盾构法隧道防水堵漏技术
铁工
1401班 第2组
组长：常博
组员: 赵 昶 郭相凯 王同祥
刘 鹏 袁自程
目 录
一、国内外隧道建设及防水情况……………………………………2
二、盾构法隧道的防水设计…………………………………………2
1、管片结构的自防水…………………………………………………3
2、管片外防水涂层……………………………………………………3
3、管片接缝防水………………………………………………………4
4、注浆防水……………………………………………………………7
5、盾尾防水密封………………………………………………………7
三、盾构法隧道的堵漏………………………………………………7
1、盾构法隧道渗漏水的原因…………………………………………8
2、盾构法隧道渗漏水的措施…………………………………………8
四、总结………………………………………………………………9
共 9页 第 1 页摘 要 介绍国内外盾构法隧道防水堵漏的技术方法，分析隧道渗漏水的机理，总结盾构法隧道防水堵漏技术措施，以及一些常见问题及其应对措施。
关键词 城市地铁 防水技术 隧道防水 隧道堵漏
一、国内外隧道建设及防水情况
国内外已建成大量地铁、隧道，逐步形成了较成熟的结构设计计算理论与工程实践体系，但是在隧道及地下工程的防水方面认识则相对落后。地铁不可避免地要经过含水量较高的地层(如上海地铁所处地层大多为饱和含水软粘土层)，所以必将受到地下水的有害作用。如果没有可靠的防水、堵漏措施，地下水就会侵入隧道，影响其内部结构与附属管线，乃至危害到地铁的运营安全和降低隧道使用寿命。
盾构隧道渗漏水的位置是管片的接缝、管片自身小裂缝、注浆孔和手孔等。其中以管片接缝处为防水重点。通常接缝防水的对策是使用密封材料，以西德为代表的欧洲方面，采用非膨胀合成橡胶，靠弹性压密，以接触面压应力来止水，以耐久性与止水性见长。以日本为代表的方面，则采用水膨胀橡胶，靠其遇水膨胀后的膨胀压止水。它的特点是可使密封材料变薄、施工方便，但耐久性尚待验证。国内主要采用水膨胀橡胶，并已开始研究开发水膨胀类材料与密封垫两者的复合型。
二、盾构法隧道的防水设计
一般而言，盾构法隧道防水的原则是“以防为主、多道防线、综合治理”。盾构法隧道防水主要要求是在一定的水压作用下，除了管片必须具有防水抗渗能力外，更应满足管片环纵缝在预定张开量下的
共 9页 第 2 页防水能力。其防水施工的内容主要包括：管片自防水、管片外防水涂层、管片接缝防水(弹性密封垫防水、嵌缝防水、螺栓孔防水、二次衬砌防水）、注浆防水、渗漏处理(盾尾充填注浆等)。
1、管片结构的自防水
管片结构自防水是防水的根本，只有衬砌管片混凝土满足自防水的要求，隧道的防水才有了基本保证。
因此，管片结构的自防水是盾构法隧道防水的首要措施，在设计和施工中，主要通过满足管片混凝土的抗渗要求和管片预制精度要求来实现。盾构法隧道衬砌管片多用外加剂防水混凝土，抗渗可达 S12以上，渗透系数 K<（10～11）cm/s。管片的自防水应在管片制作中解决，其主要要求与措施应是：
(1)保证强度；
(2)生产时不允许产生裂缝；
(3)限制水泥用量，控制水灰比、坍落度，控制砂石含泥量，添加高效减水剂和活性填桃磨细粉煤灰、高炉矿碴粉或硅粉)等外掺剂；
(4)管片采用蒸气养护或浸水养护等；
2、管片外防水涂层
管片外防水涂层需根据管片材质而定，凡有较深裂纹的管片一般都要增加外防水涂层。对钢筋混凝土管片而言，一般要求：
①涂层应能在盾尾密封钢丝刷与钢板的挤压磨损条件下保持完好，不损伤、抗渗水；
②当管片弧面的裂缝宽度达0.3mm 时，仍能抗0.8MPa 的水压，共 9页 第 3 页长期不渗漏；
③涂层应具有防迷流的功能，其体积电阻率、表面电阻率要高：
④涂层应具有良好的抗化学腐蚀、抗微生物侵蚀能力和足够的耐久性，且无毒或低毒；
⑤涂层要有良好的施工季节适应性，施工简便，成本低廉。
管片外防水涂层，除应涂抹于管片背面外，还应涂抹在环、纵面橡胶密封条外侧的混凝土上。但应指出，若管片制作质量高，采用抗侵蚀水泥，不做外防水层也是可以的。
3、管片接缝防水
管片接缝防水是盾构法隧道防水的核心，而管片接缝防水的关键是接缝面防水密封材料的采用及其设置。管片接缝防水措施主要包括：密封垫防水、嵌缝防水、螺栓孔防水、二次衬砌防水等。(1)弹性密封垫防水
在使用高精度管片的基础上，采用弹性密封原理、线性密封方式、密封材料预制成型施工法，制成具有特殊断面形式的弹性密封垫。它通常加工成框形、环形，套裹在环片预留的凹槽内，形成线防水。弹性密封垫防水的各种要求： ① 功能要求
短期防水要求密封材料因压缩产生的接触面应力大于设计水压力；长期防水要求接触面应力不小于设计水压力；密封垫在设计水压力下允许张开值应满足下式：
≤BD/(ρmin-0.5D)十0 十S------（1—1）
共 9页 第 4 页式中： δ--环缝中弹性防水密封垫在设计水压力下允许的缝张开值(mm)；
ρmin--隧道纵向挠曲的最小曲率半径(mm)； D--衬砌外径(mm)； B--管片宽度(mm)；
0--生产、施工中可能产生的环缝间隙(mm)；
S--邻近建筑物引起的接缝张开值(mm)。
② 耐久性要求
包括防水功能耐久性、耐水性、耐动力疲劳性、耐干湿疲劳性、耐化学腐蚀性等。③ 密封材料种类
可分为单一材料的、合成材料的及水膨胀的。现多采用水膨胀橡胶。它大大改善了盾构法隧道的防水性，是今后的发展方向。在设计时必须根据实际情况确定合适的膨胀倍率、膨胀时间及环境可能造成的影响。(2)嵌缝防水
嵌缝防水是以接缝弹性密封垫防水作为主要防水措施的补充措施。即在管片环缝、纵缝的内侧设置嵌缝槽，用止水材料在槽内嵌填密实来达到防水目的。
嵌缝填料要求具有良好的不透水性、粘结性、耐久性、延伸性、抗老化性，特别要能与潮湿的混凝土良好结合，并具有不流坠的抗下垂性，以便在潮湿环境下进行施工。目前多采用环氧树脂、聚硫橡胶、共 9页 第 5 页聚氨脂、环氧焦油等作为嵌缝材料。
嵌缝作业在环片拼装完成后过一段时间才能进行，亦即在盾构推进力对它无影响，衬砌变形相对稳定时进行。(3)螺栓孔防水
螺栓孔防水也是管片接缝防水的一种补充方式。管片拼装完成后，若管片接缝外侧的防水弹性密封垫止水效果好，一般不会从接缝内侧的螺栓孔发生渗漏。但在密封垫失效和环片拼装精度差的部位，螺栓孔处会发生渗漏，因此，必须对螺栓孔进行专门的防水处理。
目前，我国普遍采用橡胶、聚乙稀及合成树脂等做成环形密封垫圈，靠拧紧螺栓时的挤压作用充填到螺栓孔间，以达到止水的目的。在日本，采用塑料螺栓孔套管进行防水，（4）二次衬砌防水
在管片的上述接缝防水措施不能完全满足止水要求时，可在其内侧再浇筑一层素混凝土或钢筋混凝土二次衬砌，构成双层衬砌。
二次衬砌做法各异，主要有直接在管片内侧浇筑混凝土内衬砌；在管片内表面先喷一层15～20mm厚的找平层后，粘贴油毡或合成橡胶类防水卷材，再在防水卷材内侧浇筑混凝土内衬。混凝土内衬的厚度根据防水及施工的需要确定，一般为150～300mm。
目前，大多数国家都致力于研究解决单层衬砌防水技术，逐步以单层衬砌防水取代二次衬砌防水，从而提高盾构法隧道建造的经济效益。
4、注浆防水
共 9页 第 6 页当管片脱 离盾尾后, 在土体与管片之间会形成一道宽度为115mm~ 14 0mm左右的环形空隙。
同步注浆的目的是为了尽快填充环形间隙使管片尽早支撑地层, 防止地 面变形过大, 同时也对后期运营时的渗漏水有很大的作用。在盾构法隧道施工中注浆是一道基本程序, 对注浆 的控制主要表现 在对注浆量、注浆压力和注浆材料的控制。对注浆工艺也在进行不断的改革和创新。
5、盾尾防水密封
盾构推进中, 拼装管片是在盾壳的保护下进行的。为此,在盾尾和管片外壁之间间隙中装有阻挡泥沙密封的盾尾密封装置。盾尾密封装置一般为刷式密封,通常设置2或3道密封.密封腔之间应该填满润滑油脂等。提高密封的耐磨性。盾尾密封油脂有密封、防蚀和减少钢丝刷(严格说是钢丝刷与小弹簧钢片 的组合)磨损的效果, 并共同阻挡土层泥砂与盾尾注浆材料 回流。
盾尾封油脂应具有耐水压性、耐水冲性、可泵性、与金属附着力和保油性等。此外, 油脂应不侵蚀橡胶密封垫,不易附着在管片混凝 土表面, 以及设有难燃型的品种.此外还必须要求盾尾密封油脂的生物降解性,以减少对环境的污染。
三、盾构法隧道的堵漏
