盾构隧道施工课程设计

盾构隧道施工课程设计（精选10篇）

1.盾构隧道施工课程设计 篇一

盾构隧道施工安全管理

摘要：盾构法隧道施工，掘进速度快、质量优、对周围环境影响小、施工安全性相对较高，但盾构施工技术有着自身的特点，安全管理工作只有适应盾构施工的特点，才能利用盾构的优势、克服传统隧道施工的劣势，真正做好建筑施工企业的安全工作。文章对盾构施工中要注意的几个安全问题进行了讨论，可供同行参考。

关键词：地铁隧道盾构施工安全管理

1引言

安全管理工作己在我国得到了日益重视，尤其是在加入了WTO后，全球经济趋于一体化，要求发展中国家的安全生产管理水平赶上世界先进水平，企业安全管理工作已作为和生产管理并列的一项企业管理重要内容。而建筑业是伤亡事故多发的行业，仅次于矿山作业。隧道施工具有建筑业和矿山业的一些共同特点，施工危险程度大，安全隐患多。盾构施工隧道技术是一项先进的隧道施工技术，开挖面处在盾构体的保护下，可以最大程度避免土体失稳或冒顶带来的人身伤亡事故，近年来，在上海、广州、北京和深圳等地得到了较为广泛的应用。盾构法隧道施工技术由英国工程师布鲁诺尔发明于1818年，并于1825年运用于工程实践。我国从1956年开始引进盾构施工技术，从20世纪80年代开始得到了快速发展，目前，在上海、广州等大城市中逐渐成为城市地下铁道施工的主流方法，其特有的安全施工和管理问题引起犷广泛注意，本文为结合多年的盾构施工实践和安全管理经验的总结。

2盾构机刀盘前的压气作业

2.1盾构机的压气作业

当操作人员必须进人盾构机前体刀盘内作业时，如果盾构机前方或上方的土体不能自稳，上体可能通过刀盘的开日处进人刀盘内，威胁作业人员的安全。大多先进的盾构机均配备了压气系统，即通过密封刀盘和盾构前体的通道，向刀盘内注入无油空气，使刀盘内的压力升高，以达到平衡外侧土体压力的目的，压力最大可达到3-4kg/cm2。为了保证操作人员的适应性，一般在通道卜设置密闭的过渡增压舱，这将在很大程度上缓解压力变化带给操作人员的影响。由于操作人员是在一个密闭的环境中工作，刀盘内空间狭窄，不能有多人同时作业，压人的空气质量也可能含有一定的杂质，且工作面的环境温度将会很高，当操作人员出现不适时，需要经过一定时间减压过渡后才能得到医疗。因此，压气作业是盾构安全施工的一个重点，也是一个值得注意的危险源。

2.2压气作业的相应措施

(1)尽量减少在不良地质条件下进人刀盘内，尽可能地在基本可以自稳的地层中进行开舱作业，这样可以不用压气作业。因此，要根据地质条件的变化，选择适当的时机，提前或推迟进人刀盘内，尤其是更换刀具时要有预见性。

(2)要挑选身体健康、强壮的工人作为进人刀盘内的操作人员，并经过职业病医院严格的身体检查，确保对恶劣环境的抵抗力。一般压气作业一天不宜超过4小时。

(3)如需压气作业时，一定要选用无油型空压机，确保空气质量，减小环境污染。

(4)准备好通迅工具，无间断地保持联络。

(5)做好应急准备，必要时要能在减压舱(刀盘与盾构前体间的密封过渡通道)内抢救伤员，并与有关医院签好急救协议。有条件的要配备专用的流动医疗舱，以便在送往医院的过程中，保持伤员所受体外压力差基本一致。

3盾构刀具更换

随着地质条件的变化，隧道掘进过程中需要对刀具进行更换，尤其是当岩石强度较高时，需要更换滚刀。滚刀一般是背卸式，以方便拆卸，但相对而言，滚刀重量大、四周光滑、没有固定点、搬运困难、安装和拆卸均要比刮刀、割刀难得多。刀盘内空间狭窄、不能多人同时作业，也很难借助机械，往往刀盘内湿滑，刀盘下部充满了泥土或者是泥浆，刀盘开口处还可能有不稳定岩土掉入，影响刀具更换。因此，进人刀盘内更换刀具是盾构施工过程中一项相对较危险的作业工序，许多施工单位在刀具更换时，时有轻重伤事故发生。

进行刀具更换时应注意以下事项:

(1)当地质条件不好、开挖面地层有可能失稳时，应预先对地层进行加固处理，可采取注浆或洞内加支撑等办法防止岩土掉块对作业人员的伤害，尤其是作业人员在搬运刀具过程中遇意外物体打击极易失衡，轻则将刀具掉人刀盘内，要花费相当时间才能打捞上来;重则人易被滚刀碰伤，甚至有可能滑人刀盘底部，被滚刀二次击伤，造成严重后果。

(2)除了对地层采取必要的措施外，还要做好其它准备工作，如对刀盘内的积土或淤泥和泥浆进行清理，尽量保持刀盘内作业空间位置，搭设稳固的临时支架和作业平台，提供充足的照明，包括行灯等局部照明工具。

(3)选派技术精、能吃苦、体质好的作业人员进行刀具的更换工作，尤其相互之间要配合娴熟，尽量缩短盾构机停止时间，防止土体失稳。如有土体严重失稳，可分次完成刀具更换，一般这时土体强度不大，盾构机可掘进数环后再更换另一批刀具。软土地层中盾构机停止时间以不超过两天为宜。

(4)滚刀重量大、边缘光滑、不宜固定，应尽量借助机械装置安装和拆卸滚刀，如合理运用葫芦等起重装置和滑轨等移动装置，以及支架等固定装置，操作时要倍加小心。

(5)刀盘内潮湿，水气大，随着温度的升高会产生雾化现象，对电器、电线绝缘性能要求高，需选用24V以下的安全电压。

(6)刀盘非期望转动伤人在盾构施工过程中屡有发生，因此，重新启动盾构机时一定要再三确认土舱内没有操作人员和工具材料已全部回收，最好能实现安全本质化，即在盾构设计或改造时，锁定原操作室的控制开关，在人闸口增设控制开关，并实行重复挂牌清点制度。

4注浆作业

盾构机开挖直径一般比管片外径要大20~40 cm ,在掘进过程中需要对管片外侧的环形空隙中注人浆液体，大多以水泥、砂子、水为主要成份。浆液出口段为刚性管道，很容易堵塞，这些管多埋在盾壳内，不方便清理，常常整条管完全堵塞了才不得不清理，且砂浆已出现固化现象，清理非常困难。清理过程中，一方面用具有弹性的硬质钢丝疏通，另一方面要加大注浆泵的压力。当管道突然畅通时，管道内的砂浆将会高速喷出，对周围的人员造成伤害。往往作业人员也意识到这点，在出口处用编织带防护，但大多没有将其固定绑扎，砂浆在高压下可以击穿编织物或顶开编织物，仍然会对人员造成伤害，尤其是眼部伤害。因此，要选用结实、坚固的编织物或加帆布，并用铁丝绑扎牢固，操作人员不可求快，压力要慢慢增加，不可突然急剧加压。

除了盾构机盾尾的注浆外，还需在管片中进行二次补浆(有的施工工艺是直接在管片注浆)，不管是一次注浆还是二次注浆，都很容易堵管，常常造成压力表失效。许多注浆操作是在没有压力表这个眼睛的情况下“盲”注或仅凭经验来完成注浆的，有的超出压力容许范围很多，这样轻者造成管片错台、开裂和漏水，重者直接将管片压脱掉人隧道中，后果不堪设想。

5施工用电管理

盾构机掘进用电一般是采用双回路专供的电缆，供电电压达10 kV ,隧道内环境潮湿，随着盾构向前不断推进，高压电缆也要经过多次连接，接头要选用优质的专用接驳器，电缆要固定好在隧道内，并留有一定活动余地，悬挂高度合适，至少要比运输车辆高，防止运输车辆脱轨后击断电缆，造成严重后果。除了盾构机以外，盾构隧道施工其它临时用电也很多，必须采用三级配电，二级保护，尤其要配备足够的分配电箱，电箱要用铁皮制作，不能用木板或胶板等其它材料代替，并要真正做到一机、一闸、一箱、一漏等四个一。往往施上单位很难做到四个一，尤其为了省钱，一箱多机、一箱多闸现象较为普遍，极易合错闸，从而导致触电事故。

6隧道内临时轨道运输

和其它工法施工隧道不同，中小直径的盾构隧道几乎均采用轨道运输系统。由于盾构机的掘进速度很快，往往运输是限制施工速度的一个瓶颈，因此，运输车辆一般设计得较长，碴土斗也设计得很大，占用了隧道很大空间。管片底部为圆弧形，对轨枕的稳定性有一定影响，运输车辆容易脱轨，有可能威胁人行道上人员的安全，尤其是碰到盾构机专用高压电缆时，后果不堪设想。施工轨道要严格按有关技术规范执行，对轨距、轨道高差、弧度、接缝等重要参数要重点检查，轨枕保证足够的刚度，并和管片上的螺栓保持固定或焊接，避免滑动变形。应严禁各类人员搭乘管片车进出隧道，严禁挤在操作室内，如隧道距离较长，应设计专门的人员运输车辆，外设围栏，严禁车辆未停稳前上下车。隧道内运输引起的事故较多，一旦发生安全事故，后果大多比较严重，特别是在盾构机位置，电瓶车与盾构机之间几乎没有空隙，非常狭窄，稍不注意，人员易被挤卡在中间。

目前国内单线地铁隧道的内直径多为5 400~5 500 mm，盾构机的后配套设备一般有70~80 m长，它的轨道比碴土运输车宽，但之间最窄的距离一般就是100 mm，当任意一条轨道变形时，或盾构机上的配套设备发生位移时，极易和运输车辆相撞，尤其是高压电缆圈简位置突出，应引起高度重视。

