盾构掘进控制及管片选型

专科毕业调研报告

关于南宁1号线会—万区间盾构姿态控制

和管片成型质量的调研报告

学习中心（函授站）：

专 业： 机电一体化 姓 名： 牟加鑫 学 号： 13631351

远程与继续教育学院

2016年 10 月 7日

北京交通大学 调研报告成绩评议表

年级 13秋 层次 高起专 专业 机电一体化 姓名 牟加鑫 题目 关于南宁1号线会—万区间盾构姿态控制和管片成型质量的调研报告 该学员对南宁地铁1号线土建17标会—万区间盾构姿态控制和管片成型质量的工作进行了调研，结合施工中的实际情况，分析了其姿态控评 阅 教 师 意 见 制和管片拼装的特点和影响成型质量的因素，并提出了合理化建议。调研内容与调研计划相符，格式正确，达到了毕业调研的目的，调研报告合格。 成绩评定： 评阅教师：

调 研 计 划

题目： 关于南宁1号线会—万区间盾构姿态控制和管片成型质量的调研报告

学生姓名： 牟加鑫 学号： 13631351 联系方式： 13699060726 2016年 10月 7 日

一、调研的目的及意义

通过此次对影响隧道成型及管片质量的铁“三大因素”(姿态控制、管片选型及拼装、同步注浆)相互关系的调研，分析隧道成型的不稳定因素，提出在保证成型质量的前提下控制好地面沉降对城市路面影响的相应措施。能够使一线施工技术人员对隧道设计轴线、隧道埋深、地下构筑物、土质情况、土压计算等综合情况有全面的了解与深刻的认识，充分了解地下盾构施工的重要性、协调性、危险性。清楚盾构施工中的土压控制、出土方量控制、设计轴线控制、管片选型控制及K快点位选择等在施工中的协调配合性质是安全和质量的关键作业，缺一不可，为以后安全生产及质量保证的前提，消灭潜在的隐患。在今后的掘进工作中真正把安全质量放在首位，搞好井内外的工作协调，少出安全质量事故，真正按照标准化作业。

意义在于深度分析基层掘进的弊端和潜在原因！从而能够对未来的施工在保证施工进度的同时提高安全与质量方面的把控，质量安全一把抓的建设方向！

二、调研的重点问题

1.万—会区间的水问地质对姿态影响的安全因素。 2. 万—会盾构作业安全与轴线控制的特点。 3.管片质量（破损与错台）的原因分析。

三、调研方案及具备的条件

1. 跟班学习：在掌握理论基础上，跟师父现场作业。

2. 访谈调查：访问本项目部老操作职工和对现场新职工进行访谈。

3. 网上调查：到网上搜索有关姿态纠偏与管片错台破损作业事故的案例以及原因分析。 4. 参考文献：对以往文献进行查阅。

调研之前，我已对万—会区间的掘进工作情况有了一定了解，具备一定的理论基础；项目工程部也为我安排了指导师傅，使我能跟班学习。因此，具备了调研条件。

四、调研工作的进度安排

3月20号至3月31号为走访姿态纠偏与管片质量收集数据阶段，主要访问施工职工对工作中的看法和建议。

3月1号至4月3号为跟班学习阶段，通过实际的学习深入体会掘进工作的方方面面。 4月3号至4月30号为总结阶段！总结长期以来的工作和访问

五、指导教师意见

调研计划与所学专业相关，调研重点有针对性，调研方案切实可行。调研计划能够将理论与实际相结合，关注盾构施工实际情况。调研计划合格。

指导教师：

2016年9月 23日

目录

1 前言 ................................................................................................................................... 1 2 万—会区间的水问地质概况 ........................................................................................... 1 3 万—会盾构作业设备特点介绍 ....................................................................................... 2

3.1 盾体 ........................................................................................................................ 2 3.2 刀盘和驱动系统 .................................................................................................... 3 3.3 推进油缸 ................................................................................................................ 2 3.4 排土系统 ................................................................................................................ 2 3.5 管片拼装机作业 .................................................................. 错误！未定义书签。 4 影响盾构机姿态及隧道轴线的主要因素 ....................................................................... 5

4.1 隧道设计轴线的影响 ............................................................................................ 5 4.2 隧道穿越地层的地质状况的影响........................................................................错误！未定义书签。

4.3 隧道测量的影响....................................................................................................4 4.5 隧道管片型式的影响............................................................................................4 4.6 地表建构筑物的影响..................................................................................... ......4 4.7 其他方面的影响.................................................................................... ...............4 5 管片破损形式及其原因...................................................................................................5 5.1 错台的概念及分类................................................................................................5 5.2 导致错台的原因....................................................................................................5 5.3 管片破损形式........................................................................................................5 5.4 管片拼装前导致管片破损....................................................................................6 5.5 管片拼装导致破损................................................................................................6 5.6 错片拼装后导致管片破损....................................................................................6 6 地面沉降发展过程及产生原因.......................................................................................6 6.1 地层隆沉的发展过程............................................................................................6 6.2 盾尾注浆压力的影响............................................................................................7 6.3 覆土厚度的影响....................................................................................................7 6.4 管片宽度对地表沉降的影....................................................................................7

6.5 掌子面顶进压力的影响........................................................................................8 6.6 土体弹性模量对地表沉降的影响........................................................................8 6.7 盾构直径对地表沉降的影响................................................................................8 7 调研结论及建议...............................................................................................................8 7.1 不同设计轴线下的姿态控制................................................................................8

