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1、生产管理知识某市地铁二号线盾构法隧道施工技术综述%MPa1MPacm/scm/skPakPakPa2灰色砂质粉土最大37.81.0710.388.822.49E-41.50E-466.0平均34.50.9840.286.9350.449.40.44最小30.50.8810.224.996.40E-54.78E-541.6l灰色淤泥质粉质粘土最大43.31.2120.763.7262.742.60.51平均40.51.1360.633.3143.031.623.00.47最小36.81.0300.542.9728.720.50.42m灰色淤泥质粘土最大58.91.5931.413.311.28E
2、-71.86E-772.134.532.00.58平均50.81.4081.072.2346.629.330.00.56最小45.11.2330.671.653.00E-74.20E-733.025.926.00.48n11灰色粘土最大43.51.2670.754.5380.048.053.0平均38.61.1100.613.3767.042.040.00.54最小340.9880.442.7639.636.031.0n12灰色粉质粘土最大39.51.1710.746.451.37E-62.90E-697.076.00.56平均33.40.9930.454.5380.758.00.54最小28
3、.60.8870.283.273.14E-71.30E-743.940.00.521.3施工技术难点地铁二号线区间隧道盾构施工中需穿越很多的密集型地面建筑物、地面交通干道及特殊地下管线，故对环境的保护要求相当高，简述如下：（1）陆家嘴站河南路站区间隧道中，盾构与外滩观光隧道同期施工；（2）人民公园站河南路站区间隧道中，盾构穿越营运中的地铁一号线；（3）杨高路站东方路站区间隧道中，盾构穿越上游引水箱涵；（4）静安寺站石门一路站区间隧道中，盾构穿越名城广场地下室；（5）陆家嘴路站河南路站区间隧道中，盾构穿越全断面粉砂层；1.4科研项目开发及推广应用（1）隧道叠交施工的相互影响理论及施工工艺研究；（
4、陆家嘴路站河南路站区间隧道）（2）盾构法隧道施工专家系统的推广应用。（杨高路站东方路站、静安寺站江苏路站、人民公园站河南路站、陆家嘴站河南路站等区间隧道）针对上述区间隧道施工中所遇到的有关技术难点，采取了相应技术措施，具体如下。2短期隧道叠交施工技术2.1简况陆家嘴河南路区间隧道施工中，在浦西防汛墙底下地铁二号线与外滩观光隧道成5121斜交，上、下行线隧道顶部与其净距分别为1.57m及2.18m（详见图2），形成三条隧道叠交穿越工况。施工先后顺序为地铁二号线上行线、地铁二号线下行线、外滩观光隧道。图2地铁二号线与外滩观光隧道位置示意图外滩观光隧道工程东起东方明珠电视塔西侧的浦东出入口竖井,西至
5、南京路外滩（陈毅塑像北侧）绿化带内的浦西出入口竖井，全长646.70m。隧道外径F7.48m，内径F6.76m，采用7650mm铰接式土压平衡盾构施工。地铁二号线隧道与外滩观光隧道施工时间间隔仅三个月左右，隧道尚处于非稳定状态。由于土体的不稳定，必将产生相互影响，这是盾构施工需要研究的新课题。为此，进行室内模拟实验并建立了数学模型，以指导实际施工。2.2动态隧道叠交室内实验及数据分析2.2.1室内实验2.2.1.1总体设计实验模拟装置根据实际隧道的尺寸及标高，按1:48比例缩小，地铁隧道和观光隧道分别采用f133mm和f159mm的无缝钢管模拟，土槽尺寸为：1400mm1200mm820mm（
