙”控制变形量。施工中的注浆工艺分为同步注浆、衬砌后补注浆，无论采用哪种工艺，监理在监督过程中应通过分析监测资料（以控制地面和隧道结构变形为原则）、审查拌制和注浆施工记录、对每作业班拌制注浆液试块制作见证送检等手段来综合分析注浆作业的效果，判断注浆作业是否达到控制变形的成效，并重点监督浆液配合比、注浆量、注浆压力等主要技术指标。
3.盾构接收（进洞）阶段
盾构接收（进洞）阶段掘进是盾构法隧道施工最后一个关键环节。盾构能否顺利进洞关系到整个隧道掘进施工的成败。在盾构进洞前后监理需监督承包单位做好充分的盾构接收的准备工作，确保盾构以良好的姿态进洞，就位在盾构接收基座上。
3.1盾构进洞土体加固
盾构进洞区域土体加固一般与出洞区域土体加固是同时进行，对盾构进洞土体加固效果的检验可参照对盾构出洞土体加固。
3.2盾构接收基座设置
盾构接收基座用于接收进洞后的盾构机，由于盾构进洞姿态是未知的。在盾构接收（进洞）前监理仍需复核接收井洞门中心位置和接收基座平面、高程位置（一般以低于洞圈面为原则），确保盾构机进洞后能平稳、安全推上基座。
3.3进洞前盾构姿态监控
在盾构进洞前100环监理对已贯通隧道内布置的平面导线控制点及高程水准基点做贯通前复核测量，是准确评估盾构进洞前的姿态和拟定进洞段掘进轴线的重要依据。监理复核数据应通过与承包方复核数据的比较，分析误差是否在允许偏差之内，从而正确的指导进洞段盾构推进的方向。
3.4洞门围护结构凿除（进洞侧）
盾构进洞前需对接收井内围护结构背水面钢筋进行割除及砼凿除，通过打探孔实际验证盾构进洞区域土体加固的效果。监理在洞门围护结构凿除后同样需对其后土体自立性、渗漏等情况进行观察，判断进洞区域土体的实际加固效果是否满足盾构安全进洞的要求，否则应督促承包方采取补救措施。
3.5盾构接收进洞
盾构接收（进洞）准备工作就续后，盾构机向前推进，在前端刀盘露出土体直至盾构壳体顺利推上接收基座的过程称为“盾构接收进洞”。该关键环节监理应进行旁站监督，并重点做好以下工作：
⑴观察进洞洞口有无渗漏的状况，发现洞口渗漏督促承包单位及时封堵。
⑵督促承包方及时安装洞口拉紧装置，并检查其牢固性。
㈢结束语
盾构法隧道工程是一项综合性施工技术（如包括盾构机械技术、隧道测量技术、地下防水技术、盾构施工安全技术等），通过多年来前人的不断摸索和实践已经形成了一套比较成
浅析地铁施工盾构法的施工技术 篇3
【关键词】地铁施工；盾构法；施工技术；方法；应用
引言
现在，城市化水平越来越高，城市在发展过程中，对交通带来了很大的压力，为了缓解交通方面的压力，城市轨道交通成为了主要的方式，在进行发展的过程中，地铁成为了重要的交通工具，在进行地铁建设的时候，施工技术中最常使用的就是盾构法。现在地铁建设速度也是非常快的，很多大城市为了解决城市交通问题将地铁建设作为了规划的重要内容。为了保证地铁工程建设，选择合理的施工方法是非常重要的，在不断的建设中，盾构法施工是效果非常好的施工技术，在很多施工中都得到了应用。在进行地铁建设时，隧道建设是非常重要的，采用盾构法施工技术进行施工，可以使用盾构机作为隧道的掘进设备，同时以盾构机的盾壳作为支护，同时在施工中采用千斤顶作为支撑，这样的施工方式可以取得更好的施工效果。
1.地铁工程盾构施工技术的施工原理
盾构施工技术，顾名思义，其以盾构机为主要施工设备进行施工。盾构机具有坚强的盾构钢壳，可以为地下挖掘施工提供极为可靠的安全保障。在盾构机挖掘行进过程中，盾构机的尾部同步进行持续的注浆作业。注浆作业可以最大限度降低盾构机挖掘过程中对周围土层的扰动，从而保障隧道的稳定。盾构机由刀盘、压力舱、盾型钢壳、管片和注浆体等部分组成，各部分各有作用，又相互配合，协调运转，使得盾构机挖掘作业得以顺利实施。盾构机在土层中的挖掘作业实际上包括三方面内容，一是确保开挖面稳定，二是挖掘并排出土壤，三是进行补砌和注浆作业。
2.地铁工程盾构施工技术的施工特点
盾构施工技术属于较为先进的隧道挖掘技术，和传统地铁隧道施工技术相比，盾构施工技术在施工过程中具有如下特点：一是盾构施工大部分过程位于地下，对施工地点周边环境影响很小，非常适合建筑密集、人群活动频繁的城市环境施工。在采用盾构机进行地铁隧道施工时，施工活动位于地面以下，施工过程中产生的噪音非常微弱，对周围土层的振动也小，不必像其它工程施工那样需要线路沿线施工现场进行特殊的布置安排，对地面活动，特别是交通运输和周边环境影响微弱。二是施工精度要求高。地铁工程对于施工质量和工程安全可靠性有着很高的要求，为了达到这个目标，在工程施工时必须严格控制施工精度。在使用盾构机进行施工时，由于盾构机管片制作精度很高，从而保障了施工误差能够控制在一个极小的范围内。此外，盾构机发掘作业时，只能向前行进，无法做出后退动作，一旦施工过程中出现后退现象，必然会造成盾构装置受到严重损伤，从而产生不可预估的后果，严重影响工程进度和施工安全。为确保施工安全，在施工前期，施工人员一定要做好充分准备，防止任何可能导致盾构机后退现象的发生。另外，盾构机属于专业设备，其设备参数与施工条件之间具有较为严格的针对性，施工隧道断面不同，盾构机的设备参数也不一样。在进行断面面积大小不同的隧道施工时，必须对盾构机进行相应改造，甚至是专门设计制造，否则无法保证施工质量。
3.地铁工程盾构施工中的技术控制要点
盾构施工技术含量很高，为保障工程质量，必须对各工序和操作予以严格控制，确保施工质量。下面对盾构施工各主要阶段的施工技术控制要点逐一进行分析，以帮助大家更好的理解和把握：
3.1 盾构机进出洞时的作业控制
在使用盾构机进行挖掘作业时，进洞和出洞作业是盾构机工作的基础操作和主要组成，其操作质量对于盾构施工来说具有极其重要的影响。如果进洞或出洞作业出现问题，可能导致整个工程的失败。为此，必须切实做好盾构进出洞作业，确保施工质量。盾构进洞前，首先要正确选择隧道施工路线，防止轴线发生过大偏差。同时，要做好施工路线周围地质环境勘察，针对可能会对盾构施工造成负面影响的因素，提前制定科学可靠的防范措施，避免施工事故发生。在盾构出洞前，也要做好相关准备工作，严格审查各项出洞条件，确认各项条件符合出洞标准后方可出洞。
3.2 盾构机挖掘前进时施工作业控制
盾构机掘进作业是盾构施工的主体，在整个盾构施工过程中占据最大的比例。在进行盾构掘进作业时，最主要的是要尽量减少盾构施工对周围土层的影响，防止对土层产生过大的扰动，确保盾构开挖面的稳定性。为达到这一目的，在施工过程中一般通过调整掘进参数来实现。在盾构机掘进施工过程中，盾构姿态是一个非常重要的概念，其指的是盾构掘进过程中的现状空间位置，盾构姿态是评价盾构轴线与设计轴线之间的偏差是否满足设计要求的重要指标，盾构姿态的好坏，直接影响到盾构掘进施工的顺利进行和后面管片拼装作业的质量高低。所以，在进行盾构掘进作业时，必须严格控制盾构姿态。施工过程中，对盾构姿态的控制是通过对注浆量、注浆方式、盾构坡度等十项参数的控制来实现的。为确保各项参数控制精准，准确可靠的实地测量是必不可少的。施工人员通过一系列规范化的科学测量，并结合盾构掘进过程中地面沉降的情况对掘进参数进行优化，从而保证盾构开挖面的稳定。此外，为保障掘进过程中土体压力波动始终处于允许范围内，必须随时注意盾构机推进速度和排土量的调整。
3.3 盾构穿越粉砂层时施工作业控制
隧道线路周围地质条件对于盾构施工影响巨大。对于盾构施工来说最为理想的施工环境是淤泥质粘土或淤泥质粉质粘土等软土地层，如果施工线路途经粉砂层，那么施工难度将会大幅提高，必须运用一些特殊的方法。土体液化和出土口喷砂是粉砂层土体盾构施工的主要困难。要解决这个问题，就必须提升正面土体的流动性与止水性。具体施工中，可以通过适当提高土舱压力和向土舱内加泥的方法予以处理。
4.结束语
地铁盾构施工方法是一种综合性较强的施工技术，在应用过程中要不断进行探索和实践，这样才能使这种施工技术更加的成熟，同时也能更好的发展地铁施工方法。盾构法涉及到的学科包括机械工程、自动化控制、测量工程、岩土工程和液压传动，在未来的发展过程中，是离不开各个学科的专家共同努力和合作的，共同研制适合我国地质条件的盾构机械，才能让盾构技术更好地为我国地铁和隧道工程建设做出应有的贡献。
参考文献：
[1]张国轩.地铁施工盾构法的施工技术研讨[J].黑龙江科学，2014，03：56.
[2]王小红.小议地铁施工盾构法施工技术[J].科技创新与应用，2013，34：220.
[3]吴江.地铁施工中盾构法应用技术探析[J].科技创新与应用，2015，04：153.
[4]秘川川.地铁施工盾构法的施工技术探析[J].科技创新与应用，2015，13：221.