7.2 管片质量应对措施..............................................................................................12 7.3 地面沉降控制方法..............................................................................................13 7.4 加强安全质量基础建设管理..............................................................................14 参考文献...............................................................................................................................16

1 前言

随着中国城市化进程的加快，城市人口的增加给城市交通带来的压力日渐明显。传统的地上交通显然无法满足城市发展的需求，相对应的地下交通则成为缓解城市交通压力的新渠道。地铁与公交车、电车相比的优势显而易见：地铁单向运量每小时4万—6万人次，公交车、电车单向运量每小时1万人次。从运输方式看，地铁运输更具多方面的优点：舒适、准时、快捷、占地少，环保、节能、安全，而且不占用地面，街道等。毫无疑问，地铁交通是绿色工程，而且符合中国的可持续发展战略。但是地铁的发展主要依赖地下工程隧道开挖等相关技术的进步，了解相关的主要技术进步与革新就显得尤为重要。

2 万—会区间的水文地质概况

本区间为单洞单线区间，区间起点为会展中心站，终点为万象城站，起点里程为YCK23+515.502（ZCK23+515.502），终点里程为YCK24+079.270（ZCK24+041.020），区间长度560.620m（左线522.307m），埋深在9.4m～13.3m之间。线路自会展中心站端450m曲线半径由民族大道南侧逐渐过渡到民族大道北侧，然后向东延伸至万象城站端，最小线间距13.0m。线路自会展中心站端以24.846‰及2‰坡度向东至万象城站端。

本区间采用盾构法施工，区间不设联络通道及区间泵房。

2.1. 工程地质 （ 1 ）填土层

素填土：灰色～褐黄色，稍湿～湿，松散～稍密状态，主要成分为粘性土，夹少量碎石、圆砾，偶见植物根系，上部一般为混凝土路面，约厚30～40cm。本层广泛分布与场地浅部。

（ 2 ）第四纪上更新统残，破积层

含砾（卵）石粘性土层：灰白色，棕黄色，湿～饱和，可塑，含云母、氧化铁、有机质、砾石，砾石含量25%～29%。母岩成分为砾石。 （ 3 ）第三系岩层

泥岩、粉砂质泥岩层：灰～青灰色，未成岩，呈硬塑土状，含锰质结核，岩芯呈 短～中柱，泥质结构，层理不明显，切面光滑，有蜡状光泽：干强度高，遇水易软化，晒干易开裂，属于及软岩。

粉砂岩、泥质粉砂岩：灰青～青灰色，含少量铁锰质结核，含粉砂较多：上岩层呈粉砂细状，少量岩芯呈碎块状，含泥较多的地层，岩芯多呈块状，少量呈短柱状。

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3 万—会盾构作业设备特点介绍

3.1 盾体

盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状筒体。前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推进油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。前盾尾盾末端装有密封用的盾尾刷。

3.2 刀盘和刀盘驱动

刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体，刀盘通过安装在前盾承压隔板上的法兰上的刀盘电机来驱动。它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现无级变速。刀盘电机的变速齿轮箱内需设置制动装置，用于制动刀盘。电机的防护等级需大于IP55。

为了适用于不同的土质条件，刀盘上安装了多种类型和功能的刀具，所有刀具都由螺栓连接，可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。

3.3 推进油缸

推进油缸又称作掘进千斤顶，安装在中盾内侧的周边位置，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力，这些千斤顶按上下左右被分成四组，掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘进中盾构机的轴线尽量符合隧道设计轴线。

3.4 排土系统

土压平衡盾构机的排土机构主要包括螺旋输送机和皮带输送机。螺旋输送机由斜盘式变量轴向柱塞马达驱动，皮带输送机由电机驱动。碴土由螺旋输送机从泥土仓中运输到皮带输送机上，皮带输送机再将碴土向后运输至第四节台车的尾部，落入等候的碴土车的土箱中，土箱装满后，由电瓶车牵引沿轨道运至竖井，龙门吊将士箱吊至地面，并倒人碴土坑中。螺旋输送机有前后两个闸门，前者关闭可以使泥土仓和螺旋输送机隔断，后者可以在停止掘进或维修时关闭，在整个盾构机断电紧急情况下，此闸门也可由蓄能器贮存的能

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量自动关闭，以防止开挖仓中的水及渣土在压力作用下进入盾构机。土仓内较大的岩石会由螺旋输送机入口前的破碎机将其破碎成小块，如岩石的尺寸超过可以通过螺旋输送机的最大粒径，且破碎机无法处理，可以将螺旋输送机缩回，并关闭前闸门。然后可以从开挖舱人工搬除岩石。(破碎机往往对质地较软的物体没有办法，如木头等。)

3.5 管片拼装机

管片拼装机安装在盾尾区域，用来安装衬砌管片。它的运动构件使其在拼装管片时，可以有六个方向的自由度，从而可以使管片准确就位。在管片安装模式下，为达到最理想的衬砌效果，对每个推进油缸可以单独控制。所有方向运动可靠，采用比例液压控制的管片拼装机可以快速地达到毫米级的安装精度。管片拼装机同时还用来安装供盾构机台车行走的羊拱铁轨道。