7环境危害因素

盾构机仅推进系统就要消耗1 000 kW的功率，当岩石较硬或具有很高的耐磨性时，其机内的温度很高，最多可超过50度，尤其是在南方施工，夏季时间长，外界温度高，隧道内主要处在湿、闷、热的环境中，尽管盾构机配备了送风系统，在很大程度上减低了温度，但比地面作业还是要差得多，气温应尽量控制在28度左右。盾构机在推进过程中，噪音往往超过80dB，作业人员长时间处于这种环境下极易疲劳，从而诱发安全事故。因此，作业人员要配带耳塞，保证足够的休息时间，上班不超过8小时，如有必要，除送风系统外，增设抽风系统或冷却系统，加强空气对流。

8结语

除了前述方面需要在盾构施工中引起注意外，盾构机单体最重达l00余吨，始发与到站吊装上下井要选用有足够安全系数的大型吊车(宜选用200 t以上)，过站平移作业和过站运输、洞门和联络通道施工涉及多工种交叉立体施工作业，相互之间在配合上会有一定影响，总体协调性非常重要。

盾构施工技术在我国还处在成长期，随着我国国民经济的快速增长和加入WTO，盾构施工在隧道建设中所占比例也会越来越大，在盾构施工技术提高的同时，安全管理工作也要同步提高。目前，盾构施工企业与政府、行业的安全生产检查、监督与评比主要依据建设部的《JGJ59-99建筑施工安全检查标准》，其中检查10项主要内容有4项不适用于盾构施工企业，建议有关部门尽快研究制订适合盾构施工特点的行业安全检查标准，以推动和改善企业的安全生产管理水平。

2.盾构隧道施工课程设计 篇二

过去人们一般认为，地下结构较难受到地震灾害影响。然而，近年来地下结构在大地震中受到严重破坏的案例屡见不鲜。1995年兵库南部大地震中[1]，神户地铁系统的大开车站和上尺车站发生了坍塌而彻底破坏，并造成了地铁上方的国道路基大量坍塌，同时震区还有100多座隧道发生不同程度的破坏，导致日本南部交通瘫痪。2008年汶川大地震，四川灾区的56座隧道发生了不同程度的损坏[2]，破坏主要方式包括二次衬砌开裂、涌水、初期支护变形、洞口边坡崩塌、洞门裂损等。

近年来世界各地高烈度地震灾害频繁，地下结构的抗震减震问题逐渐引起了高度重视，成为工程界一个重要的研究方向。

同其他方法建造的隧道相比，盾构隧道建设历史尚浅，且大多并未建造在地震高发区，因此其震害资料也就相对较少。随着地下工程项目的持续开发，施工环境的日益复杂，针对盾构隧道的抗震设计问题将会越来越多地涌现在我们面前，必须作进一步的研究，并将成果应用于指导实际工程的设计与施工。

1 震害机理与特征

盾构隧道常规的衬砌结构是将预制管片用螺栓拼装而成，接头的刚度比管片本身小很多，同其他方法修筑的隧道相比，盾构隧道属于柔性的预制结构，加上隧道的单位体积质量同原有土体相比小得多，而地震动的振动能量被周围土体吸收衰减很大，因此在惯性力作用下，盾构隧道很难产生共振现象，抗震研究中很少考虑惯性力的影响。同明挖法相比，盾构法对原始土层的扰动较小，在地震时盾构隧道具有与周围土体共同变形的特征。盾构隧道为地下线形结构物，隧道沿线地基的力学性质和地层情况会产生各种变化。考虑到不同地层的地震反应差别较大，且各点的相位差别随着距离增大而越发明显，隧道轴向一定间隔的两点间土体会发生相对位移，这对盾构隧道的影响比较严重。

由现有的震害实例分析，盾构隧道的典型震害形式可以归纳为如下4个方面[3]:

1)混凝土管片端部受损;2)竖井接头处附近的环向接头受损;3)隧道曲线部分的混凝土二次衬砌横向裂缝，直线处的混凝土二次衬砌起拱线上下45°位置产生纵向裂缝;4)不均匀沉降及漏水。对稳定的地基，其地震活动实际上属于弹性振动，围岩产生的相对位移全部或者部分作用于管片结构，使管片壁产生交替的压应变和拉应变，压应变与管片结构原有的压应变叠加后，可能造成混凝土压屈而剥落;而拉应变大于结构原有压应变时，则会导致管片开裂。对不稳定的地基，隧道地震破坏的主要方式为断层错位造成的结构剪切破坏、边坡崩塌和地基液化。

2 研究方法

地下结构的抗震设计，我国现行相关规范中的方法是参照地面结构抗震的思路，对系数进行简单修正，以增强结构的抗震性能。这种方法显然不能准确地反映地下结构地震响应的实际特点。要进行切合实际的研究，按照分析手段大致可分为三类:原型观测、模型试验和理论分析[4]。

2.1 原型观测

原型观测是对隧道衬砌结构在经历地震动作用时的受力、变形和破坏情况进行观测与分析，来了解结构响应特点的一种研究方法。根据研究的主动程度，可分为震害调查和现场实验两种。震害调查是在地震发生后对结构损伤情况进行调查，不过在现阶段地震的发生还无法准确预测，也就无法提前布设监测仪器，因此地震发生时隧道结构的实时动力响应很难获取。此外，各种边界条件和地震波输入机制在实际地震中无法调整，其影响效应也就无法单独进行具体分析。在一定程度上，现场实验可以弥补上述弱点。

2.2 模型试验

模型试验法是对隧道结构模型输入地震激励，来研究其动力响应特性。在各种试验方法中，应用较广泛的是振动台试验。模型试验可以对理论分析的建模与计算合理性进行检验，通过实时测量考察地基与衬砌结构之间的动力作用机理，可以很好地弥补纯理论分析的不足，是一种必不可少的分析方法。

2.3 理论分析

目前地下结构的抗震理论分析方法种类繁多[5]，大致可分为解析法和数值法两类，而这两类又可以作进一步的细分。下面对几种常见的理论分析进行介绍。

2.3.1 静力法[6]

静力法的核心思想是认为结构的各组成部分与地震动有着相同大小的加速度。基本公式为:

其中，F为结构重心处的地震惯性力;Kc为地震系数;Q为结构的重量。

该法计算的结构内力，一般比动力响应分析值大。在计算刚度特大、变形特小的地下结构时，静力法至今仍被认为是适用的。

2.3.2 反应位移法[5]

反应位移法的核心思想是在地震时结构受地基变形的约束并产生应变、应力和内力。反应位移法的计算原理是将线状结构物视作弹性地基梁，围岩的地震位移作为初始条件施加在弹性地基梁上，然后计算弹性地基梁的响应，基本公式为:

其中，[K]包括地下结构的刚度[Kt]和地基抗力[Ks];{ug}为地震变位。

2.3.3 数值法[4]

数值法是国内地下结构抗震研究中应用最为普遍的方法。通过合理的简化和参数设置，将实际工程转换为可计算的数值模型，通过计算得出隧道结构和周边围岩的地震响应。同以上两种方法相比，数值法可以对一些工程环境复杂的隧道进行抗震分析，且可以考虑土体的非线性和非均质性对隧道结构动力特性的影响。

3 抗震措施

从理论上看，考虑到盾构隧道的地震响应特征和震害机理，提高抗震性能有以下三种措施[3]:

1)地基位移控制;2)提高隧道衬砌结构自身抗震性能;3)降低地基和隧道衬砌间相互作用。

从地基方面着眼，最可靠的办法是在隧道线形规划阶段即避开不良地层，如断层和液化区域等。但在实际工程中，只从抗震角度来规划隧道线形几乎是不可能的。如果只考虑局部地基处理，可采用地基控制法，比如采用注浆压密或振冲加密来防止地基的液化。不过，采用这种方法时，如果地基改良范围过大，经济性差将成为其致命弱点。

提高隧道结构自身抗震性能，主要是改变衬砌结构的刚度、质量、强度、阻尼等性能[7]，以降低结构的地震响应和损坏程度。其中的重点是设置合理的结构刚度。现行规范的抗震理念是通过加大衬砌厚度、提高配筋率等手段来提高结构刚度以抵御变形。然而这种方法使结构承受的地震荷载也随之增大，而材料用量和建设成本也会相应大幅增加。较小的结构刚度能够有效地减少结构的地震响应，减小地震应力，但结构抵御变形的能力也随之降低，不仅影响隧道使用，还有可能导致结构的局部破坏。在这种情况下，延性结构是相对有效的解决办法[8]。适当保证隧道结构的刚度，用部分构件在地震时进入塑性消耗能量，同时通过较大的延性使结构能够适应大变形而不致垮塌。不过延性结构方案也存在自身的弊端，比如结构变形过大且进入塑性破坏阶段，将为震后修复造成很大困难;隧道内的附属设施由于变形加大而破坏等等。

减震技术近年来得到了越来越多的关注，在地下结构也有很好的发展前景。它的原理是采用一道减震层来隔离围岩和衬砌结构，从而减小地震对衬砌结构的作用强度。此外，减震层还能吸收和损耗一部分地震能量。

减震层按布置形式可分为板式和压注式。板式减震层是将减震材料制成板材，应用于现场施工。王明年等[9]对海绵橡胶作为减震层的隧道结构进行了振动台模型试验，试验结果表明，减震层非常有效，使隧道衬砌应变接近均匀，且应变越大，减震效率越高。压注式减震层则是将一些原为液状的材料以注浆的方式填充到围岩与管片之间的缝隙，硬化后即作为减震层。这类材料需具有一定弹性、韧性和耗能能力，并便于注浆施工。

4 结论与展望

目前对盾构隧道的抗震减震分析方法和措施的研究工作已经展开，但还没形成系统的分析理论和完善的可行性应用措施。随着地下空间的大开发，在高烈度地震区开展盾构施工的工程案例会越来越多，有必要进行更深入的理论和实验研究。

参考文献

[1]Taylor T L.Coupled problems-a simple time-stepping procedure[J].Communications in Applied Numerical Methods,1985,1(5):233-239.

[2]李乔,赵世春.汶川大地震工程震害分析[M].成都:西南交通大学出版社,2008.

[3]小泉淳.盾构隧道的抗震研究及算例[M].张稳军,袁大军,译.北京:中国建筑工业出版社,2009.

