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开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇盾构施工总结，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】盾构技术 现状 优点 看法
中图分类号：U455.43 文献标识码： A
引言
现代经济的迅速发展加大了我国对隧道工程的需求，隧道施工常用的方法是明挖法、浅埋暗挖法和盾构法，其中盾构法由于施工方便、施工速度快、环境污染小且安全性高从而得到迅速的发展，目前盾构技术已成为地铁、通信、电力、水道等城市隧道的主要施工方法。本文对盾构技术的现状及优点进行了总结，并阐述了对我国盾构技术的一些看法。
1.盾构技术的现状
盾构技术起步于1818年，由英国工程师布鲁诺尔提出并取得了专利。1869年Great提出采用新开发的圆形盾构，扇形铸铁管片，使得建造跨过泰晤士河的第二隧道圆满完工，随后他又在南伦敦隧道施工中成功运用了盾构和气压结合的技术，为现代盾构技术奠定了基础。
19世纪末到20世纪中叶盾构技术相继传入美国、法国、德国、日本、前苏联和我国，并得到了发展，建造了各种不同用途的隧道，其中包括美国巴尔的摩，法国巴黎，德国柏林，前苏联莫斯科、列里格勒，日本东京等，使得盾构技术在世界各国开始推广普及。
20世纪60年代中期至80年代，盾构技术继续发展，并完善了圆形断面的盾构技术，包括压气盾构、挤压盾构、土压盾构、泥土加压盾构、泥水盾构等。
20世纪90年代是盾构技术发展的黄金时期，在该时期盾构技术得到了改进和提升，比如泥土成分配比，出泥、出土的速度参数的优化等，施工断面从常规的单圆形向双圆形、三圆形、矩形、马蹄形及复合断面发展，施工技术向高速施工、长距离施工、急曲线施工、地中对接技术等转化，使得盾构技术逐渐成熟，加速了盾构技术的自动化进程。
2.盾构技术的优点
传统的明挖法由于经常受到地形地貌的限制，导致应用领域不宽，并且由于明挖法施工速度慢，施工工期长，导致交通长时间阻塞，不仅给居民出行带来困难，也加大了工程的负担，并且给其他商业行业造成了一定的经济损失；另外，由于明挖法对施工人员需求较大且易造成周围地层的沉降，不仅给周围构造物的安全造成威胁，而且也给施工人员本身造成威胁；最后由于施工过程噪声大，污染大，严重影响了人们的正常生活。
盾构技术的蓬勃发展解决了明挖法中存在的诸多缺陷，其优点包括：(1)施工不再受地形地貌等地表环境的影响，使得盾构技术应用更为广泛；(2)施工占用地表面积较少，使得地面通行受到的影响较小，对人们正常的出行影响较小；(3)适用于大深度、大口径施工，使得施工成本得以降低；(4)施工速度较快，施工工期较短；(5)操作简单，施工过程所需人员较少；(6)噪声、震动污染较小，对周围居民正常生活影响较小；(7)盾构法修建的隧道抗震性能较明挖法好。
由此可见盾构技术使得隧道施工向着机械化、省力化、大深度、长距离方向发展，并且对城市隧道的施工带来了极大的便利，使得盾构技术在所有隧道施工技术中一直处于稳固的统治地位。
3.对我国盾构技术的看法
我国盾构技术起步较晚，直到现在我国盾构技术在发展过程中依然存在着诸多的缺点。例如地中盾构对接技术尚不成熟；进、出洞技术尚有难题未攻克；竖井隧道一体化施工技术还处于一片空白；盾构技术在特殊地域所能应用较少等等。
鉴于我国盾构技术的以上缺点，我国应本着隧道安全性、耐久性、经济性、清洁性、适用性、美观性的原则，改造原有的技术并引进新技术，完善我国盾构技术，攻克盾构技术种类不多的缺点，使我国盾构技术向着机械化、省力化、标准化、规范化、信息化方向迈进。
由于目前土压、泥水盾构技术已在我国铺开形势，因此当务之急是健全每个施工环节的管理系统，其中包括：(1)做好对工作面稳定性及盾构机本身性能的检查工作，防止因隧道坍塌、盾构机异常等造成的不必要损失，并定期对刀具的磨损情况进行检查；(2)做好洞内外的测量工程，并引起先进的测量技术，制定合理的规范和修正方法；(3)盾构机运作期间应对盾构数据进行采集分析，并对各种参数进行调整，使得盾构机运转更加合理化；(4)固定周期对盾构机的刀具、液压装置等进行检修；(5)做好注浆质量和注入操作的管理；(6)采用合理的管片拼接技术，并研究新型管片以改善管片性能，如纤维混凝土管片；(7)加强对盾构隧道运营期的加固处理和防渗工作。
4.结语
盾构技术是现代隧道施工技术中的关键技术，本文总结了盾构技术发展的现状及盾构技术较传统明挖法的优势，并据此提出了对我国盾构技术发展过程中的一些看法。我国盾构技术在关键技术上已经取得了突破的进展，并且也实现了盾构机的中国制造，但在隧道施工工程中还是存在着诸多缺陷，在隧道施工中，施工单位不仅要做好隧道基础施工与关键施工技术，同时还要做好隧道施工管理与质量监控，确保隧道工程具有较高施工质量水平， 提高隧道的耐用性、安全性和舒适性，加快建立健全的管理系统。
【参考文献】
[1]刘宣宇.盾构技术的发展与展望[J].施工技术，2013，1.
关键词：盾构 始发 穿越建筑物 安全控制
中图分类号：U416 文献标识码：A
1.概述
当前，我国的轨道交通建设如雨后春笋般的发展，地铁建设及运营情况反映了一个城市的现代化程度。地铁，作为一种绿色的交通方式，能够减少能耗和城市污染，改善城市环境；作为一种准点、安全的交通方式，能够缓解城市交通拥堵，更好的为居民出行提供便捷的服务。然而，地铁的建设却有比其他基础设施建设更为复杂的施工环境，地铁隧道采用盾构法施工虽已日趋成熟，但如何保证安全、优质的完成地铁的施工任务是地铁建设者面临的普遍问题。
2.工程概况
合肥市轨道交通1号线葛大店站～望湖城站区间右线起讫里程K12+683.9～K14+113.611。区间隧道采用盾构法施工，其中4#盾构机计划从望湖城站小里程右线始发，一直推进至太湖路站。本次盾构始发在望湖城站东端右线端头井进行，由于距始发洞门12.8m即为B01商业建筑，该建筑为地上三层混凝土框架结构，基础形式为柱下独立基础，最大基础埋深为地下1.7m，隧顶距基底约8.581m。盾构在始发阶段即穿越建筑物在国内盾构施工中较为罕见，如何采取有效的措施来保证盾构始发阶段建筑物安全及盾构始发质量是本次始发的关键所在。
图1望湖城站始发段与B01商业建筑平面示意图 图2 隧道与B01商业建筑基础埋深示意图
3.施工重难点分析及控制措施
3.1端头井加固
望湖城站右线端头井原设计采用高压旋喷桩（二重管）加固，由于端头井距离建筑物仅1.7m，根据望湖城站线端头井加固施工时地表监测情况，加固范围内地表最大隆起量达到了50cm。因此，高压旋喷桩不适用于端头井近建筑物的土体加固。根据专家建议及现场实际情况决定该端头井加固方式变更为钻孔咬合排桩加固，成孔直径为800mm，相邻桩相互咬合150mm。整个桩体采用粉煤灰混合砂浆灌注，土体加固范围为隧道上下、左右各3.0m，加固区的长度为2.5m（4排），钻孔桩设计桩长19m，共计64根。加固区强度为：0.5～0.8MPa。
图3 端头井加固平面示意图
为减小近端头井处的地表沉降，盾构机始发前在近端头井土体预埋袖阀管，袖阀管的孔底距离隧道为200mm，袖阀管的管底部距离隧道的距离为1m，为保证盾构在同步注浆能正常保压，底部套壳料的强度适当提高。具体的布设位置如下图所示：
图3 端头井预留袖阀管平面、立面示意
盾构开挖直径6280mm，盾体外径为6260mm，在负环管片拼装阶段，无法立即进行同步注浆时，根据地表监测情况，利用预埋的袖阀管进行注浆来替代同步注浆以填充盾体与土体间的间隙。
3.2建筑物加固
按照原区间加固施工方案，在B01建筑东南角位置预留了袖阀管，为了保证右线在穿越该建筑物时有效的控制建筑物沉降，对该建筑物采取以下措施：
①对原有在B01建筑东南角位置预留的袖阀管进行注浆，同时对建筑物沉降量进行跟踪监测，总结出注浆压力及注浆量等参数。
②在B01建筑物右线穿越区域对称布设袖阀管，并根据上述的注浆参数提前进行注浆，以确保右线穿越建筑物时控制建筑物的沉降。
③在对B01建筑物进行注浆时安排专人对建筑物进行24小时巡视，监测人员加大对建筑物及地表点的监测频率，及时反馈相关监测数据，以便掌握相关数据。及时通知现场操作人员调整注浆压力及注浆量，确保建筑物的安全。
3.3盾构掘进
为了控制始发阶段B01商业建筑的沉降，保证建筑物的安全，盾构的推进过程中采取如下措施：
①尽快的让盾构建立土压平衡，保证掌子面的稳定，控制地表及建筑物的沉降，确保建筑物的安全；
②在+1环管片脱出盾尾后就立即进行注浆，以减小建筑间隙引起的地表沉降；
③为了保证管片的同步注浆在较短时间内凝固并封闭，始发阶段的同步注浆的浆液采用单液浆进行压注，并对浆液配合比进行了优化，同时及时跟进二次注浆。
④对洞门封闭的帘布翻板进行补强加固，确保在同步注浆时不被浆液冲破。
⑤为了防止浆液对盾尾刷造成污染，在注浆时加大盾构油脂的注入量以保护盾尾刷。
⑥为了保证反力架满足推力要求，采取反力架与始发架牢固固定，形成刚体。
⑦始发前复核引轨标高，并在掘进过程中严格控制盾构机姿态，防止磕头现象发生。
⑧加强地面监测及建筑物监测频率，在始发段+1-+10环每环拱顶上方加密三个地表监测点，及时监测并掌握建筑物及地表的沉降。
4.穿越B01建筑时分阶段控制
4.1穿越模拟阶段
①穿越前，有针对性的对作业班组进行交底，让每个作业人员了解B01建筑物所处里程、地面位置、结构类型等相关情况及控制重点，明确盾构穿越时的各项施工参数。
②盾构掘进至建筑物时，需对刀盘、盾尾密封、螺旋输送机、铰接、密封油脂系统、注浆系统等进行一次全面的检查、维修。
③及时对盾构机的掘进姿态进行纠偏调整，控制在±20mm以内。
④穿越前12.8m的地段作为过渡模拟段，完全模拟在建筑物地面下推进时的盾构操作要求进行推进，加强土体变形观测，检验预定情况的施工掘进参数引起的地层变形程度是否能够达到预期的目标。
⑤按照设计要求，对穿越段建筑物进行施工监测，增加监测频率（2次/d）。
⑥通过连续监测，确定盾构通过地段地表稳定后变化量（与初始值比较）最小时的最优盾构掘进参数。
⑦根据前期施工总结，掌握每车渣土装满时所对应的千斤顶行程，过程中严格控制隧道超、欠挖，使实际出土量控制在理论值的98%-100%。
⑧严格控制同步注浆配合比，确保浆液质量。根据前期施工总结，确定合理的注浆量及注浆压力，严格控制注浆质量。
⑨采取合理措施防止盾尾漏浆现象：
a、加大盾尾油脂的注入量
b、合理控制盾尾间隙
c、漏浆情况比较严重时，可在管片外弧面加贴海绵条
⑩根据地面沉降情况，及时进行二次补浆。
4.2穿越阶段
①穿越段严格采用模拟段施工参数进行施工，项目部安排专职人员对施工参数进行严格监控，对施工过程进行记录。
② 成立穿越段领导小组，对施工过程中出现的异常情况进行分析处理，确保施工安全。
③ 根据设计要求，进行施工监测，及时反馈监测数据以指导施工。
④ 根据监测数据分析，对沉降量过大处进行二次补浆，当该处监测数据持续变大时，按照设计图纸对建筑物进行袖阀管注浆加固处理。
4.3穿越后30m阶段
盾构顺利穿越B01建筑物后，对建筑物段继续进行监测，根据监测数据分析，对沉降量过大处进行二次补浆，当该处监测数据持续变大时，立即采取预留袖阀管注浆的措施对建筑物进行加固处理。
5.掘进参数及监测数据
5.1监测点平面布置图
图5 监测点平面布置图
5.2盾构施工记录表见下表1、表2。
6.结论
合肥市轨道交通1号线望湖城车站右线始发，顺利完成了建筑物的穿越。主要注意以下几个方面：首先，通过采用有效的端头井加固方式、推进过程中根据监测结果不断的优化推进参数并采用袖阀管跟踪补偿等措施。其次，通过监控量测作为工程施工的“眼睛”，在穿越的过程中，对相关技术及监测等数据要详细记录，认真分析，掌握宝贵的第一手施工资料，有效的控制了盾构始发既穿越B01建筑的沉降。综上，通过各种措施，地铁盾构始发即穿越建筑物的顺利完成，为以后类似工况下盾构机始发提供了宝贵的经验，具有重要的参考意义及指导价值。
主要参考文献
参考文献
[1]仇.地下工程近接施工力学原理与对策的研究[D].西南交通大学博士学位论文，2003.
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[4]张志强，何川.地铁盾构隧道近接桩基的施工力学行为研究[J].铁道学报，2003，25（1）：92-95.
[5]白廷辉，尤旭东，李文勇.盾构超近距离穿越地铁运营隧道的保护技术[J].地下工程，2000（3）：2-6.
[6]李永盛.深基坑相邻房屋的沉降控制[J].地下空间，1997，9（3）：146-150.
