盾构土压力计算

城市地铁盾构施工土压力选择随着北京2008年申奥成功，我国的城市地铁施工必将走向了一个崭新的一页。城市地铁盾构施工具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点，已经被越来越多的人们所认可。在城市地铁盾构施工中，如何设臵合理的土压，对于控制地表沉降有着至关重要的意义。

一、土压平衡复合式盾构机三种工况的简要介绍

土压平衡复合式盾构有三种工况，即敞开式、半敞开式、土压平衡三种掘进模式。地层围岩条件较好时，螺旋输送机伸入土仓，螺旋输送机的卸料口完全打开，土仓内不保持土压，维持刀盘、土仓、螺旋输送机之间的完全敞开，实现敞开式模式掘进。当围岩稳定性变坏，工作面有坍塌时或有坍塌的可能，或地下涌水不能得到有效控制时，缩回螺旋输送机，关闭螺旋输送机的卸料口，压入压缩空气，土仓会被压力封闭，控制地下水的涌出，防止坍塌的进一步发生，即可实现半敞开式掘进模式；若水压力大或工作面不能达到稳定状态，则先停止螺旋输送机的出碴，切削下来的碴土充满土仓。与此同时，用螺旋输送机排土机构，进行与盾构推进量相应的排土作业，掘进过程中，始终维持开挖土量与排土量的平衡来维持仓内碴土的土压力。以土仓内的碴土压力抗衡工作面的土体压力和水压力，以保持工作面的土体的稳定，防止工作面的坍塌和地下水的涌出，从而使盾构机在不松动的围岩中掘进，确保不产生地层损失，实现土压平衡掘进模式。

二、掘进土压力的设定

在选择掘进土压力时主要考虑地层土压，地下水压（孔隙水压），预先

考虑的预备压力。

2.1地层施工土压

在我国铁路隧道设计规范中，根据大量的施工经验，在太沙基土压力理论的基础上，提出以岩体综合物性指标为基础的岩体综合分类法，根据隧道的埋资深度不同，将隧道分为深埋隧道和浅埋隧道。再根据隧道的具体情况采用不同的计算方式进行施工土压计算。

2.1.1深埋隧道与浅埋隧道的确定

深、浅埋隧道的判定原则一般以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱”为原则。深埋隧道围岩松动压力值是根据施工坍方平均高度（等效荷载高度）确定的。根据经验，深、浅埋隧道分界深度通常为2～2.5倍的施工坍方平均高度，即

Hp=（2～2.5）hq

式中：Hp--深、浅埋隧道分界的深度

hq--施工坍方平均高度，hq=0.45×26-Sω

S—围岩类别，如Ⅲ类围岩，则S=3

ω—宽度影响系数，且ω=1+i（B-5）

B—隧道净宽度，单位以m计。

i—以B=5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率。当B<5m 时，取i=0.2，B>5m,取i=0.1。

2.1.2深埋隧道的土压计算

在深埋隧道中，按照太沙基土压力理论计算公式以及日本村山理论，可以较为准确的计算出盾构前方的松动土压力。但在实际施工工程之中，可以根据隧道围岩分类和隧道结构参数，按照我国现行的《铁路隧道设计

规范》中推荐的计算围岩竖直分布松动压力q的计算公式： q=0.45×26-Sγω

γ—围岩容重

地层在产生竖向压力的同时，也产生侧向压力，侧向水平松动压力σa 由经验公式可得：

σa=E a×σZ

E a计算公式见下表

2.1.

3.1静止土压

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h处，土的铅垂方向的自重应力σz=γh 为最大主应力，而水平应力σx=为最小主应力（如图所示），其间存在如下关系：

σx=k。.σz=k。. γh

式中: k。为侧向土压力系数, k。=υ/1-υ

υ为岩体的泊松比。

计算地面以下深度为z处的地层自重应力σz，等于该处单位面积上

土柱的质量。如下图所示：

σz =γ1h1+γ2h2+γ3h3+…+γn h n=Σγi h i

式中：

γi——第i层土的天然容重（地下水位以下一般采用浮容重），kN/m3。

h i——第i层土的厚度，m。

n—从地面到深度z处的土层数。

静止侧向土压力系数k。，即土的侧压力系数确定

（1）经验值：砂： k。=0.34～0.45。

粘土 k。=0.5～0.7。

（2）半经验公式，（目前一般在设计中采用雅基公式）

（Jaky）（砂层）

K0= 1-sinφ

Brooker公式（粘性土层）

K0=0.95-sinφ’

式中，K0：静止土压力系数。

φ、φ’为土的有效内摩擦角。

（3）日本规范日本《建筑基础结构设计规范》建议，不分土的种类，k均为0.5。

2.1.

3.2主动土压力与被动土压力

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。

在盾构机推进时，由于推力（土压力）设臵偏低，工作面前方的土体向盾构机刀盘方向发生一个微小的移动或滑动，土体出现向下滑动的趋势或，为了抗拒土体向下滑动的趋势的产生，土体中的抗剪力逐渐增大。当土体中的侧向应力减小到一定的程度，使土体中的抗剪强度得到充分发挥，此时土体中的侧向土压力减小到最小值，土体处于极限平衡状态，即主动极限平衡状态。与此相应的土压力称为主动土压力Ea。如下图所示：

在盾构机推进时，由于推力（土压力）设臵偏高，刀盘对土体的侧向应力逐渐增大，刀盘前部的土体出现向上滑动的趋势，为了抗拒土体向上滑动的趋势的产生，土体中的抗剪力逐渐增大。土体处于另一极限平衡状态，即被动极限平衡状态。与此相应的土压力称为被动土压力Ep。如下图所示：

2.1.

3.3主动与被动土压力计算：

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σz相当于大主应力σ1，水平应力σa相当于小主应力σa。水平应力σa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σ3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β为破裂角。由图可知：

β=1/2∠ENM=1/2（90-φ）=45°-φ/2

σa=σa =σz tan2（45o-φ/2）-2ctan（45o-φ/2）

式中，σz：深度为z处的地层自重应力，c：土的粘着力，z：地层深度，φ：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，具体如下图所示：

此时刀盘前方的土压力σp相当于大主应力σ1，而竖向应力σz相当于小主应力σa。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σp即土体的被动土压力。

破裂角β’由图可知：

β’ =1/2∠ENM=1/2（90+φ）=45°+φ/2

σp=σ1 =σz tan2（45o+φ/2）+2ctan（45o+φ/2）

式中，σz：深度为z处的地层自重应力，c：土的粘着力，z：地层深度，φ：地层内部摩擦角

2.2地下水压力计算与控制

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。在计算水压力时，由于地下水在流经土体时，受到土体的阻力，引起水头损失。作用在刀盘上的水压力一般小于该地层处的理论水头压力。

