地铁隧道盾构施工安全（推荐8篇）
吕宏权
（中铁隧道集团有限公司第一工程处 河南 新乡 453000）
摘要：本文通过广州地铁二号线三元里～火车站区间、南京地铁南北线一期工程南京站～许府巷～玄武门区间隧道盾构施工的测量过程实施，总结出地铁盾构隧道施工测量管理的几点体会。关键词：地铁 盾构隧道 施工测量 管理 1 前言
进入二十一世纪以来，城市地铁建设发展迅猛，用盾构法修建的地铁区间隧道也呈上升趋势。地铁盾构隧道施工技术含量高、防渗漏、快速安全，但要求准确度高，盾构机只能从预埋好钢环的洞门进出，并且盾构机只能前进、不能后退，这给地铁盾构隧道施工测量技术对地下线性工程的控制提出了更高的要求。从现以营运的广州地铁二号线三～火区间和已贯通的南京地铁南北线一期工程南～许～玄区间隧道的测量过程实施看，地铁盾构隧道施工测量管理的重要性更为突出。在南京地铁南北线一期工程许~玄区间隧道测量实施过程中，结合广州地铁二号线三～火区间盾构隧道施工测量管理和南京地铁南北线一期工程的测量技术规定，对地铁盾构隧道施工测量中的管理和方法作了分析、改进、总结。2 地铁盾构隧道施工测量的特点
采用盾构法施工的地铁隧道，隧道工程机械化程度较高，通过电子全站仪与计算机技术的结合，一种快速、准确地测出盾构机即时姿态的施工测量新技术、新方法——盾构机掘进导向系统被成功应用，如英国的ZED、德国的VMT和日本的GYRO等。广州地铁二号线三元里～火车站区间、南京地铁南北线一期工程南京站～许府巷～玄武门区间隧道盾构施工采用的是德国海瑞克（HERRENKNECHT）公司制造的土压平衡模式盾构机。盾构机沿设计路线向前推进，靠与它相配套的VMT自动测量导向系统来控制，达到盾构推进的线形管理。地铁盾构隧道施工测量管理与山岭隧道相比，技术含量、自动化程度高，过程也较复杂，单位测量项目多，测量人员素质、测量精度要求高。3 地铁盾构隧道施工测量管理
地面控制测量完成后，根据测量成果、区间隧道的设计线路长度和盾构的施工方法，进行区间隧道的贯通误差设计估算，根据估算结果和误差分析后的分配情况，进行盾构井的联系测量、地下控制测量的测量设计。结合区间隧道的贯通长度，根据误差传播定律，隧道横向贯通中误差、导线法测角中误差二者之间的关系可以按下述公式确定： m2=±{mβ*sk/ρ}2*(n±3)/12（1）
以此来确定盾构隧道的测量精度等级、施测参数及测量方法。式中：m为隧道横向贯通中误差（mm）；mβ为导线测角中误差（″）；sk为两开挖洞口间长度（mm）；
ρ为常数206265″；n为导线边数；若计算洞外值时取n-3，洞内值取n+3。依据测量设计进行施工测量的过程管理。地铁盾构隧道施工测量主要包括联系测量、洞门预埋钢环检查测量、盾构机的始发定位测量、地下控制测量、盾构机推进施工测量、盾构机姿态人工复核测量、衬砌环管片拼装检查测量、施工测量资料管理与信息反馈、贯通误差测量、竣工测量。南京地铁南北线一期工程南京站～许府巷～玄武门区间，盾构隧道长度分别为1448.607m、826.274m。在进行地面控制测量时，把两个区间隧道作为一个长
隧道进行控制，平面采用光电测距精密导线闭合环，边长、角度按照三等导线施测，导线环测角中误差mβ=±0.79″,边长相对闭合差md/D=1/1410000，达到三 等导线测量精度要求；高程按城市二等水准测量精度mw=±4.0mm/KM进行。地面 控制测量引起的横向贯通中误差为m =±0.006m小于南京地铁南北线一期工程的测量技术规定的0.025m。3.1联系测量 联系测量工作通常包括地面趋近导线、水准测量；通过竖井、斜井、通道定向测量和高程传递测量以及地下趋近导线、水准测量。在地铁施工中，根据实际情况，进行竖井定向可采用传统的矿山测量中悬吊钢丝的联系三角形法；若地铁车站面积较大、通视条件良好，可采用双竖井投点法；随着陀螺经纬仪精度的提高，也可采用全站仪、垂准仪和陀螺仪组成的联合测量方法；当地铁隧道埋深较浅时，则可采用地上、地下布设光电测距精密导线环的方法，形成双导线来传递坐标和方位，若隧道贯通距离较长时，还可采用在隧道上钻孔，进行钻孔投点、加测陀螺方位角的方法。
南京地铁南北线一期工程南～许～玄区间地铁隧道埋深较浅，贯通距离分别为1448.607m、826.274m，联系测量均采用光电测距精密导线环进行定向。地面趋近测量和地面控制测量同时进行，地面趋近导线点纳入地面高精度控制网进行平差，这样既可减少误差累积又提高了地面趋近点位的精度；定向测量和地下趋近导线测量也同时进行，达到等精度控制，定向测量分别在盾构始发、盾构掘进100m和距贯通面200m时独立定向三次，三次联系测量的地下趋近导线的基线边Z5-Z2的方位角中误差达到≤2.5″，在进行定向测量时，地面、地下趋近导线控制桩点均采用强制观测墩，消除了仪器对中误差，导线网构成有检核条件的几何图形，坐标和方位向下传递时，俯仰角控制在20o左右；高程传递采用钢丝法、光电三角高程法，两种方法相互检核，独立进行三次，互差均达到≤1mm，坐标、方位和高程的三次加权平均值指导隧道的贯通，每次联系测量完成后，以书面资料上报现场监理，监理复测签字再上报业主测量队，业主测量队经复测确认无误后，下发采用成果坐标通知，形成社会性的三级复核制。
3.2 洞门预埋钢环检查测量
洞门钢环的安装定位是在作车站连续墙的过程中进行,由于车站施工往往是另一施工单位，钢环的制作和使用是盾构掘进单位，因此钢环安装定位好后，需进行复核检查测量。经双方施工、监理、业主测量单位复核检查完成后，方可进行连续墙砼的浇注，拆摸后再检查一遍，作为最终的钢环姿态，以此来影响盾构机出洞时始发姿态的测量定位和进洞时盾构机的进洞姿态。
3.3 盾构机始发姿态定位测量
盾构机始发姿态的定位主要通过始发台和反力架的精确定位来实现，始发台为盾构机始发时提供初始的空间姿态（见图1），反力架为钢结构，主要提供盾构机推进时所需的反力，反力架的姿态直接影响盾构机在始发阶段推进时的盾构机姿态。始发台事先用全站仪和水准仪精确定位，然后根据盾构机的前体、中体、后体直径的不同，沿垂直于盾构机始发轴线方向上，在前体与刀盘连接的端面上、前中体连接处端面上、中后体连接处端面上、后体盾尾端面上作出准确的里程标记点，并标注至始发轴线的支距，以此来检查盾构机放在始发台上之后的姿态，一般盾构机出洞就是便于加速的下坡地段，且始发阶段不能调向，所以在始发台定位时要预防盾构机脱离始发台、导轨和驶出加固区后容易出现的叩头现象，因而要抬高盾构机的始发姿态20mm左右；反力架的安装和定位主要做到使反力架 <±2 3.4 长度可以加设副导线，构成导线环，以便检核，也可提高导线的精度。南京地铁南北线一期工程许~玄区间长度860m，洞内控制测量误差估算值为0.015m，考虑洞内轨枕和管线，布设一条直伸支导线，直线和半径大于800m的曲线段导线边长≥150m，测角中误差要求达到±1.8″，测距相对中误差达到1/60000，导线点设置为强制对中点（如图2），用10mm的钢板预先加工好，用三颗Φ14的膨胀螺栓锚在砼管片上，位置靠近边墙以观测方便为原则，避开洞内运渣车辆的干扰，这样同定向测量、地下趋近导线一起，观测时仪器均采用强制归心，由于刚衬砌成形的砼管片不太稳定，避免导线点的空间位置发生变化，强制对中点要距刀盘200m左右布设；水准点可借助安装好的管片螺栓，在螺栓头棱角突出处作一标记点，位置选在导线点附近。观测时采用2″、2+2ppm以上的全站仪，左右角各测6测回，左右角平均值之和与360o较差≤4″，边长往返观测各4测回，往返观测平均值较差≤2mm，每次延伸控制导线前，对已有的相邻三个点进行检核，几何关系无误后再向前传递，水准控制点引测，先检查两个相邻已知点，然后按南京地铁南北线一期工程有3个盾构标，4台盾构机，其中3台是德国海瑞克的土压平衡式盾构机，该机有一套与之相配套的自动测量控制系统VMT（如图3）该系统主要有ELS靶、徕佧TCA系列全站仪+参考棱镜、黄盒子、计算机（PC机）五部分组成，ELS靶安装在盾构机前体上，全站仪和参考棱镜放于锚在砼管片上的吊篮上，PC机安装了SLS-T数据交换、姿态测量、管片拼装软件，盾构机推进时全站仪定时自动发射激光至ELS靶，ELS靶接受的信息通过数据传输电缆传至PC机，经过软件处理转化成较为直观的盾构机姿态，在直角坐标系中形象显示，由于盾构机预留的测量空间和电缆长度有限(120m)，需要不定时地进行全站仪的搬站，即进行施工导线的延伸测量。3.5.2 施工导线延伸测量