6、长宽高）。微型盾构掘进器配备两台以调速马达为动力的减速器。其中一台驱动丝杠使盾构在土体中推进，另一台带动刀盘切削土体。实验时可调整推进速度、刀盘转速模拟盾构工作状态。2.2.1.2沉降监测点布置（详见图3）图3沉降监测点布置图2.2.2实验分析2.2.21地面沉降横向沉降槽图4观光隧道沉降槽变化图上图是地铁二号线上行行线推进完毕，观光隧道穿越后的实际沉降槽形状，其沉降槽是前两条隧道所产生的沉降矢量叠加所致。由于土体本身所具“骨架”效应，前二条隧道施工所引起的隆沉会对当前隧道施工起到互补作用，其显示出沉降槽的不对称性。纵向沉降槽图5观光隧道掘进时的纵向沉降槽曲线图和单条隧道相似，随着盾构的掘进，
7、地面沉降的最大变化点不断向前推移。曲线的形态也逐渐趋于稳定。这说明隧道叠交的掘进所引起的土体扰动，对沉降曲线的形态和性质影响不大。2.2.22土体压力图6观光隧道穿越叠交点时地铁二号线上行线隧道压力变化图当隧道穿越叠交点时，原来隧道的压力会显著降低，然后逐步恢复，但压力无法达到原先的压力值。2.3叠交隧道地层移动的数学模型2.3.1派克公式横向分布的地面沉降公式（1）式中为隧道单位长度地层损失量，沉降槽宽度系数由克洛夫斯密特公式确定，其中：隧道半径，地面至隧道中心距离2.3.2隧道“反弹”公式图7隧道“反弹”变形将隧道简化成弹性介质中的半无限长梁。设隧道原处在稳定的平衡状态，故“反弹”运动时只
8、需考虑失去的土重（提升力）、弹性抗力和惯性力的作用。由此建立隧道运动微分方程和定解条件，求得隧道“反弹”公式如下：（2）上式中，时取“+”号，时取“”号。隧道运动方程的本征值，由现场测试分析取得（1/s）（1/m）下方隧道半径（m）隧道上方掘去的土重（kN）土的重度（kN/m3）叠交段上方隧道被掘去的土的体积（m3）下方隧道的抗弯刚度（kN/m2）单位体积隧道重量（kN/m3）隧道横截面面积（m2）重力加速度（m/s2）土抗力系数（kN/m3）时间（天）可见，随着和的增加而迅速衰减，。可见，随着和的增加而迅速衰减，。根据上述公式和实际情况，算得地铁二号线下行线（与观光隧道叠交处）的反弹曲线如图
9、8，最大值3.8mm。图8地铁二号线下行线（与观光隧道叠交处）的反弹曲线2.3.3地面隆起变形公式设地层为半无限大弹性体，且变形时体积不变。于是，根据弹性力学基本方程和隧道“反弹”变形公式，可得到如下地面隆起变形公式（3）隧道“反弹”变形（m）土层泊松比隧道轴线到地面的高度（m）地面上一点到隧道纵向对称面的距离（m）2.4整体数学模型坐标旋转变换公式（4）坐标平移变换公式（5）把式4和式5分别代入式1、式2及式3，将得到各盾构隧道引起的地面沉降（1，2，3）和隆起（1，2）。于是，盾构叠交隧道地层移动的公式为：（6）向上为正，反之为负。将地层中的某点（，）或某直线（，为直线的方向数；，为某已知
10、点的坐标）代入上式可求得该点或该直线上的位移。2.3.4数值结果根据上述公式可计算地层移动。主要参数取值如下：土比重=16.9KN/m3，土抗力系数（算术平均）K=7350KN/m3，泊松比=0.35；混凝土比重=24.5KN/m3，弹性模量EC=3.5107KN/m2；地铁隧道盾构外径6.34m，观光隧道盾构外径7.65m，内外径之比等于0.87，各隧道轴线到地面的高度根据实际情况而变；最终的土体损失率取0.15%；隧道运动方程的本征值（由现场测试分析取得）1/s。经过计算处理得到：由地铁二号线和观光隧道引起的地层最大移动为下沉4.4mm；2.4主要施工技术2.4.1一般施工技术2.4.1.
