某地铁盾构隧道数值模拟计算
摘要: 针对具体的工程和现场监测以及实测资料,用FLAC 对某一地铁盾构隧道施工过程进行数值模拟，对模拟数据进行了分析,得出了隧道位移变形、各种应力云图等重要工程信息, 得出盾构隧道和周边围岩的变化规律, 对改善盾构隧道的施工方法, 提高工程质量, 确保工程安全, 具有重要的理论意义和工程实用价值。
关键词: 地铁隧道；盾构隧道；数值模拟
一、引言
随着科学技术和城市化的发展以及城市人口的过快增长，传统的公共汽车和无轨电车已经越来越不能满足城市居民高频率出行的需要。建设以地下铁道为代表的城市快速轨道交通系统，是解决我国中心城市公共交通运输矛盾的重要途径。
随着盾构法在我国地铁隧道开挖中的应用越来越广，隧道数值模拟和施工监测在隧道开挖过程中扮演了越来越重要的角色。数值模拟由于能全面预测隧道开挖的全过程，已被广泛使用；施工监测则主要是利用围岩变形和拱顶沉降的监测数据掌握围岩动态和隧道支护结构的工作原理，通过施工过程对围岩实时监控，对监控数据进行分析和综合判断, 对可预见的事故和险情及时采取措施，把风险控制到最小，所以数值模拟和施工监测数据以及对数据的分析就成为衡量设计和施工是否合理的一个重要指标。
为确保工程质量, 隧道在开挖过程中必须进行必要的变形监测。施工监测应包括两端洞口浅埋段地表沉降量测、洞内拱顶下沉、水平收敛、锚杆拉拔等量测内容，其中以拱顶沉降观测和隧道水平收敛监测为主，工作原理就是通过测量手段, 来了解拱顶的平面位移和拱顶下沉情况。施工监测不仅为隧道开挖提供重要的手段，而且为调整设计参数、选择合理的支护方式和综合评价围岩稳定性提供科学依据，从而便于日常施工组织管理，以达到安全施工的目的。
本文以某一地铁盾构隧道为例。该隧道外径为6.0m，衬砌厚度为0.3m，内径为5.4m,埋深为10m。地铁隧道断面如下图1。
图1 地铁隧道断面示意图
二、地质概况
本文中地铁盾构隧道所处的地层为Ⅴ级围岩，围岩密度为1800kg/m3 ，体积弹模为1.47e8Pa，剪切弹模为5.6e7Pa，摩擦角为20度，粘聚力为5.0e4Pa，抗拉强度为1.04e4Pa。隧道衬砌结构采用C30混凝土，其密度为2500 kg/m3 ，体积弹模为16666.6e6Pa，剪切弹模为12500e6Pa。
三、软件介绍
3.1软件简介
FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)是Itasca 公司研发推出的连续介质力学分析软件，是该公司旗下最知名的软件系统之一。目前已在全球70 多个国家得到广泛应用，在国际土木工程学术界和工业界享有盛誉。FLAC 主要为地质和岩土工程应用而开发，程序中包括了反映岩土材料力学效应的特殊计算功能，可解算岩土类材料的高度非线性、不可逆剪切破坏和压密、粘弹(蠕变) 、孔隙介质的固--流耦合、热--力耦合以及动力学行为等。
FLAC 中有六种蠕变模型，分别为:经典粘弹性模型(Viscous)，二分量幂定义
( Power)，用于核废料隔离研究的WIPP 参考蠕变模型(Wipp)，Buger 蠕变模型和
Mohr2Columb 模型合成的Buger 蠕变粘塑性模型(CVisc)，WIPP 模型和Drucker2Prager 模型合成的WIPP 蠕变粘塑性模型(PWipp)，岩盐的本构模型(CWipp)。
FLAC 具有内嵌FISH 语言，用户可据此编制计算程序，以适应复杂计算、创建新的本构模型和实现各种特殊功能等。
FLAC 是二维有限差分程序,可以进行平面应变、平面应力及轴对称问题的分析。FLAC 主程序包含前、后处理的所有功能，用户从建立计算模型到分析，以及查看计算结果，均在FLAC 主程序中进行。其中，前处理功能用于根据用户输入的数据建立有限元分析模型；计算程序用于对模型数据进行分析，并输出相应的计算结果；后处理功能则用于将计算结果以直观的方式显示出来。通过使用FLAC，用户只须将设计图、材料信息、载荷、边界条件等参数以及填土、挖掘、支护等施工相关数据直接输入，就可获得变形图、等值线、应力分布曲线及内力图等易于理解的直观结果。本文所用的是FLAC 3.00版本。
3.2 分析计算步骤
与大多数程序采用数据输入方式不同，FLAC采用的是命令驱动方式。命令字控制着程序的运行。在必要时，尤其是绘图，还可以启动FLAC用户交互式图形界面。为了建立FLAC计算模型，必须进行一下三个方面的工作：（1）有限差分网格生成；（2）本构特性与材料参数设置；（3）边界条件与初始条件设置。
完成上述工作后，可以获得模型的初始平衡状态，也就是模拟开挖前的原岩应力状
态。然后，进行开挖或改变边界条件来进行工程的响应分析，进行一系列计算步后达到问题的解。最后，进行结果的分析与总结。
四、数值模型建立
地铁工程(属于隧道工程) 施工中遇到的技术问题是典型的平面应变问题,解决这类问题所需的理论基础是弹塑性理论。地铁开挖仅对距中心点3～5 倍R ( R 为隧道最大断面半径) 范围内围岩有影响。据此并参考既有计算经验，取左右边界为隧道为外径的4倍，即24m；隧道底部取隧道外径的3倍，即20m。最后整个计算模型选用72×36×36m，共21376个单元，隧道左右中心线相距18m，见图2。其中，岩体采用各向同性弹塑性平面材料,四边形单元；锚杆和喷混凝土采用杆件材料,二结点线形单元；衬砌采用壳体材料,二结点线形单元；喷层与衬砌接触面采用beam 单元。
该工程位于黄土地区，盾构隧道主要穿越粘性土层，故采用莫尔--库伦本构模型进行计算。且由于左右线隧道相距较近，盾构施工时按照先开挖左隧道后开挖有隧道的顺序进行施工，因此，模拟盾构施工过程时，同样先挖最隧道后开挖右隧道。
为了便于施工模拟计算，则每次纵向开挖模拟计算以5环管片为一组，即每次在隧道的纵向施工长度为6m，这样可以简化计算。
图2 数值计算模型
五、FLAC数值模拟
5.1位移模拟及分析
首先计算土层在自重应力场下的竖向位移，从图3可以看出，在自重应力作用下隧道上方的土层沉降较大，达到了-6.75e-2m,虽然沉降值较大，不过已经固结完成，对盾构施工所引起的地表沉降没有多大影响。
图3 自重应力作用下的竖向位移云图
左隧道开挖结束后，由于衬砌能够及时施做，从图4可以看出左隧道附近及上层土的沉降值较小，最大值为-9.66e-3m,发生在右隧道上方土层，可见开挖左隧道对外开挖的右隧道附近土层有一定的扰动，主要原因在于两隧道距离较近。
图4 左隧道开挖完后的竖向位移云图