地铁施工盾构法的施工技术研讨 篇4
1 城市地铁盾构法的概述
1.1 城市地铁盾构法的历程
城市地铁盾构法施工是近10年才发展起来的新型技术, 在不断地应用中城市地铁盾构法得到了长足的改进和提高, 这使得城市地铁盾构法更加适于城市地铁轨道的建设, 并逐步取代传统的挖掘方式成为城市地铁施工的主要技术。当前城市地铁盾构法在各主要城市的地铁建设中有着广泛应用, 特别是在平原地区的城市地铁轨道的建设中, 城市地铁盾构法具有效率和安全上的集中优势。随着我国城市化的推进, 人口会向中心城市形成聚集效应, 作为城市公共事业建设者应该未雨绸缪, 要对城市地铁交通网络的建设有所预期, 特别是要做好城市地铁盾构法的研究和应用工作, 以便在未来的城市地铁网络的建设中更好地应用此项技术, 实现对城市发展和人们交通需要的快速、高效的满足。
1.2 城市地铁盾构法的原理
盾构机是城市地铁盾构法的主要机械设备, 盾构机主要由挖掘系统、稳定支撑系统和注浆系统组成, 其主要功能是在盾构机不断向前挖掘的过程中通过支撑和稳定来保护挖掘的孔洞, 在盾构机的尾部以注浆施工对隧道围岩进行加强, 进而达到城市地铁隧道的挖掘、支撑和加强作用。
1.3 城市地铁盾构法的特点
一方面, 城市地铁盾构法的环境影响小, 特别是盾构法在施工过程中没有较大的震动和噪音, 这会使城市地铁盾构法可在各种环境和条件下进行, 有利于提高城市地铁建设的速度。另一方面, 城市地铁盾构法的精度高, 盾构的运行以机械工程、测量工程、自动控制工程作为基础, 可以确保盾构法施工的精度。此外, 城市地铁盾构法节约成本, 在盾构法施工过程中可以通过熟练相关技术和操作降低人工和管理成本, 并且会在长期的施工中达到摊薄盾构机成本的作用。
2 城市地铁盾构法的主要技术要点
2.1 盾构机进出施工场地的技术要点
首先, 盾构机在进入施工洞的时候要对相关技术要点和参数进行确定, 要对进洞技术进行严格控制, 这是确保盾构机进洞和施工的重要基础。在施工中要对盾构机轴线进行不断修正和纠偏, 这样有利于确定隧洞的方向和长度。盾构机在出洞前要做好准备工作, 要对出洞的技术和条件进行审查和控制, 以确保对盾构机的防护。
2.2 盾构机掘进施工的技术要点
盾构机掘进是整个城市地铁施工的重点环节, 也是建设城市地铁工程的技术要点, 盾构掘进过程是盾构机进出洞之前的主要工作, 主要施工原则是减小盾构施工对周围环境的影响, 减少对周围土体的扰动, 技术关键是保持盾构开挖面的稳定。盾构掘进阶段对盾构姿态的控制始终是重中之重, 主要由十个参数控制, 包括注浆量与方式、盾构坡度、盾构姿态等。施工中相应的现场实测手段是参数优化与匹配的前提, 可以结合地表沉降观测进行参数优化试验, 实现盾构开挖面的稳定。
2.3 不良地质城市地铁盾构法施工的技术要点
城市地铁建设中可能会出现对不良地质层面的穿越, 比较常见的类型是淤泥质黏土或淤泥质粉质黏土等软土地层, 在应用城市地铁盾构法施工时需要采取特殊的施工技术来应对。一方面可以适当提高土舱压力, 防止正面土体液化;另一方面可以适当向土舱内加泥, 防止喷砂, 进而在确保城市地铁盾构法施工安全的基础上, 提升城市地铁盾构法施工的效率。
3 结语
城市地铁盾构法施工具有综合性优势, 是一种具有安全性和高速度的城市地铁施工方法, 城市地铁施工单位要在机械工程、工程测量、定位和控制技术等方面加强研究, 以便有效提高城市地铁盾构法施工的技术运用, 进而达到城市地铁施工的质量目标。当前, 应该展开盾构的进出、盾构的掘进和不良地质施工等方面的控制, 使城市地铁盾构法能够更好地发挥优势, 为地铁建设和城市交通发展做出必要的技术支撑和基础性贡献。
摘要：为了缓解城市交通方面的压力, 城市地铁轨道交通成为当前重点建设工程, 城市地铁并逐步成为城市交通网络和重要出行方式。城市地铁的建设常用盾构法进行施工, 这是当前城市地铁施工企业必须熟练掌握的技术, 本研究就是根据地铁施工盾构法的实际应用, 展开了地铁施工盾构法的相关研究, 在提出地铁施工盾构法原理和特点的基础上, 对盾构进出、盾构掘进、穿越不良地质等方面进行了思考, 实现了行业应用地铁施工盾构法的基础性研讨。
关键词：地铁施工盾构法,城市地铁,原理,盾构进出,盾构掘进,不良地质
参考文献
[1]向昌平.盾构法施工技术在地铁建设运用中的技术问题分析[J].中国高新技术企业, 2008, (08) :107-108.
[2]张振宇.盾构法施工技术在我国的应用与发展[J].武汉工程职业技术学院学报, 2005, (04) :39-40.
[3]杨树荣, 王福喜, 冯芳霞.谈南京地铁BT项目盾构隧道的创新管理[J].森林工程, 2010, (02) :81-82.
[4]宋云, 张君, 张立宇.成都地铁施工中盾构机的应用[J].筑路机械与施工机械化, 2008, (01) :119-120.
地铁盾构法施工事故预防及处理措施 篇5
【摘 要】为了提高地铁盾构法施工过程中事故预防及处理措施技术水平，结合广州地铁四号线盾构法施工工程，针对盾构法结泥饼、管片上浮控制、盾构机滚动监测、盾构法施工测量偏差等各种施工事故采取相应的预防及处理措施，从而加强了地铁工程的施工技术措施及安全性。通过对典型操作实例的分析和总结，验证了该方法的有效性。
【关键词】地铁盾构法事故预防处理措施滚动监测
1、工程概况
广州地铁四号线大学城专线地铁盾构工程主要穿越仑头村、仑头海河床、官洲村、官洲河河床及少量果园。仑头村、官洲村多层居民建筑密集，地表高程一般为12.86～16.68 m。此处地层强度及硬度较高为:①右线中间段，其天然抗压强度单值为51.5～98.1MPa，平均值为78.2 MPa;②左线ZDK16+400段，其天然抗压强度单值为58.5～77.5 MPa，平均值为67.1MPa。岩石硬度大，对刀具的磨损大。仑头盾构始发井至官洲站段隧道结构顶板在SCK17+100—SCK17+400段切穿砂层，涌水量较大。虽然其结构顶板以上存在4～6 m厚的砂质黏性土等相对隔水层，但隧道外水压力较大，隔水层的渗透性将因围岩变形而增大，那么隧道将出现不同程度的涌水、涌土问题。混合岩残积土、全风化～强风化混合岩遇水具崩解性，受水影响其强度会迅速降低，稳定性较差，不利于围岩的稳定。开挖时若不及时支护或疏干地下水，则可能引起较大范围的坍塌失稳现象。本标段工程地质划分为9个岩土层，每个岩土层分别按岩土层代号、岩土名、时代成因和岩性描述。渗透系数的选用以抽水试验、室内渗透试验结果为主，渗透系数的具体选用见表1。
2、施工事故预防及处理措施 2.1防止盾构法结泥饼施工技术措施
盾构机穿越易结泥饼的〈5Z-1〉、〈5Z-2〉地层时，盾构机掘进时会在刀盘特别是刀盘的中心部位产生泥饼。当产生泥饼时，掘进速度急剧下降，刀盘扭矩也会上升，大大降低开挖效率，甚至无法掘进。施工中采取的主要技术措施为: 1)在到达这种地层之前把刀盘上的部分滚刀换成齿刀，增大刀盘的开口率。2)加强盾构掘进时的出土管理，密切注意开挖面的地质情况和刀盘的工作状态。
3)刀盘前部中心部位布置有数个泡沫注入孔，在这种地层掘进时可以适量增加泡沫的注入量，减小渣土的黏附性，降低泥饼产生的几率。
4)刀盘背面和土仓压力隔板上设有搅拌棒，以加强搅拌强度和范围，并通过土仓隔板上搅拌棒的泡沫孔向土仓中注射泡沫，改善渣土和易性，增大渣土流动性。
5)必要时螺旋输送机内也要加入泡沫，以增加渣土的流动性，利于渣土的排出。
6)一旦产生泥饼，可空转刀盘，使泥饼在离心力的作用下脱落。确保开挖面稳定后，可采用人工进仓处理的方式清除泥饼。
2.2防止盾构机螺旋输送器喷涌的技术措施
由于基岩裂隙水发育，且得到珠江水系的补给，进入土仓的渣土不具有一定的塑性，承压水与无塑性渣土容易形成螺旋输送器喷涌。针对这种情况采用下列措施: 1)隧道下坡并处于硬岩含水地层中必须切断管片与围岩间隙汇集的地下水与开挖面的水力联系，管片处于硬岩含水层中长度越长，管片背后存储的水力和压力就越大，这就要求同步注浆效果必须达到完全封闭衬砌空隙并阻水，避免土仓与管片背后形成水力通道。
2)采取土压平衡模式掘进，严格控制进尺、出土量，保证盾构机连续均衡快速通过该区域。如图1。
3)及时对盾尾密封刷添加足量的油脂，确保盾尾的密封性，防止因盾尾密封性不好发生涌水、涌沙现象。
4)如果发现有涌水现象，将螺旋输送器前端退出土仓，并关闭土仓闸门。启用保压泵，将渣土直接泵送至渣土车。在关闭螺旋输送器的情况下继续掘进，让切削下来的土体挤出土仓内的水，但要预防仓内压力过高，造成盾构机前方隆起、冒浆和击穿盾尾密封等事故。5)加强地面监测，及时进行信息反馈。2.3盾构法掘进过程中管片上浮控制措施
盾构机在掘进过程中，隧道管片位移多数情况下是管片上浮，主要受工程地质、水文地质、衬背注浆质量、盾构机姿态控制等方面的影响。2.3.1引起管片位移的因素分析
1)衬背环形建筑空间。当管片脱出盾尾后，由于盾构掘进过程中的蛇形运动，超挖以及理论间隙，管片与地层间存在一环形建筑空间。在软岩地层中，如果不及时进行同步注浆填充环形建筑空间，拱顶围岩极有可能产生变形引起地表过量沉降。在硬岩地层中，管片脱出盾尾后，环形建筑空间在相对长的时间内是稳定的，如不及时填充此空间，脱出盾尾的管片是处于无约束的状态，给管片的位移提供了可能的条件。2)硬岩含水地层。在透水地层中盾构机掘进形成的环形建筑空间在充满水或初凝时间很长的浆液的情况下，若隧道管片全部浸泡在盾构掘进形成的“圆形坑道”之中，当管片所受到的浮力大于管片本身的自重，隧道管片在全断面地下水或未凝固的浆液的工况下，管片本身就有上浮的趋势。
3)衬背注浆工艺。一是注浆量不足:在盾构机掘进的过程中，实际注浆量应该达到理论建筑空隙量的150%～200%。该区间盾构开挖断面扣除管片外径面积每一环的理论空隙量为4.05 m3。考虑到运输和管道输送、压注过程中的损失，进入到衬背环形建筑空间的浆液量不能完全填充密实管片与围岩间的建筑空间，尤其是隧道顶部分，这也给管片提供了上浮空间。二是注浆压力不足:盾尾注浆孔口的注浆压力应大于隧道埋深处的水土压力，考虑到现场对注浆压力的管理和控制不能完全和理论值吻合，导致衬背浆液不能密实地充填圆形建筑空隙，造成管片上浮。2.3.2控制管片上浮的措施
1)选择合适的浆液性能。应该保证浆液的充填性、初凝时间与早期强度、限定范围防止流失(浆液的稠度)的有机结合，才能使隧道管片与围岩共同作用形成一体化的构造物。
