盾构隧道范文10篇

盾构隧道范文篇1

历史和发展

用盾构法修建隧道已有150余年的历史。最早进行研究的是法国工程师M.I.布律内尔，他由观察船蛆在船的木头中钻洞，并从体内排出一种粘液加固洞穴的现象得到启发，在1818年开始研究盾构法施工，并于1825年在英国伦敦泰晤士河下，用一个矩形盾构建造世界上第一条水底隧道（宽11.4米、高6.8米）。在修建过程中遇到很大的困难，两次被河水淹没，直至1835年，使用了改良后的盾构，才于1843年完工。其后P.W.巴洛于1865年在泰晤士河底，用一个直径2.2米的圆形盾构建造隧道。1847年在英国伦敦地下铁道城南线施工中，英国人J.H.格雷特黑德第一次在粘土层和含水砂层中采用气压盾构法施工，并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的空隙，创造了比较完整的气压盾构法施工工艺，为现代化盾构法施工奠定了基础，促进了盾构法施工的发展。20世纪30～40年代，仅美国纽约就采用气压盾构法成功地建造了19条水底的道路隧道、地下铁道隧道、煤气管道和给水排水管道等。从1897～1980年，在世界范围内用盾构法修建的水底道路隧道已有21条。德、日、法、苏等国把盾构法广泛使用于地下铁道和各种大型地下管道的施工。1969年起，在英、日和西欧各国开始发展一种微型盾构施工法，盾构直径最小的只有1米左右，适用于城市给水排水管道、煤气管道、电力和通信电缆等管道的施工。

中国于第一个五年计划期间，首先在辽宁阜新煤矿，用直径2.6米的手掘式盾构进行了疏水巷道的施工。中国自行设计、制造的盾构，直径最大为11.26米，最小为3.0米。正在修建的第二条黄浦江水底道路隧道，水下段和部分岸边深埋段也采用盾构法施工，盾构的千斤顶总推力为108兆牛，采用水力机械开挖掘进。在上海地区用盾构法修建的隧道，除水底道路隧道外，还有地铁区间隧道、通向河海的排水隧洞和取水管道、街坊的地下通道等。

盾构法的优越性

盾构法施工得到广泛使用，因其具有明显的优越性：

①在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业，有足够的施工安全性；

②地下施工不影响地面交通，在河底下施工不影响河道通航；

③施工操作不受气候条件的影响；

④产生的振动、噪声等环境危害较小；

⑤对地面建筑物及地下管线的影响较小。

盾构法施工准备工作

采用盾构法施工时，首先要在隧道的始端和终端开挖基坑或建造竖井，用作盾构及其设备的拼装井（室）和拆卸井（室），特别长的隧道，还应设置中间检修工作井（室）。拼装和拆卸用的工作井，其建筑尺寸应根据盾构装拆的施工要求来确定。拼装井的井壁上设有盾构出洞口，井内设有盾构基座和盾构推进的后座。井的宽度一般应比盾构直径大1.6～2.0米，以满足铆、焊等操作的要求。当采用整体吊装的小盾构时，则井宽可酌量减小。井的长度，除了满足盾构内安装设备的要求外，还要考虑盾构推进出洞时，拆除洞门封板和在盾构后面设置后座，以及垂直运输所需的空间。中、小型盾构的拼装井长度，还要照顾设备车架转换的方便。盾构在拼装井内拼装就绪，经运转调试后，就可拆除出洞口封板，盾构推出工作井后即开始隧道掘进施工。盾构拆卸井设有盾构进口，井的大小要便于盾构的起吊和拆卸。

盾构法施工工序

主要有土层开挖、盾构推进操纵与纠偏、衬砌拼装、衬砌背后压注等。这些工序均应及时而迅速地进行，决不能长时间停顿，以免增加地层的扰动和对地面、地下构筑物的影响。

土层开挖

在盾构开挖土层的过程中，为了安全并减少对地层的扰动，一般先将盾构前面的切口贯入土体，然后在切口内进行土层开挖，开挖方式有：

①敞开式开挖。适用于地质条件较好、掘进时能保持开挖面稳定的地层。由顶部开始逐层向下开挖，可按每环衬砌的宽度分数次完成。

②机械切削式开挖。用装有全断面切削大刀盘的机械化盾构开挖土层。大刀盘可分为刀架间无封板的和有封板的两种，分别在土质较好的和较差的条件下使用。在含水不稳定的地层中，可采用泥水加压盾构和土压平衡式盾构进行开挖。

③挤压式开挖。使用挤压式盾构的开挖方式，又有全挤压和局部挤压之分。前者由于掘进时不出土或部分出土，对地层有较大的扰动，使地表隆起变形，因此隧道位置应尽量避开地下管线和地面建筑物。此种盾构不适用于城市道路和街坊下的施工，仅能用于江河、湖底或郊外空旷地区。用局部挤压方式施工时，要根据地表变形情况，严格控制出土量，务使地层的扰动和地表的变形减少到最低限度。

④网格式开挖。使用网格式盾构开挖时，要掌握网格的开孔面积。格子过大会丧失支撑作用，过小会产生对地层的挤压扰动等不利影响。在饱和含水的软塑土层中，这种掘进方式具有出土效率高、劳动强度低、安全性好等优点。

推进操纵与纠偏

推进过程中，主要采取编组调整千斤顶的推力、调整开挖面压力以及控制盾构推进的纵坡等方法，来操纵盾构位置和顶进方向。一般按照测量结果提供的偏离设计轴线的高程和平面位置值，确定下一次推进时须有若干千斤顶开动及推力的大小，用以纠正方向。此外，调整的方法也随盾构开挖方式有所不同：如敞开式盾构，可用超挖或欠挖来调整；机械切削开挖，可用超挖刀进行局部超挖来纠正；挤压式开挖，可用改变进土孔位置和开孔率来调整。

衬砌拼装

常用液压传动的拼装机进行衬砌（管片或砌块）拼装。拼装方法根据结构受力要求，可分为通缝拼装和错缝拼装。通缝拼装是使管片的纵缝环环对齐，拼装较为方便，容易定位，衬砌圆环的施工应力较小，但其缺点是环面不平整的误差容易积累。错缝拼装是使相邻衬砌圆环的纵缝错开管片长度的1/2～1/3.错缝拼装的衬砌整体性好，但当环面不平整时，容易引起较大的施工应力。衬砌拼装方法按拼装顺序，又可分为先环后纵和先纵后环两种。先环后纵法是先将管片（或砌块）拼成圆环，然后用盾构千斤顶将衬砌圆环纵向顶紧。先纵后环法是将管片逐块先与上一环管片拼接好，最后封顶成环。这种拼装顺序，可轮流缩回和伸出千斤顶活塞杆以防止盾构后退，减少开挖面土体的走动。而先环后纵的拼装顺序，在拼装时须使千斤顶活塞杆全部缩回，极易产生盾构后退，故不宜采用。

衬砌背后压注

盾构隧道范文篇2

关键词：盾构隧道；管片扭转；原因分析；预防措施

一、工程概况

在地铁盾构推进过程中，受到盾构刀盘扭矩的影响，拼装成环的管片拼装位置与设计值相比旋转了一定角度，给盾构管片的选型和拼装造成了一定影响，且可能导致后续车架和电机车轨道铺设不平整，影响设备的运行。

**地铁三号线大石北盾构区间工程，隧道单线长3051.5m，双线长6103m，最大纵坡28‰，最小转弯半径800m，隧道内径5.4m，外径6.0m。本工程施工采用三菱泥水盾构机，主机机体长8.17m，盾构外径6.26m，最大推力3.6×104kN，最大扭矩6327kN?m，刀盘转速0～4rpm。管片采用环宽1.5m的标准环、左转弯楔形环、右转弯楔形环等3种(5+1模式)，转弯环的楔形量为38mm。

在该区段盾构掘进施工时，两条线均产生了不同程度的扭转，局部扭转角度达18°，具体如图1所示。由于管片扭转过大，致使管片选型的点位均发生变化，给管片的选型和拼装带来了一定的难度，影响了管片的拼装质量，也使后续台车架和电机机车轨道铺设不平整，影响了设备的运行。

二、管片扭转原因分析

2.1力学分析

盾构机刀盘旋转分正转及反转两种(即顺时针和逆时针旋转)，当电机带动刀盘顺时针或者逆时针旋转切削岩土时，岩土对刀盘产生逆时针方向的反力矩M岩，此时盾构机外壳与土体间的摩擦力对盾构机产生一反方向力矩M盾，以维持盾构机体平衡，如图2所示。

⑴当M岩<M盾静摩擦力矩M盾静(盾构机与盾构外壳与围岩间临界摩擦力矩值)时，盾构机体稳定，管片不会出现扭转趋势；

⑵当M岩>M盾静时，盾构机具有滚动的趋势，盾构机机体内的推进千斤顶会对管片产生一逆时针方向的扭矩，当管片自身稳定性及围岩或衬背已凝固的水泥浆对管片的摩阻力产生的反抗力矩M管片能抵抗这一力矩时，盾构机体及管片也都稳定，不会出现扭转趋势；

⑶当M岩>M盾静+M管片时，盾构机机体及管片均会产生逆时针方向的扭转。

从以上力学分析中，我们得知管片扭转最主要的原因是围岩未能提供足够的摩阻力来阻止盾构滚动的趋势而带动管片扭转。而导致围岩未能提供足够摩阻力的内在原因为：①盾构刀盘左右旋转方向不均衡，刀盘总朝一个方向旋转；②同步注浆效果不理想，造成围岩无法提供足够的摩擦阻力以约束管片的扭转；③管片螺栓未足够紧固，故无法有效地传递力矩。以下再对其内在原因进行详细分析。

2.2刀盘正反转不均衡

当盾构机体及管片均具有滚动趋势时，刀盘顺逆旋转的不均衡将造成管片向某个方向的扭转大于另一方向的扭转，造成成型管片的扭转积累。均衡是指在盾构掘进过程中，刀盘正反转的时间基本一致，同时也要求刀盘正反转的扭矩基本一致，这样管片顺逆时针扭转的趋势也会一致。

在沥大盾构区间掘进施工中，最初由于经验不足，刀盘总是朝着某个方向旋转，导致盾构机体滚动角度急剧增大，后续台车轨道也跟着倾斜，管片随其扭转了一定角度，造成后续台车不停地出轨，严重影响盾构的掘进施工，后来我们在掘进施工中严格控制刀盘正反转时间和扭矩，有效地控制了管片扭转和后续台车的出轨现象。因此在盾构推进过程中，如扭矩较大则应尽量缩短刀盘的单向旋转时间，若某一环推进过程中未消除该情况对管片造成的扭转，且在每一环推进完毕后盾构机体滚动角均增大，则管片的扭转角将会叠加，使扭转程度变得更严重。

