盾构施工地面沉降的控制技术
盾构施工地面沉降的控制技术
现在对环境控制的要求越来越高，对盾构穿过城市中心重要建筑时的影响要求极为严格
(如上海,广州的多座地铁隧道的建设.一般要求施工时地面沉降控制在+10mm~－30mm 之内) 。盾构施工不可避免地干扰原土层的平衡状态，虽从理论上可实现无沉降施工，但限于目
前工艺和施工手段、操作质量，几乎无法做到地面无沉降或隆起。目前，国内外许多学者从事这一方面的研究，内容包括盾构施工引起的地表沉降、地层沉降以及盾构施工对邻近建筑物(桩基及已建隧道等)的影响等。研究的方法主要有经验公式法、离心模型试验和有限元法等。
第一节盾构施工引起的沉降理论和基本规律
1、盾构施工引起的沉降理论
盾构施工必然扰动地层土体,引发地层损失、隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结,这是构成地面沉降的根本原因.在软土地层中用盾构法施工隧道,因地层损失和土体扰动,
必然引起地表变形.表现在盾构机掘进的前方和顶部会产生微量的隆起,盾构机部分通过地表
开始下沉, 盾尾脱离后地表下沉加快,并形成一定宽度的沉降槽地带,下沉的速率随时间而逐渐
衰减,且与盾构经过的地质,施工工况和地表荷载等有密切的关系,并表现出相当大的差异性。
土体的扰动或扰动土多是针对原状土而言，大体是指由于外界机械作用造成的土的应力
释放，体积、含水量或孔隙水压力的变化，特别是土体结构或组构的破坏和变化(如填土路基
等)[2]。
图5-1-1 盾构施工对土体的扰动
盾构前进过程中需要克服盾构外壳与周围土体的摩擦力F1、切口切入土层阻力F2、盾构机和配套车架设备产生的摩擦力F3、管片与盾尾间的摩擦力F4、开挖面的主动土压力F5，当
千斤顶推力T≥F1＋F2＋F3＋F4＋F5 时，盾构前方土体经历加载阶段，产生如图5-1-1 所示的
挤压扰动区①，开挖面受挤压作用引起土体压缩并使土体前移和隆起，盾构机工作正常时为此状况；当T＜F1＋F2＋F3＋F4＋F5 时，盾构机处于静止状态，该状态对应于千斤顶漏油失
控，土体严重超控，盾构机前方土体则要经历卸载阶段，产生土体向内临空面移动，地表出现下沉．为减少开挖面土体的扰动，应尽量保持密封舱内压力Pi 稍大于主动侧压力Ph 和水压
力Pw 之和,开挖面正前方区域内土体由于刀盘的挤压搅削作用，将受到强烈的扰动而发生破
坏，含水量降低，其力学参数将发生很大的变化。
盾构推进过程中盾壳与周围土体之间产生摩擦阻力，该力作用的结果则在盾壳周围土体
中产生剪切扰动区②，该区的特点是范围较其它区小。
在剪切扰动区②以外，由于盾尾建筑间隙的存在，土体向间隙内移动，引起土体松动、
塌落而导致地表下沉,盾构上方土体由于自重和地面超载(当有地面超载时)往下移动而形成卸
荷扰动区③，该区内土体力学参数先降低,而后随土体的固结将有所增加，而盾构下方土体可
能出现微量隆起，但由于衬砌、盾构机的重力压载作用，其移动大小可能表现不出来，该区则称为卸荷扰动区④，同样随着时间的延长，土体强度将有所回升。
盾构施工对土体的扰动主要表现为盾构对土体的挤压和松动、加载与卸载、孔隙水压上
升与下降等所引起的土性的变异、地表隆起与下沉等,是引起地表沉降的基本原因。
2、盾构施工引起地表沉降的基本规律
2.1.国内外学者从多个角度对地表沉降进行了大量的分析和研究
1969 年P.B.Peck 第一次提出地层损失的概念，并建议用Gauss 分布函数，即Peck 公式来
描述盾构法施工引起的地表沉降。
在离心模型试验方面，日本作了大量卓有成效的工作。TOSHI NOMOTO[4]等人用离心模
型试验对砂性土中盾构施工过程中土压力、纵横向地表沉降等进行了研究，发现衬砌周围的土压力与盾尾建筑空隙有关，间隙越大土压力越大，横向沉降槽可用Peck 公式，纵向沉降槽
则可用与盾层建筑空隙有关的多项式描述。J.Kuwano 等人利用离心模型研究了土钉加强粘土
中的隧道施工引起的土体变形。
利用有限元方法研究盾构施工引起的土体变形方面，取得了显著成果，O.Y.EzzeIdine 在开罗地铁隧道建设前，开发了三维数值模型，能够考虑盾构施工过程，隧道周围的土体采用非线性本构模型，得出了地表最大位移和沉降槽的分布规律， G. Swoboda 等人开发了三维有
限元程序，研究了盾构施工引起的周围土体超孔隙水压力的分布规律及随时间的消散过程，并且发现泥水压力与注浆压力对超孔隙水压力影响很大，这对优化盾构施工参数提供了依据。
国内许多学者曾致力于这一方面的研究，做了大量卓有成效的工作使其不断完善和发展。同济大学在大量工程现场监测数据的基础上，考虑到土体扰动后固结沉降的变化规律，对计算横向沉降的Peck 公式进行了修正；刘建航院士提出了负地层损失的概念，并将地层损失分
成开挖面和盾尾后的地层损失两部分，对计算纵向沉降的Peck 公式提出了自己的修正. 还有
一些学者从施工扰动的角度研究盾构施工对周围环境的影响。徐永福将盾构施工对土体的影响区分为应力扰动和应变扰动，并给出了施工影响度的定义以及盾构施工对土体的影响范围，
结合上海观光隧道对其进行了研究，张孟喜用P—q—e 平面上的施工扰动度对盾构施工引起
的土体特性的变异进行了研究。
2.2.沉降的基本规律
国内外许多学者通过建立不同的分析模型,并结合大量的工程实测资料,从多个角度对地
表沉降进行了分析和研究；根据盾构施工引起纵向地表沉降时间先后,按地表沉降变形曲线的
形态,将纵向地表沉降划分为五个阶段(也有的按四个阶段划分)：即盾构到达前地表沉降、盾构
到达时的地表沉降、盾构通过时的地表沉降、盾尾建筑空隙引起的沉降及后期地表固结沉降。
⑴盾构到达前地表沉降：盾构开挖面尚未到达测点以前的沉降或隆起，主要是由密封仓压力波动引起,当密封仓压力偏低时造成盾构开挖面应力释放,引起地面沉降；反之,开挖面土体
挤压, 引起地面隆起。
⑵盾构到达时的地表沉降：开挖面到达测点,周围土体因开挖卸荷(应力释放)导致弹性或塑性变形发生, 引起地面沉降；如开挖面设定压力过大时,产生隆起。
⑶盾构通过时的地表沉降：开挖面到达测点至盾尾离开测点期间发生的沉降或隆起.主要是由于盾壳向前移动过程中盾壳对地层的摩擦和剪切作用所引起，盾壳外壳表面在施工过程中被粘附上一层黏土或浆液,是盾壳体外周尺寸实际增大,从而增大了盾构建筑空隙,亦增加了
地表变形。
⑷盾尾建筑空隙引起的沉降：盾尾离开测点后发生的沉降。由于盾构机外径大于管片外径, 盾尾离开测点后,在地层中遗留下来的建筑空隙就需要填充,以控制地表变形.但往往因盾
尾壁后注浆不及时或注浆量,注浆压力,注浆部位,浆液配比和材料方面不适当,使建筑空隙未能
及时填充形成支撑,盾尾脱出后,无支撑能力的软土不能自立,自行填充建筑空隙,造成地层应力
释放。另外,盾构在平面或高程纠偏过程中所引起的单侧土体附加应力在盾尾脱出后亦发生应
力释放,最后反映到地表沉降变形上来。
⑸后期地表固结沉降：盾尾脱出约一周后的地表沉降。主要由底土蠕变而产生的塑性变形，包括超孔隙水压消散引起的主固结沉降和土体骨架蠕变引起的次固结沉降。
国内外不同文献对地表沉降各个阶段的称谓不同,图表对比如下:
图5-1-2 盾构推进中沿隧道纵向的地面沉降组成
盾构施工引起地表沉降发展阶段对比表表5-1-1
项目
阶段
产生沉降原因百分比(%)
应力
扰动
变形
机理
发生时
空段
不同
称谓
1 先期沉降
开控面前方滑裂面以远土体因
地下水位下降而导致土体固结
沉降。正前方土体受压致密，
孔压消散，土体压缩模量增大。
0.0～4.5
超孔压产生，
有效应力降低
土体压缩产
生弹塑性变
形
盾构刀盘到达
切口前3 ～
12m
初期沉降盾构到达前
沉降
开挖面前方土体隆起
2
盾构到达达时
沉降
周围土体因开挖卸荷[应力释放)导致弹性或塑性变形发生。开挖面设定压力过大时产生隆起
0.0～44.0
孔隙水压力消
散，有效应力
增大
孔隙比随
小，土体固
结
刀口前3m～
切口后1m
挖面沉降，切口前向方
沉降或隆起，初始沉降
3
盾构通过对沉
降
推进时盾壳和土层间的摩擦剪切力导致土体向盾尾空隙后移、仰头或叩头时纠偏。此时周边土体超孔隙水压力达到最大，推进速度和管背注浆对其也有影响
0.0～38.0
(15～20)
土体应力释放弹塑性变形
盾尾通过切口
后1m～盾尾
脱出
尾部沉降
4 盾后空隙沉降
后部空隙增加且沉陷、底土扰
动
20.0～100
(20～30)
土体应力释放弹塑性变形
盾尾通过后
〔盾尾脱出至
继续推进4m)
建筑空隙引起的沉降
／／尾部空隙沉降／
／通过后瞬时沉降
5 长期延续沉降
底土蠕变而产生的塑性变形，
包括超孔隙水压消散引起的主
固结沉降和土体骨架蠕变引起
蛇次固结沉降
4.0～32.0
(5～30)
( ＞50 )
土体应力松弛蠕变压缩
盾尾通过后约
100 小时产生
的沉降
滞后沉降，土体次固结
沉降，地表后期固结变
形
注：a. 表中第四栏的百分比表示该阶段沉降占总沉降的比值,这一数字仅为参考数据,与实际有一定出入,有时相差很大；
b. 关于长期延续沉降历占最终沉降量的百分比在参阅文献中变化较大，表中列出了部分情况。
第二节盾构施工引起的沉降原因分析
无论是在施工阶段还是在基本营运阶段，隧道都会有发生沉降，而且由于地质条件和施