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。

当盾构机因故停机时，由于地层中压力水头差的存在，地下水必然会不断的向土仓内流动，直至将地层中压力水头差消除为止。此时的水压力

为：

σw=q ×γh

q－-根据土的渗透系数确定的一个经验数值。砂土中q＝0.8～1.0，粘性土中q＝0.3～0.5。

γ－水的容重

h－地下水位距离刀盘顶部的高度。

在实际施工中，由于管片顶部的注浆可能会不密实，故地下水可能会沿着隧道衬砌外部的空隙形成过水通道，当盾构长时间停机时，必将形成一定的压力水头。

―σw1=q砂浆×γh W

q砂浆－-根据砂浆的渗透系数和注浆的饱满程度确定的一个经验数值，一般取q＝0.8～1.0。

γ－水的容重

h W－补强注浆处和刀盘顶部的的高差。

在计算水压力时，刀盘后部的水压力与刀盘前方的水压力取大值进行考虑。

2.3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10～20kg/m2（0.1～0.2kgf/cm2）的压力作为预备压力。

三、施工实例

广州地铁二号线【越～三区间隧道】盾构工程位于广州市越秀区和白云区，该工程全长3926.034米。隧道上覆土厚度最大约28米，最小约9米。

隧道通过的地层软硬不均、复合交互、变化频繁。区间隧道穿越地层大部分是中风化岩〈8〉、强风化岩〈7〉和微风化岩〈9〉，其次为全风化岩〈6〉和残积土层〈5-2〉。整个区间隧道的地下水位较高，高出隧道顶部8～27米。该工程穿越铁路车站轨道，对地表沉陷控制要求特别严格。

以下为前一段时间工地土压力理论计算值与实际土压值和掘进产生的沉降对应值。

四、几点体会

通过以上分析可知，由于刀盘对土体的推力不同，在土仓内产生的土压力不同，土体中的侧向土压力的方向与大小也在不断的发生着变化。被动土压力和主动土压力是侧向土压力的最大和最小的极限值。而静止土压力介于两者之间，即Ep>Eo>Ea。当盾构机刀盘前方的土压力大于Ep，土体被向盾构机移动，地面隆起。当盾构机刀盘前方的土压力小于Ea时，土体向下滑动，可能引起地层和地面的沉降。如下图：

土压力管理与控制一般给出一个适当的范围。根据施工所处的地段、地层、施工环境给出一个土压上限值，以及一个土压下限值。地层地质状况良好、稳定性好，土压力低。地层变化大，沉降要求高等条件下，土压力高。

（上限值）Pmax=地下水压+（静止土压或被动土压）+预备压力

（下限值）Pmin=地下水压+主动土压

在施工中，深埋隧道按照铁路隧道设计规范来考虑施工土压力时，一般得出的土压力都偏大。如果地层地质状况良好，考虑盾构机外径1～2倍以内的土压力较为合适。

在浅埋隧道施工时，为了使工作面前方的土体保持稳定的状态，不致因盾构掘进发生变形或产生移位的趋势，应以静止土压力为主要依据。

当隧道埋深不大或围岩极不稳定时时，可以用朗金理论计算主、被动土压力，从而来确定盾构施工的土压力值。

按照朗金理论计算的主动土压是考虑开挖面的稳定由土体本身强度来维持，是基于允许开挖面有一定的变形或移动，所以对于自稳性较差的地层、软弱或变形系数较大、容易失水的地层，以此理论考虑主动土压是偏小的，也是比较危险的。从施工来看，如果推进土压力小于主动土压力，

当隧道埋深不大时，岩体会向下移动或坍塌。从而导致地表沉陷，形成一个塌陷区域。如图所示：

在沉降要求较为严格的部位，尽量使盾构机的推进压力大于静止土压力，从而使土体产生向刀盘前方变形的趋势或位移，以达到减小地层沉降的目的。但由于加大了盾构机的推进压力，增大了盾构机的掘进扭距、掘进功率，将加大掘进成本。同时由于土仓内的土压增大，可能对盾构机的铰接密封、盾构机的主轴承密封甚至刀盘刀具带来负面影响。

土压平衡盾构施工技术难点及处理措施

土压平衡盾构施工技术难点及处理措施 【摘要】土压平衡盾构以其高效、安全、环保等优点，已被广泛应用于地铁施工中，虽然技术成熟，但施工中一些常见的问题，施工方依然应当采取预防及处理措施，从而确保地铁工程的施工质量。本文根据实际工作经验，对施工中几个常见的难题探讨了其预防及处理措施。 【关键词】土压平衡盾构；盾构法隧道；事故预防；处理 一、盾构刀盘结泥饼问题 盾构机穿越粘土地层时，如掘进参数不当，则刀盘和土仓会产生很高的温度，这样粘土在高温、高压作用下易压实固结成泥饼，特别是刀盘的中心部位。当泥饼产生，最终会导致盾构无法掘进。 施工中采取的主要技术措施为：1）施工前分析隧道范围内的地层情况，在到达此地层前把刀盘上的部分滚刀换成齿刀，增大刀盘的开口率。3）合理增加刀盘前方泡沫的注入量，增大碴土的流动性，减小碴土的黏附性，降低泥饼产生的几率。5）必要时螺旋输送机内也要加入泡沫，以增加渣土的流动性，利于渣土的排出。6）如果刀盘产生泥饼，可空转刀盘，使泥饼在离心力的作用下脱落，施工过程中确保开挖面稳定。7）如上述方法均未能奏效，则可采用人工进仓处理的方式清除泥饼，人工进仓处理前如掌子面地层软弱，则需进行预加固。 二、桩基侵入盾构隧道 城市地铁线路规划设计应避开重要建（构）筑物、避开建筑物的桩基，但城市中心区内房屋建筑较为密集，要求线路选线时避开所有的建筑物是不现实的，因此难免会有一些建筑物桩基侵入隧道，由于许多桩基为钢筋混凝土结构，盾构机无法通过，需要对桩基进行拆除。针对侵入盾构隧道的桩基，采取的措施为：1）具有承载力的桩基，采取桩基托换方法。2）大竖井暗挖拆除桩基方法。3）小竖井开挖分区拆除桩基方法。4）人工挖孔+暗挖横通道拆除桩基方法。 深圳市地铁龙岗线西延段3153标盾构区间下穿燕南人行天桥，开工前该桥地表以上部分已经拆除，但桩基并没有拆除。调查资料显示共有8根直径为1.2m 的人工挖孔桩侵入右线隧道，盾构机无法安全、顺利通过。为了使侵入隧道的桩基不对盾构施工造成影响，采用比原桩基直径大的人工挖孔桩自地表而下来破除侵入隧道范围内的桩基。燕南人行天桥与盾构区间隧道位置关系如图所示。侵入隧道桩基与隧道纵面位置关系如图1和图2所示。 图1 燕南人行天桥与盾构区间隧道位置关系图 图2 侵入隧道桩基与隧道纵面位置关系图

