时间：2022-06-11 01:16:39
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1.1工程地理位置、规模及设计情况
黄延高速LJ-6标位于起讫点桩号为K27+900～K38+500，全长10.6km；本合同段共有刚构桥2座，分别为桃园大桥与董家沟特大桥。由于两座刚构桥施工方法一致，本总结以桃园大桥为例。
桃园大桥起点桩号K33+397.5，终点桩号 K33+834.5，桥梁全长437米，最大桥高112米，主桥最大墩高106米，道路等级为高速公路，设计车速100km/h，车辆荷载等级为公路—I级，桥面净宽：0.5米（防护栏）+15.25米（行车道）+2.0米（中央分隔带）+15.25米（行车道）+0.5米（防护栏），主桥上部结构为（55+2×100+55）m预应力混凝土连续刚构，下部结构为双支薄壁空心桥墩，钻孔灌注桩基础；引桥上部结构为30m预应力混凝土连续箱梁，下部结构为柱式墩、桩基础。
其主墩为3#、4#、5#墩，墩身高度分别为83米、106米、58米。（55+2×100+55）m连续刚构全长310m，中支点梁高6.0m，跨中梁高3.00m，其间按1.8次抛物线变化，边支座中心线至梁端0.6m。梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽16.65m，底宽8.65m，顶板厚度0.32m，底板厚度由跨中0.32m按1.8次抛物线变化至根部0.8m，腹板厚跨中为0.55m、根部段为0.7m，渐变段长3.5m，主梁在中支点共设3个横隔板、端支点设1个横隔，隔板设有孔洞。
1.2工程地质、水文和自然条件
桃园大桥主墩位于黄土梁峁沟壑区，地形起伏较大，沟谷呈扁“U”字型，桥址区地表分布主要为黄土。
桃园大桥所在区域属内陆，属暖温带大陆性半干旱气候，早晚温差较大，查最近三年寺仙年均气温8.6～9.4℃,元月最冷，平均气温-0℃～-2℃，极端低温－2～－8℃；10月底至次年3月中旬为冬季，除中午为正温外，其余时间段温度均在0℃以下，最大温差24℃。
年平均风速变化幅度1.3－3.3米/秒，区内以西南风为主。冬季盛行西北风、夏季多为东南风。
1.3工期计划安排
根据业主的工期计划，刚构桥2015年5月底合拢；项目部在根据现场实际施工情况制定了桃园大桥3个主墩0#块均在8月底前完成。
2.施工要点
2.1 墩身预埋件埋设
在墩身施工至最后2、3节时，严格按照托架施工图纸设置预埋件，保证预埋件位置的准确，同时钢板与锚固钢筋焊缝确保密实，锚固可靠。预埋时严格控制预埋件钢板位置，使之凹进墩身模板3cm。
2.2 托架操作平台
墩身施工完毕后，拆除墩身液压爬模模板及第一级平台支架，将平台上其它材料及机具清理干净，托架焊接及施工平台利用液压爬模第二级操作平台，方便作业人员对托架进行准确对位及焊接作业。
2.3 托架施工
在地面严格按照设计图纸放样，提前焊接好三角托架，然后利用塔吊吊装，在操作平台上，将托架与墩身预埋钢板栓接，同一截面上每片托架焊接成整体，增强稳定性，然后其上铺设横向I20a工字钢分配梁，间距60cm，工字钢纵向采用[10槽钢焊接连成整体，增加稳定性，左中右各焊接一道。分配梁安装加固完成后进行0#块翼板下支架搭设。
2.4 托架预压
托架安装、焊接完成后检查所有焊缝，确保焊缝高度不小于8mm，对底腹板下所有托架按悬臂段1.5m梁体自重荷载的120%进行预压，预压采用挂篮前横梁2I56a工字钢在墩顶做反力架，利用墩顶预埋的竖向φ32精轧螺纹钢将反力架锚固，80t穿心式千斤顶反顶托架，以消除托架塑性变形，并监控测量托架弹性变形情况，为施工中高程控制提供可靠依据。
2.5 模板施工
0#块底模采用18mm厚胶合板，采用I20a制作成斜形马凳以支撑底板，在斜马凳与底板间采用10×10cm方木调整标高。侧模板采用专业厂家制作的挂篮钢模板组拼，模板间采用栓接。
待预压完成，清除预压配重，安装0#块侧模，调整底模及翼缘板标高，安装底板、腹板钢筋及相应预应力管道，安装箱梁内模。内模采用P3015建筑模板组拼，内模支撑架采用钢管脚手架，立杆间距纵横方向均为60cm，顶托上纵横向铺设10×10cm方木。腹板采用Φ25精轧螺纹钢对拉杆进行加固，间距为100cm。内模施工完成后安装顶板其余钢筋及预应力管道，准备浇筑混凝土。
3. 安全施工要点
宏海号22000吨桁架式拱形起重机是目前全球在制的最大门式起重机，该起重机主要用于海上石油平台的吊装，即该起重机可以直接将在陆地上制造的海上石油平台整体吊装下水，开创了海上石油平台陆地造的先例，大大降低了海上石油平台的制造成本，并缩短了制造周期。
宏海号22000吨桁架式拱形起重机的主要钢结构由主梁，刚腿和柔腿组成。在这些结构中主梁的制造，尤其是总组风险最大。由于宏海号22000吨桁架式拱形起重机制作安装地处黄海之滨的长江口上，常年有三分之一以上的时间大风降雨，现场总组难度极大。为了减少现场施工工作量，降低总组施工风险，我们将原施工方案进行了修改，将原施工方案中属于现场总组的桁片总组改为节段总组。即在车间厂房内将桁片拼装为节段，再将节段用平板车运到现场总组。
主梁分段图如下；
1、主梁节段制作
（1）在平台上放样划出各节段下弦平面系相关杆件的定位线。
（2）根据放样线，将制作完成的节段上下弦平面系桁片吊装合样固定。
（3）将制作完成的下平联吊装合样组拼固定；
（4）依次将制作完成的横联和上平联吊装组拼固定；
（5）按图纸尺寸检查节段各相关尺寸，合格后进入焊接程序；
（6）节段焊接完成后，合样检查相关尺寸，并划出端部边线；
（7）报检合格后，切割节段长度，留焊接收缩量。
2、主梁节段运输
根据主梁节段制造和运输方案，需解决以下问题：
（1）运输车辆确定
主梁最长节段（a8a7a6e8e7e6）尺寸为11520mm×21800mm×14890mm（长×宽×高），重量约281吨；主梁最重节段（a1g2）尺寸为11520mm×19103mm×17644mm（长×宽×高），重量约358吨；
为了满足主梁节段的运输和总组需要，我们按主梁节段的最大尺寸和最大吨位选择了运输车辆，参数如下：
380t平板车参数：
（2）主梁节段的捆扎和加固
由于主梁节段属于超高，超重和尺寸庞大的物件，其重心又偏高，所以主梁节段的运输有一定风险。为了保证主梁节段运输的安全可靠，首先要确定主梁节段的重心位置，使其始终处于运输平板车的中间部位，并用钢丝绳将主梁节段牢牢的捆扎在平板车上。
（3）运输道路的平整
由于运输平板车宽度只有6100mm，节段两边超出平板车的尺寸将近9000mm，再加上主梁节段重心又较高，为了防止节段运输过程中左右摇摆颠簸，需要压实平整并浇注一条混凝土道路。
（4）a1g2节段运输（重量约358吨）：
如图二所示，先在车间平台上制作主梁节段，制作完成后将主梁节段下部平台部分拆除，然后将运输平板车开到主梁节段下面，利用运输平板车的液压油缸顶起主梁节段，然后进行捆扎和加固，检查合格后运往主梁总组场地。
3、现场总拼
（1）按主梁总图划线放地样，布置支墩位置（需准备临时支墩4～8件）；
（2）在临时支墩上设置千斤顶和位移调整装置；
（3）首先把中间节段运输到现场，调整对位后通过运输车辆的升降系统将节段平稳落在临时支墩上（运输车辆下降过程中必须逐步降低高度，确保临时支墩均匀受力），检查无误后车辆退出；
（4）通过千斤顶和位移装置把中间节段按地样调整，使节段中心线、水平线和端部相关线与地样重合；
（5）用正式支墩支撑并顶紧，通过全站仪检查中间节段水平度和各连接部位坐标点，检查无误后，把节段与支墩连接固定，撤出临时支墩；