渗漏水调查是堵漏过程中的首要环节。调查的内容一般侧重于漏水或漏泥的位置和型式、混凝土管片的损坏情况等。主要是查清渗漏水的原因和水的渗入途径，并由此制定渗漏水治理方案。
共 9页 第 7 页盾构法圆环隧道的渗漏水治理效果很大程度上取决于堵漏作业人员的经验。而缺少严格、正确的渗漏水调查也是堵漏失败的一大原因，这一点必须得到足够的重视。
1、盾构法隧道渗漏水的原因
(1)管片壁后注浆的质量差、充填不密实，不能使围岩和衬砌整体协调受力，造成受力不均，局部变形过大，首道防水层失去作用而引起渗漏水。
(2)管片在制作时养护不合理、水灰比过大，出现气孔和微裂纹。
(3)管片在运输、拼装中受挤压、碰撞、缺边掉角。
(4)遇水膨胀橡胶密封垫粘贴不牢，或过早浸水使膨胀止水效果降低。
(5)管片拼装质量差、螺栓未拧紧，造成接缝张开过大，手孔、注浆孔等薄弱部位封孔质量差，螺栓孔未加防水密封垫圈等。
2、盾构法隧道渗漏水的措施
(1)对于集中成片渗漏区，宜利用环片注浆孔注浆壁后回填。即钻穿注浆孔，再注入超细早强水泥浆、有溶性聚氨酯浆液等堵漏。
(2)对于管片环缝、纵缝的局部线漏、滴漏，宜采用钻新孔环片壁后注浆堵漏。具体方法是：在渗漏严重处先打一小孔，直径一般为2-3cm，插入塑料细管引排渗漏水，同时插入注浆管，向管片壁后压注水玻璃水泥浆、聚氨酯浆等材料封堵渗漏水通道。当确认不渗漏水时剪断注浆管，最后用快凝水泥封闭孔及周边缝。
(3)对于管片裂缝引起的渗漏水，可根据裂缝宽度，按如下两种
共 9页 第 8 页情况处理：
① 宽度大于0.2mm 的裂缝应先注浆堵漏，再用氯丁胶乳、丙烯酸乳液等进行表面涂抹封闭裂缝，这些材料具有很大的弹性、粘结性和自身强度，能适应裂缝以后的发展变形。
② 宽度小于等于0.2mm 的微裂缝，据实践调查表明，在具有一定厚度(300mm 以上)和承受的水压不大时，不会出现影响隧道使用的明显渗漏；当水压不太大时，会出现潮湿裂缝或轻微渗漏水，这时混凝土的裂缝具有自愈能力，同时渗漏水对钢筋锈蚀影响也不明显。
因此，处于地下水中的混凝土裂缝的允许宽度，其上限一般定为0.2mm。对于这类型裂缝，只需采用 AS 混凝土墙面涂料、SWF 水泥密封材料等作表面涂刷封闭处理，即能达到堵漏的要求。
四、总结
盾构法施工隧道的防水，必须采取“以防为主，多道防线，综合治理，标本兼治”的原则。不但要从防水设计、施工着手，还要从衬砌结构设计、管片拼装质量、控制隧道的后期不均匀沉降等方面进行综合处理。经过合理正确的设计，精心科学的施工，可靠的质量保证体系，相信可以取得预计的效果。
1 盾构隧道渗漏水的主要原因
1.1 管片自身原因
管片生产过程中, 若设置密封垫的沟槽部位混凝土不密实, 有水泡、气孔等缺陷, 在管片拼装完成后, 水会绕过密封垫, 从水泡、气孔处发生渗漏。
1.2 掘进过程产生的问题
在隧道掘进过程中, 由于推力不均匀会造成管片受力不均而产生裂纹、贯穿性断裂等渗水隐患;在掘进困难时, 推力过大也会造成管片产生裂纹而发生渗漏。
1.3 拼装过程产生的问题
1) 管片存在泥土等杂物未清理, 导致拼装过程出现空隙形成渗水隐患。
2) 拼装K块 (封顶块) 时, K型密封条损坏, 造成渗漏水。
3) 管片螺栓紧固过早或不到位, 导致管片整体未压实而形成渗漏。
1.4 成型隧道位移产生的问题
管片与隧道初支间的空隙较大且不均匀, 注浆时操作难度大、填充效果差, 从而导致顶部回填注浆难以密实, 极易发生管片上浮或侧移, 造成管片破损, 引起渗漏[1]。
2 盾构隧道防水技术
2.1 管片背侧面防水
通过盾构隧道同步壁后注浆、再次注浆, 在控制隧道沉降、改善衬砌受力状况的同时, 起到加强衬砌和盾尾间隙充填及防渗的作用。
2.2 衬砌接缝防水
弹性密封垫是隧道衬砌接缝的首道防水线, 通常加工成框形, 套裹在衬砌预留的密封槽内, 形成线状防水。弹性密封垫主要有氯丁橡胶和遇水膨胀橡胶两类, 前者依靠压缩密封、弹性复原适应变形, 后者除了靠压缩密封, 更利用吸水性树脂遇水膨胀, 以水止水达到密封的目的。
2.3 螺孔密封
衬砌接缝一旦密封, 螺孔便成了渗水隐患。将螺孔设计成锥形, 并在螺栓端部设置遇水膨胀密封圈, 以防螺栓、螺帽、垫片与螺孔混凝土的间隙渗水。
2.4 回填注浆
回填注浆是利用适当的注浆材料, 对盾构盾尾的间隙和由掘进产生的扰动范围迅速填充, 以防地层变动并使作用于隧道的土压力得以均布。回填注浆应选择和易性好、强度高, 能保持长时间塑性的材料, 充分回填到管片背部, 形成一定厚度的充填层, 以防止隧道偏心受压, 接缝裂开而造成渗漏[2,3]。
盾构推进二次注浆及补压浆示意, 见图1。
3 注浆防水
3.1 单液水泥注浆
水泥由于来源丰富、价格低廉, 固结后强度高、抗渗性能好、耐久性强等优点, 常被用于单液注浆系统中。但是水泥浆液初、终凝时间长, 胶凝时间不能准确控制, 浆液早期强度低、强度增长慢、易沉淀析水, 使用范围受到一定的限制, 一般适用于隧道井接头注浆、隧道补压浆等浆液凝结速度要求较低的场合。
3.2 双液注浆
水玻璃作为双液注浆常选用的主材, 与胶凝剂同时灌入地层, 混合后产生胶凝反应可以填充地质中的空隙或岩石裂隙, 生成固结体, 达到防渗堵漏和加固补强的目的。表1 为水泥-水玻璃双液浆体配比, 采用这种注浆材料, 能克服水泥单液注浆凝结时间不易控、结实率低的缺点, 被大量用于地下建筑的防渗漏处理、盾构隧道推进过程中的防水堵漏项目等需要快速凝结的堵漏施工。
作为注浆的水玻璃, 对模数M和波美度有一定的要求:
式中, n为材料的相对分子数, db为水玻璃溶剂的相对密度。
通常, 注浆要求使用的水玻璃模数以2.4~3.4 为宜。模数小, 凝胶时间慢, 结石体强度低, 不利于注浆;现场配置时, 可通过加入适量氢氧化钠降低模数, 加入适量的硅提高模数。水玻璃的出厂浓度通常为50~56 °Bé, 注浆时一般要求30~45 °Bé, 因此注浆前必须溶解和稀释水玻璃。
3.3 聚氨酯注浆材料
聚氨酯注浆材料, 是以多异氰酸酯与多羟基化合物反应产生的预聚体为主剂, 再与溶剂、增塑剂、催化剂、表面活性剂、填充剂等配制而成的高分子注浆材料。
3.3.1 油溶性聚氨酯注浆材料
油溶性聚氨酯注浆材料, 遇水发生化学反应而放出气体, 使材料发泡膨胀, 形成二次渗透, 渗入构筑物或地基裂隙中形成不透水的凝胶物质, 最终固结体强度高、抗渗性好。这种材料较适用于大流量涌水、抢险等工作。
3.3.2 水溶性聚氨酯注浆材料
水溶性聚氨酯注浆材料, 遇水后可快速膨胀, 形成具有柔弹性的闭孔聚氨酯固结物, 可以适应频繁的裂缝张缩, 适用于混凝土动缝、动水地层的堵漏及土质浅层的结固和防护。
3.4 环氧树脂注浆材料
环氧树脂注浆材料, 适用于干燥或潮湿环境中的超细裂缝粘结, 以及封闭多孔的低密度混凝土。这种材料从单一的混凝土裂缝补强, 已经发展到基岩断层破碎带及泥化夹层的注浆处理, 以及软弱地基的稳定补强等。
3.5 其他注浆材料
除了水泥浆和化学浆, 黏土浆作为最早期的注浆材料, 由于强度和操作的限制, 在现代大型工程单独使用较少。改性沥青注浆和复合注浆技术在目前的堵漏工程中日益发挥作用, 满足各种构筑物的地质环境及防水要求。
在实际的隧道堵漏工程中, 一种注浆液往往是不够的, 需充分结合地质状况及工程特点, 对于不同部位选择合适的注浆材料, 达到堵塞空隙、截断水路的目的。
4 工程注浆应用分析
4.1 工程概况及地质条件
南京地铁10 号线某城市地铁区间隧道内主体结构间以施工缝相连接。隧道内整体道床设有55 cm宽、20 cm深中心水沟, 两侧的钢筋混凝土道床宽1.9m, 整体道床内设 Φ14 mm纵向钢筋、Φ10 mm横向钢筋, 道床向水沟方向找坡度为3%, 整体道床厚度约为300 mm。
该隧道处长江漫滩沉积地质环境, 地层内有杂填土、淤泥、素填土等人工填土层, 下层土层含有粉质黏土、淤泥质黏土、粉土、粉砂及混砾石, 沉积层最厚区域约30~40 m, 该地质土体含水量高、强度低, 极易产生变形。
4.2 隧道病害状况
图2 是该区间隧道面层破损现场。隧道漏砂、渗水情况比较严重, 沟槽内有大量泥砂及渗漏水;同时, 隧道存在箱涵脱节现象, 对地铁的运行安全有极大的威胁, 急需治理。
4.3 隧道注浆方案
4.3.1 隧道土体改良注浆