盾构机的构造形式及其预留的有限测量空间（如图4），决定了施工导线只能是一条支导线，每次进行施工导线延伸测量时，先在衬砌好管片的适当位置安装吊篮（如图5），全站仪直接利用已复核的导线点测出吊篮的坐标，然后移动全站仪至延伸点，延伸点距刀盘的位置不能太近，以避免衬砌管片初期沉降、盾构机掘进振动而影响延伸点，但是作为延伸点的吊篮不能立即出现在主控制导线的观测范围内，只有当盾构机掘进50m左右时，才能利用主控制导线点进行复
观测中线、水平，只有通过其预留的有限测量空间，精确测出ELS靶下前视棱镜的三维坐标，将坐标转化为棱镜中心至盾构机轴线的平面支距，然后与盾构机制造时的设计值比较，此较差应和PC机桌面上的中线、水平偏差一致，通过复核，使盾构机推进轴线最优化。3.7 衬砌环管片拼装检查、隧道净空限界测量
衬砌环管片拼装完成后，PC机上显示的管片姿态是在即将安装管片时，靠人工量取管片的盾尾间隙，然后输入计算机，通过SLS-T的管片安装软件计算而
得的。由于人工操作误差、推进时管片承受巨大的压力和管片背衬注浆的压力，管片在推进的过程中难免会发生位移，稳定后的管片实际姿态需要用人工方法进行检查测量，直线上每10环、曲线上每5环检测一次。管片姿态检测方法较多，广州地铁二号线三～火区间采用的是最小二乘曲线拟合的方法，需均匀测出同一环管片上任8-12个点的三维坐标，从而计算出管片环的中心坐标和环的椭圆度，这种方法受盾构机零部件的遮挡，不易操作，而且测量工作量大、计算过程复杂；南京地铁南京站～许府巷～玄武门区间采用的是确定管片环端面中心的平面、高程，即将一根带有管水准气泡的5m精制铝合金尺水平横在管片环两侧，尺的中央就是环片的中心，然后用全站仪直接测出其中心坐标，或者测出尺的两端点坐标，取平均值即为环片的中心坐标；高程直接用水准仪配合塔尺，测出环片中央上、下的最大读数，算出环片的实际竖径，然后由下部或上部高程推算即可。3.8施工测量资料管理与信息反馈
盾构机在推进时，VMT时刻都在自动测量，PC机同时也在进行记录，除了人工进行观测和监理、业主测量队下发的测量资料，PC机储存的大量测量资料需要定期的进行备份，并输出来分析检查，特别是管片的资料，在南京地铁许府巷~玄武门区间右线刚开始，通过拼装管片的检查测量，发现稳定后的管片的高程较拼装时高了40mm左右，有的甚至超限，几乎每隔几十环，就会出现这种情况，后来经过仔细调查和跟踪测量，发现管片在注浆后和拖出盾尾时，都要出现上浮，将此信息反馈给盾构操作手，通过调整上、下管道的注浆压力、速度（由于注的是双液浆）和盾构机推进时的高程，逐步解决了这一问题，并为以后掘进提供了值得借鉴的经验。3.9 贯通误差测量 地铁隧道的贯通面一般是盾构机进洞的预留洞门端面。如南京地铁许府巷~玄武门区间的贯通面在玄武门站洞门预埋钢环面上，贯通时进行了隧道的纵向、横向、方位角和高程的误差测量。
3.10 竣工测量
地铁隧道完成后，要进行竣工测量。根据≤南京地铁南北线一期工程测量技术规定≥，南京地铁南京站～许府巷～玄武门区间的竣工测量，主要进行了隧道的断面净空、中心线、高程和隧道掘进长度计算以及竣工测量图的绘制。4 施工测量与盾构施工各工序的衔接管理 在进行盾构隧道的各项施工测量过程中，测量工作常常与盾构的其它施工工序相互交错进行。进行联系测量，在地面趋近点支镜时，尽量避开龙门吊的起吊作业时间，否则，测量时应设2～3人，其中1人专门防护龙门吊的起吊对仪器的操作安全，也确保施工过程的正常、顺利进行；检查预埋钢环的测量，应在钢环固定后、浇注砼连续墙的脚手架搭设前进行，测量时，设专人看护，避免机械、物体伤及人和仪器；在洞内进行各施工测量时，应遵守有轨运输的行车安全规则，如：在轨道上架设登高设备进行导线延伸测量、在轨道内进行管片的检查测量、在盾构机停掘，利用管片安装的间隙时间进行的盾构机姿态人工复核测量等，既要协调好电瓶车的行车（出碴、运输管片）时间，又要把握好管片的安装及注浆时间。5 结束语
根据盾构法施工工艺的特点，盾构安全出洞后需通过前100环试推进寻求最佳施工参数，为全线的正常推进提供符合实际土层特点的技术参数。不论在试掘进还是正式掘进阶段，监理可以通过观察盾构机控制室内仪器仪表显示的数据、审查承包单位上报的盾构掘进施工报表、通过监测数据分析隧道及地面沉降情况等手段进行动态监控，及时掌握和分析施工技术参数变化，检查盾构掘进中的姿态、管片拼装的质量、注浆作业的效果等，督促承包单位采取相应的措施确保盾构掘进施工质量和周边环境的安全。
2.1 盾构施工参数管理
由于土压平衡式盾构采用电子计算机控制系统，能自动控制刀盘转速、盾构推进速度及前进方向，并及时反映掘进中的施工参数。这些施工参数的确定是根据地质条件情况、环境监测情况，进行反复量测、调整和优化的过程，若发现异常需及时调整。因此，对盾构施工参数的管理应贯穿于盾构掘进过程的始终。监理在监督过程中可通过审查承包方施工报表，观察盾构机控制室内监控设备等手段，及时收集和分析有关施工参数的信息，通过信息反馈，动态掌握施工参数的变化。盾构机监控系统能反映的施工参数很多(如土压力、刀盘油压和转速、盾构掘进速度等)，对于这些施工参数的管理监理在工作中应重点关注以下几项。
2.1.1 土压力
土压平衡式盾构机掘进的原理是建立开挖面前后水土压力平衡。在盾构掘进不同阶段，盾构工况是从非土压平衡通过在初始出洞阶段逐步过渡到土压平衡，再到进洞阶段由土压平衡逐步过度到非土压平衡，即土压力设定是变化的(在理论数值上它与土体容重、覆土深度、侧向土压力系数有关)，施工中需要通过不同的土质、覆土厚度、结合环境监测的数据不断进行调整。因此，平衡土压值的设定是土压平衡式盾构施工关键，监理应予以重点关注，并通过计算理论土压力与实际设定土压力进行比较，判断实际设定土压力是否满足施工的需要。
2.1.2 出土量
土压平衡式盾构是以切口环作为密闭土仓，盾构推进中切削后土体进入密闭土仓，随着进土量增加建立一定的土压力，再通过螺旋输送机完成排土，而土仓压力值是通过出土量来控制的。因此，出土量的多少、快慢与设定的土压力值密切相关，监理人员可通过计算每环理论出土量与实际每环出土量相比较，判断出土量是否正常。
2.1.3 掘进速度
盾构掘进的速度主要受盾构设备进、出土速度的限制，若进出土速度不协调，极易出现正面土体失稳和地表沉降等不良现象。因此，监理应重点督促承包方均衡连续组织掘进作业，当出现异常情况时(如遇到阻碍、遇到不良地质、盾构姿态偏离较大等)，应及时停止掘进，封闭正面土体，查明原因后采取相应的措施处理。
2.1.4 千斤顶推力
盾构是依靠安装在支撑环周围的千斤顶推力向前推进的，推力的大小与盾构掘进所遇到的阻力有关，正确的使用千斤顶是盾构是否能沿设计轴线(标高)方向准确前进的关键。因此，在每环推进前，监理应根据前面几环承包方申报的盾构推进的现状报表，分析盾构趋势，督促承包方正确的选择千斤顶的编组，合理地进行纠偏。
2.2 盾构掘进姿态控制
所谓盾构姿态具体是指盾构掘进中的空间位置。盾构姿态控制就是将盾构轴线控制在与设计允许偏差范围内。盾构姿态控制的好坏，不仅关系到盾构轴线是否能在已定的空间内在设计轴线允许偏差内推进，而且还影响到后续工序管片拼装的质量(只有盾构掘进姿态控制在允许误差之内，才能确保管片拼装能在理想的位置)。因此，在盾构掘进阶段对盾构姿态的控制始终应作为监理人员监督的重中之重。根据《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299-1999)8.4.4条(2003版)规定“盾构掘进中应严格控制中线平面位置和高程，其允许偏差均为±50mm，发现偏离应逐步纠正，不得猛纠硬调”。监理在实施对盾构姿态控制时，应严格以规范要求为控制准则。监理在工作中针对盾构姿态的控制，首先应熟悉和掌握设计线型要求，即隧道平面曲线和竖曲线的线型情况(包括里程、长度、坡度、半径等)，其次还应重点监控以下内容。
2.2.1 盾构姿态测量数据
盾构姿态测量数据包括自动测量数据和人工测量复核数据(对自动测量数据正确性进行检测和校正)，监理人员可对两类数据综合分析、比较，动态掌握数据变化情况，正确指导盾构正确、安全地推进。