计算盾构施工过程中衬砌内力的两种方法比较

计算盾构施工过程中衬砌内力的两种方法比较 【摘要】盾构隧道的建造是一个多步骤施工的过程，为了更好地分析衬砌的受力状况，采用地层—结构法和荷鞍—结构法从不同角度对施工过程加以模拟，并各有侧重。地层—结构法引进应力释放系数概念，依据结构与土相互作用的观点，对施工过程中影响隧道内力的因素进行分析，奉文还针对施工过程中注浆压力、注浆影响范围对衬砌内力产生的影响进行了讨论；同时，采用荷载—结构法，考虑施工过程中荷载的变化，特别是注浆压力的变化米计算衬砌结构内力。最后，结合工程实例，比较了两种计算方法给出计算结果的差别，这为设计方法的改进提供了依据。【关键词】盾构隧道施工过程地层—结构法荷载—结构法1前言 盾构机械施工时，首先依靠盾构机本身的刚性支护和开挖面土压力的平衡装置而开挖前方土体，随着盾构的推进，不断拼装管片，同时在盾尾向衬砌环外围进行注浆。由于注浆材料的逐渐凝固以及土体的固结，整个隧道的隧道受力状态趋于稳定，投入运营使用。在运营阶段，又会受到列车的振动荷载和人群荷载。从以上过程可以看出：盾构隧道的建造是一个复杂的多步骤施工过程。在进行衬砌内力分析中为

了模拟施工过程，地层—结构法与荷载—结构法分别采用了不同的假设条件和设计理论，以期全面的反映盾构衬砌的受力状况。荷载—结构法首先把一切影响因素转化为荷载作用在结构上，这样需要引进诸多假设，如假设水土压力分布形式，地基抗力等。然后利用按最不利工况荷载组合的原则来进行内力分析，寻求盾构隧道内力包络图。地层一结构法分析中引进应力系数释放的概念，将土与隧道作为一个整体宋分析计算，建立模拟盾构隧道衬砌施工全过程的有限元分析模型，这就回避了荷载结构法中引进的假设，从最大限度上模拟了各个施工因素对衬砌受力的影响。本文依据自行研制的同济曙光软件，采用地层—结构法和荷载—结构法对盾构隧道的施工过程做出模拟，并比较分析结果。 2盾构衬砌的结构分析模型 2.1管片的离散化 盾构隧道衬砌结构通常属管片—接缝构造体系，其在隧道横断面上为若干管片通过螺栓连接成管片环，在隧道纵向上为管片环通过纵向螺栓连接，呈通缝或错缝拼装而成。在地层一结构法和荷载—结构法中，都可以将衬砌离散为二结点六自由度的梁单元如图1所示，假定隧道管片材料处于弹

盾构法论文

学院：土木工程学院 专业：土木工程 课程：地下建筑结构 班级： 09土木1班 姓名：吴諓 学号: 0917010195 2012年05月10日

盾构法简介 摘要：盾构法(Shield Method)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是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，形成隧道结构的一种机械化施工方法。 关键词：盾构法适用范围 1. 盾构法简介 盾构法指的是利用盾构进行隧道开挖，衬砌等作业的施工方法。用盾构在软质地基或破碎岩层中掘进隧洞的施工方法。盾构是一种带有护罩的专用设备，利用尾部已装好的衬砌块作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。 盾构是19世纪初期发明，首先用于开挖英国伦敦泰晤士河水底隧道。盾构机掘进的出碴方式有机械式和水力式，以水力式居多。水力盾构在工作面处有一个注满膨润土液的密封室。澎润土液既用于平衡土压力和地下水压力，又用作输送排出土体的介质。 盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，适合在软土地基段施工。深圳地铁一期工程初步设计有三处采用盾构法施工，即罗湖-国贸区间，皇岗-福民区间，福民-金田区间。这几处均为软土地段，且具备盾构法施工的基本条件。 盾构法施工的基本条件：⑴线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井；⑵隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m；⑶相对均质的地质条件；⑷如果是单洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建（构）筑物之间所夹土（岩）体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m,竖直方向1.5m；⑸从经济角度讲，连续的施工长度不小于300m。 盾构机的组成：盾构机主要有五部分组成，壳体、排土系统、推土系统、衬砌拼装系统和辅助注浆系统。盾构机的壳体由切口环、支撑环和盾尾三部分组成，并与外壳钢板连成一体；排土系统主要是由切削土体的刀盘、泥土仓、螺旋出土器组成、皮带传送机、泥浆运输电瓶车等部分组成

土压平衡盾构施工工艺

16土压平衡盾构施工工艺 16.1总则 16.1.1适用范围 本标准适用于采用土压平衡式盾构机修建隧道结构的施工。 16.1.2编制参考标准及规范 16.1.2.1地下铁道工程施工及验收规范(GB 50299-1999)。 16.1.2.2地下铁道设计规范（GB 50157-2013）。 16.1.2.3铁路隧道设计规范（TB10003-2016）。 16.1.2.4盾构掘进隧道工程施工验收规范。 16.1.2.5公路隧道施工技术规范(JTJ042－94)。 16.1.2.6公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)。 16.2术语 16.2.1土压平衡式盾构 土压平衡盾构也称泥土加压式盾构，它的基本构成见图16.2.1。在盾构切削刀盘和支承环之间有一密封舱，称为“土压平衡舱”，在平衡舱后隔板的中间装有一台长筒形螺旋输送器，进土口设在密封舱内的中心或下部。用刀盘切削下来的土充填整个

16.2.2 端头加固 为确保盾构始发和到达时施工安全，确保地层稳定，防止端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况，根据各始发和到达端头工程地质、水文地质、地面建筑物及管线状况和端头结构等综合分析，确定对洞门端头地层加固形式。 16.2.3 盾构后座 盾构刚开始掘进时，其推力要靠工作井井壁来承担。因此，在盾构与井壁之间需要设传力设施，此设施称为后座。 16.2.4 添加材 采用土压平衡盾构掘进时，为改善土体的流动性防止其粘附在盾构机上而注入的一些外加剂。添加材的功能是：辅助掘削面的稳定（提高泥土的塑流性和止水性）；减少掘削刀具的磨耗；防止土仓内的泥土压密粘附；减少输送机的扭矩和泵的负荷。 16.3 施工准备 16.3.1 技术准备 16.3.1.1 根据隧道外径、埋深、地质、地下管线、构筑物、地面环境、开挖面稳定及地表隆陷值等的控制要求，经过经济、技术比较后选用盾构设备。盾构选型流程如图16.3.1.1所示。 16.3.1.2 认真熟悉工程设计文件、图纸，对工程地质、水文地质、地下管线、暗