把节段按从中间到两端的顺序依次运输到现场，重复以上步骤，通
摘要：盾构法施工以其质量好、施工安全、掘进快速、对环境影响小等优点，在我国地下铁道工程中得到广泛应用。而盾构尾刷的容易损坏且较难更换的缺点，制约了盾构长距离掘进。如何在盾构施工中途进行盾构尾刷更换，是解决盾构长距离掘进的关键技术之一。文章总结了德国海瑞克土压平衡式盾构在广州地铁三号线施工过程中成功更换尾刷的经验，具有一定参考价值。
关键词：盾构隧道；尾刷修复
1 引言
盾构法施工以其质量好、施工安全、掘进快速、对环境影响小等优点，迅速在地铁隧道施工中得到广泛应用，广州是目前我国应用盾构技术修建地铁隧道发展最快的城市之一。广州地区地层多样、地质复杂，给盾构施工带来了许多难题，特别是花岗岩地层，给盾构机制造、盾构法施工都提出了更高的技术要求。随着地铁的发展延伸，地铁隧道区间段也越来越长，长距离掘进将是在以后城际间的地铁修建中提出的重要技术要求。然而，盾构机主要密封部位之一的尾刷，却是非常容易损坏且难以修复的部件，经统计，在花岗岩地层中，盾构掘进1000m后，盾尾尾刷密封将大部分失效，特别是经过较小半径转弯段掘进后，盾尾左右两侧尾刷将被严重磨损（见图1）。如何在盾构施工中途进行盾构尾刷更换，是解决盾构长距离掘进的关键技术之一。
1、工程概况
昆明地铁首期工程市政通道配套项目属于首期工程1、2号线拆分工程的一部分。环城南路站～得胜桥站区间右线长1122.754m，左线长1140.352m；区间设置联络横通道1处，与废水泵房合建（见图1-1）。本区间先后穿越省机要通信局、得胜桥、昆明铁路局的昆枢指挥部、老干住宅、铁路工管所、昆铁三角大院等13处危旧建筑物，施工难度大、施工风险高。区间采用盾构法施工，联络通道及废水泵房采用矿山法施工。区间最大坡度29.5‰，最小坡度3.25‰，覆土厚度9.8m～23.67m，主要穿越圆砾层、粉土粉砂层及粘土层。
2、盾构穿越危旧建筑群施工控制技术
2.1盾构穿越况危旧建筑群概况
穿越前制定了专项技术方案并经专家评审。环～得区间右线盾构于2012年6月28日始发，累计推进完成426环（511米）。右线盾构已安全穿越省机要通信局、得胜桥、昆枢指挥部、昆铁老干住宅、昆铁工管所等8处建筑物（见图2-1）。穿越后经监测各建筑物沉降已基本稳定；盾构穿越未对建筑物造成损坏和影响；建筑物既有裂缝均未发展，穿越前做好的灰饼标记无一处开裂。
2. 2盾构已穿越建筑物沉降分析
盾构穿越后，各建筑物的稳定累计沉降值均控制在（+5mm，-15mm）的允许范围内。各建筑物位于线路中线上的监测点位累计沉降结果见表2-1。
在穿越上述建筑物过程中，盾构土仓压力、出土量、推进速度、同步注浆量等施工参数基本一致，区别在于管片背后跟踪二次注浆的时机、注浆量及注浆压力。监测结果显示，二次注浆施工方法的不同对沉降速率及累计沉降的影响较大。
以昆枢指挥部为例，该建筑年代最早、质量情况最差，在穿越过程中采取了最保守的跟踪二次注浆措施。首先，在推进过程中利用双液注浆系统进行正常同步注浆，然后对脱离盾尾后的第3环管片（即当前推进环退后5环）进行跟踪二次注浆。跟踪注浆每隔3环进行一次，注浆时暂停推进，将同步注浆管路连接至管片顶部位置进行。跟踪注浆同样采用双液浆，注浆量控制在1m3以上，注浆压力控制在0.50MPa左右。通过上述措施，昆枢指挥部在盾构穿越前后的沉降变化非常平缓，单日沉降速率均未超过1mm，在盾构通过后的后续沉降很快得到稳定，最终累计沉降仅3.11mm（图2-1），是控制得最为理想的。
2.3对已穿越房屋沉降控制总结
1.前言
随着城市轨道交通事业的日益发展，在城市繁华地带进行地下工程施工的情况也非常普遍，繁华地带周边环境复杂，地下工程施工风险高，突发事故也不可避免，一旦出现紧急事故，除采取必要的应急措施外，采取何种行之有效的处理方案，对降低工程损失，避免次生灾害，顺利推进工程，积极引导社会舆论等都有十分重要的作用。作者根据在南京地铁中的案例，参考国内外相关城市的相关经验，总结此文，为地铁发展中类似工程提供有益参考。
2.概述
南京地铁某区间盾构机掘进施工时，因地质条件复杂，导致盾构机掘进困难土方超挖引起地面沉降，致使路面下一自来水管破裂，压力水对管底土层冲刷造成水土流失，引起更大的地面沉陷。沉陷处盾构机埋深约16.3m，沉陷面积约16m2，最深沉陷约30cm。沉陷处位于城市道路下方，地下管线密集，周边为多栋6-7层居民楼及临街商铺，沉陷处距楼房平面距离最小仅为7.2m，周边环境复杂，详见图1。
3.沉陷处工程地质情况
根据地质勘察资料， 盾构刀盘所处的断面地层为K2p-2强风化泥质粉砂岩及K2p-3中风化泥质粉砂岩，刀盘上部1m左右为一层④-4e-2透水卵砾石层，卵砾石层至道路面层之间主要为淤泥质粉质粘土层及近代填土层，盾构机上部土体自稳性极差，地面沉隆对土体超欠挖反应极其敏感，地质剖面图见图2，图3。
4.初次采取的措施
在得知现场情况后，施工单位立即停止右线掘进，并对沉陷处采用围挡进行围蔽，安排专人对行人及车辆进行疏导，以防误入水坑。随后对沉陷处路面采用混凝土进行回填，并联系了自来水公司进行管路修复。
次日，施工方组织了技术人员，地铁盾构方面的专家，召开了事故处理方案研讨会。与会人员了解了详细情况并查看现场认为：地铁施工掘进至此处时，正值盾构掘进断面地层由全断面岩层向复合地层转换的阶段，断面地层自稳性能较差，而盾构施工参数并未及时调整，土仓内压力偏小，土方出现超挖导致地面沉降单次达到9.5mm/d，引起此处直径200mm混凝土承插式接头自来水管爆裂，带压水对地层的冲刷引起地面大范围沉陷。自来水管改移完成后，地面情况基本稳定，现应立即采用土压平衡模式恢复掘进，通过该段后对沉陷处进行加固，确保房屋安全。
根据咨询会意见，当晚盾构机恢复掘进，但掘进速度过慢，24小时仅完成3环掘进，事实表明，盾构机已困于该地层，主要现象为：
（1）盾构机推力过大，掘进是高达18000KN，而正常掘进是仅为10000KN左右；且刀盘扭矩高达3.1 MN.m，正常情况下一般为2.4 MN.m，推进速度仅为1～4mm/min，与该处地层的正常掘进不符，渣土温度高达58℃；
（2）发生大的喷涌，大量泥水及砂土从螺旋输送机排土口喷出，含砂量较大，且伴有大量卵砾石；
（3）出土过程中，一旦喷涌出土将土仓上部传感器压力降至1bar左右时，关闭闸门，上部压力很快将上升至1.3bar，说明盾构机上方土体极不稳定，为淤泥层或松散富水卵砾石层；
（4）掘进过程中，出土量控制较难，远大于理论出土量，地面沉降监测数据再次报警，沉陷面积、沉陷深度进一步增大。
5.再次采取的对应措施
根据掘进及地面沉降情况，施工单位再次主持召开了第二次专题会，邀请了地铁盾构方面的知名专家。与会人员根据现象判断认为：
（1）该段地层地质条件复杂，应重新对该段地层进行补充勘察；
（2）盾构机应停止掘进，应对沉陷处地面进行注浆加固，并将沉陷处路面进行恢复；
（3）盾构机刀盘和土仓内可能出现结泥饼现象，且刀具可能存在一定磨损，应在盾构机刀盘前方进行加固，加固完成后将盾构机推进至加固体后开仓清理泥饼，检查刀具。
6.地面加固方案
6.1 加固目的
加固分为两个部分，一是对沉陷区进行加固，加固后确保沉陷处地下土体固结，填充可能存在的地面空洞，对路面进行恢复，确保该段周边建筑物及管线安全，并确保路面恢复交通。二是对刀盘前方进行加固，主要目的是确保刀盘前方土体稳定，防止地面进一步沉陷，并根据需要带压开仓清理泥饼，检查刀盘。
6.2 沉陷区加固方案
（1）加固方案