2)控制盾构机姿态。盾构机过量的蛇形运动必然造成频繁的纠偏，纠偏就是管片环面不均的过程，要求盾构机掘进过程中控制好盾构机的姿态，沿隧道轴线作小量的蛇形运动。发现偏差时应及时逐步纠正，不得过急过猛来纠正偏差，人为造成管片环面受力严重不均。3)管片上浮后的处理措施。发现管片上浮，立即停止盾构机掘进，对已上浮的管片通过注浆孔二次注浆，注浆顺序应顺隧道坡度方向从隧道拱顶至二侧最后压注拱底。当打开拱底注浆孔无渗水时，可以终止注浆。
2.4盾构机滚动预防及处理措施 2.4.1盾构机的滚动监测方法
1)滚动角的监测。采用电子水准仪测量高程差，进行滚动圆心角计算的方法监测。可在土仓隔墙后方对称设置两点，使该两点的连线为一水平线并且其长度为一定值L，测量两点的高程差，即可算出滚动角。如图2，A、B为测量标志，a、b为盾构机发生滚动后测量标志所处的新位置，Ha、Hb为测出的两点的高程，α为盾构机的滚动圆心角，α=arcsin［(Hb－Ha)/L］;如果Hb－Ha>0，那么盾构机逆时针方向滚动;如果Hb－Ha<0，那么盾构机顺时针方向滚动。
2)竖直方向角、水平方向角的监测。采用全站仪直接测量盾构机的竖直方向角、水平方向角的变化，可得到盾构的方向偏差。
3)自动监测。盾构机带有自动测量激光导向系统，该系统是在一固定基准点发出激光束的基础上，计算机器的位置来工作。确定机器位置，便可计算其对设计线路的偏差，并将信息反馈在显示器上，操作人员通过控制系统进行调整。测量机器位置，使用目标装置(激光靶板)和倾角罗盘装置。激光靶板测量激光束的射入点和射入角，内置测斜仪测量机器在两个方向的转角。自动监测与人工监测相互辅助，可提高盾构机姿态监测的精度。
2.4.2盾构机滚动调整与方向变化
1)滚动偏差。当盾构机滚动偏差超过0.5°时，盾构机会报警，提示盾构机操作手必须对刀盘进行纠偏，盾构机滚动偏差采用刀盘反转的方法纠正。
2)方向偏差。控制盾构机方向的主要因素是控制推进千斤顶的推力，通过调整各推进油缸的推力来调整盾构机掘进机的姿态。当盾构机出现下俯时，加大下侧推进油缸的推力;当上仰时，可加大上侧推进油缸的推度来纠竖直方向的偏差。操作人员要根据自动导向系统量测的结果和在控制室监示器上显示出来的盾构机当前位置与设计位置以及相关的数据和图表，平缓地调整各分区千斤顶的推力让盾构机接近设计线路。3)方向控制所采取的措施。在盾构掘进机上安装SLS-T导向系统，并实现电脑程序化和自动化控制。同时采用人工测量复核，以确保掘进方向的准确。①人工监控。控制盾构的滚动角、水平方向角、垂直方向角，在盾构机上安设固定的测量控制点，以检测盾构的偏转。②自动监测。依靠SLS-T激光导向系统，其采用基础坐标系来精确定位和方向控制。③滚动偏差调整。开挖掌子面推进的支撑反力由管片提供，刀盘切削土体的扭矩主要是盾壳与洞壁之间形成的摩擦力矩来平衡。在岩层较好时，盾壳与岩层之间也有部分摩擦力提供力矩。当摩擦力矩无法平衡刀盘切削土体产生的扭矩时，将引起盾体滚动，滚动过大就会影响管片拼装，从而引起隧道轴线偏斜。若盾壳已发生偏转，则采用刀盘反转，慢慢调正。④纠偏注意事项。在转换刀盘转动方向时，应保留时间间隔，切换速度应缓慢均匀;根据盾构机前的掌子面地层情况及时调整掘进参数、掘进方向，避免引起更大的偏差;对于盾构机蛇形运动的修正，应以长距离慢慢修正为原则，如果修正过急，蛇形反而会更加明显。在直线推进的情况下，应选取盾构机当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条直线为新的基准点进行线形管理。在曲线推进的情况下，应使盾构机当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。2.4.3盾构机滚动处理措施
1)在掘进过程中，有针对性地加注泡沫减小刀盘扭矩，消除使盾构机发生滚动的外力因素。2)及时注浆，确保注浆量，采用活性浆液等措施增大盾构周边摩擦力控制盾构滚动。3)通过改变刀盘旋转方向来纠正盾构滚动。
4)放慢推进速度，采用刀盘正、反转的措施对盾构机滚动进行控制。2.5注浆管堵塞预防及处理措施 2.5.1堵管原因分析
1)浆液配合比。采用同步注浆工艺进行衬背注浆，对浆液的性能要求是浆液不易离析、易压送、充填性好、早强、经济性好。综合平衡选择浆液性能是确保同步注浆质量的关键。
2)浆液运输。浆液的运输包括地面拌和站经输送泵泵入储料罐，再由下料管放至井下的浆液运输车，然后运至隧道内，经砂浆泵泵入盾构机储料罐中。由于砂浆经过多次倒运，运输管路弯曲且运输环节多，浆液在运送过程中静置时间过长，极易引起浆液的离析。
3)注浆管路被污染。工序交接和班组交接时，管路未进行清理，造成管路中残留的浆液在管壁固结沉淀。
4)材料品质。中粗砂粒径不适应盾构机配置的同步注浆管路。另外砂未经过筛分，粗粒混入浆液引起管路阻塞。
5)盾构机同步注浆管路系统。由于盾构机内空间狭窄，各种管路错综复杂弯头很多，浆液长期在管路中沉积，极易形成浆垢。
6)其它。机器故障停机或人为的注浆停顿都会造成浆液在管路中凝固堵管;由于隧道周边围岩地质和水文情况的不断变化，围岩渗透和扩散浆液的能力不尽相同，注浆压力及注浆量也应随着不同地质条件作相应的调整;不相适应的浆液配比和注浆参数也是造成堵管的原因之一。2.5.2预防堵管措施
1)浆液运输管路的铺设，要避免管路弯曲造成浆液流速缓慢而沉淀。
2)紧凑安排工序，缩短浆液在隧道内的运输时间。在洞口和砂浆车位置设置电源插座，专供砂浆车搅拌电机用，保证砂浆车搅拌器正常连续工作，避免因施工停顿时间过长而引起浆液离析。3)砂浆车向盾构机储浆罐泵浆时，降低出浆管高度，同时开启搅拌机搅拌浆液。
4)在不影响其它管路及运作空间的前提下，适当改善同步注浆管路，减少弯头、增大管径，避免浆液在管路中沉积、堵塞。
5)保证盾构机及后配套设备的正常连续运行。坚决避免盾构机在推进过程中人为停机，造成同步注浆工序中断使浆液凝固堵塞。2.6盾构法施工测量偏差预防与措施 2.6.1始发前的盾构姿态控制
姿态是靠盾构体始发托架和反力架的安装精度来控制的，同时精度还影响到环片的拼装姿态。在定向联系测量后，根据底板平面及高程控制点对始发托架进行定位。在盾构体组装完成前，开始进行反力架的定位。始发托架及反力架的安装要全过程进行监控，保证其左右偏差±10 mm之内，高程偏差在±5 mm之内，反力架与隧道设计轴线法平面偏差<2‰。2.6.2正常掘进过程中的导向系统监控及维护
在掘进过程中，对VMT导向系统运行的可靠性进行定期检查，即盾构姿态的人工检测。盾构姿态人工检测工作一周一次，并每天利用环片检测对导向系统运行的可靠性进行检测。除此之外，还对TCA激光站及定向棱镜的稳定性进行检查。在始发前，导向系统的激光站及定向棱镜安装在始发井内，不要轻易进行改动。
2.6.3掘进过程中的环片检测 在掘进过程中，每天对环片姿态进行检测，及时为后续盾构掘进设置参数提供指导，同时利用环片姿态对盾构导向系统工作的可靠性进行监控，当最后拼装的环片姿态值与盾构姿态参考点偏差值较大时，检查导向系统工作的可靠性，并及时进行相关的人工检测工作。2.6.4地面监测
1)始发井周围房屋的监测。从《渔具厂车间沉降观测成果汇总表》看，累计沉降值最大点为16.5 mm，最小为1.0 mm。从整体来看沉降已基本稳定。
2)始发井搅拌站沉降监测。通过对搅拌站沉降点进行观测，累计沉降量最大点为12.8 mm，最小点为4.6 mm。
3)始发井南端的公路。始发井南端的公路即为全线监测布置的第一主断面，是横向布设在左右线中线上的，平均每间隔5 m布设了一个监测点，用0.8 m直径20 mm的螺纹钢打入土体0.75 m，并用混凝土加以保护。共11个点(点号依此是GJ-0～GJ-10)，一天监测两次。通过对断面的监测，累积沉降最大的为GJ-4，沉降9.9 mm，最小的为GJ-0，沉降2.1 mm，都小于预警值20mm。考虑到路面经常有重型车通过对其产生的影响，可以肯定在盾构掘进的前200 m，地面公路是稳定的。
4)加工厂厂房。加工厂厂房是横向分布在左右线路上的，成条状，厂房在线路方向上的长度为6 m，监测点布设在承重结构上，累积沉降最大的C8点为10 mm，最小的点4 mm，都远远小于预警值20 mm。
通过对以上四组不同的监测对象的沉降情况来看，在始发井南端的地层都很稳定，同时考虑到隧道埋深，可以推测盾构在通过仑头村时，对地表的扰动很小，相关盾构掘进参数设置可以确保盾构施工的安全。
3、结束语
地铁工程盾构法施工事故预防及处理措施与围岩条件、盾构形式，开挖方法、刀盘刀具、工作面稳定机构、推进方式、一次衬砌、回填注浆等等有关，要完全避免施工过程中事故是比较困难的，但是依靠施工方法的选择及良好的施工技术措施，对各个施工工序进行细心分析和研究，在施工时采取与实际条件相适应的决策和谨慎的技术管理，则可减少事故隐患，并提高处理措施水平。另外，选择适当的事故预防和措施时，除应综合考虑施工的难易程度、安全性、经济性、工期、环境条件等之外，还要考虑过去的施工实例，必须根据每个现场的具体条件，选择相应的实践方法。施工过程中，应及时按布设的各种监测点等反馈资料，调整施工细节，合理安排隧道内部结构的施工顺序及时间，并对应调整隧道结构施工事故预防和处理措施设计，这对于保证盾构法施工地铁隧道预期质量要求是很有效的，以此来确保地铁建设安全顺利进行施工。参考文献
盾构法施工 篇6
关键词:盾构施工技术常见问题防治措施
0 引言
盾构法具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点,已被越来越多地应用于城市地铁、公路、铁路等诸多施工领域。盾构推进过程中掘削参数的变化会对地层产生扰动影响,诸如地表沉降、孔隙水压力、强度和承载力等物理力学参数的变化都是不可避免的;而土体的扰动往往又引发一系列环境病害,如造成周围建筑物开裂、倒坍、地表沉降,隧道内漏水、工作面漏砂等。如何采用合理的施工技术避免或减轻环境病害的发生,是盾构法施工的难点。
1 工程概况
所街站～向兴路站区间隧道位于江东中路上,在江东中路和纬八路交叉口隧道下穿低水河(河宽40.7m,河底标高3.0m);区间地下管线埋深较浅,一般在3.0m以内,不影响盾构推进。区间隧道包括左线和右线,隧道外直径6.2m,内径直5.5m。衬砌的设计强度为C50,抗渗强度等级为S10。衬砌每环宽1.2m,由封顶块(K),领接块(B1、B2),标准块(A1、A2、A3)构成。纵、环向均采用M30弯螺栓连接。衬砌接缝间防水采用由三元乙丙橡膠制成的弹性密封垫。本工程向兴路站～所街站区间属长江低漫滩地貌,地势较为平坦,场地地层呈二元结构,上部主要以淤泥质粉质粘土为主,下部以粉土和粉细砂为主,赋存于粘性土中的地下水类型为孔隙潜水,赋存于砂层中的地下水具微承压性,属微承压水。