每当盾构机掘进完一环后后，一部分推进千斤顶回缩，为第一片管片留出足够的空间。其余推进千斤顶和已经装好的管片仍保持接触，以防止盾构机由于土压而后退。管片拼装机抓起管片并将其放在应放的位置，在此位置它可以和上一管片用螺栓连接起来。在管片拼装机夹头放开管片之前，一定要保证已回缩的推进油缸再次顶紧管片，以防止管片意外移动。其余管片的安装方法与此相同，而最后一块管片称为封顶块，一般为楔形，从管片前方插入已拼好的管片中，形成完整的管片环。每个管片都有编号，需安装预先制定好的顺序才可以将管片环拼装成功。相邻管片环的封顶块不会位于管片环的相同位置，防止封顶块意外滑出。而盾构机的正常工作流程也就是在这样掘进、拼环、再掘进、再拼环的循环中不断进行着。

4 影响盾构机姿态及隧道轴线的主要因素

在进行盾构法隧道施工中，由于盾构机是始终悬浮于原状土体之内的，整条隧道必须

一次成型，不具有调整性，所以在施工中必须事先分析好一些影响施工的主要因素，从而确定相应的解决方案，以保证隧道的整体成型质量，其中对盾构机姿态及隧道轴线的影响又是最主要的因素，需要进行系统地分析具体的解决，主要包括以下几个方面：

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4.1 隧道设计轴线的影响

隧道的总体设计除了要满足地铁运行的使用要求以外，对于盾构法施工，还应在设计中充分考虑到盾构法施工的特点，发挥盾构法施工的长处，避免一些 〃6〃

不必要的难点，以保证施工的顺利高效进行。对于既有的隧道轴线，应充分地对设计轴线进行系统地分析研究，对不同的设计线型，确定具体的施工方案，主要包括：在设计轴线的基础上，结合盾构法施工的特点制定出一条指导施工的施工轴线；确定小半径施工、穿越建构筑物及河流施工、穿越不同地层施工等特殊工况的施工方案；确定具体的测量监测方案；确定轴线调整预案等。

4.2 隧道穿越地层的地质状况的影响

盾构机在掘进中，所穿越的地层直接影响到盾构机及隧道的整体受力情况，尤其是在两种不同的地层之间进行掘进中，盾构机的受力情况更加复杂，给掘进中的姿态控制造成了较大的难度，所以在施工中，要对隧道穿越地层的地质情况进行系统地分析，事先确定施工方案，以保证施工的顺利进行。

4.3 隧道测量的影响

在隧道掘进过程中，测量的正确性、准确性及精确性是至关重要的，它直接决定了盾构机的掘进方向，所以在施工中应保证测量的万无一失，并经常进行复测，并对现有测量成果进行及时调整，保证隧道轴线的正确性。

4.4 隧道管片型式的影响

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管片的不同形式对隧道的掘进有着不同的影响，目前国内普遍的管片设计形式是三种管片类型，即标准环（直线环）、左转弯环、右转弯环，一般设计方会出具隧道的整体管片排列图，但根据具体的施工情况会做出相应的调整，同时根据管片的不同拼装方式（主要有通缝拼装和错缝拼装），也应确定相应的施工方案。

4.5 地表建构筑物等的影响

隧道掘进过程中，地表的附着物（包括建构筑物及河流等）也会对盾构机及隧道的受力情况造成一定影响，需要进行具体分析，并确定相应的施工方案，保证隧道掘进的整体安全性及质量规范要求。

4.6 其他方面的影响

在掘进中，影响盾构机姿态及隧道轴线控制的因素还很多，主要包括盾构机选型、地下水及地下不明物、隧道自身游离偏移等，都需要在具体施工中根据具体情况进行具体的分析解决。

5 管片错台破损及其原因

5.1 错台的概念及分类

盾构管片错台包括径向错台、环向错台。径向错台是指一环管片内，两块相邻管片接缝处存在的径向相对位移。环向错台是指相邻两环管片之间环向接缝处存在的相对位移。

5.2 导致错台的原因

管片错台是拼装好的管片同一环各片，或者是管片与管片之间的内弧面不平整。管片的错台，一般是由于受力不均匀造成的；当某点的集中荷载超过了设计极限后，必然会导致管片的相对位移。

线路位于曲线段和软硬不均地层时，容易产生管片错台现象。这是由于在曲线段盾构掘进，千斤顶推力将会给管片产生一个向外的分力，管片自然就会向外产生位移，从而引

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起错台的发生。同理，在软硬不均地层中掘进，由于地层物理力学性能差异，导致管片姿态容易跑偏从而产生错台。

盾构机各组千斤顶油缸推力不同，导致各管片块体所受千斤顶的推力不同，在管片通缝拼装的情况下，容易使管片产生纵向错台。

管片安装时，在盾尾残留的渣土未清理干净，尤其是底部，有时是盾尾漏泥沙，清理困难，在此位置的某片管片很难就位，甚至螺栓难以插入，造成错台。

由于采用人工操作机械安装，安装时不按照规范要求作业，未调整好管片内环面平整度，引起错台。管片安装完毕后，管片螺栓未按照要求复紧造成错台。

注浆量和注浆压力不均引起错台。在施工过程中，管片与围岩之间的环形间隙采用同步注浆模式充填快凝浆，并且间隔一定环数进行二次补注浆。注浆压力过大或过小，都将导致管片所受径向压力不同而产生径向错台；注浆压力不均也导致管片各部位受力不均，亦导致管片发生错台。