该处加固以土体内渗透～劈裂注浆加固为主，因此采用袖阀管分段注浆加固，沉陷区采用双排双液浆压密注浆，水泥为P42.5号水泥，水灰比1：1，水玻璃溶液35～40°Bé，水泥浆：水玻璃溶液1：0.5，双排注浆孔呈梅花布置，间距1m。
其余加固区域内部采用单液水泥浆注浆，水灰比1：1，注浆量均为300kg/m，注浆压力不大于0.3MPa，注浆孔间距1m，梅花形布置，注浆深度0～12m。
（2）注浆量确定
加固地层主要为①-1杂填土、①-2-2素填土、②-2b4淤泥质粉质粘土、②-3b3-4粉质粘土层，根据岩土勘察报告及《岩土注浆理论与工程实例》有关参数，计算依据公式：
Q=Vnβα
n-土体孔隙率，孔隙比为0.707～0.846，则孔隙率取0.414～0.458
V-加固土体体积m3
β-浆液填充系数 取0.8
α-浆液损耗系数 取1.35
Q=π×0.52×1×0.414（0.458）×0.8×1.35=0.35（0.39）m3/m
水泥浆水灰比为1：1
综合考虑袖阀管注浆量为0.3t/m水泥。
（3）施工流程
6.3 刀盘前方加固方案
（1）加固方案
本段地层加固范围为盾构刀盘前方2.5m，长5m，宽10m。采用φ800@700旋喷桩进行加固，加固至隧道拱顶以上3m，拱顶以下2m。加固图如图6，图7。
（2）施工流程
搅拌桩施工流程如图8所示。
6.4 注意事项
（1）为防止盾构机被水泥浆裹住，在盾构机上方施工旋喷桩时，每隔3 小时向刀盘土仓、盾壳外表面和同步注浆管道内注入一次膨润土，每次不少于2m3，并转动刀盘，确保向加固土体注入的浆液不串入上述各个部位而固结盾构机。
（2）对桩的入岩深度要及时取样分析并对照详勘和补勘报告，确保入岩深度达到设计深度。
（3）双液浆配合比应该通过试验确定，一般凝固时间25 秒30 秒。
7. 恢复掘进施工方案
补充勘察完成后，勘察结果证实，沉陷处地质与判断一致，刀盘上部为富水卵砾石层，卵石含量高达50%，卵石中夹杂砂层，地层厚度约2m。
加固完成后，待刀盘前方加固体无侧限抗压强度达到0.8MPa时，盾构机即可再次重新推进，为确保施工安全，确保盾构机脱困，主要采取以下方案。
7.1 洞内注浆
在沉陷处下方已拼装完成的管片处进行二次注浆，注浆采用在吊装孔处插入长1.5m的注浆管，端部0.5m为注浆花管。注浆范围为脱出盾尾的5环具备打孔条件的管片（边墙及拱顶范围），注入单液水泥浆（或双液浆），水灰比1：1，注浆不大于压力0.3MPa，用以确保沉陷处周边土体稳定。
7.2 泥饼处理措施
为缓解泥饼现象对掘进的影响，在盾构机恢复掘进前，在刀盘及土仓内，注入高分子分散剂，共计注入12m3，浓度为8%，分次注入，并间断转动刀盘，处理时间大于24小时。
对结泥饼的状况进行了分析，发现现有的渣良方案存在缺陷，泡沫的发泡效果不好，出来的渣土流塑性较差，导致土仓内出现结泥饼的状况，于是对渣良做了改进，改用进口的康达特（CONDAT）泡沫剂，并提高发泡倍率至20倍，使喷射出的泡沫握在手上具有良好的弹性，加强掘进中的土体改良管理，尽量将改良渣土的泡沫通过刀盘面板上的孔道向切割表面喷注，使渣土经过刀盘开口进入土仓的流动性好，不易产生结饼。
掘进过程中注意渣土温度变化，一旦产生泥饼，可空转刀盘，使泥饼在离心力的作用下脱落。
7.3 排除机械故障
经过对机器的详细检查，发现盾构机刀盘处1根泡沫管球阀与单向阀位置接反，影响了泡沫管的疏通，导致该泡沫管堵塞，影响渣良，故及时通知海瑞克技术人员进场，对泡沫系统进行处理。
7.4 选择合适的掘进模式
采取土压平衡模式掘进，严格控制出土量，每环控制在43.5m3左右，尽量避免超挖，土仓压力控制为1.8bar（中部传感器），刀盘转速控制在1rpm/min，并做好详细的施工记录。及时掌握地面及周边建筑物监测情况，每4小时监测一次，并安排专人巡视，一旦出现紧急情况，立即向值班领导及相关人员汇报，并采取对应措施。
7.5 喷涌处理措施
由于基岩裂隙水发育，隔水层厚度不一致且常缺失，进入土仓的渣土不具有一定的塑性（粘土矿物质含量少，密水性差），承压水与无塑性渣土容易在螺旋输送器形成喷涌。针对这种情况应该采用下列措施：
（1）采用二次同步注浆，截断后方来水，避免土仓与管片背后形成水力通道。
（2）及时对盾尾密封刷添加足量的油脂，确保盾尾的密封性。
（3）通过膨润土泵，在刀盘前方及土仓内注入高分子聚合物，浓度为1%，注入后均匀转动刀盘，改善土体的和易性，使土体中的颗粒、卵石和泥浆成为整体，提高土仓土体水密性和流动性。
（4）在螺旋机排土前，把土仓内的水、土充分搅拌，使土仓内土体有良好的密水性，避免喷涌。
（5）利用双闸门交替启、闭，保压排土，可以有效地控制喷涌排土。
7.6调整刀盘工作扭矩
本项目采用的海瑞克盾构机刀盘额定扭矩为4.474MN・m，设定为达到80%额定扭矩刀盘便抱死。故通知厂家技术人员进场调整，拟将抱死扭矩调整至额定扭矩的100%，提高掘进扭矩以增大刀盘贯入度，加快掘进速度，通过该段地层后再恢复原抱死扭矩。
8.经验总结
通过以上一些列措施，最终成功的决解了螺旋输送机出土口喷涌的现象，渣良效果良好，盾构机总推力降低至10000～14000KN，刀盘扭矩恢复至2.1～2.7 MN・m，渣温降至35℃左右，推进速度提高至20～40mm/min，地面沉降监测数据良好，并未出现监测报警，成功的实现了盾构机脱困。鉴于掘进状态良好，项目部技术人员研究认为，无需在该复合地层中带压开仓，待推进至合适的地层中再开仓检查刀具，同时盾构机通过该段后，需及时的进行二次补浆。
针对此次事故总结认为：
（1）盾构掘进施工前，应多次充分深入的调查沿线的建构筑物、管线等情况，一旦发现有重大风险源，应及时采取处理措施；
（2）应根据不同的地质条件，调整盾构掘进模式。在硬岩段岩层自稳能力好，采用气压平衡模式或欠土压平衡推进。盾构机在穿越上软下硬地层时应该采用土压平衡模式掘进，土仓压力设置根据隧道埋深、水文地质情况确定；
（3）对已经发生的险情，应首先及时的进行处理，避免后期进一步发生次生灾害，酿成更大险情；
（4）盾构机进入复合地层或复杂地段前，应提前对盾构机各个系统进行检修保养；
（5）复合地层中掘进时，应采取多种措施，多次实验确定出良好的渣良措施，确保盾构机顺利匀速快速掘进。
9.结束语
南京地铁地面沉陷事故最终虽得以解决，但事故发生伊始，并未采取合理的技术措施，导致盾构掘进引起地面进一步沉陷，从而花费了大量的人力物力。随着城市轨道交通事业的发展，盾构机在城市繁华地带且复合地层中掘进也越来越普遍，因此提前要对沿线施工条件进行深入研究，及早制订对策，一旦出现险情及时采取有效的技术措施，风险就会最大程度规避，达到连续快速掘进。
参考文献
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中图分类号：U231 文章编号：1009-2374（2016）14-0121-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.14.061
盾构过空推段施工技术的应用可以将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖。通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，最终能够形成完整的隧道结构。
1 盾构过空推段施工简析
盾构过空推段施工对于隧道成型效率有着重要的意义，因此对于其施工方法应用范围、施工技术应用目标、施工技术限制因素、施工技术应用特点进行分析可以帮助隧道更好的成型。
1.1 施工方法应用范围
