地铁隧道盾构法施工变形及控制措施研究
题目地铁隧道盾构法施工变形及控制措施研究
作者舒勇
学科、专业
建筑与土木工程指导教师
姜安龙副教授申请学位日期2014年5月学校代码
10406分类号
U451密级学号110085213004
盲审编号Z120
学校代码：10406分类号：U451学号：110085213004
南昌航空大学
硕士学位论文
（专业学位研究生）
地铁隧道盾构法施工变形
及控制措施研究
硕士研究生：舒勇
导师：姜安龙副教授
申请学位级别：硕士
学科、专业：建筑与土木工程
所在单位：土木建筑学院
答辩日期：2014年5月
授予学位单位：南昌航空大学
Research on Calculation Method and Controlling Measures of Ground Settlement Induced By Subway Shield Tunnelling
Construction
A Dissertation
Submitted for the Degree of Master
On Architechtural and Civil Engineering
by Yong Shu
Under the Supervision of
Prof.An-long Jiang
(College of Architecture)
Nanchang Hangkong University,Nanchang,China
May,2014
南昌航空大学硕士学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是我个人在导师指导下，在南昌航空大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确地说明并表示了谢意。本声明的法律结果将完全由本人承担。
签名：日期：
南昌航空大学硕士学位论文使用授权书
本论文的研究成果归南昌航空大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解南昌航空大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。
（保密的学位论文在解密后适用本授权书）
签名：导师签名：日期：
摘要
随着社会经济迅猛发展，地上空间的开发利用已经远远不能满足城市发展的需要，如何更好地开发利用地下空间是解决城市交通发展瓶颈的第一要务。盾构法以其地层适应强、速度快、施工质量有保证等显著的优点被广泛地应用于城市地铁建设中，然而在盾构掘进施工过程中，无法避免对周围岩体产生扰动，因而引发程度不同的土体变形和地层位移。因此，必需掌握盾构施工对土体的扰动机理和范围，分析得出扰动土体的分布规律和控制因素，才能在盾构施工阶段准确预测和控制地表沉降。
本文以南昌地铁某盾构区间隧道工程为背景，结合有限差分软件FLAC3D进行数值模拟和现场实测方法，对地铁隧道盾构施工引起的地层变形进行研究，主要研究内容以及取得成果有：
(1)回顾了盾构法隧道的发展及在中国的应用现状，并对盾构隧道施工引起的地层变形预测方法进行了概括和总结，分析了盾构隧道施工导致地表沉降的机理。
(2)采用有限差分法FLAC3D能较好地模拟土压平衡盾构在富水砂砾石地层施工，得到计算结果与现场实测值较好吻合，可以应用于实际工程进行变形预测，以及对地层位移影响因素进行分析。
(3)运用FLAC3D可以模拟盾构施工引起的隧道横向地表沉降规律和隧道纵向地表沉降规律，得出横向地表沉降呈“V”形，从隧道中心正上方向两边扩散且沉降量逐渐减小；纵向地表沉降呈“S”形，离盾构开挖面前方一定距离表现为隆起，开挖面后方表现为沉降且随开挖深度增加而逐渐加大，最终趋于稳定。
(4)结合实际盾构工程进行地表沉降监测，在富水砂砾石地层通过添加膨润土或者泡沫进行渣土改良施工，使得渣土具有较好的流动性和止水性效果，利于开挖面保持稳定，有效控制地表沉降。
关键词：隧道工程；富水砂砾石地层；地层变形；数值模拟；渣土改良
Abstract
With the rapid development of social economy,development and utilization of floor space have been far from meeting the needs of urban development,and how to make better use of underground space development is to solve the bottleneck of the development of urban transport priority.Shield adapt its formation,speed,construction quality assurance,and other significant advantages are widely used in urban subway construction,but in shield tunneling construction process,you can not avoid disturbance to the surrounding rock mass produced,thereby triggering different levels of soil deformation and ground movement.Therefore,it is necessary to understand shield construction on soil disturbance mechanism and scope of the analysis results and control the distribution of the disturbance factors of soil,in order to accurately predict and control surface subsidence in the shield construction phase.
In this paper,Nanchang Metro Shield Tunnel project as a background,combined with numerical simulation and field measurement methods for predicting ground deformation caused by shield construction subway tunnel studies,the main research work and achievements are：
（1）Reviews the development and application of shield tunneling current situation in China,and ground deformation caused by shield tunneling prediction methods were summarized and concluded,analysis the mechanism of surface subsidence caused by a shield tunneling.
（2）FLAC3D finite difference method can simulate EPB shield in water-rich sandy and gravel construction,the results obtained in good agreement with the measured
on-site,can be ground displacement and deformation prediction analysis of the factors affecting the actual project.
（3）FLAC3D can simulate the use of ground settlement and lateral longitude tunnel shield tunneling ground settlement,which caused by the lateral settlement of earth surface draw a"V"shape,from the direction of the positive sides of the center tunnel and the settlement diffusion decreases;The vertical settlement of earth surface was"S"shaped,shield excavation from a certain distance in front of party performance uplift,excavation face behind the performance of the settlement and with the excavation depth increases gradually increased and then stabilized.
（4）Shield works with the actual surface subsidence monitoring,in water-rich sandy and gravel formations improved ground conditioning by adding bentonite or foam
construction,making ground conditioning has good fluidity and sealing of the effects, beneficial to the excavation face remained stable,effective control surface subsidence. Key words:Tunnel Engineering;Water-rich sandy and gravel;Ground deformation; Numerical Simulation;Ground conditioning
目录
摘要................................................................................................................................I Abstract............................................................................................................................II 第一章绪论. (1)