2.3围岩未能给予管片足够的摩阻力

在较稳定的岩层中，由于围岩的拱效应作用，管片与围岩之间存在着一定的建筑空隙，需同步注浆进行填充并固结管片。但在基岩裂隙发育，地下水丰富地段，注浆效果往往较差，管片背填注浆液长时间未能有效凝固，或注浆量严重不足导致管片未能充分接触周围岩体，因此无法产生足够的摩阻力组织管片转动。管片扭转达18°的情况也正发生在该种地层。

对于岩层较软弱的地段，盾构掘进开挖后形成的建筑空隙，由于地层的变形和沉降，即使同步注浆也无法有效凝结或注浆量严重不足，导致管片受变形沉降的土体所约束。此时，盾构机及管片扭转受到衬背、盾体外壳的土层所提供的摩阻力，故不易发生扭转。

通过对施工过程中盾构机及管片扭转情况进行统计，也证实在软弱地段不易发生扭转，而在岩层自稳性较好且含水的地层段，管片发生扭转的现象较为普遍。

2.4管片螺栓未足够紧固

在管片拼装时，由于工人对管片连接螺栓未能足够紧固，故无法加强环间的有效连接和提高管环间的摩擦力，造成管环之间未能有效传递盾构机滚动产生的力矩，成型管环整体性较差，也是造成管片扭转的原因之一。

三、预防及处理措施

3.1尽量缩短单个方向的旋转时间，使正反转时间和扭矩趋于均衡。

3.2尽量缩短同步注浆液的初凝时间，以增强管片的自稳性和及时给予管片足够的摩阻力。

3.3每一块管片就位拼装时，应将每个螺栓初步扭紧，在拼装完整环后再次紧固，此外在推进过程中推进压力远大于管片拼装时的千斤顶压力，故此时应对管片螺栓再次紧固，以达到较好的紧固效果，使管片整体性良好以抵抗扭转的趋势。

3.4掘进时推进千斤顶上下部压力差应尽可能小，避免较大的压力差使管片产生漂浮现象，从而减弱管片的自稳性。施工实践证明，当盾构机推进千斤顶上下部压力差达100bar时，管片向上位移较明显，故施工中宜控制上下千斤顶压力差小于80bar。

3.5当发现管片有位移迹象时，应及时对管片进行衬背注浆，以防止管片继续位移，或对管片进行有效的填充，以防止管片产生过大的扭转。

3.6在发现管片产生扭转时，可将刀盘与管片扭转方向同向旋转，并适当延长旋转时间，以防止管片继续扭转并使管片恢复正常位置。

3.7在管片扭转过大时，可合理利用管片螺栓孔与螺栓间的公差进行调整，管片拼装时将管片向扭转的反方向进行拼装。拼装时为便于拼装和达到最好的效果，可先拼装就位B块(当管片逆时针扭转时)或C块(当管片顺时针扭转时)管片。

参考文献：

盾构隧道范文篇3

【关键词】盾构法隧道监理监控重点对策

㈠引言

近年来，为适应城市发展需要和满足城市居民日益增长的出行需求，上海市地铁建设不断加快了建设步伐。根据上海地区软土地质的特点，地铁区间隧道建设一般都采用盾构法施工，盾构法施工是以盾构机为隧道掘进设备，以盾构机的盾壳作支护，用前端刀盘切削土体，由千斤顶顶推盾构机前进，以开挖面上拼装预制好的管片作衬砌，从而形成隧道的施工方法。盾构机的类型有多种，目前在上海地铁区间隧道建设中以土压平衡式盾构应用最为广泛。土压平衡盾构工艺原理是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来的土进入刀盘后面的密封舱内，井使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降或隆起，在出土时由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续的将土渣排出。由于地铁盾构法隧道施工技术难度大、施工风险高、质量要求高、不可预测因素多。因此，监理人员应熟悉和掌握盾构法隧道施工监理监控重点及相应对策，在监理工作中才能真正做到有效地对施工质量进行监控，从而为业主提供优质的监理服务。本人有幸参加了地铁二号线西延伸工程的施工监理工作，在区间隧道掘进施工监理过程中，通过不断摸索与总结，也积累了一些菲薄的工作经验，以下就以土压平衡式盾构为例，对隧道掘进施工中监理应监控的重点及采取的对策，谈几点体会，以为抛砖引玉。

㈡正文

1.盾构始发（出洞）阶段

盾构始发（出洞）阶段是控制盾构掘进施工的首要环节。在盾构始发（出洞）前、后各项准备工作中监理需监督承包单位做好充分的技术、人员、材料、设备准备，并对盾构是否具备出洞条件予以审查，确保盾构在安全可靠的前提下能顺利出洞。

1.1盾构出洞土体加固

为了确保盾构出洞施工的安全和更好地保护附近的地下管线和建（构）筑物，盾构出洞前需对出洞区域洞口土体进行加固。土体加固的方法较多（如水泥搅拌桩加固、旋喷桩加固等），但无论采用何种加固方法，对土体加固的效果检验始终应作为监理重点控制的内容。在确保加固效果满足设计要求前提下，才能同意盾构出洞，否则应督促承包方及时采取补救措施。针对土体加固监理人员应重点关注以下三方面：

⑴加固土体与地墙间隙封闭

由于加固土体与地墙之间存在间隙，监理在审查土体加固专项方案时应审查承包方是否在方案中有相应的措施，一般可采用注浆、旋喷等方法封闭该间隙，并监督承包方予以落实。

⑵加固土体的强度

加固土体的强度是否满足设计要求是衡量加固效果的首要指标，可通过对进出洞加固范围内不同深度土体采用钻芯取样检测的方式加以验证，监理人员应对承包方钻芯取样过程进行见证，确保取样工作的真实性。

⑶加固土体的均匀性

检验加固土体的均匀性目前尚无相应的工具、手段，可通过打探孔方式进行观察。监理人员应监督承包方在洞口割除围护结构背土面钢筋及凿除砼后，合理布置探孔（选择有代表性部位、数量一般不少于5个），现场观察探孔有无渗漏或流砂等异常情况，作为判断土体加固效果的辅助手段。

1.2盾构始发基座设置

盾构始发前需将盾构机准确的搁置在符合设计轴线的始发基座上，待所有准备工作就绪后，沿设计轴线向地层内掘进施工。因此，盾构出洞前盾构始发基座定位的准确与否，直接影响到盾构机始发姿态好坏。监理在检查盾构始发基座时，应重点复核以下内容：

⑴洞门位置及尺寸

在基座设置前，监理人员应采用测量工具对洞口实际的净尺寸、直径、洞门中心的平面位置及高程进行复核。

⑵盾构始发基座位置

盾构始发基座的设置依据不仅包括洞门中心的位置、还包括设计坡度与平面方向。在始发基座设置完毕，为确保盾构机能以最佳的姿态出洞。监理人员应复核基座顶部导向轨的位置（平面位置及高程），确保盾构搁置位置和方向满足设计轴线的要求。

1.3盾构机及后配套设备井下验收

盾构法隧道施工主要依靠盾构掘进机及配套设备完成掘进任务，由于受工作井内空间限制，需将盾构机及后配套台车分节吊装运至井下，并在井下安装、调试和试运转。土压平衡式盾构机及后配套设备构成主要由盾构壳体（包括刀盘及切口环、支撑环、盾尾）、推进系统、拼装系统、油脂润滑系统、监控系统等组成。监理在井下验收工作中的重点是对盾构机及后配套设备主要部件和系统检查和核对，并对试运转情况进行见证，在验收合格前提下可批准盾构机及配套设备投入使用。以下为本工程日本小松φ6340土压平衡式盾构机为例，对盾构机井下调试、验收项目作一介绍。

验收项目验收内容验收要求

外观验收01刀具数量齐全、刃口完好、安装正确

02焊缝焊缝均匀饱满，无缺陷

03外形尺寸盾构外壳长度和直径符合要求

04尾刷排列整齐有序

05电气设备内外清洁，电缆无破损和油污

调试验收01刀盘转速正转和反转满足要求

02超挖刀数量和行程满足要求

03推进千斤顶数量、行程、油压、伸缩时间满足要求

04螺旋输送机转速、油压、闸门开关满足要求

05拼装机回转角度和速度满足要求

06注浆系统满足正常使用（用水替代）

07盾尾油脂满足正常使用

08双梁葫芦走行和起升构件正常，满足正常使用

09皮带机启动和停止正常，满足正常使用

10泡沫系统喷出正常

11电气系统仪器仪表显示、漏电开关保护、警报系统等能正常使用

1.4后盾支撑系统安装

盾构前进的动力是通过千斤顶来提供，而盾构始发时千斤顶顶力是作用在后盾支撑系统之上。一般后盾支撑体系是由钢反力架、钢支撑、临时衬砌（负环管片）等组成，监理在监督过程中应重点关注后盾支撑系统是否满足其技术要求，即后盾支撑系统必须有足够的刚度和强度，确保在顶力作用下不发生变形。

1.5洞门围护结构凿除（出洞侧）

地铁盾构法隧道施工一般以车站主体结构两端端头井作为盾构始发井和接收井。盾构在始发前需对始发井出洞侧洞口围护结构进行分次凿除(一般分为两次，第一次先割除背水面钢筋及凿除围护结构砼至迎水面钢筋，第二次出洞前再清除剩余部分)，一方面清除盾构出洞前障碍，另一方面第一次凿除围护结构后通过打探孔可进一步直观的观察盾构出洞土体加固的效果。监理在洞门围护结构凿除后应对其后土体自立性、渗漏等情况进行观察，判断出洞区域土体的实际加固效果是否满足盾构安全出洞的要求。

1.6盾构出洞装置安装

由于隧道洞口与盾构之间存在建筑间隙，易造成泥水流失，从而引起地面沉降及周围建筑物、管线位移，因此需安装出洞装置。一般包括帘布橡胶板、圆环板、扇形板及相应的连接螺栓和垫圈等。监理应重点对帘布橡胶板上所开螺孔位置、尺寸进行复核，对出洞装置安装的牢固情况进行检查，确保帘布橡胶板能紧贴洞门，防止盾构出洞后同步注浆浆液泄漏。