根据现场勘测情况, 发现箱涵接缝两侧出现不均匀沉降, 导致道床有少许错台的现象 (图3) 。为了稳固道床周围土体、加固道床, 工程在道床上开孔, 灌注单液水泥浆液进行土体改良, 提升土体的承载力。在注浆过程中, 道床可能会有轻微抬升, 因此在注浆过程中应配合进行工程测算, 监测道床在注浆过程中的抬升情况, 避免因灌注不良导致道床抬升过高而影响地铁运行安全。
4.3.2 隧道底部堵漏注浆
由于隧道箱涵接缝两侧出现不均匀沉降, 造成漏水、漏砂的危害, 经过分析考虑采用箱涵底部变形缝两侧进行开孔灌注油溶性聚氨酯施工, 使箱涵底部两侧形成一道防水层, 从而达到止水堵漏的目的。隧道底部聚氨酯注浆示意, 见图4。
4.3.3 道床加固注浆
与土体改良注浆相类似, 道床加固注浆需将注浆孔开至道床底部与箱涵底板之间的间隙, 再灌注刚性环氧树脂浆液, 将道床与箱涵粘结成整体, 以增强道床的稳固力。
4.3.4 变形缝注浆
在土体稳定、道床已无渗漏水的情况下, 对箱涵之间的变形缝批刮弹性环氧胶泥进行封堵, 再向缝内注入弹性环氧树脂浆液, 使其形成弹性连接, 改善其受力作用, 保障地铁的安全运行。
5 结语
隧道的防水在整体工程中至关重要, 直接影响隧道的使用寿命, 因各方面原因引起隧道的渗漏, 给后期运营带来巨大影响, 注浆技术作为实用性强的补强方式, 大规模应用在隧道与地下工程中。在现场施工中, 对于不同的地质特点及施工环境, 可选择不同的注浆施工方法达到有效的隧道防水效果, 以此保证隧道的运营安全。
摘要：防水施工作为隧道施工中的重要组成部分, 对于保障隧道的安全运营、延长隧道的使用寿命有至关重要的作用。本文对盾构隧道的渗漏原因、主要防水技术及注浆材料作了概述, 并以具体实例的形式对几种注浆防水及加固技术进行了阐述和分析。
关键词：盾构隧道,防水,加固,注浆,聚氨酯注浆材料,环氧树脂注浆材料
参考文献
[1]李瑛.浅谈城市隧道防水施工技术[J].山西建筑, 2008 (14) :337-338.
[2]章忠.隧道的防水技术分析[J].中国新技术新产品, 2009 (06) :51.
关键词：盾构测量；联系测量；控制测量；ROBOTEC自动测量系统
中图分类号： U455 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）28-75-2
0 引言
盾构施工中，测量方面的主要工作是在人工测量基础上进行自动化测量，保证盾构机沿设计轴线前进，偏差值满足设计要求。本文以北京地铁14号线15标东风北桥站至将台站区间10.22m大盾构施工为例， 对盾构施工测量技术作简要阐述。
北京地铁14号线15标东风北桥站至将台站盾构区间为单洞双线圆形区间隧道，区间线路从东风北桥站向北下穿东四环后到达将台站。盾构掘进测量以日本演算工房 ROBOTEC隧道自动导向系统为主， 辅以人工测量校核。
1 地上控制测量
首先对业主给定的平面控制点及高程控制点进行复核，坐标点采用附合导线形式，水准测量采用往返闭合水准线路，并对测量结果进行平差处理，作为平面控制点及高程控制点的施工控制网的依据。根据始发竖井的现场实际情况，分别在盾构井的东西侧加设了3个地面导线点以及3个水准点。为了避免对中误差对精度带来的影响，导线点全部采用了强制对中盘模式。
2 联系测量
联系测量精度对整个标段能否正确贯通起着决定性的作用。联系测量的主要目的是将地上的平面及高程系统传递到地下导线点和水准点上，形成统一的空间坐标系统。根据以往经验，本工程定向测量采用了全站仪一井定向法，高程传递测量采用钢尺导入法。本工程在整个施工过程中， 联系测量坐标传递3次。
2.1 导线传递
根据施工现场条件，本工程采用了一井定向方法，地面、地下近井导线测量观测技术要求等同精密导线。分别在隧道工作井两端各投挂一根钢丝，在每根钢丝上下两端适当位置上粘贴反射亮片，钢丝底部挂工作重锤并置入油桶内。先在地上测出两个亮片点的坐标，然后在工作井中再分别测设两条钢丝，反算出井下两个导线点的坐标，作为盾构始发及掘进的平面控制依据。
一井定向是在同一竖井内悬挂两根钢丝组成联系三角形，联系三角形测量采用拓普康全站仪测量，每次独立测量三测回，各测回较差不超过1mm。地上与地下测量的钢丝间距较差小于2mm。每次定向应独立进行三次，取三次平均值作为定向成果。联系三角形钢丝布置形状应满足下列要求：
①钢丝间的距离a应尽可能长；
②定向角？琢、′？琢尽可能小，一般应小于1°，呈直伸三角形；
③b/a及b′/a′的比值应尽可能小，一般应小于1.5。
2.2 水准传递
高程联系测量可用吊钢尺法。使用两台同精度水准仪分别置于竖井上下合适的位置，悬吊钢尺稳定后同时进行测量作业。导入标高每次独立进行3次，每次变化仪器高使高差大于100 mm，两次高差较差≤±2mm，取3次平均值为地下水准测量基点标高。
3 地下控制测量
隧道内控制测量分为平面及高程控制测量两部分。随着盾构机沿线路方向往纵深不断掘进，隧道内也需进行相应的平面及高程控制测量，以指导盾构机按设计线路方向正常掘进，以及对环片姿态、盾构机姿态进行检测，对导向系统控制点坐标进行调整。地下平面控制点及高程控制点均固定在隧道内稳定的管片上，管片上布设的点位采用钻孔埋设膨胀螺栓的方法，为保证测量精度，防止出现点位移动现象，每次延伸控制导线前，需对已有的导线控制点至少三个点进行联测检验。
①地下导线控制测量
在实际施工时，采用了双支导线，布设成附和导线方式。一是避免测量时的粗差，另一方面通过双支导线之间的相互校核，以提高地下控制导线的测量精度。隧道内平面控制测量是以平面联系测量基线边为基础的控制测量，盾构机每掘进150～200m后，加设一个平面测量控制点。相对中误差≤±1/35000，导线端点横向误差为：
②地下高程控制测量
将高程引至隧道内高程控制点上，随着盾构掘进水准路线也向前延伸。作为施工导线用的吊篮高程可由洞内控制水准点用水准测量方法引测。地下水准测量应在隧道贯通前独立进行3次， 并与地面向地下传递高程同步。
4 盾构掘进测量
4.1 盾构机姿态测量
盾构姿态测量是盾构法施工测量的核心，盾构姿态的正确与否，不但直接影响着管片的拼装质量而且是盾构是否沿设计轴线掘进的前提。盾构机姿态测量包括测量盾构机的水平偏角、垂直偏角、俯仰角、扭转角。盾构机的偏角、俯仰角是用来判断盾构机在掘进过程中是否在隧道设计中线上前进，扭转度是用来判断盾构机是否在容许范围内发生扭转。测定盾构机姿态的目的是确定目标棱镜与盾构机的盾首、盾尾之间的位置关系，为盾构机掘进提供基础数据。
4.2 Robotec自动测量系统
此系统是为了对隧道挖掘施工进行调整管理而开发的。其测量原理为：地面将测量指令传给地下装置部分，再传给自动化测量装置进行自动测量并计算，然后将反映盾构姿态的轴线数据与理论数值进行比较，自动计算出盾构水平及竖向偏差，并显示在计算机上。
Robotec导向系统测量包括：隧道设计中线坐标计算，测站托架和后视托架的三维坐标的测量，初始参数设置等工作。
①隧道设计中线坐标计算
将隧道的设计轴线要素和高程要素计算后，输入计算机中，Robotec测量系统将会自动计算出隧道中线的三维坐标。
②Robotec测量测站托架和后视托架的测量
测站托架上安放全站仪，后视托架上安放后视棱镜。通过人工测量将测站托架和后视托架的中心位置的三维坐标测量出来后，作为控制盾构机姿态的起始测量数据。
③测量系统初始参数设置：将自动全站仪以及后视棱镜的三维坐标输入控制计算机文件里，照准激光标靶并测量其坐标和方位以确定激光标靶三维坐标，以及盾构机的俯仰角和滚动角，盾构机的位置就以数据和模拟图形的形式显示在控制室的电脑屏幕上。
此外，在盾构施工过程中，为了保证导向系统的正确性和可靠性，避免出现电脑理论计算与轴线实际计算出现脱节的情况，在盾构机掘进一定的长度或时间之后，应通过洞内的独立导线进行盾构姿态的人工检测。为保证测量数据传达的及时性，在测量过程中使用跟踪测量的方法，及时测量出盾构机的三维坐标，与设计平面及竖向关系进行比较，确定改正值来指导盾构推进。
5 结论及建议
由于隧道工程建于地下，具有区间距离长，隧道内通视条件差等特点，而且往往受工程工期和施工环境的限制，这就要求测量工作一直保持在最高测量精度的状态。在施工中必须高度重视测量工作，不允许出现测量误差超出限差的情况。必须加强施工测量检核，经常复核洞内的导线点、水准点，随时掌握控制点的变形情况，随时发现点位变化，随时进行测量修正。严格遵守各项测量工作制度和工作程序，确保测量结果的准确性。
参 考 文 献