1.1引言 (1)
1.2盾构法隧道概述 (2)
1.3国内外研究现状 (4)
1.4本文主要内容及其研究思路 (8)
1.5本章小结 (9)
第二章盾构隧道施工引起地表沉降机理分析 (10)
2.1盾构施工对地层的扰动机理 (10)
2.2盾构施工引起的地层沉降机理分析 (12)
2.3本章小结 (15)
第三章土压平衡盾构施工变形三维数值模拟分析 (16)
3.1FLAC3D数值软件简介 (16)
3.2工程概况 (18)
3.3计算模型的建立 (19)
3.4计算结果分析 (22)
3.4.5本章小结 (27)
第四章盾构施工监测与数据分析 (28)
4.1区间隧道工程概况 (28)
4.2盾构施工监测方案 (31)
4.3盾构施工变形监测分析 (34)
4.5本章小结 (39)
第五章富水砂砾石地层盾构施工控制技术措施研究 (40)
5.1盾构穿越富水砂砾石地层风险分析 (40)
5.2土舱渣土性质分析 (41)
5.3渣土改良技术措施 (42)
5.4开挖面稳定性技术措施 (46)
5.5本章小结 (48)
第六章结论与展望 (49)
6.1主要研究成果 (49)
6.2展望 (49)
参考文献 (51)
攻读硕士学位期间主要研究成果及科研情况 (54)
致谢 (55)
第一章绪论
1.1引言
随着社会经济迅猛发展，城市规模不断扩大，导致人类地面活动空间缩小，特别在经济发达城市，城市快速的扩张发展不能仅仅局限于开发地上空间。在经济水平发达的西方国家大中城市里，地铁已然成为缓解交通客流压力的主要交通工具之一。修建越江隧道和大型地下停车场等城市基础设施能较好地分担路面交通压力，伴随着地下空间的有效开发利用，新近出现了“地下综合商业街”等复杂结构体系。“地下综合商业街”是集商业、餐饮、交通、办公等多种功能于一体的地下活动中心。由此可以预见，地下空间的开发利用在二十一世纪将得到前所未有的重视[1,2]。
在新世纪使用地下空间时，盾构法隧道施工作为关键技术目前在交通和能源供给等领域已经得到充分利用[3]。从上世纪90年代开始，随着我国经济总量迅猛增长和城市扩张步伐的提速，北京、上海等中国特大城市地面交通持续高负荷增长，给人民群众出行带来了巨大压力。因此修建地下铁道已成为解决交通客流压力的路径之一，应用盾构法建设地铁隧道在北京、上海等城市与日俱增。随着盾构国产化的普及使用，在未来盾构施工掘进技术将会得到史无前例地繁荣发展。
鉴于盾构法施工隧道获得了大家认可，从上个世纪60年代开始，盾构技术发展越来越快速化，为了满足不同土质的施工需要，造就了类别不同的盾构机。盾构根据其截面特征可分为：单圆盾构、多圆盾构、非圆盾构。非圆盾构可分为椭圆形盾构、矩形盾构、马蹄形盾构以及半圆形盾构。盾构施工方法和技术措施随着社会发展不断革新，建设隧道越来越多地采用盾构法进行施工。但是使用盾构机进行隧道施工，不可避免地扰动了邻近围岩，进而土体发生不同的变形量以及改变了地层位移量。如果土体变形和地层位移超过一定限度时，那么就会对施工隧道附近建筑物以及地下铺设的管线正常使用带来隐患[4]。
一般在土体稳定性差的地层中修建隧道时通常采用盾构施工，如果不能保证有效稳定的土压平衡关系，那么将会导致开挖面失稳，从而引起地表沉降。引起沉降的本质是由盾构施工造成对土体扰动，隧道邻近的土体受到扰动或剪切破坏后发生再固结。所以，若要把由盾构施工引起的沉降控制到最小范围，就必须掌握对土体产生扰动理论和影响范围，通过解析方法得到受扰动土体形成规律以及采取有效措施，确保能够在盾构施工过程正确评估地表沉降大小[5~7]。
依据大量国内外工程实践经验，尽管盾构法隧道施工技术目前已发展较为成
熟，尤其是土压平衡盾构的应用，但是在施工时都不能避免扰动土体，导致土体出现不同程度的位移以及变形，因而表现出地表下沉和隆起现象。当这种地层位移变化值超过允许值时，就会影响隧道周围建筑物正常使用，对人民群众的安全生活和生产带来负面影响。
目前，南昌地铁一号线正如火如荼地进行建设，初期施工缺乏相关盾构施工经验，没有本地区的盾构施工参数可供借鉴，同时也缺乏理论知识对实践工程的指导。一号线某盾构区间穿越富水砂砾石地层，该地层经过的地区属于城市繁华地段，濒临赣江，地下水位高，周围建筑物密集，对工程的安全施工和周边环境的影响要求较高。如何减少因盾构施工引起的对邻近土层影响程度，使得对附近重要建筑物和已经铺设的地下线路影响降到最低，以及做好切实可行的措施保护附近重要建筑物，是所有参与盾构施工隧道的科研专家和一线施工人员最为关注的难题。因此，研究在富水砂砾石层地层中的土压平衡盾构隧道施工引起的地层扰动的机理，以及由其产生的地表沉降和隆起现象和掘进施工时确保开挖面稳定显得尤为重要，本文将对这一系列问题着重进行分析研究，为南昌地铁后期建设提拱相关理论依据和参考。
1.2盾构法隧道概述
1.2.1盾构法
盾构法，就是利用有特定形状的钢制构件按照设计的隧道轴线通过挖掘土体向前掘进，在开挖土体阶段，钢制构件用来维持土体稳定、保护作业人员安全施工。当使用盾构在地下修建隧道时，确保掌子面稳固，防止掌子面正面土体出现塌方，利用盾构机外壳坚固性能够安全地在地下进行隧道挖掘和管片拼装，因而修建一条完整隧道的作业方法[8]。盾构法示意图1-1所示，盾构机构造如图1-2。
盾构施工基本原理是在开挖土体推进施工时力求把对岩体的扰动降到最低，尽最大可能降低影响地面建筑物和地下设施。盾构主要是通过其坚硬的盾壳和管片刚度维持四周岩体稳定的前提下进行隧道开挖。代表闭胸式盾构的主要是土压平衡和泥水加压盾构，利用土舱压力或者泥水压力来平衡掌子面的水土压力，以此保证掌子面稳定。
目前在实际工程施工中主要使用土压平衡和泥水加压盾构，这两类机型特点是充分考虑了盾构推进同时能够稳定开挖面，不需要采取其他辅助措施，对一些地质情况复杂的地层也能够很好地满足[8]。
图1-1盾构法施工示意图图1-2盾构机结构示意图
1.2.2盾构法技术特点及适用范围
盾构法施工的主要步骤是首先利用地下连续墙修建地铁车站，通过车站两端竖井将盾构组件吊入站内进行安装，然后盾构从车站一端竖井的洞门处始发开挖土体并按照着既定的设计路线掘进到达下一车站的端口处。采用盾构进行开挖隧道主要有挖掘土体速度快、天气因素干扰小、信息化程度高以及能够有效控制地表沉降与隆起等诸多特点。它的主要优点有如下四个方面：
(1)对市区路面交通与附近居民生产生活影响非常小。除了修建地铁车站使用一些场地外，由于隧道全在地下开挖掘进沿线不需要任何场地，不用对沿线商铺、居民区以及企业进行搬离拆迁。
(2)盾构是“量身定制”的。盾构主要是根据所修建隧道的地质情况专门制作，同一地区每个盾构区间都可能使用不同类别的盾构机械。
(3)施工标准高。盾构隧道是一类特殊的土木工程，受到隧道所处位置限制，管片的制作和拼装不能有过大的偏差，否则会对施工过程产生极大影响。
(4)盾构施工只沿前进方向的。如果一切准备就绪进行施工，盾构不能后退进行。这是为了方便盾构能够顺利掘进施工，通常情况下盾构外径大于管片外径。假如拆除已拼装的管片将带来非常大的弊端，除此之外，盾构后退使得开挖面失去支护力，极易产生崩塌。
一般适用于从岩层到土层的所有地层，但对于复杂的地质条件或特殊地质条件应进行认真的论证并选型，选择合适的盾构形式。
1.2.3盾构法隧道在国内的应用现状
新世纪将重点开发利用地下空间，拓宽人们的生活空间范围，同时也给国内各大城市修建地下交通网络带来了机遇。据不完全统计，现前我国已有数十座城市正在修建地铁，如图1-3所示。作为一种安全快捷的修建隧道方法，盾构法在日后的发展过程中必将受到人们的重视与推广。
图1-3中国城市地铁建设规划(2010)
在我国使用盾构技术修建隧道最为成熟的如北京、上海等一线城市，根据地区所处位置的不同其地质情况差异很大，通常可以划分为三大类：一是代表北方地质的砂砾石土层；二是代表河流软弱冲积土层的中部地区；三是代表风化程度高的岩石复杂地层。
由于盾构施工技术出现较晚，在我国起步也较晚，虽说经过相关地区修建隧道掌握了一定技术措施，然而在很多方面存在不足，需要详细地进行完善和改进施工工艺。总而言之，伴随着我国经济总量提升，人民对活动空间需求量不断扩大，修建地铁已成为迈向大城市的必经之路。在不久的将来可以看到，我国各地将掀起利用盾构法修建隧道的浪潮。
1.3国内外研究现状
从国内外专家学者对因盾构施工导致地表沉降的研究成果可以看出，盾构隧道掘进施工扰动时产生的地表沉降的因素有多种多样的。和原状土相比较来说，土体的扰动主要是因盾构开挖土体使土应力得到释放，引起土体体积、孔隙水量以及水压力的变化，特别是土体组构发生改变和破坏。盾构掘进施工引起土体扰动主要体现在盾构机对土体进行施加荷载与卸载、对土体进行压密与松动，以及造成土体中的孔隙水压力升高与降低等表现将会引起土体的性状发生改变、地表隆起下沉等[4]。盾构法施工导致邻近土层变形的根本原因是土体的初始应力状态已经发生改变，使得原状土体历经压缩变形、剪切变形、扭曲变形等繁杂的应力路径[7]。扰动由此带来的影响程度有较多原因，包括盾构机类型、施工掘进设定参数(土舱土压力、刀盘旋转扭矩、推进动力、注浆压力、注浆量等)、土体性质、隧道所处位置、隧道结构尺寸以及上部施加荷载影响等。盾构掘进施工对土体性质引起的扰动使得土体应力与应变发生了变化，应力的变化体现在土体总应力与孔
隙水压力两者的改变，其中总应力变化是指土体开挖后荷载卸除和土体发生拱起，孔隙水压力变化则是因盾构推进时土体受到挤压变形导致地下水位改变引起的。
目前国内外专家学者对盾构隧道掘进施工所引起的地层变形及隧道沿线既有结构建筑物影响的研究方法主要包括经验法、解析法、模型试验法、数值模拟计算法等。
1、经验公式法
实践工程中常用的是Peck公式和一系列Peck衍生公式。1969年，Peck[9]提出了地层损失的概念。通过对大量实测地表沉降数据分析后，Peck认为隧道横断面地表沉降槽近似正态分布曲线（如图1-4所示）
图1-4隧道上部沉降槽形状
Peck横向分布公式为：)
2
exp(
2
2
max i
x
S
S
x
-
=（1-1）
i
V
i
V
S s
s
5.2
2
max
≈
=
π
（1-2）式中：Sx—离隧道中心点处的地表沉降值(m)；
max
S—隧道中心的地表沉降值(m)；
x—离隧道中心的距离(m)；
i—沉陷槽的宽度系数；
s
V—开挖1m隧道引起的地层损失量。
?
?
?
?
?
-
=
2
45
tan
2
?
π。
z
i（1-3）
式中：?—隧道周围地层的内摩擦角。
周文波[10](1993)用统计方法归纳整理得出横向最大沉降量的估算公式。
对砂性土：
??
? ??=R z S 2/8655.7exp 032.1max （1-4）对黏性土：
1556
.1max 4233.72ln 173.12086.29N R z S +??
? ??-=（1-5）沉降影响范围估算公式为：n R z Rk ??