右隧道也开挖完成后，土层竖向位移有了一定的变化，沉降值增大。从图5可以看出，在左右隧道开挖完成后，右隧道的开挖对左隧道土层沉降影响较大，最大沉降值发生在左线隧道拱顶，达到了-1.947e-1m,右线隧道附近土层沉降为-1.6 e-1m。
图5 右隧道开挖完后的竖向位移云图
5.2应力分析
从图6左隧道开挖完后的应力云图可以看出，左线开挖后，隧道上方土层应力较小，而隧道下侧土层应力较大，部分地区出现集中应力，总的来说符合海姆公式。
图6 左隧道开挖完后的应力云图
从图7可以看出，做右线隧道开挖完成过后，土层应力整体有所增大，主要原因在于，右线隧道开挖对已开挖的左线隧道产生一定的扰动，导致土层应力重分步，再加上衬砌施做时对附近土体有一定的预应力作用，故土层应力有所增加。
图7 右隧道开挖完后的应力云图
六、结论
（1）为指导地铁、隧道等大型地下工程的设计与施工，对其进行数值模拟是十分必要的，也是经济的。本文以现场测量和实验数据为依据，采用弹塑性理论，并应用FLAC 软件对地铁开挖进行有限元模拟和分析，直观而真实地表现了地铁盾构开挖时所产生的围岩位移和应力的分布情况，据此对地铁隧道开挖的力学特性及其相关问题进行了研究和探讨，可以为施工方案的设计提供参考依据。
（2）左右隧道相距较近时，隧道盾构施工会对另一隧道产生扰动，很大程度上影响土层沉降，施工设计时要尽量避免，避免不了之时必须采取防护措施。
西安科技大学研究生考试试卷
姓名昝彪
所在学院建筑与土木工程学院
学科、专业桥梁与隧道工程
考试科目岩土力学数值方法及其工程应用
考试日期2013年6月14日
课程学时 36
开（闭）卷开
隧道盾构掘进机推进系统设计 发表时间：2018-12-06T15:08:07.810Z 来源：《防护工程》2018年第25期作者：吴昊琳[导读] 信息等多种科学技术，在铁路、公路、市政、水电等隧道工程应用的较为广泛。盾构机的重要部分之一即为推进系统，在盾构机的掘进中它承担了定金工程。研究盾构机的推进系统，能够更为全面的掌握其特点和性能，并为我国企业在设计、建造和完善盾构机上提供基础支撑。 吴昊琳 中铁隧道股份有限公司河南郑州 450000摘要：盾构机属于一种大型的隧道掘进设备，包含机、液、控制、信息等多种科学技术，在铁路、公路、市政、水电等隧道工程应用的较为广泛。盾构机的重要部分之一即为推进系统，在盾构机的掘进中它承担了定金工程。研究盾构机的推进系统，能够更为全面的掌握其特点和性能，并为我国企业在设计、建造和完善盾构机上提供基础支撑。 关键词：隧道；盾构掘进机；推进系统 一、原理简介 因隧道土层地质非常庞杂，盾构机在隧道施工中会遇到不同的地质阻力、涂层反推理和水压力，从而导致掘进过程中会遇到各种各样的低层阻力。为了确保土压平衡，盾构机在推进系统设计上，要充分考虑到不同的土层压力，同时也要及时调整液压缸推进压力。盾构机在施工中，其推进系统应符合推进力要求以及推进速度控制。因此，在设计突进系统时，选择的是比例变量泵与比例减压阀来达到流量压力的控制，通过这一控制方法，能够单独过连续控制推进力和速度，减轻压力与能量的损失，从而完成节能的目标，并增强系统运作的效率。 二、推进系统分组联合控制理论 在施工过程中，盾构机通过推进系统来对液压缸推进力和速度进行控制，以此来调整盾构机的各种姿态，对其掘进时碰到的土层阻力进行控制，确保土压平衡，纠正前进路线。由于盾构机属于大型机械，多在极端情况下进行工作，需要极大的动力，其有很多推进液压缸，若是单独控制每一个液压缸，会导致变得较为繁琐，控制成本大大增加。所以，在控制诸多的液压缸时，通常选择发散分布，即分为顶、左、低、右等区。盾构机在俱进过程中经常受到不均匀、梯形分布的压力，上部承受的压力要小于下部。因此，分区控制液压缸时，上部的液压缸数量要少于下部。通过分组联合控制，可以确保系统的运行，在调整姿态和行进路线的同时，一方面大大降低了系统的复杂程度，另一方面也减少了控制成本。 三、控制技术 在掘进中为确保盾构机的土压平衡，通产会选择一下控制方式： 1）排土量控制：这一方式是按照不同土压，来控制排土量。通过幵挖面土层压力的监测，对螺旋输送机输出速度进行适当调整，以此来对开挖面土压平衡进行控制。 2）进土量控制：这一方式是按照土压变化对盾构机的推进进行控制，以此让土压实现平衡。 不管采取那种方式，都和系统推进压力和速度息息相关。在设计中，仅凭借普通压力阀与流量阀很难对压力和流量进行控制，并且也会对系统能力造成很大损失。在本设计中，选择了比例变量泵与比例减压阀来控制压力与流量。其能够和液压缸和内置位移的传感器构成闭环控制，以此来促进系统动态性能的增强。 四、推进系统的液压原理 由于盾构机在推进液压系统选择的是分区控制，并且其分区控制原理是一样的。 下面就详细介绍了推进液压系统中各模块液压原理图。 3.1动力单元 台泵构成了动力单元，其驱动方式为串联。主泵选择比例变量泵，主要是担任高压低流量液压油的推进任务，在推进下，操作手利用主控室电位计旋钮对变量泵斜盘摆角进行控制，进而控制其推进速度。副泵选择双联叶片泵，主要负责系统的补油。推进的模式共有推进模式与管片拼装模式。换向阀左位带电，系统片拼装模式的最大压力为溢流调节系统一级切断压力。换向阀右位带电，推进模式的最大压力为溢流调节系统二级调节压力。 3.2控制方式 推进液压系统的控制方式为二通插装阀，这一控制方式能够更好的控制高压、大流量液压、油液压系统，从而符合推进油杆的快速移动，增强工作效率。在推进过程中，换向阀右侧的电磁铁带电时，插装阀跟控制油、油箱相互连接，打开插装阀。系统的液压油液向无杆腔的进油需通过插装阀，有杆腔油经过插装阀回归油箱，在返回时，插装阀跟控制油、油箱相互连接，打开插装阀。系统的液压油液向无杆腔进油需要通过插装阀，有杆腔油经过插装阀回到油箱，迅速进行退回。 五、推进系统的计算选型 结合盾构机施工情况以及推进系统的实际：共有20个推进液压缸；推进液压虹行程为1500mm；推进速度为0-60mm/min范围内无级可调；14240kN为最大总推力；34MPa为最大工作压力。 5.1液压虹尺寸选择