[7]合肥市轨道交通1号线土建5标项目经理部盾构穿越建筑物施工技术总结
本文作者：王刚，（1981- ）工程师，从事建筑工程工作10年，写作于2014年4月中国安徽合肥。
关键词：盾构机，地质特点，施工技术
中图分类号：TU74文献标识码： A
深圳水文、地质和地形地貌的特殊性,决定了深圳市地铁盾构施工有其特点和难度。根据深圳地铁盾构施工的经验,并结合以往的施工经验,对深圳地铁盾构施工提出一些认识和想法,与大家共同探讨。
1、深圳盾构施工的特点
在深圳做地铁盾构施工的单位都有一个共同的认识:盾构施工中出过事故的多而不出问题的少。分析产生此种现状的原因是和深圳的地质、水文和线路特点分不开的。
1.1深圳的地质、水文和线路特点
深圳地处海边,属于低丘、台地、冲洪积平原和沟谷地貌。更由于近年来深圳城市发展过程中的移山、填海(河、湖)、平沟等人工作用,使深圳的地形、地貌发生了很大的变化。地铁的盾构施工线路上的地层具有以下特点。
1.1.1复杂、多变和突变的地质
深圳既有坚硬的花岗岩又有勃土层和砂层,在盾构施工的线路上会遇到复合地层或由一种地层向另一种地层的突变,如上软下硬的软硬不均地层及在个别地段存在的漂石等。
1.1.2含水最大
深圳是个靠海的城市,水位低且雨水充沛。在离海边近且透水性大的砂(卵)层、中、微风化岩石地层中富含的水极易造成盾构施工的喷涌。
1.1.3岩石强度高、曲线半径小
盾构施工的线路上存在着高强度的花岗岩地层和小曲线半径。深圳地铁2号线东延线段香梅北站一景田站区间勘测得出岩石最大单轴抗压强度达到193MPa,在硬岩段上还存在着350m小曲线半径。在这样的线路上进行盾构施工对盾构机掘进速度、调向及其使用的刀具都提出了更高的要求。
1.2深圳盾构施工的特点
1.2.1施工中出现的问题多
复杂、多变和突变的地质特点决定了盾构施工中出现的问题多种多洋。如在砂层中的施工极易造成地层的坍塌;在砂土地层中的施工易造成刀盘结泥饼使掘进无法进行;特别是在突变的地层中极易出现意想不到的问题。
1.2.2施工中易出现喷涌
含水量大的水文、地质特点决定了盾构施工中极易出现喷涌。由于盾构施工中的喷涌产生的超挖造成地表沉降大;盾构机内落渣多、清渣困难造成盾构施工无法连续进行和掘进速度缓慢。适宜的渣良措施、娴熟的盾构操作技能和科学的组织管理措施是预防喷涌和解决喷涌带来的一系列问题的关键。
1.2.3施工中盾构机出现被困住
岩石强度高且曲线半径小的特点决定了盾构施工速度慢、刀具消耗大、盾构机调向困难、盾构机被卡住和困住等问题。深圳的盾构施工中多家单位出现过多起刀具无法更换和盾构机被困住的事故,也出现过因掘进速度慢造成工期紧张的问题。这就对盾构施工的组织管理及盾构机的配置和使用的刀具都提出了更高的要求。
2深圳地铁盾构施工的要点
(l)正确的盾构机选型及配置;
(2)正确的盾构机操作技术和合理的掘进参数选择;
(3)科学的施工技术及管理。
2.1盾构机的选型
选取复合式土压平衡盾构机以适应深圳复杂多变地质条件下的盾构施工。深圳用盾构机除具备盾构机的一般功能外,针对深圳施工的特点需提高和加强以下几方面的配置和功能。
2.1.1盾构机具备硬岩掘进和软土掘进功能
针对深圳软硬岩同时存在的特点,盾构机刀盘和刀具的设计以及配置需要既能适应软土地层又能适应硬岩地层。这就需要配置高强度的刀盘和破硬岩的滚刀以及开挖软土的齿刀。并能够方便
和及时地进行修理与更换。盾构机需进行以下配置和设计。
(l)选用同时能安装滚刀和齿刀的高强度的面板型刀盘。
(2)选用能破硬岩的重型滚刀:其中从意大利进口的旁迈力滚刀性价比较高,国产的滚刀有武汉江钻和洛阳九九的滚刀性能也不错,具体可根据实际的施工地质情况进行选配。
(3)选用软土的切割刀具,其中聊城天工和聊城瑞钻的齿刀性能还是比较好的
(4)配置人闸系统,以实现常压下无法进仓需带压进仓进行刀具的更换和检查的功能。
2.1.3盾构机具备超挖能力
配置超挖刀。由于深圳硬岩地层较硬,为防止卡住刀盘和困住盾构机,用于深圳施工的盾构机最好配备超挖刀,以提高盾构机的适用性。
2.1.4具备渣良能力
配备渣良的泡沫系统和加水系统。通过泡沫系统和加水系统的渣良来改善和提高盾构机的防喷涌能力和防结泥饼的能力。同时刀盘上泡沫管路设置要可靠并方便进行修理。
2.1.5其他方面的配置
(l)盾体上开设注聚胺脂的孔,以实现水大时对盾体进行的封堵和紧急情况下对盾构机的处理。
(2)储备一些易损的盾构机备品、配件,确保盾构机的正常运行和使用。
2.2.硬岩段小曲线半径掘进施工的几点认识
(1)要勤检查边缘滚刀的磨损情况，磨损量超过10 mm一定要更换边缘滚刀。
(2)注意盾构机掘进姿态的稳定，防止盾构机出现左、右偏摆情况的发生。这需要盾构机司机之间互相交底，掘进过程中要保持思想认识上的一致性，避免和防止出现一会向左推一会向右推的情况发生。
(3)盾构机的油缸推力差选取要适当，不可过大，防止顶碎管片和转向过急。
(4)控制好盾尾间隙:管片的选型和拼装的点位都要确保均匀的盾尾间隙。
(5)选好二次注浆的点位，一般都选取与盾构机转向相反的一侧的管片进行二次注双液浆，确保二次浆液固结住管片，有利于盾构机转弯的需要。
2.3在软硬不均地层和软土地层下穿密集建筑物掘进的几点认识
(1)尽可能争取不在建筑物下换刀。在下穿建筑物时要提前进行刀具检查，确保盾构机能够一次性穿越建筑物而不换刀。
(2)作好地质勘查和地层分析工作。对楼房基础差、易下沉的地层提前进行加固或提前做好加固准备，在盾构通过前或通过后及时进行加固。
(3)掘进模式。硬岩中可采用敞开模式进行掘进;软土和上软下硬地层中掘进则应采用土压平衡模式进行掘进;掘进中在不多出渣的条件下尽可能多注人泡沫并将土压平衡模式向气压平衡模式转换，同时土仓压力可适当提高。
(4)注浆。同步注浆量可适当多注，每环的注浆量可提高到6耐，注浆压力控制到3 bar，同时在管片背后补注双液浆。在掘进中还要根据出渣量多少和楼房的监测情况来确定需否打小导管进行管片背后二次注浆，如打小导管注浆压力可控制在4 bar左右。
(5)掘进参数控制。掘进速度控制在20-40 mm/min之间，推力控制在1 500 t左右，扭矩在3000kN.m以内，刀盘转速控制在
1. 3 rpm左右。要尽可能地保持各掘进参数波动不大的情况下，均衡稳定地向前掘进。
2.3盾构施工技术管理和施工组织管理
深圳的盾构施工要穿越密集的楼房、繁华的街道、坚硬的岩石、松散的砂层和河流、湖泊，实施科学的技术管理和组织管理是盾构施工有序进行的保证。在盾构施工技术和施工组织管理上要加强以下几方面的工作。
2. 3.1认真做好地质的详勘工作
深圳盾构施工中出现的多次事故都与施工线路上的地质详勘做的不详细有关。认真细致地做好盾构施工线路上的地质详勘，对特殊地段进行加密勘测，如地质差异性变化大和变化频繁地段、穿越楼房(道路、河流、湖泊等)地段、计划的检查和换刀地段、始发和到达端头的加固地段等需进行加密勘测，为盾构施工及方案的制定提供可靠的科学依据。
2. 3. 2技术方案和技术交底要先行
盾构施工的技术管理是盾构施工顺利进行的保障。技术文件是盾构施工的指导性文件，盾构施工前技术方案和技术交底要先行，为技术方案和技术交底的贯彻实施提供充裕的时间。
2.3.3严格按技术文件的要求进行施工
地铁盾构隧道有严格的技术质量规范要求，如超出规范轻则会出现质量事故影响地铁的正常运营，无法实现地铁正常设计要求。
2.3.4了解和掌握盾构机的性能，降低盾构施工中的消耗
盾构机在施工中的油脂消耗占有比较大的比重，其中沈重(NFM)盾构机比海瑞克盾构机在设计上的油脂消耗高。在了解盾构机运行原理和确保盾构机正常和安全使用的前提下，制定严格的油脂使用技术管理规程，确保油脂的经济、合理使用。
3结束语
针对深圳盾构施工的特点，应用复合式土压平衡盾构机及相应的功能配置，合理地选择盾构施工技术参数，严格执行工艺纪律，采取有效的辅助工序管理措施(如换刀地层加固、楼房加固、进出洞加固等措施)，科学的盾构施工技术管理和组织管理，并加强盾构机的维修保养管理等措施，是深圳盾构施工有序、高效和经济运行的保证。
参考文献：
[1]郭仲伟.风险分析与决策[M].北京:机械工业出版社,1986
关键词：地铁；盾构隧道；施工安全；事故分析
我国地铁施工的历史已经有40多年，随着国内地铁项目的增多，面临复杂的地质和外部环境情况，加之经验不足，管理不到位，在建设中存在着一些不容忽视的问题和不安全隐患，对潜在技术风险缺乏必要的分析和论证，随之而来的是施工事故的增多，在上海、北京、广州等地都出现过不同程度的地铁工程安全事故，造成了重大经济和人员损失。近年来，越来越多的地铁项目采用盾构法进行施工，盾构基本成为地铁施工的首选，出于安全性与可靠性的考虑，非常需要归纳总结盾构施工过程中的事故，进行系统和全面的分析，以备后续建设项目借鉴，杜绝类似事故的发生。
1 盾构施工事故的分类及特点
在盾构隧道施工中，按照事故的发生特点，主要分为机械事故和施工技术事故两大类。
1.1 机械事故
一般的盾构项目，机械使用较多，相对应的事故也较多，大约占一半以上，主要有龙门吊事故、盾构机事故、管片安装机事故等。
1.1.1 管片吊机事故
上海地铁4号线6标段施工中，盾构管片安装机起吊密封突然失效，导致管片脱落，砸伤下部安装工人2名，原因：由于密封失效，没有及时发现，管片失去吸力而突然下落。防范措施： 严格设备维护检查制度，尤其要重视管片安装机的可靠性检查，例如密封胶圈有无损坏，起吊绳具是否可靠等，消除安全隐患，同时，管片拼装过程中，安装机下部严禁有人工作。
1.1.2 电器事故
施工过程中，由于盾构掘进中功率大，能耗高，容易出现电力安全事故，必须给予重视。某现场盾构的10kV 高压电缆，由于安装接头保护不当，突然击穿，造成火灾，并导致盾构掘进停止10h，因此，要重视施工动力线的安全保护措施，严格执行电力高压进洞的安装与施工规范，做到安全第一，万无一失。
1.1.3 运输设施的安全施工
与盾构配套的有轨运输设备，要注意电瓶车的溜车防撞（包括管片车、砂浆车等），以及轨道道岔的安全运营等。武汉地铁施工中就曾经出现电瓶车刹车失灵，导致列车溜车撞坏盾构机的严重事故，损失200 多万元，停工近1个月。因此，对运输轨道车辆的刹车性能检测，轨道、道岔设备的安全性能检测等应给予足够的重视。
1.1.4 盾构脱困的形成原因以及处理措施
长时间停止掘进、或者转弯、泥饼形成、不明物质困住等，都会导致盾构掌子面坍塌，使盾构无法驱动。措施：制定严格正确的操作掘进方法，随时根据实际情况，调整掘进参数和施工工艺。
透过许多事故的现象，可以发现，对于机械事故来讲，原因多与不规范、不正确的违章操作有直接关系，所以严格操作规范，是避免事故的必要条件；同时，人员的责任心非常重要，要抓好岗前培训，特别是一些特种设备要严格持证上岗。由于盾构机是一个集液压、电子、机械等多学科综合为一体的现代化施工机械，配套设备多、施工牵涉的方面较多，所以，事故的隐患也多，这就要求现场必须重视机械设备的正常保养维护，加强对盾构机的熟悉和了解，要定人定岗，不轻易更换操作人员。
1.2 施工技术事故
主要是指由于施工工艺不当导致的技术事故。这类事故多为恶性事故，往往造成些人员伤亡或造成一定经济损失。
1.2.1 地面沉降导致的安全事故
地面沉降一般可分为3类。第1类：非正常沉降，主要是施工中盾构操作失误而引起的，如盾构操作过程中各类参数设置错误、超挖、注浆不及时；第2类：灾害性沉降，主要指施工中盾构开挖面有突发性急剧流动，甚至暴发性崩塌，使地面塌陷。主要原因是遇到地下水压大或透水性强的颗粒状土体不良地质条件。如，广州地铁1号线在中山四路段采用盾构法施工，由于铸铁供水管漏水，硬路面下的土体部分流失，形成空洞，盾构通过时，小的地层变形造成供水管断裂，大量水土流失，导致路面塌陷；第3类：盾构的选型不合适或出现较大失误，如成都地铁由于选型失误，多次造成掘进过程中的地表沉陷事故，无法正常施工。
1.2.2 盾构隧道的防洪排水设施不具备或能力不足导致的安全事故
武汉过江公路隧道、重庆嘉陵江排污隧道等盾构隧道施工过程中，均出现过水从洞外倒排进隧道的事故，造成较大的损失。因此，施工中要做好防灾预案安排。
1.2.3 管片拼装事故