施工方法的应用有着具体范围的限制，这实际上受到矿井隧道施工过程中空气系统运作效率的影响，并且也会受到风化作用的限制。施工方法应用范围还需要考虑到地面注浆充填技术的实际应用效果，如果这一技术的应用能够显著地提高盾构隧道施工的防水效果，并且可以极大程度地提升工程的质量，则能够具有更为广泛的施工范围。在盾构过空推段施工进行较多的我国南部省份中，这一施工的范围实际上还会受到初期支护水平的限制，因此根据范围来施工就是确保施工质量的关键所在。
1.2 施工技术应用目标
盾构过空推段施工技术是通过采用一种复合结构的方法来有效地解决地下隧道施工建设过程中面临的种种问题。盾构法和矿山法的合理结合还能够通过穿过空洞来有效地充填孔隙。盾构过空推段施工技术的应用还在于进一步确保周边环境和建筑结构的安全性上。与此同时，在施工过程中存在的复杂地质条件和环境要求也使得盾构过空推段施工技术的应用有着很高的必要性。例如压力为117MPa且部分地段上软下硬，盾构机掘进困难，故采用矿山法完成隧道开挖、初支，盾构通过拼装管片。左右线隧道均利用中间风井作为施工竖井进洞开挖。矿山法隧道内净空尺寸为直径6400mm，在盾构机外径6280mm的基础上考虑120mm的盾构机工作空间；在矿山法隧道底部60°范围内设有半径3150mm、厚150mm的混凝土导向平台，用于引导盾构机按正确路线参数推进。
1.3 施工技术限制因素
施工技术限制因素通常是指高强度的硬岩矿所带来的影响。在许多隧道的初期支护工作中，施工人员只有对于初期支护之间的孔隙进行有效控制，才能够做好接下来的隧道衬砌工作。施工技术的限制因素还体现在于隧道开挖完成之后，施工人员应在隧道底部对于钢筋混凝土导台的尺寸进行确定，并且在这一过程中合理地控制盾构机姿态，通过密切监视段的态度来有效地防止段大面积错台或者是上浮以及下沉现象的出现。
1.4 施工技术应用特点
盾构过空推段施工技术的应用特点集中地体现在了先开挖后作为上。由于盾构在坚硬的岩层中很容易出现不同程度的磨损，因此为了能够有效地避免出现整个隧道衬砌的意外损坏，施工人员应当通过混凝土技术的合理应用来减小盾构在地层加固中存在的问题，从而能够在满足工程安全的前提下，进一步提高屏蔽空间的转换效率，最终能够为工程施工进度的提升起到重要的助力。由于其自身具有较高的渗透性，因此对于施工技术的应用特点进行把握就更加必要。
2 盾构过空推段施工的关键点
盾构过空推段施工的关键点实际上是施工的核心所在，以下对于做好同步注浆工作、改进轨梁长度、做好初期支护工作、优化具体工艺流程等要点进行了分析。
2.1 做好同步注浆工作
施工人员在做好同步注浆工作时应当将重点放到隧道施工方法的关键技术与创新研究上。此外，施工人员在做好同步注浆工作时还应当对于包括钢筋混凝土早强技术在内的先进技术进行合理的应用。与此同时，施工人员在做好同步注浆工作时还应当对于包括三级两注浆充填法在内的填充方法进行合理的应用，从而能够有效地避免隧道空间带来的限制，因此可以在提高施工进度的同时进一步增强施工的效率。
2.2 改进轨梁长度
施工人员在改进轨梁长度的过程中应当首先着眼于增加有效行程单轨吊车梁，从而能够在此基础上切实地增加部分平面停车空间，并且可以起到保证其整体空间段的效果；其次，施工人员在改进轨梁长度的过程中应当对于确保盾构机到达的必要推力进行细致的计算，然后以计算的结果来对于轨梁的长度进行修正，从而能够在此基础上进一步促进盾构机导台施工的顺利完成，并且以此为基础来达到预期的设计强度。在这一过程中需要注意的是，由于暗挖空推段隧道一定长度范围内需要进行全断面回填碎石，因此在对其进行改变的过程中，施工人员需要保证管片止水条密贴，才能够达到良好的技术应用效果。
2.3 做好初期支护工作
施工人员在做好初期支护工作的过程中首先应当着眼于对于硬岩和硬岩段进行矿山开挖，并且在这一过程中做好主支护和开挖段端墙的处理工作能够以此为基础来同时进行初期支护开挖施工混凝土段的引导工作；其次，施工人员在做好初期支护工作的过程中努力地保证不同段的搭设质量，并且在这一过程中通过于间隙中填充补强补料来达到更好的初期支护效果。与此同时，施工人员在做好初期支护工作的过程中应当通过二次补强灌浆的进行来进一步保证施工质量，并且在此基础上极大限度地提高段的防水效果。
2.4 优化具体工艺流程
施工人员在优化具体工艺流程的过程中应当于开挖断面隧道的初期就做好相应的支护施工工作。盾构推进前，刀盘前方依次全断面填碎石、放坡填碎石。在实际施工过程中，很难填满整个断面，只能尽可能满断面回填，并且在盾构机过空推段中，每隔数环就应当通过采用特制支撑螺杆来对于管片注浆孔进行支撑加固，从而能够以此为基础来切实地加强管片的姿态监控工作。在这一过程中如果发现管片有上浮和下沉的趋势，则施工人员应当更加及时地调整相应的施工参数，最终能够确保管片两侧同步注浆的进行，并且可以有效地避免因注浆而对管片所产生的偏压。
3 盾构过空推段施工技术创新
盾构过空推段施工技术的创新可以带来更好的施工效率。以下从革新土压平衡模式、优化碎石回填方式、提升同步注浆效率、防止管片错台措施等方面出发，对于盾构过空推段施工技术的创新进行了分析。
3.1 革新土压平衡模式
施工人员在革新土压平衡模式的过程中应当于施工隧道开挖初期支护完成之后在底部的隧道范围内做好建筑钢筋混凝土的土压工作，从而能够在此基础上确保建设完成盾构能够达到预期的设计强度。此外，施工人员在革新土压平衡模式的过程中还应当优先完成回填砂砾的横截面土压平衡，并且对于超出这个范围的土压力平衡模型进行适度的条件，从而能够获得足够多的反力并保证管片密封和紧贴的程度。
3.2 优化碎石回填方式
施工人员在优化碎石回填方式的过程中为了能够满足设计中的混凝土强度，可以在盾构步进时合理地提高背衬同步注浆，并且在这一过程中通过试验来进一步调整其享有的配合比，从而能够在此基础上将初凝时间控制在5小时之内，这本身也是保证管片下部有足够的抗力的重要前提。施工人员在优化碎石回填方式的过程中还应当在必要时通过缩短回填注浆工作面和管片安装工作面的距离来达到优化碎石回填方式的预期。与此同时，施工人员在优化碎石回填方式的过程中可以通过加强对盾构姿态的控制来确保更多的盾尾间隙，从而能够防止盾壳作用力于管片现象的出现。
3.3 提升同步注浆效率
施工人员在提升同步注浆效率的过程中应当首先根据同步注浆量每一环的设计来着眼于提高抗浮在隧道段中的能力；其次，施工人员在提升同步注浆效率的过程中应当调整好盾构机从实推段到空推段进洞姿态和空推段到实推段时的出洞姿态，确保盾构机进出洞时的旋转值被控制在一个相对合理的范围内。与此同时，施工人员在提升同步注浆效率的过程中应当努力控制好推力，并且在这一过程中确保掘进速度不能过快，从而能够通过控制好盾构机的姿态来更加严密地监测管片姿态，最终能够有效地防止管片大面积错台或者是上浮现象的出现。
3.4 防止管片错台措施
施工人员在采取防止管片错台措施的过程中应当努力地提高盾构同步注浆支撑步，并且在这一过程中通过适当的比例调整，从而能够在此基础上保证初始设定时间小于4。施工人员在采取防止管片错台措施的过程中应当努力地防止盾构机通过空推段来导致段螺栓不能完全重新拧紧。与此同时，施工人员在采取防止管片错台措施的过程中还应当调整好盾构机，并且进一步确保盾构进出洞时的旋转值，从而能够促进施工精度的进一步提升。
4 结语
盾构过空推段施工的关键可以归结为施工经验的总结，因此施工人员为了能够有效地提升施工效率和做好施工创新工作，则需要在对于施工经验进行合理总结的基础上，进一步提升盾构过空推段施工的整体水平。
参考文献
[1] 邓彬，顾小芳.盾构过空推段施工关键技术研究[J].现代隧道技术，2014，4（15）.