中国盾构和掘进机隧道技术现状\存在的问题及发展思路 摘要：掘进机在隧道工程中得到了越来越广泛的应用。该文主要介绍了隧道掘进机的发展简史以及近半个世纪以来在我国的应用情况，同时，简要分析了隧道掘进机的未来发展趋势，以及在我国发展中存在的问题、有利条件以及应用前景。 关键词：盾构；掘进机；隧道技术；问题；发展 引言 盾构法施工已是一门比较成熟的地下工程施工技术。我国盾构施工技术已取得了长足的进步，但与国外先进盾构技术相比，仍然存在一定差距，主要表现在关键部件的材质和耐久性方面。因此，需要进行不懈的开发、创新和积累，以形成我国独立的机械制造、隧道设计和施工管理技术。在这样的大背景下，为了更好、更经济、更安全地使用盾构、掘进机，为了使盾构、掘进机技术能更加适合我国的工程实际，有必要总结我国盾构、掘进机技术的现状，指出我国盾构、掘进机技术存在的问题，提出解决各种问题的办法和新思路，探讨今后盾构、掘进机技术的发展方向。 一、中国盾构、TBM隧道修建技术现状 当今中国已是世界上隧道及地下工程规模最大、数量最多、地质条件和结构形式最复杂、修建技术发展速度最快的国家。盾构、TBM隧道施工法作为一种适用于现代隧道及地下工程建设的重要施工方法之一，将发挥重要作用。 不同形式的盾构所适应的地层范围不同，盾构选型总的原则是安全性、适应性第一，以确保盾构法施工的安全、可靠、经济、快速。上海、广州及北京地区是我国盾构应用较多且较早的地区，这3个地区分别代表了我国3大区域的地层(3大典型地层)特征———软土地层、复合地层和砂卵石地层。砂卵石地层适合采用土压盾构和开敞式盾构施工，如北京地铁、成都地铁、沈阳地铁等；软土地层适合采用土压盾构施工，如上海地铁、南京地铁、苏州地铁等；复合地层适合采用复合盾构施工，如广州地铁和深圳地铁等。另外，黄土地层和膨胀土地层因最怕水加速地层变坏而适合采用无水土压盾构和开敞式无刀盘盾构施工，如西安地铁、合肥地铁；硬岩地层适合采用TBM掘进机施工。单洞单线地铁隧道宜选用直径为6～7m的盾构施工，应采用单层管片+混凝土复合式衬砌；单洞双线地铁隧道宜选用直径为10～12m的盾构施工，采用复合式衬砌。 二、隧道掘进机技术的研究现状 基于不同岩土体内掘进机工作模式和工程难点的不同，TBM和盾构掘进机技术的研究重点和热点问题也存在差异。 1、TBM研究现状
盾构管片选型和安装 林建平 在盾构法施工中，管片的选型和安装好坏直接影响着隧道的质量和使用寿命。本文根据广州地铁三号线客～大区间的实际施工情况，就盾构管片选型和安装技术做总结分析。 一、工程概况 客～大盾构区间分为两条平行的分离式单线圆形盾构隧道，总长度为3016.933米，管片生产与安装2011环。管片外径6000mm，内径5400mm，宽度1500mm，防渗等级S10，砼C50。依据配筋将管片分为A、B、C三类，C类配筋最高、B类配筋最低；管片的楔形量38mm，分左转、右转、标准三类。 二、管片的特征 1、管片的拼装点位 本区间的管片拼装分10个点位，和钟表的点位相近，分别是1、2、3、4、5、7、8、 9、10、11。 管片划分点位的依据有两个：管片的分块形式和螺栓孔的布置。拼环时点位尽量要求ABA（1点、11点）形式。在广州盾构隧道管片要求错缝拼装，相邻两环管片不能通缝。管片拼装点位有很强的规律，管片的点位可划分为两类，一类为1点、3点、5点、8点、10点；二类为11点、2点、4点、7点、9点。同一类管片不能相连，例如1点后不能跟3、5、8、10这四个点位，只能跟11、2、4、7、9五个点位。在成型隧道里两联络通道之间的奇数管片是同一类，偶数管片是同一类。 选管片的规律如下图1：图1 （竖列表示拼装好的管片，横向：√-表示可选后续的管片；×-表示不可选后续的管片）
2、隧道管片排序 鉴于管片拼装的规律性，所以盾构施工前必须对隧道管片做好排序，并根据设计，模拟出联络通道和泵房位置，管片拼到联络通道处时，点位要正好和设计点位符合，否则联络通道位置会被改变。在本工程中，是从左线始发，第325、326环处是联络通道，此处拼装点位是11点，将标准块A3块拼到洞门位置。盾构始发时的负环是6环，1环零环。从负环到325环共332环，第325环是11点，相当于第332环是11点，那么负环第一环点位应该是1点，或3点、5点、8点、10点。 管片排序时，要优化洞门的长度，在广州洞门长度要求在400mm以上，一环管片的长度是1500mm，在条件允许的条件下，通过调整始发负环的位置，把每节隧道两端的洞门长度之和控制在1500mm以内，当隧道长度除以管片长度的余数大于两倍最小洞门宽
隧道盾构掘进施工主要工艺 1、盾构始发与到达掘进技术 1.1 始发掘进 所谓始发掘进是指利用临时拼装起来的管片来承受反作用力，将盾构机推上始发台，由始发口贯入地层，开始沿所定线路掘进的一系列作业。本工程中每台盾构机都要经过两次始发掘进，第一次是盾构机组装、调试完后从三元里站始发，第二次是盾构机通过广州火车站后二次始发。 1.1.1 始发前的准备工作 （1）始发预埋件的设计、制作与安装 盾构机始发时巨大的推力通过反力架传递给车站结构，为保证盾构机顺利始发及车站结构的安全，需要在车站的某些位置预埋一些构件。同时盾构机盾尾进入区间后为减小地层变形需要立即进行回填注浆，为了防止跑浆也需要在车站侧墙上预埋构件以实现临时封堵。 三元里车站始发预埋件大样及预埋位置如图：隧盾-施组-SD01、02所示。 （2）洞门端头土体加固 三元里车站隧道端头上覆2米厚〈8〉类土（岩石中等风化带），开挖后侧壁基本稳定。始发前不对端头进行加固。 （3）端头围护桩的破除 始发前需要对洞门端头围护桩予 以拆除，确保盾构机顺利出站。三元里 站端头围护桩厚1.1米，洞门预留孔直 径6.62米。计划对围护桩进行分块拆除 如图7-1-1。 环形及横向拉槽宽度50cm，竖向 拉槽宽度20cm，竖向槽沿围护桩接缝凿 除。 盾构机推进前割断连接钢筋，拉开 钢筋砼网片，清理石碴并处理外露钢筋 头，避免阻挂盾壳。围护桩拆除后，快 速拼装负环管片，盾构机抵拢工作面，避免工作面暴露太久失稳坍塌。拉槽 图7-7-1 凿除分块示意图
1.2 盾构机始发流程 盾构机始发前首先将反力架连接在预埋件的位置，吊装盾构机组件在始发台上组装、调试；然后安装400宽的负环钢管片，盾构机试运转；最后拆除洞门端墙盾构机贯入开挖面加压掘进。 盾构机始发流程见下图： 盾构机始发时临时封堵操作工艺流程如下： 安装反力架、始发台 盾构机组件的吊装 组装临时钢管片、 盾构机试运转 拆除端头维护桩 盾构机贯入开挖面加压掘进（拼装临时管片） 盾尾通过入，压板加 固、壁后回填注浆 端头地层加固 检查开挖面地层 始发准备工作 拆除端头围护桩 掘 进 安装螺栓、橡胶帘布板及钢压板 上拉压板，置于盾构机通过位置 盾尾通过始发口 下拉压板 盾尾同步注浆