2.2.2 盾构纠偏量
盾构在推进过程中不可能一直处于理想状况(尤其是在曲线段)，会产生不同程度的偏向。影响盾构的偏向的因素很多，也很复杂(如地质条件的因素、机械设备的因素、施工操作的因素等等)，施工中一般可通过调整千斤顶编组或纠偏材料(粘贴在管片上)进行纠偏。监理工程师不仅应做到及时根据盾构姿态测量数据，分析盾构姿态，督促承包商控制好掘进方向，平稳地控制盾构推进的轴线。而且在每环管片拼装前对盾构姿态进行复查，发现偏差，督促承包方及时采取纠偏措施，避免误差累积。
2.3 管片拼装控制
根据盾构法施工工艺管片成环的特点：管片是盾壳的保护下在盾尾拼装成环形成隧道的。
它是盾构法施工的关键工序，管片拼装的质量好坏直接影响到隧道结构的安全和使用功能。因此，为确保管片拼装的质量满足设计和规范的要求，监理应重点抓好以下环节。
2.3.1 管片制作监控
管片制作质量好坏是确保管片拼装质量的首要环节，一般管片制作均由预制构件厂提前生产，以满足现场盾构掘进施工的需要。《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299-1999)8.11条对管片制作质量提出明确的要求。监理对管片制作监理人员在监督管片制作过程中应严把质量关，在满足以下条件的前提下才能允许管片出厂。
1)制作管片模具的精度符合规范要求。
2)制作管片类型、管片脱模后成品外观质量及尺寸偏差满足设计和规范要求。
3)管片的砼抗压强度及抗渗指标满足设计要求。
4)管片的检漏检测和三环试拼装检验符合规范要求。
2.3.2 管片进场检查
管片制作合格后需根据现场施工需要分批由预制厂运输至现场。监理对进场管片的检查是对管片制作质量的第二次复查。检查的重点包括：
1)根据管片排序图核对进场管片规格是否满足施工需要;
2)审查进场管片出厂质量合格证明文件;
3)复查进场管片外观质量，若发现缺陷应及时督促承包单位进行修补。
2.3.3 管片拼装前检查
根据管片接缝防水设计要求一般需粘贴防水密封垫，监理工程师应在管片拼装前对密封垫粘贴位置和粘贴质量逐块检查。
2.3.4 管片成环后检查
管片成环后的质量是衡量和判断盾构法隧道质量合格与否的主要依据。(《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299-1999)8.6.5条对管片拼装质量提出了具体的要求(本工程以20环为一个检验批进行验收)。监理在进行检查中应重点检查以下内容：(1)高程和平面偏差。(2)纵、环向相邻管片高差和纵、环向缝隙宽度。(3)纵、环向相邻管片螺栓连接。
2.4 注浆作业监控
盾构法工艺施工隧道，由于盾构壳体与拼装管片之间存在“建筑空隙”，如不及时填充，势必产生土层扰动变形，造成地面变形(严重的危及到地面建筑和地下管线的安全使用)或隧道结构变形。注浆作业是盾构法隧道施工控制地面和隧道结构变形主要技术措施之一，通过压浆填充“建筑空隙”控制变形量。施工中的注浆工艺分为同步注浆、衬砌后补注浆，无论采用哪种工艺，监理在监督过程中应通过分析监测资料(以控制地面和隧道结构变形为原则)、审查拌制和注浆施工记录、对每作业班拌制注浆液试块制作见证送检等手段来综合分析注浆作业的效果，判断注浆作业是否达到控制变形的成效，并重点监督浆液配合比、注浆量、注浆压力等主要技术指标。
3 盾构接收阶段
盾构接收(进洞)阶段掘进是盾构法隧道施工最后一个关键环节。盾构能否顺利进洞关系到整个隧道掘进施工的成败。在盾构进洞前应做好充分的盾构接收的准备工作，确保盾构以良好的姿态进洞，就位在盾构接收基座上。
3.1 盾构进洞土体加固
盾构进洞区域土体加固一般与出洞区域土体加固是同时进行，对盾构进洞土体加固效果的检验可参照对盾构出洞土体加固。
3.2 盾构接收基座设置
盾构接收基座用于接收进洞后的盾构机，由于盾构进洞姿态是未知的。在盾构接收(进洞)前监理仍需复核接收井洞门中心位置和接收基座平面、高程位置(一般以低于洞圈面为原则)，确保盾构机进洞后能平稳、安全推上基座。
3.3 进洞前盾构姿态监控
在盾构进洞前100环监理对已贯通隧道内布置的平面导线控制点及高程水准基点做贯通前复核测量，是准确评估盾构进洞前的姿态和拟定进洞段掘进轴线的重要依据。监理复核数据应通过与承包方复核数据的比较，分析误差是否在允许偏差之内，从而正确的指导盾构推进的方向。
3.4 洞门围护结构凿除（进洞侧）
盾构进洞前需对接收井内围护结构背水面钢筋进行割除及砼凿除，通过打探孔实际验证盾构进洞区域土体加固的效果。监理在洞门围护结构凿除后同样需对其后土体自立性、渗漏等情况进行观察，判断进洞区域土体的实际加固效果是否满足盾构安全进洞的要求，否则应督促承包方采取补救措施。
3.5 盾构接收进洞
盾构接收准备工作就绪后，盾构向前推进，在前端刀盘露出土体直至盾构壳体顺利推上接收基座的过程称为“盾构接收进洞”。该关键环节监理应进行旁站监督，并重点做好以下工作：(1)观察进洞洞口有无渗漏的状况，发现洞口渗漏督促承包单位及时封堵;(2)督促承包方及时安装洞口拉紧装置，并检查其牢固性。
4 结束语
盾构法隧道工程是一项综合性施工技术(如包括盾构机械技术、隧道测量技术、地下防水技术、盾构施工安全技术等)，通过多年来前人的不断摸索和实践已经形成了一套比较成熟的施工技术，尤其是近年来在上海地铁建设中得到了广泛的应用，盾构法施工技术也在原有的基础上不断的发展(单元、小直径逐步向多元、大直径)，而且国产盾构的制造及施工技术也取得了可喜的成绩。这些都对监理人员的素质提出了更高的要求，更需监理人员通过不断学习和实践，熟悉这些相关的施工技术，掌握盾构法隧道施工质量监控重点及相应的对策，才能为今后盾构法隧道施工质量、施工安全提供有力的监督管理。
关键词：盾构机、管片、盾尾间隙
1.线路设计：
地铁隧道设计，受车站、地表与地下地质情况的限制，基本上所有线路都要插入不同曲线半径的圆曲线来转弯，圆曲线的前后采用缓和曲线过度，如何用预制好的管片来拟合线路曲线，成了隧道掘进施工的一个重要的基础工作。
2.管片设计：
广州地铁管片设计一般采用长1.5米管片，分左转（L）、右转（R）、标准（P）三种管片型号，管片内径为5.4米，外径为6米，一环管片共有六块组成，分别为A1、A2、A3、B、C、K块。标准环管片长度为1.5米，左、右转弯环管片为楔型，最宽的位置与最窄的位置相差38mm（图1）。
3.盾构机相关部位简介：
与管片选型有关的两个重要指标为千斤顶行程与盾尾间隙，千斤顶指的是盾构推进千斤顶，千斤顶行程是指千斤油缸的伸出长度（海瑞克机千斤顶最大行程为2m，一般掘进施工伸长到1.8米就可以满足安装管片的要求）。盾尾间隙指的是管片外弧面与盾构机后体内壳之间的间隙（海瑞克盾构机的设计盾尾间隙为75mm）（图2）
4.管片选型
管片选型：指的是采用那种类型的管片？K块安装在什么位置？（一般K块的位置与钟表的点位相对应，比如P11，P指标准环，K块安装位置在11点钟。）。选型时要考安装纵缝的错缝拼装。管片的选型决定了左右转弯的幅度，即线路的走向。如上面的管片设计与拼装图。
管片选型的原则是：盾构机开到哪里，管片就安装在哪里。
管片选型方法：
管片选型的主要依据是千斤顶行程与盾尾间隙，选型采用左、右手定则。左侧千斤顶较长，盾尾间隙较小，管片选用右转环，采用右手定则；右侧千斤顶行程较长，盾尾间隙较小，选用左转环，采用左手定则。千斤顶行程与盾尾间隙均衡则采用标准环。
左右手定则为：伸出左或右手，掌心朝自己，大拇指与其余四指（其余四指并拢）垂直，四指指向千斤顶行程最长的位置即管片最宽的位置，那么大拇指所指的点位即K块的位置。
管片并装采用错缝拼装（联络通道除外），其中1、3、5、8、10点位为同缝，2、4、7、9、11为同缝，两组之间为错缝。管片选型一般选用3、9点以上的点位，方便安装。特殊情况下才选用K块在下面的点位。左转环与右转环的点位对角方向转向相同，左右转的管片可以互换。例如L1与R7，L11与R5转向相同。
5.结束语
管片选型不当，会导致盾尾间隙过小，管片拼装困难，盾构机在掘进一环的过程中后体挤压管片，造成管片错台与开裂。所以合理的管片选型是保证成型隧道质量的一个重要的基础工作。
参考文献
[1] 盾构隧道管片设计图.广东省建筑设计研究院
[2]Φ6280土压平衡盾构使用说明书.德国海瑞克.