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城市地铁盾构施工土压力选择 随着北京2008年申奥成功，我国的城市地铁施工必将走向了一个崭新的一页。城市地铁盾构施工具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点，已经被越来越多的人们所认可。在城市地铁盾构施工中，如何设置合理的土压，对于控制地表沉降有着至关重要的意义。 一、土压平衡复合式盾构机三种工况的简要介绍土压平衡复合式盾构有三种工况，即敞开式、半敞开式、土压平衡三种掘进模式。地层围岩条件较好时，螺旋输送机伸入土仓，螺旋输送机的卸料口完全打开，土仓内不保持土压，维持刀盘、土仓、螺旋输送机之间的完全敞开，实现敞开式模式掘进。当围岩稳定性变坏，工作面有坍塌时或有坍塌的可能，或地下涌水不能得到有效控制时，缩回螺旋输送机，关闭螺旋输送机的卸料口，压入压缩空气，土仓会被压力封闭，控制地下水的涌出，防止坍塌的进一步发生，即可实现半敞开式掘进模式；若水压力大或工作面不能达到稳定状态，则先停止螺旋输送机的出碴，切削下来的碴土充满土仓。与此同时，用螺旋输送机排土机构，进行与盾构推进量相应的排土作业，掘进过程中，始终维持开挖土量与排土量的平衡来维持仓内碴土的土压力。以土仓内的碴土压力抗衡工作面的土体压力和水压力，以保持工作面的土体的稳定，防止工作面的坍塌和地下水的涌出，从而使盾构机在不松动的围岩中掘进，确保不产生地层损失，实现土压平衡掘进模式。 二、掘进土压力的设定 在选择掘进土压力时主要考虑地层土压，地下水压（孔隙水压），预先考虑的预备压力地层施工土压 在我国铁路隧道设计规范中，根据大量的施工经验，在太沙基土压力理论的基础上，提出以岩体综合物性指标为基础的岩体综合分类法，根据隧道的埋资深度不同，将隧道分为深埋隧

浅谈地铁盾构法施工过程的安全管理

浅谈地铁盾构法施工过程的安全管理 发表时间：2018-11-08T18:49:29.900Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第21期作者：覃仁捧[导读] 在这里浅谈地铁盾构法施工过程的安全管理，抛砖引玉，希望对我国盾构施工安全管理有促进作用。 广州轨道交通建设监理有限公司摘要：随着我国经济的发展，有条件的城市都在考虑进行地铁建设，地铁是解决城市交通运行的有效途径。地铁隧道建设的方法有明挖法、矿山法、盾构施工法等，目前盾构法施工得到广泛应用。盾构法的主要设备是盾构机，盾构机问世至今已有近180年的历史，其始于英国，发展于日本、德国，近年来，我国发展很快。盾构法施工提高了效能，也具有一定的安全性，但是地质、环境、设备等因素复杂， 盾构施工法同样存在很多事故隐患，甚至很严重，引起同行及国家的重视。在这里浅谈地铁盾构法施工过程的安全管理，抛砖引玉，希望对我国盾构施工安全管理有促进作用。 关键词：盾构机；安全管理；隐患；施工；有限空间；控制 一、盾构法施工及盾构机工作原理 盾构法施工是我国目前地铁建设的常用工法，盾构机开始由进口转为的国产，使我国大规模地铁建设成为可能。所谓盾构法施工是指地铁隧道施工的主要机械设备是盾构机。它是将盾构机在地层中推进，通过盾构外壳和管片支撑隧道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对土体进行切削开挖，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，形成隧道结构的一种机械化施工方法。 盾构机是一种带有护罩的专用设备。利用尾部已装好的管片衬砌块作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。盾构机掘进的出碴方式有机械式和水力式，以水力式居多。水力盾构在工作面处有一个注满膨润土液的密封室。澎润土液既用于平衡土压力和地下水压力，又用作输送排出土体的介质。 盾构机既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。盾构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。它包括三部分：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。大多数盾构的形状为圆形，也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形式。 其工作原理是： （1）盾构机的掘进：液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。 （2）掘进中控制排土量与排土速度：当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍塌或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流入泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。 （3）管片拼装：盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。 二、盾构法施工的优缺点 1、优点：用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。对于过江、过海长隧道的施工具有明显的优势。 2、缺点：盾构法施工对断面多变区段适应能力差，对地质的认识不足会造成很大风险，如地下水、流沙、孤石、软硬地层、溶洞、有毒气体，有限空间作业等会造成事故隐患，因此对安全管理提出了很高的要求。 三、盾构法施工的安全管理 根据盾构机的工作原理，盾构法施工安全管理具有一般的工程建设安全管理特点，又具有特殊的要求，因为盾构机是在地下有限空间作业，一般埋深十几米到几十米不等，地下地质复杂，各种土层、岩石、地下水、流沙、溶洞、孤石、软硬地层、有毒气体等难以探明及控制；地下压力大，过江、过河、过重要建筑等存在很多不安全因素，风险大，其安全管理是个复杂而艰巨的任务。因此盾构法施工的安全管理非常重要，安全管理不到位，有可能发生重特大事故，对人员的生命造成巨大威胁，财产损失大，对社会影响大，是国家和政府重点关注的行业。因此地铁盾构法施工首先要满足国家的安全生产管理要求，符合法律法规、规章制度、标准、勘察设计、施工合同等的要求，执行当地政府对地铁建设的要求，科学化、精细化、信息化施工，从源头上预防事故的发生，确保工程安全顺利进行。 （一）工程自身风险的管理 工程自身风险是指在工程施工过程中因工法不合理、施工工艺不合理、操作不当或违反操作规程、施工流程错误以及受较复杂的工程地质条件影响，造成在施工过程中发生的设备损坏、人员伤亡、结构倒塌、土体坍塌等施工风险。主要包括如下各项： 1、盾构吊装、吊拆； 2、盾构始发、接收； 3、洞门破除； 4、盾尾刷更换； 5、刀盘维修、刀具更换； 6、电瓶列车脱轨； 7、螺旋机喷涌； 8、盾构机非正常停机； 9、盾构过软硬不均地层；