拼装过程中，管片挤损或破裂，导致涌水，使施工面临较大的技术风险。所以，必须重视管片的安装工艺和技术方法，注意掘进参数的控制，采用相应的技术手段，控制姿态的调整，科学进行管片的安装顺序和安装步骤。同时注重管片拼装的质量，防止漏水，防止管片破裂等；施工中管片的上浮是一般盾构施工中比较常见的问题，如果得不到有效的控制，会引起很大的麻烦，要采取相应的技术措施，严格控制管片上浮。
1.2.4 气体爆炸事故
盾构施工中，需要采取相应的消防、通风措施以及灭火措施等。2008年5月，广州地铁6号线施工中发生的不明气体爆炸事故，造成3亡6伤的严重后果，所以，要加强自动报警与预防手段，消防、通风措施必须跟上，同时注意检测气体。
1.2.5 盾构机掘进参数导致的事故
在操作上，注意调整盾构机掘进参数，尤其是在始发和到达阶段，要采取一定的技术手段，防止盾构机抬头或掉头，要均匀掘进，避免盾构机蛇形。对于泥水盾构而言，要防止掘进参数不当导致管片上浮的发生，还要注意当泥水仓的压力建立不当以及泥水仓压力不正确，导致的地面冒顶事故等。
1.2.6 土压平衡盾构喷涌事故
广州和武汉等地均发生过多次施工喷涌事故，可以考虑在螺旋输送器出渣口（皮带输送机前端）安装保压泵渣设备，既能使土仓压力不会通过螺旋输送器卸压，同时能将含水量高的渣土运走，而防止喷涌的发生。土压平衡盾构机螺旋输送机保压泵碴系统，是补充增加的泥水加压出渣系统。该系统能在喷涌等难以保持土仓平衡的情况下，继续保持土仓压力并且保证碴土能顺利出至矿车，防止污染隧道，更有利于连续施工。
盾构施工过程中，发生事故多与施工方案不合适、掘进参数不合理等密切相关，要注意施工方法与盾构机性能的结合，采取科学合理的掘进方式和掘进参数，不断进行优化处理，选择适合于某一种地质条件的最好的掘进参数和方式。另外，选择合适的盾构机，在盾构选型上要给与高度的重视，要选用与该盾构机相适应的施工方法；施工中要杜绝不合理工期、不切实际的进度、不合理的造价等，这些都是造成安全事故的罪魁祸首和最直接原因，只有采取科学的态度和施工手段，才可以最大限度地避免施工事故的发生。
总之，由于地铁工程的隐蔽性、施工复杂性、地层条件和周围环境的不确定性突出，加大了施工技术的难度和建设的风险性，从而易导致事故的发生。事故主要是由于施工技术、机械和安全防护不当原因等造成。根据北京、广州地铁施工的资料分析，在上百起事故中，由于施工技术原因有30 多起，机械相关的事故41起，安全防护原因有4起。
2 盾构隧道安全管理措施
2.1 加强盾构机设备管理水平
要加强盾构机本身的设备管理水平，杜绝带病作业，注意维护与保养，发现问题及时解决。严格执行机械设备安全操作管理规章制度等，最大限度地减少机械事故的发生，确保整个盾构施工的顺利进行。
2.2 构建专家、中介机构服务平台
积极构建专家参与的中介安全服务平台，充分发挥社会安全中介机构或专家的力量，按照建设部《危险性较大工程安全专项方案编制及专家论证审查办法》，要求施工单位对暗挖工程重大危险源部位施工时编制专项施工方案，专家对方案进行咨询评估。制定《地铁工程安全生产监理工作的要点》，细化地铁工程监理的安全管理工作，强化监理第二道安全防线的作用。
2.3 制定《地铁工程盾构施工安全技术标准》
尽早制定《地铁工程盾构施工安全技术标准》。鉴于当前尚无国家性的关于地铁暗挖工程施工安全技术标准，可借鉴北京、上海等地的地铁工程安全管理的有益做法，根据现场水文地质情况、建筑物的基础形式、沿线的地下管网分布情况以及明挖、暗挖施工工艺方法等，建立和完善地铁盾构工程施工安全的标准，确定相关盾构施工技术标准和技术规范，为施工安全管理提供技术保障。
2.4 成立地铁盾构工程施工安全专家组
针对盾构工程施工专业性强，施工难度大，危险源隐蔽的特点，聘请在盾构设计、施工、监理领域有丰富经验的专家组成施工安全专家组，参加地铁盾构工程施工安全重大技术方案的会审和论证，参加地铁施工重大危险点源抽查和专项整治活动，进而起到地铁施工安全管理的智库作用。同时考虑制定《地铁工程施工突发事故应急预案》，成立常设的抢险专家组，并定期组织演练。这样一旦发生事故，可防止事故进一步扩大，最大限度地挽救生命和保证财产的安全。
3 结束语
盾构隧道施工要以预防为主，有备无患，要坚决执行机械设备的使用、维护规范，要加强盾构施工中的监控测量工作，做到信息化施工。一般来说，地铁施工发生事故前总是有预兆的，如隧道支护结构变形过大、过快，或地面沉降发生突变，或隧道出现渗漏水现象等，如能及时发现和处理，使其始终保持在控制标准以内，事故是可以避免的。
质量是施工的生命，安全是质量的前提，盾构隧道只有在确保安全的情况下，才能高效有序地进行。参建的每一个单位和个人都要建立“大安全”概念，利用一切可利用的技术、管理手段，依靠科学技术和技术创新，从每一环节入手，把风险降低至可控制程度。通过对各种安全影响因素进行风险分析和及时采取相应的防范措施，及时规避地铁隧道建设过程中存在的潜在风险，确保地铁建设的安全。
【参考文献】
1. 刘波，叶圣国，陶龙光，唐孟雄.地铁盾构施工引起临近基础的沉降FLAC数值模拟[J]，煤炭科学技术，2002，（16）
2. 阳军生，刘宝琛.城市地铁施工引起的地表沉降及变形[M]，中国铁道出报社，2002，（8）
关键词：基坑工程；地铁盾构隧道：三维有限元法
0 前 言
南京某广场工程基坑在 3 个地方跨骑地铁 1 号线盾构双线隧道，基坑底距盾构管片顶最小距离为 1.67m。在地铁盾构隧道之上如此密集地进行施工，在南京软土地区尚属首次，多次召开专家会进行论证。地铁部门提出盾构隧道的保护要求：盾构隧道最大沉降不超过15 mm，盾构隧道最大隆起变形不超过10 mm。
跨地铁段地层主要为粉土、粉砂及淤泥质粉质粘土，属于软土地层。地下水含量丰富。地铁盾构位于淤泥质粉质粘土地层之中，基坑底亦位于该地层之中，工程地质条件差。
本文论述了该基坑施工过程中为确保盾构隧道安全采取的各种措施，以及这些措施的经验和教训，对跨地铁段施工工况进了数值模拟分析，可为类似地质条件下跨地铁段基坑工程提供参考[1-2]。
1 工程实践
南京某广场工程在南线隧道工程基坑、北线原有隧道延长工程基坑和地下停车场西出口基坑等 3 处跨骑地铁 1 号线盾构双线隧道。地铁 1 号线盾构双线隧道该区间隧道采用盾构法施工，管片衬砌内径为 5500mm，外径为 6200 mm，每节管片长度为 1.2 m，管片厚 350 mm。盾构隧道此段覆土厚 9.2 m。基坑与地铁1 号线盾构隧道相交角度约 70°。基坑平面示意图见图 1。
本段工程地质情况：①层以软塑状粉质粘土为主；②层为粉土、粉砂及粉质粘土。其中，②-1 粉土、②-2 粉砂、②-3 层淤泥质粉质粘土是明挖施工主要不良工程地质层。地下水含量丰富。地铁盾构位于②-3 淤泥质粉质粘土地层之中，基坑底亦位于该地层之中，工程地质条件差。土层基本物理指标见表 1。
南线隧道工程基坑采用二重管高压旋喷桩加固盾构隧道四周土体及防其上浮，旋喷桩距离盾构隧道顶面和侧面的间距为 0.5 m。二重管高压旋喷桩Φ800，搭接 200 mm，浆液压力 20 MPa，气压力 0.7 MPa，提升速度 10～15 cm/min。旋喷桩施工接近完成时，地铁盾构隧道左线局部管片接缝渗漏水、管片裂缝渗水等情况的发生，旋喷桩施工立即停工。事后分析可能在盾构隧道侧面旋喷桩施工引起的。然后从盾构隧道内部通过管片预留孔对管片外围区域进行注浆，以改善周围土体的力学性能。注浆方式采用先劈裂注浆，后压密注浆。对于管片接缝渗漏水、管片裂纹渗水的地方，采用压注亲水性环氧浆材料的方法进行封堵。隧道监测基本稳定后修补破损管片，拱部进行补充嵌缝。二个月后，基坑工程恢复施工。
吸取南线隧道工程基坑经验，停车场西出口跨地铁段采用深层搅拌桩加固盾构隧道周围土体，基坑开挖面以下水泥掺量 20%，基坑开挖面以上水泥掺量14%，搅拌桩距离盾构隧道顶面和侧面的间距为 0.5m。施工顺序为首先进行双轴深层搅拌桩加固，后进行基坑围护 1200@1150 挖孔咬合桩施工。在深层搅拌桩加固施工过程中顺利，只是在人工挖孔咬合桩施工过程中，1 根桩人工挖孔接近盾构隧道时，出现挤泥现象，盾构隧道右线 1165 环顶部管片出现崩角脱落，后及时采取措施后，顺利完工。
在骑跨盾构隧道处基坑围护采用中 1200@1150的挖孔咬合桩，桩长 8.0～16.0 m，基坑支撑采用Φ609×14 mm 钢支撑，间距为 4.8 m，设上下两道钢支撑。基坑降水采用管井降水，且盾构隧道两侧对称降水，地下水位降至标高 3.0 m。在基坑内降水效果不理想的局部区域打取轻型井点辅助降水。坑内盾构隧道外侧 3 m 处设四排Φ800 钻孔抗拔桩（每排 5 根），以加固盾构隧道四周土体及防其上浮。
该段基坑挖土遵循“分层、分段、对称、限时”原则。为防止因土方开挖先期卸载与基坑隆起而引起的地铁盾构隧道的上浮变形，机械开挖至标高 7.5 m，人工抽槽安装第二道钢支撑，然后对坑内土方分 5 次由中间土条分别向两侧对称进行人工抽条开挖。中间土条开挖后要集中力量进行两根 H300X300 型钢安装及片石混凝土板浇筑。为保证基坑及早封闭，片石混凝土板的 H300X300 型钢骨架在地面上预先加工，待基底清理干净，验收合格后将型钢骨架吊装至坑底：与抗拔桩钢筋焊接后，进行片石混凝土板浇注，利用其与抗拔桩的整体结构压住盾构隧道。
2 跨地铁段数值分析
通过对地下停车场西出口跨地铁段基坑施工工况的模拟分析，可以进一步认识地下停车场西出口跨盾构地铁段的变形机理，为施工方法的改进提供了依据。由工程情况可知，计算必须采用三维模型。
盾构作为一种隧道全断面施工的专用设备，从施工技术角度分析，各国大同小异。但作为一种机械、一种设备的使用，我国有一些与其他国家迥然不同的地方，主要表现在以下方面。
1）同一台设备常用于多个项目
从其诞生之初，盾构就是根据某个具体项目的工程地质与水文地质而设计制造的。因此国外盾构厂商介绍时，往往某台盾构与某一具体项目相连。我们认为，这是与其使用习惯相联系的。据1992年铁道部组织的有关掘进机考察的资料，当时国外4家主要掘进机制造公司（美国的罗宾斯，瑞典的佳伐、德国的马克和维尔特公司）共生产了413台掘进机，在767个工程中使用，共掘进2740km。也即1台设备平均掘进6.63km，一个项目的长度约为3.57km，一台盾构平均在1.86个项目上使用。这些数据说明在国外的使用习惯中，一台盾构的使用寿命通常只有一两个项目，因此专用性强、通用性较差。而我国情况则有所不同，由于地铁建设的快速发展，使盾构需求井喷式爆发。地铁建设受车站距离和标段限制，掘进区间约在1km左右。同时，城市地铁往往分多期建设，盾构在一个地区可长年施工。这些因素使盾构在其寿命周期内多次转场有了可能。根据某项资料，对正在施工的139个盾构项目进行调查，平均每个项目盾构的掘进里程为1.014km。考虑到我国企业一般以盾构主轴承寿命作为经济（折旧）寿命，那么一台盾构往往要经过4～5个项目才达到报废条件。但在实践中，由于购置金额较大，很少听说盾构到了折旧年限就报废的事例。因此，一台设备被多次使用已成为我们国家地铁盾构的习惯。
2）以施工为先导的理念拉动行业发展
不完全统计，中国中铁和中国铁建所拥有的地铁盾构数量占到全国数量的50%以上。而中国中铁、中国铁建以及上海隧道股份等以施工单位为主体孵化出的机械制造厂商生产的盾构数量占国产盾构的绝大部分。根据中国工程机械工业协会掘进机械分会的统计，2012年这3家的盾构产量占国内厂家的63%以上。随着近年来铁工、铁建自我保护政策的加重，这一比重只会更高。回顾我国盾构产业化的历程，发现我国道路既不同于欧美企业最初源于的设计公司，也不同于日本企业源于的重型制造工厂，而是形成以施工企业为核心，通过引进、消化、仿制与再创新的研发路径，研制出拥有核心技术和自主知识产权的设备。其产业化模式是从产业价值链的末端向前逐步延伸，而施工企业追求利润最大化的愿望成为创新的主要驱动力。这种以施工使用为先导的理念拉动行业发展是受我国市场容量、产业格局和市场监管等多方面制约形成的，其成因这里不赘述。但它对具体使用带来了不可忽视的影响，集中体现在施工企业在学习国外盾构施工技术的同时，也沿袭了施工机具的管理。这样的管理方式对长期反复使用一台机械将造成隐患。
2使用管理中存在的问题
盾构在国外是一种专用、非标、甚至是一次性使用的机械，由于我国建设的需求巨大，类似条件的项目数量较多，在经济效益驱动下，以施工单位为主导，盾构逐渐成为一种反复使用的大型设备。由于各方未能对此变化给予足够重视，在具体的设备使用管理中存在如下问题。
1）政府、行业监管缺位
