第一章緒論1.1研究的背景及意義在城市地下工程的基本結(jié)構(gòu)施工中，可以采用多種施工方法。盾構(gòu)法雖然一次性投資大、成本高，但由于其速度，安全性和對(duì)周圍環(huán)境的干擾小等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在城市地下工程施工中具有巨大的優(yōu)勢(shì)。地下鐵道工程與地面工程，其建設(shè)投資規(guī)模較大，長(zhǎng)施工周期，體系的復(fù)雜性等，因?yàn)槭堑叵陆ㄖ?，因而?duì)施工技術(shù)和施工質(zhì)量提出了要求，這也決定了在地鐵工程建設(shè)過程中存在許多風(fēng)險(xiǎn)[1]。所以，軌道交通施工項(xiàng)目管理，特別是風(fēng)險(xiǎn)管理，為了達(dá)到項(xiàng)目目標(biāo)，特別是要達(dá)到安全目標(biāo)和質(zhì)量目標(biāo)。地下隧道施工包括采礦法，明挖法，施工方法，如盾構(gòu)。每一種施工方法的適用環(huán)境及其自身特點(diǎn)都有很大的不同。其中，在城市地鐵建設(shè)中，盾構(gòu)方法具有較高的技術(shù)支撐，一種成本更低的建造方法。它依賴于保護(hù)罩自身的剛性支撐，前面的泥土不會(huì)脫落，而且護(hù)罩的尾部已經(jīng)裝配好了。墻后灌漿施工效率高，高度機(jī)械化，具有不受環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)。這是目前在城市地鐵建設(shè)中應(yīng)用最廣泛的一種施工方法。但是，當(dāng)代大躍進(jìn)式地鐵建設(shè)之我見，因工期緊張，繁重的工作，為市民出行帶來的不僅是各種變化，同時(shí)也造成了大量的交通事故[2]。隨著城市建設(shè)的蓬勃發(fā)展和地下空間的不斷發(fā)展，由于盾構(gòu)施工具有較強(qiáng)的地質(zhì)適應(yīng)性，快速建設(shè)速度，不受環(huán)境干擾影響，已經(jīng)成為建設(shè)地鐵隧道和過江高速公路。隧洞與管道隧道是城市地下工程的主要施工方法，并不斷成熟地應(yīng)用于城市地下工程。近年，人口快速增長(zhǎng)和城市化的趨勢(shì)一直在加快。有特殊情況時(shí)，市中心的發(fā)展引發(fā)了許多工程技術(shù)難題。所以，需要有較高的屏蔽技術(shù)，多種新型屏蔽結(jié)構(gòu)技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。國(guó)際性的盾構(gòu)機(jī)的不斷發(fā)展，并且已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)化為大量復(fù)雜的施工環(huán)境。按正常情況，特殊屏蔽構(gòu)造方法必須是可適用的。盲從的選擇和采用，不僅造成技術(shù)失誤和經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，同時(shí)也給工程帶來潛在的施工風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患[3]。所以，研究并消化世界領(lǐng)先的屏蔽技術(shù)，要根據(jù)工程實(shí)際情況，反復(fù)論證施工方法和具體方案。綜合目前國(guó)內(nèi)盾構(gòu)施工技術(shù)及大量工程實(shí)踐，急需解決工程實(shí)際問題，那的確很重要。但是，在不斷探索、總結(jié)、改進(jìn)和發(fā)展國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)技術(shù)的過程中，這是必須控制的關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)必需的國(guó)情開展具體工程實(shí)踐，對(duì)此研究是一個(gè)意義深遠(yuǎn)的研究課題。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀盾構(gòu)施工會(huì)導(dǎo)致周圍土壤在一定范圍內(nèi)變形。對(duì)于位于受影響區(qū)域的建筑物結(jié)構(gòu)，由于基礎(chǔ)土壤應(yīng)力環(huán)境的變化，會(huì)發(fā)生沉降，傾斜和開裂。Mroueh等。在忽略建筑物和考慮建筑物產(chǎn)生的附加應(yīng)力兩種情況下，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了比較，而不計(jì)建筑重量對(duì)隧道開挖沉降的影響，其計(jì)算結(jié)果較小，用三維有限差分軟件模擬盾構(gòu)及建筑物[4]。正在進(jìn)行仿真，盾構(gòu)施工的簡(jiǎn)化，計(jì)算土地?fù)p耗，分析了結(jié)構(gòu)剛度對(duì)地面位移的影響。朱祖熹分析了中國(guó)已成功應(yīng)用的幾種密封墊及國(guó)內(nèi)外防御工事標(biāo)準(zhǔn)的差異。同時(shí)，并就嵌縫槽的設(shè)置及嵌縫材料的開發(fā)提出了建議。溫竹茵和周質(zhì)炎對(duì)上海建造的過江盾構(gòu)隧道防水分析，介紹了各種密封與防水措施。新修高速公路隧道防水設(shè)計(jì)指標(biāo)分析，段裝配標(biāo)準(zhǔn)在逐步改進(jìn)，透氣性EPDM密封墊也已多次使用，說明生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)通過了項(xiàng)目的驗(yàn)證和認(rèn)可。