工条件沿隧道线路的变化，隧道沉降又往往是不均匀的，其对地铁或交通隧道的长期正常工作的影响是不利的。从理论上讲,盾构施工引起的隧道周围地表沉降是指主固结沉降,次固结沉
降和施工沉降(也称瞬时沉降)三者之和。主固结沉降为超孔隙水压力消散引起的土层压密，次
固结沉降是由于土层骨架蠕动引起的剪切变形沉降，施工沉降(也称瞬时沉降)主要指盾后空
隙沉降。
影响盾构隧道地表沉降因素很多,盾构施工时影响地表沉降的因素涉及土层基本条件(分
布形式、地下水位分布、土的工程特性等)、设计基本要素(轴线线型、埋藏深度等)、盾构型
式(土压/水压/气压式)及规格尺寸、盾构施工的操作控制质量等诸多因素。具体来说，主要有
地层性质、覆土厚度、开挖模式、压力仓(渣土仓,泥水仓等)压力、出土量及盾构推进速度、掘
进中的地层损失、盾尾注桨开始时间、注浆量和注浆压力、隧道衬砌在土压力作用下产生变形及沉降引起少量的地层损失，受扰土体的固结等，地表沉降是这些因素综合影响的结果 ,分
别阐述如下:
1.地层性质
在岩土甚至一些软岩非挤压地层的隧道中，沿隧道纵向发生的不均匀变形很小，对隧道
还未发现能构成大的危害；但在含水松软地层(粘土,软粘土)中,特别是在饱和含水、灵敏度较
高的软土地区，施工阶段对土的扰动及使用阶段沿线新建工程的影响，使得隧道的不均匀沉降不容忽视；并且,地层分布越不均匀对隧道的纵向沉降不均匀性的影响越大。
盾构施工过程中,不可避免的会扰动地下原状土,改变地下水位的分布,地下水位的改变,引起土的固结沉降。这在饱和含水、灵敏度较高的软土地区施工中应密切注意。
2.覆土厚度
在含水松软地层(粘土,软粘土)中,特别是在饱和含水、灵敏度较高的软土地区，覆土过浅地层变形较小,且对盾构掘进的安全不利；覆土厚度较大时,掘进时地面沉降较小,但是随着时
间的地层蠕变较大,地层的沉降不可忽视。
3. 开挖模式
在开挖面能自稳，且地下水小于lBar 时，采用敞开模式开挖，当开挖面基本能自稳，或地下水压力在0.1MPa~0.15MPa 时，采用气压模式开挖；当开挖面不能自稳，或地下水压力大
于0.15MPa，采用土压平衡后泥水平衡模式；盾构在开挖过程中如果开挖模式不合适、或掘进
参数设置不合理，造成开挖面土体松动和坍塌，特别是地下水位变化，会引起地层原始应力状态的调整和土体极限平衡状态的破坏，从而引起地表下沉。
4.密封压力仓(渣土仓,泥水仓等)压力
盾构开挖面主动土压力F1、水压力F2 和密封压力仓压力F 应始终满足F≥F1＋F2，土体在开挖过程中才自立,保持稳定；在开挖过程中如果由于没能建立土压平衡，造成地下水大量
流失，引起地表水位下降，地层中有效应力增加、使地层产生很大的固结沉降；地下水流动，使土体细颗粒产生运动，填充土体间隙，产生压密沉降。
5.盾构推进速度及出土量
推进速度参量的选取应掌握使土体尽量的切削而不是挤压。推进速度过快,过量的挤压，势必产生前仓内外压差，增加对地层的扰动。推进速度过慢，目标土压力设定较低则会引起
开挖面超挖(坍塌)。正常推进，速度可控制在2~3cm/min 之间；盾构纠偏时，应取较小速度。
同样，不同的地质条件，推进速度亦应不同。
排土不畅，目标土压力设定值过大会引起开挖面欠挖(隆起)；排土量过多，推进速度过慢，目标土压力设定较低则会引起开挖面超挖(坍塌)。
6.掘进中的地层损失
开挖隧道过程中，实际开挖的土层体积总是不等于竣工隧道的体积。这两个体积之差称
为地层损失。地层损失不仅包括建筑空隙的体积，也包括超欠挖或其它土层流失。
可由以下因素形成：
⑴开挖面处的超挖和欠挖
盾构掘进时,开挖面土体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,引起地层超挖损失,上方地面沉降；当开挖面土体水平支护应力大于原始侧向应力,则开挖面土体
向前移动,引起地层欠挖负损失,上方地面隆起。
⑵切口边缘后地层损失
一般盾构切口环较本体略大些，但是由于砂卵石对盾构刀具和切口的磨损，会减少甚至
改变这一几何关系，从而影响盾构的顺利推进。这样该因素引发的地层损失将极小。
⑶沿盾尾的地层损失
主要由盾构体对土体的剪切拖动形成，地层损失率一般达0.1%。
⑷盾尾后地层损失
盾构脱出形成的盾尾空隙所引发的这部分地层损失是盾构产生的地面沉降的主要组成部分，主要和背后注浆方式、及时性、注浆量及浆液性能有关。
⑸改变推进方向和曲线推进引发的地层损失
盾构推进始终受到千斤顶推力和来自盾构本体以外的各种阻力的作用，因而在推进过程
中盾构经常处于姿态调整和控制状态。在施工过程中，必须强化盾构姿态的测量反馈、合理编组千斤顶，控制推力，使得盾构在推进方向仅有微小改变的状态下，沿着设计轴线前进，从而使得盾构外侧土体受扰动的程度趋向均匀。
⑹隧道衬砌在土压力作用下产生变形及沉降引起少量的地层损失
根据实测资料，其沉降量很小,一般不会对地面变形产生大的引响。
⑺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有无法及时填充,引起地层损失。
⑻衬砌渗漏引起的地层损失
隧道衬砌沉降较大时,饱和松软地层的衬砌渗漏引起的地层损失是不可忽视的。
7. 盾尾注桨开始时间、注浆量和注浆压力
为便于管片在盾壳内拼装以及盾构推进时需要不断纠偏使之在设计轴线上推进，通常在
盾壳内面与衬砌外径之间要留一定的空隙,这称之为建筑空隙。一般而言盾构外径要比隧道衬
砌外径大2％左右。
盾尾建筑空隙如不充填材料必然会被周围土体所占。假设地层不产生压缩或松胀，那么
建筑空隙的体积就应等于地面沉降槽的体积。因此，建筑空隙必须及时灌浆充填。压浆材料的性能、充填工艺等均会影响地表沉降值及沉降速率。
⑴注浆压力：在理论上只须使浆液压入口的压力大于该处水土压力之和，即能使建筑空
隙得以100%充盈。但压浆压力不能太大，否则会使周围土层产生劈裂，管片外的土层将会被
浆液扰动而造成较大的后期沉降及隧道本身的沉降。
⑵注浆时间：注浆时间滞后，起不到管片脱开盾尾后控制上部土体突沉的日的，只是控
制了上部土体沉降的速度，因此，浆液压入时间应与管片脱开盾尾同步为宜;必要时,可进行壁
后二次注浆。
⑶注浆量的确定：理论上讲，浆液只须100%充填建筑总空隙即可，但尚须考虑下述因素
的影响：
① 浆体的失水收缩固结，有效注入量小于实际注入量；
② 部分浆液会劈裂到周围地层中；
③ 曲线推进、纠偏或盾构抬(叩)头开挖断面成椭圆；
④ 操作不慎，盾构走蛇形；
⑤ 盾构推进时，壳体外周带土面大于盾构外径。
因此，合适的注浆量应比理论注浆量要大。一般而言,注浆浆液的体积应为建筑空隙体积的1.２～2.5 倍。
8.隧道衬砌在土压力作用下产生变形及沉降引起少量的地层损失
衬砌结构脱出盾尾之后，受力条件迅即变化。在土压力作用下，成环管片竖椭圆形或圆形变为横椭圆形，管片圆环产生的变形也会导致地表的少量沉降。根据实测资料，其沉降量很小,一般不会对地面变形产生大的引响。
9.受扰土体的固结
盾构掘进过程中对下卧土层的扰动主要来自于以下几个方面的因素：
⑴开挖面底下的土体扰动
在一般盾构施工中，当开挖面土体失去原有二维平衡条件时，正向土层即向盾构内移动，移动范围包括开挖面底下的部分土体，这部分土体产生回弹和孔隙水压力下降现象，这是土
体受到扰动后初始应力释放的反应。
⑵盾尾后压浆不及时或不充分
盾尾空隙中因缺少充填料，坑道周边土体向隧道衬砌移动，而隧道底部土体的这种移动
就如原状土层卸荷后的土体回弹，当隧道及其上方土重作用到下卧层回弹土体上时，就引起下卧层土层再固结。
⑶盾构在曲线推进或纠偏推进中造成超挖
这是由于在这种推进中盾构轴线与隧道轴线形成偏角，使盾构开挖断面大于盾构的横断面，而当盾构头部下倾时，盾构下部切口超挖，这就引起盾构下部土体的回弹和扰动。
⑷盾壳对周围土体的摩擦和剪切造成隧道周围土层的扰动。
⑸盾构挤压推进对土体的扰动
盾构挤压推进中，盾构正面受到很大的挤压力，同时为防止盾构上漂，盾构一般是头向
下倾地推进，形成盾构底下超挖。挤压盾构会使较大范围的土体发生剧烈的扰动，而隧道下卧土层必因这种扰动发生较大的再固结沉降。
盾构隧道施工不可避免地对地下土体和水产生扰动。特别是在富含水地段，如果掘进过
程中掘进参数选用不当和掘进控制不理想，很可能引起地下土体的严重扰动和地下水位大幅下降，使地层中土体有效应力增加从而导致地层发生较大的固结沉降。如果遇隧道覆土有较厚的软弱地层，固结沉降占总沉降量的比重很大，而且由此引起的地表下沉范围很大，往往对周围环境产生灾害性影响。
土体受到扰动后,土体骨架还发生持续时间很长的压缩变形，再此土体蠕变过程中产生的地面沉降为次固结沉降，在空隙比和灵敏度较大的软塑性土层中, 次固结沉降往往要持续很长
时间,有时长达几年以上,它所占总沉降量的比例可高达35%以上。
第三节盾构施工地面的沉降预测和沉降计算
1.横向沉降槽的预测和计算
关于横断面沉降槽分布规律国内外学者已进行过大量研究,并提出了很多沉降槽计算模型,
如Peck 公式(1969),Attewell 公式(1981),O’Reilly-New 法(1982), 藤田法(1982)等.其中应用最广
的是Peck 公式,其他公式可看做是对Peck 公式的修正.