作为影响施工安全、进度和成本的关键机械，盾构的使用到底受什么样的监督？应该经过什么样的检验程序？这些在我国目前还是空白。为了预防设备事故，保障人身和财产安全，促进经济社会发展，我国专门制定了《特种设备安全法》，对特种设备的生产（包括设计、制造、安装、改造、修理）、经营、使用、检验、检测等进行了规定。但不在特种设备目录之列的盾构是否就意味着可以不受监管或放松管理？企业的行为由谁来监督呢？随着盾构大规模使用以及老旧盾构的增多，安全风险陡然增大，这个问题应该受到有关部门的重视。同样，盾构的操作人员并非普通操作工，他必须能根据下达的技术指令及现场测量结果，合理配置各区域千斤顶的使用数量、推进油压及速度，并正确选择刀盘正、反转模式等，来调整盾构姿态，保证掘进方向和进度，并能正确及时处理掘进中由于受水、土压力及地质变化带来的不可预见的情况。这一过程不仅仅需要对机械有充分的了解，并需要掌握工程技术和地质知识。所以我们认为盾构操作者不能简单地按工种划分，而是依据其技能，按管理岗位进行评定。这样才能确保设备的使用安全。
2）使用维修理中存在的问题
对于盾构，应采用什么样的维修制度，目前还没有一个权威的说法。一些单位通过施工实践，总结出利用油液的铁谱、光谱分析对盾构进行状态监测，进而实行项修的方式取得了较好效果，保证了项目的顺利实施。我们认为，项修对于使用频率低、转场次数少的设备不失为一种好的方式，但对于大负荷全寿命周期内是否仍为一种可行可靠的维修方式，则仍需探讨。特别是在多个项目使用，为了适应不同项目地质要求，要对盾构进行改造，如刀盘改造等，仍采用项修的方式，则不免头痛医头、脚痛医脚，缺乏了对设备整体技术状况的分析。这样在盾构长时间运转，特别是临近技术寿命时会有很大的安全风险。同样，由于盾构制造厂商的竞争激烈，一些厂商在保护知识产权的旗号下有所保留，这样使用单位难以获得充分的技术资料。加之盾构在多个项目之间转场，管理人员变动，以及劳务外包等形式的出现，使得现场往往难以掌握翔实的设备资料，这些都不利于设备的技术管理和施工安全。
3）经济分析不完善，资料缺乏
首先从施工定额分析，盾构作为掘进的关键设备，其消耗直接影响着施工成本。据资料，设备折旧费用是影响盾构区间费用的一个关键因素，可占其比重的15%左右。而折旧的计算方法仍旧是根据直线法，即以采购成本除以其预计寿命（8～10km）得出每延米的折旧费用。从设备管理角度可知，8～10km或10000h一般是指盾构主轴承的寿命。这种以技术寿命等同于折旧寿命的提法是否合理，在普通设备都倾向于采取加速折旧的情况下，对盾构仍采用直线法，我们认为是不符合设备使用客观规律的。其次，从具体消耗分析，概预算定额所针对的情况往往不能涵盖施工中所遇到的所有工况，但是在实践中，往往因为项目部0的工程、设备、物资、成本等部门缺乏对盾构设备消耗在施工成本中所占比重的认识，而难以有效配合，更难以获得完整的数据记录与分析，也无法开展工程精细化管理和索赔。这不仅使企业承担了较大的经济风险，也不利于对设备的精细化管理。由于以上因素，经济核算往往难以反映出盾构在一个项目的合理使用成本，进而导致无法总结规律，提高管理水平。更无从谈起促进整个行业的健康发展。
3意见和建议
综上，虽然盾构施工可以借鉴国外的技术，但对盾构的管理则无法照搬国外的经验。随着盾构的大规模使用，其管理愈发重要。对此，提出以下意见和建议。
1）施工企业应将盾构比照特种设备进行管理
在我国《设备管理条例》多年未修订的情况下，特种设备安全管理是可借鉴的一种设备管理体系，施工企业应该将盾构比照特种设备进行专业管理。具体措施如下：①建立设备的安全技术档案。特别是对于设计文件、改造的技术文件等的留存，是技术档案重要的组成部分。②明确专门的管理人员。该人员不仅需要懂得设备原理，而且应该掌握工程施工的相关知识。只有这样，才能切实做好盾构设备的管理工作。③制订完善的检验制度。在日检、周检、月检等检查的基础上，应明确定期检验周期，特别是项目转场前后的检查检验内容，以确保进场设备的技术状况。④加强设备操作人员的资格管理。尽管在全国职业大典修订中提出了盾构操作司机的名称，但对于司机应该具备的文化知识以及任职条件还没有最后确定。所以施工单位应根据自己的经验确定标准，以保证操作人员的素质。⑤建立监管体系。设备的产权单位应履行特种设备法中的政府监督作用。项目部则履行设备使用单位的责任。
2）行业应制定有关标准，规范市场
关于盾构及盾构法施工，相关行业颁布了一些行业标准和技术规范，如《5.5m～7m土压平衡盾构（软土）》（CT/T284-2008），《泥水平衡盾构》（CJ/T446-2014），《盾构法隧道施工与验收规范》(GB50446-2008)，《地铁隧道工程盾构施工技术规程》(DG/TJ08-2041-2008)等，但这些标准、规范由谁执行、由谁监督，即如何落实还需进一步明确。同时行业应组织制造商和使用单位制定维修规程、安全操作规程等法规文件，切实将盾构的使用从一种机具变为一种设备。同时，对于近年来兴起的盾构施工监控系统、盾构再制造技术等也应给与关注和重视，及早介入，组织相关单位制定标准，为行业内不同企业的良性竞争奠定基础。
3）适时立法，将盾构纳入特种设备目录
关键词：土压盾构；地铁隧道
中图分类号： U45 文献标识码： A
1.盾构机试验推进段的施工及其重点
盾构出洞后，为了更好地掌握盾构的各类参数，将盾构出洞后的前100m推进作为试推进段。此段施工时注意对推进参数的设定，对推进时的各项技术数据进行采集、统计、分析，摸索地面沉降与施工参数之间的关系，争取在较短时间内掌握盾构机械设备的操作性能及盾构在本标段地质条件下推进的施工参数设定范围。
设立100m试推进段的目的是用最短的时间对盾构机的操作方法、机械性能进行熟悉。了解和认识本工程的地质条件，掌握该地质条件下盾构的施工方法。通过100m试推进段掘进，对该盾构机的性能进行总结，特别是将盾构机本身暴露出来的不足及时反馈，以便能在允许的情况下对推进设备进行优化。收集、整理、分析及归纳总结掘进参数，制定正常掘进中的操作规程，实现快速、连续、高效的正常掘进。熟悉管片拼装的操作工序，提高拼装质量，加快施工进度。通过本段施工，加强对地面变形情况的监测分析，反映盾构机出洞时以及推进时对周围环境的影响，掌握盾构推进参数及同步注浆量以及摸索出成形隧道的后期变形规律，从而为后续工程施工提供必要的技术数据参数依据。
2.盾构施工中存在的问题及常见风险源处置
施工单位施工时应加强对沿线建（构）筑物监测，建立预警系统，当区间隧道两侧建筑物较多时，适当增加监测点的数量，增加监测频率；盾构通过之后还应继续对建（构）筑物进行监控量测，确认建（构）筑物的安全，直至趋于稳定收敛。
隧道施工期间应对风险列表中的下穿、近距离穿越的建筑物进行监测，监测项目包括：建筑物沉降（含差异沉降）；建筑物倾斜；建筑物裂缝。测点布置在建筑物的角点上，每栋建筑物至少设四个沉降测点、两组（每组2个）倾斜测点。
表2.1：盾构区间下穿建筑物监测频率一览表
为保证周边环境安全和施工安全，应进行必要的施工监测，并定期（每半月）向业主、设计、施工和监理提供监测资料。施工监测应实行预警、警戒、极限三级管理。对具体风险源除采用以上保护措施外，还应根据建筑物实际情况采取以下措施控制地面沉降，确保风险源的安全：
2.1为使盾构推进参数设定更具科学性和准确性，现场建立监测信息交流沟通网络，最终达到控制地面沉降的目的。可以参考到达风险源之前的盾构推进过程中产生的变形、沉降等监测数据，调整推进参数，判断盾构过风险源时的安全性，进一步指导施工措施的选择。
2.2由于地质条件、地面附加荷载等诸多不同因素制约，导致平衡压力值的波动，为此，需及时分析沉降报表。若盾构切口前地面沉降，则需调高平衡压力设定值，反之调低；若盾尾后部地面沉降，则需增加同步注浆量，并及时进行管片背后二次注浆。盾构通过建筑时，应对建筑进行不断监测，根据监测结果采取及时、多次、足量的补压浆措施通过管片注浆孔对管片背后进行补浆施工，直到建筑沉降基本稳定。
2.3根据盾构及管片间的建筑间隙及各土层特性合理控制出土量，并通过分析调整寻找最合理的数值。控制合理的推进速度，使盾构均衡匀速施工，减少盾构对土体的扰动。
2.4严格控制同步注浆量和浆液质量，在盾构推进时同步注浆填补盾尾空隙后，还存在地面沉降的隐患，可相应增大同步注浆量，如监测数据证实地面沉降接近或达到报警值时，应采用二次注浆、地面补压浆或地面跟踪注浆进行补救。
3.地铁盾构工程关键技术问题及其解决方案
3.1端头土体加固施工方案
由于南京地质具有一定的特殊性，根据已知的资料显示，南京的地质条件十分复杂，地下水位相对较高，有较多古河道及大量含水砂层，在基岩中存在着断层及构造破碎带。比如在进行南京的地铁一号线沿线就有2个盆地，盆地下又有古河道，尤其是西延线所在的河西地区，是河漫滩的软土地层，含水量丰富，稳定性差，线路中还存在着全国罕见的软流塑地层带。如珠江路—鼓楼—玄武门区间，有施工单位最怕遇到的地质情况——软流塑地层。按我国地铁专家施仲衡先生对南京软流塑地层的描述：在软流塑地层中修地铁，就好比在豆腐脑里挖隧道。在南京遭遇的这种特殊的软流塑地层基础上建设一条16.9公里的地铁，起规模和难度相当于建设500公里的大铁路！另外，南京地铁隧道工程施工中由于地质结构复杂复杂，在进行具体施工和掘进中常遭遇到多种土层且大多为砂质土层，因此要确保工程的安全性和可靠性就要强化对地质进行固体强度和稳定性的设计。以南京张府园——三山街隧道区间为例，该施工段的土质为粉沙状的流沙层，施工段为主在进洞隧道口埋置于中粗砂透镜体，含潜水、夹粉质粘土重粉质粘土、中粗砂，含承压水、粉质粘土粘质粉土,该施工段地质土层对盾构始发端头旋喷加固施工增加了难度。因在打开隧道洞门，盾构机靠拢之前，洞门土体处于无支撑状态，经过对端头土体自稳能力的分析判定，为了保证开洞门时土体能自稳及保证盾构机进洞过程中不让泥、水等涌入隧道内，需对端头土体进行加固处理。加固体范围为盾构隧道周边各3m，沿隧道长度方向6m，加固体强度和稳定性必需达到设计要求，同时加固体的完整性。
3.2隧道壁后注浆
在盾构隧道施工过程中，随着盾构机的掘进脱离盾尾，在隧道管片外皮与周围土体之间存在一个环状间隙，需及时进行注浆充填。达到有效控制地层沉降、约束隧道结构的变形、提高隧道的防水性等目的。壁后注浆是盾构施工的关键技术之一。针对南京地铁二号线的工程及水文地质条件，结合盾构施工工艺，我们采用隧道壁后同步注浆。同步注浆是在盾构推进过程中，保持一定注浆压力（综合考虑注入量）并不间断地从盾尾直接向壁后注浆，即在环形空隙形成的同时用浆液将其填充的注浆方式。
3.3地面沉降观测
由于南京地铁隧道工程沿线地质复杂，地下水位相对较高，有较多古河道及大量含水砂层，在基岩中存在着断层及构造破碎带。且一些施工段的地面危旧房屋密集、地下管线多，同时又有较多的文物，所以在施工过程中的地表沉降观测尤为重要。根据隧道埋深和地层情况，我们确定隧道轴线左右各22m为沉降观测范围，沿隧道轴线30m左右设一个观测断面，每个观测断面设7个观测点（隧道中线上方1个，左右各3个）。由于隧道多在密集的危旧房屋下通过，观测断面多沿房屋间的胡同设置，观测点的位置也会根据地面情况进行适当调整。在一些重要建筑位置也增设了一些观测点和观测断面。地面建筑物在盾构穿越楼房段掘进过程中，如沉降量大于沉降预警值、倾斜值，则应考虑进行地面跟踪注浆的应急措施。跟踪注浆采用袖阀管施工，双液浆注浆补偿地层损失量。
4.展望
未来我国隧道地铁施工中土压盾构技术应用将越来越普及，对于首次采用盾构法进行地铁隧道工程的施工，要首先实施盾构试验段其目的是通过工程实践，结合地铁隧道工程地质、水文地质及地面多危旧房屋的情况，全面掌握地铁工程中的盾构施工技术，从而为在全面推广盾构施工技术奠定的基础，提高地铁隧道的施工水平和工程质量。
参考文献：
随着城市地铁建设的蓬勃发展，盾构法作为地铁建设的主要工法得到了广泛运用【1】，而随着一个城市线路的越来越密集，新施工隧道交叉穿过既有运营地铁线路就不可避免。而盾构隧道施工往往会危及地铁结构本身以及邻近结构物的安全与正常使用，使邻近结构物倾斜、扭曲等，从而引起一系列环境效应问题【2,3】，新建线路盾构掘进中控制不当就会影响既有线路的正常运营。
根据某市地铁3号线（即龙岗线）西延段购物公园站～福田站区间（以下简称购福区间）左线盾构安全平稳下穿既有运营的地铁1号线购物公园站～香蜜湖站区间（以下简称购香区间）隧道工程实例，对该工程的施工参数进行了总结分析，以便为今后同类工程提供成功的经验和参考。