管片上浮，可造成管片错台。尤其在围岩很稳定的地层中，当盾构掘进速度较快时，如果没有立即采取防止隧道管片上浮的措施，隧道管片的上部会发生连续的“叠瓦式”错台。

5.3 管片破损的形式

管片在运输、安装过程中，因各种原因，会造成不同程度的少量外脱缺陷，主要表现为：螺栓孔混凝土崩裂、崩角、崩边，吊装孔混凝土崩裂、裂缝等。

5.4 管片拼装前导致管片破损

管片生产过程中因混凝土原材料问题、配合比问题和养护问题而产生收缩裂缝。

管片运输、翻转、堆放以及吊装过程中发生掉角、破损现象，严重影响外观质量和拼装质量。

管片在止水材料和传力衬垫粘贴时，必须按照规定进行粘贴，防止由于粘贴不正确造成管片在拼装时受力不均而碎裂。

5.5 管片拼装导致破损

拼装时，由于管片环面之间及相邻两块管片间接触面达不到理想的平行状态，使得衬

砌角部先受力而产生应力集中，而导致管片角部破碎。

封顶块拼装时，由于先行拼装的5块管片圆度不够，两邻接块间的间隙太小，把封顶块强

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行顶入，导致封顶块及邻接块接缝处管片破碎，破碎部位发生在邻接块上部及封顶块两侧。 千斤顶推力过大或者作用面不平整，导致管片与千斤顶撑靴接触的部位混凝土裂缝甚至破碎。

拼装时螺栓难以穿入螺栓孔，敲打螺栓造成破损。

5.6 错片拼装后导致管片破损

同步注浆后，隧道上部的浆液会逐渐向下部流动，形成下部浆液多而上部浆液少的状

况，引起管片上浮，上部管片与盾构机内壳间隙减少，推进时造成管片破碎。

管片姿态还未完全稳定前，当二次注浆压力不均匀时，会使部分管片产生位移，位移管片与未发生位移的管片相互挤压会形成应力集中，容易产生环向破碎现象。

6 地面沉降发展过程及产生原因

6.1 地层隆沉的发展过程

盾构推进引起的地面沉降包括五个阶段：最初的沉降、开挖 面前方的沉降、盾构机经过时沉降、盾尾空隙的沉降以及最终固 结沉降。

第一阶段：最初的沉降。该压缩、固结沉降是因为地基有效上覆土层厚度增加而产生的沉降，也是盾构机向前掘进时因为地下水水位降低造成的。指从盾构开挖面距地面沉降观测点还有一定距离(约3～12m)的时候开始，直至开挖面到达观测点这段时间内所产生的沉降。

第二阶段：开挖面前方的沉降(或隆起)。这种地基塑性变形是由土体应力释放、开挖面的反向土压力、或机身周围的摩擦力等作用而产生的。它是从开挖面距观测点约几米时开始至观测点处于开挖面正上方这段时间所产生的沉降(或隆起)。第三阶段：盾构机经过时沉降。该沉降是在土体的扰动下，从盾构机的开挖面到达测点的正下方开始到盾构机尾部通过沉降观测点该段时期产生的沉降(或隆起)。第四阶段：盾尾空隙沉降。该沉降产生于盾尾经过沉降观测点正下方之后。土的密实度下降，应力释放是其土力学上的表现。第五阶段：固结沉降，它是一种由地基扰动所产生的残余变形沉降。经前人研究发现，第一阶段沉降占总沉降的0～4．5％，第二阶段沉降占总沉降的0～44％，第三阶段沉降占总沉降的15～20％，第四阶段沉降占总沉降的20～30％，第5阶段沉降占总沉降的5～30％。

6.2 盾尾注浆压力的影响

地表沉降会受到盾构机尾部注浆压力的影响，且影响较大。本文在

ANSYS中通过设

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置不同的盾尾注浆压力参数值来研究其影响程度

的大小。通过模拟分析发现：最大地面沉降随注浆压力的增加而减小。我们知道，压力过小使得浆液不能将盾尾空隙充填完全，过大会造成浆液的流动性较差，主要是因为当盾尾脱空时，土体释放的大部分荷载被注浆压力抵消，注浆压力越大，浆体越能阻碍衬砌上方土体的径向位移，同时盾尾空隙也越能被充填完全，受到的作用也越大。

6.3 覆土厚度的影响

地面沉降的因素很大一部分也归结于覆土厚度，在盾构机直径不变，而覆土厚度不同的情况下，通过模拟分析发现：最大地面沉降随覆土厚度的增加而减小。也可以从计算结果得出一点帮助：在地层条件允许的情况下，加大隧道设计埋深对减小地面沉降来说是一条有效的措施。原因在于：覆土厚度在地层损失相同时越大的话，沉降槽的范围也会相应的增大，从而使得最大地面沉降值减小。

6.4 管片宽度对地表沉降的影响

在地铁隧道盾构法开挖中，某一段固定长度内管片的整体刚度是受到衬砌管片的宽度影响的，也就是说管片抵抗外界变形的能力与宽度息息相关。本文在建模中取了不等的管片宽度来比较该因素是如何影响沉降的，计算表明，地表沉降最小的情况是发生在管片宽度越大的时候。究其地层变位更小的原因，如下：特定长度内的管片之间形成的缝隙数量在宽度大的盾构管片时相对来说就少，此时缝隙的总宽度也就更小，致使抵抗外界变形的能力就更强，整体的刚度也就更大。