[2] 李锦富.浅议盾构过矿山法隧道空推段施工质量控制[J].现代隧道技术，2014，4（15）.
[3] 李锦富，罗忠.盾构空推拼管片过矿山法隧道渗漏水控制[J].现代隧道技术，2014，4（15）.
[4] 刘建国.深圳地铁盾构隧道施工技术与经验[J].隧道建设，2015，2（20）.
Abstract: This paper describes the concept and the characteristics of shield construction, and then further on shield construction technology and measures.
Keywords: shield construction; shield machine; measures;
中图分类号：U455.43文献标识码：A文章编号：
前言
随着盾构掘进施工技术水平的发展，盾构机的性能也有了很大的提高。土压平衡式盾构掘进时，所采用的自动化控制模式，避免了人工操作易产生的误差，提高了控制的精度；但自动化控制系统的数据反馈修正有时间上的滞后性，实际土压力的控制必然与理论设定值存在一定的偏差。盾构每掘进一环，必须停下来拼装管片，此时，盾构机的千斤顶控制模式转为拼装状态。实际施工表明，拼装管片的过程中，盾构机有微量的后退，前仓土压力变小；因此，在穿越施工条件下拼装时，土压力的波动必然会引起周围土体应力(主要是正前方)的波动，从而加剧了对土体的扰动。
1 盾构施工法概述
盾构隧道施工法是指使用盾构机，一边控制开挖面及围岩。使之不发生坍塌失稳，一边进行隧道掘进、出渣，并在机内拼装管片形成衬砌、实施壁后注浆，从而不扰动同岩而修筑隧道的方法。盾构施工的主要原理就是尽可能在不扰动围岩的前提下完成施丁，从而最大限度地减少对地面建筑物及地基内埋设物的影响。为了达到这一目的，除了刀盘和盾构钢壳可以被动地产生支护作用以外，使用压力舱内泥土或泥水压力平衡开挖面上的作用土压力和水压力；使用壁后注浆及时充填由开挖产生的盾尾空隙，主动地控制围岩应力释放和变形是盾构技术的关键。
2盾构施工法的特点
盾构法施工是在在钢壳体的保护下．进行掌子面的开挖及衬砌的施工作业，并依靠千斤顶的推力快速推进。其特点如下：(1)盾构机及配套设备，技术工艺复杂；(2)固定断面尺寸，断面变化需特殊处理；(3)在盾构机钢外壳的保护下进行出渣、管片拼装等工作，安全性好；(4)作业环境优越，机械化程度高，施工速度快；(5)作业人员少，每班20左右；(6)预制管片精度高，质量可靠；(7)防护采用单层衬砌即可；(8)防水可靠；(9)不需降水，工程造价与暗挖方法基本相当；(1)除在盾构进出井外，一般不需地层改良和预支护。(11)需设盾构进出井，附建管片厂；(12)能有效控制地面沉降，基本不受地层的影响；(13)施工用地稍大；施工一次性投入大。
3盾构隧道施工技术
根据以往工程实践，一般盾构施工的工艺流程步骤如下：①盾构机的组装与调试；②盾构始发；③盾构掘进；④泥水平衡盾构机掘进；⑤盾构掘进方向的控制与调整；⑥掘进过程中的刀具管理和换刀方案；⑦管片安装；⑧同步注浆与二次补强注浆；⑨盾构到达；⑩盾构的拆卸。在施工过程中，需使各施工环节相互协调，做到优化配置。为确保在地层中快速、安全地施工，主要介绍以下几个关键步骤。
3.1盾构掘进
(1)盾构试掘进
盾构开始掘进的45米称为试掘进段。掘进完成90米后开始拆除负环管片，通过试掘进段拟达到以下目的：①用最短的时间对盾构机进行调试；②了解和认识本工程的地质条件，掌握该地质条件下泥水平衡盾构的施工方法；③收集、整理、分析及归纳总结各地层的掘进参数；④熟悉管片拼装的操作工序，提高拼装质量，加快施工进度。
(2)盾构正常掘进
盾构机在完成前45米的试掘进后，将对掘进参数进行必要的调整，为后续的正常掘进提供条件。主要内容包括：①根据地质条件和试掘进过程中的监测结果进一步优化掘进参数；②通过加强施工监测，不断地完善施工工艺，控制地面沉降；③推进过程中，严格控制好推进里程，将施工测量结果不断地与计算的三维坐标相校核，及时调整。
(3)盾构掘进流程及操作控制程序
盾构掘进作业工序流程参见下图。
3.2 盾构掘进方向的控制与调整
由于地层软硬不均、隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响，盾构推进不可能完全按照设计的隧道轴线前进，而会产生一定的偏差。当这种偏差超过一定限界时就会使隧道衬砌侵限、盾尾间隙变小使管片局部受力恶化，并造成地层损失增大而使地表沉降加大，因此盾构施工中必须采取有效技术措施控制掘进方向，及时有效纠正掘进偏差。
(1)盾构掘进方向控制：①采用SLS—T隧道自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测；②采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向；
(2)盾构掘进姿态调整与纠偏：①分区操作推进油缸来调整盾构机姿态，纠正偏差，将盾构机的方向控制调整到符合要求的范围内；②在急弯和变坡段，必要时可利用盾构机的超挖刀进行局部超挖来纠偏；③当滚动超限时，盾构机会自动报警，此时应采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。
3.3 同步注浆与二次补强注浆
盾构施工引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结以及地下水的渗透，是导致地表、建筑物以及管线沉降的重要原因。为了减少和防止沉降，在盾构掘进过程中，要尽快在脱出盾尾的衬砌管片背后同步注入足量的浆液材料充填盾尾环形建筑空隙。
同步注浆与盾构掘进同时进行，通过同步注浆系统及盾尾的内置注浆管，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行，采用双泵四管路(四注入点)对称同时注浆。
以某穿越砾砂层的盾构隧道为例，同步注浆采用水泥砂浆，浆液的初步配比如下表。
同步注浆后使管片背后环形空隙得到填充，多数地段的地层变形沉降得到控制。在局部地段，同步浆液凝固过程中，可能存在局部不均匀、浆液的凝固收缩和浆液的稀释流失，为提高背衬注浆层的防水性及密实度，并有效填充管片后的环形间隙，根据检测结果，必要时进行二次补强注浆。
二次补强注浆材料以水泥、粉煤灰和膨润土等材料为主，其配比(重量比)如下表。
4施工技术措施
4.1严格控制盾构正面平衡压力。
为减少盾构推进对地层的扰动，穿越过程中应严格控制切口平衡压力、推进速度、总推力、出土量等施工参数；综合考虑隧道埋深、地质情况等因素；适当设定土压力值，并在施工中根据具体情况适时调整。现场实时数据表明，盾构穿越对运营线路的竖向位移值产生的影响较大，对轨道横向高差及隧道收敛值影响甚微。推进过程中，要对盾构前方运营线路隧道监测点的隆起值，包括累计值和瞬时值进行监测。
4.2 严格控制纠偏量及推进速度。
盾构穿越时，纠偏量要分段进行，并结合监测数据及时调整施工参数，严禁大幅度调整盾构姿态，降低土层损失和对周围土体的扰动，并减少对运营隧道的影响。推进过程中，盾构推进速度基本维持在4R/d；严格控制各项施工参数，最大隆起量要满足地铁运营隧道保护要求。
4.3同步注浆。