浅埋盾构隧道地层变形数值模拟分析 发表时间：2016-06-27T10:59:16.443Z 来源：《基层建设》2016年5期作者：王川1 经根东2 [导读] 本文以石家庄地铁1号线为依托，运用数值模拟的方法对拱顶沉降、隧底隆起和隧道水平收敛进行了研究。 1.石家庄经济学院河北石家庄 050031； 2.南京坤拓土木工程科技有限公司江苏南京 210000 摘要：经过多年的发展，我国盾构法施工技术已趋于成熟并在城市地铁隧道中得到了广泛应用，由于地铁隧道多位于城市中心区域、人口众多、建筑物及市政管线密集分布，隧道埋置深度一般较浅，对地层和隧道结构的变形有着较高要求，有必要对浅埋隧道施工引起的地层变形特性进行研究。本文以石家庄地铁1号线为依托，运用数值模拟的方法对拱顶沉降、隧底隆起和隧道水平收敛进行了研究，总结了浅埋盾构隧道施工引起地层变形分布规律和变形特性，对其他地铁线路的设计和施工有一定的借鉴意义。关键词：盾构法；浅埋隧道；数值模拟；地层变形1 引言 随着经济的不断发展和城市化水平的不断提高，城市道路交通压力日益增大，交通拥堵成为城市发展过程中迫切需要解决的问题之一，为解决这一问题，我国在多个城市进行了地铁隧道的建设。盾构法是一种较为先进的隧道施工方法，经过多年的发展，在我国已经得到了广泛的应用，盾构隧道施工一般是超挖进行的，隧道管片之间存在一定的缝隙，尽管施工中采取同步注浆和二次注浆措施来填补这一缝隙，但仍会造成地层的损失，引起围岩的变形和地面沉降。由于地铁隧道多在城市中修建，人口众多、建筑物密集分布，对地层变形有着较为严格的要求，有必要对盾构隧道施工引起的地层变形规律进行研究。本文以石家庄地铁1号线体北区间为依托，运用数值模拟的方法，对浅埋盾构隧道施工引起的隧道水平收敛、拱顶沉降和地表沉降进行了研究，得出了围岩地层水平位移和土层沉降的分布特征和变形特点，对盾构隧道的设计和施工有一定的借鉴意义。 2 工程概况 体育场～北宋站区间以体育场站为起点，由西向东沿中山东路敷设，至北宋站为终点，线路总长度936.54m，线路纵向坡度呈“V”字型坡，区间覆土厚度约9.2～13.1m，区间环境风险有民心河及跨河桥、DN1500×1500雨水方沟，采用盾构法进行施工，衬砌为C50混凝土管片，采取错缝拼装。 拟建工程场地位于太行山南段山前平原区，地形开阔平坦，地势总体上由西向东缓倾，地层主要为滹沱河冲洪积形成的第四季沉积物，具典型的多沉积旋回的特征。根据地层沉积年代、成因类型划分为人工堆积层（Qml）、新近沉积层（Q4al）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）和第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）四大层。本场地赋存一层地下水，类型为潜水，埋深大于45m，含水层为卵石层。 3 浅埋盾构隧道施工的数值模拟 3.1几何模型的建立 根据圣维南原理，隧道开挖会引起洞径3～5倍范围内应力重分布，故选取几何模型宽度为20m、高度为30m。隧道边界条件为标准固定边界，在左、右边界限制其水平位移，下边界限制其竖直位移，上边界为自由边界，不限定其位移。网格在隧道附近划分较细，在模型的边界则划分较粗，本次模拟共生成1780个节点、5652个网格。衬砌采用具有一定轴向刚度和抗弯刚度的板模拟，各参数值根据相关隧道设计规范进行赋值。 3.2施工过程的模拟 浅埋盾构隧道的施工分为三个步骤进行模拟:首先，开挖掉隧道内土体，冻结对应的土层；然后，激活衬砌板单元和界面单元；最后，由于盾构隧道开挖多为超挖前进，衬砌与围岩不能紧密连接，存在一定的缝隙，尽管施工中多采取措施来消除这一缝隙，但仍存在地层的损失，本例中对衬砌采取2%收缩量来进行模拟。 3.3数值模拟计算结果 浅埋盾构隧道施工完成时地层位移云图如图3.1所示，从图中可以看出，当隧道开挖完成时，由于上部土体的卸荷作用，导致隧底土层的隆起，而隧道拱顶区域土体则因超挖现象下沉，隆起量和沉降量则分别在隧道底部和拱顶部位最大，分别为25.10mm和-19.78mm，并随着与隧道距离的增加而逐渐减小,影响范围为深度25m，宽度20m；隧道水平收敛在拱脚部位最大，拱顶和隧底处最小，最大值为17mm。 盾构隧道施工完成时地表沉降量如图3.2所示，其中横坐标为与模型中线的距离（m），纵坐标为沉降量（mm），从图中可以看出，地表沉降槽曲线形态上为一对称的、近似正态分布的曲线，距离隧道较近部位坡度较陡，沉降量较大，较远部位沉降量则相对较小，沉降槽宽度约为30m，最大沉降量为-6.14mm。
地铁隧道盾构法施工 导语：盾构法施工是一种机械化和自动化程度较高的隧道掘进施工方法，从20世纪60年代开始，西方发达国家大量将这种技术应用于城市地铁和大型城市排水隧道施工。我国近年来也开始在城市地铁隧道、越江越海隧道、取排水隧道施工中采用此项技术，以替代原来落后的开槽明挖或浅埋暗挖等劳动密集型施工方法。 关键词：地铁盾构施工盾构施工技术盾构施工测量点击进入VIP充值通道 地铁盾构机分类及组成 地铁盾构机根据其适用的土质及工作方式的不同主要分为压缩空气式、泥浆式，土压平衡式等不同类型。盾构机主要由开挖系统、推进系统排土系统管片拼装系统、油压、电气、控制系统、资态控制装置、导向系统、壁后注浆装置、后方台车、集中润滑装置、超前钻机及预注浆、铰接装置、通风装置、土碴改良装置及其他一些重要装置如盾壳、稳定翼、人闸等组成。海瑞克公司在广州地铁使用的典型土压平衡式盾构机为主机结构（盾体及刀盘结构）断面形状：圆形、用钢板成型制成，材料为：S335J2G3。主要由已下部分构成：刀盘、主轴承、前体、中体、推进油缸、
铰接油缸、盾尾、管片安装机。主机外形尺寸：7565mm（L）Ｘ6250（前体）Ｘ6240（中体）Ｘ6230（盾尾）。 ①压缩空气式盾构 1886 年Greatbhad 首次在盾构掘进隧道中引了这种工法,该工法利用压缩空气使整个盾构都防止地下水的侵入, 它可在游离水体下或地下水位下运作。其工作原理是利用用压缩空气来平衡水压和土压。传统的压缩空气式盾构要求在隧道工作面和止水隧道之间封闭一个相对较大的工作腔,大部分工人经常处于压缩空气下, 这会对掘进隧道和衬砌造成干扰,为了解决这些问题,又出现了用无压工作腔及全断面开挖的压缩空气式盾构和带有无压工作腔及部分断面开挖的压缩空气式盾构等。 ②土压平衡式盾构 20 世纪70 年代日本就开发土压平衡式盾构,不用辅助的支撑介质,切割轮开挖出的材料可作为支撑介质。该法用旋转的刀盘开挖地层,挖下的渣料通过切割轮的开口被压入开挖腔,然后在开挖腔内与塑性土浆混合。推力由压力舱壁传递到土浆上。当开挖腔内的土浆不再被当地的土和水压固化时就达到平衡。如果土浆的支撑压增大超过了平衡,开挖腔的土浆和在工作面的地层将进一步固化。与泥浆式盾构相比优点在于:无分离设备在淤泥或粘土地层中使用,覆盖层浅时无贯穿浆化的支撑泥浆泄露的危险。 ③泥浆式盾构 1912 年,Grauel 首次建造了泥浆式盾构。该法可以适用于各种松