加泥式土压平衡盾构施工技术

加泥式土压平衡盾构施工技术 内容提要：本文详细介绍了土压平衡盾构机组成、工作原理，并结合深圳地铁盾构隧道的施工，重点对盾构隧道的主要施工过程和关键工艺技术进行总结和分析。 关键词：土压平衡盾构施工技术 一、盾构施工法概述及盾构机的选型 1．1盾构施工法概述 盾构施工法于19世纪初在英国开始使用，经过反复摸索，在近30～40年间取得了飞速发展，现在，该施工法已同矿山法一起成为城市隧道施工的两大主要施工方法。20世纪90年代该项技术被引进我国，主要集中应用盾构技术来进行上、下水道、电力通讯隧道、人防工事、地铁隧道等施工。目前在上海、广州、深圳、南京等城市已经开始采用盾构法来施工地铁隧道，盾构法在国内逐渐开始发展普及。 盾构施工法与矿山法相比具有的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等主要作业都在盾构保护下进行，因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。其主要施工程序为： 1、建造盾构工作井 2、盾构机安装就位 3、出洞口土体加固处理 4、初推段盾构掘进施工 5、隧道正常连续掘进施工 6、盾构接收井洞口的土体加固处理 7、盾构进入接收井解体吊出 盾构施工与矿山法施工具有以下优点： 1、地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小； 2、自动化程度高、劳动强度低、施工速度快； 3、因隧道衬砌属工厂预制，质量有保证； 4、穿越地面建筑群和地下管线密集的区域时，周围可不受施工影响； 5、穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候影响； 6、对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全； 7、在费用和技术难度上不受覆土深度影响。 盾构法施工也存在一些缺点：

盾构机推力计算

盾构机的推力和扭矩计算 盾构机的推力和扭矩计算包括软土和硬岩两种情况进行。 在软土中掘进时盾构机的推力和扭矩的计算 地层参数按〈6〉岩石全风化带选取，由于岩土体中基本无水，所以水压力的计算按水土合算考虑。选取可能出现的最不利受力情况埋深断面进行计算。根据线路的纵剖面图，〈6〉层埋深不大，在确定盾构机拱顶处的均布围岩竖向压力P e时，可直接取全部上覆土体自重作为上覆土地层压力。 盾构机所受压力： P e = 丫h+ P o P0i= P e + G/DL P i=F e xx R=(P+ 丫.D)入 式中：入为水平侧压力系数，入= h为上覆土厚度，h= 丫 为土容重，丫= t/m 3 G为盾构机重，G=340 t D为盾构机外径，D= m ; L为盾构机长度，L= m ; P 0为地面上置何载， P o=2 t/m 2; P oi为盾构机底部的均布压力；P i为盾构机拱顶处的侧向水土压力；P2为盾构机底部的侧向水土压力；P e=X +2= t/m 2 2 2 P oi=+34O/ (x) =m P i=x =m 2 P2 =+ xx =m 盾构推力计算 盾构的推力主要由以下五部分组成： F F i F2 F3 F4 F5 式中：F i为盾构外壳与土体之间的摩擦力；F2为刀盘上的水平推力引起的推力F3为切土所需要的推力；F4为盾尾与管片之间的摩阻力 F5为后方台车的阻力 1

F l 一(P e P01 P P2)DL . 4 式中：：土与钢之间的摩擦系数，计算时取0.3 1 F1(26.83 33.37 14.89 18.3) 6.25 8.32 0.3 1144.23t 4 F2 ,4(D2P d) 式中：P d为水平土压力，P d( h D) 2 D 6.28 h 12.8 15.93m 2 2 2 F d 0.47 1.94 15.93 14.52t/m F2/ 4(6.282 14.52) 445.48t F3/4(D2C) 式中：C为土的粘结力，c=m F3 (6.252 4.5) 138.06t 4 F4 W c c 式中：VC、卩c为两环管片的重量(计算时假定有两环管片的重量作用在盾尾内，当管片容重为m3管片宽度按计时，每环管片的重量为)，两环管片的重量为考虑。卩C= F448.24 0.3 14.47t F5 G h sin g G h cos 式中：G h为盾尾台车的重量，G~ 160t; B为坡度，tg 9 = 卩g为滚动摩阻，卩g= F5160 0.025 0.05 160 1 12.00t 盾构总推力：F 1144.23 445.48 138.06 14.47 12.00 1754.24t 盾构的扭矩计算

盾构施工土压力确定

土压平衡盾构施工土压力的确定 摘要：在土压平衡盾构施工中，设置合理的施工土压对控制地表沉降有非常重要的意义。本文通过对地层土压力、水压力的计算原理分析，确定出土压平衡盾构施工土压力的设置方法，最后结合现场施工对设置方法进行简单的验证。 关键词：土压平衡盾构施工土压力确定 1、概述 土压平衡盾构工法具有对地面、地下环境影响小、掘进速度快、地表沉降小等特点，已经越来越多地应用于城市地铁施工领域。土压平衡盾构施工中，合理设置施工土压对控制地表沉降有非常重要的意义。 土压平衡盾构施工过程中，施工土压力的设定遵循以下原则： a.土仓内的土压力应可以维持刀盘前方的围岩稳定，不致因土压偏低造成土体坍塌、地下水流失。 b.土仓内的土压应尽可能低，以降低掘进扭矩和推力，提高掘进速度，降低土体对刀具的磨损，以最大限度地降低掘进成本。 因此，对盾构土仓内的土压力值的确定，就显得十分重要。 2、地层土压计算 地层压力的计算原理有多种，目前我国铁路隧道设计规范是在太沙基土压力理论的基础上，提出以岩体综合物性指标为基础的岩体综合分类法。根据隧道的埋置深度不同，将隧道分为深埋隧道和浅埋隧道；然后根据隧道的具体情况，采用不同的计算方式进行地层土压计算[1]。 2.1深埋隧道的土压计算 对于深埋隧道，一般根据隧道围岩分类和隧道结构参数，按照《铁路隧道设计规范》的计算公式计算围岩竖直分布松动压力和水平松动压力。 地层的水平侧向力为： σ水平侧向力= q×0.41×1.79Sω 式中， S—围岩级别，如Ⅲ级围岩，则S=3； ω—宽度影响系数，且ω=1+i（B-5）； B—隧道净宽度，单位以m计；

i —以B=5m 为基准，当B<5m 时，取i=0.2，当B>5m ，取i=0.1； q —根据围岩级别确定的水平侧压力系数，具体见表1： 2.2.1主动土压力与被动土压力 盾构隧道施工过程中，刀盘扰动改变了原状天然土体的静止弹性平衡状态，从而使刀盘附近的土体产生主动土压力或被动土压力。 盾构推进时，如果土仓内土压力设置 偏低，工作面前方的土体向盾构刀盘方向产生微小的移动或滑动，土体出现向下滑动趋势，为了抵抗土体的向下滑动趋势，土体的抗剪力逐渐增大。当土体的侧向应力减小到一定程度，土体的抗剪强度充分发挥时，土体的侧向土压力减小到最小值，土体处于极限平衡状态，即主动极限平衡状态，与此相应的土压力称为主动土压力Ea ，如图1所示。 盾构推进时，如果土仓内土压力设置偏高，刀盘对土体的侧向应力逐渐增大，刀盘前部的土体出现向上滑动趋势，为了抵抗土体的向上滑动趋势，土体的抗剪力逐渐增大，土体处于另一极限平衡状态，即被动极限平 衡状态，与此相应的土压力称为被动土压力Ep ，如图2所示。 2.2.2主动土压力与被动土压力计算： 根据盾构的特点及盾构施工原理，结合我国铁路隧道设计、施工的具体经验，采用朗金理论计算主动土压力与被动土压力。 盾构推力偏小时，土体处于向下滑动的极限平衡状态。此时，土体内的竖直应力σ z 相当于大主应力σ1，水平应力σa 相当于小主应力σ3。水平应力σa 为维持刀盘前方的土体不向下滑移所需的最小土压力，即土体的主动土压力： σa =σz tan 2（45°-φ/2）-2ctan （45°-φ/2） 式中， σz －深度z 处的地层自重应力；