随着盾构推进，脱出盾尾的管片与土体间出现“建筑空隙”(理论建筑空隙为1.65m3/R)，由于压入衬砌背面的浆液发生收缩，实际注浆量超过理论建筑空隙体积；转弯隧道的实际注浆量要大于直线隧道注浆量。施工过程中，每环同步注浆量、注浆压力、浆液配比要符合要求。
4.4 一次注浆。
盾构推进时，同步注浆在填补建筑空隙时会存在一定间隙，且浆液收缩会引起地面沉降，结合监测数据，及时调整注浆量及注浆参数，在管片脱出盾尾一定长度后，对管片的建筑空隙进行一次双液注浆。（1）注浆孔选择：第一阶段注浆孔选择在隧道顶部和隧道下部，以减缓运营线路的快速沉降；第二、第三阶段，注浆孔布置在隧道顶部和隧道下部，并逐渐向两侧伸展，进一步减缓地铁运营线路沉降并达到逐步稳定；第四阶段注浆孔沿隧道周边布置，以置换注浆、土体加固形式，最终稳定地铁运营线路。（2）注浆压力及流量控制：整个注浆过程中，要严格控制注浆压力，根据预先确定的每孔注浆量，计算出每孔注浆时间，对注浆速度进行控制。
5 结语
地铁施工正在大面积地推进,施工中遇到很多特殊地段,地铁施工者特别情况特别处理,做出相应的施工措施,并不断地在实践中总结经验提高施工技术水平,提高工效创优质工程,创用户放心工程。
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[1]。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[2]。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。
1 盾构隧道地面沉降规律
地面沉降规律是反映盾构掘进时,沿掘进轴线方向对地层的影响,同时它也能反映盾构掘进时不同因素、盾构机不同部位对地层的作用,包括正面土压力、摩擦力及盾尾间隙等。根据地面沉降发生的时序,一般将盾构施工沿隧道纵向的地面沉降划分为五个阶段[3]。
1.1 盾构到达前的地层沉降,即先行沉降
盾构到达前,地表已经产生变形,影响范围约在10m～15m以内。主要是由盾构推进土压力的波动所引起,还有地下水位下移使土层有效应力增加而引起的固结沉降。
1.2 盾构到达时的地层沉降,开挖面前的沉降或隆起
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 盾构机通过时的沉降
盾构切口达到测点起至后尾离开测点期间发生的地表沉降。这一期间所产生的地表沉降主要是由盾壳向前移动过程中,盾构机外壳与周围土层之间形成剪切滑动面,土体被扰动所致,盾构通过时的地表沉降约占总沉降的35%～40%。
1.4 盾尾间隙沉降
盾尾通过测点后产生的地表沉降,影响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%。
1.5 后续沉降
后期沉降是由盾尾脱出一周后的地表沉降,是由前面地层扰动引起的固结沉降和蠕变残余沉降,反映了地层沉降的时间效应。这一期间的地表沉降一般不超过总沉降的10%。
总体而言,盾构法施工过程中,1.2和1.4阶段的地面沉降量和沉降速率较大,控制沉降也最为关键。1.2阶段的变形控制要素是土仓内压力,而1.4阶段的控制要素是盾尾间隙的注浆及时性和充盈率。
2 地面沉降的影响范围
中图分类号：U45 文献标识码：A
一.前言
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
二.地铁隧道施工的沉降现象
盾构施工过程中，地表沉降具有横向和纵向两种表现形式。纵向的地表沉降又可分为先行沉降、开挖前沉降、盾尾沉降、盾尾空隙沉降以及后续沉降等。引起地面沉降的原因是多样化的，包括盾构施工掘进造成地面损失引发的沉降；盾构施工引起地下水流失造成的地下水位降低，引发了地层的固结沉降。盾构施工中存在的地质资料与建筑物基础资料与实际状况不符，造成施工措施不当引发建筑物开裂。盾构衬砌结构的变形以及地层原始应力的改变等。
三. 举例分析——沈阳地铁二号线地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题
沈阳是东北交通的枢纽，是东北最大城市。“振兴东北，沈阳先行”这句响亮的口号从中央喊至地方，均体现出了国家对老东北工业区的规划建设。几年来，沈阳发生了翻天覆地的变化，经济发展，城市建设，文化建设都取得了不小的成就，尤为可叹的是在“十一五”末期，沈阳地铁实现顺利通车，这标志着大东北的中心城市—沈阳，正在向国家化大都市迈进。作为现代化城市的硬件之一——快速轨道交通设施，将成为未来几年中沈阳城市交通建设的重点。中铁三局四公司承建沈阳地铁2号线北延线医师区间地铁隧道盾构法施工中的地面沉降规律:
地面沉降规律是反映盾构掘进时,沿掘进轴线方向对地层的影响,同时它也能反映盾构掘进时不同因素、盾构机不同部位对地层的作用,包括正面土压力、摩擦力及盾尾间隙等。根据地面沉降发生的时序,一般将盾构施工沿隧道纵向的地面沉降划分为五个阶段。
1.盾构到达前的地层沉降,即先行沉降
盾构到达前,地表已经产生变形,影响范围约在10m～15m以内。主要是由盾构推进土压力的波动所引起,还有地下水位下移使土层有效应力增加而引起的固结沉降。
2.盾构到达时的地层沉降,开挖面前的沉降或隆起
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。
3.盾构机通过时的沉降
盾构切口达到测点起至后尾离开测点期间发生的地表沉降。这一期间所产生的地表沉降主要是由盾壳向前移动过程中,盾构机外壳与周围土层之间形成剪切滑动面,土体被扰动所致,盾构通过时的地表沉降约占总沉降的35%～40%。
4.盾尾间隙沉降
盾尾通过测点后产生的地表沉降,影响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%。
5.后续沉降
后期沉降是由盾尾脱出一周后的地表沉降,是由前面地层扰动引起的固结沉降和蠕变残余沉降,反映了地层沉降的时间效应。这一期间的地表沉降一般不超过总沉降的10%。
总体而言,盾构法施工过程中,1.2和1.4阶段的地面沉降量和沉降速率较大,控制沉降也最为关键。1.2阶段的变形控制要素是土仓内压力,而1.4阶段的控制要素是盾尾间隙的注浆及时性和充盈率。
四.引起地铁隧道施工中地面沉降的原因分析
1.地层损失引发地面沉降
地铁隧道的施工中，盾构施工将对相应的土体产生扰动，从而引发一定范围内土体成为松土而造成地层的损失，根据相应的理论分析和实际工程项目实例的总结，引起地层损失的因素包括开挖面的土体移动；盾构的后退；土体挤入了盾尾空隙；推移方向的改变；盾构正面障碍物，从而使地层在盾构通过后产生的空隙难以压浆填充引发地层损失；盾壳在移动后对地层产生了摩擦和剪切；在土体压力的作用下，地铁隧道的衬砌产生了形变引发的地层损失；当隧道衬砌具有较大的沉降时也将引发地层损失。
2.覆土厚度H和盾构外径D的影响
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。
3.地下水流失造成地面沉降