成都地铁公司建设分公司关于印发《成都地铁工程盾构施工安全管理办法》的通知
中铁成投公司、地铁各参建单位：
为加强成都地铁工程盾构施工的安全生产管理，防止和杜绝各类安全事故的发生，结合成都地铁建设工程的实际情况特制定《成都地铁工程盾构施工安全管理办法》，现印发给你们，请认真贯彻执行。
特此通知。
成都地铁有限责任公司建设分公司
2012年8月27日
—1— 成都地铁工程盾构施工安全管理办法
第一章 总 则
第一条 随着成都市轨道交通建设规模逐年增大，地下线路长度不断增加。由于盾构施工为地下作业，施工难度大，专业性强，同时盾构施工周边地面、地下情况复杂，易发生突发性事故。为了保证在建和后续地铁项目盾构施工能够规范化、标准化，减小施工中由于人的不安全行为和管理上的缺陷造成的安全风险，减少经济损失和社会影响。现结合已经施工完成的地铁1号线、地铁2号线及地铁2号线西延线盾构施工安全管理经验，特制订本安全管理办法。
第二章 适用范围
第二条 本办法适用于成都地铁盾构施工项目。
第三章 建立安全管理制度
第三条 建立业主、监理和盾构施工承包商三方安全责任制。
第四条 承包商从事城市轨道交通工程（盾构施工），必须具备相应资质，依法取得安全生产许可证，不得转包或者违法分包。
第五条 承包商主要负责人、项目负责人和专职安全生产管理人员应当依法取得安全生产考核合格证书。项目负责人应当具有相应执业资格和城市轨道交通工程施工管理工作经验。盾构施工特种作业人员应当持证上岗。承包商必须建立健全制度，明确职责。承包商应按住建部要求设臵安全质量管理机构，配备与盾构
—2— 项目规模和技术难度相适应的管理人员，建立和完善安全质量管理体系。
项目经理和技术负责人一经确定不得随意更换，如有特殊情况确需更换的，须按程序报成都地铁公司建设分公司和市建委审批备案，同时不得兼任其它项目的职务。如果承包商未按程序办理变更手续并擅自更换项目经理或者技术负责人则视为违约。
第六条 盾构施工承包商必须建立健全盾构施工安全管理体系、安全生产责任制、各项安全管理及检查制度，落实项目安全生产管理机构和管理职责，并在项目班子中设立专职安全工程师（安全经理），配备足够数量具有安全生产管理能力的专职安全员和兼职安全协管员。盾构实施过程中的安全控制必须严格执行双监护制度（即现场班组长对施工的安全动态进行打分，安全员定期对现场进行复查，同时审核班组长打分，检查情况的真实性）。
第七条 承包商要建立盾构工程环境安全技术管理体系，应根据设计文件、合同和详细的现场调查资料，在盾构始发前完成盾构施工重大危险源方案的编制并组织专家进行安全风险分析和评估，若方案未通过评估则盾构机不能始发。施工过程中要参照成都地铁有限责任公司印发的《富水砂卵石地层地铁区间隧道盾构法施工管理规程（试行）》中的规定进行实施。
第八条 监理单位从事城市轨道交通工程监理业务，必须具备相应资质，不得转让所承担的工程监理业务。监理单位对工程项
—3— 目的安全质量承担监理责任。监理单位主要负责人对本单位监理工作全面负责。项目总监理工程师对所承担工程项目的安全质量监理工作负责。项目总监理工程师应当具有相应专业的注册监理工程师执业资格和城市轨道交通工程监理工作经验。
第九条 监理单位必须建立健全安全质量责任制和管理制度，加强对施工现场项目监理机构的管理。项目监理人员专业、数量应当按投标文件配备，并满足现场监理工作的需要。
第十条 项目总监理工程师原则上不能更换或者在其它项目兼职。如有特殊情况确需更换的，须按程序报成都地铁公司建设分公司和市建委审批备案。如果监理单位未按程序办理变更手续并擅自更换总监理工程师则视为违约。
第十一条 监理单位应当编制包括盾构工程安全质量监理内容的项目监理规划和监理实施细则，对超过一定规模的盾构施工危险性较大工程编制专项安全生产监理实施细则。
第四章 盾构施工安全管理实施
第十二条 盾构施工承包商必须结合成都水文地质状况和地铁施工规范标准，对本项目盾构机的选型以及盾构机的可靠性、适应性进行专家评估。
第十三条 盾构施工前，承包商必须对沿线地质状况、建（构）筑物、地下管线、地下空洞及有害气体等进行详细调查和地质补勘。对盾构穿越的建（构）筑物委托有资质的单位进行安全鉴定，根据调查、鉴定的结果，对危险源进行评估和辨识，编制相应的—4— 盾构施工安全专项方案并组织5名以上的专家进行论证审查并出具专家意见书，承包商应根据专家意见书完善方案，经承包商技术负责人、总监理工程师签字后实施。
第十四条 针对盾构施工在特定的地质条件和作业条件下可能遇到的风险，在施工前必须仔细研究并切实采取防止意外的技术措施。必须特别注意防止瓦斯爆炸、火灾、缺氧、有害气体中毒和涌水情况等，预先制定和落实发生紧急情况时的对策和措施。
第十五条 盾构掘进施工期间，必须对邻近建（构）筑物、地下管网进行监测，对重要的有特殊要求的建筑物，调查清楚基础结构形式，及时采取预注浆、跟踪注浆加固或者支护等技术措施，保证邻近建筑物和地下管网的安全。
第十六条 盾构施工必须控制好地层变形，使其变形量控制在规范允许值范围内，并力求变形量尽可能小，减少地层扰动和地层损失。掘进中首先必须保证同步注浆及时和填充饱满，变形较大时及时进行地面跟踪注浆或者洞内顶管注浆。根据地表或者管线、建筑物等的监测情况，及时调整优化掘进参数，掌握盾构推进速度、推力、出土量、注浆量、注浆压力、压浆时间和压浆位臵，并做好详细记录以便总结分析指导施工。
第十七条 盾构始发和到达是盾构施工危险源之一，为保证盾构始发和到达掘进段土体的稳定性，承包商必须按照设计文件进行加固，确保加固效果满足设计要求；
第十八条 盾构始发、到达，联络通道开洞门，盾构掘进穿越
—5— 重大危险源等，必需通过业主及监理组织的施工准备工作验收，并且验收合格后方可实施；
第十九条 承包商必须在盾构施工的每一工序前，做出详细的施工方案和实施措施，及时做好技术及安全工作的交底，并在施工过程中督促检查，严格执行。盾构始发、到达及盾构吊装方案等必须经专家论证，经施工技术负责人签字，报监理工程师审批后予以实施。
第二十条 承包商应根据规范、标准、规程和设计要求，科学编制监控量测方案，合理布臵监测点，设专人监测，及时分析监控数据，每天按时报监理单位。对监控量测中发现的问题要及时采取措施，发生超预警值情况时，应及时采取措施进行处理，并加强该部位监测频率，直到稳定。
第二十一条 承包商需加强地下管线的保护。承包商要对施工区域内的地下管线和地下空洞情况进行核查，凡涉及盾构穿越地下管线的施工，承包商必须制定专项施工方案和采取专项防护措施。对于交通道路和地下空洞等方面需协调的问题，承包商应事先书面报告，报请成都地铁公司建设分公司与相关单位协调解决。情况紧急时要采取果断措施，确保人员安全。
第二十二条 承包商必须安排专人对每日掘进隧道的出碴方量、重量、地面监测情况进行分析，对异常的地方及时采取措施。监理单位也要检查施工监测点的布臵和保护情况，对比、分析施工监测和第三方监测数据及巡视信息。发现异常时，及时向业主汇报，并督促承包商采取应对措施。在盾构穿越重要管线、建（构）
—6— 筑物、桥梁等风险源时，监理工程师必须跟机旁站，做好出碴量、注浆量、掘进、监测等参数的监督管理。
第二十三条 承包商必须严格执行成都地铁公司下发的地铁工程测量管理细则，加强对隧道内的导线控制点的保护，定期进行复核。每天对掘进拼装的管片进行姿态测量，并将实测数据上报监理。同时根据成都地铁公司下发的地铁工程测量管理细则及时通知第三方测量单位对管片实测姿态进行复核。
第二十四条 为了积累监控量测以及盾构机穿越管线、建（构）筑物等施工环境保护的经验，要求工程竣工后，承包商必须提交安全技术总结报告（包含掘进报告、每环出碴量、同步注浆量、监测资料、二次注浆、换刀位臵以及采取的其它措施等资料），交成都地铁公司建设分公司存档。