盾构法隧道基本原理及特点

盾构法隧道基本原理及特点 1．盾构法隧道基本原理 盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。这个钢质组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，这个钢质组件被简称为盾构。盾构另一个作用是能够承受来自地层的压力，防治地下水或流沙的入侵。 隧道拱内圈的空洞由盾构本体防护，同时还需要其他辅助措施对工作面进行支护。盾构法隧道主要有以下几种支护土体方法和与之相匹配的盾构类型，见图1，各种类型盾构掘进机的支护面板见图2。 几种支护土体方法和与之相匹配的盾构类型 各种类型盾构掘进机的支护面板 2．盾构法隧道优缺点 盾构法隧道优点： （1）在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工；

盾构法隧道施工不受地面自然条件的影响 （2）盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快，施工劳动强度较低； 盾构法隧道机械化、自动化高 （3）地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰；在松软地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径速度，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。 盾构法隧道能保护地面人文自然，经济效益明显 盾构法隧道缺点： （1）盾构机械造价较昂贵，隧道的衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺较复杂；在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险极大； （2）需要设备制造、气压设备供应、衬砌管片预制、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布置、盾构转移等施工技术的配合，系统工程协调难； （3）建造短于750m的隧道没有经济性；对隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工难度大。

盾构掘进主要参数计算方式

目录 1、纵坡 (1) 2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法 (1) 2.1深埋隧道土压计算 (3) 2.2浅埋隧道的土压计算 (3) 2.2.1主动土压力与被动土压力 (3) 2.2.2主动土压力与被动土压力计算： (4) 2.3地下水压力计算 (4) 2.4案例题 (5) 2.4.1施工实例1 (5) 2.4.2施工实例2 (7) 3、盾构推力计算 (9) 4、盾构的扭矩计算 (9) 1、纵坡 隧道纵坡：隧道底板两点间数值距离除以水平距离 如图所示：隧道纵坡=（200-100）/500=2‰ 注：规范要求长达隧道最小纵坡>=0.3%,最大纵坡=<3.0% 2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法 根据上述对地层土压力、水压力的计算原理分析，笔者总结出在土压平衡盾构的施工过程中，土仓内的土压力设置方法为：

a、根据隧道所处的位置以及隧道的埋深情况，对隧道进行分类，判断出隧道是属于深埋隧道还是浅埋隧道（一般来说埋深在2倍洞径以下时，算作是浅埋段，2倍以上算深埋)； b、根据判断的隧道类型初步计算出地层的竖向压力； c、根据隧道所处的地层以及隧道周边地地表环境状况的复杂程度，计算水平侧向力； d、根据隧道所处的地层以及施工状态，确定地层水压力； e、根据不同的施工环境、施工条件及施工经验，考虑0.010～0.020Mpa 的压力值作为调整值来修正施工土压力； f、根据确定的水平侧向力、地层的水压力以及施工土压力调整值得出初步的盾构施工土仓压力设定值为： σ初步设定=σ水平侧向力＋σ水压力＋σ调整 式中， σ初步设定－初步确定的盾构土仓土压力； σ水平侧向力－水平侧向力； σ水压力－地层水压力； σ调整－－修正施工土压力。 g、根据经验值和半经验公式进一步对初步设定的土压进行验证比较，无误时应用施工之中； h、根据地表的沉降监测结果，对施工土压力进行及时调整，得出比较合理的施工土压力值。