1 工程概况
某市地铁3号线3151标购福区间隧道左线盾构机在福华路与民田路交汇处（里程ZDK5+477.17～ ZDK5+497.25）连续下穿地铁1号线购香区间既有隧道上、下行线。3号线购福区间隧道在下穿段的覆土厚度为17.6～18m，线路坡度为-5‰。地下水位埋深4～7.4m。负责本次穿越的盾构机为海瑞克s-469，刀盘开挖直径6.28m，最大扭矩5300KN•m，掘进最大推力34210KN；盾构机总功率1720KW。3号线隧道采用C50钢筋混凝土管片衬砌，管片防水等级S10，宽度为1.5m，厚度为0.3m，内径为5.4m，外径为6m。区间管片采用通用型管片、错缝拼装方式。 两条线路的平面位置如图1所示。
图2新建3号线与1号线隧道交汇区地质剖面图
中、粗砂（Q4al+pl）
褐黄、灰白色，饱和，中密状，主要物质成分为石英质粗颗粒，另微含少量粘性土。级配良好。区间内层状分布（段尾附近缺失），厚1～3.5m，埋深4.7～9.5m。ρ=1.84～2.07g/cm3，e=0.43～0.89，Es 0.1～0.2=4.49 ～19.93MPa，，α0.1～0.2=0.25MPa-1，中压缩性土。
砾（砂）质粘性土（Qel）
褐红、褐黄色，硬塑状。土质较均匀，含少量石英质粗砂砾，由下伏花岗岩残积而成。岩芯呈土柱状。主要呈透镜状分布于区间两端冲洪积层之下、基岩面之上，一般厚2～5m，埋深7～11m。ρ=1.76～1.73g/cm3，e=1.03～1.04，Es 0.1～0.2=3.15 ～4.12MPa，，α0.1～0.2=0.56MPa-1，高压缩性土。
全风化花岗岩（γ53）
褐红、褐黄色，岩石风化强烈，原岩结构可辨析，岩芯呈坚硬土柱状，遇水软化。矿物成分除石英质残留外，其他已基本风化呈土状。场地内层状分布于残积土之下，厚7～8.5m，埋深13～16m。ρ=1.86～1.83g/cm3，e=0.68～0.7，Es 0.1～0.2=4.54 ～4.60MPa，α0.1～0.2=0.36MPa-1，中压缩性土。
强风化花岗岩（γ53）
褐黄、褐红等色，局部夹暗黑色。岩石风化强烈，岩芯呈坚硬土柱状，微含约5%角砾状强风化碎石，手可折断，遇水软化崩解。场地内层状分布于之下，厚度变化大，埋深20.0m以下。
下穿段局部地段呈微承压，主要由大气降水补给，水量较丰富。区间范围内地表水水质类型为HCO3-.CL-- Ca2+. Na+型，对混凝土结构、钢筋混凝土中的钢筋及钢结构具弱腐蚀性。各地层具体力学指标见表1。
表1地层物理力学指标表
3 工程特点及难点：
（1）新施工的3号线隧道与既有1号线运营隧道之间的净距仅为1.23m，净距之短，在国内地铁领域也属罕见，下穿难度较高。
（2）下穿段距离3号线始发端只有31m，新施工的3号线隧道的盾构机参数调整适应时间非常短；
（3）既有运营的地铁1号线列车运行频率高（平均每5分钟发行一列车）、人流量大（该线日均客流量50万人次以上）、每天营运时间长（运营时间：每天6：00至23：30），造成新线盾构下穿既有1号线的上、下行线隧道时不能避免完全在非运营时间完成施工。在地铁运营时间完成新线对既有线的下穿，对施工参数要求高。
(4)根据《城市轨道交通安全保护区施工管理办法 （暂行）》的规定， 3号线盾构隧道施工对既有1号线隧道影响的控制指标为：运营线路轨道竖向变形±4mm，两轨道横向高差
总结：本次下穿施工难度大，工程风险高，下穿隧道在该市中心繁华区，一旦在施工中造成既有线隧道沉降超限，地铁停运等问题，社会影响大，损失严重。
4 主要技术措施
（1）在下穿施工开始前，对施工穿越区段管片螺栓进行了复紧，并对下穿段的监测区域内隧道现状进行调查；推进前应对盾构进行了认真细致的维修保养，避免穿越过程中出现问题而停机；合理安排穿越进度计划，细化到每一环的穿越时间，尽量将关键穿越安排在非运营时间。
（2）盾构施工参数控制：依靠施工过程中的地面量测监控、隧道内自动化监测指导3号线盾构施工参数的调整，如盾构掘进参数、注浆参数，主要目的是在盾构施工过程中保持地层的稳定，控制地层变形，从而减少既有1号线隧道的结构变形和应力变化。
（3）既有线隧道自动监测和人工监测相结合：自动监测是在既有1号线购香区间的上、下行线各布设了多个断面，为3号线盾构机掘进提供沉降数据；人工监测是在既有1号线购香区间上、下行两条隧道的道床中心设置人工监测点，监测点间距为30m。下穿施工前对既有1号线隧道道床进行原始数据采集；下穿施工期间，每天运营结束后进入既有1号线隧道进行人工监测测量。
图3（a）既有1号线隧道人工监测点布设平面图
图3（b）既有1号线隧道人工监测点布设断面图
（3）3号线隧道洞内二次注浆加固地层：主要目的是控制后期地层变形和结构变形。
（4）道床差修正：主要目的是针对轨道变形进行修正，确保既有线运营安全。方法：在既有地铁隧道内的管片环缝处抹上水泥块，观察水泥块的裂缝产生和发展，从而判断隧道的沉降和变形以指导施工；在既有线停运期间进入既有1号线隧道，在轨枕下方根据自动化监测结果和水泥块裂缝方向设垫片代替道床注浆修正轨道变形。
（5）在地铁3号线穿越既有1号线期间，将1号线地铁运营列车减速至20km/h，降低3号线穿越1号线的施工风险。
5 结果分析
由于1号线地铁隧道人工监测和自动化监测的控制指标较地面沉降指标严格（1号线隧道道床沉降不允许超过4mm，而地面沉降允许30mm），故一般情况下，只要1号线道床沉降控制在指标范围内，地面沉降就不会超标，故对盾构掘进参数分析研究时以隧道道床沉降作为参考。
本次下穿施工对既有1号线结构变形、沉降控制比较成功，对1号线隧道的运营未造成任何影响。
本次下穿施工对地面沉降控制也是比较成功的，下穿期间地面累计沉降值为20.5mm，未超出规范允许的范围，未对盾构机上方的道路交通造成任何影响。
5.1既有线隧道人工监测分析
在2月25日至28日3号线盾构机下穿期间，既有1号线上行线隧道道床变化量最大的点位是2月28日监测的L6，沉降量是-2.34 mm，下行线隧道道床变化量最大的点位是3月3日监测的R6，沉降量是-3.36mm。所有监测数据未发现异常，各监测点累计变化量均小于预警值4mm，各点变化速率较小，数据变化正常。通过运营部门司乘人员反映，3号线盾构穿越期间1号线隧道内运营行驶无任何异常情况。
图4（a）既有1号线购香区间下穿段上行线沉降变化曲线图
图4（b）既有1号线购香区间下穿段下行线沉降变化曲线图
5.2 盾构机掘进参数分析
2月25日施工：3号线购福左线掘进7～13环。施工第13环时，3号线盾构机刀盘距1号线上行线6m，仅1倍洞径宽度，盾构正上方的1号线上行线隧道L6点发生0.35mm的沉降，受此影响，1号线下行线沉降0.66mm，分析认为这可能和下行线地层不密实有关，故上行线下沉引起下行线更大幅度下沉。此时3号线对1号线沉降影响因素主要为土仓压力，本环土仓压力为1.2bar（全文用盾构机上部土仓压力代表盾构机土仓压力），表明该环土仓压力略小。
图5（a）盾构掘进第13环示意图
2月26日施工：3号线掘进14～21环。盾构机刀盘距离1号线上行线距离逐渐减小，至16环拼装完成后，盾构机刀盘距1号线上行线仅1m左右，此段时间盾构机土仓压力逐渐上升（由1.3bar升至1.7bar），1号线上行线沉降基本稳定在0.38mm，没有继续沉降，说明土仓压力建立的比较合理。施工17～21环时盾构机刀盘在1号线上行线下方。这段时间内土仓压力逐渐由第17、18环的1.75bar升至21环的2.2bar，综合既有隧道上、下行线隆沉情况来看，盾构机土仓压力还宜适当加大。
图5（b）盾构掘进第21环示意图
2月27日施工：3号线掘进22～31环。施工22～24环时，盾体在1号线上行线下方。这段时间内1号线上行线的轻微沉降主要是由3号线盾构的刀盘与盾壳间隙所产生的。既有1号线下行线隆沉受3号线盾构土仓压力影响，土仓压力由2.0bar逐渐升至2.4bar，1号线上行线右侧发生0.3mm左右隆起，土仓压力适中，1号线上行线隆起的影响因素为3号线盾构注浆压力和注浆量，此间每环注浆量均为8m3，注浆压力分别为0.5Mpa、0.5Mpa、0.25Mpa和0.4Mpa。除第27环1号线上行线存在一定程度沉降外，掘进和拼装其他3环时既有1号线上行线比较平稳，说明注浆压力和注浆量控制在0.5 Mpa和8m3比较合适；本阶段刀盘逐渐接近1号线下行线，至28环刀盘已抵达1号线下行线下方，土仓压力对既有下行线影响较大。本阶段下行线发生0.63mm的沉降，结果表明3号线盾构土仓压力（2.2bar）应适当提升。施工29～31环时，盾尾已离开1号线上行线，但盾尾注浆压力及注浆量仍对1号线上行线产生一定影响。此期间，由于在管片上进行二次补浆，既有1号线上行线略微上浮，但主要是恢复前期沉降，所以注浆压力和注浆量控制在0.4 Mpa和8m3还是适宜的。本阶段刀盘位于下行线下方，土仓压力对下行线隆沉影响较大。
图5（c）盾构掘进第31环示意图
2月28日施工：3号线掘进32～41环。施工32～33环时，施工的3号线盾尾已远离1号线上行线，盾构施工对左线影响基本不大，只要1号线下行线不发生明显隆沉，1号线上行线就不会发生较大变形。这段时间内1号线下行线的沉降主要是由3号线刀盘与盾壳间隙所产生的沉降引起的，由于3号线施工中采取了向中盾注入膨润土的施工措施，1号线下行线沉降稳定。施工34～37环时，3号线盾尾在1号线下行线下方。影响1号线下行线沉降的主要因素是3号线盾构的注浆压力和注浆量。这4环每环注浆量均为8 m3，注浆压力分别为0.4Mpa、0.4Mpa、0.4Mpa、0.35Mpa。除施工3号线第37环造成1号线下行线1.86mm沉降外，施工其他3环时既有1号线上行线比较平稳，说明注浆压力和注浆量控制在0.4 Mpa和8m3是比较合适的。施工38～40环时，3号线盾尾已离开既有1号线下行线，但盾尾注浆压力及注浆量仍对1号线上行线产生一定影响。虽然本阶段施工时3号线盾尾已远离1号线上行线，但1号线上行线沉降仍增加到2.84mm。主要原因：由于盾构穿越1号线下行线隧道时发生沉降，对1号线上行线产生影响。此外，1号线下行线隧道虽发生轻微上浮，由于施工第37环时发生了沉降，施工38～40环时加大了注浆量和压力对第37环进行补偿，这说明3号线盾构注浆压力和注浆量控制在0.4 Mpa和8 m3是合适的。施工第41环时，3号线盾尾已离开1号线下行线，盾构施工对下行线影响不大，只要3号线盾构刀盘前方不发生明显隆沉，既有1号线下行线就不会发生较大变形，且观测显示沉降数据基本稳定。
图5（d）盾构掘进第41环示意图
结论：
地铁3号线盾构机刀盘距离1号线隧道一倍洞径距离时盾构机土仓压力就会影响1号线上、下行隧道。直至3号线盾尾脱离1号线隧道4.5m时，盾构施工对1号线隧道的影响才基本消除。故3号线盾构施工影响区范围是：刀盘距1号线隧道6m至盾尾脱出1号线隧道4.5m。
距既有线隧道洞口较近的下穿施工，其关键是在可能的条件下，应迅速提高盾构的推力、土仓压力和同步注浆压力，建立土压平衡。另一方面，尽可能保持盾构匀速推进，避免长时间停机，对保持地层稳定非常重要。施工中在保持注浆压力的同时，通过加大注浆量改良地层，有利于控制地层变形。
6 结语
（1）采用盾构法施工下穿1号线的正确性
3号线购福区间下穿1号线的地层主要处于全风化花岗岩层和强风化花岗岩层，地层强度较低，自稳性较差，相对于暗挖法施工，采用土压平衡盾构机施工能最大程度的保持土体稳定和其上部1号线隧道的安全。
（2）取消对3号线与1号线之间土体进行加固的正确性
最初考虑在3号线购物公园站盾构始发井洞门处轮廓线外侧设置长度为55～60m的水平管棚，采用纯水泥浆按照一定的压力注入土体，对3号线与1号线之间的土体进行加固处理。但由于新老两条隧道之间间距较小，仅1.2m左右，提前对其加固可能会破坏原有土体的稳定性，不但起不到应有的加固效果，反而会造成所夹土体变形、沉降，加剧既有1号线隧道的变形。事实证明采用严格控制盾构机掘进参数的方法直接掘进通过既有1号线的做法是可行的。
参考文献
[1] 刘建航、候学渊，盾构法隧道【M】.北京：中国铁道出版社，1991.
[2] 方勇，土压平衡式盾构掘进过程对地层的影响与控制【D】.成都：西南交通大学博士学位论文，2007.