海明，曹偉彪對(duì)上海崇明長(zhǎng)江隧道防滲設(shè)計(jì)措施分析，已計(jì)算及試驗(yàn)結(jié)果，彈性橡膠墊圈的適當(dāng)橫截面形式被選定[5]。鄧朝暉，趙運(yùn)臣等對(duì)武漢長(zhǎng)江隧道中幾種密封墊進(jìn)行比較和選擇，同時(shí)，通過裝配試驗(yàn)，確定密封墊的封閉壓縮力滿足實(shí)際裝配要求。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)均采用鐵路運(yùn)輸法施工，這一比較成熟的運(yùn)輸方式的特點(diǎn)是不受挖土和切割土壤的限制，幾乎所有的泥沙從泥沙到礫石和卵石都能被輸送，還可用于運(yùn)輸其它建材，比如設(shè)備和機(jī)器。防護(hù)罩的安全性，盾構(gòu)掘進(jìn)順利進(jìn)入掘進(jìn)作業(yè)段，這是實(shí)施該方案的技術(shù)關(guān)鍵。從實(shí)際項(xiàng)目出發(fā)王春河，綜合采礦法與盾構(gòu)法施工方案分析，并提出施工的有效對(duì)策，對(duì)類似情況下地鐵施工提供了一定的技術(shù)支持[6]。1.3研究的方法及內(nèi)容本文運(yùn)用文獻(xiàn)研究法和案例研究法，分析盾構(gòu)施工關(guān)鍵問題，通過文獻(xiàn)查閱、網(wǎng)絡(luò)搜索等管道，去圖書館翻閱有盾構(gòu)施工的文獻(xiàn)，查閱、研究大量文獻(xiàn)資料，分析了盾構(gòu)穿越復(fù)雜地層的安全施工控制技術(shù)和環(huán)境控制技術(shù)，通過對(duì)復(fù)雜地層下盾構(gòu)進(jìn)站施工的關(guān)鍵技術(shù)和問題的系統(tǒng)分析。

第二章盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)研究2.1盾構(gòu)引起地層變形影響由于盾構(gòu)隧道施工的特性，在將盾構(gòu)尾段與盾構(gòu)尾部分開之后，物理空隙位于分段外壁和土壤之間，所謂盾尾間隙，這一空隙會(huì)造成土壤流失，由此在屏蔽機(jī)上表面形成一條彎道，沉降槽內(nèi)的建筑物受隧道施工引起土壤位移的影響，沉降槽寬度和大小的差異會(huì)影響沉降槽的影響程度。當(dāng)前，關(guān)于盾構(gòu)隧道地面沉降及土體位移規(guī)律，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者研究，取得了大量的研究成果，指導(dǎo)實(shí)際施工，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益[7]。Perk經(jīng)驗(yàn)公式中最為著名，Peck于1969年提出了這個(gè)公式，基于大量地面沉降經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。不考慮土壤固結(jié)與排水問題，水土流失膨脹效應(yīng)，假設(shè)地面下沉。斜口型和正態(tài)分布曲線相似。當(dāng)盾構(gòu)向前掘進(jìn)時(shí)，必然會(huì)引起橫截面上的土體位移。隨著盾構(gòu)機(jī)的不斷前進(jìn)，其位移定律就像水面的波紋向前擴(kuò)散一樣，然后，隨后出現(xiàn)的橫截面上的地面沉降槽也擴(kuò)大了，其空間分布形式如圖2.1所示。2.1地層變形空間分布圖盾構(gòu)施工對(duì)土壤的干擾主要有兩種形式[8]：(1）盾構(gòu)開挖面受土室壓力擠壓，將護(hù)盾前面的泥土向前移動(dòng)，抬高地面；(2）挖方過多，保護(hù)殼厚度，建筑裝配間隙等因素造成盾構(gòu)尾端間隙引起土壤疏松，將土壤移入空隙，造成地表下沉。土體擾動(dòng)的范圍及程度與施工工藝有關(guān)，土罐內(nèi)壓力，前進(jìn)速度，排土與土壤狀況。由于地層擾動(dòng)引起的地表沉降量主要取決于尾隙的大小以及基坑土體的彈塑性變量。2.2盾構(gòu)施工安全和環(huán)境控制2.2.1黏土地層盾構(gòu)施工在黏土地層的盾構(gòu)施工中遇到的最大問題是，在掘進(jìn)過程中，刀盤很容易形成泥餅。當(dāng)泥餅嚴(yán)重時(shí)，很容易使刀箱弄混并且工具偏心磨損，這導(dǎo)致在掘進(jìn)過程中盾構(gòu)推力增大，推進(jìn)速度降低，并且屏蔽機(jī)對(duì)扭矩變化不敏感。泥餅在黏土中出現(xiàn)時(shí)，挖掘出的塊土，低流動(dòng)，挖掘溫度高，有時(shí)還會(huì)有堵塞螺絲的危險(xiǎn)。影響盾構(gòu)機(jī)刀盤上泥餅的形成主要有以下三個(gè)因素[9]：護(hù)欄機(jī)選型與施工控制遠(yuǎn)距離挖掘，護(hù)盾在軟土中很容易（如殘土），黏土層，泥質(zhì)粉砂，泥質(zhì)土壤，在強(qiáng)烈風(fēng)化巖層等）刀盤上形成泥餅。巖石中的礦物成分以正長(zhǎng)石為主，斜石英巖，富含粘土礦物是刀盤泥餅的物質(zhì)基礎(chǔ)。只有25%以上粘土礦物含量的軟土只具備形成泥餅的物質(zhì)條件，在盾構(gòu)施工過程中形成泥餅與否與盾構(gòu)機(jī)類型密切相關(guān)，護(hù)盾刀盤系統(tǒng)，混合制，螺旋式輸送系統(tǒng)和密閉式系統(tǒng)對(duì)泥餅形成具有重要影響。安裝在密封箱中的攪拌棒還可以防止泥餅的形成，攪拌棒的設(shè)置也有利于螺旋輸送機(jī)，螺旋輸送機(jī)進(jìn)入垃圾箱的時(shí)間越長(zhǎng)，排出效果越好，形成泥餅的可能性就越小。