1.7盾构始发出洞

盾构出洞准备工作就续后，为减少正面土体暴露时间，盾构从始发基座导轨上应及时向前推进，使盾构切口切入土层直至盾构壳体进入洞口的过程称为“盾构始发出洞”。该关键环节监理应进行旁站监督，并重点做好以下工作：

⑴观察割除围护结构迎水面钢筋后盾构机应迅速靠上洞口正面土体。

⑵观察盾构出洞期间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。

⑶检查前仓土压力设置是否合适，观察土仓有无砼块，发现后督促承包单位及时清除。

⑷第一环正环拼装前检查最后一环负环管片的拼装位置。

⑸检查千斤顶使用状况，防止盾构出洞后出现姿态“上飘”现象。

2.盾构试掘进和正式掘进阶段

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盾构机施工参数管理

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，盾构机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），施工中需要不断通过不同的土质、覆土厚度、结合环境监测的数据进行调整。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，督促承包方合理的设定土压力。

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现状空间位置（包括高程和平面位置）。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做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（盾构机装有自动测量系统，能反映盾构运行的轨迹和瞬时姿态，动态监测盾构姿态数据）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，督促承包方合理的制定纠偏方案和纠偏量，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。

⑴制作管片模具的精度符合规范要求。

⑵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。

⑶管片的砼抗压强度及抗渗指标满足设计要求。

⑷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：

⑴根据管片排序图核对进场管片规格是否满足施工需要。

⑵审查进场管片出厂质量合格证明文件。

⑶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：

⑴高程和平面偏差。

⑵纵、环向相邻管片高差和纵、环向缝隙宽度。

⑶纵、环向相邻管片螺栓连接。

2.3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（进洞）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。在盾构进洞前后监理需监督承包单位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，从而正确的指导进洞段盾构推进的方向。

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（进洞）准备工作就续后，盾构机向前推进，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：

⑴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。

⑵督促承包方及时安装洞口拉紧装置，并检查其牢固性。

盾构隧道范文篇4

盾构穿越运营地铁隧道施工的过程中，经常会出现地层变形的现象，而引起地层变形的因素有很多。例如，地层初始应力的改变、施工引起的地层损失、衬砌结构的变形、扰动土体蠕变、扰动土体固结等。其中地层损失对地层变形的影响较大，引起地层损失的施工因素，主要由盾构穿越运营地铁隧道施工过程中产生的正常地层损失、不正常地层损失组成，以及在施工中可能存在的灾害性地层损失等，而要避免这类问题的发生，必须要从盾构穿越运营地铁隧道施工技术入手，这样才能有效的避免或降低地层损失带来的危害。其中要注意的是施工区域土质从上至下的组成成分，例如，杂土层、粉质粘土层、淤泥质粉质粘土层、粘土层等，每一层土质都会对施工质量产生直接的影响。

2盾构穿越运营地铁隧道施工技术探讨

地铁隧道在施工的过程中，盾构穿越运营地铁隧道施工是重要环节之一，同时也是保证地铁隧道使用安全的重要因素。

2.1严格控制盾构推进速度，避免大角度纠偏

从施工实践中发现，盾构的推进速度对运营地铁隧道变形有着直接的影响，因此，要结合实际的施工情况，严格控制盾构的推进速度。盾构穿越运营地铁隧道施工的过程中，盾构的推进速度主要考虑到千斤顶推力、土仓正面土的压力以及施工区域的土体性质等几方面因素，对盾构推进速度的控制主要从这几方面进行。一般情况下，盾构的推进速度应控制在5mm/min至10mm/min之间，同时要保证在穿越区间隧道过程的线形为平曲线线形，这样才能避免或降低对地层产生扰动的现象。另外，在盾构穿越的过程中，要采用铰接装置，并对穿越区间进行分段处理，每段应控制在20cm至30cm之间，同时要不断地对盾构的穿越过程实施纠偏，这样可以避免大角度纠偏对施工质量的影响，当然，纠偏数据要结合实际的施工情况进行分析，并对施工参数进行相应的调整，从而避免或降低对周围土壤的扰动以及对地层造成的损失等，确保运营地铁隧道施工的质量。

2.2严格控制盾构的正面土压力

在进行盾构穿越运营地铁隧道施工的过程中，盾构的正面土压力也将对施工质量造成极大的影响，甚至产生土层变形的现象。盾构穿越运营地铁隧道施工的正面土压力主要受到原始侧向应力以及水平支护应力等方面的影响，一旦原始侧向力小于水平支护应力的话，就会造成盾构前上方的土体出现隆起的现象，相反则会引起地层损失而造成盾构上方土体的沉降，因此，要做到对盾构的正面土压力进行控制，必须要注重对原始侧向应力以及水平支护应力之间的关系控制。一般情况下，在盾构穿越运营地铁隧道施工的过程中，可以将压力值设置为静止土压力的1倍至1.05倍，同时，要将穿越运营地铁隧道前方的土压力值设置为0.27MPa左右，具体要结合实际的情况进行设置，这样才能有效的避免或降低盾构施工土层变相的问题。

2.3结合实际情况合理调整注浆工艺

盾构穿越运营地铁隧道施工的注浆工艺主要分为同步注浆、二次注浆等两部分，主要分析如下：盾构穿越运营地铁隧道施工的过程中，为了确保将半年内地面出现的累积沉降控制在5mm之内，大多都会选择同步以及双液注浆的同时进行。根据多次的施工实践来分析，浆液配比中的黄砂、陶土粉、粉煤灰、水等四种因素的比例选择为0.32：0.11：0.30：0.27，在施工过程中还要注意建筑空隙的出现，要利用浆液及时来弥补建筑空隙的缺陷。二次注浆的目的主要是为了解决隧道受侧向分力以及惰性浆液早期强度低等方面的问题出现。二次注浆主要结合对施工数据的监测分析，根据实际的施工数据来对注浆参数以及注浆量进行调整，并对出现的建筑空隙实施二次注浆，从而保证盾构穿越运营地铁隧道的施工质量。

3盾构穿越运营地铁隧道施工的难点分析

盾构穿越运营地铁隧道施工的过程中，有一些因素是需要特别注意的，也是影响施工质量的关键。例如，使用过程中要注意运营地铁隧道的最小净距；施工区域的地质因素，如果地质条件较差的话，经过扰动后沉降系数就会增大，在这种情况下，应在穿越施工前，对地基进行加固处理等。在进行盾构穿越运营隧道施工的过程中，还应注意各项参数的调整，如，水平位移、沉降量、相对变曲、隧道收敛值、曲率半径等，这些参数都是施工中必须要注意的，要结合实际的施工情况对施工参数进行相应的调整，这样才能确保盾构穿越运营地铁隧道施工的质量。

4结束语

盾构隧道范文篇5

1.1工程概况

岗厦站为深圳市地铁一期工程一号线上的一座车站，它位于福华路与彩田路交汇处地下，车站在福华路下方，横穿彩田路，呈东西向布置。车站有效站台长度中心里程为CK7+194.951.

车站周围建筑物和人口密集，福华路与彩田路交通十分繁忙。在福华路与彩田路交汇处的四角为高层建筑，车站西部南北两侧为结构较差的八层民房。站区范围地下管线众多，计有雨水、污水、给水、煤气、电力电缆等30多条，其田路东西两侧雨、污水管埋深4m多，特别是彩田路东侧11万伏电缆埋设于车站上方。在车站西南侧14m处有较大断面的电缆隧道。

车站主体结构为地下两层三跨框架结构，长220.1m，宽21.9m，高12.8m，埋深16m多。车站及周围环境详见图1车站总平面图。

1.2车站结构设计要求

岗厦站结构设计除满足一般地铁车站设计要求外，在车站投标、初步设计期间以及随后的施工图设计中，深圳市交管局、供电局、国土规划局、业主和专家对车站设计分别提出了一些特殊的要求，涉及结构上的主要有下面几点；

（1）在车站8个月施工期间，要求彩田路半幅施工、半幅通车，并在8个月后全幅通车。

（2）11万伏电缆改迁费用大，且无处迁移，要求车站施工中采取原地保护措施，保证正常供电。

（3）彩田路范围内车站顶板要落低至地面下4.5m，以满足彩田路雨、污水管的埋设要求。由此带来中部站厅层层高降低，业主要求该处设中庭，以便站厅层和站台层连成一体，增加视觉高度效果。

（4）车站围护结构不采用地下连续墙，建议采用造价较低的矩形人工挖孔桩。

1.3工程地质与水文地质条件

站区范围内上覆第四系全新统人工堆积层（Q4ml）、冲积层（Q4al）及第四系残积层（Q4el），下伏燕山期花岗岩（r53），各地层分布详见图2车站地质纵断面图。

1.3.1工程地质条件

（1）人工堆积层

①素填土（粉质粘土）：主要为坚硬状态，局部为硬塑，含砂砾及少量碎石，为中压缩土，层厚0～8.0m.为Ⅱ类土，Ⅰ类围岩。

②素填土（粘土）：主要为坚硬状态，局部为硬塑、可塑，为中压缩土，层厚0～7.5m，为Ⅱ类土，Ⅰ类围岩。

（2）冲积层

①粘土：主要为坚硬状态，局部为硬塑、可塑，局部含砂砾，层厚0～5.9m.为Ⅱ类土，Ⅱ类围岩。

②粉质粉土：主要为硬塑状态，局部为软塑、坚硬，含砂砾，为高压缩土，层厚0～6.8m.为Ⅱ类土，Ⅱ类围岩。

③粉砂：松散，很湿～饱和，局部含粉粒、粘粒及少量有机质，层厚0～4.1m.为Ⅰ类土，Ⅰ类围岩。

④中砂：松散～中密，饱和，含粉粒、粘粒，层厚0～4.9m.为Ⅰ类土，Ⅰ类围岩。⑤粗砂：松散～稍密，饱和，含粉粒、粘粒，层厚0～3.4m.为Ⅰ类土，Ⅰ类围岩。上述砂层分布于车站西端与区间交界处。