2 地表沉降的原因与防治措施
2.1 地表沉降的原因 地层损失包括建筑空隙及超挖或其它土层流失,具体为①盾构工作面前方上体的挤入;②盾构上方土体挤入因盾构外壳直径和拼装管片直径不同产生的建筑空隙;③盾构纠偏引起土体超挖;④盾构推进有曲率时造成土体损失;⑤盾构推进时切口环上的突缘引起超挖;⑥盾构推进引起土体孔隙水压力变化,或因降水引起地下水位下降,引起土体固结沉降。
因管片结构变形及上体的次固结和流变引起的地层变位一般分为5个阶段:①先行沉降:主要是由于地下水位变化引起的,表现为压缩、固结沉降;②开挖面前的沉降或隆起:上体应力释放或盾构开挖而的反向上压力、盾构机周围的摩擦力等作用而产生的地基塑性变形;③通过沉降:主要是对土的扰动所致,表现为压缩沉降;④盾尾空隙沉降:盾尾空隙的上体应力释放引起的弹塑性变形;⑤后续沉降:地基扰动所引起的固结和蠕变残余变形。
2.2 减小地表沉降的防治措施 在本工程直线段,根据隧道埋深、土层性质和地面超载计算主动和被动土压力值和静水压力,根据计算结果结合初推阶段的施工参数设定土压力值。根据设定的正面土压力控制出土速度和掘进速度。根据不同土层和覆土深度,配合监测信息的分析及时调整土压力值的设定。同时要求推进坡度保持相对稳定,控制一次偏量,减少对土体的扰动。再根据推进速度,出土量和地层变形信息、数据反馈及时调整初始设定的土压力值和注浆量,进而达到对轴线和地层变形在最佳状态下的控制。
当盾构机在曲线段掘进时,根据曲线的施工特点调整推力、推进速度、出土量和注浆量,并根据地层变形的信息数据及时调整各种施工参数,以期在尽量短的时间内将土压平衡值和注浆量调至曲线掘进的最佳状态。
3 隧道内漏水原因与防治
3.1 隧道内漏水原因 盾构隧道是由一片片独立的管片通过螺栓联接起来,管片接缝部位为防水的薄弱环节,隧道内漏水部位一般出现在管片接缝处。产生漏水的主要原因是:管片拼装过程中偏差、止水条老化或失效。
3.2 隧道漏水防治
3.2.1 加强管片制作、运输和拼装的管理 ①提高管片的制作精度和质量,控制水平拼装环、纵缝间隙小于2mm,确保管片密实无裂缝,抗渗要求达到设计标准。②加强管片起吊、运输及堆放管理,避免出现贯穿性裂缝。管片堆放时内弧面向上,宽度方向应上下对齐,不准倾斜。管片间放两条木垫板,垫板上下对齐,使中间隔空。③管片拼装前查看前一环管片与盾尾间隙,结合前环成果报表决定本环纠偏量和措施。④管片拼装要防止出现错缝、台阶差,可以通过加贴楔子微量调整间隙来保持环面的平整度,楔子不得超过4mm。竖曲线段推进时,应计算上下左右的超前量,分段粘贴低压石棉板,在推进过程中,使其经千斤顶压缩后成一平整楔行环面,粘贴环面的面积一般应大于整个环面的一半。纠偏楔子厚度超过设计厚度时,止水带也应加贴遇水膨胀条。封顶块两侧的止水条在拼装前涂表面润滑剂,以减少封顶块插入时的摩阻力。⑤管片如遇损坏,轻则就地修补,重则重新调换后方可继续进行。
3.2.2 加强止水条质量管理 ①隧道采用的遇水膨胀橡胶止水带是在氯丁橡胶密封条上加覆一层遇水膨胀条制成的,由于施工期间常遇到下雨或者隧道低部积水,操作不会使遇水膨胀止水带和螺栓垫圈在拼装前遇水预膨胀或变形,影响止水效果,故应在粘贴止水带的地方做好防雨措施,搭设活动防雨棚和在止水带表面涂缓膨剂。②冬季施工时应设置烘房设施,作橡胶止水带加温。③角部加贴的自粘贴橡胶薄片厚度长度应符合设计要求,以免影响止水带效果。④“F”块插入间隙偏小,摩阻力大,止水带容易延伸拉长,角部形成“疙瘩”,影响压密,所以在拼装前应涂水性润滑剂,以减少封顶块插入时摩阻力。
4 盾构穿越高层建筑或地下管线的安全技术措施
4.1 严格控制盾构的施工参数,防止超挖、欠挖,在穿越建筑物管线过程中以推进速度和出土量,为主要管理指标。当盾构脱出建筑物和管线后以注浆量为主要管理指标。严格控制盾构在穿越阶段推进时的纠偏量,减少纠偏对土体的扰动。控制施工进度,做到均衡施工避免中途搁置。采用信息化施工,及时调整施工参数;
4..2 详细阅读、熟悉掌握设计、建设单位提供的地下管线图纸资料,在工程实施前,核对弄清地下管线的确切情况,包括标高、埋深、走向、规格、容量、用途、性质、完好程度等;
4.3 施工准备阶段,对参与本工程施工的全体职工进行"保护公用事业管线重要性及损坏公用管线危害性"的宣传教育,要求职工在施工中严格遵守有关文件的规定,保护地下管线技术措施的要求落实到现场,并设置必要的管线安全标志牌悬挂“无重大管线事故标牌”和保护地下管线安全的《十个不准》;
4.4 工程实施前,办妥《地下管线监护交底卡》手续,作层层安全交底,建立“保护公用事业管线责任制”明确各级人员的责任;
4.5 对受施工影响的地下管线,设置若干数量的沉降测点,定期观测管线的沉降量,及时向建设单位和有关管线单位提供观测点布置图与沉降观测资料。对邻近的地下管线作严密的沉降观测,发现沉降量达到报警值时,即对管线下地基作跟踪注浆,防止管线过量沉降;
4.6 在施工过程中发现管线现状与交底内容、样洞资料不符或出现直接危及管线安全等异常情况,立即通知建设单位和有关管线单位到场研究,商议补救措施,在未做出统一结论前,不擅直处理或继续施工,施工过程中对可能发生意外情况的地下管线,事先制定应急措施,配备好抢修器材,以便在管线出现险兆时及时抢修。
5 结语
盾构法施工常见质量缺陷及原因 篇7
盾构法 (Shield Method) 是一种机械化的暗挖施工方法, 盾构机在地层中掘进, 借助盾构机的外壳和衬砌管片支承隧道围岩, 同时用切削装置在开挖面前方进行土体开挖, 通过出土设备运出隧道, 借助千斤顶在盾构机后部加压顶进够一环管片的长度, 及时拼装预制混凝土管片形成隧道结构。盾构法的施工原则就是尽可能在不扰动围岩的前提下完成施工, 从而最大限度地减少对地面建筑物及地下埋设物的影响。使用盾构法施工有许多优点:除施工竖井以外, 作业面均在地下, 既不会影响到地面交通, 又可以降低对周边居民的振动及噪声影响;盾构的推进、出土、拼装衬砌等主要工序是循环进行的, 施工过程便于管理, 作业人员也相对较少;土方量比明挖法少;下穿河流时不会影响河道航运;施工作业不受制于气候条件;当场地地质条件较差、地下水位较高, 且隧道埋深较大时, 盾构法表现出较高的技术经济优越性。在城市市区建筑公用设施密集, 交通繁忙, 明挖隧道施工对城市生活干扰严重, 特别在市中心, 若隧道埋深较大, 且地质条件复杂时, 用明挖法建造隧道很难实现, 而盾构法施工却具有明显的优点。但施工中的一些质量缺陷问题需要引起重视和及时处理, 如衬砌环的渗漏、裂纹、错台、破损、扭转以及隧道轴线偏差和地表沉降与隆起等, 本文对上述问题产生的原因进行了分析, 并提出了预防和处理上述问题的方法与建议。
1 隧道渗漏
盾构法隧道施工中衬砌环的渗漏现象在目前施工中普遍存在, 造成渗漏现象的原因有很多, 其中主要原因归纳有以下几点。
1) 管片自身存在渗漏水现象。造成管片自身出现渗漏水的原因主要有两个方面:首先是制作管片的混凝土质量有缺陷, 混凝土使用的配合比、采用的浇捣工艺、养护方法和时间以及各种外加剂掺加量等都与管片的自防水效果密切相关;其次是管片的制作精度, 国内外的盾构隧道施工经验表明, 使用高精度的钢模可以大大提高管片的制作精度。通常要求钢模的随机合模精度应高于管片的精度, 常用的管片精度要求宽度为±1mm或弧长4~0.5mm, 为了确保模具的完好和精度, 通常生产400~500块管片后就要对钢模进行必要的检修。
2) 施工工艺以及后续操作不当引起的管片渗漏。首先是管片背后注浆的施工, 管片背后注浆是防水工程的一项重要环节, 实施得好与坏, 将直接影响到隧道施工的质量, 这早已被大量的工程实践证实。即使管片背后注浆一般用来控制地面的下沉, 却实际上也是隧道防水的第一道防线。所以较少的注浆量不仅会造成隧道产生较大的后期沉降, 也会导致渗漏水情况的发生。其次是掘进过程中盾构姿态不当引起的渗漏, 盾构机在施工前一环管片时的姿态较差, 将会直接影响后一环管片的施工质量, 容易造成管片之间错位, 相邻管片的止水带不能正常的重合压紧, 从而导致渗漏。
3) 管片选型不当引起的渗漏。当盾尾间隙不均匀或过小, 且管片选型不当时, 在掘进的过程中容易造成管片外壁甚至止水条损坏, 造成渗漏水情况的发生。因此盾构管片选型的原则是:首先考虑线路的特点, 再依据盾构机的姿态、千斤顶行程差和盾尾的间隙来选型。
4) 操作不当引起的渗漏。水平插入封顶块时, 因为掘进的行程不足造成封顶块插入时较困难, 进而造成封顶块处止水条破损导致渗漏。所以拼装封顶块前应先测量宽度是否满足, 宽度不满足时需要调整, 严禁强行将其插入。插入时可以在橡胶止水条上涂抹适量的润滑剂, 但应保证使用的润滑剂不会对止水条的性能造成不良影响。管片之间的连接螺栓如果没有拧紧将会造成管片接缝扩大, 一旦掘进停止管片的轴向受力会减小甚至呈现出松弛的状态。因此管片拼装时要拧紧连接螺栓, 并在掘进过程中及时对后续管片的连接螺栓进行确认并复紧。千斤顶撑靴摆放不正导致止水条脱落或破损也会造成漏水。此外管片在运输和吊运过程中造成掉角、损边等情况, 导致管片在破损处不能很好的密贴也会造成管片渗漏。
2 管片裂纹
盾构管片产生的裂纹在盾构施工中存在较多不利因素, 如在管片开裂处漏水、崩裂掉角, 在运营期漏水导致混凝土脱落甚至会给运营带来很大的安全隐患, 减少使用寿命。在管片上出现的有代表性的裂纹主要有正向和负向两种, 正向裂纹位置主要位于隧道的中部以上, 裂纹的开口方向与盾构的掘进方向一致, 这种裂纹所占比例较大;负向裂纹相对于正向裂纹出现的相对较少, 如果出现也相对比较集中。产生裂纹的原因有以下几种。
1) 管片在生产、运输过程中产生裂纹。第一阶段是在盾构管片的制作过程中和管片脱模后的养护过程中处理不当造成的开裂, 在管片表面产生的裂纹能够目测到;第二阶段则是在养护28 d以后, 在吊卸、出厂运输和使用过程中出现的细微裂纹, 管片受到较大的集中力作用, 细微的裂纹就会迅速的扩展。在地质特点、管片配筋、混凝土的配合比等相类似的情况下, 使用喷淋养护的管片, 当总推力达到1200t~1500t时, 开始出现裂纹, 而蓄水养护的管片完好无缺, 蓄水养护的管片甚至在推力达到2800t时, 仍未发现裂纹, 表明在管片的生产过程中, 养护是很关键的。国内目前大多采用水泥含量超过400 kg/m的C50混凝土管片, 只有通过7 d以上的蓄水养护, 充分进行水化作用, 才能增强混凝土的密实度, 从而更有效的从源头控制管片出现裂纹。