實(shí)際的盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程，預(yù)防和控制泥餅的形成，需要采取具體的施工措施。施工中若控制不當(dāng)，如地質(zhì)條件判斷失誤，土壤壓強(qiáng)過大，護(hù)衛(wèi)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，土壤壓力保持時(shí)間過長(zhǎng)及未采取有針對(duì)性的渣土改良措施，按實(shí)際情況，將造成泥餅的形成影響施工[10]。黏土層沉積物形成的原因分析，施工中預(yù)防泥餅形成的對(duì)策及建議如下：認(rèn)真做好施工前的地質(zhì)調(diào)查工作，仔細(xì)研究地質(zhì)資料，它是選擇護(hù)盾的基礎(chǔ)。施工期間對(duì)地質(zhì)條件變化的追蹤，可根據(jù)地層變化及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)。隧洞穿越黏土層、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、黏土砂巖、殘余花崗巖等地層，粘粒礦物含量超過25%時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮采取措施防止泥餅，如安裝切刀，托輥和托輥的高度差應(yīng)大于35mm。切割機(jī)的中心面積應(yīng)盡可能小，并應(yīng)盡可能提高刀盤開口率，設(shè)置能進(jìn)行注漿地裝置，水泡攪拌棒，并且將其放置在軸承密封環(huán)上。推薦安裝輔助氣動(dòng)操作和屏蔽機(jī)冷卻設(shè)備。為了避免泥餅造成的破壞，在施工過程中采取了以下措施：當(dāng)隧道的埋深較淺且地層穿透值大于20時(shí)，地層相對(duì)穩(wěn)定，地下應(yīng)采用壓力平衡隧穿方式，即盾構(gòu)隧穿。中刀盤的設(shè)定開度小于40％，開挖壓力不應(yīng)超過有效土壓力，通?？刂圃?.1MPa之內(nèi)[11]。為了保證施工過程中地面的安全，在開挖隧道時(shí)必須嚴(yán)格控制土倉(cāng)的壓力，并可以根據(jù)實(shí)際情況降低土倉(cāng)的壓力。當(dāng)?shù)貙臃€(wěn)定性差但空氣屏障良好時(shí)，在開挖過程中應(yīng)使用輔助氣壓進(jìn)行開挖。在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中嚴(yán)格控制掘進(jìn)速度，使掘進(jìn)速度保持在〈60mm/min，并注意施工過程中盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的變化，特別是刀盤扭矩和盾構(gòu)推力參數(shù)的變化。在開挖軟土層（如黏土層）時(shí)，應(yīng)特別注意開挖土壤的溫度變化，同時(shí)，有必要避免不希望的挖掘現(xiàn)象，例如在挖掘過程中土壤擠入土箱中，可以注入某些水或添加劑以改善挖掘效果。長(zhǎng)時(shí)間在黏土地層中挖掘時(shí)，容易發(fā)生葉片粘連和泥餅形成的現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)現(xiàn)形成泥餅的跡象時(shí)，應(yīng)停止機(jī)器，并在刀盤的前部注入一定量的分散劑，然后刀盤應(yīng)空轉(zhuǎn)并應(yīng)立即采取冷卻措施，以免過高土壤箱中的溫度。2.2.2硬巖地層盾構(gòu)施工由于硬巖層中的盾構(gòu)開挖，存在一些問題，例如快速的工具磨損，緩慢的開挖速度和工具損壞。當(dāng)前，堅(jiān)硬巖層中用盾構(gòu)法建地鐵隧道，通常，傳統(tǒng)的方法是先用地雷。在礦井中建立隧道的挖掘方法，盾構(gòu)機(jī)空氣被推入隧道的礦井段，再由盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)下分段裝配[12]。實(shí)際驗(yàn)證，依據(jù)地質(zhì)情況，施工期選擇合理開挖參數(shù)，定期更換切刀，在長(zhǎng)距離硬巖上進(jìn)行盾構(gòu)施工是完全可行的。盾構(gòu)施工中應(yīng)采取科學(xué)合理的工裝方案，可有效減少更換刀具的次數(shù)和停機(jī)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)建筑增效，減少工程費(fèi)用的目的。深圳地鐵五號(hào)線隧道遭遇長(zhǎng)距離硬巖，硬巖石部分占總成分的46.5%。硬巖層主要為花崗巖，石英含量高，脆度高，長(zhǎng)長(zhǎng)的硬質(zhì)巖石，抗壓強(qiáng)度超過100MPa。鑒于施工方法的改變及工期要求的不便，硬巖石間隔隧道選擇盾構(gòu)施工。主要技術(shù)難點(diǎn)總結(jié)如下：當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)到巖石強(qiáng)度較高的地層中時(shí)，減小刀盤對(duì)刀盤的切削效率，而且會(huì)造成刀具嚴(yán)重磨損。建筑的基礎(chǔ)是土壤。用于儲(chǔ)藏的溫度，在刀盤上注入適量改性渣泡沫塑料。實(shí)際發(fā)現(xiàn)，降溫能有效減少刀具磨損。同時(shí)，熔渣泡沫也可改善熔渣流動(dòng)的可塑性，改善掘進(jìn)效率[13]。