国内外隧道盾构机技术发展趋势与应用 盾构机是一种专业工程机械，它主要用于在地下施工中开挖隧道。随着盾构掘机的发展，它集成了信息、光、电、传感、液、机、技术于一体，涉及地质、测量、电气、液压、机械、等多门技术，具有土碴运输、土体切削、衬砌隧道等功能，而且对于不同的地质进行相应的方案设计，准确性很高。文章介绍了盾构机的历史及其在具体工程中的应用与发展方向。 标签：盾构机；发展；长沙地铁 盾构机主要由动力部分、顶进主轴、导向系统、刀盘系统、纠偏系统、中继顶进系统、排运岩土机构以及等几个部分组成。盾构掘进机的工作原理就是一个圆柱形的钢件沿隧洞轴线一边对土壤进行开挖，一边同时向前推进。这一钢件壳的作用是负责分担来自周围土层的压力，起到对正在施工作业隧洞的保护以及支撑作用，排土、挖掘、衬砌等作业都在该圆柱组件的支撑下进行。由于工作原理的不同，盾构机主要有混合型、泥水加压式、土压平衡盾构等多种。考虑到盾构机给实际工程带来了极大的便利，因此已经应用于许多地铁、市政、水电、等许多地下工程。 1 盾构机发展溯源 盾构机从发明那天起距今已经有180多年的历史，第一台盾构机诞生在英国，后由日本、德国不断发展壮大。盾构机的发展主要有三个阶段，盾构机的发明，盾构机的发展普及，盾构机的发展完善，随着科技的发展，盾构技术不断完善进步，从而为世界的隧道建设做出了重要的贡献。 1.1 第一台盾构机的诞生 1818年，英国工程师布鲁诺尔在一次偶然的情况下通过船板上的蛀孔，发现这种虫子在前进的过程中利用自身的分泌物涂在孔的周围来支撑周围物质得到启示，后来他完善了构思，发明了一种圆形铁壳，同时利用千斤顶在土壤中推进，在铁壳里的工人一边挖掘，一边衬砌轨道。从此世界上第一台盾构机便问世了。 1.2 盾构机在世界各国进一步发展普及 19世纪末到20世纪初盾构技术相继传入德、日、美等国，并得到了很大的发展。1892年，美国率先发明了掘削工作面封闭不能直接观察到施工面作业的封闭式盾构，必须辅以多种监控装置来控制掘削面工作。1931年苏联利用盾构机建造了莫斯科地铁隧道，施工中首次使用了化学注浆和冻结工法。自此，这种施工方法得以传播，并在全球范围内广受欢迎。 1.3 现代盾构机的进步和完善
盾构隧道急曲线段施工数值模拟分析 发表时间：2019-06-20T09:39:48.747Z 来源：《防护工程》2019年第6期作者：杜亭萱 [导读] 本文利用有限元软件对隧道后靠土体的稳定性进行了估算，并且对周边建筑物的沉降进行了分析，为其他类似项目提供参考。上海市地下空间设计研究总院有限公司 200020 摘要：本文采用数值模拟的方法，对大直径急曲线隧道施工过程进行了数值模拟分析。本工程的最大难点是大直径盾构隧道在S曲线小半径急转弯处运行，平面曲线最小半径仅为500m。在掘进曲线段过程中，内、外千斤顶的受力有一定的差别，盾构推力通过管片传递到盾构后靠土体，可能引起后靠土层的失稳。本文利用有限元软件对隧道后靠土体的稳定性进行了估算，并且对周边建筑物的沉降进行了分析，为其他类似项目提供参考。 关键词：大直径盾构隧道；后靠土体稳定性；周边建筑沉降 1工程概况 1.1项目总体情况 该工程I标段隧道长约8km，其中盾构段约6km，主线设工作井3座，在这三个工作井之间的隧道直线段占本区间隧道长度仅为20%。东西盾构隧道采用单管圆形隧道，管片外径为15m，管片厚度为650mm。盾构隧道最小曲线半径为500m。 1.2工程地质与水文条件 根据岩土勘察报告，场地90m以内分布的土层自上而下的土层分别为①层为填土，②1层~⑤3层为全新世Q4沉积层，⑥层~⑨层为上更新世Q3沉积层。地下水主要有赋存浅层中的潜水，⑤1、⑤2层中的微承压水和⑦层、⑨层中的承压水。盾构主要穿越地层为：⑤1粉质黏土、⑤3-1粉质黏土夹粉砂、⑥粉质黏土、⑦1粉砂、⑦2粉细砂、⑧1-1黏土等。 1.3周边环境情况 在分析区段内，区间隧道的转弯半径只有500m。且周边环境较为敏感，沿线建筑众多，下穿别墅区、公寓及政府管理中心。这些建筑均采用浅基础形式。 2盾构隧道施工有限元模拟 2.1土体本构模型 为了更加精确的模拟施工过程，土体采用修正摩尔库伦模型（Modified Mohr-Coulomb）。该模型与硬化土模型（Hardening Soil）相似，是由弹塑性模型和非线性弹性模型组合而成，较为适用于淤泥和砂土。相对于摩尔库伦模型，这个材料模型更加详细，弹性模量可根据加载和卸载设置为不同的值。修正摩尔库模型可以模拟不受剪切破坏或压缩屈服影响的双硬化行为。 2.2 基本参数 2.2.1模型介绍 本次分析的分析区段选在盾构从1号工作井出发后的一段共计300m。此阶段为整个急曲线盾构过程中覆土最浅的地方，较其他区段更为不利。然而，在此区敏感性建筑较少，因此，在荷载选择上，将较为敏感的建筑物分配到此区段，观察建筑基础沉降，以获得最不利情况下的沉降值和倾斜值。 所建的三维模型包含隧道管片结构，隧道周围同步注浆浆液，盾构机壳以及周围土体。在此区段内，隧道主要位于⑤1粉质黏土层。 2.2.2模型假定 模型假定： ◆盾构机楔形量不考虑，假定盾尾脱离管片后，在盾构机尾部形成均匀环形盾尾间隙。 ◆假定同步注浆过程中，浆液完全填充盾尾间隙，并对周围地层施加与注浆力相等的径向均匀压力。 ◆忽略浆液和土体之间的渗透作用，认为浆液充填盾尾间隙后对土体产生挤压效应；不考虑浆液性能和土体变形的时效性，土体变形在浆液填充满整个间隙之后瞬时发生[1]。 ◆采用水土合算的计算方法，不考虑水的渗流作用。 ◆土体本身的变形与时间无关，即不考虑土体的固结作用。 ◆忽略浆液重度对掘进力和同步注浆力的影响。 ◆忽略隧道衬砌管片之间的螺栓连接。 2.2.3材料参数 （1）盾构机壳 盾构机壳采用壳单元，为弹性材料。根据盾构机基本参数，盾构机弹性模量为210GPa，考虑到盾构机壳有许多钢支撑，盾构机壳刚度非常大，在掘进过程中，盾构机壳不会产生超过衬砌产生的变形。考虑如上因素，在模型中，假定盾构机壳刚度不低于衬砌刚度。（2）隧道衬砌 盾构衬砌是由多个混凝土管片拼装而成的，各相邻管片之间通过螺栓连接。由于环向接头的存在，环向接头的抗弯能力比无接头处的位置处削弱很多，因此管片的力学性能与刚度均匀的情况下相比，有很大差别。在分析中采用等效刚度模型模拟管片，考虑管片接头的存在使管片环整体刚度降低，折减系数为η（η<1），即假设管片为刚度为ηEI的圆环。国外做了大量的管片接头试验，根据其研究成果，本次参数η大致取值为0.6~0.8[2]。 （3）注浆材料 当拼好的管片从盾尾脱离出来时，因为在开挖面和管片之间存在间隙，土体失去支撑，将会坍落于管片上，造成较大的地层变形，对地面上方的建筑会产生破坏性的影响，因此，需要采用同步注浆的方法，在盾构机一边前进的同时，在盾尾不断注浆以填充此间隙，通过不断加压，使注浆材料在充入间隙后，没有达到与土体相同强度前，能保持一定的压力，从而控制地面沉降[3]。根据注浆试验，注浆材料早期抗剪强度为1kpa，注浆材料采用摩尔库伦模型，使用实体单元模拟。