2) 管片在施工过程中出现裂纹。这个阶段的开裂主要是由于作用于管片上的力造成的。作用在管片上的力主要分为掘进推力和注浆压力两种, 作用力过大或者不均匀均会造成管片出现裂纹。首先土仓压力调整不当会导致总推力逐渐加大, 随着掘进推力的逐渐加大管片的开裂几率也将开始加大;其次是在拼装预制管片前盾尾没有充分清理干净, 导致管片之间的接缝夹有杂物, 进而导致整环管片的连接面不平整, 盾构推进时因管片受力不均匀, 造成应力集中而产生裂纹。或是管片拼装的过程中因拼装的顺序或者管片的类型选择不合理造成连接环面不平整, 导致应力集中而出现裂纹。另外在进行管片后背的二次注浆时, 注浆压力太高也会导致管片出现裂纹。
3) 已完成的隧道上浮也会造成管片产生裂纹。在中风化或者微风化的地层中掘进, 盾尾同步注浆浆液未及时凝固或注入量不够, 会造成不同程度的隧道上浮, 不均匀的上浮会造成管片出现裂纹。
3 管片破损
一般情况下的管片破损是由于操作不当而造成的, 大多表现在管片的端面与吊装孔的位置。主要原因有:吊运与拼装时发生的碰撞;盾构的管片安装机构控制不当导致吊装孔附近的混凝土破损;姿态调整过程中, 急于进行纠偏导致管片之间错台, 造成管片的外壁或者螺栓孔处发生破坏;管片发生较大扭转时, 推进千斤顶的撑靴偏离了盾构管片上的抗剪加强区, 造成管片端部的混凝土发生开裂破损。
4 管片扭转
管片扭转虽然并不会直接影响到结构的质量与使用, 但是扭转可能会造成管片的端部与千斤顶作用面接触的受压区混凝土开裂破损或者接缝处的两块相邻管片蹦角。导致管片发生扭转的原因主要有:盾构刀盘长时间的朝同一个方向旋转, 盾构机在反作用扭矩影响下, 通过与管片接触的千斤顶带动管片产生扭转;管片螺栓孔径的尺寸误差积累或一个方向的拼装次数明显多于另一方向;在线路的转弯段, 盾构推进千斤顶产生不对称的横向分力, 对管片造成附加的扭矩。刀盘和管片安装设备朝两个方向的旋转保持基本的平衡能够减少衬砌环发生的扭转, 另外施工时还可以借助加强衬砌环的抗扭转能力来减少甚至消除衬砌环的扭转。
5 隧道轴线的偏差
大多数情况下, 盾构隧道的轴线偏差是普遍现象, 也是永久性的质量问题, 发生隧道轴线偏差的主要原因有:
1) 掘进盾构姿态控制的原因:施工人员的盾构姿态控制有误, 导致较大的轴线偏差;使用的掘进指令有误, 没有前瞻性;测量误差甚至错误引发不合理的姿态控制指令导致轴线产生偏差。
2) 地质条件的原因:场地地质情况导致轴线偏差, 这种情况一般容易发生在微风化或中风化的地层中, 上述地层地下水含量丰富, 并且盾构的掘进姿态难以控制, 在这种地层中控制盾构的姿态一般应提前向与轴线偏差相反的方向进行预控制, 同时进行相应的处理, 如注双液浆对地层进行改善。
3) 衬砌环后背注浆的原因:在掘进的过程中均进行了同步注浆, 由于同步注浆的浆液初凝时间较长, 导致浆液的初期强度不能满足限制隧道上浮的要求, 造成隧道上浮形成轴线偏差。
6 地表沉降与隆起
地表沉降或隆起一般容易出现在软土或砂层地质中。如果在隧道上部有管线、道路或是建筑物, 会因地表的沉降或隆起会引起管线断裂、交通中断, 导致地面建筑物的不均匀沉降、开裂, 甚至倒塌, 产生较大的负面社会影响。地面的沉降与隆起有以下几点主要原因。
1) 掘进的过程中出土量控制的原因:通常情况下, 盾构推进一环的出土量是固定不变的, 但地层不同土的松散系数也是不同的, 一旦在掘进的过程中发生超挖造成出土量过大, 必定会导致地面不同程度的下沉。
2) 衬砌环壁后注浆量的原因:对衬砌环壁后同步注浆通常对地面的下沉有很好的控制效果, 如果掘进时出土量较大而注浆量较少, 或是由于浆液的凝缩量过大均会导致地表沉降。反之, 如果过大的注浆量将会导致地面的隆起。
3) 地质条件的原因:盾构在砂层地质段掘进时, 如果发生塌方或者喷涌而导致难以控制出土量时将会发生地表沉降;还有一种情况就是在富含地下水的地层中因为水土流失同样也会出现较大的地表沉降。
7 结语
本文针对盾构在施工中容易出现的一些质量缺陷进行了归纳总结, 并对其出现的原因进行了分析。为盾构施工中有预见性的进行管控提供了经验, 减少或避免出现质量事故;为从事隧道或地下工程的工作人员提供一些合理化的建议。
把脉盾构法施工问题及应对策略 篇8
周馥隆:盾构法施工较一般的隧道施工工法具有更强的针对性,即盾构机本身与工程之间的适应性,什么样的工程条件决定了需要什么样的盾构机。因此在盾构法施工当中,盾构机的选型问题非常突出,选型成功与否,直接决定着掘进施工的成败,
目前,市政、城建、中水等企业采用盾构法施工的发展趋势明显,但是这些企业对于盾构机及盾构法施工的认知不足,难免在设备选型方面存在误区,请大家就这方面的问题谈谈自己的看法。
杨晓强;由于盾构机制造厂商对盾构法施工地域的基础地质、工程地质、水文地质等状况认识不足或了解不够,对地貌、地面建筑物及地下管线、建筑物调查不够充分,因而所生产盾构机对部分地质的适应性较差,如存在硬岩或复合地层中盾构机刀盘上的滚刀配置数量偏少,开口率较小等问题。
此外,盾构机刀盘的驱动功率、扭矩及耐磨性等储备不足,个别厂商的产品螺旋输送器轴焊接强度不够,叶片耐磨性差等,在特殊地层中掘进困难,存在施工风险。
特定地域的地质特点与盾构机功能匹配不够完善,如盾构机在全断面砂层或砂砾石地层中施工时,其渣土改良装置加工及存储量小不能满足使用要求等。
吕善:盾构机主要用于城市地铁建设,由于国内各个城市地铁隧道直径不同,导致同类型的盾构机不能通用。此外,有些施工企业对盾构法施工、尤其是对于盾构法和地质构造结合选型认识不足,对于选择泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机没有统一的认识,往往最终选择的盾构机不能完全适应当地的地质条件,或者经济性不高。
汪茂祥:现在国内经常出现施工单位把自己在某个城市进行盾构法施工所掌握的关键技术和总结的成功经验运用于另一城市的盾构法施工,没有认识到盾构法施工是由地质条件决定的,误认为盾构法施工可以通用。在施工中,照搬以前的施工技术和经验,照抄以前的施工参数和掘进模式,造成施工安全无法保证,最终导致工程质量不合格、施工效率低下等情况。
周馥隆:上面这些问题是由多方面原因引起的,施工企业除了需要提升盾构法施工的技术水平外,还需要在哪些方面做出努力?
选型需量体裁衣
杨晓强:产生以上问题的原因是多方面的,由于盾构法施工是个复杂的系统工程,不能简单地从某一方面进行分析,要解决这些问题,就得根据其产生的根源进行分析。
首先,盾构机选型需根据施工对象“量体裁衣”或“量身定做”。施工对象即施工环境,是基础地质、工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地下管线、建(构)筑物等特征的总和,其特征要和盾构机功能相匹配,这也是盾构机的设计准则之关键所在,因此在盾构机选型方面,要认真研究盾构机使用地域的地质特点和工程难点,使之与地质状况匹配。
其次,盾构机的设计使用寿命为掘进10 km或主轴承运转10 000 h,应用于地铁工程的盾构机在设计方面不仅要适应某一标段地质状况,还需尽量适应该地域的大多地层,以满足盾构机在使用周期内针对不同标段有相对稳定的配置或较少的改造等。
再次,盾构机在刀盘功率、扭矩和耐磨性等方面要有一定的储备系数,螺旋输送器要有较高的耐磨性等,以满足特殊地段盾构法施工需要。
最后,盾构机设计工程师要深入盾构机使用地域,了解已投入使用的盾构机产生的一些突出问题,并加强设计联络工作,改进并优化设计方案。
标准制定迫在眉睫
吕善:目前国内地铁隧道盾构法施工没有直径标准,这也制约了盾构机形成标准化生产。建议国家有关部门能够尽快出台盾构法施工隧道直径标准,统筹规划地铁隧道施工市场,避免盾构机闲置,造成资源浪费。
此外,泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机各有优缺点和各自适应的工况,但因地下地质条件复杂,很难抉择,只能选出最优方案。为选出能适应大部分地层的盾构机类型,在选型前要做详细的补充地质勘探,地质资料越详细越便于盾构机选型,因为盾构机都是根据某标段地质量身定做。另外,进行盾构机选型的时候,要召开专家研讨会,进行科学合理选型。
施工经验为参照
汪茂祥:施工企业应避免将某一城市盾构法施工完全应用于另一城市盾构法施工,当施工单位初次来到某城市进行盾构法施工时,要深入了解该城市的工程地质和水文条件,如有兄弟单位在该城市已积累了盾构施工经验,可以虚心请教并慎重引用。此外,还应根据已勘察的地质条件和地铁施工规范要求,制定详细的盾构法施工方案和各种应急预案,并对施工方案进行细化和分解,设定盾构法施工的各项参数,确定盾构机掘进模式,严格按照制定的方案和设定的参数进行施工,切记不能生搬硬套以前在其他城市已总结出来的盾构法施工经验。
盾构法施工应回避劳务外包
周馥隆:目前工程基本上都采用劳务外包模式,随着各地地铁建设的高速发展,对于盾构机的需求也在增加,这样导致很多施工企业也采取劳务外包的模式,由于外包单位施工能力良莠不齐,严重影响到了施工质量。
汪茂祥:盾构法施工包括盾构机操作、材料运输及管片拼装等。由于盾构机操作是工程施工的关键,直接决定了隧道的施工质量,是技术含量很高的工作,所以由施工单位技术人员来担任。材料运输及管片拼装等工种因技术含量不高,普通工人经培训后能较快地胜任工作。因此,施工单位出于自身利益的考虑,盾构法施工实行劳务外包,将隧道按每延米一定的价格即总价包干这种形式分包给一个劳务包工队,由包工队进行人员组织和施工管理,但这种劳务外包弊端很多。
首先,包工队和盾构机操作人员容易产生矛盾。盾构机操作人员是施工单位的技术人员,包工队是外包队伍,操作人员和包工队不属于同一单位,在施工中容易出现工作意图不一致、做法不统一等现象。盾构机操作人员需要根据施工情况不断地给包工队发布指令,但包工队考虑到自身利益和执行指令的困难程度而不按要求执行或拒不执行,这样隧道内所有施工人员不能积极有效配合,难以形成统一的整体,结果影响隧道正常施工和工程进度。
其次,劳务队伍人员不足。由于劳务外包是总价包干,包工队为了节约成本,往往减少施工人员,配备的施工人员数量不足,尤其是管片拼装人员不足时,不仅会使拼装手的劳动强度加大,而且会使管片在拼装过程中出现错台、错缝和管片碎裂等质量问题,直接影响隧道质量和施工效率。
周馥隆:劳务外包对于施工企业来说已经是普遍模式,但是对于诸如盾构法施工这种专业性强、情况复杂的施工作业,是否应该回避采用劳务外包这种模式?