1969 年P．B．Peck 第一次提出地层损失的概念，认为横向沉降槽形状服从正态分布的假定,并建议用Gauss 分布函数(即Peck 公式)来描述盾构法施工引起的地表横向沉降：
SC=Smax exp(-x2/2i2)
式中, SC:表示横向距离轴线x 处的地表沉降(m)
Smax:表示盾构正上方地表最大沉降(m)
i:横向沉降槽宽度系数
x: 横向距离盾构隧道轴线的距离(m)
其中盾构正上方地表最大沉降Smax 可由下式计算: Smax=VL/((2π)1/2 i )
式中, VL:盾构施工引起的土体损失率
i=(H+R)/[ (2π)1/2 tan(450－φ/2)]
R:构隧道半径(m)
H:覆土厚度
φ:土体内摩擦角
国内同济大学在大量工程现场监测数据的基础上，考虑到土体扰动后固结沉降的变化规律，对计算横向沉降的Peck 公式进行了修正:
式中：0≤t≤T
S(x，t)——隧道施工完成后t 时间的地表沉降（m）；
P——隧道顶部孔隙水压力的平均值（MPa）；
T——固结时间（s）；
K x——隧道顶部土体渗透系数（m/s）；
H——超孔隙水压水头（m）；
E——隧道顶部土层的平均压缩模量（MPa）。
广州地铁2 号线赤——鹭区间隧道盾构引起的地面横向沉降槽采用高斯峰值函数(Gaussian Peck Function)拟合:
δt=δ0+a1*exp(- (x-xc)2/2i2)
式中, δt——表示横向地表沉降(mm)
x ——沉降点到隧道中线的水平距离(m)
δ0,a1, xc, i——拟合系数,其物理意义如下:
令x→∞,则δt = lim{δ0+a1*exp[-(x-xc)2/2i2]}= δ0
故δ0 表示远离隧道中线的观测点的沉降量(mm)
对(1)式求导,令δ0 =0 则解得x=xc
故 x0 表示最大沉降量对应的沉降点到隧道中线的距离
δ0+a1 为最大沉降量
i——横向沉降槽宽度系数
拟合效果十分好,其相关系数高达0.94 以上
2.纵向沉降槽的预测和计算
盾构隧道施工引起的纵向沉降分为纵向地表沉降和纵向地层沉降,其变化规律Peck 用下列经验公式描述: Sh,0=sx(x/z0)
Sh,z=sx(x/(z0-z))
Sh,0 , Sh,z 分别为纵向地表沉降和纵向地层沉降
z0 ,z 分别为盾构隧道中心深度和地层深度
Sx 表示横向地表沉降(m)
刘建航院士提出了负地层损失的概念，并将地层损失分成开挖面和盾尾后的地层损失两部分，对计算纵向沉降的Peck 公式提出了自己的修正公式:
式中：VL1——盾构开挖面的地层损失率；
VL2——盾尾后施工间隙引起的地层损失率；
i ——地表沉降槽宽度系数；
yi——盾构推进起始点至坐标原点的距离（m）；
yf——盾构开挖面距离坐标原点的距离（m）；
φ——正态分布函数；
[ ( ) ( )]
2
[ ( ) ( )]
2
1 2
( ) i
y y
i
y y
i
V
i
y y
i
y y
i
S VL i f L i f . ′
.
. ′
+
.
.
.
= φφ
π
φφ
πγ
yi－yi′= yi－L
yf－yf′= yf－L
L——盾构长度（m）。
广州地铁 2 号线赤---鹭区间隧道盾构引起的纵向沉降槽采用玻尔兹曼(Boltzmann)函数对
沉降量随盾构机位置变化曲线进行头拟合:
δt=[(b1-b2)/(1+e(x-x0)/d)]+b2
式中, δt:表示隧道中线上方沉降量(mm)
x: 沉降点到机头的距离(m)
负值表示机头在沉降点之前,正值表示机头在沉降点之后
b1,b2 ,x0,d: 拟合系数,其物理意义如下:
令x→-∞,则δt = lim{[(b1-b2)/(1+e(x-x0)/d)]+b2}= b1
故 b1表示机头未到达沉降点且距离很远时的沉降量,即初始沉降量, b1≈0 令x→+∞,
则δt = lim{[(b1-b2)/(1+e(x-x0)/d)]+b2}= b2
故 b2 表示机头远离沉降点后的最终沉降量,
令x =x0 则解得δt=(b1+b2)/2≈b2 /2
故 x0 表示沉降量发展到最终沉降量的50%时机头到沉降点的距离.
采用上述模型对不同时间沉降量随机头位置变化曲线进行拟合,拟合效果十分好,其相关
系数高达0.94 以上。
第四节地面沉降控制技术
研究表明：地层损失首先和土质条件有关,盾构在砂性土及在砂卵石土中推进时，其地层损失率较粘性土中高约50％，并且具有沉降完成快、稳定快的特点。其次是在正常施工条件
下的地层损失，土体的扰动是不可避免的,并与盾构掘进的控制密切相关。
地面沉降主要是由地层损失,扰动土体的再固结引起。因而,控制地面沉降的主要措施是采取必要的技术手段规避和减少地层损失,尽量减少对土体的扰动。针对引起地面沉降的各因素,
对地面沉降控制技术分述如下:
1.掘进模式选择
盾构掘进根据不同的地质条件有敞开式、半敞开式、土(泥)压平衡式和泥水加压平衡式
以及混合掘进模式等多种掘进模式，以适应硬岩、软硬混合地层和含水软岩以及含水松软地
层(粘土,软粘土),特别是在饱和含水、灵敏度较高的软土等地区的掘进。
对于中、微风化硬岩地层，具有足够的自稳能力，且地下水少或地下涌水能被控制，可
采用敞开式掘进模式；对于大部分处于硬岩地层，局部处于强风化地层或小部分处于全风化
地层、软岩地层，且地下水压力在1~1.5kg/cm3，可采用半敞开式;特别是有硬岩存在且地下水
是可以控制的，采用这种模式是必要的，其切削硬岩的能力好于EPB 模式。对于工作面不具
备自稳能力，地下水压力＞1.5kg/cm3，地下水特别丰富的地层，如隧道或其上部处于不稳定
地层和强风化层，或隧道处于断裂构造带中，或可能有较大涌水采用半敞开式不能有效控制涌水时，采用土(泥)压平衡模式或泥水加压平衡模式；别是在饱和含水、灵敏度较高的软土等
地区, 采用土(泥)压平衡模式或泥水加压平衡模式是必须的。混合掘进模式对适应地层土质变
化较大和较频繁的情况。
采用泥水加压平衡模式时,切削面切削下来的土体,在泥水室经与泥水混合后,形成混合液, 由泥水输送系统传送到地面泥水分离系统,经过泥水分离后废弃,分离出来的泥水经改良后重
新输送到泥水室,用来维持泥水室的稳定压力,并通过循环系统再次带走切削下来的土体。切
面的稳定依靠泥水室的泥水压力和切削刀盘的支撑作用对切削面土体进行稳定,泥水压力对抵
抗地下水的压力变化和流失,起关键作用；盾构机的推力是形成切削刀盘的支撑作用主要因素。
它们共同维护着地下土体的稳定。泥水压力通过泥水循环系统的泥水压力表可以检测到泥水室的泥水压力,通过阀门或泥水泵的调节来及时调节压力变化；而盾构机的推力主要是利用盾
尾千斤顶的顶力来控制,它需要结合切削土量和排出土量平衡综合考虑。
采用土(泥)压平衡工况掘进时,使刀具切下的土砂充满碴仓，并呈流塑性控制开挖面，用螺旋输送机和调整装置保持排土与切削量平衡，维持碴仓土砂一定的压力，抗衡开挖面的土压和水压，用碴仓和螺旋输送机内的土砂获得止水效果，配合同步注浆系统和必要的二次注浆，保持开挖面稳定，防止地下水涌出，控制地表隆陷。
采用土(泥)压平横模式时，碴土应有良好的流塑状态、良好的粘---软稠度、低的内摩擦角和低的透水性.当满足不了需求时，需给开挖面、混合仓和螺旋输送机内注入外加剂对碴土进
行改良，使开挖土具有流动性和止水性。对于易流动、内摩擦角小、渗透系数小的粘性土地层，通过刀盘和螺旋输送机的搅拌，切下的土一般具有塑流性，对于粘着力大不易流动的土可以向碴仓注水，使土得到适合的流动性，粘性土的渗透系数较小，止水性没问题。对于流动性差、内摩擦角大、渗透系数大的砂性土地层，切开下的土流动性差，充满碴仓和螺旋输送机的土使刀盘、输送机的扭矩和干斤顶推力增大，影响掘进。另外，压缩的土体止水性差，当地下水压高时，易出现喷发现象，这时要注入添加剂，使开挖土具有流动性和止水性，平
衡开挖面的土压和水压。施工中采用的外加剂是泡沫和膨润土，泡沫通过盾构机上的泡沫系统注入，膨润土以悬乳液的形式通过膨润土系统注入到开挖仓和输送机进口，当必要时向盾壳上注入，及早充填盾壳背空隙，控制地表沉陷。
当围岩稳定性变好时，逐渐加大排土速度，将碴仓排至剩少部分土，碴仓降到常压，伸
出螺旋输送机，实现敞开式掘进。当围岩稳定性变差，开挖面有可能坍塌或不能有效控制地下涌水时，缩回螺旋输送机，关闭卸料口，冲入压缩空气封闭碴仓，防止坍塌，控制涌水，实现半敞开式掘进；当开挖面不能达到稳定或水压力过大时，停止出碴使碴土充满碴仓并获
一定压力，以抗衡开挖面土压和水压，控制出碴量，实现土压平衡掘进模式。多种掘进模式的组合采用,实现混合掘进模式。
2.掘进压力选择
当盾构掘进时，若开挖面受到的水平支护应力小于地层的原始侧向应力，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陷。反之，当作用在正面土体的推应力大于原始侧向应力时，则开挖面土体向上向前移动，引起负地层损失而导致盾构前上方土体隆起。
掘进时的控制压力按地层土压力、地下水压力和预备压力设定。
盾构机刀盘的推力所产生的压力随刀盘对土体的推力不同而变化，主动土压力和被动土
压力是侧向上压力的极限最小和最大值，而静土压力介于两值之间。刀盘前方的土压力小于主动土压力时，土体沿滑动面下滑可能引起地层和地面的下沉；当刀盘前方的土压力大于被动土压力时，土体上滑可能引起地面隆起。在实施对土压力进行控制和管理时，一般根据地层特设和地面环境确定一个土压上限和下限值，上限是被动土压(或静土压)力、水压力、预
压力的和，下限是主动土压力、水压力的和。
施工时土压力计算应考虑隧道的埋深。根据经验，浅、深埋隧道的分界埋深是施工引起
坍塌平均高度的2~2.5 倍。
深埋隧道的土压力计算，可根据围岩分类和结构设计，按“铁路隧道设计规范”推荐的方法
计算。由于静土压力难以确定，故在试掘进期应根据地基状态变化的调查，决定最佳控制压力。施工中，深埋隧道按“铁路隧道设计规范”考虑施工土压时，一般情况得出的土压力值大，
如果地质情况良好，考虑隧道1—2 倍洞径的土压较合适。
浅埋隧道的土压力主要计算静土压力、主动土压力和被动土压力。静土压力计算时，土
的侧压力系数的选择很重要，可以通过雅基公式或经验值或日本“建筑基础结构设计规范”比较
选择。盾构掘进过程中由于施工的扰动，土体弊止的弹性平衡状态被改变，使刀盘前方的土体产生被动或主动土压，主动和被动土压力的计算可以结合铁路隧道设计、施工经验，针对盾构施工原理，采用朗金理论计算。