6.5 掌子面顶进压力的影响

掌子面顶进压力即盾构推进时切削刀盘对隧道前方土体的作用

力，在模型中将其取不同的值来反映对地表沉降的影响，但要保证前方水土压力之和不大于掌子面项进压力的值，警戒值被前方土体隆起超过是由顶进压力值过大造成的。模拟后发现，地表累计沉降值变化量在掌子面顶进压力的增大下略微增大，而它在一般工况下掌子面顶进压力改变时变化较小。

6.6 土体弹性模量对地表沉降的影响

土体受扰动时抵抗变形的能力体现在土体的弹性模量上，在隧道开挖时对地表沉降总

和的贡献很大，为了比较其对地表沉降的影响，在模型中设定了不同的土体弹性模量来查看对比结果。通过模拟分析得知当提高土体弹性模量时，提高了土体抵抗变形的能力，即

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增大了土体的刚度，结果导致最大地面沉降量相应的减小，因此，要保证土体不发生过大变形，在选择盾构掘路线时，软土层的地带应避开，土质情况较好的区域应优先放在考虑的位置。

6.7 盾构直径对地表沉降的影响

其它的因素值保持不变，分别改变盾构直径的大小来进行研究。经模拟分析发现，当

盾构直径增大时，最大地面沉降值是不断增大的。这是由于：①周围土体会受到盾构机躯体在掘进前行过程中对其产生的扰动，并且躯体越大，扰动越大；⑦在施工过程中，盾构直径越大意味着盾尾建筑空隙越大，增大了地层损失，导致被挖去的土体也就越多，要达到阻止地层产生更大的位移的目的，就须及时将浆体注入到盾尾空隙中：③刀盘开挖半径越大是由越大的盾构直径所致，因此在盾构机的刀盘在切削土体时增大了开挖面前方受扰动土体的范围。

7 调研结论及建议

7.1 不同设计轴线下的盾构机姿态控制

（1）平面曲线上的姿态控制 a、直线段的姿态控制

在进行直线段的推进时，应尽量控制切口位臵保持在轴线附近，正常施工时的误差不应超过-10—+10mm，最大应控制在-20—+20mm之间，左右两侧的A、C组千斤顶推力应始终保持一致，并根据实际的刀盘受力情况作微小调整，使两侧千斤顶行程保持一致，左右千斤顶行程差值最大不应超过8mm，拼装标准环管片，环面贴等厚传力衬垫，并视实际施工情况控制好环面平整度及喇叭度，管片姿态纪录 控制铰接及盾尾位臵，使之位臵偏差亦控制在-20—+20mm的偏差范围之内，如出现超出偏差范围的情况，应及时作纠偏处理，纠偏时切口的位臵亦要保持在-20—+20mm的偏差范围之内，严禁在纠偏过程中过大的调整切口位臵，造成后续推进中的姿态失控；铰接千斤顶的行程应始终控制在60—90mm的范围之内，并且左右的铰接千斤顶行程差值不应超过10mm，如果出现超出偏差范围的情况，应及时作纠偏处理，以保证铰接部位能够起到正常的保护调整作用，避免铰接部件的局部受损。

b、圆曲线段的姿态控制

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在进行圆曲线段的推进时，应提前计算好左右千斤顶行程的超前量，超前量的值可以通过计算求出，也可以通过AutoCAD绘图直接量取，在推进过程中，切口的控制中心应向着圆曲线的圆心方向作出一定量的偏移，偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定，半径越小偏移量越大，推进中应控制切口位臵保持在设定定的控制中心附近，正常施工时的误差不应超过-10—+10mm，最大应控制在-20—+20mm之间，左右两侧的A、C组千斤顶推力应始终保持有一定的差值，并根据实际的刀盘受力情况作微小调整，使两侧千斤顶行程差值与提前计算得出的超前量的值保持一致，左右千斤顶行程差值与超前量之间的最大误差不应超过10mm，按照设计部门给出的曲线段的管片排列图进行管片选型拼装，并视具体的施工情况进行管片处理，通过楔形传力衬垫对管片姿态进行微量调整，并控制好环面平整度及喇叭度，合理控制铰接及盾尾位臵，盾尾的控制中心应向着圆曲线的圆心方向作出一定量的偏移，偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定，半径越小偏移量越大，铰接的控制中心应向着背离圆曲线圆心的方向作出一定量的偏移，偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定，半径越小偏移量越大，推进中应控制盾尾及铰接位臵保持在设定的控制中心附近，位臵偏差亦控制在-20—+20mm的偏差范围之内，如出现超出偏差范围的情况，应及时作纠偏处理，纠偏时切口的位臵亦要保持在-20—+20mm的偏差范围之内，严禁在纠偏过程中过大的调整切口位臵，造成后续推进中的姿态失控；铰接千斤顶的行程应始终控制在40—110mm的范围之内，如果出现超出范围的情况，应及时作纠偏处理，以保证铰接部位能够起到正常的保护调整作用，避免铰接部件的局部受损。