（3）残积层

①砂质粘性土：主要为坚硬状态，局部为硬塑、可塑、软塑，为高压缩性土，层厚0～16.0m.为Ⅲ类土，Ⅱ类围岩。

②砾质粘性土：主要为坚硬状态，局部为硬塑、可塑，为高压缩性土，层厚0～17.7m。为Ⅲ类土，Ⅱ类围岩。

（4）花岗岩

①全风化花岗岩：呈土夹砂砾状，为中压缩性土，顶面埋深18.0～25.2m.为Ⅲ类土，Ⅱ类围岩。

②强风化花岗岩：呈砂砾状，顶面埋深20.0～28.0m.为Ⅳ类土，Ⅲ类围岩。

③中等风化花岗岩：呈碎块及短柱状，顶面埋深22.1～30，5m.为Ⅴ类土，Ⅲ类围岩。

④微风化花岗岩：呈柱状，节理裂隙发育，顶面埋深22.5～31.6m.为Ⅵ类土，Ⅴ类围岩。

1.3.2水文地质条件

本场地地下水按赋存介质为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水。

第四系孔隙潜水主要赋存于砂类土、粘性土及残积土中，其中砂类土层具中等透水～强透水性，粘性土及残积层具弱透水性，为相对隔水层。

基岩裂隙水赋存于花岗岩风化层中，花岗岩全风化岩具弱透水性，为相对隔水层，强风化及中等风化岩具中等透水性。

勘探期间地下水埋深1.5～4.3m，高程4.27～1.19m，水位变幅0.5～1.5m.地下水对钢结构具弱腐蚀性，CK7+175～CK7+341.101段地下水对钢筋混凝土结构具弱溶解性、中等分解性腐蚀，综合评价其腐蚀等级为中等腐蚀。

2、车站结构设计特色

2.1车站围护结构采用矩形人工挖孔桩，并兼作车站主体结构侧墙

岗厦站设计招投标方案的围护结构为地下连续墙，后经专家评审，提出地下墙造价高，可采用造价较低的人工挖孔桩。我们根据岗厦站周围环境对车站基坑位移要求高的特点，采用1X1.5m的矩形榫接人工挖孔桩，其整体性和防水效果较好，在侧压力作用下桩水平位移较小。为加强桩的整体刚度和防水性能，设计了榫接的凹桩和凸桩，在榫接处设钢板丁基橡胶腻子止水带及遇水膨胀橡胶止水条，并在凹桩两侧水平钢筋端部预埋与凸桩水平钢筋连接的钢筋连接器，使矩形挖孔桩整体性类似于地下连续墙。

由于彩田路要求尽快恢复全幅通车，车站顶板采取逆筑的施工方法，相应车站结构板与桩通过预埋在桩内的钢筋连接器实现连接，逆筑时侧墙采用单层墙比双层墙施工方便，也节省了内衬，同时矩形挖孔桩1m的厚度能满足车站结构设计的要求。防水增加内防水层，即用水泥基渗透结晶型防水涂料涂抹矩形挖孔桩内侧，高度自顶板面至底板底，并在顶板、底板与桩结合面的纵向设遇水膨胀腻子止水条。因此岗厦站矩形人工挖孔桩既作车站的围护结构，又作为车站主体结构侧墙。

2.2车站中部半幅施工、半幅通车的结构措施

根据彩田路东半幅车站先施工的要求，为了在车站中部8个月施工期间保证彩田路半幅施工、半幅通车，我们在彩田路中线附近设车站东部基坑封头桩，封头桩采用φ800钻孔灌注桩，自地面深至基坑底下8m，并设三道角撑，使东部基坑开挖时，彩田路西半幅继续通车。彩田路东半幅车站逆筑顶板浇筑的同时，在封头桩边和彩田路东侧的顶板上筑两道0.5m厚的钢筋混凝土挡墙，以便彩田路东半幅恢复通车后，挡墙承受车辆和道路下土层的侧压力。彩田路东半幅通车后，可进行西半幅开挖、支撑和逆筑顶板的施工，并在彩田路西侧的顶板上筑一道0.5m厚的钢筋混凝土挡墙，在顶板上覆土后可实现彩田路全幅通车。

2.3车站中部半逆筑法施工，其它顺筑法施工

施工期间为了彩田路尽快实现全幅通车，车站中部顶板采用逆筑施工方法。顶板及顶板梁支承在钢管混凝土柱和挖孔桩上。钢管混凝土柱强度高，承载力大，并先行施工。由于顶板上覆土4.5m，每根钢管混凝土柱承载超过1000t.钢管混凝土柱采用外径为0.6m的16Mn钢制成的厚20mm的钢管，钢管内浇筑C40混凝土。柱下基础为φ1600人工挖孔桩，桩底扩大为φ2600，支承在中风化花岗岩上。为了钢管混凝土柱与站厅板纵梁、底板纵梁连接，在钢管相应部位上焊接抗拉、抗剪钢板，部分纵梁受拉钢筋焊接在抗拉钢板上，抗剪钢板则将纵梁剪力传递到钢管混凝土柱。

逆筑顶板底土层承载力大部分高于100kPa，小于100kPa的土层需换填后筑土模，浇筑顶板。

除车站中部顶板逆筑外，其它部分均为顺作，方便了逆筑顶板下的出土。

2.4车站中部设中庭

车站中部站厅板在两个自动扶梯、楼梯处开两个17.93m×8.26m的大孔，为承受孔两侧站厅板垂直荷载，除车站侧墙外，孔周设纵向梁、横向梁和钢吊杆。横向梁分别支承在车站中立柱和站厅板纵梁上，纵向梁支承在挑出的横向梁和锚固在顶板暗梁内50钢吊杆上。孔两侧站厅板自身作为水平梁承受车站侧墙外的水平向水土侧压力，并支承在孔两端的站厅板上。中庭内无站厅板纵梁，中立柱为中庭柱。

2.511万伏电缆支托保护方案设计

岗厦站11万伏电缆位于彩田路东侧，距彩田路中心线的30m处横穿车站基坑。该电缆预埋在9根φ200PVC管内，PVC管用890×1700的C15混凝土固定后埋于道路下。

我们采用钢栈桥支托方案来保护11万伏电缆混凝土保护块，钢栈桥两端支承在车站外侧5m的承台上，承台下为两根φ1000的钻孔灌注桩作基础，钻孔灌注桩底至中风化花岗岩。

钢栈桥为角钢组成的空间桁架，高3.5m，宽2.8m，长30m.为避免挖开电缆混凝土保护块下土层浇筑承台梁，钢栈桥采用下沉式，承台梁底高于电缆保护块顶部。钢栈桥先制作的侧面两榀桁架分别吊装在承台梁上，并用桁架顶部杆件加以连接。混凝土保护块下采用人工间隔挖土，每隔1m挖土后，马上用一根工25的工字钢支托保护块，工字钢两端用高强度螺栓固定在栈桥侧面桁架的下弦节点板上。钢栈桥底部斜杆和内腹加劲杆，待支托工字钢安装后连接，以形成完整的空间桁架结构。车站施工完毕后，顶板覆土时，在顶板上砌砖墙支承栈桥底部支托的混凝土保护块，并在砖墙间保护块下回填砂垫层后，拆除钢栈桥。

盾构隧道范文篇6

关键词:隧道施工；盾构机；地铁；控制测量；导向系统；姿态解算；修正曲线

Abstract：Basedonthesampleofsingle-circleTBMmadeinGermanyVMTCo.,thecomponentsofTBMandtheLaserNavigationSystemaredescribed,andtheprinciplesoftheAutomaticLaserNavigationSystem,especiallyintermsofSurveyingScience,arediscussed.Finally,themeasurestoimprovethesurveyingprecisionoftheNavigationSystemaresummarized.

Keywords:tunnelconstruction;TBM;Metro;controlsurvey;navigationsystem;positioning;correctioncurve

0引言：

20世纪70年代以来，盾构掘进机施工技术有了新的飞跃。伴随着激光、计算机以及自动控制等技术的发展成熟，激光导向系统在盾构机中逐渐得到成功运用、发展和完善。激光导向系统，使得盾构法施工极大地提高了准确性、可靠性和自动化程度，从而被广泛应用于铁路、公路、市政、油气等专业领域。

全面理解激光导向系统的原理，有助于工程技术人员在地铁的盾构施工中及时发现问题，解决问题，保证隧道的正确掘进和最后贯通；有助于国产盾构机研制工作的开展。

1盾构机和激光导向系统的组成

1.1盾构机的组成

盾构机按推力方式可分为网格式、压气式、插板式以及土压式和水压式；按形状划分，除典型的矩形、单圆筒形外，近年来又出现了双圆、三圆及多圆等异构形。它们的组成有一定差异。其中，土压式单圆盾构机在我国应用比较普遍。它主要由盾体（含刀盘等）、管片拼装机、排土机构、后配套设备、电气设备、数据采集系统、SLS-T激光导向系统及其他辅助设备组成。

1.2激光导向系统的组成

激光导向系统是综合运用测绘技术、激光传感技术、计算机技术以及机械电子等技术指导盾构隧道施工的有机体系。其组成(见图1：激光全站仪（激光发射源和角度、距离及坐标量测设备）和黄盒子（信号传输和供电装置）；激光接收靶（ELSTarget，内置光栅和两把竖向测角仪）、棱镜（ELSPrism）和定向点（ReferenceTarget）；盾构机主控室（TBMControlCabin）：由程控计算机（预装隧道掘进软件，具有显示和操作面板）、控制盒、网络传输Modem和可编程逻辑控制器（PLC）四部分组成；油缸杆伸长量测量（ExtensionMeasurement）装置等。其中，隧道掘进软件是盾构机激光导向系统的核心。

2激光导向系统和盾构机控制测量在盾构施工中的地位和作用

地铁盾构法施工过程如图3所示。在隧道掘进模式下，激光导向系统是实时动态监测和调整盾构机的掘进状态，保持盾构机沿设计隧道轴线前进的工具之一。在整个盾构施工过程中，激光导向系统起着极其重要的作用：

(1)在显示面板上动态显示盾构机轴线相对于隧道设计轴线的准确位置，报告掘进状态（见图2）；并在一定模式下，自动调整或指导操作者人工调整盾构机掘进的姿态，使盾构机沿接近隧道设计轴线掘进。

(2)获取各环掘进姿态及最前端已装环片状态，指导环片安装。

(3)通过标准的隧道设计几何元素自动计算隧道的理论轴线坐标。

(4)和地面电脑相连，对盾构机的掘进姿态进行远程实时监控。

从盾构施工基本过程（图3）可以看出，激光导向系统不能够独立完成导向任务，在盾构机始发、该系统启用之前，还需要做一些辅助工作：首先，激光全站仪首次设站点及其定向点坐标，需用人工测定。其次必须使用人工测量的方法，对盾构机姿态初值进行精确测定，以便于对激光导向系统中有关初始参数（如激光标靶上棱镜的坐标，内部的光栅初始位置及两竖角测量仪初值等）进行配置。