水压力即孔隙水压力，其计算应考虑土体渗透速度、渗透系数、水力梯度，掘进时的水
压力可以根据水位埋深和地层的渗透系数确定的一个经验值计算(σww＝k×γh，砂土中k ＝
0.8~1.0，粘性土中k＝0.3~0.5)。随着盾构的前进，土室内压力接近原始的土压力和水流经土
体时的阻力。水压力因地层不同变化很大，它的计算对推进力的选择影响很大。施工中有一些次要的不可见因素，对沉陷要求较严格的区段，要在土压力和水压力理论计算的基础上考虑0.1~0.2bar 的预备应力。
浅埋隧道施工时，为使工作面的土体保持稳定状态，应以静土压力为主要依据。
当隧道埋深不大或围岩很不稳定时，用朗金理论计算主、被动土压力，以确定盾构施工
的土压力。按朗金理论计算的主动土压力是考虑开挖面稳定，是基于允许开挖面有一定的变形成移动，因此对于自稳性较差的地层、软弱或变形系数较大、容易失水的地层，以此理论考虑主动土压力是偏小的，也是比较危险的。施工中反映，如果推进土压力小于主动土压力，当隧道埋深不大时，土体会向下滑移，导致地表沉陷。
当沉降要求较为严格时，应使盾构的推进力大于静土压力，以使土体产生向前进方向的
变形成滑移，以达到减小地表沉陷的目的。
加强监测和及时反馈信息，根据地表隆起和沉陷状况调整推力，加快出碴速度减小推力，达到降低地表隆起的目的；减小出碴量，提高正面压力，保持开挖面的稳定，达到控制沉降
目标。
3. 壁后注浆
壁后注浆主要是为了防止由盾尾空隙引起的隧道周围围岩变位，控制地表沉陷，同时可
以提高隧道的止水性，使隧道管片与周围土体形成整体保持结构稳定，确保管片的早期稳定。因此管片壁后注浆的均匀和充分也是很重要的。
3.1.注浆方式:同步注浆和二次注浆
⑴同步注浆。盾构推进时，盾尾形成短时间无支护状态的盾尾空隙变形，直接影响地表
沉陷的大小。采用同步注浆系统及盾尾的注浆管在盾尾空隙形成的同时，采用盾构边掘进边注浆的同步注浆方式，迅速注浆充分填实空隙并尽早获得设计强度，及时防止围岩变形，控
制地表沉陷。经验表明，壁后注浆的开始时间越早，充填率越高。采用EPB 模式时，由于地
层自稳能力差，同步注浆方式非常重要。
⑵二次注浆。为提高壁后注浆层的防水性和密实均匀，必要时在同步注浆结束后进行二
次注浆。若管片背后注浆不足，将产生明显漏水，不仅影响隧道使用，还会产生因地下水的流动(使土粒产生位移，粒间空隙压缩)或水位下降(使土体内有效应力增加，发生固结现象)，造成地表沉降。通过注浆孔(吊装孔)钻孔入士体2m，对土体进行加固，有效止水，控制地表
沉降。
3.2.浆液的性能
注浆浆液要流动性好，便于盾构移动过程中续持不停的注浆；一环注浆结束后，浆液凝
固有较好的强度，具有微膨胀性，避免后期收缩变形；二次注浆材料要可注性强，能补充同步注浆的缺陷，对同步注浆起充填和补充作用。
当地下水特别丰富时，需要对地下水封堵。同时为了及早建立起浆液的高粘度，以便在
浆液向空隙中充填的同时将地下水疏干(将地下水压入地层深处)，获得最佳充填效果，这时需
要将浆液的凝胶时间调整至l~4min，必要时二次注浆可采用水泥一水玻璃双液浆。施工前应
进行详细的浆液配比试验，选定合适的注浆材料，添加剂及浆液配比，保证所选浆液配比、强度、耐久性等物理力学指标满足工程的设计要求。
3.3.施工控制
同步注浆以注浆压力与注浆量进行双重控制，二次补强注浆量根据地质情况及注浆记录
情况，分析注浆效果，结合监测情况，由注浆压力控制。
⑴注浆压力
同步注浆时要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压及土压力之和，做到尽量填补
同时又不产生劈裂。注浆压力过大，管片周围土层将会被浆液扰动而造成后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆，对刚拼装完成的管片影响也大；而注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不充足，会使地表变形增大，通常同步注浆压力一般为 1.1~1.2 倍的静止土压
力，二次注浆压力为0.2~0.4MPa。
⑵注浆量
同步注浆量理论上是充填盾尾建筑空除，但同时要考虑盾构推进过程中的纠偏、浆液渗
透(与地质情况有关)及注浆材料固结收缩等因素。根据地质及线路情况，注浆量一般为理论注
浆量的1.4~2.5 倍，并应通过地面变形观测来调节。
⑶注浆速度及时间
根据盾构机推进速度，以每循环达到总注浆量而均匀注入，盾构机推进开始时注浆开始，推进完毕注浆结束。注浆速度应与盾构机的掘进速度相适应。过快可能会导致堵管，过慢则
会导致地层的坍塌或使管片受力不均，产生偏压。
4.控制循环出碴量
严格控制掘进速度，控制每循环的出碴量，保持开挖土量和出土量的平衡，密切关注出
碴碴土的物理性能。不同的地层考虑相应的松散系数来控制碴土量。
5.控制地层失水
地下水的流动使土粒产生位移，土粒间空隙压缩，水位下降使土体内有效应力增加而发
生固结现象，造成地表沉降。就止水性而言，粘性土的渗透系数较小,砂性土渗透系数大。对于土(泥)压平衡盾构机仅靠土仓和螺旋输送机的压缩效应不能有效止水。掘进时密切关注开挖面的出水情况，当发现碴土太稀、水量增大，开挖面有地下水涌出时，立即关闭螺旋输送机仓门，给开挖面或土室内注入泡沫或膨润土外加剂以补充细微颗粒的不足或置换细微颗粒中的空隙水，使开挖土体具有止水性，同时实现气压或土压平衡模式掘进。
对于泥水平衡盾构机则主要是依靠泥水室的泥水压力来抵抗地下水压，防止地层失水。
保证管片壁后注浆量充足，加固周围土体，有效止水，确保结构防水质量，防止管片背
面漏水，以免引起地下水的流动或水位的下降。成洞段的隧道若出现漏水现象应及时通过管片注浆孔进行二次补强注浆和防水补漏处理。
通过富含地下水的地层时，一方面要确保盾构机快速通过，另一方面应在渣土仓注入泥
浆或提高泥水室的压力，在管片背后注入水泥一水玻璃双液浆，及时迅速封堵地下水。在掘进过程中加强对铰接密封、盾尾密封检查，发初有涌水(或砂浆渗漏)时立即进行处理，避免因
水或砂浆的流失产生沉降。
6.其他控制措施
⑴盾构纠偏、在曲线推进。盾构在曲线推进、纠偏、抬头或叩头推进过程中，实际开挖
断面不是圆形而是椭圆，从而会引起附加变形，此时应调整掘进速度与正面土压，达到减少对地层的扰动和减少超挖的效果，从而减少地层的变形。
⑵固结沉降控制。盾构推进中的挤压作用和盾尾后的压浆作用等施工因素，使隧道周围
地层形成正值超孔隙水压力区，随着盾构的离开，土体表面应力释放，超孔隙水压力逐渐消失，引起地层固结变形而带来地面沉降。超孔隙水压力消失后，土体骨架还会因蠕变而引起次固结变形(沉降)，在孔隙比和灵敏度较大的软塑和流塑性粘土层中，次固结沉降要持续几年
以上，所占总沉降量比例达35%以上。
为此应根据地面实施监测结果进行及时控制，在管片衬砌背后实施跟踪回填与固结注浆，尤其是对拱部120０范围进行地层固结注浆非常重要。
⑶盾构暂停推进时，推进千斤顶可能漏油回缩引起盾构后退，而使开挖面土体松弛造成
地表沉陷，此时应作好防止盾构后退措施，并对开挖面及盾尾采取封闭措施。
⑷由于左右线施工的相互影响，左线土压要比右线考虑提高0.1～0.2bar。
⑸在土压力作用下，隧道衬砌产生的变形或沉降也会引起少量的地层损失。隧道衬砌沉
降较大时，会引起不可忽略的地层损失。
总之，引起盾构隧道地表沉降的因素很多，主要与掘进模式、掘进土压力、注浆方式和
时机、注浆量和压力、地层失水等有关，施工时要根据地质特性综合考虑，遵守“模式正确、土压合理、防范失水、快速掘进、及时注浆、注浆充分、严密监测、迅速反馈”的原则，通过
对影响地表沉降的要素严格控制，加强严密监测和严格管理，地面沉降是能得到很好控制的，可达到小于规范的允许值。
盾构质量控制要点
第一章盾构施工质量控制要点 1.1 盾构掘进施工 1.1.1 盾构设备制造质量，必须符合设计要求，整机总装调试合格，经现场试掘进50?100m距离合格后方可正式验收。 1.1.2 盾构组装时的各项技术指标应达到总装时的精度标准，配套系统应符合规定，组装完毕经检查合格后方可使用，盾构使用应经常检查、维修和保养。 1.1.3 盾构掘进施工必须严格控制排土量、盾构姿态和地层变形。 1.1.4 盾构进出洞时应视地质和现场以及盾构形式等条件对工作井洞内外的一定范围内的地层进行必要的地基加固，并对洞圈间隙采取密封措施，确保盾构的施工安全。 1.1.5 在盾构推进施工中应及时进行各项中间隐蔽工程的验收，并填写下列记录： （1 ）竖井井位坐标； （2）竖井预留的洞圈制作精度和就位后标高、坐标； （3）预制管片的钢模质量； （4）盾构推进施工的各类报表； （5）内衬施工前，应对模板、预埋件等进行检查验收。 1.1.6 盾构机进出竖井洞前，必须对洞口土体进行加固处理，以防止洞门打开时土体和地下水涌入竖井内引起地面坍陷和危及盾构施工。
1.1.7 隧道洞口土体加固方法、范围和封门形式应根据地质、洞口尺寸、覆土厚度和地面环境等条件确定。 1.1.8 检查盾构始发的准备工作，测量盾构机始发的姿态（盾构机垂直姿态略高于设计轴线0~30mm防止“栽头”），检查盾构机防滚转措施及负环管片、始发台的稳定性；检查反力架刚度。最后一层钢筋的割除，应自下而上进行才比较安全。 1.1.9 盾构工作竖井地面上应设防雨棚，井口应设防淹墙和安全栏杆。 1.1.10 在盾构推进过程中应控制盾构轴线与设计轴线的偏离值，使之在允许范围内。 1.1.11 盾构中途停顿较长时，开挖面及盾尾采取防止土体流失的措施。 1.1.12 盾构掘进临近工作竖井一定距离时应控制其出土量并加强线 路中线及高程测量。距封门500mn左右时停止前进，拆除封门后应连续掘进并拼装管片。 1.1.13 盾构掘进速度，应与地表控制的隆陷值、进出土量、正面土压平衡调整值及同步注浆等相协调，如盾构停歇时间较长时，必须及时封闭正面土体。 1.1.14 盾构机到达检查进站的准备工作，测量盾构机接收架位置和 盾构机姿态（盾构机垂直姿态略高于设计轴线0~ 30mm防止“栽头”）, 确保两个姿态一致（接收架垂直姿态要略低于盾构姿态，以使盾构顺利爬上接收架）；检查接收台的固定牢靠，防止盾构在推力作用下发生位移；检查进站前约10 环的管片是否对纵向进行加强连接，防止盾构在推力下降时发生管片“松脱” 渗水和减轻盾构姿态发生突变时的管片错台、破损。盾构机应慢速进站，直到盾构安全上到托架。 1.1.15 盾构掘进中遇有下列情况之时，应停止掘进，分析原因并采取措施：