第二十五条 加强盾构施工安全的培训教育。承包商应采取多种措施全面提高盾构管理人员的业务水平和素质，增强盾构施工作业人员的实操能力和自我保护意识。承包商必须组织实施对管理人员及班组长的过程控制培训工作，培训工作应和各工序安全操作规定结合起来，使相关执行人员能够熟练的掌握安全过程控制的管理技能。新入场盾构从业人员必须经过培训，未经教育考试合格的，严禁上岗作业。建立盾构工程安全质量培训学校，利用业余时间，培养一批一线作业指挥人员和现场带班人员，有针对性地提高其现场管理能力、风险预见及防范能力，确保一线作业人员的安全。
第二十六条 承包商必须根据工程特点、施工设备的技术性能及操作要领，对盾构操作司机及各类设备操作人员进行上岗前的—7— 技术培训并持证上岗。同时应加强特殊工种的管理，尤其是盾构司机、拼装手、电工、电焊工、龙门吊司机、电瓶车司机等，严禁无证上岗。
第二十七条 盾构机组装、拆解吊装作业，承包商主管盾构的管理人员、安全员及安全专监必须实行旁站制度。
第二十八条 承包商应避免以下盾构安全事故，盾构施工前必须做好预案和防范措施。
（一）出碴、进料、水平和垂直运输安全事故；
（二）盾构机举重臂伤人事故；
（三）化学材料、注浆材料伤人事故；
（四）隧道内空气污染事故；
（五）气压作业时减压增压事故；
（六）油管爆裂事故；
（七）泥浆污染事故。
第五章 盾构施工安全管理具体规定
为了加强盾构施工安全控制、消除安全隐患和杜绝事故，特制定以下几项具体规定：
第二十九条 盾构施工安全的关键是盾构机操作司机，对操作司机要求如下：
（一）盾构机操作司机必须经过严格的技术培训并具有高度责任感人员担任。
（二）操作人员必须明确自己担负操作、装配、维护和维修机器的责任。
（三）确保只有经过授权的操作人员在盾构机上作业。
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（四）正在接受培训的人员必须在有经验人员的全程监督下才能在盾构机上作业。
（五）操作人员必须拒绝来自对安全不利的第三方的任何指令。
（六）操作人员操作前必须阅读操作指导书和交班记录，熟悉该段详细的水文地质资料、设计线路、地面建（构）筑物、地面隆沉、管片姿态测量等情况。
第三十条 加强龙门吊的安全管理。
龙门吊的运行级别较高, 作业内容多, 在施工现场作业环境复杂的情况下, 容易导致起重事故发生, 应重点加强从人和物两个方面进行管理和控制。
（一）加强龙门吊司机和司索工的管理。要求龙门吊司机、司索工等特种作业人员持证上岗。根据现场施工组织特点对此类人员进行有针对性的培训和交底，使其指挥规范、标准并安全操作。
（二）新龙门吊启用前，必须经过相关技术安全监督部门的鉴定和备案，鉴定合格后才允许使用。
（三）加强起吊设备检查和维护。施工单位应重点加强对龙门吊的起升机构、行走机构和传动机构等的检查，严格落实班前检查、日检查、周检查制度和定期维护保养工作。
（四）起重安装作业前应清除轨行区范围内所有障碍物，保证龙门吊行走畅通。
（五）龙门吊在起吊前，应进行试吊。
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（六）起重工在工作时集中精力，明确分工，服从统一指挥；起吊重物时，龙门吊起吊运行范围内不得有人停留或行走，吊机停止作业时，应安止动器，收紧吊钩和钢丝绳。
（七）起重工必须熟悉施工方法、起重设备的性能、所起重物的特点和确切重量以及施工安全的要求。
（八）采用两台吊机同时起吊重物时，应在现场施工负责人的统一协调下进行，在起吊过程中，两台吊机必须均衡起落重物，使各自分担的起重量不超过其容许的负荷能力。
（九）起吊重物时，吊具捆扎应牢固，以防吊钩滑脱。
（十）垂直运输必须设专人指挥。连接装臵必须安全可靠，防止脱勾、溜车事故。
第三十一条 加强电瓶车及运输车辆的安全管理。由于盾构法施工的水平运输主要是电瓶车及编组列车运行,为了确保水平运输安全，要求如下：
（一）要求承包商在水平运输显著位臵布设安全宣传标语和警示标志，树立安全意识；加强对司助信号人员的培训及管理。严禁各类人员搭乘运输车辆进出隧道及在轨道上行走。
（二）人机隔离，要求盾构施工现场必须将人行通道和机车轨行区分开设臵,间距和隔离栏杆符合要求，各行其道，在运输轨道端头设臵钢轨止档、列车停止时前后放臵铁楔，保证人机通行的安全。
（三）加强机车速度控制，洞内运输过程中，要求机车运行速度限速8公里/小时，并根据隧道线路情况（道岔、坡度、转
—10— 弯半径等）、机车运行能力、轨道状况、电机车电压等因素进行调整。防止电机车跳闸而失去动力和制动力失效发生溜车事故。
（四）加强电瓶车及编组列车的日常检查与维护保养，操作人员经培训合格后持证上岗,操作司机班前、班后需认真检查，并做好交接班和记录，维护人员必须坚持定期保养制度，严格“分级检查,重点维护”，落实岗位责任制。
（五）承包商要加强洞内水平运输的管理，防止溜车事故发生。操作司机必须坚守岗位，不能擅自离开操作室，若需离开必须放臵铁楔,并确认停靠稳妥，方可离开。电瓶车及编组车辆之间除用销轴联结外，还需用铁链、钢丝绳等进行二次软连接等防止溜车。严防施工人员被挤卡在车辆与盾构机之间。
（六）加强轨道维护，防止车辆脱轨或掉道。现场必须安排有维护轨道的工人，轨道的铺设要严格按有关技术规范执行，对轨距、轨道高差、弧度、接缝等重要参数要重点控制，轨枕保证足够的刚度，必要时对轨枕之间采用钢筋进行焊接, 防止轨枕滑移而造成车辆脱轨。特别防止车辆脱轨侧翻造成对人员伤害和对高压电缆的损坏。
（七）进入施工现场的管片运输车必须按照指定的区域行驶，停靠在固定的区域范围内以保证与龙门吊之间有足够的安全距离后才允许进行管片卸车。
（八）运渣车必须具有渣土运输许可证，满足成都市相关渣土运输管理规定后，才允许进行渣土运输作业。渣土外运中必须遵守城市道路交通法规，并进行车辆冲洗、渣土覆盖，禁止超载、冒载。
—11— 第三十二条 加强盾构管片拼装的安全管理。
（一）要求管片拼装手必须进行严格的技术培训。
（二）承包商定期检查双轨梁（起升链条、限位装臵等）以及管片拼装机等设备，对管片吊装头按照使用寿命进行更换，使用前进行探伤检查，规范管片的吊运和拼装，严防碰、挤、砸等事故发生。吊装管片及拼装管片时，管片前部及下部严禁站人。
第三十三条 加强注浆安全管理。
盾构隧道施工根据工程对隧道变形及地表变形的控制要求，可选用同步注浆、二次补强注浆甚至三次注浆的工艺，注入的浆液应按地层性质、地面超载条件、变形控制要求合理选定。在注浆过程中对承包商提出如下要求：
（一）注浆人员必须经过专门培训，并熟练掌握有关作业规程。
（二）严禁在不停泵的情况下进行任何修理。
（三）注浆泵及管路内压力未降至零时，不准拆除管路或松开管路接头，以免浆液喷出伤人。
（四）注浆泵由专人负责操作，未经同意其他人不得操作。
（五）注浆人员在拆管路、操作注浆泵时应戴防护眼镜，以防浆液溅入眼睛。
（六）保持机械及隧道内整洁，工作结束后必须对设备清洗保养，并清理周围环境。
第三十四条 加强带压换刀安全管理。
盾构带压换刀是盾构施工安全管理重点之一。盾构进行带压换刀前，施工单位必须编制带压换刀方案，上报监理审批后方可
—12— 实施。换刀人员必须经过体检和技术培训，盾构带压换刀时必须有减压病治疗资质的医院的医生在现场负责医疗安全。有关要求如下：
（一）建立健全安全质量责任制，进仓、检查刀盘及换刀、减压作业、运输严格按规程操作。
（二）进行必要的岗前培训，对作业人员上岗前针对进仓、检查刀盘及换刀、减压作业的特点进行安全教育，树立起安全作业的意识。
（三）项目部领导实行24小时现场值班制度。
（四）保证现场材料供应，确保作业过程的有效运转。
（五）值班工程师现场24小时值班，并在值班过程中做好带压进仓更换刀具作业的各种记录及收集、整理，次日及时上报。
（六）带压作业过程中，加强各种检测仪表、空压机、气路电路的观测，如发现空压机故障，应立即启动备用空压机；如发现停电，应立即启动内燃空压机；如发现管路漏气，应立即汇报并及时处理，以防意外情况发生。