[1] 潘国荣，王穗辉.地铁盾构施工中的若干测量手段及方法[J].测绘通报，2001（1）：23-25.
[2] 肖智勇，傅继阳.地铁区间隧道盾构法施工中的测量技术[J].暨南大学学报，2005，26（3）：331-336.
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本文重点介绍了盾构始发的前期准备工作,盾构始发的步骤,以及在盾构始发过程中主要存在的风险点和针对风险点采取的应时措施.
作 者：姜自明 武萍萍 作者单位：姜自明(广东华隧建设股份有限公司,510635)
武萍萍(广东建设职业技术学院,510450)
EVA防水板可以有效实现隧道防水的效果，从理论上其效果的可持续时间为永久。EVA防水的施工，首先需要依照标准的工艺流程开展，具体流程为施工准备、铺垫无纺布保护层、EVA防水板铺设、施工效果检验。其次在清晰的施工流程之下，开始执行施工的前置工作，即设计图纸会审，使得施工相关人员了解施工意图、技术方法等，之后建立消防设备，以保障施工的安全，在后确认施工设备的状态、数量，确保施工的基本要求被满足，最终开始EVA防水板的施工。
6.2EVA防水板施工标准
EVA防水板的施工需要确保施工表面平整，边缘整齐，避免出现疤痕、无裂纹等现象。防水板力学方面性能应当符合相关标准，浇筑层应使用混凝土材质，浇筑标准为15cm厚。
6.3EVA防水板施工工艺
确保防水板的搭接宽度为100mm，上下双层的卷材接缝处应错开300mm，使用功能焊缝的方式实现搭接缝，每条焊缝的有效焊接宽度不小于10mm。强度方面要确保焊缝强度不小于基础材料强度，焊缝需进行检测，可通过充气检测法开展。
7结束语
现代的明挖下穿隧道防水工程规模逐渐增大，其技术水平也得到了极大提高，相比与传统与近代的施工技术而言，已经获得了长足的进步。但对现代的施工分析，发现其存在许多不足，需要有针对性地采取相关措施对其进行改善。
参考文献
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隧道开挖方法有明挖法和暗挖法。明挖法:先将隧道部位的岩 (土) 体全部挖除, 然后修建洞身、洞门, 再进行回填的施工方法。暗挖法:即不挖开地面, 采用在地下挖洞的方式施工。隧道施工的主要技术有钻爆法、新奥法、盾构法。盾构法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。盾构机主要组成部分见图1。
2 盾构技术发展史
最早是在1818年, 由英国工程师布鲁诺尔 (M.I, Brunel) 发明了盾构机, 并于1925年开始用一个矩形盾构, 在英国伦敦的泰晤士河下面修建世界第一条水底隧道。20世纪初, 盾构法施工已在美、英、法、苏等国开始得到推广, 并逐步应用到水底公路隧道、地下铁道等工程的施工。
近30年来, 盾构法施工在日本、欧美等工业发达国家发展很快, 在城市隧道中使用盾构机施工的已经占到90%的市场份额。
1965年在上海地铁区间隧道的施工中, 我国首次采用盾构掘进机施工地铁隧道, 之后在水底公路隧道, 排水及引水隧道得到推广应用。2004年10月, 上海隧道股份研制出中国第一台具有自主知识产权的地铁盾构掘进机, 并成功地投入到上海轨道交通网的建设。
3 盾构法的主要优、缺点
(1) 盾构法的施工优点。 (1) 施工作业均在地下进行, 噪音、振动引起的公害小, 且不影响地面交通。 (2) 施工人员也较少, 劳动强度低, 且生产效率高。 (3) 隧道的施工费用不受覆土量多少影响, 适宜于建造覆土较深的隧道。 (4) 施工不受风雨等气候条件影响。
(2) 盾构法存在的不足。 (1) 当隧道曲线半径过小时, 施工较为困难。 (2) 如隧道覆土太浅, 开挖面不稳定, 甚至不能施工, 要确保一定厚度的覆土。 (3) 盾构机正上方一定范围内的地表沉陷尚难完全防止, 特别在饱和含水松软的土层中, 目前还不能完全防止以盾构机正上方为中心土层的地表沉降。 (4) 在饱和含水地层中, 盾构法施工所用的拼装衬砌, 结构整体防水性的技术要求较高。
4 盾构法施工步骤
4.1 在隧道的起始端和终端各建一个工作井
始发井采用明挖法施工, 施工方法和明挖车站的施作方法基本相同, 围护结构采用钻孔灌注桩+钢支撑的形式。始发井考虑到在盾构施工阶段的降雨及降雪, 需要在工作竖井内设置一个集水井, 将盾构掘进时施工排放的污水及雨水等收集起来, 用水泵排至地面的沉淀池内。为了方便工作人员安全上下竖井, 工作井内布置钢梯一部, 钢梯布置在始发井的一角, 钢梯由槽钢、角钢、花纹钢板、钢管及圆钢焊接而成。
4.2 盾构机在起始端的工作井内安装就位
在始发井结构施工结束后, 开始安装盾构基座, 为盾构初始掘进做准备。盾构基座采用钢结构, 盾构基座水平位置按设计轴线准确进行放样。盾构基座高程安装时使盾构机就位后比设计高程高15mm, 以利于调整盾构机初始掘进的姿态。
4.3 依靠盾构千斤顶推力将盾构从起始工作井的壁墙开孔处推出
(1) 进入洞口盾构机姿态的控制。盾构机放置在盾构机机座上, 机座的中心轴线和隧道的中心轴线的切线一致, 盾构机平行推进;加工钢后背时, 须仔细核算钢后背的承载能力;安装钢后背时必须精确地放出盾构隧道的轴线, 尤其是在工作井位于隧道的曲线段上时, 钢后背必须安装成与隧道在工作井始发处的切线方向相垂直, 否则盾构推进时就会偏离轴线。
(2) 空载推进。盾构在空载向前推进时, 主要控制盾构机的推进千斤顶的行程及限制盾构每一环的推进量。在盾构机向前推进的同时, 检查盾构是否与盾构机座、始发洞发生干扰或是否有其他异常事件或事故, 确保盾构机安全地向前推进。
(3) 进洞时盾构施工参数的计算。掘进前必须计算盾构掘进施工参数, 进洞时尽量早地建立土压平衡, 在掘进过程中必须制定试验段, 注意相关数据的采集、分析, 严加控制。及时总结并制定出适合本合同段地质条件的掘进工艺参数。
(4) 推进速度。为了保证盾构机姿态、土体平衡, 顺利切削洞口加固后的土体, 保护切削刀, 初始阶段速度定为10mm/min。
(5) 管片拼装。在洞内进行管片拼装时, 要注意管片与管片之间的缝隙的变化, 要保持一定的缝隙, 管片拼装一定要保证其拼装的质量, 尤其是圆整度, 拼装时将管片连接螺旋拧紧并及时用紧线器拉紧, 管片外侧与基座间的空隙用木楔子楔紧固定。
(6) 控制出土量。初始掘进阶段严格控制出土量, 在土体加固范围内, 以控制出土量为核心, 各种参数合理配置, 同时严格填写推进出土记录, 才能保证一环的出土量不至于超挖, 地面不会发生沉降。
(7) 注浆量。盾构机尾部进入土体第一环至第三环的时候, 要将注浆量加大, 并且采用早强注浆材料进行注浆, 以保证洞口的地面不发生沉降。
(8) 注浆管路的冲洗。初始掘进阶段的浆液需从地面浆液台车上压送至盾构机内, 注浆管路比较长, 每环注完浆后, 必须及时将注浆管路冲洗干净, 以保证下一环顺利注浆。
(9) 盾构进入终端工作井并被拆除, 如施工需要, 也可穿越工作井再向前推进。这时为防止出洞口土体坍塌需要对出洞土体进行加固, 据洞口土质条件, 一般采用旋喷桩加固, 并加强地表沉降监测。
5 结语
根据以往经验分析, 普通土压力平衡型盾构主要适用于粉土、粉质粘土、细中砂等挖性较好的土层。在穿越自稳性比较差的土层时, 如砂砾层, 由于土质原因空隙率大, 地层漏失较为严重, 使用的盾构机应具备加泥浆功能和加泡沫功能, 以达到稳固土体的目的。目前盾构机缺乏在岩石地质使用的经验和业绩, 这有待于进一步研究应用。
参考文献
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1k413021各类盾构机掘进控制的要点
盾构的种类按其结构特点和开挖方式可分为:
①手掘式盾构:有敞开式、正面支撑式和棚式，此类盾构辅以气压法或降水法等疏干地层的措施并使用必要的正面支撑后，可适用于各种地层中，特别是地下障碍较多的地层;在精心施工的条件下，亦可将地表变形控制到中等或较小的程度。
②挤压式盾构:有全挤压、局部挤压、网格等形式。仅适用于软弱黏性土层，适用范围较狭窄，在挤压推进时，对地层土体扰动较大，地面产生较大的隆起变化，所以在地面有建筑物的地区不宜使用，只能用在空旷的地区或江河底下、海滩处等区域。