盾构法施工工艺流程
盾构法地铁施工工艺流程 袁存防 1 前言盾构法作为目前最为安全有效、品质兼优的城市轨道施工工艺，已经被绝大多数市政工程所青睐，在21 世纪中国社会、经济高速发展的时代，全国范围内各大中型城市都倾向于城市地铁及类似的市政工程的修建，因此盾构法施工在目前国内的市场不可估量。 盾构法施工糅合了传统和现代的各项技术革新，有着固定的施工工艺流程，包含了诸多施工环节，每一个环节或工序都必须有技术含量较高的专项方案指导施工，并辅以经验丰富的管理操作人员，才能充分发挥盾构法施工的优越性，实现工程的最大收益。现将盾构法地铁施工工艺流程总结如下，各分部、分项工程施工应参考专项方案。 2 场地规划 2.1 临建设施根据项目所在地政府和业主等上级主管部门的要求，确定临建设施所需板材和样式，围挡等临建应当和项目所在地同类项目一致建设。 生活区和生产区应该严格区分，并在场地内各显著位置悬挂安全生产标语。生活区应该包括办公区和住宿区，应合理规划，办公区要划分会议室和办公室，同时还要单独确定食堂和厨房位置，绝对避免安全隐患。 生产区应该设置进出口，并用专用围栏和生活区隔断，在进出口位置悬挂安全生产标语。生产区内应该合理规划库房和材料堆放地等。 2.2 临时设施（1）碴坑碴坑设置于始发井旁边，原则是利于出渣用吊机倾倒渣土，并便于土方车外运。碴土坑 采用 C20砼，底板及侧墙厚不低于30cm。每个碴土场四周设置挡碴板，碴土场总存碴能力》1500m3。 （2）管片堆放场根据盾构施工龙门吊设置情况，管片堆放场设置在吊机轨道之间，原则是利于吊机吊放，同 时考虑管片运输车便于进场。正式管片堆放场的管片存放能力》210块（35环）。 （3）砂浆拌合站结合盾构施工列车编组情况及盾构施工预留口位置，将拌合站设置在始发井入口区域内。拌 合站包括拌合楼、砂石料场、水泥储存罐、粉煤灰储存罐及砂浆储存罐。 砂浆拌合站场地全部钢筋混凝土硬化，并施作储存罐基础。 （4）冷却塔及砂浆中转站冷却塔及砂浆中转站设置在始发井出口位置附近，用H 型钢或工字钢搭设冷却塔放置平台。 （5）通风机通风机临时设置在盾构始发井出口位置，根据掘进情况，在过站后可在车站口位置另行设置。
盾构现场施工隧道监测方法
精心整理上海长兴岛域输水管线工程盾构推进 环境监测 技术方案
目录 一工程概况 二盾构推进对周边环境影响程度的分析和估计三监测施工的依据 四监测内容
上海长兴岛域输水管线工程盾构推进环境监测技术方案 前言 科学技术的发展与试验技术的发展息息相关。历史上一些科学技术的重大突破都得益于试验测试技术。因此，试验测试技术是认识客观事物最直接、最有效的方法，也是解决疑难问题的必要手段，试验测试对保证工程质量、促进科学的发展具有越来越重要的地位和作用。测量技术在土建工程中同样占有重要地位，它在各类工程建筑，尤其是在地下工程中已成为一个不可或缺的组成部分。随着科学技术的发展，测量的地位更显关键和重要。早期地下工程的建设完全 工作井相连。 输水管线总长约10563.305m，其中东线长5280.993m，西线长5282.312m。全线最小平曲线半径为R＝450m；最大纵坡为8.9‰。具体详见下表。
施工工序，第一台盾构自原水过江管工作井始发推进（东线）至中间盾构工作井进洞后盾构主机解体调头，继续西线隧道推进施工。第二台盾构自中间盾构工作井始发推进（东线）至水库出水输水闸井进洞后盾构转场回中间盾构工作井，继续进行西线隧道推进施工。总体筹划详见下图： 二盾构推进对周边环境影响程度的分析和估算 因很复杂，其中隧道线形、盾构形状、外径、埋深等设计条件和土的强度、变形特征、地下水位分 V l S （x ）i Z －地面至隧道中心深度。 φ－土的内摩擦角。 在已知盾构穿越的土层性质、覆土深度、隧道直径及施工方法后，即可事先估算盾构施工可能引起的地面沉降量，同时可及时地采取措施把影响控制在允许范围内。在推进过程中根据盾构性能及监测数据及时调整施工参数，控制变形量，确保周边环境的绝对安全，实现信息化施工。 三监测施工的依据 3.1技术依据 1) 上海长兴岛域输水管道工程技术标卷（甲方提供）
盾构法隧道施工引起的地面沉降的原因与对策
盾构法隧道施工引起的地面沉降机理与控制 摘要:本文首先分析了盾构法隧道引起的地面沉降规律和沉降 影响范围,总结了盾构隧道地面沉降的主要影响因素;指明地面沉 降主要源于开挖面的应力释放和附加应力等引起的地层变形,并对地铁施工中的地面沉降安全判断标准和控制原则进行了探讨,为城市地铁工程建设提供有益的参考。 关键词:盾构隧道地铁工程地面沉降沉降控制 中图分类号:u45 文献标识码:a 文章编 号:1672-3791(2012)06(b)-0071-02 abstract:this paper analyzes the shield tunnel caused by land subsidence law and settlement of affected areas,and summarizes the main factors of land subsidence of the shield tunnel;specified land subsidence is mainly due to the excavation surface stress release and the additional stress causedstrata deformation,land subsidence and subway construction safety criteria and control principles are discussed to provide a useful reference for the construction of urban subway project. key words:shield tunnel;subway project;land subsidence;subsidence control 盾构法具有不影响地面交通、对周围建(构)筑物影响小、适应复
盾构施工质量控制要点
盾构施工质量控制要点 一、盾构法隧道施工质量控制要点 （一）审查盾构施工总体方案，需重点注意的内容 1.施工场地总平面布置图； 2.盾构推进方案（始发、掘进、到站或掉头）； 3.盾构推进计划； 4.管片的质量控制； 5.施工测量方案、沉降监测方案； 6.同步注浆和二次补浆的质量控制； 7.盾构设备性能参数及操作方法； 8.出土方案和弃土安排； 9.端头和联络通道地层加固方案； 10.建筑物、管线等调查及保护方案； 11.补充地质勘探方案； 12.洞门密封及处理方案； 13.盾构设备组装调试； （二）进场设备检查 应对进入施工现场的各种设备进行检查，包括注浆设备、起吊设备、管片运输设备、管片防雨设施、给排水系统、供电设备等。在盾构始发井前，这些设备应处于可正常工作的状态。 （三）控制测量复核 盾构施工前，应对所使用的水准点和控制点进行复核，确认
没问题后才可使用。 （四）临时管片安装和盾构设备推进前的检查 应对以下方面进行检查，确认没问题后，才可以开始安装临时管片和进行盾构设备推进。 1.盾构设备定位； 2.反力架安装； 3.洞口橡胶密封条和端墙凿除； 4.临时管片固定方式； 5.盾构设备操作方式； 6.同步注浆和二次补浆方式； 7.垂直运输和水平运输设备及其运输方法； （五）盾构设备掘进与管片拼装检查 1.在盾构设备推进前，承包商应提交详细的施工进度安排 报监理和业主批准； 2.监理应通过承包商提供的施工进度报表和现场检查来判 断盾构设备的掘进与管片拼装的情况，出现异常情况时 须及时分析原因，必要时采取相应措施； （六）进场管片检查 1.要求承包商在管片安装之前，必须有专人对以下内容进 行检查，并填写检查表（检查表应有承包商提交给监理 备案）：（1）管片表面损坏情况；（2）管片生产日期；（3） 管片类型编号；（4）止水带封条的粘贴（位置和牢固性）；
地铁盾构法隧道施工技术方案
地铁盾构法隧道施工技 术方案 标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]
地铁盾构法隧道施工技术方案
地铁盾构法隧道施工技术方案 1.施工流程图 1.1盾构法隧道施工流程图 图1盾构隧道施工流程图 1.2盾构始发流程图 图2 始发流程 图 2.盾构机下井 盾构机从盾构工作井吊入，每台盾构机本身自重约200t ，分解为 5 块，最大块重约60t 。综合考虑吊机的起吊 能力和工作半径，安排1 台200t 和一台40t 汽车吊机进行吊入任务。盾构机下井拼装顺序见图3。 图3盾构机下井拼装示意图 在吊入盾构机之前，依次完成以下几项工作： 1.将测量控制点从地面引到井下底板上； 2.铺设后续台车轨道； 3.依次吊入后续台车并安放在轨道上； 4.安装始发推进反力架，盾构管片反力架示意图见图4； 5.安装盾构机始发托架，盾构始发托架示意图见图5。 图4盾构管片反力架示意图 掘进
图5 盾构始发托架示意图 3.盾构机安装调试 3.1盾构机的安装主要工作 1.盾构机各组成块的连接； 2.盾构机与后续设备及后续台车之间各种线路、管线和机械结构的连接。 3.盾构机内管片安装器、螺旋输送器、保园器的安装； 4.台车顶部皮带机及风道管的连接； 5.刀盘上各种刀具的安装。 3.2盾构机的检测调试主要内容 1.刀盘转动情况：转速、正反转； 2.刀盘上刀具：安装牢固性、超挖刀伸缩； 3.铰接千斤顶的工作情况：左、右伸缩； 4.推进千斤顶的工作情况：伸长和收缩； 5.管片安装器：转动、平移、伸缩； 6.保园器：平移、伸缩； 7.油泵及油压管路； 8.润滑系统； 9.冷却系统； 10.过滤装置； 11.配电系统； 12.操作控制盘上各项开关装置、各种显示仪表及各种故障显示灯的工作情况。 盾构机在完成了上述各项目的检测和调试后（具体应遵照盾构机制造厂家提供的操作手册进行），即可判定该盾构机已具备工作能力。 4.盾构进洞 1.盾构进洞前50 环进行贯通测量，以确定盾构机的实际位置和姿态。此后的掘进不允许有大的偏差发生，逐渐按偏差方位调整盾构机姿态和位置，满足盾构进洞尺寸要求。这一调整应在盾构刀盘进入洞前加固土前完成，以避免盾构进洞发生意外。
特殊地段的盾构施工技术措施