? ??=25.1ω（1-6）式中：n k ,—参数，采用土压平衡盾构时，对黏性土：70.0,3.1==n k ；对砂性土：
2.1,65.0==n k 。此外，针对于地面沉降量的纵向沉降分布计算，刘建航院士[11]总结了上海等地区软土地质盾构隧道工程的经验，根据Peck 公式的基本原理，提出了负地层损失的概念，并对Peck 公式进行了系统修正，公式如下：
??????---+??????---=)()(2)()(2V y)(2l1i y y i y y i V i y y i y y i S f i l f i φφπφφπ（1-7）
式中：)(y S —沿隧道纵向轴线分布的沉降值(m ），正值为沉降值，负值为隆起值；
1l V —盾构开挖面地层损失率；
2l V —盾尾施工间隙产生的地层损失率；
y —沉降点至坐标原点之间的距离(m)；
i y —盾构掘进起始点与坐标原点之间的距离(m ）；
f y —盾构开挖面处至坐标原点之间的距离(m ）；
φ—正态分布函数；
2、解析法
(1)弹-粘-塑性理论方法
日本的久保胜保把土体当做弹塑性与粘弹性材料，研究了圆形断面隧道的非线性弹塑性的理论解，表明了土体的非弹性特性，并考虑时间与地层位移的关联特性[12]。Verruijt 和Booker [13]提出了预测盾构隧道导致地层变形的弹性解，Park 进行了修正并考虑了不同隧道断面的变形影响[14]。侯学渊、陶履彬[15]等通过使用轴对称的平面应变弹性理论对圆形断面隧道的应力场与位移场进行分析。
(2)随机介质理论方法
波兰著名学者李在对采煤岩层与地层运动进行分析时提出了随机介质理论，通过研究砂箱模型试验，提出了五大公理，依靠严谨的数学推算方法，建立了随机介质理论。随机介质理论经提出建立以来，我国学者刘宝琛院士等在此基础上研究了地表开挖带来的地层移动和变形问题，建立并推导出地表沉降槽纵向计算公式[16~18]。
3、模型试验法
Litwinizyn[19](1957)把许多直径相同的的球体在某种介质模型中用来模拟地层，假定地层是由这些球体堆积而成，但是不假定地层的应力应变状态，得到试验结果说明地层横向沉降槽分布图与高斯曲线没有任何差异。
Imamura等[20](1998)在模拟隧道挖掘时采用微型盾构，探讨衬砌顶端土压和地面变形在处于不同埋深隧道以及盾尾有间隙的变化情况，结果说明中心沉降值大小与隧道埋深比成指数关系，并且与Peek得出的正态分布曲线吻合。
Loganathan[21]（2000）利用模型研究隧道在不同的埋深下对周围单桩、群桩产生的影响，并在试验进程的同时监测了周围桩基的弯矩、轴力、变形以及周围土层的变形情况，与通过经验公式计算的土层位移数值相比较能够有很好的契合度。
周小文和蹼家骆[22](2002)利用离心模型试验，研究砂性土体隧道支护压力与地层位移两者存在的关系，试验得出了在任意位移条件下计算支护压力的公式。
李围等[23](2005)对南京市玄武湖公路盾构隧道对公路带来的影响进行研究，分析两者相互扰动带来的影响或者可能导致的路面结构破坏。试验结果说明扰动产生的影响较小，且隧道引起的地表沉降不会对公路结构造成破坏。
4、数值模拟计算法
在众多对盾构隧道开挖导致地层位移的研究中，数值模拟方法是地面沉陷估测的有效方法。
Resendiz和Romo[24](1981)在相互独立的二维体系中采用双曲线模型，同时假定为平面应变，并且分析掌子面前面土层位移到尾部孔隙之间产生的影响。此外，研究许多几何和力学参数，同时假设土层中剪切强度和初始应力大小随着埋深的不同而发生线性关系变化，最终得出分析结果为一个无量纲关系式。
Ito和Histake[25](1982)在考虑盾构推进速度、掌子面所处位置以及隧道衬砌的影响下，在粘弹性地层中通过设定边界条件分析由浅埋暗挖隧道盾构施工引起的地面沉降情况。
Clough和Finno[26](1985)使用由经验确定的任意参数在有限元方法中通过模拟施工工艺产生的作用，这种方法最大好处是能够对掌子面土压力的变化情况直接确定土体的扰动大小以及长期固结沉降。
Lee[27]等为了探究浅埋暗挖隧道的三维特性，对具有单一几何形状和地层条件的隧道进行考虑，对两种极限状况下（即完全衬砌隧道与无衬砌隧道）隧道周围土体的应力场和位移场用有限元方法进行分析，结果发现横向平面应变假设所得的结果和掌子面邻近土体中的位移场和应力场大不相同。
Eisenstein[28](1992)避免目前设计隧道的局限，通过将有限元方法与极限平衡理论相结合，研究影响掌子面的稳定性与初始应力场、开挖产生的卸载、土体模量与深度的关系、孔隙水压力改变之间的关系。
1.4本文主要内容及其研究思路
1.4.1主要内容
本文根据南昌轨道交通一期工程某盾构区间实际监测资料，在了解某盾构区间穿越富水砂砾石地层特性的基础上，通过现场实际监测数据，围绕富水砂砾石复杂地层中土压平衡盾构如何保持掌子面压力平衡与稳定及掌握地层变形机理，进一步分析盾构掘进时地层的孔隙水压力、土压力以及地表沉降的变化规律，通过采用有限差分法软件FLAC3D，对南昌地铁某区间隧道富水砂砾石地层条件下盾构施工过程进行三维数值模拟分析，将实际监测数据与数值模拟结果进行结合比较，推出盾构通过富水砂砾石地层引起的地层变形机理，掌握并以此达到有效控制地表沉降。
因此，本文主要研究内容如下：
(1)研究盾构机土仓压力与开挖面压力的平衡原理，得出保证隧道开挖面稳定所需的土仓压力,进一步分析研究土压平衡盾构在富水砂砾石地层掘进施工对土层的扰动机理及产生地表沉降的机理；
(2)运用有限差分FLAC3D软件,建立三维计算模型，模拟盾构在富水砂砾石地层条件下施工产生的扰动影响进行分析，得出隧道纵向和横向沉降规律；
(3)通过对现场实际监测数据的分析整理，结合实际地层特征，得出南昌地区特有的地质条件下盾构施工对隧道引起的地层扰动特征和模式；
(4)探讨在富水砂砾石地层中使用土压平衡盾构如何保证开挖面的稳定。1.4.2研究思路
本文以南昌地铁一号线某盾构区间通过富水砂砾石地层为研究背景，对盾构施工对地层产生扰动进行分析，探讨由此引起的地层变形分析进行，结合数值模拟，得出盾构过富水砂砾石地层一些施工措施，如图1-5所示。
相关研究文
献
工程调研分
析
现场地层
特点
土体扰动机理
地表沉降预测
渣土改良技术归纳总结
理论分析
有限差分法
现场监测数据分析
地铁隧道盾构法施工变形及控制措施研究
施工控制措施
图1-5研究路线图
1.4.3主要创新点
本文以南昌地铁一号线为研究背景，通过有限差分FLAC3D软件进行数值模拟，结合工程实际监测数据，分析盾构施工在富水砂砾石地层掘进施工时对土层产生扰动及扰动机理，本文主要创新点有：
(1)分析了盾构隧道在富水砂砾石地层上产生的扰动及引起扰动的机理,并对由此产生的沉降与隆起现象进行分析；
(2)通过工程实例对由施工引导致地表变形并对沉降规律进行总结分析，得出切实可行的施工措施加以应对；
(3)运用有限差分法软件FLAC3D对南昌地铁区间隧道在富水砂砾石地层条件下盾构施工过程进行三维数值模拟分析，得出隧道纵向和横向沉降规律。
1.5本章小结
本章内容主要阐述了由社会经济快速发展催生了地下空间开发利用，应用盾构法修建隧道缓解城市地面交通压力，介绍了盾构法相关的技术特点以及适用范围，并由此带来的地表沉降变形影响。综述国内外专家学者对这一问题的深入研究成果，据此提出本文的研究内容以及研究思路，为本文后续研究打下基础。
第二章盾构隧道施工引起地表沉降机理分析
盾构法拥有自动化程度高、对周围环境影响较小、施工优质高效等优点，特别是在地质条件复杂、地下水位高等情况下具有明显的优势。目前,在城市地铁隧道施工中，通常采用土压平衡盾构和泥水平衡盾构两种模式。实际上，在选定哪种盾构时，不仅要考虑地质情况、盾构区间长度及盾构外径，而且还要综合研究工程施工环境、工程的施工程序以及对坏境影响程度的要求和经济适用性。本文是以土压平衡盾构通过富水砂层地质时研究地表变形情况[8]。
2.1盾构施工对地层的扰动机理
2.1.1盾构施工对地层扰动影响
和原状土相比较来说，土体的扰动主要是因盾构开挖土体使土应力得到释放，引起土体体积、孔隙水含量以及水压力的变化，特别是土体组构发生改变和破坏。南昌地铁1号线某盾构区间穿越富水砂砾石地层，土的强度低、含水率高、灵敏度大，具有较大的流动性，这类土体经过扰动后会使土体的力学参数发生很大的变化，且长期引起固结沉降和次固结沉降，所以在此类地层盾构掘进时扰动影响非常明显。目前，越来越多的国内外学者已注意到此类问题，研究如何降低因盾构对周围环境的影响，然而缺乏盾构施工对土体的扰动机理和扰动土体的问题，因其对隧道周围地面建筑物、地下管线破坏等现象时有发生，对此问题的深入研究将促进因盾构施工引起的环境病害与防治问题的认识，将为解决由此引起的岩土工程问题提供一条更为有效的途径[29~35]。
㈠、对土体性质的变化
当盾构掘进过程中管片脱离盾尾时，由于管片外径与盾壳内径的制作误差和盾壳本身的厚度，管片与周围土体存在一定的建筑空隙。如果这个空隙没有及时注浆，那么其上方的土体将会坍落到管片内部，且会在覆盖土层继续产生间隙，进一步降低土体的密实度。土体遭受扰动后需要长时间的固结与再固结方能回到原始的应力状态。
㈡、对土体应力状态的影响
当隧道进行盾构掘进开挖时，处于稳定状态地层的周围土体将会发生原始应力状态改变，出现挤压与松动、加载与卸载；当其应力状态发生改变时就会对土体产生扰动，引起地层的隆沉。采用土压平衡盾构开挖隧道时，将改变土体的应力状态和应力路径，且处在不同位置的点应力路径也不相同。