深埋隧道的施工中，地层损失所造成的地面沉降主要对建筑物的端承桩造成影响。而地下水流失所造成的地下水位下降则主要对建筑物的浅基础以及长度较短的摩擦桩造成影响。尤其是桩基基础以下间隙率较大的地层，例如中粗砂层，其所造成的沉降较大。在土压平衡式盾构机器掘进过程中，普遍存在拱顶同步注浆不密实的状况，从而导致了拱顶处沿着地铁隧道方向水力连通。而当盾构机器长时间停止掘进作业时，地下水容易从盾构机的后方流向开挖面，从而引发了地下水流失。而当地层起伏较大，或是地层存在地质钻孔、封孔的质量不良时容易与上部地层造成水力通道，贯通隔水层引发地下水水位下降，此外含水量较大的地层中，盾构机的停止掘进也将导致开挖面较大的水量流失。当地铁隧道上层的土层覆盖较浅且土质较为松散，并且存在未封堵的地质钻孔时，由于形成了上下连通的水力通道，当盾构机推进后地下水下降迅速，从而引发地表沉降。
4.地面沉降的安全性判断与控制
因不同城市地铁隧道工程的地质条件、地面环境、隧道埋深、上部结构对地基变形的适应能力和使用要求具有很大差异,地铁隧道地面沉降的安全判断,通常需要考虑地面建(构)筑物和地下管线的安全及地层稳定等因素后综合确定。目前国内与地铁隧道地面沉降有关的规范均未给出地铁隧道地面变形的具体指标或允许值[12～16]。从当前国内的地铁施工实际来看,地表变形多根据经验控制在+10mm～-30mm以内。但工程实践表明,制定统一的标准并不妥当,实际工程中要按照不同地区、不同地质和周边环境区别对待,以确定科学、合理且经济的沉降安全性控制标准。
地面沉降控制的总原则是,采取各种措施保持隧道周围岩土体稳定,防止水土流失,进而控制地面沉降。针对不同工程的具体情况,结合地面沉降的不同阶段,盾构法隧道施工应采用施工前预防地面沉降的处理措施和施工过程中的补救加固措施,包括注浆、锚杆、钢板桩、旋喷桩、搅拌桩加固,采用冻结法施工或素混凝土墙等,对盾构隧道上覆和两侧地层进行加固,有效预防和控制盾构法施工引起的地面变形与发展。盾构法隧道的地面沉降控制,要综合考虑地表建(构)筑物、地下管线及地层和结构稳定等因素,分别确定其允许的地表沉降值,并取最小值作为控制基准值。具体施工过程中,可设置预警值、报警值和极限值来进行分级控制。预警值一般为极限值的60%,当地表沉降达到该值时,应采取必要的控制措施并密切监控沉降的进一步发展;报警值一般为极限值的80%,达到该值时,要立即采取有效措施和手段对地表沉降进行控制;极限值则是地表沉降允许的最大值,超过该值将导致结构破坏等严重工程事故,这在工程中是绝对不允许的。
五.结束语
城市地铁隧道暗挖法施工不可避免的会对周围岩土体产生不同程度的扰动或破坏,造成地层位移与变形,甚至诱发地面沉降、地下管线等建(构)筑物受损等环境影响或灾害问题。上文中总结盾构隧道地面沉降的主要影响因素;在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基础上,对地面沉降的安全判断标准和控制原则进行了探讨,为日益高涨的城市地铁隧道施工提供有益的参考。
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[3] 张飞进,高文学. 盾构隧道沉降影响因素分析与施工优化[J]. 北京工业大学学报, 2012,(05) .
1 引 言
随着我国目前经济的蓬勃发展，许多城市开始大量兴建地下隧道交通工程，并且向着更深更复杂的方向发展，而盾构隧道施工具有对环境影响小，受地表环境限制少，抗震性能好，适用地层范围广，适于大深度、大地下水压施工，相对施工成本低等优点，因此盾构工法极为适于城市隧道的构筑。目前盾构工法已在城市隧道施工技术中确立了稳固的统治地位，同时也对我国盾构隧道施工技术带来了新的挑战，诸如大断面大口径盾构施工、盾构掘进中壁后注浆的厚度、衬砌的管理、掌子面前方土仓压力的控制等方面都有待进一步的发展和研究。
盾构隧道施工过程中不同的壁后注浆厚度会对围岩位移、衬砌位移以及地表沉降范围和大小等造成一定的影响，而本文计算区间为大断面及大直径盾构隧道，其地处北京市中心区，对地表沉降要求严格，因此有必要对本区段不同壁后注浆厚度盾构施工的情况进行模拟计算，从而优化支护参数，确定合理的壁后注浆厚度，选取合理的支护方式，进而抑制过大的地表沉降及控制施工对周边环境的影响，避免对地表建筑物和地下构筑物的破坏，确保施工安全[1]。
2 计算方案
本文依托北京某大断面盾构隧道工程的施工重难点，首先进行整体三维建模[2]，然后分别计算区间隧道不同壁后注浆厚度对地表沉降、围岩位移以及建筑物变形的影响，最后通过数值计算变形规律的分析，结合现场施工经验，总结大断面盾构隧道施工土层受力和变形的特征，进而确定合理的壁后注浆厚度，选取合理的支护方式，优化支护参数。
盾构隧道周围地层的土体均按实际厚度取值，各土层采用摩尔库伦材料模型进行模拟，隧道外径（直径）11.6m，衬砌环采用实体单元模拟，厚度0.55m，每环宽度1.8m，采用等代层分析法模拟壁后注浆。模型边界条件均为顶面自由，四周约束法向位移，底面固定，采用大应变模型，计算壁后注浆厚度分别为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm条件下的隧道施工情况。盾构开挖模拟具体流程如下：①使用model null命令将等代层以内的土体全部挖出；②在开挖面上施加均布压力来模拟土仓压力；③运行一定时步；④施加盾构钢壳：钢壳用实体单元来模拟，采用弹性模型，其力学参数参照《混凝土结构设计规范》（GBJI-89）选取；⑤经过7个循环后，除去盾构钢壳；⑥运行一定时步；⑦施工等代层、安装管片；⑧一个工序完成。
3 计算模型
本文计算模型以盾构隧道掘进中轴线地表为坐标原点，垂直隧道中轴水平向为X轴、隧道中轴向为Y轴、深度方向为Z轴建立坐标系。模型范围为Y轴向取80米，X轴向外各取5D（D为隧道外径），自隧道底部垂直向下取5D。
4 结果分析
4.1不同壁后注浆厚度施工围岩应力分布规律分析
通过分析盾构隧道不同壁后注浆厚度施工时围岩最大主应力分布，可知，在壁后注浆厚度分别为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm进行盾构隧道施工时，隧道周围围岩受到不同程度的扰动，造成隧道左右侧墙处最大主应力较小，隧道底部最大主应力虽然也在减小，但是由于隧道底部的最大主应力初始值比较大，受到扰动后其最大主应力依然较大。所以在隧道开挖后要在恰当的时间段内进行合理的衬砌，特别是隧道左右侧墙处的衬砌，从而使隧道围岩达到新的受力平衡，进而避免因隧道左右侧墙受力过大出现隧道坍塌。
4.2不同壁后注浆厚度施工位移分布规律分析
图1不同壁后注浆厚度施工纵向地表沉降曲线
分析图1中数据可总结出在不同注浆厚度条件下，地表沉降曲线斜率都在逐渐增大，到隧道中部斜率达到最大，之后斜率又逐渐变小，并且在壁厚注浆厚度小于30cm时随着壁后注浆厚度的加大，隧道施工造成的地表沉降在逐渐加大，当注浆厚度大于30cm后随着注浆厚度的加大，地表沉降量又逐渐变小。
4.3不同壁后注浆厚度施工对建筑物差异沉降影响规律分析
通过分析建筑物各角点地表沉降数据可得，在不同壁后注浆厚度下进行隧道施工时，离隧道纵轴最近的侧墙体地表沉降差异较大，壁后注浆厚度从10cm到50cm，侧墙体沉降量分别为4.5mm、5.5mm、7.1mm、6.3mm、5.4mm，离隧道纵轴较远的侧墙体地表沉降差异较小，均在1mm左右。总体上离隧道较近的侧墙体与离隧道较远的侧墙体的地表沉降差异为4mm左右，在隧道纵轴向66m处的侧墙体由于盾构机刚把此断面的土体开挖完不久，其沉降还未完全，故此处侧墙体沉降不太稳定。但是总的规律是在壁后注浆厚度小于等于30cm时，随注浆厚度加大，墙体地表沉降差异在逐渐增大，当注浆厚度大于30cm后，随注浆厚度加大，墙体地表沉降差异又有所减小。注浆厚度为30cm时墙体地表沉降差异最大，注浆厚度为10cm时墙体地表沉降差异最小。