[4]郑永来,杨林德,李文艺,等.地下结构抗震[M].上海:同济大学出版社,2005.

[5]林皋.地下结构抗震分析综述(上,下)[J].世界地震工程,1998(2):1-10.

[6]邵根大.城市地下结构的抗地震设计问题[R].北京:铁道部科学研究院铁道建筑研究所,1985.

[7]李小云,戴俊.城市浅埋隧道的抗震及减震措施研究[J].现代隧道技术,2011,48(1):51-56.

[8]张伟.大直径盾构隧道结构地震响应及减震措施研究[D].武汉:中国科学院岩土力学研究所硕士学位论文,2009.

3.浅谈地铁盾构隧道的耐久性设计 篇三

摘要：随着中国城市化的发展，城市轨道交通在我国各大城市交通中发挥着越来越重要的作用。作为“百年工程”，城市轨道交通的耐久性设计是必须要考虑的问题。文章结合地铁盾构隧道的结构体系及构造特点，根据目前传统设计方法，总结了耐久性设计的基本内容，并引述国内出现的改善耐久性的新工法。

关键词：盾构隧道；耐久性设计；环境类别和作用等级；管片制作；构造措施

0.引言

随着国家城市化进程的加快，传统道路交通的低利用率以及结构性缺陷等原因，已无法满足现代都市的交通需求。交通拥堵造成的生活不便、环境污染、城市运营成本增加等一系列问题，是政府普遍面临的难题，到目前为止，城市轨道交通是长久解决交通拥堵的较好方案，已成为各中大型城市争先发展的基础设施，至2014年末，我国累计有19个城市建成地铁运营里程2539km，预计到2020年全国拥有轨道交通的城市将达到50个，届时我国轨道交通运营里程将超过6000km，也就是说未来几年城市轨道交通的建设将保持高速增长。

现行《地铁设计规范》（GB50157-2013）规定了地铁主体结构的设计基准期（使用年限）为100年，对于地铁这类投资大、建设周期长、质量要求高的“百年工程”，其地下结构耐久性至关重要，这一要求在工程设计和施工中如何具体反映和体现，是目前工程界人士日益关注的问题。

地铁盾构隧道与岩土、地下水等介质紧密接触，并不断受到侵蚀，并且要承受疲劳、超载、地震等外来作用，同时结构所用材料自身的性能也会不断退化，从而使隧道各部分产生不同程度的损伤和劣化，产生一系列危害（如隧道漏水、变形过大、差异沉降、裂损、坍塌等）。例如上世纪70年代建成的香港地铁部分区间隧道，运营20年之后发现内排钢筋锈蚀，导致混凝土保护层剥落，影响到运营安全及使用寿命。香港地铁花费了大量资金，在不影响正常运营的前提下，利用夜间停运的短暂几个小时，采用超高压水刀铲除内排钢筋及其保护层，然后喷钢纤维混凝土（植筋）后再添扎内排钢筋，用聚合物混凝土补强修复；国内地铁区间隧道、过江隧道等一些地下工程也遇到了类似问题。地铁建设资金投入大，后期维修、改建困难，因此对结构耐久性要求更高。本文就地铁盾构隧道耐久性设计进行简要阐述。

1.地铁盾构隧道耐久性的影响因素分析

国内地铁盾构隧道一般采用预制平板型钢筋混凝土管片，混凝土结构埋置于地下岩土中，同时受到地下水或其它侵蚀性介质的影响，其耐久性影响因素存在较大的复杂性和不确定性，主要因素包括如下几个方面：

（1）环境因素，包括岩土、隧道内外部温湿度、地下水、CO2、特殊离子环境、侵蚀性物质环境、杂散电流等。

（2）材料因素，包括水泥品种、水胶比、掺合料、外加剂、螺栓的耐腐蚀性、密封垫的耐久性、防腐涂料等。

（3）结构因素，包括结构尺寸与构造、应力状态及水平、裂缝程度、不均匀沉降、砂层液化、外荷变化、地震作用、爆炸冲击波等。

（4）施工因素，管片的生产、运输及安装过程中引起的管片损坏，现场尤其以管片拼装时碰撞、管片就位与盾构掘进姿态不一致、盾构纠偏时管片顶力分布不均匀最容易造成管片缺棱掉角，甚至管片崩裂；另外，管片拼装后的同步注浆分布，能否有效形成管片背后的保护圈，也对管片耐久性至关重要。

地下工程具有工程前期投资大、工程隐蔽性强、后期修复困难等特点，一旦耐久性出现问题，一是难以发现，日积月累，酿成重大安全事故；二是即使发现，也不得不花费大量的资金去修复加固。要提高地铁盾构隧道的耐久性能，应从设计、施工、使用管理等方面综合考虑，针对各种影响耐久性的因素采取相应的措施。作为工程设计人员，设计之初就应当引入耐久性的概念，加强对盾构隧道预制管片、接头螺栓、密封垫等部位的保护，切实做到降低运营维护费用及增加工程使用寿命。

2.地铁盾构隧道耐久性设计方法和内容

混凝土结构的耐久性设计可分为传统经验方法和定量计算方法。目前定量计算方法主要应用在特殊工程、教学科研上，尚未达到在工程中普遍应用的程度。国内现行的混凝土结构设计规范所采用的仍然是传统经验方法或改进的传统方法，即将环境作用按其严重程度定性地划分成几个作用等级，在工程经验类比的基础上，对于不同环境作用等级下的混凝土结构构件，由规范直接规定混凝土材料的耐久性质量要求和钢筋保护层厚度等构造要求。

对于地铁盾构隧道，耐久性设计主要依据国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）、《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）进行，同时要满足城市轨道交通行业标准《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》（CJJ49-92）中对结构设计的相关要求。归纳起来，地铁隧道的耐久性设计应包括以下内容：

（1）明确结构的设计使用年限、环境类别和作用等级，作为开展耐久性设计的基础性技术标准。

（2）提出混凝土原材料品质、配合比及耐久性指标要求，作为施工阶段检测和验收的依据。

（3）明确混凝土结构裂缝控制要求，作为结构设计和后期维护的主要技术标准。

（4）采用有利于减轻环境作用的结构形式、布置和构造，如结构尺寸、保护层厚度要求等。

（5）针对严重环境作用，采取防腐蚀附加措施或多重防护策略。

（6）对于地铁隧道，需要考虑杂散电流的腐蚀，采取针对性的防护措施。

（7）提出耐久性所需的施工质量控制要求和验收要求。

（8）提出结构使用阶段的维护与检测要求。

3.环境类别和作用等级

按照傳统方法进行设计，首先需要明确环境类别和作用等级。目前，国内规范对于环境类别定义存在差异，按《混凝土耐久性设计规范》，地铁隧道处于无冻融、无海洋氯化物、无化学腐蚀的条件下，腐蚀机理为混凝土碳化引起的钢筋锈蚀，环境类别为一般环境（I类）。

对于一般环境，判别环境作用等级时，需要考虑的环境因素主要是湿度（水）、温度、CO2与O2的供给程度。如图1所示，由于地铁隧道长期埋置于地下水位以下，外侧与水和土壤直接接触，可按永久的静水浸没环境考虑，环境作用等级为I-B。对于隧道内侧，一般按非干湿交替的室内潮湿环境考虑，环境作用等级为I-B。也有观点认为，地铁隧道内侧处于干湿交替环境中，管片厚度不大，临水面也无防护层，且常有结露水，环境作用等级应为I-C。由于地铁隧道内存在地下水渗漏情况，随着隧道内温度和通风条件的变化，隧道内的湿度也随之改变，但是否达到干湿交替的程度，目前还没有实测数据作为依据。另一方面，目前的规范对干湿交替仅作定性的规定，未明确定量的判断标准。因此，建议针对已运营地铁隧道内的温度、湿度及其变化情况，在一定时期内（如一年）进行持续监测，为判断地铁隧道内环境作用等级提供依据。

图1 地铁隧道环境作用示意图

4.预制管片的材料选择及制作

盾构隧道耐久性的关键是混凝土材料的制备及预制混凝土管片的制作。混凝土的渗透性影响着水和侵蚀性介质在混凝土中的传输速率及聚集效应，因此提高混凝土的抗渗性是改善其耐久性的重点。根据目前工程经验，可通过提高混凝土密实度、降低水胶比至0.35以下、减少水泥用量至130kg/m3以下、掺入活性矿物掺和料等措施，且保证管片的混凝土保护层有足够的厚度，可有效阻止外部侵蚀性介质渗透至钢筋表面，避免钢筋锈蚀，从而大幅度提高管片的耐久性。

另外，可在管片外部涂刷防腐涂料，隔绝或减轻地下水及侵蚀性介质与管片的接触，减少各种化学腐作用；特殊条件下，可掺入钢筋阻锈剂，促使钢筋表面的氧化物钝化膜趋于稳定，使整个钢筋被钝化膜包裹，从而起到抑制钢筋锈蚀的作用。

目前国内地铁盾构隧道，提出了双层衬砌理念，即在单层预制管片衬砌的基础上，在其内侧，增加一层现浇钢筋混凝土衬砌。盾构隧道采用双层衬砌，虽然增加了前期工程投资，但从一定程度上改善了管片的受力，也弥补了由于管片安装过程中形成的裂缝对隧道耐久性的影响。

5.地铁盾构隧道耐久性构造措施

5.1 密封垫

对于地铁盾构隧道，预制管片需要采用大量的螺栓进行拼接，接缝采用密封垫进行防水，接缝总长度是隧道长度的20余倍，确保接缝防水材料防水性能的耐久性至关重要。

密封垫按按功能可分为三类：弹性密封垫、遇水膨胀橡胶密封垫、弹性密封垫与遇水膨胀橡胶复合密封垫。密封垫设计除了要满足防水性能外，还应提出耐久性指标。根据国内设计规范，密封垫材料的一般以硬度、拉伸强度、伸长率等拉伸力学指标来评价防水材料的耐久性。上海长江隧道工程对密封垫进行了专题研究，提出以接触应力松弛的时变特性来表征防水密封垫防水性能的耐久性。