③半机械式盾构:包括正、反铲、螺旋切削、软岩掘进机等，适用范围基本和手掘式一样，可减轻劳动强度。
④机械式盾构:有开胸的大刀盘切削、闭胸式的局部气压、泥水加压、土压平衡等形式，当土质好，能自立，或采用辅助措施后自立时，则可用开胸式机械盾构，如地层土质差，应采用闭胸机械式盾构。
土压平衡盾构推进过程中依靠开挖面切削面板的临时挡土效果、充满于密封仓内的切削土土压，以及螺旋输送机排土机构的综合作用，保证削土土压，以及螺旋输送机排土机构的综合作用，保持开挖面的稳定状态。泥水加压盾构在开挖面和泥水室内充满加压的泥水，通过加压作用和压力保持机构，保证开挖面土体的稳定。
土压平衡系列盾构推进施工时，采用控制螺旋排土机转速和其出土量大小的方法来控制土仓内的平衡压力值。泥水盾构通过调节泥水压力、泥水流量、泥水浓度来达到开挖面的稳定。
土压平衡盾构切口平衡压力值大小与盾构的埋深、土层中土的重度、土层中的内摩擦角有关。
盾构正面稳定的效果将直接影响地层变形，平衡压力过大、过小，进土量过多、过少，平衡压力大小波动过多等情况将导致正面稳定不佳的现象产生。
正面土体稳定控制包含着推力、推进速度和出土量的三者的相互关系，对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用，应在盾构施工中根据不同土质和覆土厚度、地面建筑物，配合监测信息的分析，及时调整平衡点，同时控制每次纠偏的量，减少对土体的扰动，及时调整注浆量，有效地控制轴线和地层变形。
1k413022盾构法施工现场的设施布置
开式和闭式盾构现场的平面布置包括:盾构工作竖井、竖井防雨棚及防淹墙、垂直运输设备、管片堆场、管片防水处理场、拌浆站、料具间及机修间、两回路的变(配)电间、电机车电瓶充电间等设施以及进出通道。
当盾构掘进采用泥水机械出土和用井点降水施工时，应设相当规模的水泵房。
当采用气压法施工时，应设置空压机房，以供给足够的压缩空气。
当采用泥水加压平衡盾构时隧道的施工平面布置中还须设有泥浆处理系统及中央控制室。
当采用土压平衡式盾构时还应设有地面出土设施。
1k413023应该停止盾构掘进的几种情况
盾构掘进时，可能会遇到几种情况:对地层情况了解不细而遇到障碍物;对水文地质条件掌握不全而遇到流砂、暗浜、回填土层、承压水或地层土体软硬不均匀;对盾构自重方句、出土或仪表控制不当;对注浆控制不当;或是盾构处在小半径曲线区间段等情况而出现不良现象。
在这种不良现象的状况下，盾构掘进应该十分小心，随时准备应付意外情况;当遇到以下几种情况时，盾构掘进应该停止，并采取措施:
●盾构前方发生坍塌或遇有障碍;
●盾构自转角度过大;
●盾构位置偏离过大;
●盾构推力比预计的大;
计算书
[基础工程] 课程设计
姓
名：
学
号：
班
级：
指导教师：
吴兴征
课程编号：141238 总学时：1.5周周学时：40h学分：1.0 适用年级专业（学科类）：三年级，土木工程专业 开课时间：2017-2018 学年春学期
河北大学建筑工程学院
2018年6月
基础工程课程设计
姓名
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目录
第一章
课程题目介绍...........................................................................................1 第二章
荷载计算...................................................................................................3 第三章
内力计算...................................................................................................5 第五章
施工图绘制...............................................................................................6 参考资料...................................................................................................................7
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第一章
课程题目介绍
如图1所示，为一软土地区地铁盾构隧道横断面，有一块封顶块K，两块邻接块L，两块标准块B以及一块封底块D六块管片组成，衬砌外D06200mm，厚度t350mm，采用通缝拼装，地层基床系数k20000kN/m3。混凝土强度为C50，环向螺栓为5.8级（可用8.8级）M30，管片裂缝宽度允许值为0.2mm，接缝张开允许值为3mm。地面超载为20kPa。试计算衬砌受到的荷载，并用荷载-结构法按均质圆环计算衬砌内力，画出内力图，并进行隧道抗浮、管片局部抗压、裂缝、接缝张开等验算及一块标准管片配筋计算。
q=20kN/m250010001500人工填土kN/m3褐黄色粘土kN/m38KL1738L273B2***53500灰色砂质粉土kN/m3灰色淤泥质粉质粘土kN/m3c=12.2kPa B1138D***502925灰色淤泥质粘土kN/m3c=12.kPa 图1 软土地区地铁盾构隧道横断面
说明：
1）灰色淤泥质粉质粘土上层厚度1350mm，根据后3位学号ABC调整，1350ABC50基础工程课程设计
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（mm），故在本设计中灰色淤泥质粉质粘土上层厚度取为：135065504600mm。
2）采用惯用修正法进行内力的计算。3）课程设计计算书、图Email形式提交。
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第二章
荷载计算
计算时，统一单位：kN、m；水的重度为：w10kN/m3；其中C50混凝土的弹性模量取：E3.45107kPa，26kN/m3；衬砌圆环厚度取：h350mm，衬砌圆环弯刚度：。
其中由于在计算荷载与衬砌内力时，所使用公式是建立在线弹性体系的理论基础上，所计算得出的内力值与荷载成线性相关，所以可以在进行荷载内力组合之前的荷载计算时就考虑荷载的分项系数，从而使得在计算各个分项荷载所产生的内力值时，就已经考虑了荷载的分项系数，则在荷载的组合效应分析中，可以直接将荷载所产生的内力值进行组合，不需要再次考虑荷载的分项系数！
图4中的细实线示意了荷载位移测试数据经过拟合后的双曲线。
1200040%Q(KN)70%Q(KN)100%Q(KN)均值线中值线最优分布顺义Q(kN)***000100001020s(mm)3040
图4 给定荷载相应沉降量的概率密度分布、均值和中值曲线
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表2给出y值分别服从正态和最优分布时的模型参数值。
表2 给定条件下各场地y值假定服从正态分布与最优分布时的模型参数
分布类型 正态分布 最优分布 灌注桩 CFG桩 锚杆 灌注桩 CFG桩 锚杆 场地
40%Qmax
给定荷载Q(KN)
70%Qmax
100%Qmax
参数1 参数2 参数1 参数2 参数1 参数2 2.1 4.54 1.1 0.73 4.92
0.28 1.07 0.09 0.13 4.96
4.3 8.98 2.31 9.21 8.98 0.84
0.55 1.82 0.12 4.53 1.82
7.43 14.94 4.12 9.43 2.69
1.02 2.84 0.22 7.85 0.19 68
189.54 171.74 0.05 280.33 备注：参数1和参数2对于正态分布为均值和标准差；对数正态分布分别为对数均值和对数标准差；伽玛分布为形状和尺度参数；威布尔分布为形状和比率参数；耿贝尔分布为a和b。
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第三章
内力计算