盾构机姿态是指盾构机前端刀盘中心（以下简称“刀头”）三维坐标和盾构机筒体中心轴线在三个相互垂直平面内的转角等参数。盾构机姿态除了可以通过人工测量、单独解算方式获得外，还可以由导向系统实时、自动地获取。用人工测量方式获得盾构机姿态的过程，被称作“盾构机控制测量”。盾构机控制测量的另一个作用是：在盾构机掘进过程的间隙，对激光导向系统采集的盾构机姿态参数进行检核，对激光导向系统中有关配置参数进行校正。

3盾构机激光导向系统原理：

3.1盾构机激光导向系统涉及的坐标系

为了阐明激光导向系统的原理，首先介绍一些与盾构机及隧道有关的坐标系（见图4）：

(1)地面直角坐标系（O-XYZ）：简称地面坐标系，根据隧道中线设计而定，一般为地方坐标系。洞内(外)控制点、测站点、后视点以及隧道中线坐标，均用该系坐标表示。

(2)盾构机坐标系（F-xyz）：在盾构机水平放置且未发生旋转的情况下，以盾构机刀头中心前端切点为原点，以盾构机中心纵轴为x轴，由盾尾指向刀头为正向；以竖直向上的方向线为z轴，y轴沿水平方向与x、z轴构成左手系。盾构机坐标系是连同盾构机一起运动的独立直角坐标系。盾构机尾部中心参考点、盾构机棱镜等相对盾构机的位置都以此系坐标表示，这些坐标由盾构机制造商测定并给出。

(3)棱镜中心坐标系（P-x’y’z’）：原点为安装在盾构机尾部的棱镜的中心，与盾构机坐标系平行。

除此之外，为了解算还引入了其他一些空间辅助坐标系，从略。

3.2描述盾构机姿态的要素

描述盾构机姿态的参数有：刀头坐标（xF''''，yF，zF）：水平角A；倾角α；旋转角κ。如图4所示。

由盾构机姿态及设计隧道中线，可推算如下数据：刀头里程：刀头、盾尾三维偏差；平面偏角（Yaw）：盾构机中心轴线和设计隧道中线在水平投影面的夹角；倾角（Pitch）：盾构机中心轴线和设计隧道中线在纵向（线路前进方向）竖直投影面的夹角；旋角（Roll）：盾构机绕自身中心轴线相对于水平位置旋转的角度。

3.3激光导向系统原理和工作过程

激光导向系统的英文本义是“盾构指导系统”，在盾构施工中有指导隧道掘进、指导环片安装、数据采集等多种功能；其中指导掘进是核心功能。本文仅研究激光导向系统指导掘进的原理。

在掘进过程中，激光导向系统按如下流程工作：由系统控制激光全站仪实时测定盾构机棱镜的三维地面坐标；同时发射激光自动照准激光标靶，并自动记录激光水平方位角；标靶内部光栅捕获激光的入射角，间接得到盾构机纵轴水平方位角；利用安装在标靶中相互垂直两立面内的两把测角仪测得盾构机倾角和旋转角。利用以上参数及刀头、盾尾、棱镜中心三者的几何关系，通过空间坐标变换解算刀头、盾尾中心坐标，结合设计隧道中线参数计算盾构机与隧道中线的相对偏差。依据各偏差值拟合改正曲线，由PLC根据修正曲线控制机械装置，调整各油缸杆在不同时刻的伸长量。如此反复，指导盾构机掘进。

该导向过程包括如下6个步骤。

3.3.1棱镜P点坐标和旋转参数的获取：

P点坐标(XP,YP,ZP)：由系统控制架设在隧洞顶部吊篮上的激光全站仪自动测量。盾构机水平方位角：设自激光全站仪发射到激光标靶的激光束的水平方位角为A0，光栅根据折射率捕获的激光入射角为θ。则系统获取盾构机方位角为A=A0-θ(见图5)。竖向倾角α和旋角κ：依靠ELS中的两只相互垂直的测角仪测得。本文规定A顺时针旋为正，α、κ逆时针旋为正。

3.3.2刀头、盾尾中心的地面坐标系三维坐标解算：

1）将盾构机坐标转化为棱镜中心坐标：

设刀头中心F、盾尾中心B及棱镜中心在盾构机坐标系中的坐标分别为（0,0,0）（xB,yB，zB）和（xP,yP,zP）则三点在棱镜坐标系中的坐标为（-xP,-yP,-zP）、（xB-xP,yB-yP,zB-zP）和（0,0,0）。

2）刀头、盾尾中心地面坐标解算：

刀头中心在地面坐标系中的三维坐标为

3.3.3刀头、盾尾里程及盾构机与隧道中线相对偏差的解算：

根据解出的刀头、盾尾地面坐标和隧道中心轴线设计参数，计算刀头、盾尾里程（难点是刀头和盾尾位于隧道中线缓和曲线段的情形，解法可参考文献[5]、[6]），以及刀头、盾尾里程处设计隧道轴线平面坐标和高程。进而根据盾构机刀头、盾尾中心坐标、高程和对应的隧道中线理论坐标、高程，容易计算得到刀头、盾尾横向偏移和竖向偏移（方法略）。

前面已经提到，激光导向系统的显示面板在掘进模式下动态显示盾构机姿态及偏差。内容包括：以图形和数字方式显示刀头、盾尾横向偏差和竖向偏差，以数字方式显示刀头里程、水平偏角、纵向倾角和旋转角等参数（见图2）。

3.3.4拟合修正曲线：

以盾构机横向、竖向偏移量和设计隧道中线为参数，拟合修正曲线（拟合方式和算法有待进一步研究）。可人工输入修正曲线的曲率半径等参数，以控制盾构机回到设计轴线的速度。

3.3.5推进：

根据修正曲线由可编程逻辑控制器（PLC）控制机械设备，调整各油缸杆的伸长量。。

3.3.6重复1至5步。

从以上分析可以发现，自动导向系统的测绘学原理实质是：已知两坐标系之间的3个平移参数和3个转角参数，求解一个坐标系内的参考点在另一个坐标系中的坐标。进一步比较该系内盾构机参考点和对应理论隧道轴线坐标偏差，拟合修正曲线。

4盾构机控制测量

盾构机控制测量的原理是：通过人工测量盾构机体上具有精确盾构机坐标的若干个(盾构机始发前，机体全身多于16个；在隧道掘进中，仅尾部16个可见)参考点的地面坐标系坐标，以著名的“Bursa-wolf模型”为基础，建立盾构机姿态解算改进模型，按最小二乘原理平差解算两坐标系的转换参数，即得盾构机姿态参数。

建模方法和解算步骤限于篇幅，不再讨论。

5影响激光导向系统和盾构机控制测量精度的因素

从以上分析可知，激光导向系统和盾构机控制测量中，盾构机姿态解算的方法有本质区别：激光导向系统，通过直接采集一个参考点（P）地面坐标和三个转角参数，正解刀头、盾尾地面坐标；盾构机控制测量是通过采集多个(至少3个)参考点地面坐标，反解刀头、盾尾地面坐标和三个转角参数。正解不含平差，反解运用了最小二乘原理平差。因此，从理论上讲，后者在盾构机姿态解算方面比前者更能有效地减少或消除偶然误差。这也是采用盾构机控制测量对激光导向系统进行参数配置和校核的原因。

不论是激光导向系统,还是盾构机控制测量,原始依据都是用支导线形式获得的测站坐标和定向点（后视）坐标。对于前者，三个转角的精度取决于光栅和测角仪的灵敏程度，其误差相对于测站误差和定向误差微乎其微。对于后者，盾尾参考点的盾构机坐标，由于在出厂前精确测定，误差亦可忽略。因此，激光导向和盾构机控制测量的误差主要集中在测站点三维坐标和后视方向上。另外，由于隧道内空气温、湿度条件对视线和激光都会产生折光影响，使得激光导向系统和盾构机控制测量测角均产生误差。

6结论

在盾构施工中，采取以下措施，可提高激光导向系统的测量精度：

(1)在掘进始发前进行盾构机控制测量时,注意观测参考点的均匀分布、足数和有可能含粗差点的判定和剔除,以便精确解算盾构机初始姿态参数,保证激光导向系统正确初始化。

(2)向系统正确录入隧道平曲线、竖曲线参数。

(3)提高地下支导线的精度，并及时对激光全站仪设站点、定向点坐标进行人工检测。

(4)随隧道掘进、环片拼装进度，及时对激光全站仪进行移站，以减少外界温、湿度等气象条件的影响。一般激光全站仪到盾构机上棱镜最远距离，在直线段不应超过200m,在曲线段不应超过100m。

(5)隧道掘进过程的间隙，及时进行盾构机控制测量，以检核、修正激光导向系统的有关参数。

参考文献

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[6]许曦,刘庆元等.基于牛顿法的缓和曲线加桩计算[J].测绘通报,2004,(4).

盾构隧道范文篇7

关键词：地铁区间隧道盾构机

成都市地铁一期工程为规划地铁一号线的红花堰至世纪广场段，正线全长15．15km，其中地下线长11．92km，高架及过渡段长3．23km。计有车站13座，车辆段及综合基地1处，控制中心1座，主变电所1座。

1环境条件

成都市地铁一期工程位于成都市中心南北主轴线和主要客运交通走廊内，沿线建筑物密集，商贸繁荣，交通十分紧张。线路途经火车北站、骡马市、市体育中心、天府广场、省体育馆、火车南站、行政广场、世纪广场等交通枢纽和主要客流集散点以及待开发的城南市级副中心和高新技术产业开发区。

2地质情况

成都市地铁一期工程沿线第四系地层广布，基岩埋藏较深，由北向南第四系地层厚度逐渐变薄．其厚度36．5-15m，自上而下有下列各层：

2．1人工填筑层(Q4ml)

2．2第四系全新统冲积层(Q4al)

上部为可塑粘土或粉质粘土、粉土，厚0．6～4．1m，北薄南厚。下部为卵石土，湿～饱和，稍密密实，厚2~10m。卵石成份为岩浆岩质、变质岩质，呈圆形、亚圆形，多为微风化，少为中等风化。卵石粒径一般为4-9cm，部分大于12cm，含少量粒径大于20cm的漂石。

2．3第四系上更新统冰水沉积、冲积层(Q3fgl+a1)