5.2 管片连接螺栓

螺栓表面一般采用锌基铬酸盐涂层进行防腐处理。为提高外露螺栓的耐久性和隧道防水效果，管片手孔一般采用微膨胀水泥进行封堵。根据已运营的盾构区间现场检查情况，存在管片手孔封堵材料凸起和掉落的情况，对运营安全产生不利影响。因此，为确保运营安全，顶部手孔可不作封堵，改为对外露螺栓进行补充防锈处理。

5.3 联络通道特殊衬砌环

目前联络通道特殊衬砌环有三种做法：混凝土管片（后期切割）、全环钢管片、钢管片与混凝土管片组合。从耐久性角度出发，特殊衬砌环宜采用混凝土管片。当联络通道采用冻结法对地层进行加固时，需要在管片上钻孔以安装冻结管，如图2所示。如某地铁盾构区间联络通道，采用冻结法加固，需要在联络通道左右各3环管片上冻结管钻孔，开孔总数一般达到72个，开孔直径130mm，而管片主筋净距85～140mm，不可避免会对管片结构造成损伤，甚至破坏管片钢筋。因此，当联络通道采用冻结法对地层进行加固时，宜采用钢管片。采用钢管片时，应注意以下耐久性问题：

（1）钢管片的厚度除了要满足受力要求外，还应考虑钢管片在使用阶段的锈蚀，适当加固钢板厚度。

（2）对于使用阶段外露的钢管片，应采取防腐措施；并对钢管片内侧空腔回填混凝土，形成钢构件的混凝土保护层。

（3）考虑到防腐涂层在施工过程中的磨损，联络通道施工完成后，应对钢管片进行补充防锈处理，涂刷防腐涂料，增强钢构件的耐久性。

图2 区间联通通道冻结孔布置示意图

5.4 后锚固施工

在地铁机电安装阶段，需要在区间隧道内壁上布设大量供电、通风空调、给排水、动力照明、火灾报警系统（FAS）、环境与设备监控系统（BAS）、通信、信号、导向等系统设备管线的支架，以及区间疏散平台等附属结构（如图3、4所示）。

目前，国内绝大多数地铁均采用后锚固的方式与隧道结构连接，需要在管片上钻大量的孔洞，削弱管片的受力性能，甚至有时引起管片开裂、钢筋被破坏，影响管片耐久性能。为此，应加强设计接口协调和机电安装阶段后锚固钻孔施工控制：

（1）电缆支架间距模数与管片宽度统一，控制锚栓到管片边缘的距离，避免锚栓设于管片接缝。

（2）严格控制锚固孔洞施工误差：锚孔深度偏差不得大于10mm，垂直度偏差不得大于5°。

（3）打孔前应采用钢筋探测仪进行探测管片钢筋，锚孔应尽量避开受力主筋。如螺栓孔与管片钢筋冲突，应调整螺栓孔位置，严禁破坏管片钢筋。如有废孔，应用化学锚固胶或高强度等级的环氧树脂水泥砂浆填实。

为了避免后锚固施工对隧道管片的不利影响，钢滑槽、绝缘尼龙套管等预埋件技术在台湾、日本等地区得到了普遍的应用。深圳地铁9号线是国内首条在全线盾构法区间采用全环预埋滑槽技术的地铁线路。

图3 区间隧道管线布设示意图

6.结论

影响地铁盾构隧道耐久性的因素很多，综合本文所述，耐久性设计应特别重视如下两点：①受湿度、温度、地铁杂散电流等因素影响，地铁隧道内的环境作用较为复杂，耐久性设计中的环境作用等级取值应考虑上述不利因素的综合影响；②由于地铁盾构隧道的特殊性，其耐久性设计除了混凝土耐久性相关内容外，应高度重视管片制作、接缝防水、连接螺栓、后期钻孔等细部构造措施设计。

工程设计人员应当借鉴国内外取得的成功經验，吸取国内外涌现的新概念、新技术，结合工程实际，运用科学合理的设计方法，以提高地铁区间隧道的耐久性。

参考文献：

[1]王振信.盾构法隧道的耐久性[J].地下工程与隧道，2002（2）

[2]孙钧.崇明长江隧道盾构管片衬砌结构的耐久性设计[J]，建筑科学与工程学报，2008（3）

[3]吕志刚.浅析地铁结构耐久性设计[J]，建筑设计，2007（11）

[4]混凝土结构耐久性设计规范，GB/T50476-2008，中华人民共和国住房和城乡建设部，2009（5）

[5]混凝土结构设计规范，GB50010-2010，中华人民共和国住房和城乡建设部，2011（7）

作者简介：

4.泥水盾构施工技术 篇四

泥水盾构施工技术

通过对泥水盾构工作原理及泥水盾构施工技术的介绍,结合北京铁路北京站至北京西站地下直径线2标工程采用的.Ф11.97m泥水平衡盾构的始发施工的工程实例,对泥水盾构始发施工技术进行了总结.对类似工程有借鉴作用.

作 者：翟志国 ZHAI Zhui-guo 作者单位：中铁隧道集团二处有限公司,河北,燕郊,065201刊 名：水科学与工程技术英文刊名：WATER SCIENCES AND ENGINEERING TECHNOLOGY年，卷(期)：2009“”(2)分类号：U455.43关键词：泥水盾构 施工 技术

5.盾构施工安全质量相关试题 篇五

单位：

项目

姓名：

得分：

一、选择题：（共70题）

1、盾构施工作业环境内，空气中氧气含量不得小于（）。

A、20% B、30% C、40%

2、盾构施工作业环境内，隧道内温度不应高于（）。

A、33℃ B、32℃ C、31℃

3、班组安全例会每（）进行一次。

A、月 B、旬 C、周

4、正确使用安全带的方式为（）。

A、高挂低用 B、低挂高用 C、高挂高用

5、施工单位安全生产工作必须坚决贯彻（）方针。

A、安全第一预防为主综合治理 B、安全生产人人有责 C、安全第一预防为主

6、()是指在劳动过程中容易发生伤亡事故，对操作者本人，尤其是对他人和周围设施的安全有可能造成重大危害的作业：

A、特别施工 B、特殊岗位 C、特种作业

7、进入施工现场必须正确佩戴好（）。

A、安全绳 B、安全帽 C、口罩

8、劳动保护用品的发放和管理，坚持“（）”的原则。

A、谁用工、谁负责 B、谁采购、谁负责 C、作业人员自负

9、操作转动的机器设备时，不应佩戴（）。

A、戒指 B、手表 C、手套

10、井下低压安全供电的“三大保护”是保护接地、（）保护、过电流保护。

A、漏电 B、断接保护 C、双绝缘保护

11、建设项目安全设施的设计人、设计单位对安全设施设计负责，必须按照（）承担相应的安全设施设计，不得擅自超越（）及业务范围承接任务。

A、工程大小；项目大小 B、项目内容；工程级别 C、资质等级；资质等级

12、实行总承包的工程，（）对安全设施工程质量负责。实行分包的工程，（）要对其分包的工程质量负责，总承包单位应当与分包单位就分包工程的质量承担连带责任。

A、承包人；负责人 B、总承包人；项目经理 C、总承包单位；分包单位

13、一般来说，有较大危险因素的生产经营场所和有关设施、设备，是指生产经营场所进行的（）使用的设备、材料或者储存的物品有危险因素，容易造成（）或者其他人员伤亡，或者有关设施、设备的操作使用中容易对人身造成伤害。

A、作业性质；从业人员 B、生产活动；安全事故 C、安全活动；工程延误

14、生产经营单位进行爆破、吊装等危险作业应当安排（）进行现场安全管理，确保操作规程的遵守和安全措施的落实。

A、安全员 B、负责人 C、专门人员

15、安全网的系绳和边绳的截面积，至少为网绳截面积的（）。

A、1倍 B、2倍 C、3倍

16、采用安全特低电压是（）的措施。

A、用于直接接触电压保护 B、用于间接电压保护 C、兼有直接接触电击和间接接触电击保护

17、以下哪一项不属于超前地质预报的内容（）。

A、地质构造 B、地下水 C、围岩类别

18、液氮冷冻加固过程中，一般测温孔平均温度达到（）摄氏度，方可进行洞门凿除。

A、5 B、0 C、-5

19、在穿山隧道进行盾构施工一般会选择（）

A、土压平衡盾构机 B、泥水盾构 C、TBM盾构机 20、依据中铁四程„2009‟26号文《中铁四局工程项目状态分级管理办法》的规定：发生了直接经济损失在100万元及以上质量事故的项目，其状态分级应界定为（）。