在以上计算出衬砌圆环所受到的荷载后，可以采用惯用修正法进行衬砌圆环的内力计算。其中衬砌圆环内力计算公式如下。
该模型包含两个参数h1和h2，可写为：
QS
h1h2S
（1）
式中S为位移量，单位为（mm）；Q为荷载值，单位为（KN）；h1和h2是双曲线拟合参数的荷载位移曲线。这些曲线拟合参数在物理上是有意义的，h1和h2的倒数分别等于初始斜率和渐近值。
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第五章
施工图绘制
根据设计与计算结果，绘制出CAD图纸两张（见附件），其中图纸包括衬砌圆环构造图一张、标准管片B构造图一张：
图纸简略情况如图7所示。
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参考资料
[1] 赵明华, 徐学燕, 邹新军.基础工程（第三版）.高等教育出版社, 2017.[2] 周景星, 李广信, 张建红, 虞石民, 王洪瑾.基础工程（第二版）.清华大学出版社.2015.注意事项：
[1] 所有图形要有图标题，放在图形的下面。并在正文中引出。比如，荷载-沉降曲线如图3所示（请不要使用图3-2等编号，全文统一编号，表格也类似）。
然后下面插入图形
[2] 所有表格要有表标题，放在表格的上面。并在正文中引出。比如，荷载-沉降的计算成果如表12所列。
[3] 不允许在正文引述中出现，如上图，如下表等表达。要具体引出图表编号。[4] 每一章要重新开始一页，也就是在每一章的最后插入分页符即可。[5] 所有公式的要采用公式编辑器
完成输入，尽量（课上已强调过）不要使用插入 的形式。
具体参见文件141238S HBUWu FE 741 word formula and symbol.doc。
关键词：盾构法,管片,衬砌
1 盾构管片概述
管片类型主要有钢管片、钢筋砼预制管片等, 钢筋砼据隧道最大埋深、抗渗能力、形状等要求设计管片的相关参数;管片封顶的形式分为大块封顶 (等分封顶) 和小块封顶。根据国内设计和施工经验得出单层衬砌工程实施周期短、防水效果较好且单层柔性衬砌结构受力性能和耐久性能均处于可控制预期范围内, 满足规范要求, 本文主要探讨单层管片衬砌。管片的拼装施工工序是在盾构机按设计轴线方向向前掘进一个设计编组宽度后, 由盾构机管片拼装设备进行拼装。
2 盾构法管片的关键施工技术
2.1 管片分块
管片分为标准块 (B) 、邻接块 (L) 、关键块 (K) 三类, 其中关键块只有一块, 两块紧邻块分别为关键块两侧, 因此改变标准块 (B) 数量就直接改变断面尺寸。目前有三种类型即直线型+楔形拟合型、通用型、左转环+右转环衬砌环组合型均可满足隧道直线和曲线的设计要求;施工时对隧道线性的控制, 采用通用型管片衬砌组合可最大程度的减少曲线累计拟合误差, 每一块管片拼装施工连接精度严格控制, 因只有一种类型的管片则管片衬砌可以整体360°旋转控制线性误差;设计环节应注意曲线的线性楔形量控制, 与管片环宽、盾构隧道外径及设计半径有关系。
2.2 管片连接
管片之间连接有螺栓接头、绞接头等, 有直螺栓、弯螺栓、斜螺栓等螺栓连接方式;有研究表明斜螺栓连接对管片损伤最小, 但不适合小直径、薄管片盾构区间隧道;弯螺栓连接合适薄管片、小直径盾构隧道。管片连接时, 加固螺栓连接需检测管片有无新裂缝的开裂及自身容许微小裂缝的继续发展;螺栓的加固对管片强度有影响, 不得出现管片外观明显的破损;增加管片接头的刚度有利于结构整体性的增强及结构变形的控制;目前在国内管片间螺栓类型均属于永久性, 因此可拆式螺栓管片是节约材料的新方向。
2.3 管片拼装
盾构隧道装配式衬砌结构管片拼装方式有通缝、错缝两种。在通缝与错缝连接受力分析及论证的研究中表明, 通缝拼装的衬砌各环接头位置相同, 受荷相同的情况下变形一直且相邻间无弯矩和剪力传递, 目前广泛采用的错缝拼装衬砌接头错开, 受力错综复杂致使相邻管片变形迥异 (力的传递分散) , 但研究结果显示错缝在防水、控制等问题上优于通缝。
拼装施工关键点, 假定小块封顶为5+1型式原则是B2→B1 (B2) →L1 (L2) →K, 在顺序上对线性控制方面做调正。简而言之, 以关键块 (K) 最后一块拼装的原则下, 以K块最远相对点为起点, 沿环向的两侧向K块拼装;螺栓均是前一块或者前一环穿向当前块或者环。
K块拼装方式有径向插入、纵向插入和先径向再纵向等方式, 目前国内施工大多采用先径向后纵向的方式拼装关键块, 径向搭接长度需综合考虑关键块插入度和盾构机千斤顶的长度 (盾构机姿态) , 然而纵向插入的方式主要考虑径向搭接长度和插入关键块时的间隙。
2.4 管片注浆
注浆是对盾构机掘进隧道成型后拼装管片时与岩壁形成缝隙的填充。注浆孔常规设计于管片内弧面几何中心 (小封顶的关键块除外) , 在管片生产时预留而成;注浆管是装有砂浆止回阀专业制作的管道, 主要是通过注浆孔填补孔隙;注浆完成后及时对注浆孔及手孔等孔洞进行封闭。
2.5 管片浮动质量问题及对策
管片浮动在注浆、外界因素均能导致管片浮动, 主要表现在地下水和同步注浆共同作用下导致砂浆流逝至底部产生浮力大于管片致使管片上浮;拼装管的管片与岩土的孔隙由不稳定岩土发育后填充导致管片浮动处于不稳定状态;盾构机在前进的过程中千斤顶与管片无正交状态且上下管片受力不均匀从而导致管片的浮动。管片浮动导致不同程度环、纵缝出现错台现象, 严重的错台致相邻管片出现集中应力导致管片破损、开裂, 从而影响管片的使用寿命和整体衬砌的质量, 其中最大问题是管片浮动直接影响隧道中心线的偏离。
解决管片浮动关键技术可以从以下施工角度出发, 第一, 在管片选型上一定要仔细核算楔形量和曲线拟合段相关参数的吻合;第二, 严格控制千斤顶对管片的压力, 不得在管片上下部受力出现较大差值;第三:定期检查隧道掘进后管片与岩壁的孔隙及时进行注浆, 并控制好注浆的压力及注浆量, 使其形成充足的止水区作用, 并保证同步注浆的效果;第四:严格控制掘进机的姿态, 如果前进方向轴线出现偏离时, 根据实际考虑逐步微调, 不得一次性强制调正至轴线, 防止出现卡机等现象。
3 结语
综上所述, 在地铁盾构隧道管片衬砌施工过程中, 关键技术问题在管片的选型、注浆、管片拼装及连接方面, 在各个关键技术中针对的问题及施工对策本文做了探讨, 主要问题是管片上浮、渗水;渗水问题关键要有针对性处理, 对渗水的来源要有充分的熟悉, 其次建议设计单位在设计阶段充分考虑管片的防水构造, 通过防水构造措施从根本上达到防渗的目的;管片浮动则从施工角度出发严控关键点保证管片衬砌质量。
参考文献
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摘 要:以天津地铁 2 号线隧道盾构施工为背景，取沿盾构轴线右侧一 6 层框架居民楼为研究对象，基于 ABAQUS 软件，建立了隧道和邻近建筑物及其桩基的计算模型，分析盾构施工对邻近建筑物及其桩基础变形的影响。结果表明，隧道盾构施工导致地表沉降，引起框架结构及其桩基变形，框架整体向隧道盾构一侧倾斜。其中框架梁靠近中柱一端沉降较大，而框架中柱及其桩基也较两侧边柱及其桩基的沉降大。同时表明，盾构施工对邻近建筑物及地下桩基变形产生的影响是整体相关的，在隧道盾构施工时应引起相关设计与施工部门的注意。
关键词：隧道盾构；邻近建筑物；桩基础；数值分析；变形
隧道盾构施工已成为城市修建地铁的必要手段，然而，在有限的城市空间中，隧道往往不可避免地会与已有的建筑物相邻近，它们之间有着复杂的相互作用关系。盾构施工不可避免地会对周围地层产生扰动，使周围孔隙水压变化、地层原始应力重新分布、原有的土体平衡状态遭到破坏，这导致地表发生沉降变形，引起地上或地下邻近建筑物、构筑物的开裂、甚至破坏等问题[1]。
从目前相关资料来看，盾构施工研究多侧重于对地面沉降量及影响范围的预测[2-4]，或盾构对地下构筑物或管线的影响[5-10]，而盾构对沿线上部建筑及其下部结构整体影响研究及盾构对建筑物整体(包括土、基础和地上结构)引起的结构变形规律研究较少。
本文以天津地铁 2 号线某区间段隧道盾构施工为背景，利用 ABAQUS 软件建模，进行数值计算，分析隧道盾构施工引起的邻近建筑物及地下桩基的变形规律，为研究盾构施工引起邻近建筑物及地下桩基整体变形提供了参考。
1工程概况
所采用隧道盾构区间段沿盾构轴线一侧下穿市区 6~8 层建筑物，结构形式以框架结构为主。