特殊地段的盾构施工技术措施 摘要:盾构在地铁区间的特殊地段施工,必须作好充足的施工准备和施工技术措施。关键词:地铁区间;盾构施工;技术措施 广州西场站—西村站地铁区间施工标段,沿线两侧为密集民居、酒店、办公楼、商店等,交通繁忙,上部地面为环市西路,区间线路穿越广茂铁路,地形平坦,略有起伏,其中有岩溶和溶蚀空洞、内环高架桥桩、基岩球状风化体地段(风化深槽)、泥质粉砂岩、上软下硬岩段等特殊地段。其中广州火车站—草暖公园区间段下穿过广州火车站广场,到达草暖公园,施工难度大。根据现场实际情况,做出相应的盾构施工技术措施。 1盾构通过岩溶和溶蚀空洞 本工程隧道左右线均存在岩溶和溶蚀空洞,左线溶蚀空洞约为0.8ｍ高,右线在ＹＣＫ7+522和ＹＣＫ7+576处存在溶蚀空洞,其中较大的溶蚀空洞为2.7ｍ高,对盾构掘进造成极为
不利的影响,极有可能发生突泥、突水、地面沉陷、盾构机被卡等严重事故。 为保证盾构掘进顺利通过,必须提前探明隧道穿过的岩溶裂隙的位置、形状、尺寸大小、充填物性质等,并及时处理。施工采取以下措施探测和处理: (1)开工前,进行补充地质勘探,在左右线溶蚀空洞地段加密勘探,在勘探场地允许的前提下,使部分钻孔间距达到10ｍ,进一步查明该段条件地层地质条件,对可能出现岩溶裂隙的段落、岩溶裂隙的规模、充填物等情况,提前作出盾构掘进方案。 (2)对盾构机适当改造,针对地质情况,盾构机增设超声波探测系统。盾构掘进施工时通过发射超声波,可对刀盘前方30ｍ范围内的岩溶裂隙、砂土层中的孤石等分布情况进行探测,利用专业软件对接收到的反射波分析,即可精确查明岩溶裂隙或孤石的位置、形状、尺寸大小、充填物性质等。 (3)根据超前地质预报的资料,对分布于盾构周边的岩溶裂隙,通过地面注浆的办法进行超前注浆加固或回填。对岩溶裂隙要提前确定注浆方案,根据其位置、形状、充填物性质,确定实施超前注浆的里程位置、注浆品种及配合比、注浆压
盾构施工质量保证措施
1.1管片质量保证措施 （1）管片生产质量保证措施 1）严格控制管片模具的精度，按照精度要求对管片钢模定期进行检查和校正。 2）要求混凝土所使用的原材必须符合设计及施工规范的要求，应有出厂合格证和相应的试验报告。 3）严格审查管片生产工艺和质量保证措施,认真做好过程控制。指派专门的管片质量检查人员每周不定期去构件厂检查管片生产过程的质量、原材料及生产工艺的控制情况，要求构件厂提供从原材、生产及试验的所有资料，并结合检查记录分析等形成质量周报，并报业主及监理等单位。 4）要严格做好出厂检验及现场的验收工作，事先制定出厂检查及现场质量验收标准。 5）事先计划好现场管片的存放、运输及拼装作业。要有管片的使用计划。 （2）管片拼装质量保证措施 1）选取管片时要多方面考虑，选取管片时也要本着“勤纠偏、小纠偏”的原则进行，以减小片拼装时的错台。 2）确保质量合格、管片类型符合工程师指令的管片才准进洞。 3）严格按指定的拼装工艺进行拼装。 4）拼装过程中经尺量管片错台符合拼装要求后，再将管片就位。 （3）管片衬砌防水质量保证措施 1）确保管片的自身防水符合设计要求，并对管片弹性密封垫入洞前进行严格的验收。 2）严格控制拼装工艺，提高管片拼装的质量。 3）在管片拼装前先于弹性密封垫上涂抹润滑剂，以减少弹性密封垫在拼装中出现的错位。 4）安装管片螺栓接头前检验止水垫圈完整方可安装螺栓。 5）盾构掘进时盾尾空隙注浆要严格控制配比，以形成稳定均匀的管片防水层。
（1）盾构施工轴线控制措施 1）所使用盾构机须装备有高度现代化的自动实时监控测量指引系统。 2）在盾构隧道施工之前，要严格按要求建立起一套严密的人工测量和自动测量控制系统，根据自动的精度和工程的精度要求决定人工控制测量和复核的内容及频率。 3）认真做好盾构机的操作控制，按“勤纠偏、小纠偏”的原则，通过严格的计算，合理选择和控制各千斤顶的行程量，从而使盾构和隧道轴线在容许偏差范围内，切不可纠偏幅度过大，以控制隧道平面与高程偏差而引起的隧道轴线折角变化不超过0.4%。 4）合理使用超挖刀和铰接千斤顶来控制盾构机轴线，从而实现对隧道轴线的线形控制。 5）管片的类型和拼装方式的控制，依据隧道中线和设计中线以及盾构机和管片的关系，通过计算修正曲线来确定管片的类型和超前量。 （2）盾构施工沉降控制措施 认真进行现场环境条件的调查，并结合线路的走向做好地面的监测工作。准备进行的与沉降有关的监测项目有：地表沉降监测、地面建（构）筑物变形监测、地下管线变形监测、河底沉降监测、隧道收敛监测。 1）监测点的观测频率、范围与数据处理 2）盾尾注浆压力和注浆量是直接影响地面沉降的关键因素，在施工中要严格按规定程序和下达的施工指令进行注浆操作，精确控制注浆压力和注浆量。 3）严格控制盾构机的姿态 在盾构掘进施工过程中，盾构姿态变幅越大，盾构机越难控制，对地面沉降的影响也越大，要坚持“勤监测、勤纠偏、小纠偏”的原则，尽量实现盾构的平缓推进；严禁一次性大幅度纠偏，造成过大超挖和对周围土层的扰动。每次盾构机的纠偏量应不超过3cm（0.5%D）。 1.3联络通道施工质量保证措施 （1）测量放线准确，从地面引测后，尽早从隧道内进行检测。 （2）衬砌之间的防水板接缝严密，焊钢筋时设隔垫板保护。
浅谈地铁盾构法施工过程的安全管理
浅谈地铁盾构法施工过程的安全管理 发表时间：2018-11-08T18:49:29.900Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第21期作者：覃仁捧[导读] 在这里浅谈地铁盾构法施工过程的安全管理，抛砖引玉，希望对我国盾构施工安全管理有促进作用。 广州轨道交通建设监理有限公司摘要：随着我国经济的发展，有条件的城市都在考虑进行地铁建设，地铁是解决城市交通运行的有效途径。地铁隧道建设的方法有明挖法、矿山法、盾构施工法等，目前盾构法施工得到广泛应用。盾构法的主要设备是盾构机，盾构机问世至今已有近180年的历史，其始于英国，发展于日本、德国，近年来，我国发展很快。盾构法施工提高了效能，也具有一定的安全性，但是地质、环境、设备等因素复杂， 盾构施工法同样存在很多事故隐患，甚至很严重，引起同行及国家的重视。在这里浅谈地铁盾构法施工过程的安全管理，抛砖引玉，希望对我国盾构施工安全管理有促进作用。 关键词：盾构机；安全管理；隐患；施工；有限空间；控制 一、盾构法施工及盾构机工作原理 盾构法施工是我国目前地铁建设的常用工法，盾构机开始由进口转为的国产，使我国大规模地铁建设成为可能。所谓盾构法施工是指地铁隧道施工的主要机械设备是盾构机。它是将盾构机在地层中推进，通过盾构外壳和管片支撑隧道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对土体进行切削开挖，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。 盾构机是一种带有护罩的专用设备。利用尾部已装好的管片衬砌块作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。盾构机掘进的出碴方式有机械式和水力式，以水力式居多。水力盾构在工作面处有一个注满膨润土液的密封室。澎润土液既用于平衡土压力和地下水压力，又用作输送排出土体的介质。 盾构机既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。盾构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。它包括三部分：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。大多数盾构的形状为圆形，也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形式。 其工作原理是： （1）盾构机的掘进：液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。 （2）掘进中控制排土量与排土速度：当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍塌或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流入泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。 （3）管片拼装：盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。 二、盾构法施工的优缺点 1、优点：用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。对于过江、过海长隧道的施工具有明显的优势。 2、缺点：盾构法施工对断面多变区段适应能力差，对地质的认识不足会造成很大风险，如地下水、流沙、孤石、软硬地层、溶洞、有毒气体，有限空间作业等会造成事故隐患，因此对安全管理提出了很高的要求。 三、盾构法施工的安全管理 根据盾构机的工作原理，盾构法施工安全管理具有一般的工程建设安全管理特点，又具有特殊的要求，因为盾构机是在地下有限空间作业，一般埋深十几米到几十米不等，地下地质复杂，各种土层、岩石、地下水、流沙、溶洞、孤石、软硬地层、有毒气体等难以探明及控制；地下压力大，过江、过河、过重要建筑等存在很多不安全因素，风险大，其安全管理是个复杂而艰巨的任务。因此盾构法施工的安全管理非常重要，安全管理不到位，有可能发生重特大事故，对人员的生命造成巨大威胁，财产损失大，对社会影响大，是国家和政府重点关注的行业。因此地铁盾构法施工首先要满足国家的安全生产管理要求，符合法律法规、规章制度、标准、勘察设计、施工合同等的要求，执行当地政府对地铁建设的要求，科学化、精细化、信息化施工，从源头上预防事故的发生，确保工程安全顺利进行。 （一）工程自身风险的管理 工程自身风险是指在工程施工过程中因工法不合理、施工工艺不合理、操作不当或违反操作规程、施工流程错误以及受较复杂的工程地质条件影响，造成在施工过程中发生的设备损坏、人员伤亡、结构倒塌、土体坍塌等施工风险。主要包括如下各项： 1、盾构吊装、吊拆； 2、盾构始发、接收； 3、洞门破除； 4、盾尾刷更换； 5、刀盘维修、刀具更换； 6、电瓶列车脱轨； 7、螺旋机喷涌； 8、盾构机非正常停机； 9、盾构过软硬不均地层；
特殊地段及复杂地质条件盾构施工技术措施