关键词：盾构；土压平衡盾构机；盾构施工参数；地面沉降
1.工程概况
南京地铁十号线D10-TA06标位于南京市浦口区江浦街道，标段全长近3.8km，包括“两站三区间”，其中城西路站～凤凰大街站区间，凤凰大街站～龙华路站区间采用盾构法施工，盾构机从城西路站始发，到达凤凰大街站后过站，二次始发，最终到达龙华路站解体，吊出。
本标段选择了两台海瑞克生产的土压平衡式复合盾构机，盾构机主要由刀盘、前盾、中盾、盾尾、螺旋输送机、管片拼装机、设备桥、1-5号拖车组成。
2.工程地质条件
2.1 工程地质及水文地质
城-凤区间属于为长江漫滩、堆积平原。场地内地势较平坦。主要地层从上到下依次为：①-1杂填土、①-2-2素填土、①-3淤泥、②-1b2-3粉质黏土、②-2b4淤泥质粉质黏土～粉质黏土、②-2e2粉质粘土混卵砾石、②-3b3-4粉质粘土、④-2b2粉质粘土、④-3b1-2粉质粘土、④-4e-2卵砾石、K2P -2强风化粉砂质泥岩～泥质粉砂岩、K2P -3中风化粉砂质泥岩-泥质粉砂岩。
为确定施工参数，以右线前100环隧道掘进进行分析，该段地质条件复杂，上部主要为淤泥，中部为卵砾石，下部为风化岩，属上软下硬复合地层，地质剖面如图1所示。
根据钻探揭示的地层结构特征，本标段的地下水类型主要为松散岩类孔隙水（孔隙潜水、微承压水）和基岩裂隙水，本段卵砾石层中含承压水。
2.2工程地质评价及对盾构掘进影响
该段隧道埋深较浅，隧道掘进地层属上软下硬复合地层，夹杂的卵砾石层为富水地层，且卵砾石强度较高，地质条件极差，对盾构掘进主要影响为：
（1）盾构掘进缓慢，掘进方向易发生偏差
该段开挖面底部岩层多为中风化、强风化粉砂质泥岩，开挖面混杂大量卵砾石。在软硬不均的地层中掘进时，推力和扭矩变化较大，盾构主机有着向地层较软一侧偏移的惯性， 特别是当盾构机需要向硬岩一侧调线时，姿态将更难控制，甚至造成盾构机“卡壳”。
（2）刀具磨损严重，但开舱换刀风险高
开挖面上部的粘性土层粘粒含量高， 掘进参数控制不当极易造成刀盘结泥饼，造成滚刀偏磨，加之在中、微风化岩层中掘进滚刀磨损严重，加剧了刀具的损耗，甚至崩裂刮刀，开舱换刀的几率大大高于在均质土层中换刀的几率。
（3）喷涌严重，清碴量大
在开挖面④-4e-2卵砾石层中卵砾石含量超过50%，砾石层中混含粉质粘土，黏土中小颗粒的组分含量较多， 而介于其中的颗粒成分则较少。 这种独特的组分特征， 使其既具有砂土的特征，亦具粘性土特征，同时也为小颗粒从大颗粒的孔隙中涌出提供可能性。加之卵砾石层裂隙水发育，富含微承压水，岩层中补勘经常出现浆液流失现象因此，当盾构掘进参数控制不当时，螺旋出土器会出现涌水、涌碴情况，每环掘进都要花费大量的人力、 物力及宝贵的时间来清理碴土。
3.选用施工参数及效果分析
3.1 土压力
土压平衡控制的要点就是维持开挖面稳定，确保土仓内的土压力平衡开挖面的地层土压力和水压力。根据《铁路隧道设计规范》，综合考虑围岩分级，埋深及周边环境，右线前100环隧道土压力设定值P0按浅埋隧道计算。
设定土压力值P0应控制在以下范围内：（水压力+主动土压力）
3.1.1 静止土压力计算
在浅埋隧道中，静止土压为原状的天然土体中，土处于静止的弹性平衡状态，这时的土压力为静止土压力。在任一深度 处，土的铅垂方向的自重应力 为最大主应力，而水平应力 为最小主应力。
（公式1）
（公式2）
式中 ――侧向土压力系数， ；
――岩体的泊松比。
3.1.2 主动土压力与被动土压力计算
在浅埋隧道的施工过程中，由于施工的扰动，改变了原状的天然土体的静止的弹性平衡状态，从而使刀盘前方土体产生主动或被动土压力。
根据盾构机的特点及盾构机施工的原理，结合我国铁路隧道设计施工的具体经验，施工采用朗金理论计算主动土压力与被动土压力。
当盾构机推力偏小，土体处于向下滑动的极限平衡状态，具体如下图所示：
此时土体内的竖直应力相当于大主应力，水平应力相当于小主应力。水平应力为维持刀盘前方的土体不向下滑移需要的最小土压力，即土体的主动土压力。画出土体的应力圆，此时水平轴上处的E点与应力圆在抗剪强度线切点M的连线和竖直线间的夹角为破裂角。由图3可知：
式中 ――深度为z处的地层自重应力；
――土的粘着力；
――地层深度；
――地层内部摩擦角。
当盾构机的推力偏大，土体处于向上滑动的极限平衡状态，具体如下图4所示：
此时刀盘前方的土压力 相当于大主应力 ，而竖向应力 相当于小主应力 。画出土体的应力圆，当应力圆与抗剪强度线相切时，刀盘前方的土体被破坏，向前滑移。此时作用在刀盘上的土压力 即土体的被动土压力。
破裂角 由图可知：
式中 ――深度为z处的地层自重应力，
――土的粘着力；
――地层深度；
――地层内部摩擦角。
3.1.3 地下水压力计算
当地下水位高于隧道顶部，由于地层中孔隙的存在，从而形成侧向地下水压。地下水压力的大小与水力梯度、渗透系数、渗透速度以及渗透时间有关。
在掘进过程中，由于刀盘并非完全开口，而是中间有70%～80%的支挡结构，随着刀盘的不断往前推进，土仓内的压力介于原始的土压力值附近。加上水在土中的微细孔中流动时的阻力。故在掘进时地层中的水压力可以根据地层的渗透系数进行酌情考虑。
3.1.4 预备压力
由于施工存在许多不可遇见的因素，致使施工土压力小于原状土体中的静止土压力。按照施工经验，在对沉降要求比较严格的地段计算土压力时，通常在理论计算的基础之上再考虑10～20kPa的压力作为预备压力。
3.1.5 土压力与地面沉隆关系分析
依据统计图可以看出，前期土仓压力设置较小，地面累计沉降值较大，最大为-85.1mm，后期土仓压力设置在0.9～1.2bar，地面累计沉降得到了控制，尤其是55环以后，地面累计沉降控制在23mm以内，满足了规范要求。
3.2 掘进速度、刀盘转速与地表沉降关系
依据统计图，地面累计沉降量从最大的-85.1mm，变化至最小-5.2mm，而掘进速度一直控制在20～30mm/min，刀盘转速控制在1.2～1.5rpm，可见地面累计沉降量与掘进速度、刀盘转速之间的关系不明显。
3.3 盾构机总推力、刀盘扭矩与地表沉降关系
依据统计图，地面累计沉降量从最大的-85.1mm，变化至最小-5.2mm，而盾构总推力绝大部分在1500t上下浮动，刀盘扭矩在3000kN・m上下浮动，可见地面累计沉降量与盾构总推力、刀盘扭矩之间的变化关系也不是很明显。
3.4 同步注浆压力、注浆量与地表沉降关系
盾构机1-10环掘进施工时，因注浆设备故障，同步注浆不及时，加上地面有100t的水泥罐和粉煤灰罐各一个，地面荷载较大，导致前15环隧道轴线正上方地面累计沉降过大，DK21+685处累计沉降量达85.1mm，通过对注浆量及注浆压力的反复调整， 55环以后，地面累计沉降量均控制在23mm以内，达到设计及规范要求。
4 最终参数确定
通过对城凤区间右线盾构前100环的掘进数据的统计及成型管片的检查，对前100环的总结如下：
（1）盾构机在上部为粉质粘土（淤泥质粉质粘土）、下部为中风化粉砂质泥岩中掘进时，其参数设置如下：
（2）穿越C20混凝土素墙的参数设置如下：
（3）同步注浆配合比
根据施工前所做的几组配合比，在盾构掘进中进行了比试，优化出满足使用要求的配比，最终的使用配比。
（4）针对管片出现的渗漏、破损等现象，编制专项方案，及时安排人员进行修补和堵漏。
5 施工成果检查
（1）推进速度
在2月10日-3月5日摸索期间，盾构机推进速度极不均匀，约为10-40mm/min，经过不断调整施工参数，约第55环后，盾构推进速度均匀，达到35mm/min左右，推力，扭矩均与速度匹配，并未出现严重的喷涌和结泥饼现象。
（2）管片渗漏水情况
部分管片出现环缝渗水、纵缝渗水、螺栓连接孔处渗水等现象。具体统计见表5如下：
对管片渗漏水情况主要采取二次注浆，通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆，补充一次注浆未填充部分和体积减少部分，从而减少盾构机通过后土体的后期沉降，提高止水效果。
二次注浆使用专用的注浆泵，注浆前凿穿外侧保护层，安装专用的注浆接头。二次注浆采用水泥浆，注浆压力为0.5MPa。
（3）管片错台
对管片错台进行了统计，最大错台达到1.7cm。通过错台分析，得出管片错台出现的部位是由于盾构掘进姿态、推力不均及管片选型不理想造成，因此，我们对盾构施工人员进行专门的知识培训，并提供了施工人员的质量意识，尽量避免由于人为原因引起的问题。
（4）盾构姿态
对前100环的盾构姿态统计见图10，图11。
通过统计表可以看出，切口位置与铰接位置的偏差值均控制在经验值±50mm范围内，保证了成型管片的质量。
（5）成型隧道中线偏差
对成型的管片进行了人工复测，管片每拼装5环复核一次，其结果见图12如下：
通过对人工复测管片的数据检查分析，发现成型的管片隧道中心线高程最大偏差为38mm，隧道中心线平面最大偏差为66mm，均满足《盾构法隧道施工与验收规范》成型隧道±100m的要求，说明盾构姿态控制良好。
（6）沉降观测
在右线100环试推进施工期间，对周边地表沉降、周边建筑物沉降、地下管线沉降、隧道净空收敛等项目进行了监测。通过对施工监测数据进行统计，周边建筑物沉降、地下管线沉降、隧道净空收敛均未超过报警值，周边地表沉降监测点中累计沉降最大的点为DB01-02，累计最大沉降值为-85.1mm，日沉降最大变化值-22.3mm，目前该点地表沉降已趋于稳定。2月15日开始试掘进，推进到3月4号时，根据前期的施工参数，优化了设置掘进参数，地表沉降得到了很好控制，55环以后的掘进，日沉降量和累计沉降量均控制在规范允许范围内。
5 结束语
城西路站-凤凰大街站区间地质条件复杂，可借鉴的施工案例较少，且不同的盾构机施工参数确定方法不尽相同。在复合地层中，根据地层及盾构机的特点，首先通过理论计算，然后结合实际推进情况及时调整施工参数，最后根据一系列的统计图表得出最终的施工参数的方法，在实际施工中证实科学可靠，在复合地层盾构施工项目中，具有一定的借鉴作用。
参考文献
[1]陈馈、洪开荣、吴学松.盾构施工技术[M]，北京：人民交通出版社，2009：153-158.
关键字：盾构；穿越；特殊地段；控制措施
Abstract: On the background of shield construction of subway sectional tunnel, and through the author’s personal experience, the paper elaborates on the tough controlling points of special sections like bridges, rivers, mass municipal tubes, residential clusters, when tunneling with shield method. And combining with actual situation of construction, it states controlling measures, such as organization, techniques, safety, for shield tunneling at special sections.