以半径为R350m的右转弯曲线段为例，通过绘图确定出左右千斤顶行程差值约为20mm左右，控制中心向右作5mm左右的偏移，切口及盾尾的位臵应控制在-5—+15mm的偏差范围之内，铰接的位臵应控制在-15—+5mm的偏差范围之内，左侧 〃11推进千斤顶区域推进油压超出右侧约30—50bar，进行推进，每环推进中左右千斤顶伸长量的差值控制在20mm左右，铰接千斤顶行程控制在40—110mm的范围之内。c、缓曲线段的姿态控制

缓曲线一般应用于平面曲线中，由直线到圆曲线或由圆曲线到直线或由一种半径的圆曲线到另一种半径的圆曲线变化的一段半径渐变的一种特殊的曲线，缓曲线的起点半径等于起始曲线的半径，终点半径等于终点曲线的半径，例如由直线到半径为R的圆曲线之间的缓曲线，一般称为直缓曲线段，其起始半径为0，终点半径为R，半径按一定的规则由0到R进行渐变，在施工中，一般可以按等分长度渐变的原则进行计算，对于盾构法施工，

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分段的长度可以取每环管片的宽度进行计算。

在进行缓曲线段的推进时，应提前计算好每一环管片所对应缓曲线的半径，再根据当前环的曲线半径，计算出进行当前环推进时的左右千斤顶行程的超前量，计算方法与圆曲线的计算方法相似。由于轴线的半径是始终渐变的，所以在推进过程中，应提前考虑下一环管片的轴线半径变化趋势，对盾构姿态进行控制，使盾构机向着对下一环推进有利的方向进行微小的偏移，控制的方法与圆曲线的控制方法相似，切口的控制中心应向着当前环圆曲线的圆心方向作出一定量的偏移，偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定，半径越小偏移量越大，推进中应控制切口位臵保持在设定定的控制中心附近，正常施工时的误差不应超过-10—+10mm，最大应控制在-20—+20mm之间，左右两侧的A、C组千斤顶推力应始终保持有一定的差值，并根据实际的刀盘受力情况作微小调整，使两侧千斤顶行程差值与提前计算得出的超前量的值保持一致，左右千斤顶行程差值与超前量之间的最大误差不应超过10mm，按照设计部门给出的曲线段的管片排列图进行管片选型拼装，并视具体的施工情况进行管片处理，通过楔形传力衬垫对管片姿态进行微量调整，并控制好环面平整度及喇叭度，合理控制铰接及盾尾位臵，盾尾的控制中心应向着圆曲线的圆心方向作出一定量的偏移，偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定，半径越小偏移量越大，铰接的控制中心应向着背离圆曲线圆心的方向作出一定量的偏移，偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定，半径越小偏移量越大，推进中应控制盾尾及铰接位臵保持在设定的控制中心附近，位臵偏差亦控制在-20—+20mm的偏差范围之内，如出现超出偏差范围的情况，应及时作纠偏处理，纠偏时切口的位臵亦要保持在-20—+20mm的偏差范围之内，严禁在纠偏过程中过大的调整切口位臵，造成后续推进中的姿态失控；铰接千斤顶的行程应始终控制在40—110mm的范围之内，如果出现超出范围的情况，应及时作纠偏处理，以保证铰接部位能够起到正常的保护调整作用，避免铰接部件的局部受损。

（2）竖曲线上的姿态控制

竖曲线上的姿态控制相对比较简单，主要控制好盾构的坡度变化，在进行直线段的推进时，应尽量控制切口位臵保持在轴线附近，正常施工时的误差不应超过-10—+10mm，最大应控制在-20—+20mm之间，同时控制盾构机坡度与设计轴线纵坡基本保持一致，最大误差不应超过2%，应根据实际盾构坡度值调整好B、D组推进千斤顶的推进油压，使盾构机的坡度保持在稳定的状态下，并根据实际的刀盘受力情况作微小调整，使上下千斤顶行程保持一致，上下千斤顶行程差值最大不应超过8mm，环面贴等厚传力衬垫，并视实际施

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工情况控制好环面平整度及喇叭度，合理控制铰接及盾尾位臵，使之位臵偏差亦控制在-20—+20mm的偏差范围之内，如出现超出偏差范围的情况，应及时作纠偏处理，纠偏时切口的位臵亦要保持在-20—+20mm的偏差范围之内，严禁在纠偏过程中过大的调整切口位臵，造成后续推进中的姿态失控；铰接千斤顶的行程应始终控制在60—90mm的范围之内，并且上下的铰接千斤顶行程差值不应超过10mm，如果出现超出偏差范围的情况，应及时作纠偏处理，以保证铰接部位能够起到正常的保护调整作用，避免铰接部件的局部受损。

在进行圆曲线段的推进时，应提前计算好上下千斤顶行程的超前量，超前量的值可以通过计算求出，也可以通过AutoCAD绘图直接量取，在推进过程中，切口的控制中心应向着圆曲线的圆心方向作出一定量的偏移，偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定，半径越小偏移量越大，推进中应控制切口位臵保持在设定定的控制中心附近，正常施工时的误差不应超过-10—+10mm，最大应控制在-20—+20mm之间，并根据提前计算好的圆曲线段的实际轴线坡度对盾构机的坡度进行控制，控制盾构机坡度与设计轴线纵坡基本保持一致，最大误差不应超过2%，应根据实际盾构坡度值调整好B、D组推进千斤顶的推进油压，使盾构机的坡度保持在稳定的状态下，并根据实际的刀盘受力情况作微小调整，使两侧千斤顶行程差值与提前计算得出的超前量的值保持一致，上下千斤顶行程差值与超前量之间的最大误差不应超过10mm，根据当前的隧道轴线的要求以及超前量，结合管 〃13〃