汪茂祥:我赞同你的观点,在盾构法施工时,不应实行劳务外包。劳务人员应由施工单位根据需要自行招聘,认真进行岗前培训,考核合格后上岗,并根据盾构法施工特点实行定岗定员,通过科学组织,合理配置,组建一支专业素质合格、属于施工单位自己的劳务队伍。该队伍应听从盾构操作人员指挥,认真执行其工作指令,服从其管理,彼此默契配合,实现高效率施工。
施工过程中存在的问题及应对策略
周馥隆:盾构法施工在设备选型,承包方式上大家都提出了存在的问题,并给予了很好的解决建议,而真正能够体现施工能力和施工效果的还是盾构施工的过程管理,大家对这方面有哪些看法?
专业人才不足
杨晓强:由于目前国内市场盾构机保有量超过400台,施工企业盾构机需求量迅速增长,专业管理人才不足,技术力量相对薄弱,操作人员水平参差不齐,维修力量跟不上等是目前盾构施工中存在的突出问题。
盾构机操作人员对施工区域的地表建筑物,管线,地质状况,施工重、难点,风险点认识不足,掘进参数设置不合理,是造成许多事故或隐患的主要原因之一。操作人员执行掘进指令不严格,施工中遇到的突发事件处理不当或经验不足,造成了掘进姿态超限和地面沉降报警等问题。
盾构机维修保养技术力量不能满足盾构法施工需要,对存在的故障不能及时排除,造成停机或设备带病作业,甚至影响工程工期等。
管片设计不合理
吕善:盾构法施工涉及多个环节,目前主要有3个问题值得关注,一是注浆质量的控制,无论以压力或注浆量进行控制,还是以压力和注浆量双指标控制,都很难保证管片背后所注的浆液是饱满的。同时背后注浆效果没有特别好的检测手段进行检测,很难保证在地铁运营期间不漏水或者产生其他问题。二是管片设计不合理,未能充分考虑实际情况。三是地质勘探不准确,以及对地质的认识存在误区或判断不明确。因为地质情况千变万化,不可能每隔1 m钻一个探孔进行分析。即使1 m钻一个探孔,隧道断面大,左面和右面有时也会有很大差异。此外,因为受个人的地质知识和施工经验限制,每一位操作人员对地质的认识上也存在差异。所以地质工程师需要加强学习,并在施工中积累资料不断总结经验,因为有时候对地质的一个误判,可能导致盾构机卡在隧道内,要花很长的时间去处理,费工费力。
管片拼装人员和盾构机操作人员分离
汪茂祥:盾构隧道是由预制管片逐环连接形成,管片拼装是由管片拼装人员在盾尾空间内操作完成的。由于拼装完成后,管片圆环的轴线就是隧道的实际轴线,因此要确保管片拼装质量,使隧道实际轴线和设计轴线相吻合。隧道实际轴线是由盾构机自身轴线决定的,盾构机操作人员在控制室内通过相应的操作开关完成每次盾构机掘进,控制盾构机前进方向,保证盾构机自身轴线和隧道设计轴线相吻合。当两轴线之间出现偏差时,一方面需要盾构机操作人员在下一环盾构掘机进时调整盾构机掘进姿态,另一方面需要管片拼装手根据当前两轴线偏差和下一环盾构机操作人员纠偏意图进行管片拼装,配合下一环盾构机掘进姿态的调整,以利于盾构机的轴线纠偏,有效地减小两轴线之间的偏差。
因此,在每一环盾构机掘进完成后,需要盾构机操作人员发出指令,将当前的盾构机姿态情况和下一环纠偏意图告诉管片拼装人员,管片拼装人员根据机盾构操作人员的指令进行拼装,并将管片拼装实际情况反馈给盾构机操作人员,从而保证掘进质量和管片拼装质量,实现隧道实际轴线和设计轴线吻合。
所以,在盾构法施工中,管片拼装人员和盾构机操作人员需要时刻保持沟通,互通当前工作信息,了解对方施工意图,相互配合积极合作,才能很好地完成盾构法隧道施工。
但是,目前国内盾构法施工中,管片拼装人员和盾构机操作人员沟通很少,彼此工作信息不畅通。当两人之间有矛盾或者在夜间施工时,施工人员容易疲劳,当盾构机操作人员工作时,管片拼装人员利用该时间休息,当管片拼装人员工作时,盾构机操作人员也进行短时间的休息,造成信息沟通困难,甚至一个工班或整个工程两人从不进行工作信息沟通,结果很难保证隧道施工质量。
周馥隆:大家都谈了目前盾构法施工过程存在的常见问题,导致这些问题的产生是有多方面原因,那么如何来克服或者解决这些问题?
杨晓强:盾构法施工是系统性工程,基于上面提到的几点问题,我认为应该从以下几点着手改进:一是分时段、分步骤对盾构法施工管理人员、专业技术人员和操作人员进行盾构法施工理论和实际操作培训,考核合格后方可上岗作业。同时,应适时邀请业内资深专家进行专题讲座,不断提高盾构法施工水平。二是强化盾构施工团队建设,针对施工重点、难点、风险点,团队要统一认识,主要作业人员包括盾构机队长、盾构机操作人员、土建工程师、机械工程师要分析讨论盾构法施工的地质条件、地面监测数据、盾构机状况、掘进指令等,共同研究一个适合盾构机掘进的参数配方,以集体的智慧去操作盾构机尤为重要。明确各自的职责和重大责任,既要各负其责,又要协作互补,检验和弥补盾构法施工技术安全交底的效果和不足。三是要严格控制盾构法施工工艺,以土压平衡盾构机为例,盾构机作业层需根据盾构作业团队共同研究的参数配方等选择适当的掘进模式,建立合适的土仓压力;注入适量泡沫和澎润土,改良土壤使其有较好的和易性和流塑性;严格控制盾构法施工每环的出土量;及时进行同步注浆减少地层土体损失,控制同步注浆量和注浆压力,浆液配合比需与该段地层匹配:坚持信息化施工,通过施工单位及第三方监测独立测量,发现差异及时修正,保证数据的准确性,并将监测结果及时反馈给项目主管和作业层,及时调整掘进参数。四是要加强设备维修保养专业队伍建设,特别是专业电气工程师和机械工程师,及时处理突发故障,除按规定对盾构机进行日保、周保、月报、季保、半年保、年保等维护保养外,还须强化设备故障诊断和定期油质化验工作,开展预防性的维修更为重要。
吕善:影响盾构机施工质量除盾构机本身因素外,主要在于操作人员的技术水平。盾构机施工和操作人员要加强自身学习,理论联系实际,多吸收其他工程项目的长处,充分考虑各种受力情况,避免盾构机推进及拼装时管片损坏。
汪茂祥:操作人员在上岗前,要对其进行管片拼装工作培训,使其既能操作盾构机,也能拼装管片,盾构机操作和管片拼装同为一人,就不存在信息沟通问题,虽然劳动强度加大,但隧道施工质量可得以保证。
施工管理是提高施工质量的必然因素
周馥隆:设备选型、承包模式以及施工过程管理都离不开施工企业整体管理水平的提升,这些管理不仅体现在对设备的管理,更重要的是对于执行层面人员的管理。
施工管理经验不足制约管理水平提升
杨晓强:是的,施工企业不仅要做好企业管理,而且在人员管理方面也需要有科学的方式。从我了解的情况来看,虽然盾构法施工在国内已经有很长时间,但是盾构法施工管理仍处在探索阶段。
一些施工单位盾构法管理力量薄弱,一方面是盾构法施工项目多,专业管理人员相对不足,另一方面是盾构管理人员管理经验不足,可能因决策失误或不及时导致窝工、返工,甚至造成事故隐患或事故。
盾构施工前对重点、难点和风险点认识和论证不足,应对措施不完善,施工过程中出现各种预想不到的问题,使盾构机长时间停机,甚至出现较大的工程事故,如盾构机掘进中遇到孤石、流砂等地层,如果应对措施不妥,可能延误工期或造成工程事故。
盾构法施工是一种流水线式工厂化作业方式,对于施工配套设备的完好程度要求高,特别是单环串接设备,因不同厂商设计和制造水平限制其使用性能而存在差异,一旦某关键设备因故停机,可能导致整个作业面停工,如垂直出渣设备为一台龙门吊时,如果因故障停机,可能造成整个作业面停工。盾构法施工若正在通过风险源则安全隐患加剧。
吕善:地铁建设事业发展迅速,各个行业进入地铁建设市场,施工企业在加紧涉足盾构法施工,而国内有经验的工程技术人员、盾构设备维修人员、盾构施工管理人员严重不足,许多项目都是边摸索边施工,在不断总结经验教训中前进,盾构机停机现象频发,严重延误了工期。此外,管片拼装、背后注浆技术无法得到保障,导致盾构法施工质量很难保证。
人才队伍建设不完善
汪茂祥阻碍盾构法施工管理的根本原因是人才的缺失。目前,国内施工单位盾构机操作人员大都是本科学历,大学毕业后经过盾构机操作专业培训,掌握盾构机操作的专业技能,考核合格取得可独立操作盾构机证书后,开始正式上岗操作。在参加一两个工程施工后,他们的操作技术开始熟练,在实践中掌握了盾构机操作关键技术并积累了一定的操作经验。
由于隧道内施工环境和工作条件差,工作时间长,劳动强度大,而且工作待遇低,因此,盾构机操作人员不愿长期从事盾构机操作,一般在完成一个工程或至多继续完成第二个工程后,即跳槽离开盾构机操作岗位。因此盾构机操作岗位再由刚毕业的大学生补充,这些大学生无任何操作经验,一切从头开始。