（七）每班作业时，电工应加强用电管理，确保工地施工安全。
（八）人仓、自动保压系统及减压仓在有带压作业资质的医生的指导下，由专人负责操作，同时做好各项记录。
（九）人员作业时应佩戴好个人防护用品，防止意外伤亡事故的发生。
第三十五条 加强盾构施工用电安全管理。
—13— 由于盾构隧道内掘进段环境恶劣，为保证用电安全，要求承包商提高用电安全管理知识，严格执行《施工现场临时用电安全技术规范》，遵守TN-S接地、接零保护，三级配电和两级漏电保护三原则。电力作业人员必须持证上岗，规范操作，必须穿绝缘鞋、戴绝缘手套和放臵绝缘板等安全防护措施，严防触电事故发生。
高压分支箱和变压器输出的高低压电缆在地面分别设臵电缆沟并采用支架敷设，电缆沟至井口采用PVC管保护并用卡箍固定。在隧洞内，高低压电缆布设须分开且应高于运输编组列车高度，以防因列车掉道、侧翻等可能造成的严重事故；低压电缆每100～200米通过低压配电箱连接。根据盾构机所用高压电缆柔韧度、管壁可悬挂的安全长度和整条隧道的长度，合理选择进洞高压电缆的每段长度，减少中间接头数，保证高压用电安全。盾构机上的高压电缆用至安全距离后，应及时延接电缆。
第三十六条 加强洞内通风。
由于盾构施工环境复杂，隧道内空气流动差且温度较高等特点，为保障作业人员的身体健康，改善工作环境，提高生产效率，要求承包商加强洞内通风，提高空气质量。
洞内通风管必须避开人行通道敷设，排列整齐、合理。在隧道施工中，必须进行各类劳动保护指标及有毒有害气体的定期与不定期检测，制定应急预案和防范措施，确保施工人员身心健康及施工安全。
第三十七条 加强预防火灾管理。
—14— 由于盾构隧道的形式及特点，在发生火灾时造成疏解困难、救援困难、排烟困难和外部灭火困难。为此要求承包商：
（一）建立完善防火管理体制，明确防火管理人及其职责，制定盾构施工火灾预防措施及应急预案，并进行详细的安全交底和演练工作。
（二）加强火源管理。严格执行动火审批监护制度，如需进行焊接、切割等带火作业时，需设看护人，并准备好直接能灭火的措施。隧道内严禁抽烟，禁止带入打火机、火柴等。
（三）加强可燃物的管理，防止电气和油脂发生火灾，在盾构机主机、液压油箱、油脂存放处、配电柜及变压器等可能发生火灾处悬挂“严禁烟火”的标示牌，并备足有效的灭火设备。
要重视盾构始发、过站、调头等交叉作业处的防火，配足灭火器材。
（四）加强消防设备的管理与维护。要求承包商配臵的灭火器材数量、类型、摆放位臵及间距等符合现场灭火要求。安全员定期对灭火设备进行巡检，对于过期的灭火器可委托专业厂家重装。
（五）消防安全疏散符合要求。要求施工现场的逃生通道、人行踏梯、火灾应急照明和标示符合要求。
（六）定期检查总结。要求承包商定期召开防火安全会议，针对存在的问题，及时研究并落实整改措施，不断完善提高。
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成都地铁公司建设分公司综合部 2012年8月27日印发
2.1缺乏规范的安全风险管理体系
目前，地铁隧道施工的安全风险管理体系还未形成国家统一标准，更没有强制执行的相关规范，施工组织单位有各自的一套管理体系，但风险管理内容的编写制订，安全风险评估的规范，安全风险源的辨识，风险管理的责任和义务等都存在着较大差异。虽然施工风险控制大多执行指导的《地铁及地下工程建设风险管理指南》，却未对现有安全风险管理体系进一步总结和提升，也未为对某些施工项目薄弱环节进行完善对应的风险管理体系建立。
2.2地质灾害危险性与人为安全意识淡薄
在地铁隧道的挖掘过程中，常常受到潜在的地质灾害和水文等条件的制约，造成地铁隧道施工难度大，施工环境复杂多变。比如说，地面沉降与塌陷，流砂、管涌、滑坡与溶洞的突水突泥等。若施工人员对地质灾害危险性认识不足，或是安全意识淡薄，就会在施工过程中，造成经济损失或是人员伤亡，进而影响地铁隧道施工工程的安全进展和施工质量。
2.3施工技术的.使用管理问题
庞大的地铁隧道工程需要多工种协同工作，多施工技术穿插进行。在多个施工单位同时施工或不同专业交叉施工时，应共同拟定现场的安全技术管理办法，做好协调，共同执行。针对新技术、新工艺、新设备、新材料在施工中的运用时，应当制定对应的安全技术措施和使用方法。但在目前的地铁隧道施工方面，多数施工单位施工技术管理仍然实行传统的管理模式，就是对控制施工参数和管理技术文件两方面分开管理，在一定程度上导致地铁隧道工程施工技术管理不能较好地满足施工现状要求，新的施工技术又不能有效地发挥其技术职能。
3风险预警的应用
安全风险预警技术是一种预防事故、提高安全管理的效率和水平的有效手段。对安全风险预警技术的研究是实现地铁隧道施工工程安全管理的迫切要求。
3.1建立完善的安全管理体系
根据施工前的环境勘探，施工控制的重点及难点，和预设的风险分类等级编制专项施工方案和对应的安全管理制度。以危险源辨识和风险评估为基础，以风险预警预控为核心，以不安全行为管控为重点，制定建立安全风险预警防控管理体系，明确地铁隧道施工安全风险预控管理总体目标，对施工过程中的危险源进行全面、系统的辨识和风险评估，对所对应的风险进行预警并采取措施加以控制。从基础安全性评价工作开始，夯实施工安全物质基础、强化组织安全管控、从防止人身事故和人员责任事故全方位入手，逐步推行地铁隧道工程的安全管理体系建设。
3.2施工阶段地质灾害安全管理对策
施工过程中，应执行“预防为主，安全教育为辅，避让与治理相结合，全面规划，突出重点”的施工原则。在前期设计阶段，应制定详细的防治对策和安全施工方案，可采用遥感图像地质解译、地质调绘、钻探等技术手段，对易发生地质灾害区域要提高勘察精度、加密勘察和重点灾害区域说明，合理确定支护措施和参数，制定特殊不良地质风险预案和安全可靠的施工方法等，并科学地、实事求是地制定施工周期，杜绝因忽视地质灾害危险而造成工程延期。施工时应严格执行作业程序，加强安全管理，落实安全措施，规范人员安全。须要提高人员的技术水平，增强人员的安全意识，使得人员能够熟练的掌握施工过程中的安全知识，提高对自己的保护能力。只有加强人们对于安全的了解，才能提高对安全风险应对的能力，施工建设行业还需要完善安全机制，才能够提高人员对突发事件的处理能力，只有提高人员对于工作环境风险的认识，才能彻底的消除人员的侥幸心理，才能提高他们的安全意识，保障人员的生命安全，施工质量和工期的顺利进行。
3.3优化施工技术管理模式
针对施工技术与管理制度脱节问题，应当抓住问题的本质，采取相应的措施，优化施工技术管理模式。一要培养专业人才，加强安全管理。新的施工技术流程必然有相应的安全管理，使人员熟悉技术流程，学习其安全细则，尽快促进施工技术工作开展。二要加强技术管理水平。提升施工技术安全水平的运用是重要职责，施工单位应定期组织全体人员培训学习新技术，新管理办法;鼓励人员创新施工工序、技术革新，探索推广新技术与管理制度的契合点，提升施工水平。
4结束语
其实地铁隧道工程施工风险并不可怕，只要充分重视它，了解它，控制它，消除它，断绝其隐患事故的诱因，加强过程管控，就能最大限度地规避风险，确保地铁隧道施工安全。随着我们国家经济建设的大力开展，交通运输行业在我们国家经济发展的过程中占据着非常重要的作用，为了能够提高工程的质量，我们必须提高施工的技术，加强工程安全管理系统的建设，积极地应用预警技术，解决存在的一些安全问题，才能够在保障工作人员安全的条件下，提高地铁隧道工程实施的质量。
参考文献
[1]李桂.三峡翻坝公路隧道岩体稳定分析与治理措施研究[D].河南理工大学，.
[2]郭相参.深埋高地应力隧道卸压支护技术研究[D].西安科技大学，2013.
[3]马飞.基于ZigBee技术的隧道人员安全管理系统的研究与开发[D].兰州交通大学，2013.