A、1级 B、2级 C、3级

21、当室外日平均气温连续5天稳定低于（）即进入冬期施工

A、-5℃ B、0℃ C、5℃

22、当扣件夹紧钢管时，开口处的最小距离应不小于（）

A、4mm B、5mm C、6mm

23、软土基坑必须分层均衡开挖，层高不宜超过（）

A、1m B、2m C、3m

24、潮湿和易触及带电体场所的照明，电源电压不得大于（）

A、24 V B、36V C、12V

25、室外220V灯具距地面不得低于（）m。

A、2.5 B、3 C、5

26、分配电箱与开关箱的距离不得超过（）m。

A、10 B、20 C、30

27、电缆直接埋地敷设的深度不应小于（）m A、0.5 B、0.7 C、1

28、《中华人民共和国建筑法》规定建筑工程安全生产管理必须坚持（）的方针，建立健全安全生产的责任制度和群防群治制度。

A、安全第一，预防为主 B、安全为了生产，生产必须安全 C、安全生产人人有责

29、从业人员在作业过程中，应当严格遵守本单位的安全生产规章制度和操作规程，服从管理，正确佩戴和使用（）。

A、安全卫生设施 B、劳动保护用品 C、劳动防护工具

30、建筑施工中最主要的三种伤亡事故类型为（）。

A、高处坠落、物体打击和触电 B、坍塌、火灾、中毒 C、机械伤害、触电、坍塌

31、不同的作业环境要求佩带安全帽的颜色也不同，在爆炸性作业场所工作宜戴（）的安全帽。

A、红色 B、黄色 C、白色

32、安全带主要应用于（）。

A、高处作业 B、悬挂作业 C、吊物作业

33、安全帽上的“D”标记表示安全帽具有（）的性能。

A、耐燃烧 B、绝缘 C、侧向刚性大

34、在建筑施工现场起重作业中，地面人员切勿（）。

A、向上张望 B、站立在悬吊中的重物下面C、讲话

35、下列（）作业不宜使用小沿安全帽？

A、室内作 B、露天作业 C、隧道

36、下列使用安全帽的做法，那种不正确？（）

A、附加护耳罩 B、贴上标记 C、自己钻孔加扣带

37、安全带的正确挂扣应该是（）

A、同一水平B、低挂高用 C、高挂低用

38、地下挖掘作业应穿（）

A、防寒鞋 B、防砸鞋 C、防水鞋

39、人工开挖土方，两人横向间距不得小于2m，纵向间距不得小于（）m。

A、1 B、2 C、3 40、遇到（）天气不能从事高处作业。

A、6级以上的风天和雷暴雨天 B、冬天 C、35度以上的热天

41、脚手架必须按楼层与结构拉接牢固，拉接点垂直距离和水平距离分别不超过（）米和57米。

A、24 B、46 C、57

42、特殊脚手架和高度在（）米以上的较大脚手架，必须有设计方案。

A、5.0 B、10 C、20

43、建筑施工中的电梯井口必须设高度不低于（）米的金属防护门。

A、1.0 B、1.05 C、1.2

44、建筑施工企业应当建立健全劳动安全生产教育培训制度，加强对职工安全生产的教育培训，（）不得上岗作业。

A、无作业证的人员B、未经劳务部门同意的人员 C、未经安全生产教育培训的人员

45、建设工程施工现场道路必须进行（）处理。

A、平整、夯实 B、硬化 C、防止扬尘

46、建设工程临时用电，按照三相五线制实行（）的规定，合理布置临时用电系统。

A、两级漏电保护 B、按图布置 C、用电措施

47、对新的从业人员进行（）安全生产培训。

A、一级 B、二级 C、三级

48、（）是实现“安全第一”的基础。A、预防为主 B、生产服从安全 C、安全生产

49、超过多少米为高空作业（）。

A、2米 B、3米 C、4米

50、劳动者对管理人员违章指挥、强令冒险作业，有权（）

A、责令整改 B、拒绝执行 C、予以警告。

51、大型物件吊，卸必须由（）进行监督旁站。

A、专职安全人员 B、施工员 C、技术员

52、隧道、地下工程、高温、潮湿的作业区域照明电压不得大于（）伏，特别潮湿地方不得大于（）伏。

A、220伏 36伏 B、54伏 12伏 C、36伏 12伏

53、因作业需要，临时拆除或变动安全防护设施时必须经（）同意，并采取措施确保安全。

A、项目经理 B、项目监理 C、施工负责人

54、吊索钢丝绳编插长度不得小于钢丝绳直径的（）倍。

A、15 B、20 C、30

55、为防止高处坠落事故的发生，脚手架和其它临边防护栏杆的设置高度，上栏杆为1.2米,下栏杆为（）米，下部设挡脚板。

A、0.6 B、0.7 C、0.4

56、推行施工安全生产保证体系标准是贯彻我国“（）” 的安全生产方针的重要措施。

A、安全第一B、预防为主C、安全第一、预防为主、综合治理

57、为防止在拆除脚手架时发生事故，拆除前必须进行交底，拆除时架子工必须戴安全帽、系安全带、穿防滑鞋，对脚手架进行全面检查。地面应设（）并派专人看守。

A、围栏 B、警戒标志 C、红白旗

58、通常情况下基坑边堆土应遵守：堆土距离坑槽上部边缘不少于 米。（）

A、0.5 B、1 C、1.2

59、因“三宝”及“四口”防护存在缺陷而引起的事故通常有：（）

A、触电和火灾 B、物体打击和高处坠落 C、坍塌和机械伤害

60、在起吊细长物件时，通常采用（）法，并拴溜绳防止产生较大的摆动。

A、两点起吊 B、三点起吊 C、四点起吊 61、氧气瓶直接受热发生爆炸属于（）

A、暴轰 B、物理性爆炸 C、化学性爆炸

62、盾构推进施工期间应严格控制盾构机姿态，轴线偏差控制在（）以内。

A.40mm B.50mm C.60mm 63、前后两环管片内弧面的不平整度称为（）。A．张角 B.喇叭 C.踏步 64、机器工作结束后应做好哪些安全工作？（）

A、清理机床 B、关闭电器并切断电源 C、润滑机床 65、下列物品（）不得存放在地下室或半地下室内。

A、电动工具 B、气瓶 C、灭火器 66、存储危险化学品仓库的管理员必须配备可靠的（）

A、劳动防护用品 B、安全检测仪器 C、防毒面具 67、国家颁布《安全色》标准中，表示指令、必须遵守的规程颜色为（）。

A、红色 B、蓝色 C、黄色 68、安全网立网高度应大于（）A、1米 B、1.2米 C、1.5米 69、高空作业安全措施中首先需要（）

A、工作台 B、安全带 C、安全网

70、盾构掘进过程中，坡度不能突变，隧道轴线和折角变化不能超过（）。

A.0.4%

B.0.5%

C.0.6%

二、填空题：（共13题）

1、建筑三宝为安全带、安全帽、安全网。

2、施工安全管理目标主要内容中一创建为创建安全文明示范工地。

3、施工安全管理控制方针为安全第一、预防为主、综合治理。

4、进入施工现场必须戴好安全帽，并扣好 帽带。

5、企业必须组织制定并实施本单位的安全事故应急救援预案。

6、从事特种作业的人员必须是经过专门培训，并取得特种作业资格证书的人员。

7、施工现场临时用电设备，必须是经过培训考核并取得合格证件的电工安装维修.8、焊机必须采取接零接地和漏电保护，以保证操作人员的安全，对于接焊导线及焊钳接导线处都应有可靠的绝缘。

9、在同一垂直面内上下交叉作业时，必须设置可靠的安全隔离措施，下方操作人员必须戴安全帽。

10、管片的存放场地必须平整，并用枕木或其他材料铺设成管片堆放垫墩。

11、管片经门吊进行垂直运输时必须采用合格的吊装带，确保施工安全；

12、在存放管片进行密封垫粘贴的场地应配备防雨、防潮设备，避免密封垫或传力衬垫淋雨、受潮而损坏。

13、管片防水密封质量应符合设计要求，不得残缺，粘结应牢固，平 整，防水垫圈不得遗漏。

三、简答题：（共8题）

1、施工安全生产“七关”是哪些要求？

答：教育关、措施关、交底关、防护关、文明关、验收关、检查关。

2、安全生产管理的坚持“五定”原则各指的是什么？ 答：对查出的安全隐患

①要坚持定整改责任人 ②定整改措施 ③定整改完成时间 ④定整改完成人 ⑤定整改验收人

3、简述事故处理的“四不放过”原则。答：①事故原因没有查清不放过

②事故责任者没有严肃处理不放 ③广大员工没有受到教育不放过 ④防范措施不落实不放过

4、施工作业人员入场前应接受哪些教育？

答：施工作业人员进场前必须经过项目部、施工队、班组三级安全教育培训，考试合格后方可上岗作业。

5、劳动保护的原则是什么？

答：“安全第一、预防为主、综合治理”，“管生产必须管安全”、安全具有否决权。

6、《中华人民共和国安全生产法》自何时起生效？

答：《中华人民共和国安全生产法》自2002年11月1日起生效。

7、如何正确戴安全帽？

答：⑴戴帽前先检查外壳是否破损,有无合格帽衬、帽带是否齐全； ⑵调整好帽衬间距（约4—5厘米）； ⑶调整好帽箍；

8、施工现场的五牌一图指什么？

答：工程概况牌、管理人员名单及监督电话牌、消防保卫牌、安全生产牌、文明施工牌、施工现场平面图。

答案

一、选择题

1、A

2、B

3、C

4、A

5、A

6、C

7、B

8、A

9、C

10、A

11、C

12、C

13、A

14、C

15、B

16、C

17、B

18、C

19、C 20、A

21、C

22、B

23、A

24、A

25、B

26、C

27、B

28、A

29、B 30、A

31、A

32、A

33、A

34、B

35、B

36、C

37、C

38、B

39、C 40、A

41、B

42、C

43、C

44、C

45、B

46、A

47、C

48、A

49、A 50、B

51、A

52、C

53、C

54、B

55、A

56、C

57、B

58、C

59、B 60、A 61、B 62、B 63、C 64、B 65、B 66、A 67、A 68、B 69、A 70、A

二、填空题

1、安全网

2、创建安全文明示范工地。

3、安全第一、预防为主、综合治理。

4、安全帽，帽带

5、安全事故

6、专门培训

7、培训考核，合格证件

8、接零接地，漏电保护，绝缘

9、可靠的安全隔离，必须戴安全帽。

10、枕木

11、吊装带

12、防雨、防潮

13、防水垫圈

三、简答题

1、答：教育关、措施关、交底关、防护关、文明关、验收关、检查关。

2、答：对查出的安全隐患

①要坚持定整改责任人 ②定整改措施 ③定整改完成时间 ④定整改完成人 ⑤定整改验收人

3、答：①事故原因没有查清不放过

②事故责任者没有严肃处理不放 ③广大员工没有受到教育不放过 ④防范措施不落实不放过

4、答：施工作业人员进场前必须经过项目部、施工队、班组三级安全教育培训，考试合格后方可上岗作业。

5、答：“安全第一、预防为主、综合治理”，“管生产必须管安全”、安全具有否决权。

6、答：《中华人民共和国安全生产法》自2002年11月1日起生效。

7、答：⑴戴帽前先检查外壳是否破损,有无合格帽衬、帽带是否齐全；

⑵调整好帽衬间距（约4—5厘米）； ⑶调整好帽箍；

6.地铁盾构区间桩基托换设计与施工 篇六

广佛线朝安—桂城区间(下简称朝桂区间)经过部分民房和低层建筑物,根据目前承包商收集到的资料,共有4幢房屋的131根桩基础侵入隧道,建筑物原有桩基类型都为锤击灌注桩。房屋参数如表1所示。