该区段隧道盾构中心距地表 16 m，盾构直径为6.2 m，盾构管片设计采用净空Φ5 500 mm，管片厚度 350 mm，环宽 1.2 m。
建筑物位于隧道右侧，为 6 层框架结构居民楼，层高为 3.3 m，开间宽 6 m，梁截面尺寸为 600 mm×300 mm，柱截面尺寸为 500 mm×500 mm，地下为桩基础，桩径为 500 mm，桩长 13 m。桩基离隧道右边缘最近距离为 4 m，最远距离为 20 m(图 1，轴线从左至右为 A—D 轴)。
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2隧道盾构引起地表沉降 2.1地表沉降现场监测点布置
由于隧道盾构区间较长，取盾构轴线上三个盾构横截面(R210、R211、R212)的地表沉降监测值作统计分析。R212 断面涉及建筑物，其余纵向监测每隔两环布置一点。横向断面监测以轴线为中心，左右对称布置，每隔 10 m 布置一点，每侧布置 3 个测点，具体隧道监测点布置见图 2。
2.2实测结果分析
关于隧道盾构开挖引起的地表沉降，一般常用Peck 公式[11]经验法估算。该法主要是 使命：加速中国职业化进程
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根据隧道盾构开挖后地表沉降槽的形状用一定的曲线表示。图 3为实测各断面的地表沉降曲线，可以看出隧道盾构施工产生的地表沉降横向分布呈近似正态分布曲线，隧道轴线部位沉降最大，建筑物也在沉降影响较大范围内，这与经验法结果一致。ABAQUS有限元数值模拟 3.1模型建立
隧道沿纵向可以看作无限长，分析时作平面应变问题处理，模型简化为二维模型。其中土体、衬砌、桩基础采用平面壳单元模拟，框架采用梁单元模拟。隧道的衬砌、地表建筑和桩基础都是钢筋混凝土材料。其中隧道衬砌及桩基础与周围土体均设有摩擦接触。本文建模时采用在衬砌施工前，将开挖区单元的模量降低，依次来模拟应力释放效应。计算区域各层土体及混凝土的参数见表
1、表 2。
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3.2盾构开挖模拟
采用 ABAQUS 中单元生死操作模拟盾构土体开挖，利用模量衰减方法来模拟应力的部分释放现象。在平衡地应力后，加入以下几个分析步：reduce分析步，在此步中开挖区模量衰减 40%；add 分析步，此步中激活衬砌单元；remove 分析步，此步中移除隧道开挖单元。此外，还需定义场变量 FieldVariable 相关的弹性模量参数。模型网格划分采用手动划分方式，划分结果见图
4、图 5。
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4计算结果分析 4.1地表沉降
由图 6 所示地表沉降计算曲线可见，地表在建筑物中柱附近产生了最大沉降，最大沉降值为 20 mm。这说明建筑物的存在对地表沉降有一定影响。隧道盾构引起的地表沉降趋势仍然符合 Peck 公式所计算结果，曲线在地表横向分布呈近似正态分布曲线，以建筑物中线为轴对称分布。远离盾构开挖，地表沉降值越小，且与前述实测 R212 横断面的地表沉降值一致。这一结果表明，根据本文所取的模型及参数的数值模拟结果与实测数据及经验公式计算值有很好的一致性。
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4.2建筑物变形
图
7、图 8 分别为左、右侧各层梁的竖直位移曲线。可见，左侧梁的竖直位移从左至右逐渐增加，而右侧梁的竖直位移从左至右逐渐减少。两侧梁的竖直沉降曲线近似对称于框架中线，这与隧道盾构引起的地表沉降曲线基本一致。可见框架中柱的沉降大于两侧边柱的沉降，框架的沉降趋势与地表的沉降趋势也基本一致。框架梁的沉降值由下至上逐渐递增，最大沉降值达 22 mm。
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图 9—图 11 分别为 A—D 轴各层柱的水平位移曲线，结合图 1 可得知，从 A 柱到 D 柱越来越远离隧道中心。
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a.A 轴柱的水平位移最大为 19.23 mm，B 轴柱为 18.05 mm，D 轴柱为 17.60 mm，可见框架柱的水平位移与距盾构距离相关，距离盾构开挖中心轴线越远，水平位移越小。
b.首层 A 柱的水平位移从下至上递减，而首层D 柱的水平位移从下至上递增，其余柱的水平位移沿柱身从下至上均呈递增趋势，且位移均朝向盾构一侧，框架整体向盾构开挖一侧倾斜。分析认为这是由于盾构施工使隧道周边的地层压力(即地表建筑左侧)损失，从而引起地表建筑左侧的压力减小，使其产生逆时针方向的倾斜。
c.各轴柱的水平位移由下至上递增，可见盾构开挖时，框架顶层的变形增大明显，因而在盾构施工时，对建筑顶层需进行严格的监控。4.3地下桩基础变形
图 12 为地下桩基的水平位移曲线，图 13 为桩基础变形云图。分析可见，地下桩基的水平位移与框架柱类似，远离盾构开挖中心线的桩基水平位移越小，且桩基的水平位移沿埋深呈递增趋势，但 A轴桩与 C 轴桩在埋深 10 m 后水平位移下降。从桩基变形云图可看出地层损失使得邻近桩基中靠近隧道的一端压力减小，从而产生向左的水平位移。经计算A 桩的最大竖直位移为 18.79 mm，B 桩为 21.17 mm，C 桩为 21.31 mm，D 桩为 19.63 mm，可见中部桩基的沉降大于两边的桩基，这与盾构开挖引起的地层沉降变形一致。因此，在隧道盾构施工过程中需对建筑物中柱及中部桩基进行严格的监测，以避免建筑物及其桩基发生过度沉降。
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5结语
a.隧道盾构开挖引起的地表沉降经数值模拟计算，其计算结果与实测值及 Peck 经验公式计算预测的地表沉降曲线趋势一致，均为正态分布曲线，且在建筑物的中部地表沉降值最大。
b.地表建筑物的框架梁的变形趋势与地表沉降一致，左右侧梁靠近中柱一端的竖直位移最大，距隧道中心线越远，梁的竖直位移越小，且上层梁比下层梁竖直位移大。
c.整体来看地表框架柱的变形，中柱的沉降大于边柱，柱水平位移距隧道中心线越近，变形越大，且水平位移均朝向盾构一侧，使建筑产生向隧道一侧的倾斜；上层框架柱的水平位移大于下层，框架建筑物上层变形较大。
d.远离隧道盾构中心线的建筑桩基水平位移越小，且水平位移沿埋深呈递增趋势。桩基产生向隧道一侧的水平位移。中部桩基的沉降大于两边的桩基，与盾构开挖引起的地表 使命：加速中国职业化进程
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及框架柱沉降变形基本一致。
Abstract: Shield driving method is an important means for constructing urban Metro tunnel projects.This paper comments the study of Hi-tech used in shield driving upon informationized real time remote management system with emphasis on data analysis design on site which were employed respectively in Pearl Line No.2, Shanghai and Nanjing Metro projects.Keywords: shield driving technique, informationized,real time remote control, system management.引言
随着地下空间开发的迅猛发展，一个大型的地下工程的施工企业往往会面临多个工地同时进行施工，工地的分布非常分散等诸多困难。由于人员有限，因此如何对这些工程进行有效的管理和全面的技术支持，就成为一个目前急需解决的问题。