Key words: shield method; tunneling; special sections; controlling measures
中图分类号：TU71文献标识码：A 文章编号：
引言
盾构施工，以自动化程度高、劳动强度低、施工速度较快、交通影响小在城市轨道交通建设中占据着不可动摇的位置。伴随着各大城市地下交通的飞跃发展，盾构施工技术也日渐成熟。充分的事前分析，严格的事中控制，科学的事后总结，有利于将盾构风险降到最低，实现盾构技术的发展。虽然不同城市，都会遇到类似的问题，但是，不同城市的地质、水文状况，也随之带来了不同的困难。严谨的施工方案，高素质的操作人员等将会为盾构的顺利推进提供保障。以下内容结合作者的亲身经历，阐述了盾构穿越特殊地段的控制要点，如有不妥之处，还请指正。
1.工程概况
某盾构区间（为方便，称之为A-B区间）是某城市轨道交通的重要组成部分，自得A站出站后以R=350m沿某路右拐穿过河流、住宅区；接着以R=350m右拐穿过住宅后进入北京路；然后沿某路右线以R=1000m先左拐后又以R=1200m右拐，左线以R=1200m左拐后到达B站。
本项目盾构区间将以复杂的线形，在复杂的地质条件下，穿越复杂的施工环境。其中盾构区间下穿河流、下穿既有地铁隧道等工况在某城市轨道交通建设中均属首例，尚无成功经验可以借鉴，施工风险极高、技术难度极大。
2.特殊地段概况及风险点
2.1盾构穿越河流桥梁
区间左线在DK11+758.314～DK11+787.038、右线在DK11+758.714～DK11+791.111范围下穿河流，左线穿越长度为28.7m，右线穿越长度为32.4m，隧顶距河床底最小覆土厚度5.9m。某桥沿东西方向横跨河流，为某市保护建筑。其中西边桥头最南端桩基距离盾构隧道仅0.886m，对得胜桥的保护是盾构区间施工的重点。
图1隧道与桥桩位置关系图
2.2盾构下穿大型管网
环～得区间左、右线分别在DK12+124.838～DK12+137.238、DK12+118.497～DK12+130.897处下穿排污管网。排污管网为地下暗河，是主要的排污干渠。暗河顶部为砖砌拱形盖板，盖板顶部距地面不足1m，下部无任何基础。盾构下穿位置隧顶至暗河定净距约16.46m，若因扰动过大或出土超量造成砖拱盖板坍塌，将直接威胁地表道路及邻近建筑的安全。
图2隧道与管网关系图
2.3盾构下穿房屋建筑
从A站始发后侧穿、下穿10处住宅楼；然后横穿道路，进入住宅小区，共下穿4处住宅楼；最后进入大型道路，近距离侧穿或下穿10处楼房和1座人行天桥。整个区间左右线共计穿越建筑物28处，多为年代久远、基础较差的砖混结构。在盾构穿越过程中确保地面建筑物的安全是本项目盾构施工的重点。
3.风险管理措施
3.1组织保证措施
为了加强区间盾构下穿特殊地段施工的组织和技术管理措施，施工单位成立了以项目经理为组长的“下穿特殊地段现场工作小组”，对特殊地段盾构下穿作业行使管理职责。对具体施工操作人员进行调整和充实，增加富有施工经验的、责任心强的优秀施工人员。在穿越前对全体施工人员进行全面详细的技术交底和施工管理交底，切实落实各项技术措施，做到信息畅通。在施工过程中，现场工作小组24 小时值班，随时对特殊地段的构（建）筑物监测结果进行分析，并及时向领导小组汇报。
3.1.1人员配备
在下穿特殊地段的过程中将配备足够的管理人员、技术人员、现场施工人员、后配套维修保养人员、地面监控人员、监测人员、地表巡视人员以及突况应急人员。隧道内人员与地面人员通过电话进行联络，地面管理人员及时将监测信息及参数设定指令传达给隧道内的施工人员，隧道内施工人员及时将施工情况、掘进参数等反馈给地面管理人员，达到实时优化施工参数的效果。
3.1.2技术准备
在近接特殊地段之前，对所有施工人员进行技术交底及施工组织交底，在试验段、穿越段、保护段施工期间分期对关键工序施工人员进行技术交底及施工组织交底。使每一个参加施工的工作人员时刻清楚了解盾构与特殊地段之间的相对位置以及不同地段所采取的盾构穿越施工流程、技术措施、掘进参数。在盾构操作室和工区办公室张贴相关技术交底、盾构穿越流程及重点控制措施。
3.1.3物设保障
穿越特殊地段之前对盾构机及龙门吊、电瓶车等后配套设备进行一次彻底的检修，并对易损坏的零部件进行清查和备货，对不常用的配件提前联系供货渠道。保证盾构机及后配套设备在穿越特殊地段的过程中一旦发生设备故障可以在第一时间维修解决。同时联系盾构机供应商，要求其在盾构下穿特殊地段期间全力提供技术支持，当盾构机发生现场维修人员无法解决的疑难故障时在短时间内到达施工现场，及时解决问题。
在施工现场提前配备充足的注浆设备及材料，保证同步注浆、二次注浆、盾体径向注浆的正常进行。
储备足够数量的膨润土和碴良剂，保证碴良能够持续正常进行。
储备足够的应急物资并单独存放，保证发生险情时可以立刻到达抢险现场并投入使用。
3.2穿越前准备措施
3.2.1实地勘察
在穿越前，我单位派遣相关技术人员、盾构操作人员对特殊地段进行实地踏勘，以了解其的现状，尤其是确切位置及目前的状况。
3.2.2技术交底
在穿越前，对所有施工人员进行施工技术和安全交底。使每一个参加施工的工作人员清楚了解盾构与特殊地段之间的相对位置以及应当采取的不同技术措施。
关键词 盾构隧道 盾构机 施工技术
1 工程概况
客-大(客村至大塘)区间为两条平行的分离式单线圆形盾构隧道,左右线总长为3076.93m(其中盾构隧道长3016.93m),共设3个联络通道、1个泵房、1个中间风井及左右线扩大段矿山法隧道、8个接口洞门。 客-大区间圆形隧道外径6.0m,内径5.4m,管片厚度300mm,管片宽度1.5m,分块数为6块,采用错缝拼装。环间采用三元乙丙橡胶止水条止水,同步注浆填充管片与地层空隙。管片混凝土强度等级为C50,抗渗等级不小于S12。
该区间隧道沿线建筑物密集,有170多栋楼房,其中确定房屋桩基底到隧道顶面之距小于3m的共有14座。 区间YCK8+230至YCK8+668.4段围岩主要为全风化和可塑至硬塑状残积层,围岩级别为Ⅰ～Ⅱ级,土层自稳能力较好,但强度较低,且隧道埋深较浅,整体稳定性相对较差。
盾构隧道采用一台海瑞克Φ6.25m复合式土压平衡盾构机从大塘站北端头右线盾构工作井下井拼装始发,向北掘进,在客-大区间暗挖段洞室内调头后,返回向南掘进左线,在大塘站北端头盾构工作井解体吊出。盾构隧道掘进过程示意见图1。
本工程的主要特点和难点是盾构在密集建筑群下的推进和盾构机在暗挖地下洞室内的调头。
客-大区间盾构施工场地分为两个阶段,右线施工为第一个阶段,施工场地在大塘站北部;左线施工为减小轨道运输的运距和便于附属结构施工,将盾构场地转至客-大暗挖区间的施工竖井场地。2 客-大区间盾构施工的总结与探讨
在客-大区间盾构施工过程中,针对工程的特点、地质情况和现有的施工技术水平,借鉴兄弟单位的成功经验,认真研究优化,提出并实施了不少的成功的方案。
2.1 盾构机
2.1.1 盾构机的选型原则
盾构机是盾构施工的关键,一般的选型原则是要适合隧道设计的特点、地质特点、环境特点,选型要有针对性。但是一台盾构机价值几千万元人民币,又有10km的寿命,对施工区域广阔的 企业 ,在选型时不能仅看到眼前的项目,还要应对可能出现变化的条件(尤其是地质变化),所以,盾构机的主要技术参数选择要考虑一定的通用性。 海瑞克盾构机在广州轨道交通二号线工作良好,成为首选。客-大区间盾构经过2.5km的掘进,其主要技术性能、参数基本满足施工要求,但对付硬岩很困难。随着施工中的体会和广泛了解,海瑞克盾构机还存在许多需改进的地方。
(1)盾构机的推力和刀盘的扭矩 刀盘的扭矩设计为4500kN·m,脱困扭矩为5300kN·m。实际使用中,在软岩、软硬不均地层中,常有超过设定扭矩值而自动停机的问题。尤其在采用土压平衡模式粘性土层中掘进时,扭矩也很大,经常超过设定值。
从 目前 使用情况来看,推力与扭矩的设置是不匹配的,即推力可减小,扭矩还应适当增加,应详细地 计算 验证,修正设计。
(2)刀盘的转速
按海瑞克的设计,刀盘的转速设定为两档,低档为0～3r/min,高档为3～6r/min。使用高档(3～6r/min)是通过加大液压油流量来实现的,从而影响了机械寿命和设计强度。实践证明,刀盘转速只需要3r/min以下就可以满足施工要求。
(3)刀盘与刀具
①刀盘的开口率
客-大盾构机刀盘的开口率不能变化,且中心区开口率小,不适应有粘性软土地层的需要,易形成泥饼。拉瓦特、海瑞克都已制造了开口率可调的盾构机,不仅能适应各种地层的掘进,而且为在不良地层下换刀提供了一定的安全保障。
②单刃滚刀、双刃滚刀及刀间距
海瑞克的双刃滚刀设计从实践看来对付40MPa以上的岩石已十分困难。双刃滚刀要同时破200mm左右范围的岩石,肯定不如单刃滚刀破100mm范围岩石的效果好。在软硬不均的岩层中,应采用单刃滚刀及相应的刀盘设计,刀间距应取85mm左右。
(4)变频电机直接传动和液压传动
海瑞克采用液压传动,但随着变频技术的日益完善,采用变频电机直接传动比液压传动优点多,首先是变频电机直接传动的机械效率高;其次可以减少发热环节,减少冷却水用量,减小噪音,且使用维护相对简单,所以应选择变频电机直接传动。
(5)便于操作维修的人性化设计
威尔特、小松盾构机在通道、管片拼装工作台的设计上大大优于海瑞克,人员可以直接在通道上从操作室到盾体前部。
(6)注浆系统
注浆系统要保持同步,二次注浆设备也应设计在后拖台车上,并要求在不影响正常掘进的情况下,可以进行二次注浆施工。
以上仅就盾构机的一些问题进行 分析 ,结论是:海瑞克应做出设计理念的清理和设计方案的改进。
2.1.3 盾构机的国产化与零部件的代用
盾构机应有大量的结构部件可国产化,现已国产化的绝大部分是钢结构件,对于许多泵(如泡沫泵、膨润土泵等)及液压管路、空压机、皮带输送机,国内已有成熟的电器设备、零部件可直接代用,但国产刀具还需进一步研究。辅的螺栓、挡板进口一件动辄几百元,而代用自制产品仅几十元。
2.1.4 盾构机的保养与维修
做好盾构机的保养与维修是保证盾构机正常工作,尤其是保证盾构机使用寿命的关键。建立强制保养制度十分重要,但根本的保证是要培养一班稳定的熟练维修保养人员,包括技术干部和技术工人。
2.2盾构施工的主要配套设备
2.2.1施工平面设计是配套设备选型的前提
关键设备龙门吊的起重能力、跨距、提升高度、卸土方向及方式是决定龙门吊设计和造价的重要参数。客-大盾构始发井洞口大且长,周围还有风亭和出入口,平面布置给龙门吊设计和造价带来很大的影响,功能复杂、造价高、故障率也高。管片摆放、下井的位置也影响管片龙门吊或汽车吊的配置。
管片进场摆放既要便于管片运输车的进场卸货,又要便于及时选择管片的点位和下井。
实践证明,平面布置应以尽量减小提升土斗龙门吊的压力为原则,由此才能保证掘进进度。
2.2.2 运输方案的选择与机车车辆的配置
采用一列车将一环碴土运完,并足量供应同步注浆浆液等辅助材料,有利于快速掘进。但要求盾构机后配套,即皮带运输机要足够长,机车牵引力足够(因为地铁线路纵坡一般较大),机车、车辆制动性能良好。
实践证明,采用两列车装完一环碴土的方案只要安排合理,各项工作穿行,总体讲不会影响进度。这样,可以选择小吨位的机车,能减少投资。机车、碴车编组,还有许多方案可设计,如保证不间断掘进“双机车分部牵引方案”等,应进一步研究。
2.2.3 浆液拌合设备
对同步注浆浆液的拌合设备及配套设施一定要符合环保要求,事后采用措施效果不佳。本项目因转场后环保要求高,只能增加一辆运输车,将经初拌的潮料运至场内加水二次拌合。
2.2.4 管片模具的选型 采用左、右转和标准三类管片,对宽管片拟合曲线及纠偏均有利,封顶块也在上部,但要注意左右转环的模具及产量要大于用于曲线拟合的数量,以供纠偏时使用。
2.3辅助添加材料
2.3.1泡沫剂、膨润土泥浆
基本功用是改良土体,在粘性土中对防止泥饼形成等有很好的效果,泡沫剂并非法国的就好。在软、硬不均的岩层中掘进,适当添加泡沫或澎润土泥浆,能起到冷却、的作用,有助于减少刀具磨损。
2.3.2 盾尾油脂
要达到相当的粘度,以能抗衡地层土水压力、注浆压力,质量不能含糊,国产的盾尾油脂完全能用。要特别注意,在始发前一定要将尾刷内的油脂彻底填满,日常的自动加注也要经常检查,保护尾刷,保证盾尾密封。
2.4 盾构掘进的主要施工方案
2.4.1 盾构在软岩地段的掘进 该地层的掘进,要在保证注浆量的前提下,控制好土舱压力,尽量做到快速均衡施工。要加强地面沉降监测,监测数据要及时反馈到盾构机操作室,以调整掘进参数,确保安全可靠掘进。
客-大区间盾构由于施工控制严格,提前做出预测,实行了信息化施工,在建筑群下软土层的掘进中,无坍塌,隆降控制在+5mm～-15mm之间,确保了环境安全。
在粘性土中掘进特别要注意防止泥饼的形成,采取加泡沫、设定合适的略低的土舱压力、适当控制推进速度和推力等措施是有效的。
2.4.2 盾构在硬岩地段的掘进 在该地层掘进首要的是保护刀具、刀盘,要强制性地对刀具、刀盘按时进行检查,适时更换、修复。
在硬岩富水地层,管片上浮是一种较为普遍的现象。采取改进同步注浆浆液的配合比、缩短浆液初凝时间、足量注浆是防止管片上浮的主要措施,同时加密管片姿态的测量频率,根据测量结果,适当将盾构机姿态压低于设计轴线,补偿因管片上浮对轴线的偏离。