盾构施工技术，顾名思义，其以盾构机为主要施工设备进行施工。盾构机具有坚强的盾构钢壳，可以为地下挖掘施工提供极为可靠的安全保障。在盾构机挖掘行进过程中，盾构机的尾部同步进行持续的注浆作业。注浆作业可以最大限度降低盾构机挖掘过程中对周围土层的扰动，从而保障隧道的稳定。盾构机由刀盘、压力舱、盾型钢壳、管片和注浆体等部分组成，各部分各有作用，又相互配合，协调运转，使得盾构机挖掘作业得以顺利实施。盾构机在土层中的`挖掘作业实际上包括三方面内容，一是确保开挖面稳定，二是挖掘并排出土壤，三是进行补砌和注浆作业。
武汉地铁四号线一期工程包含两站及两个相应区间,工程如下:洪周区间～周家大湾站～周青区间～青鱼嘴站。在两个地铁车站青鱼嘴站及周家大湾站均采用明挖法施工,而相应的两个区间则采用盾构的方法施工。本文以周青区间为例,阐述此工程在盾构施工时要解决的主要问题:要注意的关键技术。
1 工程概述
1.1 工程基本情况
周青区间设计范围为:右DK18+459.269～右DK19+543.609(左DK18+459.269～左DK19+543.609),区间左线线路长度为1 087.783 m(含长链3.443 m),右线线路长度为1 084.41(含长链0.070)m。在右DK18+953.441的里程处设置一联络通道兼排水泵站。盾构机从青鱼嘴站南端始发,过周家大湾站后到达洪山广场站,最后从洪山广场站吊出。具体施工如图1所示。
1.2 工程地质、水文地质条件及地震基本烈度
1.2.1 工程地质
拟建场地地形平坦,地势起伏不大,坡降较缓,地面高程一般在27.15～32.15 m之间,拟建场地地貌单元属长江Ⅲ级阶地,拟建场地属Ⅱ类,部分场地(钻孔FJc2—Ⅲ09—006,右线DK17+700附近)为Ⅲ类。根据详勘地质报告,场地地基土一部分为(7—2)层含角砾粉质黏土,一部分为(16—3)层石灰岩、(19—1)层强风化石英砂岩、(19—2)中风化石英砂岩、(7—2)层含角砾粉质黏土、一部分为(7—1)层黏土。
1.2.2 工程的水文地质分析
本标段场区的地下水按赋存条件,可分为上部滞水、潜水、孔隙承压水和基岩裂隙水。上部滞水水位埋深较浅,平均1.0 m,潜水主要分布于临沙湖一带浅部粉土、粉砂层中,平均深埋水位为1.2 m,上部滞水和潜水主要接受地表水及大气降水补给,在圆砾土及卵石粗砂层为弱承压水,上部的老黏性土为含水层,底板为基岩结构。地下水水量较大,整个工程为弱承压性。
1.2.3 工程的地质构造及其地震烈度
结构按6级抗震设防烈度和六级人防抗力验算,并在结构设计时按7级抗震设防烈度采取相应的构造处理措施,以提高结构的抗震能力。
如上所述,拟建的武汉地铁周青区间,工程地质为软土及沙砾这些复杂地基,地下水含量大,且地面建筑物多,地上环境复杂,因此施工的难度大,安全系数要求高[1],在施工中要特别掌握好盾构推力等相关参数[2],做好管背同步注浆管理,同时还要做好隧道通风、循环水、照明和洞内管线的布置,还有要对工程施工进行有效监测,其中正确设置盾构参数确保始发稳定掘进,还有管背同步注浆及二次注浆管理是此次盾构施工中的关键所在。
2 正确设置盾构参数确保始发稳定掘进
盾构机在始发时要保证平稳掘进,要确保在黏土层中的掘进推力、盾构的荷载都在要求的标准之内,同时根据工程具体地质,确定正确的盾构参数,这样才能够使盾构机在始发时保持良好的状态,平稳掘进。计算时除了盾构相关的参数,还要根据埋深和土质按照水土合算方法计算理论土仓压力,再结合我公司在同类地层施工的经验制订土仓压力,同时施工中还要进行地表变形的监测[3],对土仓压力进行微调,来设定土仓内的平衡土压值。
计算时,一定要将上述的压力及阻力情况考虑周全,将全部压力、阻力都计算在内[4]。这样才能够确保盾构参数的正确性,保证盾构机能够在始发时平稳掘进。
2.1 盾构荷载计算
根据图2所画的荷载计算简图来计算松动圈土压。
将具体的覆土厚度按20 m这个标准值来计算,计算结果如下所示:
①Pe1=(γ-10)H0=(23-10)×20=260 kPa,
②Pe2=Pe1-60=200 kPa,
③qe1=pe1λ=162×0.2=32.4 kPa
④qe2=(γ-10)×(20+6.25)λ=13×26.25×0.2=68.25 kPa
⑤pg=G/(D0L)=320×10/(6.25×8.16)=
62.75 kPa
⑥qfe1=qe1,
⑦qfe2=qe2,
⑧qfw1=180 kPa,
⑨qfw2=242 kPa。
其中:计算中应用的土参数如下:
Γ—软土层的土容重;
K—土层的静侧压力系数。
计算中应用的盾构机参数如下;
D—盾构的外径;
L—盾构长度;
Λ—为水平侧压力系数;
G—为盾构机重量;
Pe1—竖直土压;
Pe2—竖直抗力土压;
Pg—自重反压;
qe1—盾构顶部水平土压;
qe2—盾构底部水平土压。
2.2 盾构机总推力计算
2.2.1 盾构机外壳与土的摩擦力(F1)计算
7 693.7 kN。
μ:为土钢间摩擦系数。
2.2.2 盾构推进阻力的计算(正面阻力F2)
8 013.3 kN。
2.2.3 由滚刀挤压产生的阻力(F3)计算
F3=prn=250×35=8 750 kN。
n—滚刀数量按正面有35把计算。
2.2.4 管片与盾尾的密封阻力(F4)
F4=MCWS=0.3×2×3.141 6/4×(6×6-5.4×5.4)×1.5×2.5×9.8=118.5 kN。
MC—管件与钢板刷之间的摩擦阻力,取0.3;
WS—压在盾尾内部2环管片的自重。
2.2.5 后方台车牵引过程中的阻力(F5)计算
F5μ2G1=0.15×2 000=300 kN。
所需最大推力
Fmax=F1+F2+F3+F4+F5=7 693.7+8 013.3+8 750+118.5+300=24 875.5 kN。
安全系数
αF/Fmax=34 210/24 875.5=1.37。
结论:通过上面的分项计算得出推力安全系数为1.37,能够满足安全掘进的需要。
同时在盾构施工中要根据工程的进展情况,进行纠偏工作,在实际盾构施工中,盾构的总推力往往比计算值要大,通常为计算值的1.5倍。由此计算得出此段工程中,掘进阶段盾构的主要技术参数如表1所示。
只有这样考虑各方面的综合因素,按照盾构的推力等主要参数指标,小心控制挖掘的速度,才能够保证初始挖掘地面的稳定性,才能够为盾构挖掘打下坚实的基础。
3 管背同步注浆及二次注浆管理
3.1 同步注浆管理
在盾构施工中,由于盾构机在掘进过程中会使隧道周围的土层受到震动破坏,发生松软,地下水会趁机渗入,这些是导致盾构隧道出现管线沉降的重要原因[5]。一旦沉陷会给人们的生命财产带来不可估量的后果。因此要避免这种沉降及沉陷的发生,就要及时在盾构的过程中,进行管背的同步注浆及二次注浆,用足量的浆液将盾尾的建筑空隙充填好。
盾构的同步注浆在盾构掘进的同时同步进行,由盾构机上的同步注浆系统采用双泵四管的方法,通过盾尾的注浆管完成注浆过程。同步注浆的材料按照表2配比严格执行。
3.2 浆液性能控制
二次注浆是对同步注浆的进一步补充及加强,能够对管片周围的地层起到很好的充填及加固作用,确保隧道的安全。主要用于管片与周围岩壁空隙充填密实性不足,不能满足施工安全的情况下进行,所以在注浆时对浆液的性能要求严格,一般用水泥-水玻璃双液浆来二次的补强注浆,严格按照科学的配比要求操作,这样才能够使管片与岩壁填充得更加密实,保证不会有渗水及沉降等危险发生。双液浆的初步配比见表3所示,要使所配比的浆液性能达到表4的要求。
注:水泥一般用P52.5#普通的硅酸盐水泥。
3.3 注浆压力及注浆量的计算
3.3.1 注浆压力
盾构施工中是通过向管片背部的建筑空隙填充足够浆液来完成同步注浆过程的。在此过程中注浆压力需要克服相应压力才能顺利将浆液填充到空隙中,完成注浆过程,这些压力主要包括有地下水压力、土压力还有管阻的摩擦力等。注浆填充过程中注浆压力一定要严格控制,不能太大,不然会使周围土层发生劈裂,引起塌陷。所以注浆时只有掌握适合的压力,才能将浆液遍及管片外侧。
我们可以用理论分析的方法来预计算注浆中理想的注浆压力。理论上下临界的注浆压力PJx必须能够确保土块BCEF能足够稳定,没有下榻的危险;上临界的PJs必须要能够确保整个土块ABCDEF的稳定性能,保证其不会发生隆起。因此理想的PJn就在上述的范围之内。所以只要将实际土体A,BCD,EF上下两个临界的PJ值,分别乘以及除以一个安全系数(n=1.5～2.5),就是最佳的土体塌落范围,也就是相对最准确的PJn值。