在堅(jiān)硬巖層的盾構(gòu)施工過程中，由于開挖面的堅(jiān)硬巖體和圍巖的高強(qiáng)度，隧穿過程中機(jī)身的反應(yīng)力矩非常大，使得盾構(gòu)的機(jī)身易于旋轉(zhuǎn)，且明顯振動(dòng)。防護(hù)罩的振動(dòng)和扭曲將影響管段的正常安裝，以免發(fā)生這樣的事，屏蔽機(jī)上可安裝支撐靴，讓支撐靴緊貼巖壁，降低屏蔽機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)。同時(shí)，將刀盤倒轉(zhuǎn)，修正施工過程中由于屏蔽罩的扭轉(zhuǎn)而造成的偏差。安裝硬質(zhì)巖石中的節(jié)段，常發(fā)生不愉快的事，如節(jié)段不對(duì)準(zhǔn)，節(jié)段斷裂，灌漿溢流，隧洞的設(shè)計(jì)軸線和節(jié)段滲漏；發(fā)生節(jié)段未對(duì)準(zhǔn)的原因?yàn)椋貉b配段時(shí)，鄰近節(jié)段間推桿推力大；盾構(gòu)尾縫灌漿，灌漿過程壓力不均勻；地下水環(huán)境，地下水位壓力過大。工程實(shí)施的主要控制措施有：控制盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)、控制盾構(gòu)機(jī)的糾偏、降低地下水位等。堅(jiān)硬巖層中的盾構(gòu)隧道很容易造成分段損壞，主要原因有以下三個(gè)原因：堅(jiān)硬巖層中的盾構(gòu)機(jī)推力大。隧道掘進(jìn)時(shí)為了破碎巖石，護(hù)壁推力一般大于1200噸，這個(gè)比較大。受力于管段的推力，易使管段受壓；為避免盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)頭部彎曲，護(hù)面機(jī)下缸體的推力一般大于上組千斤頂?shù)耐屏?，低?jí)容易，彎頭向前推時(shí)，這一現(xiàn)象更為明顯，注漿壓力過高，有可能擠壓管道，因操作員失誤，該井段內(nèi)注漿施工產(chǎn)生的壓力超過0.5MPa，導(dǎo)致管道部分受損。盾構(gòu)機(jī)尾縫同步注漿，如注漿壓力過高，注漿會(huì)滲透到周圍巖石的縫隙中，嚴(yán)重者甚至滲入刀盤[14]。在盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，盾構(gòu)機(jī)尾端與盾構(gòu)機(jī)尾有一定角度，造成漿液堵塞及盾構(gòu)注漿封刷止水效果差，這樣就會(huì)溢出來。在施工期間所采取的主要控制措施是：增加灌漿漿液黏度，漿液中加入促進(jìn)劑，同時(shí)適當(dāng)降低灌漿壓力。用盾構(gòu)掘進(jìn)的堅(jiān)硬巖石，一些因素，例如破碎的圓柱體和不均勻的推力，通常會(huì)導(dǎo)致不充分挖掘和過渡挖掘盾構(gòu)，而且隧道軸線容易偏離設(shè)計(jì)軸線。此時(shí)，盾構(gòu)機(jī)尾要嚴(yán)格控制同時(shí)注漿和二次注漿。另外，若對(duì)屏蔽機(jī)進(jìn)行過度調(diào)整，還會(huì)使護(hù)罩以一個(gè)蛇形的形狀來回移動(dòng)，因此與設(shè)計(jì)軸的偏差，也造成了屏蔽結(jié)構(gòu)上的問題。用硬質(zhì)巖石進(jìn)行盾構(gòu)施工，巨大推力，緩慢挖掘速度，堅(jiān)硬的巖石，造成刀具的快速磨損。組合階段易于定位，因此，對(duì)屏蔽結(jié)構(gòu)造成很大的困難。依工程實(shí)際進(jìn)行本研究，在不斷探索中，歸納和提出了一套硬巖環(huán)境下盾構(gòu)施工對(duì)策。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)有三種掘進(jìn)方式[15]：土壓平衡式，半開放式和開放式。本項(xiàng)目的硬巖斷面隧道具有較高的抗壓強(qiáng)度和較高的隧洞面自穩(wěn)定性，開挖過程中前土不易塌陷。因此，施工過程中的盾構(gòu)掘進(jìn)方式可以是敞開式的，切碎的土壤直接進(jìn)入土倉(cāng)并由螺旋輸送機(jī)排出，提高了掘進(jìn)效率。土倉(cāng)中的土含量小，掘進(jìn)過程中開挖刀盤的扭力小，無需控制土倉(cāng)的壓力，掘進(jìn)效果更好。在堅(jiān)硬巖層中進(jìn)行盾構(gòu)施工時(shí)很難校正偏差，因此盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)控制非常重要，這是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵。如果姿勢(shì)控制不當(dāng)，則很容易出現(xiàn)不良現(xiàn)象，例如管子破裂，偏離設(shè)計(jì)軸和嚴(yán)重的工具磨損。如果實(shí)際結(jié)構(gòu)中存在姿勢(shì)偏差，則在校正偏差時(shí)應(yīng)避免過度校正。屏蔽罩的校正應(yīng)遵循“長(zhǎng)距離和慢速校正”的指導(dǎo)思想，以免由于校正而導(dǎo)致工具磨損和難以前進(jìn)。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)施工在堅(jiān)硬的巖層中時(shí)，設(shè)置掘進(jìn)參數(shù)的指導(dǎo)思想是“小扭矩，高速度和強(qiáng)力”?！靶∨ぞ睾透咚俣取笔侵?，如果在屏蔽機(jī)設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)盡可能提高盾構(gòu)機(jī)刀盤的速度，則刀盤轉(zhuǎn)矩將減少；“大推力”是指在堅(jiān)硬的巖層中前進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)必須具有足夠的推力以確保巖石破碎；前進(jìn)速度應(yīng)控制在3cm/min以內(nèi)。