当其上无全新统(Q4al)覆盖时，一般具二元结构：上部为可塑粘土、粉质粘土，厚0．8~6．4m；下部为卵石土，饱和，—般中密—密实，少为稍密，厚7．0～15．om，北段沙河附近厚度大于25m，卵石呈圆形、亚圆形，岩浆岩质、变质岩质，多为微风化，少为中等风化，卵石粒径一般为5～8cm，部分大于15cm，由于冰水的携带作用，沉积了较多的大粒径砾石，据试验段地质详勘报告和全线地质咨询报告，现已发现最大粒径达到670nllrl，试验段卵石粒径分析表示：漂石(>200mill)：O～22．3％，卵石(20～200mm)：45．6％-74．6％，砾石(2—20mm)：3．1％-20．1％，砂粒(<2mm)：5．3％-38．1％。卵石单轴抗压强度65．5-184MPa，平均102．2MPa，极值为206MPa。在该层中还存在钙质胶结、半胶结的砾石层，硬度大，相当于C10-C20。

2．4第四系中更新统冰水沉积、冲积层(Q2fgl+al)

主要为卵石土，饱和，中密-密实。一般厚3~9m，最薄1．4m，局部大于15m，9陌成份为岩浆岩质、变质岩质，多为中等风化，具弱钙质胶结，粒径3-8cm，部分大于15cm，含少量大于20cm的漂石。

2．5白垩系上统灌口组(K2g)

泥岩，紫红色，泥质结构，中厚～厚层状构造，节理裂隙较发育，岩面埋深14-37m。

地下水主要赋存在卵石土中，水量极其丰富，渗透系数K=12．53-27．4m／d，枯水期地下水位埋深3—5m，丰水期2-4m。

3区间隧道施工方法的选择

施工方法对结构型式的确定和工程造价有决定性影响。施工方法的选定，一方面受沿线工程地质和水文地质条件、环境条件等多种因素的制约，同时也会对工程的难易程度、工期、造价、运营效果等产生直接的影响。

成都市地铁一期工程通过交通繁忙、客流集中、房屋密集、地下管线纵横地带，为减少地铁施工对城市交通和市民正常生活的干扰，宜采用暗挖法施工。

3．1矿山法

地铁区间隧道采用矿山法施工，是近年来为适应城市浅埋隧道的需要而发展起来的一种施工方法，也称浅埋暗挖法，目前在我国地铁区间隧道建设中已广泛采用。浅埋暗挖法施工工艺简单、灵活，并可根据施工监控量测的信息反馈来验证或修改设计和施工工艺，以达到安全、经济的目的。

根据线路纵剖面设计，该段区间隧道全部位于饱水的砂卵石地层中，隧道施工前必须在沿线超前进行施工降水，并且由于砂卵石土层松散，无胶结，本身无自稳能力，因此开挖前必须在拱部采用管棚进行超前支护，控制围岩的变形，防止隧道上方围岩坍塌。并通过管棚对地层进行注浆加固，使拱部砂卵石层得到胶结，形成注浆加固圈，以提高砂卵石层的自稳能力。施工时原则上应少扰动围岩，宜采用管超前、短台阶、短进尺，环形开挖留核心土，及时施作初期支护，并修建仰拱尽快形成封闭结构，勤量测及时反馈信息。并及时对初期支护背后进行回填注浆。

1992年施工的成都市顺城街人防工程盐市口地段，采用暗挖人行通道连接，其通道全长55．093m，开挖宽度5．8m，净高5．6m，隧道基底埋置深度为15m，顶部覆盖层厚度7．55m。其工程位于饱水、松散、无胶结的砂卵石地层中，施工中采用了松散围岩浅埋暗挖法，包括大面积井点降水、大管棚注浆超前加固、密排小管棚超前预支护及格栅支撑和模喷混凝土等技术，取得了成功。

成都市顺城街人防工程所处的地质条件及周边环境类似地铁暗挖区间隧道。因此，人行通道的建成是地铁区间隧道采用矿山法施工的一次成功的尝试，为地铁工程提供了十分宝贵的经验，也提出了工程中须解决的技术问题。人行通道施工时曾考虑了小导管超前注浆加固和长管棚超前注浆加固两种方案。小导管施工简单、灵活，无须大的钻机设备，可加快施工进度，费用较低。但根据多组小导管成孔的试验结果证明，在这种密实的的砂卵石地层中，用一般铁路隧道常用的凿岩机钻孔，成孔困难，由于卵石卡钻导致无法钻进，也无法插入钢管，故最终采用了潜孔锤冲击旋转跟管钻进成孔工艺，边钻进边跟管，形成旋转钻进，冲击跟管，岩芯管携出砂石之循环作业系统，采用大管套小管的长管棚方案，取得了成功。

成都市地铁一期工程区间隧道大部分地段通过中密～密实的Q3砂卵石地层，其卵石含量高，且大粒径卵石含量较多，经施工降水后，其地层较紧密，采用常规技术施作超前支护相当困难。因此，如何从设备及工艺上解决超前支护技术，并提高工效，降低造价是成都地铁一期工程能否采用矿山法作为区间隧道主要施工方法的关键及风险所在。根据国内其他城市地铁工程的经验，由于矿山法施工条件所限，往往工程质量控制较难，工程竣工后，衬砌开裂及渗漏水比较普遍。成都地铁区间隧道位于饱水的砂卵石地层，渗透系数大，地下水补给充足，因此，如何保证防水混凝土及防水板施工质量，避免地下水的渗漏，对于确保地铁运营安全和保护周围环境至关重要。

线路出红花堰站后将下穿3栋7层楼住宅房屋(条形基础)，铁路站场股道，随着线路向南延伸，还将穿过房屋群、两处河道段及火车南站站场股道。如前所述，采用矿山法施工必须在整个施工过程中实施降水，降水影响范围达到500m左右，由于在粘性土之下或卵石土层中存在饱和状的稍密-松散状态的砂、粉细砂土，因此沲工降水引起上覆土层的固结沉降对两侧浅基础房屋及地下管线将会带来一定的影响。由于成都地铁砂卵石土为松散、无胶结、无自稳能力的地层，因此暗挖沲工通过建筑物下方时，除要保证基础与隧道顶部之间有一定距离外，最主要的是要采取有效措施减少围岩变形，将其沉降量控制在不影响地面建筑物的安全和正常使用范围内。线路通过府河、南河段，由于受邻近车站埋深或既有建筑物的控制，隧道仍然在砂卵石中通过，因此在两处河道段采用矿山法施工在技术经济上是不现实的。

综上所述，根据全线的工程地质和水文地质情况、周围环境条件，目前推荐矿山法作为成都地铁区间隧道主要施工方法条件不成熟，但在区间隧道联络通道或渡线地段可采用矿山法施工。

3．2盾构法

盾构法是暗挖隧道施工中一种先进的工法。盾构法施工不仅施工进度快，而且无噪音，无振动公害，对地面交通及沿线建筑物、地下管线和居民生活等影响较少。由于管片采用高精度厂制预制构件，机械化拼装，因而质量易于控制。盾构技术的发展，尤其是泥水式、土压平衡式盾构的开发、使之在松散的含水砂层、砂夹卵石层、高水压地层等所有地层中进行开挖成为可能，所以当工程地质和水文地质条件以及周围环境情况等难以用矿山法和明挖法施工时，盾构法是较好的选择。上海地铁及广州地铁盾构施工的区间隧道工程质量优良、对城市环境影响小，所取得的成就令人瞩目。因此，地铁区间隧道采用盾构技术已成为发展的必然趋势。继以上两城市采用盾构技术之后，南京、北京、深圳地铁区间隧道，均采用了盾构法施工，目前工程正在实施之中。

3．2．1盾构机类型的选择

盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进，边防止开挖面土砂崩塌，边在机内安全地进行开挖作业和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工工法”，因此，盾构施工工法，是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大要素组成。选择盾构施工方法时，在充分掌握各种施工方法特点的基础上，根据工程的围岩条件，选择能保持开挖面稳定的机型，对于确保施工顺利和安全可靠至关重要；成都地铁通过地层为富水的松散、无自稳能力的砂卵石层，砾卵石含量高，且在隧道范围内可能存在随机分布的少量大粒径漂石，因此，所选择的盾构机，既要能确保开挖面的稳定，又能处理少量大粒径漂石。据调查，目前世界上已有相当数量的工程实例及相应的盾构机设备。

如瑞士的Grauholz隧道是—座长5．5km的铁路双线隧道，内径10．6m。通过地段地质十分复杂，由于冰河时代阿尔卑斯山的冰川汇人该地区，松散的土壤沉积物构成了该地区的整个地质构造：粘土、细砂、中砂及卵石，还可能遇到抗压强度高达200MPa，尺寸超过几米的大块砾石。由于隧道两端洞口区段由富含地下水的松散沉积物构成，中间段通过稳定岩层，盾构机选用直径为11．6m的混合式盾构，在松散地层中采用泥浆盾构的开挖方式，利用锚固在刀盘上的刀具切割大砾石，在岩层地段采用敞开式掘进方式。又如德国汉堡4座易北河公路隧道，隧道长3．1km，内径12．35m，隧道沿线遇砂、淤泥、冰河漂流物以及直径大于2m的大块漂石。隧道掘进采用直径14.2m的混合式盾构机，以泥浆支护其开挖面，完成了其中2561m地段的隧道工程。英国FyldeCoastal水利改建工程、加拿大Shcppald大街地铁隧道，成功的采用盾构机刀盘上的滚刀处理了地层中卵石。在日本，由于地质条件复杂，位于山地河流带多为砂卵石且含有大漂石地层。据不完全统计，在最大卵石粒径>400mm的砂卵石地层中，采用盾构法施工的工程实例见表1。由此表明在日本采用土压平衡式盾构或泥水式盾构在砂卵石且含有大粒径卵石地层中进行盾构隧道施工已有相当多的工程实例。

在自稳性差的饱水砂卵石地层中，为了保持开挖面的稳定应选择密封式盾构机，但究竟是选用泥水式盾构还是土压平衡式盾构机呢?下面将从开挖面稳定、大粒径漂石处理方式、排土设备、造价四个方面进行比较。

3．2．2开挖面的稳定

泥水式盾构是在盾构正面与支承环前面装置隔板的密封仓中，注入适当压力的泥浆，并与大刀盘切削下来的土体混合，经充分搅拌后形成高浓度的泥水，然后用排泥泵及管道输送至地面。由于有一定压力的高浓度泥水可在较短时间内使开挖面土体的表面形成透水性很低的泥膜，使泥水压力通过泥膜向土层传递，形成地层土水压力的平衡力。泥水盾构对地层扰动最小，地面沉降小(可控制在10mm)，易于保护周围环境，如广州地铁一号线黄沙—公园前地段，隧道通过饱水砂层、淤泥等软弱地层，地面有密集的明末清初旧房，地铁施工采用两台泥水式盾构，成功的完成了四个区间盾构隧道，地面沉降基本控制在10mm以内。因此采用泥水式盾构通过建筑和铁路股道，安全性高。