按照静力学分析:
同时还要考虑沿程管路的阻力损失:
所以我们需要的理想注浆压力就是:Pj=P
根据以上公式分析得,对武汉地铁周青区间,在取Cu=16 kPa, H=11. 0 m, φ=0时,得到:n=2.18,P
从上述分析可知,计算的注浆压力与国外研究成果是吻合的,能够确保安全施工。在上述的施工过程中,根据周青区间的具体情况,在盾构施工中,同步注浆的压力还要确保大于该点的静止水压及土压力之和,我们取1.1～1.2倍的静止土压力作为盾构施工时的注浆压力。在此次施工中我们将同步注浆压力控制在0.1～0.4 MPa,二次注浆压力为0.2～0.6 MPa。这样的注浆压力根据计算及安全试验是符合施工要求的。这样的注浆压力不会产生跑浆也不会发生隆起的问题。
3.3.2 注浆量
除了注浆的压力,对注浆量也有严格的标准,要通过科学的计算,掌握适当的注浆量。在计算的时候要根据工程注浆的材料及管片与岩壁的空隙大小还有盾构的管片及刀盘的直径科学计算注浆量。计算的时候还要考虑到施工过程的地质情况及纠偏等因素。一般实际的注浆量为理论注浆量的1.3～1.8倍,在实际施工中还要根据对地面变形的观测情况及时进行调节。注浆量的计算公式如下所示:
Q=Vλ。
式中:
Q—注入量(m3);
λ—注浆率(取1.3～1.8,根据实际工程的地质情况而定,在曲线地段和沙性地层施工时要取较大值);
V—盾尾建筑空隙(m3);
V=π(D2-d2)L/4。
式中:
D—盾构切削土体直径(即为刀盘直径6.28 m);
d—管片外径(6.0 m)。
本标段盾构区间:
L—管片宽度(1.5 m)。
V=π[(6.282-6.02)×1.5]÷4=4.5 m3。
则: Q=5.85～8.1 m3/环(系数考虑1.3～1.8)。
根据上述的计算,同步注浆的拟定压力为0.26～0.3 MPa(2.6～3 bar),初拟方量为6 m3,在施工中,还要根据试验掘进阶段成果及后续实际施工情况及时修正注浆量。
同时在做好上述工作的同时,还要对隧道内通风、循环水、照明和洞内管线做合理的布置,同时做好安全监测工作[6],这样才能够保证周青区间工程按时按质按量完成,让人们放心使用。
4 总结
武汉地铁站周青区间的盾构施工,正是在综合考虑了地面的建筑及交通状况,还有其本身软弱土掺杂沙砾的具体土文情况,在应用盾构法施工时,注意盾构推力等盾构参数的计算,保证初始掘进中地面的稳定性,同时做好管背注浆及二次注浆的控制,注重注浆的压力及注浆量的把握,同时做好隧道通风、循环水、照明和洞内管线布置的处理,在强有力的监测手段的控制下才使工程能够达到安全要求,满足应用需求。在此将这些经验与大家一同分享,以期对类似工程提供一些可以借鉴的经验。
参考文献
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[3]何成滔,王耀.天津地铁3号线盾构法施工技术.中国铁路,2010;(07):71—74
[4]雒红卫.复杂砂砾地层开敞式盾构的设计.建筑机械化,2010;(01):72—73
[5]冯宝新,王解先.盾构姿态测量方法.公路隧道,2011;(01):66—68
关键词：交通工具 地铁隧道 沉管法 盾构法
中图分类号：TU921 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0080-01
随着我国经济建设的快速的发展与综合国力的不断增强，城市的规模也不断的扩大，人口流量不断的增加，并且机动车辆也不断的加多，相应的城市的交通随之下降。为了改善这种交通环境，各城市都采取了许多的措施，高架桥、公交车、车牌号的限制，以及地铁的修建，其中地下铁道得到了人们普遍的称赞，特别是近些年一些一线和省会城市都为了缓解交通压力而兴建大量的城市地铁。城市地铁的兴建期间会遭到许多的阻碍，这些阻碍有来自人为因素、技术因素，以及城市本身固有的特点。比如说地面建筑、城市地面上的交通设施以及水路环境等。针对具体的施工条件，修建地铁产生了几种主要的方法：暗挖法、盾构法、沉管法、盖挖法以及明挖法等。文章主要是从盾构法和沉管法的施工技术要求方面进行对比分析，说明盾构法和沉管法的适用环境。
1 盾构法和沉管法施工技术对比分析
1.1 沉管法
沉管法是指把隧道管段分成若干段，段与段之间采用暂时的止水头部，在此期间，通过一些机械手段把管段送到隧道的中心线地方，并且把它安置在预先挖出来的沟槽内，接下来就是把各个段在水下拼接起来，把刚才的止水头部去掉。
管道安装好以后，填埋沟槽用来保护沉管免受其它物体的损坏，最后一步就是把隧道其他设施安装好，确保整个隧道的安全、完整性。早期的沉管法不能够得到广泛的使用，直到基础处理压注法和水力压接法的出现，这两个方法至今都是沉管法的两大关键技术，可以说是它的里程碑，至今都在广泛使用。
沉管隧道在土质方面的要求不是很高，对那些地基松软，甚至是河床、海岸较浅等地方都是可以实施的沉管法。沉管法不需要挖很深的沟槽，这相比与其他的几种隧道方法来说可以节省大量的财力和物力，它还有一个很大的优点就是它所需的隧道线路相比于盾构法是大大缩减，沉管断面形状灵活可圆可方，可以根据具体的施工环境来选择，这也是沉管法的一大优点。沉管法的几大主要步骤：沟槽挖掘、管段分离、管段输运以及相关设施建设，他们是可以并行工作的，不是严格的顺序进行，这样可以把时间压缩在尽可能短的范围之内，这对于当今这个快节奏的社会来说是非常有必要的。以上综述的优点使得沉管法在江河等水域方面得到大量使用，相比于盾构法、沉管法在这些环境中使用更加经济、方便、快捷以及可靠。相比较而言，盾构法在水下隧道方面较沉管法有许多的不足，主要体现在以下几点。
（1）沉管法能够得到高质量的隧道施工。沉管中的管段是预先用水泥制作好的，在防水方面能够得到及时的保证。每个管段都比较长，并且有两大技术之一的水力压接法，从而能够保证管段之间接头较少以及实现不漏水连接。
（2）沉管法在隧道现场的实际工作的时间是较短的，这是因为管段都是预先在专门的地方制作而成的，管段的制作都是根据设计要求完成。
（3）沉管法施工条件相比而言是非常好的，安全也能够得到保障。虽然说是建立水下隧道，但是大部分工作都是在地面上完成。
（4）上面所说沉管法在水下作业时间较少，因此它能够在水下较深的地方施工，安装管段。
（5）沉管法断面的柔性化选择决定了它的施工方案多样化，相比盾构法而言，它能够建造大型的截面，建造多车道的隧道。
1.2 盾构法
盾构法是指利用盾构这种机械挖取地下隧道。盾构（shield）是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前部安装有支撑和挖掘装置，中部安装了千斤顶，是为了机械在顶进时候所需的，尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构施工前需要做一些预先工作——修建一竖井，竖井的作用是输运挖掘出来的土质，送达至地面。盾构的以上施工特点决定了它有以下独有的优点。
（1）盾构法几乎不受地形、气候等因素的影响，能够在复杂的环境下工作，这是因为有盾构的支护，这对于繁华的大城市而言是非常实用的，这样就能够尽量不用破坏原有设施。（2）机械、电气化快速发展，使得盾构机械在施工过程中自动化、智能化，使得施工时间缩减，降低了劳动强度。（3）机械自动化、智能化使得盾构法在挖掘长距离、大直径的隧道时有非常明显的优势，还有就是地面的人文景观能够得到保护，对其周围的环境影响很小。
从以上几方面可以看出，沉管法非常适合那些水下隧道方面，在这方面沉管法比盾构法无论是在经济，施工时间还是其他方面都有很大的优势，例如港珠澳大桥隧道、佛山市汾江路南延线工程沉管隧道等就是采用沉管法；对于那些施工环境复杂，交通不便的陆地城市，中间不跨越大型水域，并且隧道较长的就适合采用盾构法施工，例如天津市地铁轻轨、西安地铁隧道都引进了盾构法隧道施工技术。
参考文献
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[4]卢普伟，梁邦炎，资利军.港珠澳大桥隧道工程沉管法与盾构法比选分析[J].施工技术，2012（41）：372.
[5]刘建卫，孟江锋.无锡轨道交通盾构小半径曲线施工技术[J].施工技术，2010，39（5）：9-11.
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