特殊地段及复杂地质条件盾构施工技术措施 一. 盾构下穿河流（续） 1.应对江河地段水文地质条件、河床、河堤状况、水流速度、水深、淤泥层厚度、岸边建（构）筑物情况及保护要求进行详细调查。必要时进行补堪，确定河底地质。 2.应对地质勘探孔位进行调查确认，防止河水从勘探孔灌入隧道。 3.盾构应具有土仓加泥或泡沫的功能，螺旋输送机应设有防喷装置。 4.穿越时在土仓和刀盘前注入泡沫、膨润土改善渣土性能，防止涌沙突水发生。 5.盾构机刀盘处于河岸前一倍覆土厚度时，应逐渐降低土仓压力，到达河岸下方时，土仓压力应与浅覆土的河流段土压力相等。确保快速通过危险区域。 6.穿越前，应对盾尾密封系统做全面检查和处理。使用优质盾尾油脂，掘进中不断地对盾尾密封注入油脂，保证每环30kg以上。防止泥水和浆液进入盾体。 7.严格控制盾构操作，控制好盾构的各项参数，调整好盾构推进油缸的压力差及各组推进油缸的行程，避免盾构上浮。注浆材料加入早强剂，块速达到强度。 8.注浆压力在理论上减小0.05—0.1MPa，避免形成劈裂注浆，造成河水倒灌。必要时，可每１０环压注一次环箍（双液浆、水泥浆），防止窜浆，增强盾尾防水能力。注浆时应注意管片变形及隧道上浮。保证出渣量与掘进速度一致，避免“冒顶”。 9.掘进时保持土压平衡，停止掘进时保持土仓压力为正常值的1.1—
1.2倍。 二．穿越风险源施工 盾构穿越铁路、桥梁、建(构)筑物、大型管线、河流、胡泊、主干道路、不良地质地段（简称穿越施工）： 1. 盾构机组装时，禁止使用劣质盾尾刷；使用优质盾尾油脂，防止盾尾漏浆。 2.加强盾构机检修、保养工作，保持盾构均速、快速施工，避免非正常停机。 3.确保盾构机姿态，减少姿态调整引起的土层扰动，必须纠偏时每环纠偏量控制在4mm以内。 4.必须对同步浆液的稠度进行现场测试，浆液水泥含量不得低于120kg/m3,稠度不得大于11，浆液初凝时间不得大于6小时。 5.必须进行“持续”注浆，即：除同步注浆和二次注浆外，盾尾与二次注浆之间的管片（一般为5—8环），在不能实现二次注浆之前，必须进行间歇注浆。必须保证从同步注浆开始，盾尾以后的所有管片都能实现即时注浆，以控制地面沉降。 6.必须加大监测频率，根据监测数据及时调整土仓压力，注浆压力及注浆量。 7.必须坚持精细化施工，每天至少两次进行穿越过程书面作业，即：核对盾构机与地面建（构）筑物的精确对应关系，分析监测结果，对沉降部位及时采取措施。 三. 浅覆土地段推进 （覆土厚度不大于盾构直径的地段）
土压平衡盾构施工技术难点及处理措施
土压平衡盾构施工技术难点及处理措施 【摘要】土压平衡盾构以其高效、安全、环保等优点，已被广泛应用于地铁施工中，虽然技术成熟，但施工中一些常见的问题，施工方依然应当采取预防及处理措施，从而确保地铁工程的施工质量。本文根据实际工作经验，对施工中几个常见的难题探讨了其预防及处理措施。 【关键词】土压平衡盾构；盾构法隧道；事故预防；处理 一、盾构刀盘结泥饼问题 盾构机穿越粘土地层时，如掘进参数不当，则刀盘和土仓会产生很高的温度，这样粘土在高温、高压作用下易压实固结成泥饼，特别是刀盘的中心部位。当泥饼产生，最终会导致盾构无法掘进。 施工中采取的主要技术措施为：1）施工前分析隧道范围内的地层情况，在到达此地层前把刀盘上的部分滚刀换成齿刀，增大刀盘的开口率。3）合理增加刀盘前方泡沫的注入量，增大碴土的流动性，减小碴土的黏附性，降低泥饼产生的几率。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）如果刀盘产生泥饼，可空转刀盘，使泥饼在离心力的作用下脱落，施工过程中确保开挖面稳定。7）如上述方法均未能奏效，则可采用人工进仓处理的方式清除泥饼，人工进仓处理前如掌子面地层软弱，则需进行预加固。 二、桩基侵入盾构隧道 城市地铁线路规划设计应避开重要建（构）筑物、避开建筑物的桩基，但城市中心区内房屋建筑较为密集，要求线路选线时避开所有的建筑物是不现实的，因此难免会有一些建筑物桩基侵入隧道，由于许多桩基为钢筋混凝土结构，盾构机无法通过，需要对桩基进行拆除。针对侵入盾构隧道的桩基，采取的措施为：1）具有承载力的桩基，采取桩基托换方法。2）大竖井暗挖拆除桩基方法。3）小竖井开挖分区拆除桩基方法。4）人工挖孔+暗挖横通道拆除桩基方法。 深圳市地铁龙岗线西延段3153标盾构区间下穿燕南人行天桥，开工前该桥地表以上部分已经拆除，但桩基并没有拆除。调查资料显示共有8根直径为1.2m 的人工挖孔桩侵入右线隧道，盾构机无法安全、顺利通过。为了使侵入隧道的桩基不对盾构施工造成影响，采用比原桩基直径大的人工挖孔桩自地表而下来破除侵入隧道范围内的桩基。燕南人行天桥与盾构区间隧道位置关系如图所示。侵入隧道桩基与隧道纵面位置关系如图1和图2所示。 图1 燕南人行天桥与盾构区间隧道位置关系图 图2 侵入隧道桩基与隧道纵面位置关系图
盾构施工控制要点
盾构施工准备 技术准备 了解工程条件，包括水文地质条件、施工场地条件、管片运输与渣土消纳条件、噪音影响、供电、供水、排污条件、民扰、扰民问题、拆迁占地等； 地面建筑物与地下管线调查，地下管线必须逐一现场核实；在盾构掘进前必须进行地下空洞探测； 编制施工组织设计和临电施工组织设计 风险源识别与分析，编制专项方案(包括工程自身风险和盾构开仓检查、换刀带来的风险) 编制项目进度计划（特殊地层必须考虑刀盘、刀具检修以及由其引起的施工占地协调、管线改移等对整个工程工期的影响） 制定盾构施工过程管理措施与控制目标 编制盾构施工辅助工程专项施工方案（包括盾构机及龙门吊、砂浆搅拌站等大型设备运输、组装及解体方案、盾构始发和接收端头加固方案、始发与接收方案、联络通道和其它附属工程施工方案、弃土坑施工方案、盾构防水等、需要中途进行刀盘刀具检修的还需编制专项方案） 建立质量保证体系与绿色、环保和文明施工体系 物资准备 盾构机及大型运输、吊装设备选用 盾构施工配套垂直运输设备、水平运输设备选型与采购（龙门吊、塔吊、电瓶车、管片车、渣土车等），需注意点 制造与采购工期，一般在6个月左右 电瓶车选择必须考虑多个工程的使用以及隧道纵坡对其牵引力的影响 浆液制备与泵送设备（搅拌站、浆液输送泵、浆液车） 盾构始发、过站、接收用钢结构（反力架、反力环、机座、过站小车） 盾构机后配套管线及运输通道（供水管、排水管、盾构机供电电缆、隧道内照明、轨道、枕木、走道板、管钩等） 盾构配件及耗材（刀具、常用配件、盾尾密封油脂、泡沫、膨润土、润滑油脂等）现场临时用电、临时用水材料，应急发电设备。 场地内装载、搬运设备（装载机、叉车、挖掘机） 工地通用机械（空压机、电焊机、切割机等） 人员准备 建立组织机构 制定岗位职责 管理人员安全教育、业务培训 作业工人安全教育、业务培训 持证上岗 所有人员签订劳动合同，办理工伤等各项保险 场地布置 盾构施工场地布置应统筹考虑，协调合理，绿色施工。主要包括：垂直运输系统、
盾构施工地面沉降的控制技术
盾构施工地面沉降的控制技术 现在对环境控制的要求越来越高，对盾构穿过城市中心重要建筑时的影响要求极为严格 (如上海,广州的多座地铁隧道的建设.一般要求施工时地面沉降控制在+10mm~－30mm 之内) 。盾构施工不可避免地干扰原土层的平衡状态，虽从理论上可实现无沉降施工，但限于目 前工艺和施工手段、操作质量，几乎无法做到地面无沉降或隆起。目前，国内外许多学者从事这一方面的研究，内容包括盾构施工引起的地表沉降、地层沉降以及盾构施工对邻近建筑物(桩基及已建隧道等)的影响等。研究的方法主要有经验公式法、离心模型试验和有限元法等。 第一节盾构施工引起的沉降理论和基本规律 1、盾构施工引起的沉降理论 盾构施工必然扰动地层土体,引发地层损失、隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结,这是构成地面沉降的根本原因.在软土地层中用盾构法施工隧道,因地层损失和土体扰动, 必然引起地表变形.表现在盾构机掘进的前方和顶部会产生微量的隆起,盾构机部分通过地表 开始下沉, 盾尾脱离后地表下沉加快,并形成一定宽度的沉降槽地带,下沉的速率随时间而逐渐 衰减,且与盾构经过的地质,施工工况和地表荷载等有密切的关系,并表现出相当大的差异性。 土体的扰动或扰动土多是针对原状土而言，大体是指由于外界机械作用造成的土的应力 释放，体积、含水量或孔隙水压力的变化，特别是土体结构或组构的破坏和变化(如填土路基 等)[2]。 图5-1-1 盾构施工对土体的扰动 盾构前进过程中需要克服盾构外壳与周围土体的摩擦力F1、切口切入土层阻力F2、盾构机和配套车架设备产生的摩擦力F3、管片与盾尾间的摩擦力F4、开挖面的主动土压力F5，当 千斤顶推力T≥F1＋F2＋F3＋F4＋F5 时，盾构前方土体经历加载阶段，产生如图5-1-1 所示的 挤压扰动区①，开挖面受挤压作用引起土体压缩并使土体前移和隆起，盾构机工作正常时为此状况；当T＜F1＋F2＋F3＋F4＋F5 时，盾构机处于静止状态，该状态对应于千斤顶漏油失 控，土体严重超控，盾构机前方土体则要经历卸载阶段，产生土体向内临空面移动，地表出现下沉．为减少开挖面土体的扰动，应尽量保持密封舱内压力Pi 稍大于主动侧压力Ph 和水压 力Pw 之和,开挖面正前方区域内土体由于刀盘的挤压搅削作用，将受到强烈的扰动而发生破 坏，含水量降低，其力学参数将发生很大的变化。 盾构推进过程中盾壳与周围土体之间产生摩擦阻力，该力作用的结果则在盾壳周围土体 中产生剪切扰动区②，该区的特点是范围较其它区小。 在剪切扰动区②以外，由于盾尾建筑间隙的存在，土体向间隙内移动，引起土体松动、 塌落而导致地表下沉,盾构上方土体由于自重和地面超载(当有地面超载时)往下移动而形成卸
土压平衡盾构始发工艺流程
土压平衡盾构始发工艺流程 3.4.1工艺概述盾构始发是隧道盾构法施工的一大关键环节，也是盾构法施工隧道的难点之一， 始发的成败 将对隧道施工质量、进度、安全、工期及经济效益产生决定性的影响。 3.4.2作业内容主要作业内容：包括始发端头地层加固、始发台定位安装、盾构机下井组装并调 试、反力架 定位安装、洞门围护桩破除、洞门导轨安装、洞门密封装置安装、负环管片安装等。 3.4.3质量标准及验收方法 一、附属设施 1．始发基座主要作用是用于稳妥、准确地放置盾构，并在基座上进行盾构安装与试掘进，所以基座必须有足够的强度、刚度和安装精度，并且考虑盾构安装调试作业方便。 -209-