2.4.3盾构在软硬不均地层中的掘进
在软硬不均地层中掘进,为保护盾构及其刀具,不宜追求太高的施工进度。在此地层中掘进必须控制掘进参数,推力不宜太大,刀盘转速不宜太快(一般为1.0r/min左右),刀具贯入量不宜太深(一般为5mm/转)。同时掘进期间要经常、有计划地检查刀具、刀盘状况。
2.4.4 同步注浆的控制
同步注浆首先要把握好浆液配合比,否则容易造成堵管现象(表1)。 在软土区应以控制注浆量为准,在硬岩区应以注浆压力为主要控制参数。对制浆、运输过程的管理要到位,注浆手要精心操作,发生堵管要采取措施及时疏通,不能大意。
2.4.5管片的选型和拼装
盾构机VMT系统能预测5环拟拼装管片的型号和点位,但施工中不要完全照办,还要本着纠偏不能过急的原则,并考虑现场所存放各类管片的数量,确定管片型号的选择。
管片拼装是质量控制的关键环节,不必太快,拼装机操作手是关键,环向螺拴应注意紧固。因推进千斤顶分为四组,在盾构机推进时一定要把握各组推力不要相差过大。
2.5辅助施工方案
2.5.1盾构井端头加固方案2.5.2 建筑物保护方案 广州市地下铁道设计 研究 院提供了建筑物保护设计方案,根据其检算结果,结合实际情况,我们对原方案做了较大的改进:仅对东风二小学教学楼采用桩基托换,其它房屋的桩基采用筏板托换加固的办法,筏板厚度为0.4m,使原有桩基与筏基形成联合基础,提高房屋基础的承载力,同时利用筏板基础的刚度调整地层不均匀变形的应力。
采用改进的方案施工,盾构机通过后地层沉降全部控制在容许范围内,房屋未出现异常现象,达到了加固效果,降低了成本。
2.5.3 始发期间运输方案的优化
设计方案是使用临时出土口进行出碴进料,但临时出土口为两盾构单位共同使用,牵扯两个单位的协调和设备的租赁。提出始发运输的改进方案,采用从车站北端左线盾构井口出土,即右线掘进时布置一道岔,把列车转到左线北端头出土口进行出碴进料。这样既保证了进度,还省去租用一个月40t龙门吊及分担轨底梁的费用,也为地铁车站设计中是否设置临时出土口提供 参考 。
2.5.4 盾构机通过中间风井的矿山法隧道方案
盾构机通过中间风井矿山法隧道采用拼装临时管片的方案。盾构机到达前,在矿山法隧道按盾构机的设计位置浇筑弧形导台,以作为盾构机的支撑平台和滑行轨道。
2.5.5 盾构机在地下洞室的调头
由于三号线在客村站以南设有与二号线的联络线及折返线,其隧道断面变化大,用暗挖法施工。因此,盾构机不能在客村站内调头或吊出,采用了在暗挖段特设的扩大洞室内进行盾构机调头。
为此,对方案进行了深入的研究、优化。按照最终确定的方案,在2004年元月至2月顺利地完成了地下洞室内的调头。其方案如下:
(1)盾构机主体在扩大的地下洞室内调头。
(2)后拖台车利用暗挖区间竖井及右线的大断面隧道调头并转至左线。
(3)经反复 分析 ,多次与业主、暗挖承包商联络协调,在调头的同时,进一步实施了转场方案,即在盾构机调头后将原设在大塘站的龙门吊等场内设备移至客村暗挖竖井场地,从暗挖区间的竖井出土、进料、通风、供电、给排水。转场后,为左线掘进、后续附属工程施工、保证工期都创造了良好的条件,同时减少资金投入,降低了成本。
3 总 结
(1)盾构法施工是一个系统性很强的工程,其施工技术方案的确定,一定要从土建、机械、安全、 经济 各个方面综合权衡,认真比选。唯有统筹安排,才能确保盾构安全、快速、均衡的施工,成本才能得到有效控制。
(2)盾构法施工要充分掌握和判断地质情况,以此作为选择适宜的盾构机型、合理的掘进模式和掘进参数的依据。要规范地、切实地实行信息化施工,对盾构法施工是既有条件又非常必要。
(3)盾构法施工管理要以盾构机为中心,作为盾构法施工的关键设备,除了选择合适的盾构机外,还要对盾构机进行 科学 管理、维护、保养,让其发挥最大的生产效率。
(4)盾构法施工要充分重视施工场地的设计布置与配套设备的配置与管理,这些往往是影响进度的重要因素。
(5)盾构法施工归根结底是要“以人为本”,加强培训、精心操作、悉心体会,遇到 问题 时才能准确判断、及时处理。
参考 文献
运用盾构法进行地铁施工时，会出现各种各样的问题。例如：北京地铁四号线采用盾构法施工时经过砂卵石地区，滚刀磨损严重；上海地铁施工时土壤敏感度较高，盾构施工过程中土压力不平衡问题常常出现等。近年来，随着地铁盾构施工的广泛应用，更多问题暴露了出来。例如，地铁盾构施工过程中控制室的热平衡问题，施工所引起的地表沉降问题，施工完成后所产生的盾构管片上浮问题等。
各个城市地铁发展现状不同，东部地区城市地铁线路较为成熟，西部地区城市地铁线路较为稀疏。因此，未来地铁盾构施工在我国的发展相当可观，但施工过程中所出现的一系列问题，制约着其在地铁施工中进一步发展。因此，盾构施工问题的解决迫在眉睫。
近年来，随着交通行业的快速发展，城市地下空间的开发愈发重要。盾构机作为城市地铁隧道开挖利器，将承担不可替代的作用。据统计，采用盾构法施工的掘进量占北京地铁施工量的48%。因具有效率高、不阻隔交通、受季节气候影响较小等优势，盾构法未来将有更大的发展空间。因此，盾构机的改进、盾构方法的提高至关重要。
盾构机在地铁项目中被广泛应用的同时，显现出来的问题也越来越多，例如地表变形沉降、刀具断裂、施工完成后盾构管片缓慢上浮、盾构区间内的热平衡等问题。为了寻求这些问题的解决方法，国内许多学者采用理论分析、试验模拟等方法对盾构施工过程中出现的问题进行了研究：魏刚、周洋等在《盾构隧道施工引起的工后地面沉降研究》中采用软件计算，分析了盾构开挖过程中地面变形的规律，并将该计算结果和实测值进行了对比分析，总结出了该过程中地面变形的机理；蒋建敏、贺定勇、赵学彬等在《盾构机刀具制造用耐磨耐冲击堆焊药芯焊丝研究》中针对刀具断裂问题进行了深入研究，开发出新型的DG7焊丝，并采用该焊丝对断裂刀具进行焊接，强度显著增强，且刀具寿命不受断裂缝的影响；何川、等在《土压平衡式盾构掘进过程的相似模型试验》中针对盾构施工时的土压平衡问题进行了长时间的研究，对传统的土压平衡提出了一些建议；肖明清、孙文昊、韩向阳在《盾构隧道管片上浮问题研究》中采用理论分析和试验探究的方法，对施工完成后盾构管片的缓慢上浮问题进行了研究，将上浮机理分为软岩和硬岩上浮2个方面。这些科研成果对我国盾构技术的发展产生了巨大的推动作用。到目前为止，有关地铁盾构的文献大多为讨论施工方法，对于盾构施工过程中出现的问题尚无系统的统计分析，鉴于此，为了使盾构机在地铁隧道的建设中更好地发展，有必要对其存在的问题进行整理分析，以期丰富相应的理论，为施工提供经验。
盾构机的分类
按照断面类型，盾构机可以分为三类，即圆形盾构、多圆盾构以及异圆盾构。其相互关系如图1所示。
圆形盾构为一个主轴带动刀盘进行转动；多圆盾构为多个圆形盾构的刀盘交错重合而成；异圆盾构刀盘形式较为复杂，具体如图2所示。
异圆盾构的刀盘可以简化为机架（盾构机头）、主轴I、主轴II、曲柄轴（固连刀盘）4个部分组成的四连杆运动机构，主轴I与主轴II按设定的转速转动时，曲柄轴划过的面积则为非圆断面盾构机的开挖面形状。只需要调节主轴I与主轴II的长度和转速，就可以控制开挖截面的形状。因此，实际工程中可根据要求将截面形状设计成矩形、马蹄形和椭圆形等。
工程应用中的问题统计
盾构机在施工过程中出现的问题多种多样，实际工程中的部分统计结果，如表1所示。
将盾构施工过程中出现问题的37个工程实例进行整理，结果如图3所示。
问题分析
图3统计结果显示，盾构法施工时常见的问题有地表变形过大、刀具断裂磨损、土压仓压力不适、施工完成后二衬管片上浮、盾构区间内的热平衡问题等，具体如图4所示。
沉降问题
沉降是盾构施工过程中最直观的问题，包括前期下沉和后期下沉。前期下沉主要是由于开挖面不稳导致的；后期下沉主要是由于管片管线下沉导致的，根本原因是裂隙闭合、注浆流动、应力重分布等导致的土体移动。相比而言，后期沉降较为明显。
地铁盾构施工过程中，沉降问题普遍存在，新疆某地下商场在采用矩形盾构法进行盾构施工时，曾出现了较大的地面沉降。造成此处地面沉降的原因主要是后期沉降，即由于注浆在施工裂隙中的移右约笆┕ち严兜谋蘸鲜垢么ν撂宓挠αΨ植挤⑸了变化。
采用盾构法进行地铁开挖出现的沉降与多个因素有关，包括地质条件、埋深、断面、注浆材料、开挖速度等。在现有技术水平下，为减小施工后期盾构对地表的影响，常综合注浆、预埋桩、打锚的方法进行地表和内部土体的加固处理，尽量避免对土体较大的扰动。对于地表要求较为严格的区域，也可采用冻结法施工，但这种方法价格昂贵且技术要求高，一般不常使用。
刀具断裂磨损
地铁开挖设备包括2类：掘进机（TBM）和盾构机。其中，掘进机主要用于硬岩开挖，盾构机主要用于软岩开挖。但在现实工程中，岩土并非软硬分明，这种情况下，软岩盾构机面临严重的刀具断裂磨损，是盾构施工过程中急需解决的问题。刀具断裂磨损程度与刀具材料、刀盘结构设计等因素息息相关。
北京地铁5号线穿过含砂率为1/3的砂土区，相当一部分开挖土体含大量碎石、卵石。盾构施工过程中刀具磨损严重，有刀具断裂现象出现，如图5所示。
宋云、蒋建敏等在刀具材料的开发方面进行了大量的试验研究，研发出了新型焊丝（DG7）。采用该焊丝对刀具断裂处施焊，强度显著增强。北京地铁5号线施工过程中曾采用了该方法，效果明显。采用该焊丝施焊后的刀片如图6所示。
土压力平衡问题
土压平衡原理如图7所示，即在刀盘附近的输送器侧安装隔板，在刀盘与隔板间形成一个密封良好的土压仓，待渣土进入仓后，通过改变隔板受到千斤顶推力的大小控制土压仓的压力，以维持开挖面土体的稳定。
单轴式盾构机刀盘主要围绕轴心转动，偏心多轴式盾构机在围绕其轴心转动的同时，所固连的曲柄轴也在围绕主轴转动，承受着较多来自刀盘边缘的挤压，剪力影响较大，受力复杂。因此，在进行盾构开挖时，建立适当的土体压力较为困难，面临着较多危险。
日本国铁羽越线折渡隧道盾构施工过程中，曾采用土压平衡的矩形盾构法。由于该区间土体稳定性差，在施工过程中泥土室建立的压力过小，导致开挖面流沙，被迫停工，最后采用挖掘机进行该段的施工。
盾构机在施工过程中受力复杂，土压力建立的关键问题是自适应性，即随着围岩等级、受力性质、曲轴运动的变化，压力仓的土压力应能够自我调节，以进行连续的开挖工作。何川、胡国良等人通过试验模拟等手段对自适应性进行了分析，如图8所示。研究发现，当围岩等级等外界因素改变时，可以通过改变螺旋输送机的转速和压力室土体的含水量来控制压力室土体的压力，以解决盾构机土压力平衡的自适应问题。
管片的上浮问题
管片上浮是盾构施工过程中不可忽视的问题，严重影响着施工质量。特别是近年来越江隧道的施工中，由于土体土质多接近黏性，导致管片的上浮问题越发突出。根据统计，管片上浮幅度在已施工的隧道中表现为40～90 mm。
管片上浮多发生在盾构衬砌施工完成后较长的一段时间内，引起管片上浮的原因多种多样，大致可以分为2方面：一方面，开挖施工对原状土层进行了大范围的扰动，衬砌施工完成后土层应力重分布，导致土体下移，管片上浮；另一方面，管片拼装完毕后，管片背后残留有空洞，需要注浆予以填充，流动注浆体对盾构衬砌有向上的浮力作用，引起管片上浮。结合上述管片上浮的原因，可以得出管片上浮具有以下特征：受围岩等级、土体性质、注浆材料、注浆方法等的影响；上浮速率先快后慢，前期在注浆浮力作用下，上浮相对较快，后期管片上浮是由土体的应力重分布引起的，因此管片上浮速率较慢。
针对管片上浮的原因，工程施工中，可在注浆材料的选择方面采取以下方法予以预防：针对软土地层，选用早强低、流动性大的注浆材料；针对岩性地层，选用瞬凝性浆液。
热平衡问题
热力平衡问题即由于冷却水和通风机状态不适，导致的盾构机机头温度高于其他部分、液压油温度过高、通风不足等现象。在地铁隧道的施工中，热平衡问题严重影响盾构机的正常运行和操作人员的工作效率。
广州地铁2号线曾采用盾构法进行隧道开挖，开挖过程中盾构机曾发生过多次停机事件，调查结果表明是由于夏季施工时冷却水温度过高，以致于油液温度没有降低，最终迫使盾构机停机。针对此次热力平衡问题，中铁隧道在广州地铁2号线的施工过程中从以下3个方面入手解决，并取得了良好的效果。
（1）适当加大土压仓的水分。盾构掘进时，适当加大土压仓的含水量，在渣土的同时加快了刀盘的冷却，效果明显。
（2）严格控制进口冷却水的温度。限制冷却水的温度在一定的范围内。
（3）因地制宜地对原有盾构机的通风系统进行适当调节。广州地铁2号线采用海瑞克公司生产的机内抽风式盾构机，由于广州潮湿多雨等原因，导致机内抽风不足，操作室内闷热异常。经改装后，原机内抽风变为机内压风，效果明显。
发展展望
盾构机在未来的发展需要解决许多问题，除了上述各类基本问题外，还包括施工智能化、检测智能化等问题。施工智能化具体表现在高效节能、精确控制、施工VR模M、智能导向等方面。检测智能化具体表现在系统敏感性、自动检测、自动修复等功能的提高。
随着交通事业的快速发展，以及电子技术、定位技术、遥控技术、成像技术的成熟，盾构机在未来将有更广泛的应用，逐步推广到地铁、地下人行通道、海底隧道和地下综合管沟的建设中。
采用盾构法进行地铁隧道施工具有众多优点，包括：受季节气候影响较小；不影响交通航线；开挖、出土、管片拼接过程自动化、智能化；掘进速度快；对土体扰动较小等。因此，采用盾构法进行地铁施工将是大势所趋。