盾构机操作人员队伍的不稳定,引起操作水平的不稳定,使隧道施工质量和工程进度难以保证。
周馥隆:施工管理既包括施工过程管理,也包括对施工技术人员的管理,这两方面缺一不可但是如何做好这方面的工作,各位有什么建议。
专业人才不可或缺
杨晓强:要加强盾构施工管理人员的培养和培训工作,必要时请有经验的咨询公司提供咨询服务或骋用有经验的高级管理人才也是强化盾构法施工管理的有效途径之一。
从初步设计阶段开始,就要优化设计方案,尽量规避盾构法施工风险。在设计方案稳定后,施工单位就要认真分析工程重点、难点和风险点,经专家论证完善后采取相应的专项应对措施,并组织落实到位,若需提前采取预加固处理,应在盾构机到达前完成。
在盾构法施工前,技术负责人向作业人员进行技术和安全交底,使作业层详细准确掌握地质资料、环境状况以及工程重点、难点和风险点等,以便在盾构法施工中采取有效的控制措施。
在设备配套上要做好论证,做到选型准确,配套合理,性能优良,安全可靠,以确保盾构法施工的连续、高效和安全。
构建交流平台
吕善:对于盾构法施工管理,目前缺乏相应的交流平台。国家应该定时组织各单位各项目的相关技术人员举行相关的研讨会,打破条条框框,让大家能互相学习、吸取经验教训。
完善人才激励制度
汪茂祥:要保证隧道质量,必须保证盾构机操作人员队伍的稳定,因此需要做好人才选用和项目管理工作。我认为应从以下3方面开展工作,一是选用高职毕业生作为盾构机操作人员。虽然盾构机操作技术含量高,姿态控制难度大,但高职毕业生经过专业培训后,完全能胜任该项工作。
二是采用以薪酬为主的个性化激励管理。个性化激励管理体系被视为人力资源管理的基石,包括绩效管理、薪酬激励、精神激励、事业激励及企业文化激励等。盾构机操作人员每天工作时间长,工作环境差,长期在隧道内施工,容易疲劳和厌倦。因此,施工单位及项目管理者应根据盾构法施工的实际情况,在定岗位定职责定报酬的同时,利用薪酬激励为主要方式提高盾构机操作人员的岗位工资,奖励他们在工作中取得的成绩,肯定他们工作中的进步:并做好操作人员技术职称的评定,提高他们的级别工资;同时根据施工进度和工程质量,提高他们的效益工资。通过以薪酬激励提高待遇为主的管理方式,激发盾构机操作人员的工作热情,使其在自己的岗位上安心工作,保持盾构机操作人员队伍的长期稳定。
盾构法施工 篇9
盾构施工引起地面沉降的主要原因是施工引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结作用等。
1.1 地层损失
地层损失是盾构施工中实际开挖土体体积和竣工隧道体积之差。竣工隧道体积包括隧道外围包裹的压入浆体体积周围土体在弥补地层损失中, 发生地层移动, 引起地面沉降。引起地层损失的施工及其他因素是:
1) 开挖面土体移动。当盾构掘进时, 开挖面土体受到的水平支护应力小于原始侧向应力, 则开挖面土体向盾构内移动, 引起地层损失而导致盾构上方地面沉降;当盾构推进时, 如作用在正面土体的推应力大于原始侧向应力, 则正面土体向上向前移动, 引起负地层损失 (欠挖) 而导致盾构前上方土体隆起。
2) 盾构后退。在盾构暂停推进中, 由于盾构推进千斤顶漏油回缩而可能引起盾构后退, 使开挖面土体坍落或松动, 造成地层损失。
3) 改变推进方向。盾构在曲线推进、纠偏、抬头推进或叩头推进过程中, 实际开挖断面不是圆形而是椭圆, 因此引起地层损失。盾构轴线与隧道轴线的偏角越大, 则对土体扰动和超挖程度及其引起的地层损失也越大。
4) 土体挤入盾尾空隙。由于向盾尾后面隧道外周建筑空隙中压浆不及时, 压浆量不足, 压浆压力不适当, 使盾尾后坑道周边土体失去原始三维平衡状态, 而向盾尾空隙中移动, 引起地层损失。在含水不稳定地层中, 这往往是引起地层损失的主要因素。特别是盾构在粘性土中推进时, 盾构外周粘附一层粘土, 盾尾后隧道外围圆形空隙会有较大量的增加, 如不有效增加压浆量、地层损失必大量增加。这在设计施工中应予考虑。
5) 随盾构推进而移动的盾构正面障碍物, 使地层在盾构通过后产生空隙而又无法及时压浆填充, 引起地层损失。
1.2 受扰动土体的重新固结
推进中孔隙水压变化、土体扰动后重新固结、管片渗漏水、压浆材料凝固收缩等引起土体固结沉降。
由于盾构推进中的挤压作用和盾尾压浆作用等因素, 使周围地层形成正值的超孔隙水压区, 其超空隙水压在盾构隧道施工后的一段时间内消散复原, 在此过程中地层发生排水固结变形, 引起地面沉降。地层因孔隙水压力变化而产生的地面沉降, 称之为主固结沉降。
土体受到扰动后, 土体骨架还会发生持续很长时间的压缩变形。在此土体蠕变过程中产生的地面沉降为次固结沉降。在孔隙比和灵敏度较大的软塑和流塑性土层中, 次固结沉降往往要持续几年以上, 所占总沉降量的比例有的高达35%。
可见, 地表变形的大小取决于地层和地下水条件、隧道直径、埋深和施工条件等。
2 地表沉降与地层关系的分析
2.1 粘性土层的地表沉降分析
1) 隧道直径范围内土体主要为粘性土层, 此类地层的自稳性较好, 因此在掘进过程中, 盾构刀盘开挖面处土体不易发生坍塌;另外, 粘性土体较密实, 施工对地层的扰动范围相对较小, 这也是地表沉降不明显的重要原因;2) 粘性土层渗透性差, 从而使得地表沉降受地下水位变化的影响较小;3) 在粘性土层中的注浆效果较好也是地表沉降较小的主要原因之一。
2.2 砂性土层的地表沉降分析
1) 在盾构机盾尾脱出时, 外部的土体因砂土的自稳性能差会导致局部的塌落, 如果注浆不能及时充填, 就会造成地层损失, 增大地表沉降量;2) 砂层的渗透性强, 隧道埋深位于地下水位以下, 因而在同等条件下, 地下水流失量大, 从而加大地表沉降量;3) 在盾构机停机时, 地表沉降会因为砂层密闭性差, 造成开挖面失稳, 增大地表沉降;4) 盾构机推进过程中对土体的扰动范围更大, 在扰动范围内的土体固结时间长, 沉降量也相应增大;5) 盾构机抬头推进, 超挖量较大, 并且在此段工程中砂层自稳性差, 超挖量会更多, 从而增大地层损失。
3 盾构施工地表沉降的控制措施
3.1 掘进模式的选择
地层条件不一样, 选择的掘进模式也就不一样。为了使盾构机的应用更加广泛, 一台盾构机可以通过自身的转换能实现土压平衡、半敞开式、敞开式三种模式。不同模式对应的施工参数也不一样, 而地质条件千变万化, 如果模式选择不恰当, 势必会产生很大的地表沉降。本区间根据地质条件选用土压平衡模式掘进。
3.2 优化施工参数
盾构推进中对周围地层及地面的影响最小就是盾构的最佳推进, 也就是我们所追求的最优掘进参数, 这时地层的强度下降小、受到扰动也小、超孔隙水压小、地面隆沉小以及盾尾脱开后的沉降小, 这些理想指标也是盾构施工中控制地面沉降、保护环境的首要条件。
盾构的掘进参数包括:土舱压力、排土量和掘进速度、千斤顶顶力及分布、盾构坡度、纠偏方向与纠偏量和注浆压力、时间、注浆量以及浆液配比的确定等。盾构的几个掘进参数, 既是相互独立, 又是互相匹配、优化, 其根本目的, 是控制盾构掘进轴线偏差不超出允许范围及尽量减少对地层的变形影响。推进中参数优化组合的宏观表现就是地表变形的控制, 同时必须配以相应的监测手段, 将实测的各类数据与监测的地表沉降值整理分析、优化组合, 并指导下一步的掘进, 实行信息化施工。
3.3 衬砌接缝防水
接缝漏水使隧道周围地层孔隙水流失, 土体有效应力增加, 引起地层再压缩固结, 从而引起地表沉降。衬砌接缝防水包括管片间的弹性密封垫防水、隧道内内侧相邻管片间的嵌缝防水以及必要时向接缝内注浆等。其中弹性密封垫防水最重要也最可靠, 是接缝防水的重点。采用多孔型三元乙丙弹性橡胶止水条, 在千斤顶推力和螺栓拧紧力的作用下, 使得管片间的三元乙丙弹性橡胶止水条的缝隙被压缩来起防水的作用。
摘要：尽管盾构法施工隧道技术己发展得很成熟, 但不可避免地要对土体产生扰动, 引发不同程度的地层变形和位移。地铁工程大都位于繁华闹市, 地下管线纵横、周围建筑物林立, 隧道施工时不但要保证施工安全, 还要保证管线及地表建筑物的正常使用。
关键词：地铁,盾构法,地表沉降
参考文献
[1]魏康林.深圳盾构隧道地层位移与土压力变化规律研究[J].地下空间与工程学报, 2007.