2．对始发台、反力架进行全面的检查与修理，反力架受力要检算，安装固定必须在定位完成后进行，反力架支柱底部必须以钢板垫实，始发台必须通过加固挡块固定于地面上，近洞门端须支撑于车站二衬墙上； 3．洞门防水装置安装时必须将连接螺栓栓接牢固，根据实际情况合理对扇形压板的位置进行调整，防止帘布橡胶板外翻影响防水效果；在进行洞门凿除、始发台加固等施工操作时，注意对帘布橡胶板的保护；确保将洞门圈周边的钢筋及混凝土清除干净，避免对盾构掘进造成影响； 二、始发掘进 1．洞口拆除后必须尽快将盾构向前推进，使盾构刀盘切入土层，尽量缩短正面土体的暴露时间，在拆除封门的同时，作好盾构掘进和管片拼装的准备工作。 2．洞门凿除前，应对洞门经改良后的土体进行质量检查，合格后方可进行洞门凿除；应制定洞门围护结构破除方案，采取适当的密封措施，保证始发安全。 3．第一环负环管片定位时，应先保证管片横断面应与路线中线垂直，待管片完成定位后，将管片与反力架之间的空隙填充密实。 4．盾构空载调试运转正常后开始盾构始发施工，在开始进行负环管片后移时，应通过控制推进油缸行程的方法控制负环管片后移，所有推进油缸行程应尽量保持一致。 5．盾构在始发基座上向前推进时，应注意对反力架的保护，根据反力架的强度制定推力限制，并尽量做到不调向，油缸均匀施加推力。 6．始发掘进过程中应严格控制盾构的姿态和推力，并加强监测，根据检测结果调整掘进参数。 7．为防止管片发生旋转，始发阶段应注意扭矩控制，一般情况下，始发阶段的盾构扭矩值不得大于正常掘进的70%，并可在盾壳与始发台接触部位焊接“防扭挡块”，在推进过程中注意及时割除。 8．在盾构始发阶段，应注意各部位油脂的使用和消耗情况。 3.4.4工艺流程图 图3.4.4-1 土压平衡盾构始发流程框图 -210-
盾构隧道施工方法及技术措施
盾构隧道施工方法及技术措施 § 1端头加固 1.1 端头加固概述 盾构进出洞门外土体为软弱含水的土层，盾构机在进出洞时，工作面将处于开放状态，这种开放状态将持续较长时间。若不提前加固处理，地下水、涌水等就会进入工作井，就会导致软弱地层不稳定，严重情况下会引起洞门塌方。为确保施工安全及盾构机顺利始发及出洞，必须对洞门外土体进行加固处理。 本标段盾构始发及到达共有4个端头需要加固，具体加固方法见表8-1-1 1.1.1加固的原则 （1）根据隧道埋深及盾构隧道穿越地层情况，确定加固方法和范围。 （2）在充分考虑洞门破除时间和方法的基础上，选择合适的加固方法和范围, 确保洞门破除和盾构机进、出洞的安全。 1.1.2加固要求 根据始发及到达端头地层性质及地面条件，选择加固方法，加固后的土体应有良 好的自立性，密封性、均质性，采用搅拌桩加固的土体无侧限抗压强度不小于0.8MPa, 8 渗透系数k < 1 x 10- cm/sec。 （2）渗透系数v 1.0 x 10-5cm/s。 1.2 端头的施工 1.2.1施工原理 旋喷法施工是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置，向四周以高速水平喷入土体，借助流体的冲击力切
削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度旋转，一面低速徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀，具有一定强度的桩体，从而使地层得到加固。 1.2.2机械设备 旋喷法施工主要机具设备包括：高压泵、泥浆泵、钻机、浆液搅拌器、空压机、旋喷管和高压胶管等；辅助设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存系统以及各种管材、阀门、接头安全设施等。浆液搅拌采用污水泵自循环式的搅拌罐，钻机采用XY-100型振动钻机，空压机采用SA-5150W空压机，参数为20mVmin。 1.2.3材料要求 旋喷使用的水泥应采用新鲜无结块42.5R普通硅酸盐水泥，浆液水灰比为1:1。稠度要适合，水泥掺入量250kg/m,粘土粉50kg/m,为消除离析，加入0.9 %的碱。浆液宜在旋喷前lh以内配制，使用时滤去〉0.5mm的颗粒，以免堵塞管路和喷嘴。 1.3 端头地层加固施工工艺 1.3.1三轴搅拌桩施工工序 ①定位 三轴搅拌机开行到指定桩位，对中。当地面起伏不平，应注意调整机架的垂直度；搅拌桩的桩位偏差不得大于50mm垂直度不得大于1.5%。 ②制备水泥浆 在搅拌机定位的同时即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，水泥浆的搅拌采用二次搅拌方式，灰浆拌和时间不少于2mi n，保证拌和均匀，不发生沉淀，放置水泥浆的时间不超过2个小时，搅拌好的水泥浆须在一个小时内用完。外渗剂可根据工程需要选用具有早强、缓凝、减水、节省水泥等性能的材料，为增强流动性可掺入水泥重量0.20%?0.25%的木质磺酸钙，1%勺硫酸钠和2%勺石膏，但应避免污染环境。 ③预搅下沉 检查无误后开动搅拌机，以正循环方式钻进，为避免搅拌过程中喷浆口的堵塞，边喷射水泥浆边搅拌下沉，下沉速度控制在0.8m/min。 ④喷浆搅拌提升 为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30 秒，进行磨桩端，然后以反循环方式提升，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为30s，提升速度要保持均匀，控制在0.5m/min。
盾构法施工特点及工艺流程
①地下施工，必须面对复杂的地质条件和敏感的地面环境。 ②所用设备集成度高，技术含量高。 ③涉及的专业领域较多，对复合型人才有较多需求。 2、盾构法施工的优点 （1）盾构法隧道施工不受地面自然条件的影响。 在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工。 （2）盾构法施工隧道机械化、自动化程度高。 盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快，施工劳动强度较低。 （3）地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰。 在松软地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径隧道，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。
①需要隧道衬砌管片预制、运输、衬砌、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布置、机械安装等施工技术的配合，系统工程协调复杂； ②施工过程变化断面尺寸困难；只能前进，不能后退，当隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工难度大，在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险较大； ③盾构机制造周期长，造价较昂贵，盾构的拼装、转移等较复杂，建造短于750m的隧道经济性差。 4、盾构施工工艺流程 4.1大流程：盾构总体施工流程 大流程：盾构总体施工流程 始发井交付使用→盾构托架就位→盾构机下井、安装、调试→初始掘进（L=约100m）→负环拆除及其它调整→正常掘进→盾构机到达中间站→盾构机通过中间站→盾构机再次安装、调试→盾构机再次初始掘进→正常掘进→盾构机到达终点站→盾构机解体外运→隧道清理准备验收。 4.2小流程：盾构掘进流程 准备工作→转动刀盘→启动次级运输系统（皮带机）→启动推进千斤顶→启动首级运输系统（螺旋机）→停止掘进→安装管片→回填注浆→准备下一环掘进。 开挖→出土→拼装→注浆。
盾构施工控制要点
地铁隧道盾构法施工质量控制重点及措施 摘要:盾构工法是我国城市地铁隧道建设的主要工法,施工人员熟悉和掌握地铁隧道的施工质量控制重点及方法,对保证隧道的安全生产及质量具有重大意义。 关键词:盾构工法;施工质量;控制重点;措施 引言 我国城市地铁隧道建设正步入快速发展的轨道,由于盾构工法具有工期短、造价低、施工领域宽、自动化程度高等特点,因此得到广泛应用。就沈阳地铁2号线土压平衡盾构的施工实践,论述盾构隧道质量的控制方法,并对一些质量控制重点及方法进行探讨。 1 盾构始发阶段 1.1 盾构端头井土体加固(始发)等相关质量控制 在盾构始发时,提高地基强度,防止沉陷,防止地下水突出及土砂等流入端头井内,需进行洞圈周围土体的加固和改良。常用方法有搅拌桩法、药液注入法、冻结法等。无论采取何种方法,加固和改良的效果是质量控制的关键。 (1)加固效果要通过在不同部位、不同深度钻心取样等手段进行验证,确保满足设计要求。 (2)降低地下水位。在始发期间,端头井周围地 下水位要降至洞圈以下1.5—2m,要实施实时监测,并有备用降水井和降水设备。
(3)临时墙拆除。这是在盾构施工中最应引起注意的一道作业,有很大的危险性。国内外有多种始发掘进的方法:①根据地基改良等情况保持始发井前面土体稳定的同时,拆除临时挡土墙进行掘进。②将始发部位做成双层墙结构,边拔除前面的墙边掘进。③用盾构机边直接切削临时墙边掘进。现在多采用第一种方法。拆除临时墙时应掌握门封的具体结构,制定针对性的措施。拆除临时墙的时间应在盾构机调试达到稳定推进条件后。临时墙与盾构机间应预留不小于1.2m的作业空间。拆除临时墙前应钻梅花型探孔(不少于5点)观察,观察时间不少于12h。考虑到综合因素,始发推进尽量选在白天上午。目前正在开发一种盾构机刀盘直接切削的新材料来替代钢筋,可以不必拆除临时墙,无需释放土体应力,就可以使盾构机安全推进,值得关注。 (4)出洞止水密封装置安装。帘布橡胶板上的安装螺栓必须齐全紧固,防翻卷装置加工牢固,帘布橡胶板紧贴洞门,防泥水流失。 (5)始发出洞应做如下工作:①洞门凿除后,盾构机应迅速靠上洞口土体。②观察洞口有无渗漏,如有应及时封堵(应急封堵材料及排水设备)。③盾构机土仓内不得有砼块、钢筋等,临时墙周边钢筋不得伸入盾构切削圆周内。④第一正环拼装时检查最后一负环管片的位置、真圆度等。⑤控制推进千斤顶的使用情况,防止盾构机磕头或上飘。⑥严格控制负环管片的真圆度。 1.2 盾构始发设备 1.2.1 盾构机基座质量控制重点 (1)位置及尺寸。基座设置前,应对洞中的实际净尺、平面位置、直径及高程进行复核,确定基座的位置和高程。盾构姿态的调整,