土压平衡式盾构是指在推进时靠由刀盘切削下来的土体使开挖面地层保持稳定的盾构。盾构的前端紧靠刀盘设置密封仓，盾构推进时，前端刀盘旋转切削土体，切削下来的土体进人密封土仓，当土仓内的土体足够多时，可与开挖面上的土、水压力相抗衡，使开挖面地层保持稳定。盾构在砂卵石地层中掘进时，因土的摩阻力大，渗透系数高，地下水丰富，单靠掘削土提供的被动土压力，常不足以抵抗开挖面的水、土压力；此外，由于土体的流动性差，使在密封仓内充满卵石土后，原有的盾构推力和刀盘扭矩常不足以维持正常推进切削的需要，密封仓内的碴土也不易于流人螺旋输送机和排出地面。因此，应向开挖面、土仓内、螺旋输送机内注人掭加剂(膨润土或高效发泡剂)，通过刀盘开挖搅拌作用，使注入的添加剂和开挖下来的土砂混合，而将泥土转变为具有流动性好和不透水的泥土，及时充满土仓和螺旋输送机体内的全部空间，通过盾构千斤顶的推力使泥土受压，与开挖面土压和水压平衡，以稳定开挖面。这类盾构称为加泥式土压平衡盾构。

由于土压平衡式盾构，可通过控制排土量或进土量，较好的维持正面水土压力的平衡，在水位高，含砂量大的地段，可加入添加剂，提高土砂的流动性和不透水性，以保持开挖面的稳定。由于它对不同的地层有较好的适应性，所以目前土压平衡式盾构机已占绝对优势，国内地铁绝大多数选用土压平衡式盾构机施工区间隧道，均取得了较好的效果。与泥水式盾构相比，在砂、砾石层中掘进时，只需加适当的添加剂，就能保持开挖面的稳定，但省去了分离设备，因而加泥式土压平衡盾构的出现是盾构法技术的一大进步。

3．2．3大粒径漂石处理力式

成都地铁区间隧道主要通过Q3，砂卵石地层，根据试验段地质详勘资料分析及全线地质咨询报告，漂石占0-22．3％(重量比)，已发现最大漂石粒径670mm，在局部地段大粒径漂石富集成群，因此，无论选用何种盾构机，都有大粒径漂石破碎问题。

由于泥水式盾构是采用排泥管和排泥泵进行出土，—般可以连续输送的砾石长径应小于排泥管直径的1／3。通常排泥管直径为100-200mm，因此被排除的砾石直径最多为50-70mm。试验段地质详勘资料表明，在Q3层中粒径大于80~60mm的漂卵石，达到了2．4-75．7％(平均达31．61％)，也就是说，在排泥管之前有较多数量的石块需进行破碎，从目前掌握的资料可有两种处理力式。

①工作面破碎+机内破碎

在工作面利用刀盘上布置的滚动刀将大粒径的漂石破碎至300-400mm，然后通过刀盘上的开口将卵石土放进机内进行第二次破碎，其破碎设备可放在压力仓内，也可设在后方排泥管之前，将砾石再次破碎后，才进入排泥管。

②工作面破碎+砾石分级

工作面刀盘上的滚刀将大粒径漂石进行第一次破碎之后，利用在压力仓与排泥管之间设置的旋转式分级器进行砾石分级处理，将粒径大于50—70mm的砾石分离出来，采用斗车等运输工具运至洞外。

因此，在含有大粒径砂卵石地层中采用泥水式盾构，需要对砾石进行两次处理，出土效率必然降低。

(2)加泥式土压平衡盾构

加泥式土压平衡盾构是采用螺旋输送器进行排土，由于配备的螺旋机直径受到盾构机尺寸的限制，所以可能排除的卵石直锄；受到限制，如中轴式螺旋输送器直径为700mm时，通过最大砾石粒径为250mm，采用带式螺旋输送器虽然可以连续排除砾石的粒径要大得多，但是对于少见>600mm的漂石输送亦有困难，所以仍需利用刀盘上的滚刀将大粒径的漂石破碎至300～400mm左占，然后通过刀盘上的开口放进机内后采用带式螺旋输送器排土，所以采用加泥式土压平衡盾构只进行一次破碎，且破碎的数量较少，出土效率高。

3．2．4排土设备

(1)泥水式盾构

泥水式盾构是通过排泥管和排泥泵将土石送至地面泥浆处理场，经分离后的泥浆再通过送泥管输送至工作面。由于开挖下来的石土为砂卵、碎土石，对排泥管和泵的摩耗较大。在管路弯曲部位或盾构机不可能更换的部位，应采取厚管壁管道等措施。排泥泵的能力必须能确保所需的流量和扬程，还必须确保碴土中的固体物能够顺利通过。

(2)加泥式土压平衡盾构

排土设备可选择中轴式螺旋输送器或带式螺旋输送器。中轴式螺旋输送器可连续排除石块的粒径受限，但是止水性和耐压陛较好。带式螺旋输送器可排除400mm石块，但止水性差。为解决带式螺旋输送器产生土砂喷发现象，除加人添加剂外，可在输送器上加设滑动闸门、锥阀等止水装置，或采用两段带式螺旋输送器来解决。

3．2．5设备费用

泥水式盾构需配置庞大的泥浆分离设备，费用高，占地面积大。成都地铁拟定的盾构始发井地段难以找到其场地。加泥式土压平衡盾构开挖出来的含部分添加剂的土石如不进行处理，则可省去大笔分离设备费用和场地。两者相比较加泥式土压平衡盾构机设备费用低。

3．2．6推荐采用的盾构机类型

(1)技术经济比较

以下从十一个方面对泥水式盾构和加泥式土压平衡盾构进行比较(表2)

表2泥水式盾构与加泥式土压平衡盾构优缺点比较

(2)类似工程经验

盾构隧道范文篇8

[关键词]盾构;大数据分析;风险防控

随着我国基础建设的深入发展，盾构法施工面临的特殊地质情况越来越多，隧道开挖向大直径、长距离、大埋深的方向发展，地下工程地质环境的特殊性、复杂多变性、不可预测性以及施工过程中灾害事故的突发性使得对环境影响的控制难度加大，特别是国家一批超大、超深埋、水下高风险隧道及小间距、大坡度等特殊地质条件的隧道掘进工程陆续规划和开工建设，这对盾构连续、高效、智能、文明、安全施工提出了巨大挑战。传统盾构施工风险管理模式和方法，已经远远不能满足目前施工建设的需要。但是，由于隧道建设的特殊性和复杂性，物联网技术不够成熟，人机交互能力弱，数据的采集与上传困难，尤其是高频次、大数据的自动化采集与分析满足不了要求[1]。当前，信息化发展已经达到新阶段，人工智能、大数据、互联网+等技术的快速发展为盾构TBM风险防控提供了可靠载体，利用大数据技术开展盾构TBM施工风险防控已经成为一种可靠高效的手段。

1盾构主要施工风险及案例

由于盾构/TBM本身结构复杂、设备工作环境恶劣以及人为失误等因素，导致盾构/TBM施工过程中经常出现异常情况，轻则影响工程进度，重则造成重大事故。盾构主要施工风险可归纳为地质风险、设备风险和人为风险，据相关数据统计，其所占比例分别约为40％、30％和30％[2]。典型案例如下。案例一：天津地铁2号线建国道～天津站区间，右线盾构因螺旋输送机被水泥土固结块卡死无法运转，在开启观察孔进行处理时，发生突沙涌水事件。由于该地段的地质异常复杂，突泥及涌水量较大，导致地面塌陷，且左线掘进快于右线35环，左线线路高于右线，致使左右线隧道均发生局部管片变形破损开裂，最终被封堵回填并重新改线施工，2台盾构被埋于地下，造成极其恶劣的社会影响。后经事故调查发现，装备掘进参数控制不当是造成此次事故的主要原因。类似原因还造成2007年11月南京地铁2号线施工事故。案例二：2017年2月12日，厦门地铁2号线过海段海东区间右线泥水盾构因突然遭遇未事先堪明的微风化安山岩基岩凸起，造成盾构刀盘刀具严重磨损停机达6个多月。因处海底，压力高，遂决定采用带压进仓的辅助工法进行换刀作业，但在减压舱减压过程中操作不当发生起火，导致3人烧伤，后经抢救无效死亡，造成重大损失及恶劣社会影响。案例三：成都地铁1号线南延线华阳站～广都北站右线区间盾构施工过程中，项目部对1～56环管片姿态进行复测，发现17～56环均出现不同程度的超限，其中56环垂直偏差达到+2010mm、水平偏差+52mm，但盾构测量导向系统56环处显示的盾构垂直偏差为盾首-29mm、盾尾-25mm，水平偏差盾首+41mm、盾尾+35mm，成型隧道实测偏差与盾构测量导向系统显示偏差严重不符。经过调查，确认是操作人员误操作，导致盾构VMT系统中输入了错误的盾构推进计划线数据文件，致使盾构按照错误的计划线推进，导致盾构隧道轴线偏差。加之项目部未按照测量规定的频次（每20环人工复测一次）进行人工复核，致使偏差不断扩大而未能及时被发现，造成直接经济损失273万余元[3]。

2大数据分析平台设计

2.1数据采集与传输

实现有效的数据远程、实时提取和传输是整个信息系统的基础。盾构TBM装备大数据特点有：①数据庞杂、类型多样；②生产厂家多，PLC品牌及型号多样化，数据格式不统一；③项目分散、环境恶劣、数据采集困难。主要数据包括盾构施工参数数据、盾构姿态（测量）数据、监测数据以及地质数据等，可分为结构化数据和非结构化数据两部分。结构化数据主要来源于设备传感器自动采集，格式统一，易于存储；非结构化数据是盾构隧道最原始的数据信息，贯穿于盾构隧道整个全生命周期，包括:勘察阶段的勘察成果报告、设计阶段的设计图纸、施工阶段和运营养护阶段的手工记录和照片等，其是盾构隧道数据的重要组成部分，但是其结构化差且数据量较大，不适合直接存储[4]。因此在数据采集、传输的过程中，应当根据实际情况采用不同的方法和方式，人工或者自动，数字输入或者图形化的输入，才能满足信息采集的全面的要求。图1所示为数据提取传输流程图。