片的具体姿态，在管片的环面上粘贴3—6mm的楔形传力衬垫，并控制好环面平整度及喇叭度，合理控制铰接及盾尾位臵，盾尾的控制中心应向着圆曲线的圆心方向作出一定量的偏移，偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定，半径越小偏移量越大，铰接的控制中心应向着背离圆曲线圆心的方向作出一定量的偏移，偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定，半径越小偏移量越大，推进中应控制盾尾及铰接位臵保持在设定的控制中心附近，位臵偏差亦控制在-20—+20mm的偏差范围之内，如出现超出偏差范围的情况，应及时作纠偏处理，纠偏时切口的位臵亦要保持在-20—+20mm的偏差范围之内，严禁在纠偏过程中过大的调整切口位臵，造成后续推进中的姿态失控；铰接千斤顶的行程应始终控制在40—110mm的范围之内，如果出现超出范围的情况，应及时作纠偏处理，以保证铰接部位能够起到正常的保护调整作用，避免铰接部件的局部受损。

（3）平、竖曲线的综合姿态控制

在实际的施工中，需要综合考虑当前的平、竖曲线的线型情况，进行盾构机姿态的控制，但总的控制原则应保持不变，尤其是在平竖曲线都处在圆曲线的区间范围时，更应密

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切关注盾构机姿态的各个指标，严格控制盾构机姿态偏差值，并重点监视铰接千斤顶的行程值，在纠偏过程中，保持铰接状态的良好性，控制纠偏的幅度，不应过大、过急，以保证铰接部位能够起到正常的保护调整作用，避免铰接部件的局部受损。同时在推进中应适当加密测量次数，以便更有效及时地获得盾构机的姿态情况，并对盾构机姿态作出及时地调整，保证盾构机姿态的良好性。

7.2 管片质量应对措施

对于已形成环面不平的管片，在下一环及时加贴楔子纠正环面，使环面平整。

（1）用整圆器进行整圆，通过整圆来改善纵缝的偏差；

（2）管片出盾尾，环向螺栓再进行一次复紧，可改善纵缝的变形。管片被周围土体包裹住以后，椭圆度会相应地减小，纵缝压密程度提高，此时对螺栓进行复紧可取得较好的效果；

（3）采用局部加贴楔子的办法，作纵缝质量的纠正。）合理地修改管片的排列顺序，利用增减楔子环（曲线管片）来进行纠偏；

（4）根据需要纠偏的量，在管片上适当的部位加贴厚度渐变的传力衬垫，形成楔子环，对环面进行纠正。一般一次加贴衬垫的厚度最厚不超过6mm。偏差大可连续多环的纠偏达到目的；

（5）当垂直度偏差较大，造成管片拼装极困难，盾壳卡管片严重时，可采用 纠偏量较大的刚性楔子。

（6）待管片脱出盾尾后，由于四周泥土的挤压力近似相等，使椭圆形管片逐渐恢复圆形，此时对管片的环向螺栓进行复紧，使各块管片的连接可靠。

（7）因运输碰损的管片进行修补后方能使用，修补须采用与原管片强度相应的材料进行修补；

（8）在井下吊运过程中损坏的管片，如损坏范围大，影响止水条的部位的，应予以更换。如损坏范围小，可在井下修补后使用；

（9）推进过程中被盾壳拉坏的管片，应立即进行修补，以保证止水效果；

（10）内弧面有缺损的管片进行修补时，所用的材料应与原管片强度等级相同，以保证强度和减少色差。

7.3 地面沉降控制方法

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1、优化掘进参数

最佳盾构推进是指盾构推进中对周围地层及地面的影响最小，表现在地层的强度下降小、受到扰动小、超孔隙水压小、地面隆沉小以及盾尾脱开后的实沉幅度小，这些理想指标也是盾构施工中控制地面沉降、保护环境的首要条件和治本办法。要达到这一理想状态必须对推进中的参数即对刀盘油压、土舱压力、推进速度、压浆压力、压浆量、盾构坡度、盾构姿态及管片拼装作分析。对隧道上复土地质条件、地面荷载设计坡度及转弯半径、轴线偏差及盾构姿态等选取合理的参量，以指导施工。

(1)首100m试推进。其目的是摸索掌握规律，选取确定最佳掘进参数，指导全线施工。首100m试推进又可根据沿线地形地貌条件划分为3个区段：第1区段为30m，在施工场地内，属最初掘进，是对各项推进参数的摸索阶段，推进中设定3组不同的施工参数进行试掘进，通过测量数据的反馈，摸索地层变化轴线控制的规律。第2区段为30m，在路面或人行道下。根据地面条件、建筑物及地下管线情况，对上一阶段试设定的3组参数作慎密调整以取得最佳参数。第3区段为40m，在路面或建筑群下。这是正式掘进的准备阶段，通过本区段的掘进，对地面沉降、隧道轴线控制、衬砌安装质量等基本有了各项控制措施，施工参数也基本掌握，能利用信息反馈指导施工。