11、1严格控制盾构正面土压力观光隧道盾构开口率为63（地铁盾构为35）。因此，在设定土压力时接近主动土压力，并通过地面测量的及时反馈来调整土压力。2.4.1.2严格控制盾构姿态合理控制盾构在穿越阶段掘进时的纠偏量，减少纠偏对土体的扰动，禁止超、欠挖。2.4.2辅助施工技术2.4.2.1地基加固在整个施工过程中，对二号线上下行线底部进行加固，使其能够承受观光隧道盾构进入时的压力及盾构向下的侧向分力对上下行线的影响，2.4.2.2盾尾注浆盾构穿越过程中及时注浆并加固脱出盾尾4环后的管片上部，通过注浆使其固结，从而克服观光隧道上浮而引起的地铁隧道上部负载不够造成的地铁隧道上浮。当观光隧道上部有一定的承受
12、力后，利用注浆加固以克服地铁隧道的上浮情况，使其受扰动的土体得到改良以增加承载力。2.4.2.3外滩观光台、地铁二号线的沉降监测根据外滩观光平台的实际情况，分别布置沉降监测点（详见图9）。图9外滩观光平台沉降监测点布置图盾构施工过程中，依据沉降监测数据，及时优化调整各类施工参数，最终将观光平台沉降控制在30mm以内。（如图10）图10观光平台沉降曲线图地铁二号线的沉降量量控制在3mm以内。（如图11）图11地铁二号线沉降曲线图2.5科研项目的应用效果此区间隧道施工过程中，结合实际开发了“隧道叠交施工的相互影响理论及施工工艺研究”科研项目，综合研究了盾构掘进施工技术，同时建立了盾构隧道叠交地层移
13、动的数学模型，加强了施工监测，提高了施工质量，缩短了施工工期，保护了观光隧道、防汛墙及地下管线等，取得了显著的社会、环境效益。3动载条件下穿越地铁一号线施工技术3.1简况人民公园站河南路站区间隧道施工中，盾构出洞段将需穿越营运中的地铁一号线区间隧道。盾构出洞后仅12m距离与地铁一号线隧道呈85斜交，且一号线隧道底部与二号线隧道顶部间距仅为1m隧道埋深达17.5m。（详见下图121、图122）图121盾构穿越地铁一号线示意图（剖面）图122盾构穿越地铁一号线示意图（平面）3.1.1地铁一号线隧道在二号线车站建造过程中已下沉12mm，其累计沉降量不能超过15mm，为此，盾构穿越一号线隧道时沉降必须
14、控制在3mm以内；3.1.2地铁一号线隧道底部已采用多种方法进行加固，有双液浆、聚胺脂、旋喷注浆以及分层注浆等，其浆液呈非均匀分布状，导致盾构掘进时对隧道轴线的控制产生不稳定的因素；3.1.3盾构出洞后即进入加固区，并受邻边商业建筑物以及地铁一号线隧道的影响，增加了施工参数准确设定的难度。3.2主要施工技术3.2.1优化洞门混凝土吊除方案，缩短作业时间，减少正面土体的流失量。3.2.2施工参数优化3.2.2.1土压力设定p=rhtg2(45F/2)r土的重度17.5kN/m3h管道埋深（至隧道中心，取17.5m）F土的内摩擦角取7.50p1.7517.5tg2(450-7.50/2)0.236
15、MPa考虑到盾构出洞时，沿轴线纵向6m范围内采用深层搅拌桩已对土体进行了加固（加固强度达到0.70.8MPa），因此出洞时的土压力设定为0.23MPa。3.2.2.2出土量控制v=（1/4）pD21（理论计算）=1/43.146.342131.55m3出土量控制在理论值的95左右,即v=31.559530m3/环，保证盾构切口上方土体能微量隆起，以减小土体的后期沉降量。3.2.2.3掘进速度控制掘进速度控制在1cm/min。确保盾构比较匀速地穿越加固区，同时保证刀盘对加固土体进行充分切削。3.2.3加注发泡剂或水等润滑剂，减小刀盘所受扭矩，同时降低总推力。3.2.4加强对地铁一号线的监测，确保及时优化调整掘进施工的参数，真正做到信息化动态的施工管理。采用高精度的连通管自动监测的方法，对地铁一号线隧道作加密监测。利用连通管对隧道的垂直变形作自动连续监测，每10分钟提供一组数据，并及时反馈到施工人员。另外，为监测地铁一号线隧道的径向变