防止管片浮動(dòng)的有效措施主要是控制注漿壓力，注漿量和注漿速度，用速凝砂漿盡快使盾構(gòu)尾部同步灌漿穩(wěn)定，確保同步灌漿的質(zhì)量。同步灌漿將有效地填充空隙，并在土壤和管片之間形成防水層，從而可以切斷地下水。硬質(zhì)巖層挖出的開挖土方的可工性低，流動(dòng)性塑性差在土質(zhì)改良土質(zhì)中常用發(fā)泡劑，而土塞效應(yīng)能有效地控制土箱的壓力。添加泡沫劑，能有效降低刀盤溫度，靠給刀盤潤(rùn)滑，刀盤與巖層間可減小摩擦，提高了刀盤的使用壽命。建設(shè)期間，從挖出的土壤中容易堵塞泡沫系統(tǒng)的注入管，所以，施工過程中應(yīng)定期檢查泡沫注入管。一經(jīng)發(fā)現(xiàn)管道堵塞，要及時(shí)清理，保證其正常工作。用硬質(zhì)巖石進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)，巖石切割器和巖石間的強(qiáng)烈摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱量，這樣會(huì)大大提高土倉(cāng)的溫度。土壤箱在施工期間的最高溫度為80℃，地道內(nèi)的整體溫度達(dá)到40℃。溫度過高將影響正常施工環(huán)境。油屏油溫達(dá)到報(bào)警值。為保證盾構(gòu)掘進(jìn)正常進(jìn)行，提高盾構(gòu)施工效率，為了降低隧道內(nèi)的溫度和施工環(huán)境，需要冷卻循環(huán)系統(tǒng)。長(zhǎng)距離硬巖中長(zhǎng)期運(yùn)行的盾構(gòu)機(jī)，刀盤會(huì)磨損。掘進(jìn)速度受到影響。導(dǎo)致刀具損壞的三個(gè)主要原因：工具的質(zhì)量，巖石的硬度，以及手工操作的錯(cuò)誤。盾構(gòu)機(jī)在硬質(zhì)巖層中掘進(jìn)的安全性和有效性，應(yīng)采取措施加強(qiáng)施工中刀具的管理，制定換刀標(biāo)準(zhǔn)，制定定期和不定期的刀具檢查系統(tǒng)，制定完整的換刀工藝。2.3地段盾構(gòu)施工技術(shù)盾構(gòu)施工中遇到的“孤巖”主要是殘留層中殘留的花崗巖風(fēng)化不均勻的產(chǎn)物，包括球形風(fēng)化巖石和囊性風(fēng)化巖石兩種。木材工程中遇到的巨石主要是球形風(fēng)化巨石，大小從十多厘米到幾十厘米不等。巨石強(qiáng)度高。通常，單軸抗壓強(qiáng)度在80和200MPa之間，由于巨石在空間中的分布具有很大的隨機(jī)性，沒有明顯的規(guī)律性，給巨石的探測(cè)帶來了困難。由巨石層埋藏量決定，地點(diǎn)分布和大小隨機(jī)，很難用地質(zhì)鉆探方法完全確定其分布，給盾構(gòu)隧道施工帶來較大的盲目性。硬質(zhì)土壤層，常用滾刀把大石頭壓碎。有時(shí)候，不能用滾刀壓碎巨石，使刀盤的旋轉(zhuǎn)推力把大石塊推到屏蔽刀盤的側(cè)面，屏蔽層外的巨石將擠壓屏蔽層，將屏蔽層從設(shè)計(jì)軸上移開。例如，在坑道一側(cè)土壤較弱，在另一面是堅(jiān)硬的大石頭，挖土?xí)r盾構(gòu)機(jī)要擠入土層的弱側(cè)，并會(huì)使隧道軸線偏移，要求進(jìn)行屏蔽層修正。處于軟弱土壤層，土不能裝大石頭，而斷層反力不足，大石塊被護(hù)罩主體移動(dòng)或被刀盤彈起，刀盤前面會(huì)包一些較小的石頭。用刀盤循環(huán)來停止刀盤施工，這樣的話，必須關(guān)上保護(hù)器，隨后，工作人員進(jìn)入作業(yè)面人工清除巨石。由于開挖面土層的穩(wěn)定性差，因此有崩塌的危險(xiǎn)。人工進(jìn)入土堆清除巨石是非常危險(xiǎn)的。在土層變?nèi)醯臅r(shí)候，還會(huì)造成表面過度沉降。這樣的話，請(qǐng)勿人工移除巨石。常用的措施是在地面進(jìn)行套筒閥管注漿，加強(qiáng)土地和增加土壤剪切強(qiáng)度，按抱石位置處理抱石的原則，形態(tài)、尺寸等綜合因素確定。處理大石塊時(shí)應(yīng)遵循的原則是，先用地面處理措施，如打孔，空穴等方法；在地面上沒有處理?xiàng)l件的時(shí)候，只考慮在洞穴中進(jìn)行加工。深孔爆破是常用的處理措施，地表灌漿加固，人造空心樁是一種破碎、破碎的設(shè)備。由地層適應(yīng)，建筑風(fēng)險(xiǎn)，環(huán)保影響，施工工期費(fèi)用，建設(shè)效益等方面的考慮，并對(duì)上述各種處理方法進(jìn)行了綜合研究和對(duì)比分析。處理大石頭的各種方法各有利弊。所以，適合于各種工程環(huán)境，巖層適應(yīng)與環(huán)境影響，要綜合考慮，選擇適當(dāng)?shù)奶幚矸椒?，?shí)現(xiàn)安全施工的目標(biāo)，時(shí)間安排及節(jié)省費(fèi)用。