㈢、对不良土层的影响
不良地层将会加大盾构施工难度，同理盾构也会对不良土层产生影响。例如，有些饱和的砂土或者砂质粉土会在刀盘的切削与旋转作用下发生土体的液化。由于衬砌都是环与环相连接，之间会存在缝隙，含有砂石颗粒的泥水渗透进入缝隙，将会导致土体的局部坍塌。
㈣、对水和泥浆的扰动
在盾构机推进过程中，周围土层地下水的含量与紊流的运动状态可能都将会发生改变。与此同时，泥浆的外排与回流也会对环境造成极大的影响。
2.1.2地层扰动时间效应
盾构掘进施工引起的地层扰动随隧道所处的位置、土层情况、经历时间的长短及与盾构所处的相对位置不同而有所差异，体现出强烈的时间效应。根据已有理论及实践经验分析，按其影响因素和沉降类型一般分为如下五个阶段[36~50]:
(1)先行沉降。即指开挖面离地面设定的监测点有几十米距离，直到开挖面抵达既定的观测点前所引起的沉降，也就是盾构抵达前的土层位移。原因是盾构掘进对前方土体产生扰动导致地下水位下降，以及地基有效覆土厚度增加导致对土体挤压，使得土体出现固结沉降。此类先行沉降影响范围随着地层土质情况不同有所差别。
(2)开挖面前的隆起与沉降。即指从开挖面处离设定的监测点开始到开挖面抵达监测点正下方处所产生的沉降，也就是盾构抵达时土层出现的位移。其原因主要是盾构推进动力设定过大引发开挖面土压失去平衡以及土体经开挖后应力释放和盾构反向土舱压力导致的土体塑性变形。通过设置盾构机土仓内的土压力来平衡掌子面出的水土压力，目标为两者压力相互平衡。而土仓内的土压力由实际地层勘察条件来预先设定，若设置的土压力小于原状土层正面水土压力时，掌子面将产生主动土压力，导致正面土体偏向盾构一边，进而引起土层损失，出现盾构正上方土体沉陷变形。如果设置的土压力大于受扰动土层的正面水土压力时，则会产生被动土压力，盾构机上方土体有上拱趋势，从而导致地层隆起变形。
(3)盾构通过时的沉降。即指从开挖面抵达设定的监测点正下方后开始直到盾尾完全通过监测点，这一阶段出现的沉降，主要是盾构机在掘进施工时，由于盾构掘进直径与盾构直径之间有差值，通过刀盘切削土体，使得机体与周围土体产生摩擦，对周围土层产生扰动，造成盾构外壳与土体之间出现剪切滑动面和剪切应力，引起土体变形。
(4)盾尾空隙沉陷。盾构通过后管片离开盾尾的瞬时沉降。为了确保盾构能够顺利推进，其刀盘直径通常比盾构外壳直径略大，这样管片环外径与开挖隧道直径有一定的差值。当已拼装好的管片环脱离盾尾时，其间的空隙会使得土体向隧
道内部的径向移动，因而引起地表沉降变形，沉降变形大小取决于同步注浆压力和浆液填充率，当注浆浆液填充较理想时，沉降会比较小。
(5)后期沉降。由前几阶段地层出现扰动的固结沉降以及残余变形沉降，主因是地基受到扰动所致。
2.1.3地层扰动空间效应
盾构掘进施工引起的地面沉降变形在空间上体现出三维分布模块，随着盾构沿着纵向不断向前推进，产生的地面沉降槽也随之不断变大，呈现出波浪式，有如下特征：
(1)土体变形位移以盾构掌子面和隧道起始点向前方、上方和侧向发展，影响范围从盾构位置处开始从下到上逐渐增大，直至趋于稳定。
(2)地层扰动产生的沉降槽变形曲线形状，在横断面上表现为类似于正态分布曲线形状，在纵断面上可表现为正态概率分布曲线形状。
(3)地层变形位移量大小与隧道离地表距离大小有关，且随着距离的加大而减小，最大变形量发生在隧道轴线处。
(4)盾构掘进施工中，地层变形在纵断面上近刀盘前方为拉伸区，刀盘后方为压缩区。
(5)下沉盆的大小与隧道所处位置的埋深、土层条件等因素有密切关联。
2.2盾构施工引起的地层沉降机理分析
2.2.1地层隆沉的原因
在软土地层盾构开挖隧道，不管采用何种先进施工技术，都会引起地层移动，产生地面沉降。在隧道周围影响区域内，建筑物和已铺设的地下线路出现沉降、错位，导致建筑物及地下线路受到损坏而影响其发挥正常作用。因盾构推进施工引起的地层损失和扰动后的土体再固结是形成地面沉降的另一个主要诱因。
㈠、土体损失
在隧道实际开挖过程中，通常会发生超挖土体以及由于管片直径小于盾构直径将出现土体与管片之间有空隙，正是这种空隙的存在使得四周的软土迅速填充，这样地层将会发生变动，也就是所谓的施工沉降，随后土体应力发生改变。
地层损失是指盾构施工过程中实际开挖土体的体积量与理论计算得出的排土体积之差，通过地层损失体积占盾构理论排土体积的百分比(%)S V 来表示地层损失率。圆形盾构理论排土体积0V 为：
L
r V **200π=(2-1)
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。
地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题探析
地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题探析 摘要：随着我国经济的高速发展，我国地铁高速发展，盾构法具有不影响地面 交通、对周围建(构)筑物影响小、适应复杂地质条件、施工速度快等众多优点而 在地铁工程建设中广泛应用。但盾构法隧道工程是在岩土体内部进行的,无论其埋深大小,开挖施工都不可避免地会对周围土层产生扰动,从而引起地面沉降(或隆起),危机邻近建筑物或地下管道等设施的安全。因此,施工能产生多大的沉降或隆起, 会不会影响相邻建筑物的安全,是地铁隧道盾构施工中最关键的问题。要在地铁工程施工前对工程可能引起的地面沉降问题有所估计,就首先需要了解盾构法施工引起的地面沉降的一般规律和机理,进而提出相应的安全判别标准和控制原则,达到 事先防控的目的。 关键词：地铁隧道；盾构法；地面沉降 引言 随着城市交通事业的高速发展，在地铁施工中盾构施工最为普遍，地铁施工引发的地面 沉降问题逐渐受到了人们的重视，怎样对盾构施工中的地面沉降问题进行合理的预测和防范，成为了地铁盾构施工亟需解决的重要问题。本文主要阐述了有关地铁隧道盾构法施工中的地 面沉降问题研究。 1地铁隧道盾构施工引起地面沉降主要影响因素分析 1.1覆土厚度H和盾构外径D的影响 在地铁施工过程中隧道盾构技术非常重要，盾构外径越大,由盾构施工引起的单位长度的 地层损失就越大,在相同地面沉降槽宽度下,最大地面沉降也随着增大;而隧道覆土厚度越大,则 最大地面沉降值就会越小,但地面沉降槽宽度会越大。最大地面沉降随覆土厚度H与盾构外径 D的比值即H/D的增大而减小。 1.2盾构到达时的地层沉降,开挖面前的沉降或隆起 在地铁隧道施工过程中，沉降是非常重要的，自开挖面距观测点约3m-10m时起,直至开 挖面位于观测点正下方之间所产生的隆起或沉降现象。实际施工过程中设定的盾构土压舱压 力很难与开挖面土体原有土压力达到完全的平衡,多因土体应力释放或盾构反向土仓压力引起 的土层塑性变形所引起。 1.3盾构穿越土层性质 隧道开挖在软土层中，主要的土层性质有砂质粉土、淤泥质粘性土、砂土层以在不同的 土层穿越中对地面沉降也有不同的影响。在保持其他工艺条件都不变的情况下，穿越砂土层 相对于黏土层来说，其沉降槽宽度的系数也更小，因此沉降量也是最大的。设地层损失率为2%，盾构埋深为 10m，盾构半径为 3.2m，计算分析穿越不同土层的宽度系数与沉降量的关系。通过计算分析后可知，在穿越不同土质时地面沉降效应也不同，穿越黏土时的沉降槽宽 系数最大，对地面沉降影响的范围也最大，穿越砂质粉土层，宽度系数比黏土层小，沉降量 显著，在穿越砂土地面时沉降量最大。 1.4盾尾间隙沉降 隧道施工过程中，地表沉降是由于地铁盾尾通过测点后产生的,一般的范围约在后尾通过 测点后0-20m范围。由于盾构外径大于管片外径,管片外壁与周围土体间存在空隙,往往因注 浆不及时和注浆量不足,管片周围土体向空隙涌入,造成土层应力释放而引起地表变形,这一期 间的地表沉降约占总沉降的40%-45%。 2盾构隧道的地面沉降机理 在盾构隧道施工开挖的过程中，地面沉降是由于面的附加应力、应力释放等引起地层产 生的弹塑性变形。隧道施工所引起的地面沉降,主要包括开挖卸载时开挖面周围土体向隧道内 涌入所引起的地面沉降,支护结构背后的空隙闭合所引起的地面沉降,管片衬砌结构本身变形 所引起的地面沉降以及隧道结构因整体下沉所引起的地面沉降,可称为开挖地面沉降。盾构法 隧道在施工期的地面沉降可认为主要由开挖沉降、固结沉降和次固结沉降组成,而次固结沉降
浅论上海地铁盾构法施工的隧道后期变形
浅论上海地铁盾构法施工的隧道后期变形 摘要文章以上海市轨道交通M8线淮海路站～复兴路站区间隧道的施工为例，对引起隧道施工后期变形的多种因素进行分析，并阐述了防治措施。 关键词盾构法隧道后期变形影响因素防治措施 1 概述 在上海地铁隧道施工过程中，经常发现已拼装成环的隧道在刚离开盾尾或脱离盾尾3～4环后，就发生环面不平整现象，即D块管片滞后于B1、B2块管片，B1、B2块管片滞后于L1、L2块管片，从而产生管片角部碎裂，影响隧道的施工质量。 通过对环缝错位现象的分析，认为这种现象是由于成环管片在出盾尾后发生了隧道的后期变形（上浮或沉降）而导致的。以上海轨道交通M8线复兴路站～淮海路站区间隧道施工的有关数据为依据，阐述影响隧道后期变形的各种因素，并介绍相应的防治措施。 2 工程概况 上海轨道交通M8线复兴路站～淮海路站区间隧道起始于复兴路站北端头井，止于淮海路站南端头井，推进里程为SK20+236.595～SK19+409.846，全长826.749 m,在SK19+785.640处设有1条联络通道。土压平衡盾构机由复兴路站北端头井下井，出洞后上行线沿西藏南路往北推进，途径自忠路、方浜路、浏河路、会稽路、寿宁路、桃源路、淮海路，穿越众多管线后到淮海路站南端头井。盾构机在淮海路站端头井内调头后，下行线沿西藏南路往南推进到复兴路站北端头井（见图1）。 图1 区间隧道示意图 3 工程地质 工程地质是影响隧道后期变形的主要因素之一。 本工程隧道穿越的土层为④淤泥质粘土层、⑤1粉质粘土层，各土层性能指标及特征见表1。