1.1 周边建筑物分布情况

编号151-1号栋大豆村仓库位于佛山涌西侧,5层框架结构,其中东向的2层直接佛山涌河堤,河堤高程在10 m左右;堤下地势较为平坦,高程约为7.4 m。资料显示桩基按7层结构设计。

1.2 场地地质情况

场地内覆盖层厚13 m～20 m,由沉积层和残积层组成,沉积层主要由淤泥、黏土、粗砂组成,其中砂层较厚,厚度为11.0 m～15.0 m,基岩为泥质砂岩,中～微风化岩的顶面埋深22.0 m～30.0 m,地下水位埋深0 m～1.5 m。

2 桩基托换设计方案

2.1 建筑物桩基托换要点

朝桂区间桩基托换的要点在于假定最不利情况下盾构施工造成地面沉降30 mm,影响边线为隧道衬砌边以45°斜线至地面方向,在该影响范围内,被托换楼房不应倾斜、开裂。

2.2 建筑物桩基托换设计方案论证

大豆村仓库5层框架结构,桩长15 m,侵入隧道1.5 m左右,相对比例有限,保留的桩身还很多,原有招标设计为筏板托换,尽量利用原有桩基共同受力。其他三栋侵入隧道超过3 m,招标设计阶段采用桩梁托换。

施工图阶段,考虑大豆村仓库建筑物地处淤泥和砂层等地层上,筏板托换能使结构加强,但是隧道通过区域不是独立的建筑物基础,筏板托换与同一栋未曾托换加强的基础还是产生不均匀沉降,这种不利影响难以控制。因此,从整体受力安全角度出发,四栋建筑物均采用桩梁托换。

桩基托换常采用侧向托换梁支承承台形式,若承台布置比较规则,托换体系空间满足要求,就可以采用此种类型托换。若建筑物托换梁位与既有承台冲突,管线分布又影响梁顶位置,推荐采用承台正下方托换梁支承方式。151-1号托换类型属于前者,其他三栋为后者。

2.3 托换梁体系论证

本处桩基托换高度范围内多为淤泥和粉细砂层,基坑要着重处理好挡土和防水要求,考虑周边建筑邻近,尽量利用钢板桩支挡,砂层地带钢板桩施工长度有限,因此基坑开挖深度也有一定限制,基于以上原因,此处托换采用开挖深度相对较浅的被动托换方式。对于承台正下方托换梁支承方式,托换梁底深度已达4 m左右,为维持原有基础稳定,避免工程风险,基坑尽量采用分块开挖,因此托换大梁设计多为独立式结构,个别地方因为空间限制设置为联系式结构。

2.4 托换桩方式论证

目前比较成熟的托换桩型有:室内静压桩;微型钻孔桩、微型钢管嵌岩桩、人工挖孔灌注桩;室内钻孔灌注桩。经分析对比,对于托换结构体系的桩基采用室内钻孔灌注桩比较合理。

3 桩基托换体系计算

对于框架结构楼房的托换结构体系经结构分析,应用PKPM整体模型进行计算,得到相关柱节点的内力,进而与转换层协同工作进行空间分析,得出转换层挠度f1,并得到托换体系内力,相关计算图示如图1,图2所示。

根据各栋建筑物托换荷载的大小,基岩的埋深、物理力学性能及桩的平面布置要求,托换结构体分别采用了ϕ800钻孔桩、ϕ1 000钻孔桩。两种桩的持力层为中～微风化泥质砂层,均按嵌岩桩设计与计算,公式参见JGJ 94-94建筑桩基技术规范式(5.5.2-1),设计单桩竖向承载力分别是2 800 kN,3 800 kN。考虑到桩的沉降量控制非常严格,桩的设计上还要求桩底预埋两根注浆管,在严格控制孔底沉渣不得多于80 mm的基础上,待桩身终凝后,对桩底可能存在的少量沉渣作补救性压力注浆。

依据托换楼房变形控制要求及托换结构的承载力要求,托换结构体系实现托换后,托换桩基沉降量须控制在3.0 mm以内,转换层须小于5.0 mm,楼房柱位最大沉降量控制在8.0 mm以内。以上计算分析得出结果满足要求。

4 桩基托换施工

4.1 主要施工步骤

1)施工前准备:首先需进行现场放线,定位,探槽工作,以确定托换梁、托换桩与既有承台、既有桩基平面、空间关系,检查托换梁尺寸是否合适,检算桩顶标高;探明施工场地范围内的管线(化粪池)等分布情况,进行管线(化粪池)改移;拆除地面一层范围内非承载结构。2)托换桩施工:先处理影响钻孔施工范围内的管线,在钻孔桩施工到黏土层前,需要设置钢套筒。3)施工基槽开挖、支护:施工基槽,尽量保证不要破除原有建筑地梁,视地层情况在河堤方位顶部和其他三个方向采用放坡开挖。在河堤放坡的下方采用12 m拉森-Ⅳ型钢板桩悬臂支护(其他地段9 m),钢板桩基槽内侧采用7.5 m长ϕ600@450单管旋喷加固地层,并结合承台外围的基槽底部区域分块铺垫300 mm厚碎石支撑钢板桩。4)托换梁板施工:托换梁的基坑完成后底层铺100 mm粗砂垫层并在上盖100 mm素混凝土垫层,完成钢筋、混凝土施工。5)节点施工:进行托换梁节点处钢筋绑扎,此时纵梁弹性变形基本稳定,按设计要求进行节点混凝土整体浇筑,重点进行混凝土养护。6)覆土:托换桩梁施工完成后,应对施工基槽采用素土分层回填,每层0.3 m人工夯实,密实度应不低于90%。按照未施工前原状恢复地面及建筑物1层～2层梯道原状。

4.2 施工监测

桩基托换是风险性、技术性很高的工作,同时也是依赖信息化程度很高的工作。施工监测是工程成败的重要一环。监测内容包括:建筑物的沉降、倾斜及裂缝观测;地面沉降及裂缝观测;地下水位观测。所有水准点均应与不受施工影响较远的基准点相联系,并绘制沉降与时间关系曲线。裂缝观测应在裂缝位置予以标明,并进行编号,记录大小及发展。以下对建筑结构柱沉降监测结果进行分析,见图3。

鉴于沉降监测数据普遍较小,本文选取该栋建筑物数据相对较大的5个位置数值,结果表明结构计算结果可行;对施工过程进一步分析,发现基坑开挖对建筑影响较小,盾构掘进过程对建筑影响较大。

5 结语

1)在地铁施工中盾构穿越桩基类高层建筑物基础,对高层建筑物桩基先期进行托换处理实现力系转换是可行的。施工监测已有建筑柱最大沉降4.1 mm,满足楼房变形控制要求。2)考虑盾构掘进过程影响因素,本段砂层地带建议采用泥水盾构,可有效保证压力平衡,确保建筑安全。3)施工中发现原有建筑物部分桩位、桩数与已调查到的竣工资料不符,本工程经历多次变更,所以设计力求服务现场实际,动态设计。4)本段四栋建筑物托换工程经济效果明显,与拆除重建相比,直接节省2 000多万元,考虑到南海计生委办公楼的社会服务功能,社会效益巨大。

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7.隧道盾构法施工中的测量技术 篇七

关键词：盾构测量；联系测量；控制测量；ROBOTEC自动测量系统

中图分类号： U455 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）28-75-2

0 引言

盾构施工中，测量方面的主要工作是在人工测量基础上进行自动化测量，保证盾构机沿设计轴线前进，偏差值满足设计要求。本文以北京地铁14号线15标东风北桥站至将台站区间10.22m大盾构施工为例， 对盾构施工测量技术作简要阐述。

北京地铁14号线15标东风北桥站至将台站盾构区间为单洞双线圆形区间隧道，区间线路从东风北桥站向北下穿东四环后到达将台站。盾构掘进测量以日本演算工房 ROBOTEC隧道自动导向系统为主， 辅以人工测量校核。

1 地上控制测量

首先对业主给定的平面控制点及高程控制点进行复核，坐标点采用附合导线形式，水准测量采用往返闭合水准线路，并对测量结果进行平差处理，作为平面控制点及高程控制点的施工控制网的依据。根据始发竖井的现场实际情况，分别在盾构井的东西侧加设了3个地面导线点以及3个水准点。为了避免对中误差对精度带来的影响，导线点全部采用了强制对中盘模式。

2 联系测量

联系测量精度对整个标段能否正确贯通起着决定性的作用。联系测量的主要目的是将地上的平面及高程系统传递到地下导线点和水准点上，形成统一的空间坐标系统。根据以往经验，本工程定向测量采用了全站仪一井定向法，高程传递测量采用钢尺导入法。本工程在整个施工过程中， 联系测量坐标传递3次。

2.1 导线传递

根据施工现场条件，本工程采用了一井定向方法，地面、地下近井导线测量观测技术要求等同精密导线。分别在隧道工作井两端各投挂一根钢丝，在每根钢丝上下两端适当位置上粘贴反射亮片，钢丝底部挂工作重锤并置入油桶内。先在地上测出两个亮片点的坐标，然后在工作井中再分别测设两条钢丝，反算出井下两个导线点的坐标，作为盾构始发及掘进的平面控制依据。

一井定向是在同一竖井内悬挂两根钢丝组成联系三角形，联系三角形测量采用拓普康全站仪测量，每次独立测量三测回，各测回较差不超过1mm。地上与地下测量的钢丝间距较差小于2mm。每次定向应独立进行三次，取三次平均值作为定向成果。联系三角形钢丝布置形状应满足下列要求：

①钢丝间的距离a应尽可能长；

②定向角？琢、′？琢尽可能小，一般应小于1°，呈直伸三角形；

③b/a及b′/a′的比值应尽可能小，一般应小于1.5。

2.2 水准传递

高程联系测量可用吊钢尺法。使用两台同精度水准仪分别置于竖井上下合适的位置，悬吊钢尺稳定后同时进行测量作业。导入标高每次独立进行3次，每次变化仪器高使高差大于100 mm，两次高差较差≤±2mm，取3次平均值为地下水准测量基点标高。