第三章盾構(gòu)出洞到達(dá)施工關(guān)鍵技術(shù)研究3.1盾構(gòu)出洞到達(dá)施工流程盾構(gòu)機(jī)的到來是盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的最后階段，它具有其重要性和特殊性。盾構(gòu)機(jī)的順利到達(dá)可以為隨后的拆除施工提供良好的施工條件，這通常與整個(gè)項(xiàng)目的成敗有關(guān)。圖3.1顯示了整個(gè)屏蔽結(jié)構(gòu)的流程圖。當(dāng)防護(hù)機(jī)距離接收軸50m時(shí)，需要進(jìn)行相關(guān)準(zhǔn)備，以確保防護(hù)機(jī)可以安全地到達(dá)并推入接收基座。到達(dá)施工的主要內(nèi)容包括：地層加固處理，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)之前的定位測(cè)量，接受測(cè)量并檢查入口門的位置，處理入口端壁，安裝入口密封圈，在洞中安裝驗(yàn)收基座和驗(yàn)收支架，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)退出隧道時(shí)，應(yīng)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)并降低行進(jìn)速度，以確保其順利到達(dá)接收井。洞門鑿除洞門鑿除接受基座的安裝與固定掘進(jìn)參數(shù)的調(diào)整洞門密封的安裝掘進(jìn)方向的控制到達(dá)段的掘進(jìn)貫通后布上始發(fā)基座渣土清理圖3.1：盾構(gòu)到達(dá)施工流程3.2盾構(gòu)達(dá)到施工技術(shù)措施3.2.1到達(dá)端頭地層加固為了確保安全防護(hù)罩能夠安全到達(dá)，請(qǐng)避免發(fā)生諸如不穩(wěn)定，噴水和端壁附近土壤塌陷之類的事故。屏蔽罩到達(dá)前一個(gè)月，應(yīng)根據(jù)地面情況對(duì)地面進(jìn)行加固，并應(yīng)檢查地面的加固效果，以評(píng)估屏蔽罩的掘進(jìn)條件是否可用。盾構(gòu)隧道端壁地層的常用加固方法有：灌漿加固，旋噴樁加固，脫水加固，深層攪拌樁加固，脫水加固，SMW加固，人工凍結(jié)加固等。根據(jù)深圳地鐵5號(hào)線洪浪站盾構(gòu)機(jī)到達(dá)時(shí)的施工過程，結(jié)合端層條件，水文條件，端結(jié)構(gòu)等綜合因素分析，采用單管cp600旋噴樁為了在施工過程中加強(qiáng)兩端層，鋼筋的高度和寬度均為20m，即隧道段左右兩側(cè)3m，上下兩側(cè)6m。采用梅花布局加固噴漿樁，樁距為450mm，閉塞范圍為150mm。土層加固后，檢查加固效果。圍護(hù)結(jié)構(gòu)切斷后，端壁周圍的土層具有良好的自穩(wěn)性和防水性，加筋土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于20MPa，滲透系數(shù)小于1.0×10-bcm/s。3.2.2盾構(gòu)機(jī)及洞門位置復(fù)核測(cè)量當(dāng)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)施工過程中時(shí)，如果盾構(gòu)機(jī)距門口50m，則使用VMT系統(tǒng)測(cè)量盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，同時(shí)手動(dòng)測(cè)量并查看接收支架的仰角和線，屏蔽機(jī)主體的位置以及接收口的位置，屏蔽行進(jìn)斜率，屏蔽機(jī)旋轉(zhuǎn)角度和平面方向等。如果在測(cè)量中發(fā)現(xiàn)屏蔽機(jī)的穿透姿勢(shì)有偏差，則應(yīng)制定校正計(jì)劃應(yīng)及時(shí)制定。糾正不應(yīng)太劇烈，應(yīng)逐環(huán)進(jìn)行糾正，并應(yīng)根據(jù)上述因素進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在開口附近的節(jié)段的組裝過程中，應(yīng)檢查每個(gè)環(huán)形節(jié)段，并確保裝配的線性度和開口的間隙，以防止屏蔽機(jī)從孔中出來時(shí)以及在孔處卡在孔中。同時(shí)，確保拆除和拆除門框結(jié)構(gòu)的車門密封條和止水裝置的安裝效果。3.2.3接收基座的安裝在防護(hù)機(jī)到達(dá)之前，應(yīng)清理基坑并安裝防護(hù)罩接收基座。安裝接收座時(shí)，請(qǐng)注意隧道入口位置的設(shè)計(jì)路線以及設(shè)計(jì)路線的水平和垂直曲線條件，以確保盾構(gòu)隧道推進(jìn)中心的斜率與設(shè)計(jì)軸的斜率一致。在將屏蔽機(jī)接收到基座上之后，接收基座將承受更大的縱向和橫向推力以及屏蔽旋轉(zhuǎn)扭矩。因此，在防護(hù)罩到達(dá)之前，應(yīng)在支架的兩側(cè)進(jìn)行H型鋼加固。安裝接收支架時(shí)，請(qǐng)注意管線的水平和垂直曲線條件。隧道的坡度與盾構(gòu)的坡度應(yīng)一致。為了防止支架安裝得太高并迫使其移動(dòng)，接收支架的安裝高度應(yīng)比刀盤低2cm。此外，盾構(gòu)機(jī)的最后50m正在建設(shè)中。為了確保盾構(gòu)機(jī)安全，平穩(wěn)地到達(dá)接收支架，必須嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)和掘進(jìn)參數(shù)。接收支架在屏蔽罩接收井中的安裝步驟如下：（1）首先將支架逐步提升到屏蔽罩接收井中，并完成井中鋼支架的焊接；（2）確保盾構(gòu)施工過程中的安全性和穩(wěn)定性根據(jù)隧道軸線的高度和高程測(cè)量數(shù)據(jù)，及時(shí)檢查和調(diào)整支架的安裝位置，以確保支架的高程符合設(shè)計(jì)要求，并以通道與接收支架的中心線一致。第三步：調(diào)整好支架后，將支架用加工過的鋼固定。