4 影响隧道后期变形的主要原因及分析 4.1 设计轴线 复兴路站～淮海路站区间隧道最大坡度为-11.675‰，隧道顶覆土厚9.0～16.3 m。上、下行线隧道推 进竖向轴线坡度见表2。
地铁隧道盾构法施工
地铁隧道盾构法施工 导语：盾构法施工是一种机械化和自动化程度较高的隧道掘进施工方法，从20世纪60年代开始，西方发达国家大量将这种技术应用于城市地铁和大型城市排水隧道施工。我国近年来也开始在城市地铁隧道、越江越海隧道、取排水隧道施工中采用此项技术，以替代原来落后的开槽明挖或浅埋暗挖等劳动密集型施工方法。 关键词：地铁盾构施工盾构施工技术盾构施工测量点击进入VIP充值通道 地铁盾构机分类及组成 地铁盾构机根据其适用的土质及工作方式的不同主要分为压缩空气式、泥浆式，土压平衡式等不同类型。盾构机主要由开挖系统、推进系统排土系统管片拼装系统、油压、电气、控制系统、资态控制装置、导向系统、壁后注浆装置、后方台车、集中润滑装置、超前钻机及预注浆、铰接装置、通风装置、土碴改良装置及其他一些重要装置如盾壳、稳定翼、人闸等组成。海瑞克公司在广州地铁使用的典型土压平衡式盾构机为主机结构（盾体及刀盘结构）断面形状：圆形、用钢板成型制成，材料为：S335J2G3。主要由已下部分构成：刀盘、主轴承、前体、中体、推进油缸、
铰接油缸、盾尾、管片安装机。主机外形尺寸：7565mm（L）Ｘ6250（前体）Ｘ6240（中体）Ｘ6230（盾尾）。 ①压缩空气式盾构 1886 年Greatbhad 首次在盾构掘进隧道中引了这种工法,该工法利用压缩空气使整个盾构都防止地下水的侵入, 它可在游离水体下或地下水位下运作。其工作原理是利用用压缩空气来平衡水压和土压。传统的压缩空气式盾构要求在隧道工作面和止水隧道之间封闭一个相对较大的工作腔,大部分工人经常处于压缩空气下, 这会对掘进隧道和衬砌造成干扰,为了解决这些问题,又出现了用无压工作腔及全断面开挖的压缩空气式盾构和带有无压工作腔及部分断面开挖的压缩空气式盾构等。 ②土压平衡式盾构 20 世纪70 年代日本就开发土压平衡式盾构,不用辅助的支撑介质,切割轮开挖出的材料可作为支撑介质。该法用旋转的刀盘开挖地层,挖下的渣料通过切割轮的开口被压入开挖腔,然后在开挖腔内与塑性土浆混合。推力由压力舱壁传递到土浆上。当开挖腔内的土浆不再被当地的土和水压固化时就达到平衡。如果土浆的支撑压增大超过了平衡,开挖腔的土浆和在工作面的地层将进一步固化。与泥浆式盾构相比优点在于:无分离设备在淤泥或粘土地层中使用,覆盖层浅时无贯穿浆化的支撑泥浆泄露的危险。 ③泥浆式盾构 1912 年,Grauel 首次建造了泥浆式盾构。该法可以适用于各种松
土压平衡盾构施工工艺
16土压平衡盾构施工工艺 16.1总则 16.1.1适用范围 本标准适用于采用土压平衡式盾构机修建隧道结构的施工。 16.1.2编制参考标准及规范 16.1.2.1地下铁道工程施工及验收规范(GB 50299-1999)。 16.1.2.2地下铁道设计规范（GB 50157-2013）。 16.1.2.3铁路隧道设计规范（TB10003-2016）。 16.1.2.4盾构掘进隧道工程施工验收规范。 16.1.2.5公路隧道施工技术规范(JTJ042－94)。 16.1.2.6公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)。 16.2术语 16.2.1土压平衡式盾构 土压平衡盾构也称泥土加压式盾构，它的基本构成见图16.2.1。在盾构切削刀盘和支承环之间有一密封舱，称为“土压平衡舱”，在平衡舱后隔板的中间装有一台长筒形螺旋输送器，进土口设在密封舱内的中心或下部。用刀盘切削下来的土充填整个
16.2.2 端头加固 为确保盾构始发和到达时施工安全，确保地层稳定，防止端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况，根据各始发和到达端头工程地质、水文地质、地面建筑物及管线状况和端头结构等综合分析，确定对洞门端头地层加固形式。 16.2.3 盾构后座 盾构刚开始掘进时，其推力要靠工作井井壁来承担。因此，在盾构与井壁之间需要设传力设施，此设施称为后座。 16.2.4 添加材 采用土压平衡盾构掘进时，为改善土体的流动性防止其粘附在盾构机上而注入的一些外加剂。添加材的功能是：辅助掘削面的稳定（提高泥土的塑流性和止水性）；减少掘削刀具的磨耗；防止土仓内的泥土压密粘附；减少输送机的扭矩和泵的负荷。 16.3 施工准备 16.3.1 技术准备 16.3.1.1 根据隧道外径、埋深、地质、地下管线、构筑物、地面环境、开挖面稳定及地表隆陷值等的控制要求，经过经济、技术比较后选用盾构设备。盾构选型流程如图16.3.1.1所示。 16.3.1.2 认真熟悉工程设计文件、图纸，对工程地质、水文地质、地下管线、暗
盾构法施工
盾构法 编辑词条 盾构法所属现代词，指的是在地层中修建隧道和大型管道的一种暗挖式施工方法。 目录 盾构法 正文 编辑本段盾构法 编辑本段正文 采用盾构为施工机具，在地层中修建隧道和大型管道的一种暗挖式施工方法。施工时在盾构前端切口环的掩护下开挖土体，在盾尾的掩护下拼装衬砌（管片或砌块）。在挖去盾构前面土体后，用盾构千斤顶顶住拼装好衬砌，将盾构推进到挖去土体空间内，在盾构推进距
离达到一环衬砌宽度后，缩回盾构千斤顶活塞杆，然后进行衬砌拼装，再将开挖面挖至新的进程。如此循环交替，逐步延伸而建成隧道（图1）。 历史和发展用盾构法修建隧道已有150余年的历史。最早进行研究的是法国工程师M. I.布律内尔，他由观察船蛆在船的木头中钻洞，并从体内排出一种粘液加固洞穴的现象得到启发，在1818年开始研究盾构法施工，并于1825年在英国伦敦泰晤士河下，用一个矩形盾构建造世界上第一条水底隧道(宽11.4米、高6.8米)。在修建过程中遇到很大的困难，两次被河水淹没，直至1835年，使用了改良后的盾构，才于1843年完工。其后P.W.巴洛于1865年在泰晤士河底,用一个直径2.2米的圆形盾构建造隧道。1847年在英国伦敦地下铁道城南线施工中，英国人J.H.格雷特黑德第一次在粘土层和含水砂层中采用气压盾构法施工，并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的空隙，创造了比较完整的气压盾构法施工工艺，为现代化盾构法施工奠定了基础，促进了盾构法施工的发展。20世纪30～40 年代，仅美国纽约就采用气压盾构法成功地建造了19条水底的道路隧道、地下铁道隧道、煤气管道和给水排水管道等。从1897～1980年，在世界范围内用盾构法修建的水底道路隧道已有21条。德、日、法、苏等国把盾构法广泛使用于地下铁道和各种大型地下管道的施工。1969年起，在英、日和西欧各国开始发展一种微型盾构施工法，盾构直径最小的只有1米左右,适用于城市给水排水管道、煤气管道、电力和通信电缆等管道的施工。 中国于第一个五年计划期间，首先在辽宁阜新煤矿，用直径 2.6米的手掘式盾构进行了疏水巷道的施工。中国自行设计、制造的盾构，直径最大为11.26米,最小为3.0米。正在修建的第二条黄浦江水底道路隧道,水下段和部分岸边深埋段也采用盾构法施工，盾构的千斤顶总推力为108兆牛,采用水力机械开挖掘进。在上海地区用盾构法修建的隧道，除水底道路隧道外，还有地铁区间隧道、通向河海的排水隧洞和取水管道、街坊的地下通道等。 盾构法的优越性盾构法施工得到广泛使用，因其具有明显的优越性：①在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业，有足够的施工安全性；②地下施工不影响地面交通,在河底下施工不影响河道通航;③施工操作不受气候条件的影响;④产生的振动、噪声等环境危害较小;⑤对地面建筑物及地下管线的影响较小。
公路隧道施工盾构法、沉管法介绍(全国公路水运工程质量检测专业技术人员继续教育)
公路隧道施工盾构法、沉管法介绍 第1题 沉管隧道施工工序中，沉管与连接之后的工序是（）。 A.预制管段 B.修建临时干坞 C.基础处理 D.回填覆盖 答案:C 您的答案：C 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第2题 ？关于盾构法，下列（）的说法是错误的。 A.盾构法是暗挖隧道的一种施工方法 B.盾构法穿越地面建筑群的区域时，周围可不受施工影响 C.盾构机推进系统包括推进千斤顶和液压系统 D.盾构壳体由切口环和支承环两部分组成 答案:D 您的答案：D 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第3题 盾构机的外壳沿纵向从前到后可分为前盾、中盾、后盾三段。通常所指的支承环是（） A.前盾 B.中盾 C.后盾 D.盾尾 答案:B 您的答案：B 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第4题 泥水平衡盾构开挖的渣土以（）形式输送到地面。 A.岩石