5 结论
通过对隧道不同壁后注浆厚度盾构施工数值模拟，分析其结果，并结合施工经验得出如下结论：
（1）隧道周边的围岩在隧道左右侧墙处的最大主应力较小，隧道底部土层最大主应力虽然也在减小，但是由于隧道底部的最大主应力初始值较大，受到扰动后其最大主应力依然较大，沿隧道z轴方向，在隧道顶板处围岩沉降量最大，由此处沿z轴竖直向上直至地表围岩沉降量逐渐减小，横轴向在隧道轴线位置围岩沉降量分别达到极大值。
（2）隧道纵轴向中间地段隧道轴线附近地表沉降量最大，其他地段沉降量逐渐减小，横轴向在隧道轴线位置地表沉降量分别达到极大值，沿横轴地表沉降的影响范围约为70m（左、右侧各35m），并且在壁后注浆厚度小于等于30cm时随着壁后注浆厚度的加大，隧道施工造成的地表沉降量也在逐渐加大，当注浆厚度大于30cm后，随着壁后注浆厚度的加大隧道施工造成的地表沉降将有所减小。
一、盾构法对地铁施工的影响
在地铁施工中，盾构法的施工主要存在有利的影响和不利的影响两个方面，以下分别就这两个方面进行分析：
1、有利影响
盾构法在地铁施工中比较常见，这主要是因为其具备一些有利的影响，具体来说，主要包括如下几个方面：其一，安全性高，盾构法属于暗挖法施工，这种方法具有很好地隐蔽性，受河道、季节潮汐等方面的影响并不是很大，对保障隧道的安全施工有很大的促进作用，相关的开挖、衬砌工作能够在盾构支护下很好地完成。其二，施工效率高，盾构设备具有很强的先进性，其不但能够完成开挖、出土作业，还能进行支付以及衬砌等，机械化操作方式，也使其操作简便、效率较高。其三，环境影响小，无论是产生的振动，还是噪声，都不会对周围的环境产生很大的影响，航道的通行、地面建筑使用也不会受到这种方法的影响。其四，经济适用性高，在不同的颗粒条件下，这种方法都能够进行施工，可以分期施工多车道的隧道，分期进行运营，这样一次性的投资能够很大程度地避免。
2、不利影响
在施工的过程中，施工的土体会产生变形，这主要可以体现在如下方面：其一，若是在粘性土层中利用盾构进行施工掘进的话，土体很快就会变形移动；其二，利用盾构进行施工的时候，由于盾构的推进作用，土体会产生水平位移，这使得土体的原始水平应力发生了改变，沉降和水平位移就出现了；此外盾构和土体之间的摩擦也会导致水平位移的产生；若是对地层造成损害的话，就会造成土体卸载，水平位移也会发生。一旦发生水平位移的话，就会对临近构筑物产生水平荷载力，为此需要对这种影响加以重视，予以减弱。
二、地铁施工盾构法施工技术要点
1、盾构机始发前的准备
盾构法施工技术方案和施工细节依赖于围岩条件，因此要求在施工准备阶段对沿线的工程地质和水文地质条件进行细致的勘察工作，并根据实际情况做好应急准备。城市了地面交通繁忙、地面建筑物和地下管线密集，对地面沉降应用严格控制，在节省开挖面、不干扰地下水发育和围岩稳定并缩短工期的压力下，盾构法是最佳选择。
2、盾构法的施工流程
（1）在隧道的起始端和终端各建一个工作井
始发井采用明挖法施工，施工方法和明挖车站的施作方法基本相同，围护结构采用钻孔灌注桩+ 钢支撑的形式。始发井考虑到在盾构施工阶段的降雨及降雪，需要在工作竖井内设置一个集水井，将盾构掘进时施工排放的污水及雨水等收集起来，用水泵排至地面的沉淀池内。为了方便工作人员安全上下竖井，工作井内布置钢梯一部，钢梯布置在始发井的一角，钢梯由槽钢、角钢、花纹钢板、钢管及圆钢焊接而成。
（2）盾构机在起始端的工作井内安装就位
在始发井结构施工结束后，开始安装盾构基座，为盾构初始掘进做准备。盾构基座采用钢结构，盾构基座水平位置按设计轴线准确进行放样。盾构基座高程安装时使盾构机就位后比设计高程高15mm，以利于调整盾构机初始掘进的姿态。
（3）盾构机的初始掘进
将推进油缸顶在反力装置上，启动切削刀盘和推进油缸即可进行掘削推进，推进油缸推进到一个行程，收回推进油缸，在推进油缸与反力装置间加垫临时支撑垫，即可进行推进。在盾构刀盘切入土体前，为防止正面土体突然被切削而过量流失引起工作面坍塌，应通过螺旋输送器倒转方向向土仓内加注粘土，至满仓后才启动刀盘切削土体和出土。盾体进入隧道后，进行管片安装和后部辅助设备平车的拼装，推进油缸顶在管片上继续推进，这样，推进一节，拼接一节，直至盾构设备完全进入隧道。
（4）盾构机的正常掘进
盾构设备完全进入隧道后，盾构按预先设定的方向掘进，该过程由盾构设备的计算机控制系统控制。当盾构设备出现左右或上下偏差时，由计算机系统对推进油缸进行控制，确保条件方向按预定设置方向前进。同时，在保证开挖面土压平衡的基础上，调节刀盘转速与推进速度及螺旋输送机速度的比率，使开挖与排土保持恒定。
（4）衬砌
在盾构设备掘进完一个节距以后，即可进行管片衬砌，由管片运输车运送到安装台位，再由管片衬砌台车将管片送至安装位置安装就位。管片安装完毕后，进行下一个循环的掘进，直至整个隧道工程的完成。
（6）进洞
盾构由区间隧道进入接收竖井前，需首先对端头土体的加固和渗水情况进行取芯测试，在确保土体稳定和物大量渗水的情况下方可凿除洞口混凝土。洞口混凝土凿除应分层分块进行。在盾构距洞口越10m时，将洞口混凝土全部拆除。待盾构机刀盘露出洞口时，清除端头井内盾构机所带出的土体后，将盾构接受架准确地定位安设在洞口的底板上，高层比盾构机略低，并将接受架固定，以便盾构机顺利滑行上架。
3、盾构机掘进过程中应注意的问题
（1）进洞时盾构施工参数的计算
掘进前必须计算盾构掘进施工参数，进洞时尽量早地建立土压平衡，在掘进过程中必须制定试验段，注意相关数据的采集、分析，严加控制。及时总结并制定出适合本合同段地质条件的掘进工艺参数。
（2）推进速度
为了保证盾构机姿态、土体平衡，顺利切削洞口加固后的土体，保护切削刀，初始阶段速度一般定为10mm/min。
（3）管片拼装
在洞内进行管片拼装时，要注意管片与管片之间的缝隙的变化，要保持一定的缝隙，管片拼装一定要保证其拼装的质量，尤其是圆整度，拼装时将管片连接螺旋拧紧并及时用紧线器拉紧，管片外侧与基座间的空隙用木楔子楔紧固定。
（4）控制出土量
初始掘进阶段严格控制出土量，在土体加固范围内，以控制出土量为核心，各种参数合理配置，同时严格填写推进出土记录，才能保证一环的出土量不至于超挖，地面不会发生沉降。
（5）注浆量
盾构机尾部进入土体第一环至第三环的时候，要将注浆量加大，并且采用早强注浆材料进行注浆，以保证洞口的地面不发生沉降。
盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。这时为防止出洞口土体坍塌需要对出洞土体进行加固，据洞口土质条件，一般采用旋喷桩加固，并加强地表沉降监测。
三、结语
综上所述，面对城市交通运输中存在的巨大压力，就需要利用地铁交通来改善当前的状况。而地铁施工盾构法是地铁施工中最为常用的一个方法，其不但安全快捷，而且不会对地面造成很大的影响。在未来的发展过程中，是离不开各个学科的专家共同努力和合作的，共同研制适合我国地质条件的盾构机械，才能让盾构技术更好地为我国地铁和隧道工程建设做出应有的贡献。
参考文献：
[1] 宋云 张君，张立宇：《成都地铁施工中盾构机的应用》，《筑路机械与施工机械化》，2008年01期