3.2.4盾構(gòu)到達(dá)時(shí)施工措施當(dāng)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入到達(dá)區(qū)時(shí)，應(yīng)隨時(shí)掌握盾構(gòu)機(jī)與隧道入口之間的距離變化，位置信息等，并應(yīng)按照指定的施工計(jì)劃進(jìn)行施工。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)與門的端壁之間的距離小于10m時(shí)，端部的地面干擾會(huì)急劇增加，對(duì)土壤的穩(wěn)定性構(gòu)成極大的威脅。此時(shí)，應(yīng)注意盾構(gòu)機(jī)糾正偏差并嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)的最后10m，調(diào)整隧道參數(shù)。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)到達(dá)段的其余三個(gè)環(huán)時(shí)，盾構(gòu)掘進(jìn)速度控制在5mm?10mm/min，盾構(gòu)推力控制在400-500t，盾構(gòu)到達(dá)時(shí)的掘進(jìn)參數(shù)如切刀盤扭矩，切刀盤速度，前進(jìn)速度，總推力等應(yīng)大大降低。在前0.5米的穿透深度時(shí)，應(yīng)盡可能多地排出上層垃圾箱中的渣土，以免在推進(jìn)防護(hù)罩時(shí)過度擠壓和挖掘一對(duì)開挖面，這可能會(huì)損壞端壁并造成不穩(wěn)定和土層塌陷。如有必要，可通過添加泡沫來改善渣土。在施工過程中，應(yīng)盡可能縮短防護(hù)罩到達(dá)施工的時(shí)間。因此，在清除門的凝結(jié)物之后，有必要迅速推進(jìn)護(hù)罩并組裝各階段。到達(dá)車站前，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)VMT系統(tǒng)和手動(dòng)輔助測(cè)量來測(cè)量盾構(gòu)機(jī)的高度和姿態(tài)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整隧道參數(shù)和氣缸千斤頂?shù)男谐滩?，并調(diào)整盾構(gòu)機(jī)糾正盾構(gòu)機(jī)偏差的姿勢(shì)。機(jī)器軸線與隧道設(shè)計(jì)軸線一致，同時(shí)確保盾構(gòu)機(jī)自身的轉(zhuǎn)角，平面方向和推進(jìn)坡度滿足隧道進(jìn)入的要求。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)的刀盤到達(dá)時(shí)，應(yīng)增加同步注漿量以確保地層的穩(wěn)定性。灌漿完成后6到7個(gè)小時(shí)，灌漿開始凝固，然后繼續(xù)前進(jìn)。當(dāng)?shù)孛鏃l件較弱時(shí)，注漿孔將止水材料注入到屏蔽殼周圍的土壤中，以防止由于泥漿和水涌而引起的地層塌陷。最后一個(gè)環(huán)段的組裝完成后，通過保留在環(huán)段上的第二注漿孔注入雙漿以密封。由于防護(hù)罩到達(dá)結(jié)構(gòu)時(shí)的總推力相對(duì)較小，因此節(jié)段之間的接頭松動(dòng)了。為防止節(jié)段松弛，必須擰緊螺栓，并使用5mm厚的10號(hào)扁鐵沿通道的縱向擰緊節(jié)段。3.3盾構(gòu)出洞豎直凍結(jié)加固3.3.1凍結(jié)法的制冷過程地層凍結(jié)的制冷過程通常包括鹽水，氨水和冷卻水三個(gè)循環(huán)。常用的氨（3或二氧化碳（CO2）作為制冷劑），氯化鈣（CaOl2）溶液（俗稱鹽水）使用泵和供液管插入冷卻至－20?30℃。深層土壤將鹽水送入冷凍管中，在活躍的冷凍期間，循環(huán)的低溫鹽水將不斷吸收冷凍管外部的土壤熱量，吸收形成的熱量后，鹽水溫度上升，循環(huán)泵的動(dòng)力將加熱后的鹽水輸送到環(huán)路，然后返回制冷設(shè)備并與制冷劑接觸以進(jìn)行冷卻和冷卻，當(dāng)減壓下的液氨蒸發(fā)時(shí)，會(huì)帶走鹽水中的大量熱量，從而降低鹽水的溫度，吸收熱量后的氨氣被壓縮，它被冷卻水的冷凝液重新液化，然后在冷卻水中循環(huán)。達(dá)到重復(fù)使用管道的目的，當(dāng)土壤溫度低于凍結(jié)溫度時(shí)，含水層將凍結(jié)。冷凍管周圍形成一個(gè)凍土圓柱體，冷凍柱的直徑隨冷凍時(shí)間的增加而增大，然后相鄰的冷凍柱相交形成了堅(jiān)固的凍土幕，可以擋住地下水，并能承受土壓力和水。3.3.2凍結(jié)法的特點(diǎn)（1）由凍結(jié)墻形成的凍結(jié)加固區(qū)具有良好的防水性能，其防水性和抗?jié)B性明顯優(yōu)于其他地面加固方法。（2）凍結(jié)凝固強(qiáng)度高，最大凍結(jié)強(qiáng)度可達(dá)到10MPa，可滿足工程強(qiáng)度要求，并能根據(jù)地質(zhì)條件和施工條件滿足幕簾形狀和柔性布置的要求。（3）冷凍法是一種環(huán)境友好的施工方法，施工過程中噪聲低，對(duì)地下水無污染，對(duì)地表環(huán)境的干擾?。皇┕ね瓿珊?，可用人工或自然融化的方法將凍土墻融化，對(duì)地面和地下施工（施工）的影響很小。（4）當(dāng)盾構(gòu)切割機(jī)在凍土和加固土中切割時(shí)，刀盤受力均勻，掘進(jìn)參數(shù)易于控制。（5）冷凍法的建設(shè)成本較高。