B.泥浆 C.土体 D.砂浆 答案:B 您的答案：B 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第5题 以下不属于盾构始发端头加固方法的是（）。 A.旋喷桩法 B.注浆法 C.内嵌钢环 D.冻结法 答案:C 您的答案：C 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第6题 （）盾构机配备有泥水分离处理系统。 A.土压平衡 B.硬岩TBM C.双护盾TBM D.泥水平衡 答案:D 您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第7题 以下（）设备不属于盾构机后配套设备。 A.注浆系统 B.管片运输设备 C.出土设备 D.刀盘 答案:D 您的答案：D
题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第8题 以下（）工序不属于盾构始发阶段。 A.安装反力架 B.凿除洞门 C.拼装负环管片 D.到达端口加固 答案:D 您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第9题 沉管隧道按照管段的制作方式分为（）和干坞型。 A.圆形 B.矩形 C.钢筋混凝土 D.船台型 答案:D 您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第10题 以下（）不属于沉管隧道优势。 A.可浅埋，与两岸道路衔接容易 B.结构为现浇混凝土，造价低 C.防水性能好 D.对地质水文条件适应能力强 答案:B 您的答案：B 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第11题
盾构法隧道工程防水施工工艺标准
2.7 盾构法隧道工程防水施工工艺标准 2.7.1 总则 2.7.1.1 适用范围 本标准适用在软土和软岩中采用盾构掘进和拼装钢筋混凝土管片方法修建的区间隧道结构防水施工。 2.7.1.2 编制参考标准及规范 （1）《地下防水工程质量验收规范》GB 50208-2002 （2）《地下工程防水技术规范》GB 50108-2001 （3）《建筑工程施工质量验收统一标准》GB 50300-2001 2.7.2 术语、符号 2.7.2.1 术语 （1）盾构法：采用盾构掘进机进行开挖，钢筋混凝土管片、复合式管片、砌块、现浇混凝土等作为衬砌支护的隧道暗挖施工法。 2.7.3 基本规定 2.7. 3.1 地下工程的防水等级分为4 级，各级标准应符合《地下防水工程质量验收规范》GB 50208-2002 3.0.1 条的规定。 2.7. 3.2 地下工程的防水设防的要求，应按《地下防水工程质量验收规范》GB 50208-2002表3.0.2-2 的规定选用。 2.7. 3.3 不同防水等级盾构隧道的衬砌防水措施应符合表2.7.3.3 规定: 不同防水等级盾构隧道的衬砌防水措施表2.7.3.3 2.7. 3.4 管片防水涂层必须由相应资质的专业防水队伍进行施工。 2.7. 3.5 管片外防水涂层和管片接缝所使用的防水材料，应有产品合格证和性能检测报告，材料的品种、规格、性能等应符合现行国家产品标准和设计要求；不合格的材料不得在工程中使用。 2.7.4 施工准备 2.7.4.1 技术准备 (1)施工单位应认真学习图纸，并进行图纸自审、会审工作，以便理解盾构施工中防水工程的施工要点。 (2)依据工程总施工组织设计的原则，编制防水工程施工方案，明确工艺流程，指导施工。 (3)根据穿越土层的工程水文地质特点辅以以下相应技术措施： 1)疏于掘进土层中地下水的措施；
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
艮丿丿架安■ 苗沟机就位调试 --------- A 丿- 达- 止加掘逬 洒门螯封陽住妓 盾构札托歆- iVt 汕 涧门处牟站） 1 隆护舞曲除1 头 再次琥程啊试 期门篷刘圈安寢 — "L J V 割门处牢站 再就解1 側护堆凿陈■ 图1盾构隧道施工流程图 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 初蜡掘it 到ii 终点
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。 始 发 准 备 拆 除 临 时 墙 掘 进
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。
8储口F诧 5*注腿諜 >—￡ L27KW 图4盾构管片反力架示意图 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；
地铁盾构隧道施工技术现状
地铁盾构隧道施工技术现状 发表时间：2019-04-26T15:54:01.173Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第36期作者：张磊翟宝伶[导读] 利用盾构法进行地铁工程建设有利于进行隧道挖掘，而隧道挖掘工作是地铁工程建设中最重要的内容。天津国际工程建设监理公司天津市 300191 摘要：随着我国私家车数量的不断增多，交通拥堵已成为城市发展难题之一，空气质量也受之影响，在一定程度上阻碍了社会的发展。在低碳环保，科学发展观的践行之下，必须行，绿色出行为前提下，乘坐公共交通地铁的出行为交通拥堵疏解了巨大的压力。截止目前，我国的很多城市都已经有了正式的轨道交通，并且各种线路在逐渐的发展和扩大，地铁轨道的运行在我国有了很大的突破和进步，取得了很大的成绩，对于社会的发展具有很强的推动作用。地铁轨道的优点较多，例如地下轨道交通快捷，节约资源，对环境破坏较小，以及可以抵抗自然风雪的伤害，安全舒适。当然地铁的运行离不开地下隧道，盾构法作为地铁工程建设的常用方法，在地铁工程建设中发挥了至关重要的作用。利用盾构法进行地铁工程建设有利于进行隧道挖掘，而隧道挖掘工作是地铁工程建设中最重要的内容。 关键词：地铁；盾构；隧道；施工技术 1盾构的分类 盾构机按其适用的地质情况不同主要分为泥水式盾构机、土压平衡式盾构机等类型。下面简单介绍通用的两种：泥水盾构机是在盾构机前面设置挡板，与刀盘泥浆槽之间形成稳定的开挖面，泥土进入泥浆仓内，形成一个不透水的薄膜在掌子面以此为张力来保持水压力，与开挖面的土压和水压之和保持平衡。挖出的土泥以泥浆的方式运输到地面，然后泥浆和水通过处理设备将泥土分离出来，分离出来的泥水经过处理后再循环利用到开挖中。 土压平衡盾构机是当盾构机向前推时，通过前面刀盘旋转切削土体切下来的土被运到土仓。当土仓被削下来的土填满时，被动土压力与开挖面上的土压和水压力之和保持平衡，因此实现掌子面平衡。 2盾构法施工的原理 盾构法开挖隧道本质上就是在盾构机开挖的过程中同步进行管片的拼装和盾尾注入浆体。根据开挖面所处的土层条件等状况，选择相应的盾构机机型。现在常见的形式包括密闭式、敞开式、土压式、泥水式等类型的盾构机。盾构机开挖隧道的施工过程：1.在隧道两端各建造一个盾构工作井：2.在两端的工作井处分别安装盾构设备；3.当盾构区间较长时宜进行设置中间维修井并在起始工作井处由千斤顶来提供推力使盾构机从开孔位置顶出；4.盾构机进行掘进时是根据设计位置来开挖并在开挖过程中管片安装和土体的排出同步进行；5.对盾尾的注浆必须及时用以固定衬砌管片的位置和减小土体的变形。盾构机在开挖的整体流程下存在的重要技术分为四块：1刀盘切入土层过程2开挖土层过程3盾构时管片衬砌的安装过程和最后的盾尾同步注浆过程。 （a）切入土层：盾构顶推力的大小是由本身存在的千斤顶来进行支持，当盾构的切口环进入到土体所顶进的长度和千斤顶所顶进的距离相对等。 （b）土体开挖：相对应地区的地质特性和机械的类型不同所进行的开挖方式也会有着千差万别。具体开挖方式有：网格式机械切削式敞开式和挤压式等开挖方式。 （c）衬砌拼装：在地质情况或承载力较小时一般会使用衬砌管片预制拼接来施工，同时根据设计要求存在其他的衬砌施工方法例如现浇式和复合式。 （d）盾尾同步注浆：在实际盾构开挖过程中盾构机开挖出的洞口大小比要拼接管片外径还要大一些，所以在盾构继续开挖时前期拼装好的管片会受到周围围岩作用并在盾尾通过后形成盾尾空隙。这种空隙在盾构施工中是一种十分严重的问题，如果没有对空隙及时的进行填充就会严重影响到管片的整体安全性。 3盾构隧道工程施工工艺 3.1盾构机进出洞时作业控制 地铁工程施工人员在进行盾构机的进出洞操作时，必须对作业、操作进行严格控制。利用盾构机挖掘隧道，必然会涉及到盾构机的进出洞，而这一过程的作业控制直接关系到盾构法的施工质量。如果盾构机进出洞操作出现问题，则整个地铁工程建设都有可能失败。为此，施工人员必须充分重视盾构机的进出洞作业控制。通常情况下，盾构机首先进行进洞作业，而后再进行出洞作业。在盾构机进行进洞作业之前，施工人员必须明确地铁隧道的作业路线，避免出现较大的轴线误差。同时，施工人员还应仔细勘察施工路线周围的环境，根据实际情况进行具体的操作。