复合地层土压平衡盾构施工技术研究

复合地层土压平衡盾构施工技术研究 发表时间：2019-05-23T09:58:12.010Z 来源：《防护工程》2019年第1期作者：王亚飞 [导读] 全面掌握孤石的分布情况，研究孤石处理方法，确保盾构顺利穿越孤石段地层，是隧道盾构工程成败的关键。 摘要：以某轨道交通3号线为工程实例，研究土压平衡(EPB)盾构在复合地层中的施工技术。苏州轨道交通3号线何山路站至某乐园站区间隧道通过108m“上软(土)下硬(岩)”的复合地层，在设计阶段:通过改变隧道纵坡，缩短复合地层段长度;通过改良TBM刀盘设计，优化机械运行参数，实现盾构机械参数和地层物理参数的匹配;通过对隧道上部松散土体静压注浆加固和在建筑物与隧道间安装隔离桩，控制地层变形和保护邻近建筑物;采用三维数值模拟预测隧道开挖引起的地层变形和建筑物沉降，为工程决策提供依据。在施工阶段:对于软土、复合地层和硬岩段采用不同盾构运行模式和掘进参数;掘进过程采用六个主要参数指标进行控制;采用在盾构机前方开挖竖井进行损坏刀箱、刀具的更换。施工监测显示:实测地表和建筑物沉降与三维有限元预测、Peck经验公式预测结果吻合良好，地表沉降控制在2.0cm以内，邻近建筑物沉降控制在3mm以内。工程的顺利实施为国内其他类似复合地层隧道盾构掘进工程提供有益借鉴。 关键词：隧道掘进；复合地层；土压平衡； 引言 随着我国城市轨道交通建设事业的蓬勃发展，地铁线路的规划不可避免地需要穿越不良地质区域。如广州、深圳、厦门等城市的花岗岩地层中就不同程度地分布着花岗岩球状风化体，俗称“孤石”。孤石强度很高，与周边风化土体性质差异大，造成相邻地层突变、软硬不均，对盾构施工提出了严峻的挑战。全面掌握孤石的分布情况，研究孤石处理方法，确保盾构顺利穿越孤石段地层，是隧道盾构工程成败的关键。 1 工程设计概况 1.1 工程地质 隧道所处地层自上而下分为五层:杂填土、黏土、粉质黏土、风化围岩和基岩。杂填土由砾石、砂石、粉土、黏土和人造材料的混合物组成，松散状态，平均标贯值N为6;黏土层的平均含水量为30%，液限34%，塑限13.5%，根据USC土壤分类系统划分为CL，中硬状态，平均不排水剪切强度为60kPa;粉质黏土层的平均含水量为31.4%，液限33%，塑限12.7%，根据USC土壤分类系统划分为CL，其强度比黏土层低，平均不排水剪切强度为30kPa;风化围岩基本处于残余土状态，由砾石、沙石、粉土和黏土混合物组成，中密状态，平均标贯值N 为18;基岩为轻度至中度风化的凝灰岩，岩石完整性(ＲQD)在70%～90%之间，平均值为78%，岩芯的单轴抗压强度在45～121MPa之间，平均值为82.5MPa。具体土层参数如表1所列。由于隧道下方基岩面起伏变化大，隧道在何山路站附近需经过不连续软土段、复合地层段和硬岩地层段，图2至图4显示了隧道复合地层段分布情况与其所在区域的地质剖面图。地下水由潜水、微承压水及裂隙水组成，水位在地面以下2m以内。 1.2 隧道选址 由于在软土、复合地层和硬岩中土压平衡盾构的运行模式不同，因此在隧道掘进前需准确了解隧道所处地质条件。从何山路站向南出发的200环(240m)内地质条件差异很大，特别是基岩面变化很不规则。在初步设计阶段，始发240m的范围内共钻26个孔以确定地质情况，钻孔深度至隧道设计边界下方约10m处，土样被送到实验室进行室内力学参数测试。在最终设计阶段进行了第一次补堪钻孔，补勘点位布置在隧道范围内，水平间距5m，垂直间距2m，在何山路站始发的240m范围内共钻59孔，密集的勘探点对地质条件进行了详细补充。施工前，在详勘孔位间布置第二次补堪钻孔，由何山路站始发的240m范围内共钻10孔。 2 复合地层土压平衡盾构施工技术 2.1 钻孔探测孤石技术 1）探测区域根据孤石在花岗岩残积土中的基本发育特点以及越靠近山丘越密集的特点，调查工程所在地原始地理地貌，一般为山丘附近的地段，将之作为钻探的重点区域来考虑，隧道洞身所处<5H>花岗岩残积土、<6H>全风化花岗岩地层区域也将作为重点探测区域；此外，详勘中已揭露孤石在隧道洞身范围内的钻孔附近隧道线路出现孤石的几率也很大，将之作为补充钻探的重点区域来考虑。从成本、工期方面考虑，钻探孔的布置采用逐级加密的方法，在实施过程中根据现场实际情况实行动态管理，对钻探孔的布置和数量进行适当调整，以提高孤石探测的准确性。2）钻探孔布置方式重点探测区域：钻孔沿隧道线型按三排错孔布置，一排布置在隧道中心线上，另两排分别距隧道边线1.5m布设。采用三级加密的布孔方式，孔距按10m→5m→2.5m的方式加密。第一级布孔间距为10m；根据第一级钻孔的实际情况判断，如孔间出现孤石的机率很大，则在第一级布孔的基础上每两孔间增加一个钻探孔，使临近两孔的孔距不超过5m；根据第一、第二级钻孔的实际情况判断，如孔间出现孤石的机率仍然很大，则将孔距增密到2.5m/个；在第二或第三级加密钻孔前，如判断孔间出现孤石的机率不大或盾构机足以应付风险，则终止加密钻孔。 2.2 泡沫剂选用 经过对出渣口结构的调整，减少了出渣口堵塞现象.但是，使用的泡沫剂消耗偏大，土体改良效果一般，渣土流动性能受到限制.究其原因：泡沫剂的改良效果是相对所处理的土层条件而言的，不同的地质条件下，选择合理适用的泡沫剂产品，才能做到既保证顺利施工，又节约成本的效果.泡沫剂的选择要从两个方面进行考虑，一是泡沫剂材料自身的性质，二是泡沫剂与开挖后土层混合所形成的泡沫混合土力学性质.目前应用于土压平衡式盾构施工中的泡沫剂的发泡率在5~20之间，在同样条件下，发泡率越高，等量的泡沫剂产生的泡沫就越多，说明其具有高效性.但是发泡率与生成泡沫的稳定性是相互影响的，较高的发泡率是牺牲泡沫稳定性为代价的，仅仅发泡率高并不能说明泡沫剂的优越，两者需要进行综合考虑.泡沫剂作用的土体处于运动状态，泡沫改良土体的作用仅要求从开挖面到螺旋输送机口顺利排出这段运动过程中，所以泡沫的稳定性将直接关系到土体改良效果的持续时间.泡沫的发泡率作为一项可变参数，可以根据具体施工情况进行选择。 2.3 土体加固 为保证开挖时的掌子面稳定，控制隧道开挖引起的土体变形，保护隧道穿过处地表的既有建筑物，在复合地层区域盾构开挖之前对隧道上部土体进行静压注浆，在隧道与相邻建筑物之间安装隔离桩。本标段中复合地层段上部“软土”由不同高度的粉质黏土和风化围岩组成。

盾构法施工特点及工艺流程

①地下施工，必须面对复杂的地质条件和敏感的地面环境。 ②所用设备集成度高，技术含量高。 ③涉及的专业领域较多，对复合型人才有较多需求。 2、盾构法施工的优点 （1）盾构法隧道施工不受地面自然条件的影响。 在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工。 （2）盾构法施工隧道机械化、自动化程度高。 盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快，施工劳动强度较低。 （3）地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰。 在松软地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径隧道，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。

①需要隧道衬砌管片预制、运输、衬砌、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布置、机械安装等施工技术的配合，系统工程协调复杂； ②施工过程变化断面尺寸困难；只能前进，不能后退，当隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工难度大，在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险较大； ③盾构机制造周期长，造价较昂贵，盾构的拼装、转移等较复杂，建造短于750m的隧道经济性差。 4、盾构施工工艺流程 4.1大流程：盾构总体施工流程 大流程：盾构总体施工流程 始发井交付使用→盾构托架就位→盾构机下井、安装、调试→初始掘进（L=约100m）→负环拆除及其它调整→正常掘进→盾构机到达中间站→盾构机通过中间站→盾构机再次安装、调试→盾构机再次初始掘进→正常掘进→盾构机到达终点站→盾构机解体外运→隧道清理准备验收。 4.2小流程：盾构掘进流程 准备工作→转动刀盘→启动次级运输系统（皮带机）→启动推进千斤顶→启动首级运输系统（螺旋机）→停止掘进→安装管片→回填注浆→准备下一环掘进。 开挖→出土→拼装→注浆。