要进行远程的管理和技术支持，首要的是对施工方信息有一个全面、及时、准确的掌握，同时通过先进的分析手段，对施工方进行指导。而目前的远程信息管理系统往往只是对行政和技术文件的管理，而无法实时地获取施工信息，更不能提供施工指导上的帮助了。
因此，本文结合上海隧道股份实际情况，构建盾构隧道信息化施工实时远程管理系统，以期能对其散布在国内和海外的工地的施工进行及时全面的管理。系统的基本结构与功能
在进行隧道施工时，工地端的设施往往比较简单，环境较差，而且流动性强，不适合进行大规模的投资建设；因此，只能采用简便的方式传递信息。
而公司总部的条件比较好，而且也非常稳定，可以配置一些较好的机器，网络的连接条件也比较好。
对于施工的管理者而言，所处的办公地点也是移动的，可能是总部，可能在某一施工现场，也可能是在其他地方。
根据这种情况，构建的系统整体结构如图1所示。
从系统结构图(图1)可以看出，整个系统分以下几个部分：
在施工现场有数据采集监视系统和施工分析系统两个部分。数据采集系统的主要功能是利用盾构内部的传感器获取实时的施工数据。数据采集计算机有两台，一台在井下，一台在地面上的控制室。这两台机器和另一台装有施工分析系统的计算机通过HUB相联，组成了一个对等网，实现施工数据的共享。施工分析系统主要有三大功能：将实时数据和报表数据及时传递至总部；完成数据查询，报表制作，图形绘制等基本功能；对现场数据和施工情况进行自动分析，提出施工参数的控制方案。
公司总部的数据库服务器和Web服务器主要负责数据的存储和信息的发布，以及历史数据的分析与整理。
数据的传递过程是通过互联网完成的。
因此，整个系统的功能划分如图2所示。系统管理
从图1和图2可以看出这是一个以分布式数据库为基础的，以远程信息传输和人工智能分析为特点的系统，下面就从这三个方面进行介绍。
3.1 后台数据库
分布式数据库是在分布式管理模式下，每个远程分部的数据信息均存放在本地，平时可独立操作使用；同时定期通过远程通信线路，将本地的所有数据信息或汇总数据信息发送到远程总部；总部接收到数据后再将其恢复到总部的数据库服务器中，以满足总部对整个企业运营数据管理与决策的需要。显而易见，分布式数据库这种分布式透明性的特点，与这个项目的情况十分吻合。通过性能价格比，易用性等多方面的考虑，从目前市场的主流分布式数据库中选择了SQL Server 2000，作为后台数据库。在施工现场安装了Window 2000 Professional 操作系统，因此安装了SQL Sever 2000 个人版；公司总部的操作系统为Window 2000 Sever,安装了SQL Sever 2000 企业版。
每个施工现场的数据库的结构都是相同的：主要包括盾构施工参数表，施工进度记录表，施工大事记录表，盾构姿态参数表，管片姿态参数表，沉降情况表，工程基本概况，地面测点布置，沿线地质资料，沿线重要设施情况等表。
公司总部数据库中除了包括各个工地数据库，还包括工程汇总表，标准域名描述一览表，盾构基本信息一览表，用户信息表。
3.2 数据传输
从系统功能图(图2)上可以看出系统的数据来源可分为两个部分,一部分是有传感器传送来的盾构的各类运行参数,另一部分则是有人工定期输入的量测数据﹑情况记录等数据。前者数据要求很强的实时性，需要随时与公司总部的数据同步，而后者的数据只需要定期更新即可。因此对这两类数据采用了不同的数据传送方法。
对于实时施工数据，由于每个盾构的生产厂商和型号的不同，因此获取的施工数据方式和数据内容都不相同，为此通过一个Read程序，依据为每个盾构度身定做的一个数据结构对照表，将不同数据采集系统获取的数据转换到施工现场的标准数据库中，而与此同时将此数据片段加密后通过互联网传送至公司总部，公司总部的服务器将其解密等处理后，放置到总部的服务器中。具体的流程如图3所示。
从图3的数据传输过程可以看出，在数据的传递的过程中，采用了双向FTP不间断进行片段数据传输，采用这种方式原因在于实施非常灵活，可靠性和安全性都比较高。而原SQL Sever数据库提供的远程数据库同步的方法：快照与订阅方式，由于施工现场传送数据的过程，实际上是订阅修改的过程，总部数据库必须开放匿名登录，会对安全性产生一定的问题，所以没有采用。
对于其他需要定期传送的数据，采用了SQL Sever 中的数据转换服务（DTS）的方法完成。
3.3 数据发布
当施工现场数据进入公司总部的数据库后，通过Window 2000的Internet 信息服务（IIS）进行发布，对于实时的监控数据通过Flash的网页进行实时图形显示（图4），历史数据和其他数据采用ASP技术以EXCEL数据表格方式显示，而报表的订阅定时群发功能则通过Window提供的计划管理完成。Web Sever 结构如图5所示。
为了保证系统的安全性，采用安全模式的用户登录方式，即用户名和密码经过加密以后才在互联网通过安全套接字层连接后发送，保证了密码的安全性。同时，为了方便使用，用户还在自己的权限范围可以自行授权子用户。
3.4 数据分析
除了能为技术人员同步提供详尽，准确的施工数据以外，施工数据的分析也是一个非常重要的方面。施工数据的分析分为两个方面，一个方面是在施工现场提供快速有效的地面沉降的预测和施工参数的设定建议，另一方面，是对各工程历史数据进行分析计算，找出规律。
在施工现场的数据分析设计是在原有的盾构隧道智能辅助决策系统［1］的基础上进行的，它把原系统中的人工神经网络模糊控制等人工智能的方法结合目前数据库进行改进后，放入了本系统中。其与原系统的最大区别是：原系统中数据均为手工输入，存在滞后和数据不准确的情况，而且数据提供的也没有现在全面。鉴于这种情况，在用人工神经网络进行系统的数学模型的建立时，我们扩展原有的输入量，增加了注浆压力，注浆流量，盾构姿态等原来很难及时获取数据，同时从原来的每环一组学习数据，变成每推进0.2m生成一组学习数据，使系统的响应速度加快，如果发现预测结果与实际情况误差增大，系统将自动加大数据获取量，例如：网络训练数据该为每推进0.1m生成一组学习数据，使系统尽快适应变化的模型。神经网络预测控制模型的流程如图6所示。
除了原有的人工智能的方法外，系统还根据土力学理论和工程上经典公式的计算，这些方法在工程技术人员在对一些关键施工段进行决策有很大的帮助。
除了施工现场的数据分析以外，在公司总部对历史数据的分析挖掘也至关重要，由于数据量非常大，而且数据的实时性要求低，因此在总部的数据分析系统，我们采用了有限元和混沌神经网络进行数据分析。
本文采用一种混沌神经网络，应用神经网络的非线性动力学特性.将样本集记忆在神经网络确定性的混沌吸引子轨迹上，正是这种动态记忆方式，不仅将全部样本集得到记忆，而且允许利用动力学特性将各种样本模式一一加以重现和辨识，混沌吸引子的吸引线存在，形成了混沌神经网络固有的容错功能.若网络输入的实际信息发生不完整性或变异程度超出混沌神经网络固有容错范围，网络混沌运动就脱离了原有混沌吸引域，丧失了原有被储存样本模式的记忆，称之为失忆.神经网络是一种时空分布系统，空间上呈相互耦合的网络分布，时间上作非线性混沌运动，对于这种时空系统，采用的钉扎控制，通过对某些神经元施加一定强度的脉冲激励，驱动神经网络混沌运动进入要被恢复记忆的吸引域，从而对丧失的记忆得以恢复.这种方式使同一网络中反映不同工程的模型成为可能，当不同类别数据进入系统，系统就会作出自动辨识，得出不同的结论。
除了对盾构推进隧道施工参数的控制，系统此外还通过专家系统根据得到的施工数据和专家经验对盾构智能化故障诊断和设备保养。结语
目前系统正处于调试与试运行阶段，主要试验地点分别在上海明珠二号线和南京地铁，系统的运行加快了施工信息的传递，也为施工水平的提高奠定了基础。
参考文献
［1］ 周文波，胡珉.盾构法隧道施工智能化辅助决策系统，上海隧道，2001,1
［2］ 曹志彤.混沌神经网络的动态联想记忆.浙江大学学报，1999,3
［3］ 吴彤，非线性动力学混沌理论方法及其意义.清华大学学报, 2000,3
［4］ Microsoft SQL Sever 2000 数据操作与复制, Microsoft Press, 2001
［5］ 韩明虎，余英林.基于耦合的混沌神经网络建模方法.通讯学报，1995,2
［6］ 朱忠隆，张庆贺，易宏传.软土隧道纵向地表沉降的随机预测方法.岩土力学, 2001,1
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