如果存在威胁盾构机施工作业的潜在因素，则必须在作业前制定好预防措施以及应急措施，避免在施工过程中出现重大事故，干扰盾构机的顺利施工。在进行盾构机的出洞作业前，施工人员需彻底审查各项工作，避免存在漏洞影响出洞作业。 3.2盾构机挖掘施工时作业控制 盾构机的挖掘作业是地铁施工盾构法的主要工作，此项作业在地铁工程建设的盾构施工中具有十分重要的作用。在盾构机进行挖掘施工的过程中，应尽量避免挖掘施工对周边土层产生较大影响，以保证开挖土层的稳定性。要减少盾构机挖掘施工对周边土层稳定性产生的影响，施工人员必须在挖掘作业前科学合理地调整盾构机的参数。同时，在挖掘施工过程中，使用人员应注意盾构机的姿态，避免盾构机因姿态问题影响挖掘工作的顺利进行。盾构机的姿态不仅会影响挖掘工作的进行，还会影响管片作业的拼装质量。为此，在盾构机的挖掘施工过程中必须严格控制其姿态。盾构机的姿态控制与注浆方式、盾构坡度等各项参数具有十分密切的关系，只有在控制好各项参数的前提下才能真正实现对盾构机姿态的有效控制。盾构机各项参数量的控制需要建立在可靠的测量工作之上，在进行可靠性的测量之后，才能实现对盾构机各项参数量的精准控制。此外，要将土体压力控制在可控范围内，还需严格调控盾构机的前进速度和排土容量。 3.3推进操作和纠偏 盾构在实施的时候，首先需要对围岩的范围进行观察，以此确保实施的安全性，实时对千斤顶的行程和推力进行观察，沿既定路线方向准确掘进。因此，有必要正确推进盾构的运行，随时纠正偏差。盾构掘进过程中，为了保证盾构掘进功能在计划路线上的正确性，防止偏移、偏转和俯仰，应适当调整千斤顶行程和推力，破坏不方便掘进面的稳定性。一般采用开挖后立即推进。或者一边挖一边推。因此，任何时候都要正确操作屏蔽体，任何时候都要进行纠偏的路线。
盾构法施工技术
盾构法施工技术 1盾构法 1.1 盾构法简介 盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构（Shield）是一个既可以支承地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需千斤顶；钢筒尾部可以拼装预制工或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，应在盾尾支护下拼装（或现浇）一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工前应先修建一竖井，在竖井处安装盾构，盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。盾构法施工工艺见图1所示。 图1 盾构法施工示意 1.2盾构法施工的优点及适用范围 盾构施工法所具有的优点： 一、可地盾构支护下安全地开挖、衬砌。 二、掘进速度快。盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现机械化、自动化作业，施工 劳动强度低。 三、施工时不影响地面交通与设施，穿越河道时不影响航运。 四、施工中不受季节，风雨等气候条件影响。 五、施工中没有噪声和振动，对周围环境没有干扰。 六、在松软含水在层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。 盾构施工法最适于在松软含水地层中修建隧道，在江河中修建水底隧道，在城市中修建在下铁道及各种市政设施。盾构施工法一般适宜于长隧道施工，有些资料显示，对于短于750m的隧道被认为是不经济的。因为盾构是一种昂贵，针对性很强的专用施工机械，对每一条用盾构法施工的隧道，都需根据地质水文条件、结构断面尺寸专门设计制造，一般不能得意简单的倒用到其它隧道工程中重复使用。此外，对隧道曲线半径过小或隧道顶覆土太浅时，施工困难较大。对水底隧道，覆土太浅时施工不够安全。当盾构施工法有采用全气压方
软土地区地铁盾构隧道课程设计计算书
软土地区地铁盾构隧道课程设计说明书 （共00页） 姓名杨均 学号 070849 导师丁文琪 土木工程学院地下建筑与工程系 2010年7月
1． 设计荷载计算 1.1 结构尺寸及地层示意图 ?=7.2 ?=8.9 2 q=20kN/m 图1-1 结构尺寸及地层示意图 如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整： mm 43800 50*849+1350h ==灰。 按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。 1.2 隧道外围荷载标准值计算 （1） 自重 2 /75.835.025m kN g h =?==δγ （2）竖向土压 若按一般公式： 2 1 /95.44688.485.37.80.11.90.185.018q m KN h n i i i =?+?+?+?+?==∑=γ 由于h=+++=>D=，属深埋隧道。应按照太沙基公式或普氏公式计算竖向土压：
a 太沙基公式： )tan ()tan (0010 ]1[tan )/(p ??? γB h B h e q e B c B --?+--= 其中： m R B c 83.6)4/7.75.22tan(/1.3)4/5.22tan(/0000=+=+=? （加权平均值0007.785 .5205 .42.7645.19.8=?+?= ?） 则： 2 )9.8tan 83.68 .48()9.8tan 83.68 .48(11/02.18920]1[9 .8tan ) 83.6/2.128(83.6p m KN e e =?+--=-- b 普氏公式： 2 012/73.2699.8tan 92.7832tan 32p m KN B =??== ?γ 取竖向土压为太沙基公式计算值，即： 2 1/02.189p m KN e =。 （3） 拱背土压 m kN R c /72.286.7925.2)4 1(2)4 1(2G 22=??- ?=?- =π γπ 。 其中： 3/6.728 .1645.11 .728.10.8645.1m KN =+?+?= γ。 （4） 侧向主动土压 )2 45tan(2)245(tan )(q 0021? ?γ-?--?+=c h p e e 其中： 21/02.189p m KN e =， 3/4.785 .5205 .41.7645.18m KN =?+?= γ 0007.785.5205.42.7645.19.8=?+?=? kPa c 1.1285 .5205 .41.12645.12.12=?+?= 则：
隧道工程《盾构法施工》超详细讲解
3 盾构法施工 概述 盾构法是以盾构为核心在地面以下暗挖隧洞的一种施工方法。盾构法始于英国，自1925年布鲁诺尔(Brunel)在伦敦泰晤士河下首次用一台矩形盾构开挖水底隧洞以来，已有170余年历史。在一百多年中，世界各国制造了数以千计的各种类型、各种直径的盾构，盾构掘进机从低级发展到高级，从手工操作到计算机监控机械化施工，使盾构掘进机及其施工技术得到了不断发展和完善。现代盾构已经发展成为集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧洞衬砌、测量导向纠偏等功能的大型的施工机械设备。 ●盾构法作为一种先进的隧洞施工工法具有： （1）对环境干扰少，对交通及居民生活影响小； （2）盾构推进、出土、衬砌等工序循环进行，易于管理，施工人员少； （3）施工不受地形地貌，江河水域等地表环境条件限制； （4）施工不受天气条件（雨雪等）限制； （5）出土量少，对周围环境及地表沉降影响小； （6）在土质差，地下水位高的地方建大埋深隧洞具有优越性。 由于这些优点，盾构法特别适宜于城市隧洞和穿江越海的施工，目前盾构工法已在城市隧洞的构筑中确定了稳固的统治地位。 ●盾构法是一项综合性的施工技术。构成盾构法的主要内容有： （1）先在隧洞某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。 （2）盾构机主机和配件吊装下井，在预定位置组装成整机并调试使其性能达到设计要求。 （3）盾构从竖井或基坑的墙壁开口处出发，在地层中沿着设计轴线推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧洞及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。 （4）盾构到达预定终点的竖井或基坑时掘进结束，然后检修盾构或解体盾构运出。 ●盾构是进行土方开挖正面支护和隧洞衬砌结构安装的施工机具，它还需要其它施工技术密切配合才能顺利施工。主要有： （1）地下水的降低； （2）稳定地层、防止隧洞及地面沉陷的土壤加固措施； （3）隧洞衬砌结构的制造； （4）隧洞内的运输； （5）衬砌与地层间的充填； （6）衬砌的防水与堵漏； （7）开挖土方的运输及处理方法； （8）配合施工的测量、监测技术； （9）采用气压法施工时，还涉及到医学上的一些问题和防护措施等。 目前在我国主要使用的有土压平衡盾构和泥水平衡盾构。 （1）土压平衡盾构 土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，在刀盘的旋转作用下，刀具切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构推进油缸的推力通过隔板给土仓内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输