盾构机推力计算

Φ6250复合盾构机的推力和扭矩计算 盾构机的推力和扭矩计算包括软土和硬岩两种情况进行。 一、在软土中掘进时盾构机的推力和扭矩的计算 地层参数按〈6〉岩石全风化带选取，由于岩土体中基本无水，所以水压力的计算按水土合算考虑。选取可能出现的最不利受力情况埋深断面进行计算。根据线路的纵剖面图，〈6〉层埋深不大，在确定盾构机拱顶处的均布围岩竖向压力P e 时，可直接取全部上覆土体自重作为上覆土地层压力。 盾构机所受压力： P e =γh+ P 0 P 01= P e + G/DL P 1=P e ×λ P 2=(P+γ.D) λ 式中：λh γ为土容重，γG 为盾构机重，D 为盾构机外径，D=6.25 m ； L 为盾构机长度，L=8.32 m ； P 0为地面上置荷载，P 0=2 t/m 2； P 01为盾构机底部的均布压力；P 1为盾构机拱顶处的侧向水土压力；P 2为盾构机底部的侧向水土压力；P e =1.94×12.8+2=26.83 t/m 2 P 01=26.83+340/（6.25×8.32）=33.37t/m 2 P 1=26.83×0.47=14.89t/m 2 P 2 =(26.83+1.94×6.25)×0.47=18.3t/m 2 1、盾构推力计算 盾构的推力主要由以下五部分组成： 54321F F F F F F ++++= 式中：F 1为盾构外壳与土体之间的摩擦力 ；F 2为刀盘上的水平推力引起的推力 F 3为切土所需要的推力；F 4为盾尾与管片之间的摩阻力 F5为后方台车的阻力 πμ.)(4 121011DL P P P P F e +++=

3.0=μμ数，计算时取：土与钢之间的摩擦系式中： t F 23.11443.032.825.63.1889.1437.3383.264 11=???+++?=π）（ ） （d P D F 224π= 为水平土压力式中：d P ，）（2 D h P d + =λγ m D h 93.15228.68.122=+=+ 2/52.1493.1594.147.0m t P d =??= t F 48.44552.1428.64/22=?=）（π ） （C D F 234/π= 式中：C 为土的粘结力，C=4.5t/m 2 t F 06.1385.425.6423=??=）（π c c W F μ=4 式中：W C 、μC 为两环管片的重量 （计算时假定有两环管片的重量作用在盾尾内，当管片容重为2.5t/m 3，管片宽度按1.5m 计时，每环管片的重量为24.12t ），两环管片的重量为48.24t 考虑。μC =0.3 t F 47.143.024.484=?= θμθcos sin 5h g h G G F +?= 式中：G h 为盾尾台车的重量，G h ≈160t ； θ为坡度，tg θ=0.025 μg 为滚动摩阻，μg =0.05 t F 00.12116005.0025.01605=??+?≈ 盾构总推力：t F 24.175400.1247.1406.13848.44523.1144=++++= 7.8.2.1.2盾构的扭矩计算 盾构配备的扭矩主要由以下九部分组成。在进行刀盘扭矩计算时： 987654321M M M M M M M M M M ++++++++= 式中：M 1为刀具的切削扭矩；M 2为刀盘自重产生的旋转力矩

盾构法优缺点

优点 1、安全开挖和衬砌，掘进速度快； 2、盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低。 3、不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施； 4、穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动； 5、在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。 缺点 1、断面尺寸多变的区段适应能力差； 2、新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程不太经济。 一般步骤盾构施工方法由以下几个步骤组成：盾构法施工概貌第一，在置放盾构机的地方打一个垂直井，再用混泥土墙进行加固；第二，将盾构机安装到井底，并装配相应的千斤顶；第三，用千斤顶之力驱动井底部的盾构机往水平方向前进，形成隧道；第四，将开挖好的隧道边墙用事先制作好的混泥土衬砌加固，地压较高时可以采用浇铸的钢制衬砌加固来代替混泥土

衬砌。盾构法施工中，其隧道一般采用以预制管片拼装的圆形衬砌，也可采用挤压混凝土圆形衬砌，必要时可再浇筑一层内衬砌，形成防水功能好的圆形双层衬砌。 盾构法隧道优点：①在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工； ②盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快，施工劳动强度较低； ③地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰；在松软地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径速度，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。盾构法隧道缺点：①盾构机械造价较昂贵，隧道的衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺较复杂；在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险极大； ②需要设备制造、气压设备供应、衬砌管片预制、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布置、盾构转移等施工技术的配合，系统工程协调难； ③建造短于750m的隧道没有经济性；对隧道曲线半径过

浅议地铁工程特点及盾构法施工质量控制(参考模板)

浅议地铁工程特点及盾构法施工质量控制

【摘要】阐述了地铁工程的特点以及盾构法施工的工艺及技术要求，浅谈监理对地铁工程质量控制的要求和任务。 【关键词】地铁工程；监理；盾构法施工；质量控制 【中图分类号】 TU745.3 【文献标识码】 A 【文章编号】1727-5123（2012）03-017-03 1 概述 本篇文章讲述了在地铁建设过程中，地铁工程的特点以及监理部门对是土压平衡式盾构机施工的质量控制，结合本人对南京地铁１０号线Ｄ１０－ＴＡ０６标段监理工作的一些理解， 2 地铁工程的特点与质量特点 2.1 地铁工程项目是一个投资大、建设速度慢、施工技术复杂、危险因素多、与社会环境间的相互影响大的复杂系统工程，大都属于地下结构物，施工方法和技术多种多样，因此有以下特点：①隐蔽性大，未知因素多；②工作面狭窄，施工工序干扰大；③施工作业的循序性强；④作业的综合性强；⑤施工过程的地质力学状态和围岩的物理力学性质是变化的，因此施工是动态的；⑥作业环境恶劣；⑦作业风险性大。 2.2 地铁工程质量的特点是由地铁工程本身的特点决定的。正是由于上述地铁建设工程的特点而形成地铁工程质量本身具有以下特点：①地铁项目质量形成过程复杂；②影响

因素多；③质量波动大；④项目质量评定难度大；⑤地铁工程项目周期长。 3 地铁盾构法施工过程中监理的质量控制 盾构法隧道工程是一项综合性施工技术（包括盾构机械技术、隧道测量技术、地下防水技术、盾构施工安全技术等）。盾构机全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，盾构法施工是以盾构机为隧道掘进设备，盾壳作支护，用前端刀盘切削土体，由千斤顶顶推盾构机前进，以开挖面上拼装预制好的管片作衬砌，从而形成隧道的施工方法。盾构法的主要优点：施工基本于地下进行，不拘束于风雨等气候条件，对周边设施影响小；盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理；土方量少；穿越河道时不影响航运；在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道，有较高的技术经济优越性。因为盾构法施工技术难度大、质量要求高、不可预测因素多，监理人员应熟悉和掌握盾构法隧道施工监理监控重点及相应对策，才能真正做到有效地对施工质量进行监控，从而为业主提供优质的监理服务。 3.1 盾构始发（进洞）阶段。盾构始发阶段是控制盾构掘进施工的首要环节。在盾构始发前、后各项准备工作中监理需监督承包单位做好充分的技术、人员、材料、设备准备，并对盾构是否具备进洞条件予以审查，确保盾构在安全可靠