进一步减小。通常我们以各组油缸行程的差值的大小来判断是否应该拼装转弯环，在两个相反的方向上的行程差值超过40mm时，就应该拼装转弯环进行纠偏，拼装一环转弯环对油缸行程的调整量见表1，也就是拼装1环10点左转弯环，可以使左、右两组的油缸行程差缩小38mm。 德国海瑞克公司的土压平衡式盾构机，如图3所示，10对推进油缸分为A、B、C、D四组，分别代表上、右、下、左四个方向。油缸行程可以通过位移传感器反映在显示屏上，通过计算各组油缸之间的差值，就能进行正确的管片选型。下面举例说明： 现有一组油缸行程的数据如下： B组（右）：1980mm C组（下）：1964mm D组（左）：1934mm A组（上）：1943mm 左右行程差为：D－B=1934－1980=－46mm 上下行程差为：A－C=1943－1964=－21mm 图油缸分区图 由上可以看出，盾构机的轴线相对于管片平面向左上方倾斜。在对这环管片进行选型的时候，就应选择一环左转弯环且还要有向上的偏移量。对照表1后得出，此环应选择左转弯环在1点拼装。拼装完管片后掘进之前油缸行程的初始数据理论为：A组（上）：454mm B组（右）：465mm C组（下）：453m D组（左）：450mm。这样左右与上下的油缸行程差值基本控制在20mm之内，有利于盾构掘进及保护管片不受破坏。（如果上述数据在左转弯曲线上，下一环管片仍安装一环左转弯环管片，那么盾构姿态基本调整过来）。 4、盾构间隙与油缸行程之间的关系 在进行管片选型的时候，既要考虑盾尾间隙，又要考虑油缸行程的差值。而油缸行程的差值更能反映盾构机与管片平面的空间关系，通常情况下应把油缸行程的差值作为管片选型的主要依据，只有在盾尾间隙接近于警戒值（25mm）时，才根据盾尾间隙进行管片选型。 3、影响管片选型的其他因素 3.1 铰接油缸行程的差值 目前地铁盾构工程中大多采用的是铰接式盾构机，即盾构机不是一个整体，而是在盾构机中体与盾尾之间采用铰接油缸进行连接，铰接油缸可以收放，这样就更加有利于盾构机在曲线段的掘进及盾构机的纠偏。铰接油缸利用位移传感器将上、下、左、右四个方向的行程显示在显示屏上，当铰接油缸的上下或左右的行程差值较大时，盾构机中体与盾尾之间产生一个角度，这将影响到油缸行程差的准确性。这时应当将上下或左右的行程差值减去上下或左右的铰接油缸行程的差值，最后的结果作为管片选型的依据。（海瑞克盾构铰接油缸有三种模式，锁、收和自由放开，当盾构在直线上，盾构姿态很好，可以使用锁定模式，当
盾构机 盾构机是盾构法施工中的主要施工机械。盾构施工法是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法，它使用盾构机在地下掘进，在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。其施工过程需先在隧洞某段的一端开挖竖井或基坑，将盾构机吊入安装，盾构机从竖井或基坑的墙壁开孔处开始掘进并沿设计洞线推进直至到达洞线中的另一竖井或隧洞的端点。 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。 盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时文撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。 盾构机施工主要由稳定开挖面、挖掘及排土、衬砌包括壁后灌浆三大要素组成。其中开挖面的稳定方法是其工作原理的主要方面，也是区别于硬岩掘进机或比硬岩掘进机复杂的主要方面。大多数硬岩岩体稳定性较好，不存在开挖面稳定问题。 盾构机根据其适用的土质及工作方式的不同主要分为压缩空气式、泥水式，土压平衡式盾构机等不同类型。泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里
面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆 重复使用。土压平衡式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为 稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土 料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度 和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。 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30年来，通过对土压平衡式、泥水式盾构机中的关键技术，如盾构机的有效密封，确 保开挖面的稳定、控制地表隆起及塌陷在规定范围之内，刀具的使用寿命以及在 密封条件下的刀具更换，对一些恶劣地质如高水压条件的处理技术等方面的探索 和研究解决，使盾构机有了很快的发展。国外主要生产厂家有日本三菱重工人川 崎重工、日立造船、德国海伦克内希特(Herrenknecht AG)公司等。盾构机尤其是土压平衡式和泥水式盾构机在日本由于经济的快速发展及实际工程的需要发展很快。德国的盾构机技术也有独到之处，尤其是在地下施工过程中，保证密封的前 提以及高达0.3MPa气压的情况下更换刀盘上的刀具，从而提高盾构机的一次掘进长度。德国还开发了在密封条件下，从大直径刀盘内侧常压空间内更换被磨损的 刀具。 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 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，现代盾构掘 进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土 碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液 压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁
地铁隧道常用管片特点与选型计算 （王国义中铁十三局集团第二工程有限公司，广东深圳 518083） 内容提要：盾构作为地铁隧道施工的主要设备在中国迅速发展，管片作为地铁隧道的永久衬砌应用非常广泛，管片选型的好坏直接影响到地铁隧道的精度和质量，甚至达到隧道重新修改设计线路的严重后果。从现在最常用管片的特点开始着手，着重讲述现今应用普遍的等腰梯形转弯环管片的楔形量计算、管片排版计算及盾构管片选型依据，首次提出根据实际拼装管片和设计隧道中心线的偏离值与盾构自动导向系统生成管片的偏差相比较，校核人工测量和盾构自动导向测量的准确性理论，对地铁盾构施工有一定的指导作用。 关键词：管片；转弯环；楔形量；选型；校核 1 引言 在国内各大城市地铁隧道工程中，目前已越来越多地开始使用盾构来掘进区间隧道，用预制钢筋混凝土管片[1]作为永久衬砌。成型管片的质量直接关系到隧道的质量，而隧道的成型质量直接受到管片选型好坏的影响。这就需要在盾构施工中掌握管片技术参数及管片楔形量计算知识，达到能够灵活选用盾构[2]管片，保证盾尾间隙和管片成型质量之目的，同时实际成型隧道位置是否正常直接影响到隧道的最终验收及使用。 2 常用地铁管片的特点 目前在地铁隧道盾构施工中，各个大中城市主要采用标准环和转弯环管片对设计隧道平纵曲线拟合，管片一般分为标准环、左转弯环、右转弯环三种管片，每环管片一般由六块管片组成，三块标准块，两块邻接块，一块封顶块，由盾构上的拼装机[3]拼装成一个整环(如图1)。 2.1 地铁常用管片技术参数(如表1) 表1 地铁常用管片技术参数
图1 右转弯环管片示意图 2.2 管片拼装点位的分布 管片成型的隧道为了能够达到很好的线形，完成隧道的左转弯、右转弯、上坡、下坡等功能，需要使用不同的楔形量管片[4]，这就要求转弯环管片有不同的位置来达到此目的。 现在常用的地铁管片一般采用错缝拼装，有10个点位，来达到转弯所需要的不同楔形量。管片拼装点位是以封顶块的中线位置来叙述的(管片拼装点位如图2)，转弯环不同的拼装点位在平曲线中有不同的楔形量，达到不同的转弯半径[5]。 为了能够顺利拼装管片，左转弯环或右转弯环一般拼装1、2、3、8、9、10这六个点位。 83 图2 管片拼装点位图 2.3 管片楔形量的计算
盾构隧道掘进机 1 基本简介盾构隧道掘进机，简称盾构机。是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。 2 发展历程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30年来，通过对土压平衡式、泥水式盾构机中的关键技术，如盾构机的有效密封，确保开挖面的稳定、控制地表隆起及塌陷在规定范围之内，刀具的使用寿命以及在密封条件下的刀具更换，对一些恶劣地质如高水压条件的处理技术等方面的探索和研究 解决，使盾构机有了很快的发展。盾构隧道掘进机据不完全统计，目前国外盾构机的主要制造厂有18家，集中在日本和欧美，如日本的三菱重工、川崎重工、小松制作所、日立造船、石川岛播磨重工，德国的海瑞克公司、维尔特公司，美国的罗宾斯公司，加拿大的罗法特公司等。各个厂家可以根据不同的地质条件和不同的工程对象，以及使用单位
的不同要求，设计、生产出不同直径、不同类型、以及有特殊要求的盾构机，以满足用户的需要，其工艺和设备先进。（一）日本三菱重工（MitsubishiHeavyIndustries,Ltd.） 日本三菱是一家具有100多年历史的企业集团，目前的经营范围除保持传统的造船业、汽车制造业和化工业外，还涉及金融领域，近些年来并涉足核能源、宇宙航天、生态环境和深海开发等尖端技术领域；其属下的直系企业有29家，三菱重工是其中的一家，为世界各地提供软、硬土盾构掘进设备的建设机械部是三菱重工旗下神户造船所的一个分支。 从1939年制造日本第一台手掘盾构机起，至2003年神户造船所就一共制造了1608台盾构机，其中包括土压平衡、泥水平衡、双圆、三圆、MMST等各种类型，数量和种类可谓世界第一，技术居国际之首。如开挖英法海峡交通隧道用的盾构机，其中就有两台是该公司制造的。曾向法国里昂地区提供直径为11m的土压平衡式盾构机，为上海延安东路第二条过江隧道工程生产泥水加压式盾构机，为东京湾海底隧道生产了直径14.14m的泥水加压式盾构机等。在这1608台盾构中，日本三菱创造了多个第一。除第一台日本手掘盾构外，1970年三菱制造了日本最早的泥水盾构，直径 7290mm；1986年制造了马蹄形机械挖掘盾构；1989年为英法海峡隧道提供了2台土压盾构；1991年制造了马蹄形的ECL盾构；1992年为法国里昂高速公路制造了直径为
地铁盾构隧道施工技术现状 发表时间：2019-04-26T15:54:01.173Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第36期作者：张磊翟宝伶[导读] 利用盾构法进行地铁工程建设有利于进行隧道挖掘，而隧道挖掘工作是地铁工程建设中最重要的内容。天津国际工程建设监理公司天津市 300191 摘要：随着我国私家车数量的不断增多，交通拥堵已成为城市发展难题之一，空气质量也受之影响，在一定程度上阻碍了社会的发展。在低碳环保，科学发展观的践行之下，必须行，绿色出行为前提下，乘坐公共交通地铁的出行为交通拥堵疏解了巨大的压力。截止目前，我国的很多城市都已经有了正式的轨道交通，并且各种线路在逐渐的发展和扩大，地铁轨道的运行在我国有了很大的突破和进步，取得了很大的成绩，对于社会的发展具有很强的推动作用。地铁轨道的优点较多，例如地下轨道交通快捷，节约资源，对环境破坏较小，以及可以抵抗自然风雪的伤害，安全舒适。当然地铁的运行离不开地下隧道，盾构法作为地铁工程建设的常用方法，在地铁工程建设中发挥了至关重要的作用。利用盾构法进行地铁工程建设有利于进行隧道挖掘，而隧道挖掘工作是地铁工程建设中最重要的内容。 