3.3.3盾構(gòu)出洞凍結(jié)法加固施工關(guān)鍵措施為了確保盾構(gòu)機(jī)的安全啟動(dòng)，防止土壤崩塌并控制地面沉降，可以設(shè)計(jì)凍結(jié)方法以加強(qiáng)基礎(chǔ)。打護(hù)盾時(shí)，對(duì)入口處的地下連續(xù)墻進(jìn)行分段切割，在凍土壁上安裝盾構(gòu)機(jī)，向加固區(qū)推進(jìn)發(fā)射段，加固區(qū)穿越，通道施工的正常階段。保護(hù)蓋采用防凍加筋形式。按設(shè)計(jì)的功能要求，冰凍加固區(qū)域分為兩部分：冰凍土壁靠近地面連接壁的一部分，它的作用是確保地面連接壁是開放的，土質(zhì)不變穩(wěn)定，崩潰和漏水；另一部分是平衡的。它是由凍土墻和凍土拱組成。平衡器的作用是防止保護(hù)罩到達(dá)時(shí)使保護(hù)罩的前端向上傾斜，防止由于過度挖掘和土壤空隙造成的地表凸起。沉降物及覆土不穩(wěn)定事故。冰凍對(duì)隔板墻的影響：凍結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，隔墻凍結(jié)土墻的水平力小于被動(dòng)土壓力，冰凍土體在隔板上的膨脹力。周圍地下建筑結(jié)構(gòu)一般小于0.2MPa。凍融對(duì)隧道段的影響：盾構(gòu)推進(jìn)后，巷道部分和周圍凍土之間有空隙，那里到處是泥土和融化的土壤。冷量對(duì)冰凍土壤的影響，泥巴也可以凍結(jié)。污泥中含有有機(jī)或有機(jī)鹽的添加劑，結(jié)果，冰點(diǎn)結(jié)冰可以降到－0.5或－2℃左右?；诘罔F隧道旁通道施工經(jīng)驗(yàn)，凍結(jié)通常不影響路段的安全。為防止凍土進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)并影響卸載或凍結(jié)頭部而不能正常施工，穿越凍土墻時(shí)應(yīng)將保護(hù)器向前推，應(yīng)該盡可能避免。把它倒進(jìn)鉆孔里，將冰凍管從鉆孔中取出。海水會(huì)融化護(hù)罩周圍冰凍的地面。地表凍脹量和融化沉降對(duì)地表的影響：凍結(jié)期變化引起土壤質(zhì)量膨脹及水分遷移引起土壤體積膨脹，地面可能出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象。同樣，在稍后的熔融過程中，地表也會(huì)融化。根據(jù)冷凍工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，由于凍脹性作用造成的表面凍脹性隆起通常小于30mm。融化階段產(chǎn)生的融化層通常比凍融隆起小，融化凍土墻之后，地面基材可恢復(fù)到其原來的位置狀態(tài)。本方案采用局部?jī)鼋Y(jié)法，地表隔離和排水措施的采用，而凍脹性和融沉性影響較小。但是，在盾構(gòu)施工的初期階段，土壓力的絕對(duì)平衡難以實(shí)現(xiàn)，工程對(duì)地面的干擾依然很大。所以，為彌補(bǔ)凍結(jié)施工造成的地面沉降，木料工程也將在地面上進(jìn)行灌漿加固。第四章結(jié)論與展望“21世紀(jì)是地下空間開發(fā)利用的世紀(jì)”，但由于地下工程施工工藝和地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大，導(dǎo)致地下工程施工過程中施工事故頻發(fā)，造成眾多人員傷亡、設(shè)備損壞，工期延誤和工程造價(jià)增加等嚴(yán)重后果。目前，地下工程施工安全管理仍然是建筑界學(xué)者和專家的研究熱點(diǎn)。加強(qiáng)施工安全管理，可以減少地下工程施工事故的發(fā)生。地鐵隧道施工多處于地質(zhì)條件復(fù)雜且地上人口密集的商業(yè)區(qū)或住宅區(qū)，而盾構(gòu)法施工采用的設(shè)備機(jī)械化程度高，對(duì)周邊環(huán)境影響相對(duì)較小，且其工藝本身受氣候條件的影響較小，而且該方法在造價(jià)和施工進(jìn)度方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，因此盾構(gòu)法施工已成為地鐵隧道施工方法的主流。本文通過探討了盾構(gòu)技術(shù)在城市地鐵施工中應(yīng)用的相關(guān)問題，對(duì)盾構(gòu)施工各環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，并對(duì)特殊地段的盾構(gòu)施工注意事項(xiàng)及采取的相應(yīng)措施進(jìn)行分析研究，為類似地質(zhì)條件下盾構(gòu)施工提供了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。本文首先闡述了論文的研究背景、意義以及當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，其次對(duì)盾構(gòu)施工、盾構(gòu)出洞等關(guān)鍵工序和環(huán)節(jié)進(jìn)行了更加具體的闡述，最后對(duì)全文的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了一個(gè)總結(jié)和展望。地下隧道施工包括采礦法，明挖法等。每一種施工方法的適用環(huán)境及其自身特點(diǎn)都有很大的不同。其中，在城市地鐵建設(shè)中，盾構(gòu)方法具有較高的技術(shù)支撐，一種成本更低的建造方法。它依賴于保護(hù)罩自身的剛性支撐，前面的泥土不會(huì)脫落，而且護(hù)罩的尾部已經(jīng)裝配好了，盾構(gòu)開挖面受土室