(2)前舱压力设定。应随隧道上复土厚度的变化而变化，但如单凭理论土压来设定前舱压力显然是不合适的。另外，盾构机内部的土压传感器和自动模式控制器存在系统误差，所以在掘进中有必要将土压力设定值进行调整。根据实际施工经验，盾构机切口前方1．5D十H(D为盾构机外径，H为盾构中心至地面高度)范围内地面的沉降情况与土压力设定值密切相关，所以盾构前方地面沉降监测结果可直接反映土压力设定值与自然土压力的吻合程度。

在实际的施工中，可控制盾构机前的地面沉降量在负沉陷0～2mm，如负沉降过大则应适当调低压力设定值，如发生正沉降则应适当调高土压力设定值。合理设定土压力控制值的同时应限制掘进速度，如掘进速度过快，螺旋输送机转速相应值达到极限，密封舱内土体来不及排出，会造成土压力设定失控。所以应根据螺旋输送机转速控制最高掘进速度，一般控制在5errdmin以内。 2、同步注浆

（1）合理配比的浆料。目前广州地铁土压力平衡式盾构采用的是隋性浆液，由黄砂、粉煤灰、膨润土加水经合理配比、充分搅拌而成。常规下浆液性质可用稠度值控制，取值

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范围为20．5～11．0，每次拌浆必做测试，不达标准不准下料。

（2）注浆压力。同步注浆压力，从理论上只需使浆液压人口的压力大于该处水土压力之和，即能使建筑空隙得到足够充盈。压浆压力不能太大，否则会对周围土层造成劈裂，管片外的土层将会被浆液扰动而造成较大的后期沉降及隧道本身的沉降。初始掘进阶段，曾按1．2r0h(r0为土密度，h为隧道上复土厚度)设定注浆压力，以此摸索最佳参量，实践表明该压力根本无法确保浆液全部压入，合适的注浆压力应视隧道的不同埋深，以5～6×105Pa为佳，可见实践与理论计算有较大差距。究其原因，一是浆液管道造成压力损失，二是实际注浆量大于理论注浆量。

（3）压浆位置。注浆压力一般取5～6×105Pa，其对管片产生的推力可达到50～60t／m2，选择好分布于盾尾外壳6根浆管的压浆位置，足以使“飘浮”于浆液的隧道尾端产生位移，这样，一可改善隧道轴线原有的偏差，二可改善因管片与盾尾卡壳，不能自若纠偏的状况(以不影响地层变化为前提)。

（4）跟踪注浆。从广州地铁盾构施工的地面沉降观测资料可知，盾构施工后期沉降(盾尾后3D十H=19．02m范围外)沉降发展速度虽然较慢，但其累计值还是相当可观的，占到总沉降量的50％左右。后期沉降主要是土体的固结沉降造成。对于地面有较重要的建筑物来说，利用跟踪压注固结浆液的方法来控制后期沉降，是一种效果良好且必须的手段。

7.4 加强安全质量基础建设管理

质量保证措施

1、盾构掘进施工全过程严格受控，工程技术人员根据地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、盾构机姿态、刀盘扭矩、千斤顶推力等各种勘探、测量数据信息，正确下达每班掘进指令，并即时跟踪调整。加强对盾构机及盾尾油脂压注系统的检查、保养，由经理部组织人员进行安全检查，发现问题及时整改。

2、在推进过程中，优化施工参数，严格控制隧道轴线，加强监控量测的密度和强度，以减少地表隆沉和先行隧道的变形，确保盾构施工安全。 3、尽量避免在隧道内进行焊、割作业。

4、对垂直运输起重设备的索具、钢丝绳、土箱、管片吊钩等做到定期检查，安全使用各种安全装置，及时维修。井口吊装作业时配置声控闪光信号装置作警示。

5、电瓶车司机严格执行安全行车规程，加强对车连接部位的检查。电瓶车增设电动制动刹车装置，配置行车闪光警示灯；运行过程中严禁搭乘车，严格控制行车速度，工作面钢

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轨末端设置电瓶车行使止动装置。电瓶车内设行车监控系统。

6、管片工作面和拼装位置做好警示标志，管片举重臂旋转范围内严禁站人。 文明施工保证措施

1、严格做到“二通、三无、五必须”：

二通：施工现场道路畅通，施工工地沿线单位、公用道路出入口畅通。 三无：施工无工程事故，施工无重大伤亡事故，无违法、违章事件发生。 五必须：施工区域必须严格分离，施工现场必须挂牌施工，工地材料必须堆放整齐，生活区和工地必须清洁文明，对出入车辆必须清洗。

2、施工现场做到管理区域责任清，材料去向清，工程竣工现场清；场地平面布置好，专项结合管理好，规章制度执行好，材料仓库保管好，定额用料计算好。

3、在现场修建存土坑和泥浆沉淀池及污水池等，以减少对环境的污染。施工污水经沉淀并达到排放标准后排入城市下水管道，用泥浆泵将沉淀物抽入罐车运至指定地点废弃。 4、现场施工用材料堆放整齐，各种型号、规格、品种来料加工分别堆放。 5、加强场地清理、特别是对废弃浆液的妥善处理。

6、施工期间，噪声满足《建筑施工场界噪声限值》(GB12523-90)的要求。

7、内业资料应由专人分类管理做到各类资料分类合理、齐全，使施工资料和工程进度同步到位，按主要求规格编制资料，资料字迹端正，内容详实，手续完整。

参考文献

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