关键词：地铁；盾构；隧道；施工技术 1盾构的分类 盾构机按其适用的地质情况不同主要分为泥水式盾构机、土压平衡式盾构机等类型。下面简单介绍通用的两种：泥水盾构机是在盾构机前面设置挡板，与刀盘泥浆槽之间形成稳定的开挖面，泥土进入泥浆仓内，形成一个不透水的薄膜在掌子面以此为张力来保持水压力，与开挖面的土压和水压之和保持平衡。挖出的土泥以泥浆的方式运输到地面，然后泥浆和水通过处理设备将泥土分离出来，分离出来的泥水经过处理后再循环利用到开挖中。 土压平衡盾构机是当盾构机向前推时，通过前面刀盘旋转切削土体切下来的土被运到土仓。当土仓被削下来的土填满时，被动土压力与开挖面上的土压和水压力之和保持平衡，因此实现掌子面平衡。 2盾构法施工的原理 盾构法开挖隧道本质上就是在盾构机开挖的过程中同步进行管片的拼装和盾尾注入浆体。根据开挖面所处的土层条件等状况，选择相应的盾构机机型。现在常见的形式包括密闭式、敞开式、土压式、泥水式等类型的盾构机。盾构机开挖隧道的施工过程：1.在隧道两端各建造一个盾构工作井：2.在两端的工作井处分别安装盾构设备；3.当盾构区间较长时宜进行设置中间维修井并在起始工作井处由千斤顶来提供推力使盾构机从开孔位置顶出；4.盾构机进行掘进时是根据设计位置来开挖并在开挖过程中管片安装和土体的排出同步进行；5.对盾尾的注浆必须及时用以固定衬砌管片的位置和减小土体的变形。盾构机在开挖的整体流程下存在的重要技术分为四块：1刀盘切入土层过程2开挖土层过程3盾构时管片衬砌的安装过程和最后的盾尾同步注浆过程。 （a）切入土层：盾构顶推力的大小是由本身存在的千斤顶来进行支持，当盾构的切口环进入到土体所顶进的长度和千斤顶所顶进的距离相对等。 （b）土体开挖：相对应地区的地质特性和机械的类型不同所进行的开挖方式也会有着千差万别。具体开挖方式有：网格式机械切削式敞开式和挤压式等开挖方式。 （c）衬砌拼装：在地质情况或承载力较小时一般会使用衬砌管片预制拼接来施工，同时根据设计要求存在其他的衬砌施工方法例如现浇式和复合式。 （d）盾尾同步注浆：在实际盾构开挖过程中盾构机开挖出的洞口大小比要拼接管片外径还要大一些，所以在盾构继续开挖时前期拼装好的管片会受到周围围岩作用并在盾尾通过后形成盾尾空隙。这种空隙在盾构施工中是一种十分严重的问题，如果没有对空隙及时的进行填充就会严重影响到管片的整体安全性。 3盾构隧道工程施工工艺 3.1盾构机进出洞时作业控制 地铁工程施工人员在进行盾构机的进出洞操作时，必须对作业、操作进行严格控制。利用盾构机挖掘隧道，必然会涉及到盾构机的进出洞，而这一过程的作业控制直接关系到盾构法的施工质量。如果盾构机进出洞操作出现问题，则整个地铁工程建设都有可能失败。为此，施工人员必须充分重视盾构机的进出洞作业控制。通常情况下，盾构机首先进行进洞作业，而后再进行出洞作业。在盾构机进行进洞作业之前，施工人员必须明确地铁隧道的作业路线，避免出现较大的轴线误差。同时，施工人员还应仔细勘察施工路线周围的环境，根据实际情况进行具体的操作。如果存在威胁盾构机施工作业的潜在因素，则必须在作业前制定好预防措施以及应急措施，避免在施工过程中出现重大事故，干扰盾构机的顺利施工。在进行盾构机的出洞作业前，施工人员需彻底审查各项工作，避免存在漏洞影响出洞作业。 3.2盾构机挖掘施工时作业控制 盾构机的挖掘作业是地铁施工盾构法的主要工作，此项作业在地铁工程建设的盾构施工中具有十分重要的作用。在盾构机进行挖掘施工的过程中，应尽量避免挖掘施工对周边土层产生较大影响，以保证开挖土层的稳定性。要减少盾构机挖掘施工对周边土层稳定性产生的影响，施工人员必须在挖掘作业前科学合理地调整盾构机的参数。同时，在挖掘施工过程中，使用人员应注意盾构机的姿态，避免盾构机因姿态问题影响挖掘工作的顺利进行。盾构机的姿态不仅会影响挖掘工作的进行，还会影响管片作业的拼装质量。为此，在盾构机的挖掘施工过程中必须严格控制其姿态。盾构机的姿态控制与注浆方式、盾构坡度等各项参数具有十分密切的关系，只有在控制好各项参数的前提下才能真正实现对盾构机姿态的有效控制。盾构机各项参数量的控制需要建立在可靠的测量工作之上，在进行可靠性的测量之后，才能实现对盾构机各项参数量的精准控制。此外，要将土体压力控制在可控范围内，还需严格调控盾构机的前进速度和排土容量。 3.3推进操作和纠偏 盾构在实施的时候，首先需要对围岩的范围进行观察，以此确保实施的安全性，实时对千斤顶的行程和推力进行观察，沿既定路线方向准确掘进。因此，有必要正确推进盾构的运行，随时纠正偏差。盾构掘进过程中，为了保证盾构掘进功能在计划路线上的正确性，防止偏移、偏转和俯仰，应适当调整千斤顶行程和推力，破坏不方便掘进面的稳定性。一般采用开挖后立即推进。或者一边挖一边推。因此，任何时候都要正确操作屏蔽体，任何时候都要进行纠偏的路线。
盾构掘进隧道工程施工及验收规范 条文说明 1 总则 1.0.1编制本规范的目的是为加强盾构掘进隧道的施工管理，确保施工过程的工程安全、环境安全和工程质量，统一盾构掘进隧道工程的施工技术和质量验收标准。本规范不包括盾构隧道的设计、使用和维护方面的内容。 1.0.4本规范是对盾构掘进隧道结构工程施工技术和工程质量的最低要求，应严格遵守。因此，承包合同（如质量要求等）和工程技术文件（如设计文件、企业标准、施工技术方案等）对工程技术和质量的要求不得低于本规范的规定。 当承包合同和设计文件对施工质量的要求高于本规范的规定时，验收时应以承包合同和设计文件为准。 1.0.5盾构掘进隧道工程施工期间，应对邻近建（构）筑物、地下管网进行监测，对重要的有特殊要求的建筑物，应及时采取注浆、加固、支护等技术措施，保证邻近建筑物、地下管网的安全。 1.0.6盾构掘进隧道的施工及验收应满足现行国家标准《地下隧道工程施工及验收规范》（GB50299－1999）（二○○三年版）和施工项目设计文件提出的各项要求。 凡本规范有规定者，应遵照执行；凡本规范无规定者，应按照有关现行标准执行。
2 术语 本章给出了本规范有关章节中引用的13条术语。因盾构及施工技术都是新技术，目前在术语上存在地区和习惯差异，通过本规范统一盾构施工和验收的相关术语。 在编写本术语时，主要参考《地下铁道设计规范》、《地下铁道、轻轨交通岩土勘察规范》、《地下铁道、轻轨交通测量规范》、《地下铁道工程施工及验收规范》、《地下铁道设计施工》等规范和图书总结并统一出来的相关术语。 本规范的术语是从盾构掘进隧道的施工和验收角度赋于其含义，但含义不一定是术语的定义，同时还给出相应的推荐性英文术语，该英文术语不一定是国际通用的标准术语，仅供参考。