公路隧道施工盾构法、沉管法介绍
第1题 沉管隧道施工工序中，沉管与连接之后的工序是（）。 A.预制管段 B.修建临时干坞 C.基础处理 D.回填覆盖 答案:C 您的答案：C 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第2题 ？关于盾构法，下列（）的说法是错误的。 A.盾构法是暗挖隧道的一种施工方法 B.盾构法穿越地面建筑群的区域时，周围可不受施工影响 C.盾构机推进系统包括推进千斤顶和液压系统 D.盾构壳体由切口环和支承环两部分组成 答案:D 您的答案：D 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第3题 盾构机的外壳沿纵向从前到后可分为前盾、中盾、后盾三段。通常所指的支承环是（） A.前盾 B.中盾 C.后盾 D.盾尾 答案:B 您的答案：B 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第4题 泥水平衡盾构开挖的渣土以（）形式输送到地面。 A.岩石 B.泥浆
C.土体 D.砂浆 答案:B 您的答案：B 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第5题 以下不属于盾构始发端头加固方法的是（）。 A.旋喷桩法 B.注浆法 C.内嵌钢环 D.冻结法 答案:C 您的答案：C 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第6题 （）盾构机配备有泥水分离处理系统。 A.土压平衡 B.硬岩TBM C.双护盾TBM D.泥水平衡 答案:D 您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第7题 以下（）设备不属于盾构机后配套设备。 A.注浆系统 B.管片运输设备 C.出土设备 D.刀盘 答案:D 您的答案：D 题目分数：4
此题得分：4.0 批注： 第8题 以下（）工序不属于盾构始发阶段。 A.安装反力架 B.凿除洞门 C.拼装负环管片 D.到达端口加固 答案:D 您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第9题 沉管隧道按照管段的制作方式分为（）和干坞型。 A.圆形 B.矩形 C.钢筋混凝土 D.船台型 答案:D 您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第10题 以下（）不属于沉管隧道优势。 A.可浅埋，与两岸道路衔接容易 B.结构为现浇混凝土，造价低 C.防水性能好 D.对地质水文条件适应能力强 答案:B 您的答案：B 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第11题 盾构壳体一般分为（）部分。
(完整版)北京地铁盾构隧道设计施工之要点
北京地铁盾构隧道设计施工之要点 北京城建设计研究总院 杨秀仁 摘要：北京地铁五号线首次在北京地区采用盾构法修建地铁隧道，盾构试验段工程已经取得成功。 鉴于盾构隧道设计和施工在很大程度上依靠于地质条件，而北京与上海和广州的地质条件差异很大，无法照搬其经验，因此，通过盾构试验段工程对设计和施工进行了系统的研究，并取得了大量的研究成果。本文以这些设计和施工研究的成果为基础，对设计和施工要点进行阐述，供今后的工程参考和借鉴。 一、工程背景及盾构隧道基本情况 1、地铁五号线概况 北京地铁五号线南起丰台区的宋家庄，北至昌平区的太平庄。 线路全长27.6Km，在四环路南北分别采用了地下和地面、高架线路型式，南段的地下线长16.9km，北部的地面和高架线10.7km。 全线共设22座车站，其中地下站16座，高架和地面站6座。 图1为地铁五号线工程线路示意图。 在地铁五号线工程地下线路段，部分线路在现状宽广的道路下方通过，地面限制条件少，采用技术较为成熟的矿山法施工；而部分线路受环境条件限制，隧道基本在现状低矮破旧的建筑物下通过，对地面沉降的要求较高，加上工程地质和水文地质条件复杂，地面无条件降水，推荐采用盾构法施工。 采用盾构法施工的区段为宋家庄～刘家窑地段、东单～和平里北街地段。 2、盾构试验段概况 由于北京以往没有采用盾构法施工地铁隧道的工程经验，且本地区的地质条件与国内其他采用过盾构法施工的城市有比较大的区别，为了确保地铁五号线正式施工能够顺利进行，首先选择正线典型的地段开展试验段施工，以 摸索和把握北京地区特有条件下的盾构隧道设计、施工技术。 盾构试验段选在北新桥站～雍和宫站区间线路的左线（西侧），试验段隧道长度约688m。 试验段线路平面见图2，由图上可以看出，试验段隧道基本在现状建筑物下方穿过。
地铁区间隧道盾构法施工技术
地铁区间隧道盾构法施工技术 （中国矿业大学力学与建筑学院地下11-08班刘甲翔） 摘要：随着人类向地下空间的开发，为了能够高效，安全，经济的开发地下空间。根据工程所处的位置以及其安全等级和对周围环境影响的大小因素，相继出现诸多地下空间开挖的施工方法，比如明挖法，暗挖法，盖挖法以及盾构法。而因为地铁的区间隧道大多数位于城市下面，为了减少对地面建筑及交通的影响，对于地表的沉降有严格的要求。而盾构法因其安全，高效以及对地面沉降影响较小，逐渐成为城市地铁主要的施工方法。 关键字：盾构法，施工工艺 一.定义 采用盾构为施工机具，在地层中修建隧道和大型管道的一种暗挖式施工方法。施工时在盾构前端切口环的掩护下开挖土体，在盾尾的掩护下拼装衬砌（管片或砌块）。在挖去盾构前面土体后，用盾构千斤顶顶住拼装好衬砌，将盾构推进到挖去土体空间内，在盾构推进距离达到一环衬砌宽度后，缩回盾构千斤顶活塞杆，然后进行衬砌拼装，再将开挖面挖至新的进程。如此循环交替，逐步延伸而建成隧道。 二.历史及发展 用盾构法修建隧道已有150余年的历史。最早进行研究的是法国工程师M.I.布律内尔，他由观察船蛆在船的木头中钻洞，并从体内排出一种粘液加固洞穴的现象得到启发，在1818年开始研究盾构法施工，并于1825年在英国伦敦泰晤士河下，用一个矩形盾构建造世界上第一条水底隧道(宽11.4米、高6.8米)。在修建过程中遇到很大的困难，两次被河水淹没，直至1835年，使用了改良后的盾构，才于1843年完工。其后P.W.巴洛于1865年在泰晤士河底,用一个直径2.2米的圆形盾构建造隧道。1847年在英国伦敦地下铁道城南线施工中，英国人J.H.格雷特黑德第一次在粘土层和含水砂层中采用气压盾构法施工，并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的空隙，创造了比较完整的气压盾构法施工工艺，为现代化盾构法施工奠定了基础，促进了盾构法施工的发展。20世纪30～40年代，仅美国纽约就采用气压盾构法成功地建造了19条水底的道路隧道、地下铁道隧道、煤气管道和给水排水管道等。从1897～1980年，在世界范围内用盾构法修建的水底道路隧道已有21条。德、日、法、苏等国把盾构法广泛使用于地下铁道和各种大型地下管道的施工。1969年起，在英、日和西欧各国开始发展一种微型盾构施工法，盾构直径最小的只有1米左右,适用于城市给水排水管道、煤气管道、电力和通信电缆等管道的施工。
盾构法施工地铁隧道的防水堵漏技术
盾构法施工地铁隧道的防水堵漏技术 铁工1401班第2组 组长：常博 组员: 赵昶郭相凯王同祥 刘鹏袁自程
目录 一、国内外隧道建设及防水情况 (2) 二、盾构法隧道的防水设计 (2) 1、管片结构的自防水 (3) 2、管片外防水涂层 (3) 3、管片接缝防水 (4) 4、注浆防水 (7) 5、盾尾防水密封 (7) 三、盾构法隧道的堵漏 (7) 1、盾构法隧道渗漏水的原因 (8) 2、盾构法隧道渗漏水的措施 (8) 四、总结 (9)
摘要介绍国内外盾构法隧道防水堵漏的技术方法，分析隧道渗漏水的机理，总结盾构法隧道防水堵漏技术措施，以及一些常见问题及其应对措施。 关键词城市地铁防水技术隧道防水隧道堵漏 一、国内外隧道建设及防水情况 国内外已建成大量地铁、隧道，逐步形成了较成熟的结构设计计算理论与工程实践体系，但是在隧道及地下工程的防水方面认识则相对落后。地铁不可避免地要经过含水量较高的地层(如上海地铁所处地层大多为饱和含水软粘土层)，所以必将受到地下水的有害作用。如果没有可靠的防水、堵漏措施，地下水就会侵入隧道，影响其内部结构与附属管线，乃至危害到地铁的运营安全和降低隧道使用寿命。 盾构隧道渗漏水的位置是管片的接缝、管片自身小裂缝、注浆孔和手孔等。其中以管片接缝处为防水重点。通常接缝防水的对策是使用密封材料，以西德为代表的欧洲方面，采用非膨胀合成橡胶，靠弹性压密，以接触面压应力来止水，以耐久性与止水性见长。以日本为代表的方面，则采用水膨胀橡胶，靠其遇水膨胀后的膨胀压止水。它的特点是可使密封材料变薄、施工方便，但耐久性尚待验证。国内主要采用水膨胀橡胶，并已开始研究开发水膨胀类材料与密封垫两者的复合型。 二、盾构法隧道的防水设计 一般而言，盾构法隧道防水的原则是“以防为主、多道防线、综合治理”。盾构法隧道防水主要要求是在一定的水压作用下，除了管片必须具有防水抗渗能力外，更应满足管片环纵缝在预定张开量下的