3 地下控制测量

隧道内控制测量分为平面及高程控制测量两部分。随着盾构机沿线路方向往纵深不断掘进，隧道内也需进行相应的平面及高程控制测量，以指导盾构机按设计线路方向正常掘进，以及对环片姿态、盾构机姿态进行检测，对导向系统控制点坐标进行调整。地下平面控制点及高程控制点均固定在隧道内稳定的管片上，管片上布设的点位采用钻孔埋设膨胀螺栓的方法，为保证测量精度，防止出现点位移动现象，每次延伸控制导线前，需对已有的导线控制点至少三个点进行联测检验。

①地下导线控制测量

在实际施工时，采用了双支导线，布设成附和导线方式。一是避免测量时的粗差，另一方面通过双支导线之间的相互校核，以提高地下控制导线的测量精度。隧道内平面控制测量是以平面联系测量基线边为基础的控制测量，盾构机每掘进150～200m后，加设一个平面测量控制点。相对中误差≤±1/35000，导线端点横向误差为：

②地下高程控制测量

将高程引至隧道内高程控制点上，随着盾构掘进水准路线也向前延伸。作为施工导线用的吊篮高程可由洞内控制水准点用水准测量方法引测。地下水准测量应在隧道贯通前独立进行3次， 并与地面向地下传递高程同步。

4 盾构掘进测量

4.1 盾构机姿态测量

盾构姿态测量是盾构法施工测量的核心，盾构姿态的正确与否，不但直接影响着管片的拼装质量而且是盾构是否沿设计轴线掘进的前提。盾构机姿态测量包括测量盾构机的水平偏角、垂直偏角、俯仰角、扭转角。盾构机的偏角、俯仰角是用来判断盾构机在掘进过程中是否在隧道设计中线上前进，扭转度是用来判断盾构机是否在容许范围内发生扭转。测定盾构机姿态的目的是确定目标棱镜与盾构机的盾首、盾尾之间的位置关系，为盾构机掘进提供基础数据。

4.2 Robotec自动测量系统

此系统是为了对隧道挖掘施工进行调整管理而开发的。其测量原理为：地面将测量指令传给地下装置部分，再传给自动化测量装置进行自动测量并计算，然后将反映盾构姿态的轴线数据与理论数值进行比较，自动计算出盾构水平及竖向偏差，并显示在计算机上。

Robotec导向系统测量包括：隧道设计中线坐标计算，测站托架和后视托架的三维坐标的测量，初始参数设置等工作。

①隧道设计中线坐标计算

将隧道的设计轴线要素和高程要素计算后，输入计算机中，Robotec测量系统将会自动计算出隧道中线的三维坐标。

②Robotec测量测站托架和后视托架的测量

测站托架上安放全站仪，后视托架上安放后视棱镜。通过人工测量将测站托架和后视托架的中心位置的三维坐标测量出来后，作为控制盾构机姿态的起始测量数据。

③测量系统初始参数设置：将自动全站仪以及后视棱镜的三维坐标输入控制计算机文件里，照准激光标靶并测量其坐标和方位以确定激光标靶三维坐标，以及盾构机的俯仰角和滚动角，盾构机的位置就以数据和模拟图形的形式显示在控制室的电脑屏幕上。

此外，在盾构施工过程中，为了保证导向系统的正确性和可靠性，避免出现电脑理论计算与轴线实际计算出现脱节的情况，在盾构机掘进一定的长度或时间之后，应通过洞内的独立导线进行盾构姿态的人工检测。为保证测量数据传达的及时性，在测量过程中使用跟踪测量的方法，及时测量出盾构机的三维坐标，与设计平面及竖向关系进行比较，确定改正值来指导盾构推进。

5 结论及建议

由于隧道工程建于地下，具有区间距离长，隧道内通视条件差等特点，而且往往受工程工期和施工环境的限制，这就要求测量工作一直保持在最高测量精度的状态。在施工中必须高度重视测量工作，不允许出现测量误差超出限差的情况。必须加强施工测量检核，经常复核洞内的导线点、水准点，随时掌握控制点的变形情况，随时发现点位变化，随时进行测量修正。严格遵守各项测量工作制度和工作程序，确保测量结果的准确性。

参 考 文 献

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[8] 杨小明，颜树强.土木工程测量[M].中国建材工业出版社，2006.

8.盾构隧道施工课程设计 篇八

随着近几年地下工程建设的不断发展,盾构施工技术已越来越成熟,特别是在城市轨道交通建设中更显示出其优越性.但是,对于盾构施工过程中穿越障碍物或近距离通过既有建(构)筑物的施工还缺少相应的.工程实例,经验相对也较少.近年来,我国城市轨道交通建设发展迅速,但是面临着越来越复杂的周边环境和施工条件,因此研究和制定相应的施工技术和应对措施十分必要.文章针对盾构施工穿越城市内河、下穿既有隧道以及湖底施工、下穿古城墙等工程实例进行分析研究,提出了针对类似情况的应对技术措施.

作 者：胡新朋 孙谋 王俊兰 Hu Xinpeng Sun Mou Wang Junlan  作者单位：胡新朋,王俊兰,Hu Xinpeng,Wang Junlan(中铁隧道股份有限公司,洛阳,471009)

孙谋,Sun Mou(中铁隧道股份有限公司,洛阳,471009;北京交通大学,北京,100023)

刊 名：现代隧道技术  ISTIC PKU英文刊名：MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY 年，卷(期)： 43(6) 分类号：U4 关键词：地铁隧道   城市隧道   盾构施工   风险分析   工程实例  

9.复杂地层盾构施工技术研究 篇九

在分析工程重难点的基础上,对包括盾构机选型和刀具配置等盾构机主要技术参数进行较深入的探讨.同时,对掘进模式的优选、掘进参数、盾构机姿态的.控制和同步注浆参数的设定等方面的技术措施进行了研究,总结出了一套较为成熟的施工技术方法.

作 者：宁锐 刘文斌 作者单位：宁锐(中铁南方投资发展有限公司,广东深圳,518055)

刘文斌(中国中铁一局集团有限公司,陕西西安,710054)

10.盾构隧道施工课程设计 篇十

关键词：过江隧道；泥水盾构；地面沉降；分析及预测；施工控制

中图分类号：TU433 文献标志码：A 文章编号：16744764（2012）05002508

近年来，泥水盾构越来越广泛地应用于城市水底隧道施工，如上海上中路隧道、上海长江隧道、武汉长江隧道、南京长江隧道、杭州庆春路过江隧道、杭州运河隧道、海宁钱江隧道等[12]。对于盾构施工引起的地面沉降，许多学者进行了研究，研究方法主要为经验公式法、解析法和数值模拟法[36]，然而这些研究大都针对土压平衡盾构，而对于泥水盾构的研究相对较少。泥水盾构与土压平衡盾构相比，泥水压力传递快速而均匀，开挖面平衡土压力的控制精度更高，地面沉降量的控制精度更高[7]。而泥水盾构用于水底隧道施工，穿越堤防和水底浅覆土区域，对地面沉降的控制要求更为严格。在上海若干水底隧道工程施工中，曾发生了大堤防汛墙底板渗水、防汛闸门变形、防汛墙倒塌等威胁提防安全的事故[8]。因此，深入研究泥水盾构施工引起的地面沉降，具有十分重要的意义。〖=D（〗 林存刚，等：泥水盾构隧道施工引起的地面沉降分析及预测〖=〗

结合杭州庆春路过江隧道泥水盾构施工地面沉降实测数据，分析了泥水盾构施工引起的地面沉降的特征及规律，总结了影响地面沉降的因素，并给出了地面沉降的预测公式。1 工程概况及地质条件

1.1 工程概况

杭州庆春路过江隧道南北方向垂直穿越钱塘江，盾构段总长3 532.442 m，其中东线长1 765.478 m，西线长1 766.924 m。管片外径11.3 m，内径10.3 m，厚50 cm，环宽2 m。管片采用通用契型环，采用6标准块+2邻接块+1封顶块的分块形式，错缝拼装，纵环向采用高强螺栓连接。

盾构隧道采用两台泥水平衡盾构机从江南盾构工作井开始掘进，始发段纵向坡度为-4.25%。盾构主机长11.4 m，后配3节拖车，上载砂浆泵、电器液压设备、主控室等，长约20 m。盾构主机总重1 100 t，外径11.65 m。

1.2 工程及水文地质条件

盾构施工主要穿越③层粉砂夹粉土、④层淤泥质粉质粘土、⑤层粉质粘土、⑥层粉质粘土、⑦层粉细砂和⑧层圆砾。各土层物理力学指标见表1。隧道穿越土层剖面见图1。

孔隙潜水赋存于场区浅部人工填土及其下部粉、砂性土层内，水位高，渗透性好。⑦层砂土、⑧层圆砾为承压水层，承压水位高，透水性强。

2 地面沉降监测布置

地面沉降监测从江南工作井至钱塘江南岸大堤一共布置19个断面，编号D1～D18、XB。其中西线隧道监测断面标记为WD，东线为ED，XB仅布置于西线。监测断面布置情况如图2所示。其中D1～D6因处于加固区，数据失真，数据未采用；D7～D12、D17、D18、XB所处地面隧道施工前为农田；D13～D16位于錢塘江南岸大堤之上。笔者仅对西线盾构施工引起的地面沉降进行分析，即WD7～WD12、WD17、WD18、XB断面。

式中：S（x）为地层损失引起的地面沉降； x为距隧道轴线的距离；Smax为隧道轴线处地层损失引起的地面沉降；i为地表沉降槽宽度系数；Vs为隧道单位长度地层损失；η为地层损失率，为地表沉降槽的面积与隧道开挖面积之比；R为隧道开挖半径。

使用Peck公式预测横向地面沉降时，最为关键的是确定地层损失率V1以及沉降槽宽度系数i的取值。其中地层损失率V1取值受土质、隧道工法及施工参数控制等影响，具有很大的离散性和地区及施工经验性[1011]。对于沉降槽宽度系数i的取值，国内外许多学者进行了实测及试验研究[1215]，其中应用最为广泛的是O’Reilly&New（1982）[15]根据伦敦地区经验提出的：