盾构法地铁隧道施工关键技术研究 篇10
武汉地铁四号线一期工程包含两站及两个相应区间,工程如下:洪周区间～周家大湾站～周青区间～青鱼嘴站。在两个地铁车站青鱼嘴站及周家大湾站均采用明挖法施工,而相应的两个区间则采用盾构的方法施工。本文以周青区间为例,阐述此工程在盾构施工时要解决的主要问题:要注意的关键技术。
1 工程概述
1.1 工程基本情况
周青区间设计范围为:右DK18+459.269～右DK19+543.609(左DK18+459.269～左DK19+543.609),区间左线线路长度为1 087.783 m(含长链3.443 m),右线线路长度为1 084.41(含长链0.070)m。在右DK18+953.441的里程处设置一联络通道兼排水泵站。盾构机从青鱼嘴站南端始发,过周家大湾站后到达洪山广场站,最后从洪山广场站吊出。具体施工如图1所示。
1.2 工程地质、水文地质条件及地震基本烈度
1.2.1 工程地质
拟建场地地形平坦,地势起伏不大,坡降较缓,地面高程一般在27.15～32.15 m之间,拟建场地地貌单元属长江Ⅲ级阶地,拟建场地属Ⅱ类,部分场地(钻孔FJc2—Ⅲ09—006,右线DK17+700附近)为Ⅲ类。根据详勘地质报告,场地地基土一部分为(7—2)层含角砾粉质黏土,一部分为(16—3)层石灰岩、(19—1)层强风化石英砂岩、(19—2)中风化石英砂岩、(7—2)层含角砾粉质黏土、一部分为(7—1)层黏土。
1.2.2 工程的水文地质分析
本标段场区的地下水按赋存条件,可分为上部滞水、潜水、孔隙承压水和基岩裂隙水。上部滞水水位埋深较浅,平均1.0 m,潜水主要分布于临沙湖一带浅部粉土、粉砂层中,平均深埋水位为1.2 m,上部滞水和潜水主要接受地表水及大气降水补给,在圆砾土及卵石粗砂层为弱承压水,上部的老黏性土为含水层,底板为基岩结构。地下水水量较大,整个工程为弱承压性。
1.2.3 工程的地质构造及其地震烈度
结构按6级抗震设防烈度和六级人防抗力验算,并在结构设计时按7级抗震设防烈度采取相应的构造处理措施,以提高结构的抗震能力。
如上所述,拟建的武汉地铁周青区间,工程地质为软土及沙砾这些复杂地基,地下水含量大,且地面建筑物多,地上环境复杂,因此施工的难度大,安全系数要求高[1],在施工中要特别掌握好盾构推力等相关参数[2],做好管背同步注浆管理,同时还要做好隧道通风、循环水、照明和洞内管线的布置,还有要对工程施工进行有效监测,其中正确设置盾构参数确保始发稳定掘进,还有管背同步注浆及二次注浆管理是此次盾构施工中的关键所在。
2 正确设置盾构参数确保始发稳定掘进
盾构机在始发时要保证平稳掘进,要确保在黏土层中的掘进推力、盾构的荷载都在要求的标准之内,同时根据工程具体地质,确定正确的盾构参数,这样才能够使盾构机在始发时保持良好的状态,平稳掘进。计算时除了盾构相关的参数,还要根据埋深和土质按照水土合算方法计算理论土仓压力,再结合我公司在同类地层施工的经验制订土仓压力,同时施工中还要进行地表变形的监测[3],对土仓压力进行微调,来设定土仓内的平衡土压值。
计算时,一定要将上述的压力及阻力情况考虑周全,将全部压力、阻力都计算在内[4]。这样才能够确保盾构参数的正确性,保证盾构机能够在始发时平稳掘进。
2.1 盾构荷载计算
根据图2所画的荷载计算简图来计算松动圈土压。
将具体的覆土厚度按20 m这个标准值来计算,计算结果如下所示:
①Pe1=(γ-10)H0=(23-10)×20=260 kPa,
②Pe2=Pe1-60=200 kPa,
③qe1=pe1λ=162×0.2=32.4 kPa
④qe2=(γ-10)×(20+6.25)λ=13×26.25×0.2=68.25 kPa
⑤pg=G/(D0L)=320×10/(6.25×8.16)=
62.75 kPa
⑥qfe1=qe1,
⑦qfe2=qe2,
⑧qfw1=180 kPa,
⑨qfw2=242 kPa。
其中:计算中应用的土参数如下:
Γ—软土层的土容重;
K—土层的静侧压力系数。
计算中应用的盾构机参数如下;
D—盾构的外径;
L—盾构长度;
Λ—为水平侧压力系数;
G—为盾构机重量;
Pe1—竖直土压;
Pe2—竖直抗力土压;
Pg—自重反压;
qe1—盾构顶部水平土压;
qe2—盾构底部水平土压。
2.2 盾构机总推力计算
2.2.1 盾构机外壳与土的摩擦力(F1)计算
7 693.7 kN。
μ:为土钢间摩擦系数。
2.2.2 盾构推进阻力的计算(正面阻力F2)
8 013.3 kN。
2.2.3 由滚刀挤压产生的阻力(F3)计算
F3=prn=250×35=8 750 kN。
n—滚刀数量按正面有35把计算。
2.2.4 管片与盾尾的密封阻力(F4)
F4=MCWS=0.3×2×3.141 6/4×(6×6-5.4×5.4)×1.5×2.5×9.8=118.5 kN。
MC—管件与钢板刷之间的摩擦阻力,取0.3;
WS—压在盾尾内部2环管片的自重。
2.2.5 后方台车牵引过程中的阻力(F5)计算
F5μ2G1=0.15×2 000=300 kN。
所需最大推力
Fmax=F1+F2+F3+F4+F5=7 693.7+8 013.3+8 750+118.5+300=24 875.5 kN。
安全系数
αF/Fmax=34 210/24 875.5=1.37。
结论:通过上面的分项计算得出推力安全系数为1.37,能够满足安全掘进的需要。
同时在盾构施工中要根据工程的进展情况,进行纠偏工作,在实际盾构施工中,盾构的总推力往往比计算值要大,通常为计算值的1.5倍。由此计算得出此段工程中,掘进阶段盾构的主要技术参数如表1所示。
只有这样考虑各方面的综合因素,按照盾构的推力等主要参数指标,小心控制挖掘的速度,才能够保证初始挖掘地面的稳定性,才能够为盾构挖掘打下坚实的基础。
3 管背同步注浆及二次注浆管理
3.1 同步注浆管理
在盾构施工中,由于盾构机在掘进过程中会使隧道周围的土层受到震动破坏,发生松软,地下水会趁机渗入,这些是导致盾构隧道出现管线沉降的重要原因[5]。一旦沉陷会给人们的生命财产带来不可估量的后果。因此要避免这种沉降及沉陷的发生,就要及时在盾构的过程中,进行管背的同步注浆及二次注浆,用足量的浆液将盾尾的建筑空隙充填好。
盾构的同步注浆在盾构掘进的同时同步进行,由盾构机上的同步注浆系统采用双泵四管的方法,通过盾尾的注浆管完成注浆过程。同步注浆的材料按照表2配比严格执行。
3.2 浆液性能控制
二次注浆是对同步注浆的进一步补充及加强,能够对管片周围的地层起到很好的充填及加固作用,确保隧道的安全。主要用于管片与周围岩壁空隙充填密实性不足,不能满足施工安全的情况下进行,所以在注浆时对浆液的性能要求严格,一般用水泥-水玻璃双液浆来二次的补强注浆,严格按照科学的配比要求操作,这样才能够使管片与岩壁填充得更加密实,保证不会有渗水及沉降等危险发生。双液浆的初步配比见表3所示,要使所配比的浆液性能达到表4的要求。
注:水泥一般用P52.5#普通的硅酸盐水泥。
3.3 注浆压力及注浆量的计算
3.3.1 注浆压力
盾构施工中是通过向管片背部的建筑空隙填充足够浆液来完成同步注浆过程的。在此过程中注浆压力需要克服相应压力才能顺利将浆液填充到空隙中,完成注浆过程,这些压力主要包括有地下水压力、土压力还有管阻的摩擦力等。注浆填充过程中注浆压力一定要严格控制,不能太大,不然会使周围土层发生劈裂,引起塌陷。所以注浆时只有掌握适合的压力,才能将浆液遍及管片外侧。
我们可以用理论分析的方法来预计算注浆中理想的注浆压力。理论上下临界的注浆压力PJx必须能够确保土块BCEF能足够稳定,没有下榻的危险;上临界的PJs必须要能够确保整个土块ABCDEF的稳定性能,保证其不会发生隆起。因此理想的PJn就在上述的范围之内。所以只要将实际土体A,BCD,EF上下两个临界的PJ值,分别乘以及除以一个安全系数(n=1.5～2.5),就是最佳的土体塌落范围,也就是相对最准确的PJn值。
按照静力学分析:
同时还要考虑沿程管路的阻力损失:
所以我们需要的理想注浆压力就是:Pj=P
根据以上公式分析得,对武汉地铁周青区间,在取Cu=16 kPa, H=11. 0 m, φ=0时,得到:n=2.18,P
从上述分析可知,计算的注浆压力与国外研究成果是吻合的,能够确保安全施工。在上述的施工过程中,根据周青区间的具体情况,在盾构施工中,同步注浆的压力还要确保大于该点的静止水压及土压力之和,我们取1.1～1.2倍的静止土压力作为盾构施工时的注浆压力。在此次施工中我们将同步注浆压力控制在0.1～0.4 MPa,二次注浆压力为0.2～0.6 MPa。这样的注浆压力根据计算及安全试验是符合施工要求的。这样的注浆压力不会产生跑浆也不会发生隆起的问题。
3.3.2 注浆量
除了注浆的压力,对注浆量也有严格的标准,要通过科学的计算,掌握适当的注浆量。在计算的时候要根据工程注浆的材料及管片与岩壁的空隙大小还有盾构的管片及刀盘的直径科学计算注浆量。计算的时候还要考虑到施工过程的地质情况及纠偏等因素。一般实际的注浆量为理论注浆量的1.3～1.8倍,在实际施工中还要根据对地面变形的观测情况及时进行调节。注浆量的计算公式如下所示:
Q=Vλ。
式中:
Q—注入量(m3);
λ—注浆率(取1.3～1.8,根据实际工程的地质情况而定,在曲线地段和沙性地层施工时要取较大值);
V—盾尾建筑空隙(m3);
V=π(D2-d2)L/4。
式中:
D—盾构切削土体直径(即为刀盘直径6.28 m);
d—管片外径(6.0 m)。
本标段盾构区间:
L—管片宽度(1.5 m)。
V=π[(6.282-6.02)×1.5]÷4=4.5 m3。
则: Q=5.85～8.1 m3/环(系数考虑1.3～1.8)。
根据上述的计算,同步注浆的拟定压力为0.26～0.3 MPa(2.6～3 bar),初拟方量为6 m3,在施工中,还要根据试验掘进阶段成果及后续实际施工情况及时修正注浆量。
同时在做好上述工作的同时,还要对隧道内通风、循环水、照明和洞内管线做合理的布置,同时做好安全监测工作[6],这样才能够保证周青区间工程按时按质按量完成,让人们放心使用。
4 总结
武汉地铁站周青区间的盾构施工,正是在综合考虑了地面的建筑及交通状况,还有其本身软弱土掺杂沙砾的具体土文情况,在应用盾构法施工时,注意盾构推力等盾构参数的计算,保证初始掘进中地面的稳定性,同时做好管背注浆及二次注浆的控制,注重注浆的压力及注浆量的把握,同时做好隧道通风、循环水、照明和洞内管线布置的处理,在强有力的监测手段的控制下才使工程能够达到安全要求,满足应用需求。在此将这些经验与大家一同分享,以期对类似工程提供一些可以借鉴的经验。
参考文献
[1]王文军.盾构法隧道施工穿越淤泥质软土地层控制沉降技术探讨.价值工程,2010;(25):108—108
[2]周明斌.深基坑开挖方法的探讨.中国住宅设施,2009;(06):62—63
[3]何成滔,王耀.天津地铁3号线盾构法施工技术.中国铁路,2010;(07):71—74
[4]雒红卫.复杂砂砾地层开敞式盾构的设计.建筑机械化,2010;(01):72—73
[5]冯宝新,王解先.盾构姿态测量方法.公路隧道,2011;(01):66—68
相关文章：
长距离盾构隧道02-07
施工荷载下盾构隧道管片力学响应分析02-07
盾构隧道防水施工方案02-07
青少年禁毒教育模式02-07
盾构隧道管片拼装作业指导书详解02-07
地铁施工盾构法02-07
软土盾构隧道02-07
盾构法隧道施工方案02-07
盾构隧道端头加固02-07