式中K为沉降槽宽度参数，定义为横断面地面沉降曲线拐点至隧道轴线水平距离与隧道轴线埋深之比；z0为隧道轴线埋深。

对WD7～WD12、XB、WD17、WD18，9个监测断面横向地面沉降进行分析。

分析表明：西线隧道各监测断面横向地面沉降特征及规律基本一致，均可用Peck公式较好地拟合。

图3、4、5分别为WD8、WD12、WD17断面横向地面沉降，图中地面隆起记为正值。图中沉降曲线标记，如图3中第1条沉降曲线标记“0 d，11.329 m”表示盾构盾尾离开WD8断面0 d，盾构切口离开WD8断面11.329 m。

图3～5可见：

1）盾构切口到达监测断面之前，地面随切口泥水压力的设定，时有隆起，时有沉降。

2）在盾构盾尾离开监测断面之前，地面沉降较小，且沉降曲线较无规则。

3）盾尾离开监测断面时，沉降量和沉降速度陡增，此后横向地面沉降曲线开始呈现隧道轴线位置沉降最大，向两侧递减的规律。

4）盾尾脱离监测断面初期，由于同步注浆作用，隧道轴线两侧或一侧约10 m之外地面出现隆起。

Peck公式假定隧道施工引起的地面沉降是在不排水情况下发生的，沉降槽的体积等于地层损失的体积[9]。分析发现，西线隧道地面沉降，在盾构脱离监测断面0～5 d或6 d之内，沉降速度和沉降量最大，而之后沉降速度出现转折，开始明显变慢。一般认为，在盾尾脱离监测断面之后，由于建筑空隙的产生，会引起比较大的地层损失沉降；之后的沉降主要由扰动土体固结引起；地层损失沉降的速度大于固结沉降速度。故认为盾尾脱离5 d或6 d之前的地面沉降主要由地层损失引起，选取该天的地面沉降值用Peck公式加以拟合。

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图6～8分别为WD8、WD12、WD17，盾尾脱离监测断面5d或6d时，横断面地面沉降用Peck公示拟合的情况。t为盾尾离开监测断面的时间。各断面地面沉降Peck公示拟合结果统计于表2。

图6～8可见，所选取的3个断面，WD17断面地面沉降Peck公示拟合最好，其次为WD8，最差为WD12。结合图3～5，WD12在切口到达前以及盾尾离开初期地面产生较大隆起；WD8在盾尾脱离时轴线一侧约10 m外产生较小隆起；而WD17断面只在盾构通过期间，地面出现微量隆起。

盾构切口靠近监测断面时，泥水压力设定大于开挖面初始水土压力时，在附加应力作用下，开挖面上前方土体上抬，进而引起地面隆起；盾尾脱离监测断面初期，同步注浆压力较大时，同样会引起地面上抬。各监测断面地面沉降Peck公式拟合时发现，当切口压力及同步注浆压力作用下地面出现较大隆起时，拟合情况较之于地面隆起小或者无隆起的断面要差。地层损失沉降比较有规则，一般呈现正态分布曲线形式；而由于切口泥水压力及同步注浆压力引起的地面隆起较无规则，会使总沉降曲线偏离高斯曲线分布。

图7可见，适当提高切口泥水压力及同步注浆压力使地面出现微量隆起，可以抵消部分地层损失，降低地面总沉降量，并减少地面沉降范围。但切口泥水和同步注浆压力也不能设置过大，以避免较大的地面隆起危及地表及地下建（构）筑物的正常使用和安全。

表2可见，西线隧道各个监测断面地面沉降槽宽度参数K取值比较集中，在0.25～0.32之间；而地层损失率V1的取值受施工参数控制影响离散性较大，取值在0.04%～0.33%之间。

3.2 西线隧道纵向地面沉降

对于隧道施工引起轴线上方地面沉降随时间变化的预测，很多学者进行了研究[1619]。Fang等[16]通过对Taipei MRT CH18 B1隧道沉降观测分析，提出采用双曲线模型估算隧道轴线上方地面沉降随时间的变化：

式中，S（t）为t时刻隧道轴线上方地面最大沉降量；t为盾尾离开监测断面的时间（以盾尾离开监测断面前1天算起）；a、b为双曲线常数。

魏纲等[16]通过对11个隧道工程实例分析发现，上述双曲线模型用于预测隧道工后沉降时，精度较高。刘松樵[19]采用双曲线模型对上海地铁一号线及延安东路隧道盾构盾尾离开后地面沉降曲线进行拟合，效果较好。

然而双曲线模型仅用于隧道施工引起的地面固结沉降的预测，忽略了盾构切口靠近时以及盾构通过期间产生的地层损失沉降。

笔者在Fang提出的传统双曲线模型的基础上，添加参数c，以考虑盾构切口靠近时以及盾构通过期间产生的地面位移，用修正后的双曲线模型拟合该工程隧道轴线上方地面沉降随时间变化曲线。修正后的双曲线模型为：

式中：S（t）为t时刻隧道轴线上方地面最大沉降量，沉降记为负值，mm；t为盾尾离开监测断面的时间，d；t=0时，盾尾到达监测断面；a为双曲线常数，表征盾尾脱离初期（t≤10 d）地面沉降速度，a越大，盾尾脱离初期沉降速度越小；b为双曲线常数，决定地面最终沉降量大小，b越小，最终沉降量越大；c为双曲线常数，盾构切口到达前以及盾构通过期间产生的地面位移。

图9～10分别为WD7、WD10实测轴线地面沉降随时间变化曲线用修正双曲线模型拟合的情况。

各监测断面拟合公式，a取值范围0.15～0.5 mm-1·d， b取值0.014～0.035 mm-1，c取值-14～3.3 mm。

3.3 西线隧道盾构通过各个阶段地面沉降

盾构隧道施工引起的地面位移，根据盾构与监测断面的相对位置以及形成机理，可分为4个阶段：

1）切口到达前地面位移：当切口压力设置小于开挖面初始水土压力时，开挖面应力松弛，引起切口上前方地面沉降；当切口压力设置大于开挖面初始水土压力时，附加应力作用下会引起切口上前方地面隆起。合理的切口泥水压力设置是控制该阶段地面位移的关键。

2）盾构通过时地面位移：良好的盾构掘进姿态，以减少盾构机的俯仰、偏转以及横向偏移，减少超挖和减轻盾构与周围地层的摩擦、挤压，可降低该阶段地面沉降。

3）盾尾沉降：盾尾脱离监测断面时，由于建筑空隙的产生，会引起较大的地层损失沉降。同步注浆及时充分地填充建筑空隙，可有效地降低盾尾沉降。本文取盾尾离开监测断面0～5 d或6 d内的沉降为盾尾沉降。

4）固结沉降：主要为盾构施工擾动土体固结沉降，除受到土层影响之外，施工扰动的大小也是其重要的影响因素。本文取盾尾脱离5 d或6 d后的沉降为固结沉降。

以上4个阶段沉降值分别记为S1、S2、S3、S4，对应沉降速度记为V1、V2、V3、V4，地面总沉降量S=S1+S2+S3+S4，监测周期内总沉降速度记为V。各监测断面各阶段轴线地面沉降值及占总沉降的比例统计于表4。

表4可见：

1）S1取值范围-3.41～3.16 mm，V1取值范围-1.14～0.10 mm/d，占总沉降的比例-12.01%～10.35%。该阶段沉降主要受到切口泥水压力设定的影响，由于各断面切口泥水压力设定的不同而表现出较大波动。

2）S2取值范围-1.87～5.66 mm，V2取值范围-0.79～2.83 mm/d，占总沉降的比例-9.41%～1872%。

3）WD11断面同步注浆作用下地面出现较大隆起，WD12断面受到盾构长时间停机的影响，使得该两个断面地面沉降规律与其他断面差别较大。在分析S3及S4取值时该两个断面不予考虑。S3取值范围11.49～23.58 mm，V3取值范围2.18～5.90 mm/d，占总沉降的比例38.01%～64%，平均为5727%。该阶段沉降主要受到盾尾同步注浆影响。

4）S4取值范围9.86～14.58 mm，V4取值范围0.31～0.86 mm/d，占总沉降的比例36%～5067%，平均为41.08%。

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以上分析可见，对于该工程泥水盾构施工引起的地面沉降，盾尾脱离初期（0～5/6 d）盾尾沉降量和沉降速度最大，约为总沉降量的57.27%；盾构切口到达前以及盾构通过时的地面沉降，受切口压力设定以及盾构姿态控制波动较大，位移值控制在±5 mm之内；后期固结沉降占总沉降的比例较大，约为41.08%。由于各断面监测时间有限，固结沉降在监测结束时仍继续进行，因此，其所占比例还会加大。由此可见，该工程泥水盾构施工引起的地面沉降，大部分为盾尾沉降及扰动土体长期固结沉降，而盾构穿越之前的位移相对较小，甚至起到抵消后续沉降的作用。

1）西线隧道盾构施工引起的地面沉降可用Peck公式较好地拟合，各监测断面地面沉降槽宽度参数K取值比较集中，在0.25～0.32之间；而地层损失率V1的取值受施工参数控制影响离散性较大，取值在0.04%～0.33%之间。

2）泥水盾构在软土地层中施工，大部分地面沉降为盾构脱离0～5 d或6 d内的盾尾沉降以及扰动土体长期固结沉降，分别约占总沉降量的57.27%和41.08%；盾尾脱离监测断面0～5 d或6 d期间，地面沉降速度最大。

3）适当提高切口泥水压力以及同步注漿压力使地面出现微量隆起，可以抵消部分地层损失，降低地层损失率及地面沉降范围，有利于沉降控制。

4）地层损失沉降比较有规则，符合高斯曲线分布形式；而由于切口泥水压力及同步注浆作用引起的地面隆起较无规则，会使总沉降曲线偏离正态分布曲线。

5）引入新的参数c，以考虑盾构切口靠近时以及盾构通过期间产生的地面沉降的修正双曲线模型，可以较精确地拟合轴线地面沉降随盾尾离开时间的变化曲线，可用于泥水盾构软土地区施工引起的长期地面沉降的预测。

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