2.2大数据分析架构及流程设计

通过配置专业高性能服务器，基于Hadoop集群生态架构的大数据技术，综合采用Kafka消息服务器+Redis内存数据库服务器+Spark计算框架集群服务器建立ZooKeeper分布式协作服务,实时处理多元异构数据并解决大数据分布一致性问题，保证系统的高效有序运行。大数据分析架构组成如图2所示，包括数据源层、数据获取层、数据导入层、数据加工层、数据核心存储层、数据分析处理层、数据服务存储层和数据接口层。

2.3大数据平台风险防控功能设计

通过对系统功能的开发和完善，建立一套针对盾构群项目实施作业进行集群化、可视化、智能化管理的远程监控系统。该系统围绕掘进项目实施和设备技术状态进行远程监控及信息化管理，提供地下项目掘进设备及项目实施远程实时管理业务，改变现在由项目实施现场人员到项目经理到分管领导单线路管理项目的管理机制，变成公司领导层和项目经理及公司总部各职能部门同时了解、监督项目实施现场状况的交叉管理机制，从而实现项目实施进度、安全、质量、成本“协同保障”跟进。如图3所示为基于大数据分析的风险防控功能结构图。

3项目应用

3.1掘进参数实时监控

数据监控功能主要目的是实现对盾构施工关键数据进行远程监控，因为根据掘进装备类型的不同，监控的内容也不尽相同，因此，在此界面下对土压平衡盾构、泥水平衡盾构和TBM有所区别，根据项目类型自动进入对应的界面。通过数据监控模块可实现对多厂家、多类型的盾构TBM的施工状态进行远程在线实时监测，提高施工信息化程度和管理水平，有效保证施工的安全。可满足管理人员和专家随时随地可通过计算机或手机查看盾构TBM的工作状态、掘进参数和运行记录，对施工进行指导，减少误操作，提高施工效率。通过对关键掘进参数实时监控和预警，发现异常并及时处理，大大减少施工风险。

3.2地面沉降及管片姿态风险防控

盾构法施工不可避免地会带来地面沉降，严重的地面沉降具有极大的危害性。同时，管片姿态是盾构法施工质量的直接体现，由于掘进控制、地质原因、注浆控制、管片质量、拼装质量等原因，地面沉降和管片姿态总是会或多或少的与设计出现一些偏差，利用大数据分析技术可以自动计算和分析上传到平台的项目各地面沉降监测点沉降量、沉降速率和管片水平轨迹位移和管片垂直轨迹位移，并生成曲线，方便技术人员查看分析，如出现较大偏差可以实时提醒项目责任人员进行处理和补救。如发生指标超限可以实时提醒项目责任人员进行及时处理和补救，避免更大事故的发生。图4、图5分别为福州某在建项目的地面沉降和管片姿态风险防控。

3.3盾构施工参数预警

盾构施工参数是保证盾构施工顺利进行的根本因素，如注浆系统、土仓压力等重要参数直接关系到管片姿态和地面沉降。因此，保证对盾构施工参数预警是盾构施工风险防控的重要一环。利用大数据分析技术可以自动计算盾构施工参数阈值也可人为主动设定和修正参数阈值，当盾构施工参数超过设置阈值时，会发出报警并推送消息至项目技术人员，做到施工风险早发现、早提醒、早预防，从而达到降低施工风险、保证施工安全的效果。

3.4盾构姿态预警

盾构施工过程中受所穿越的地层特性和物理指标、隧道设计轴线及盾构施工参数影响姿态会出现偏差，尤其在软硬不均、基岩凸起、岩洞、孤石等特殊工况下，盾构姿态的控制更加困难。利用大数据分析技术可以自动设置项目盾构姿态报警阈值也可人为主动设定和修正参数阈值，当盾构实时姿态参数超过设置阈值时，会发出报警并推送消息至项目技术人员提醒项目及时采取调整掘进参数、加强测量等措施进行纠偏，保证隧道施工质量。

3.5设备故障监测预警

由于盾构配置的设备数量多，结构复杂，导致其故障发生率较高，且盾构的故障具有复杂性、多样性和耦合性的特点，一旦发生故障有可能导致盾构停机，从而导致施工效率降低、工期风险增加施工成本加大。因此，如何在现场有限的条件下快速有效的定位故障部位及原因并进行排除，是盾构施工的一个主要难题。利用大数据分析技术可以实时监测盾构设备传感器数据，实时给出相应故障位置及故障时间，从而做到第一时间发现、第一时间解决故障，以达到提高设备完好率和使用率、减少故障停机时间的风险防控目的。

3.6关联参数预警

盾构施工过程中由于地质变化或装备故障等原因会引起参数变化，但是有时并不能通过一个参数反映出来，比如某项目发生刀盘刀具严重损毁，后经分析历史数据，发现刀盘扭矩持续增大而推进速度显著降低，呈现出明显的反异差，如图所示。但是由于现场未能事前发现问题，导致事故演变到最后造成较大损失。而利用大数据分析技术可以很好地解决类似问题，通过设置关联参数上下限阈值，当平台监测到关联数据持续超过所设阈值5min，就会及时反馈预警信息到项目技术管理人员，提醒用户进行结泥饼、刀具损坏等相关性检查，从而防控更严重风险的发生。利用大数据分析技术实时检测到佛莞城际铁路项目某时间段推进速度过小，已与总推力及刀盘扭矩严重不匹配，及时发出预警提醒项目参数有异常，应检查是否发生刀盘结泥饼或者刀盘刀具损坏等情况。

4结语

利用大数据分析技术，可以实现对施工现场的生产要素进行识别、定位、跟踪、监控，建立起集监控、分析、故障预警、参数预警于一体的多维度、综合立体风险防控体系，可以及时发现危险因素并发出预警或报警，从而显著降低施工风险。另外，利用大数据分析应用技术，将行业内各地域各地层装备施工的数据收集起来，通过交互分析，可以有力地推进盾构及掘进技术行业数据资源整合和开放共享，有利于充分发挥数据的基础资源作用和创新引擎作用，为盾构/TBM安全、快速、高效、文明施工提供强大助力。

[参考文献]

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[3]张恒睿．地铁超限盾构隧道暗挖改造设计[J]．铁道勘察，2015，（2）：59-62．

盾构隧道范文篇9

关键词：隧道工程；盾构设备；维护管理

隧道不只是公路交通工程建设的重要内容，其能有效缩短两地间的公路里程，确保公路交通运行的顺畅性、便捷性，更是轨道交通工程的基础工程。盾构施工是当前较为隧道工程项目施工中常用的常方式，其凭借着先进的盾构机设备进行岩土切削掘进施工，满足了隧道高效、安全开挖需要。在隧道项目建设中，盾构机的性能直接关系着隧道施工的效率、质量和安全效益，故而有必要深层次分析盾构机的作业原理，做好盾构机的养护管理，为盾构机的安全运行奠定良好基础。

1盾构机设备的构成及工作原理

1.1结构组成

作为隧道盾构施工的主要设备，盾构机的结构组成较为复杂，其不仅包含盾体、刀盘驱动、双室气闸结构，而且设计管片拼装机排土机构、后配套装置单元，此外电气系统以及辅助设备等都是盾构机的重要组成部分。盾构机的盾体包含前盾、中盾和尾盾三个部分，其中，前盾往往和承压隔板焊接在一起，两者不仅对刀盘驱动起到支撑作用，而且能实现泥土仓和工作空间的有效隔离。在法兰螺栓作用下，中盾与前盾相互连接，盾构机中盾中设置着油缸，当油缸运作时，能推动盾构机向前运动。盾构机尾盾是通过铰与中盾相连的，其在盾构机转向中发挥着重要作用。刀盘是盾构机作业的重要单元，其设置在盾构机的最前方，通过刀具的作用，能快速地完成土体切削，完成隧道掘进。隧道转向掘进时，需通过外侧的超挖刀进行作业。刀盘驱动固定在前盾承压隔板的法兰上，这些刀盘驱动一般是由9组马达和主齿轮箱组成。双室气闸安装在盾构机前盾的上方，这样通过调节气闸前室和主室之间的压力，满足整体的作业需要（见图1）。

1.2工作原理

盾构机本身相当于一个圆柱体的钢组件，在盾构施工作业中，通过盾构机向前推进，能完成对土体的切削和挖掘，在盾构设备掘进过程中，盾构机的壳体对刚刚完成切削得分隧道其支撑作用，这种支撑作用具有双重性，即其不仅承受周围土体压力，而且能阻挡来自地下水的压力，有效地保证了隧洞的稳定性，隧道挖掘、排土和衬砌工作的开展奠定了良好基础。隧道掘进过程中，推动油缸发挥动力支撑作用，其能推动盾构机向前运动，同时在液压马达作用下，刀盘能开始旋转完成土层切削。当岩土切削成碎渣后，会通过螺栓输送机向皮带输送机上运输，最终所切削的渣土会运送到渣土车的土箱中，并经过竖井运送到地面。要注意的是，当盾构掘进一定距离后，需做好管片的拼接，确保隧道一次成型。

2隧道施工中盾构设备的日常养护

2.1日常保养

盾构机在隧道掘进施工中起到至关重要的作用，在规范操作盾构机设备的基础上，应严格落实盾构机的日常保养制度。（1）在盾构机日常保养中，应明确日常保养的具体内容，即除做好设备日常巡检外，还需要对设备进行清洁、润滑、防腐处理，预防设备故障发生。（2）盾构设备日常保养中，应做好设备液压系统、电气系统等单元的保养，其中在液压系统保养中，应日常检查油箱的油位，及时加注液压油，同时应监听盾构机工作时的声音，确保其处于正常工作状态，此外应对液压机的液压阀、油缸、马达、油泵、管路等部件进行检查，控制各部件作业温度，消除漏油问题，当发现有部件温度异常或漏油问题时，应及时地进行停机检查。电气系统维护保养中，应做好敷设范围内高压电缆的实施检查，若高压电缆有破损问题，应对其进行重点检查和处理，同时应实施检查变压器，通过作业声音的辨别，判断变压器作业是正常。另外应严格检查并消除变压器渗油、配电柜和变压器温度异常等信息，并实施过载保护，确保电气运作正常。（3）盾构机单日的保养时间应维持在4h以上，除上述保养内容外，还需要对盾构机的主轴承内密封部分、盾尾部分、管片轨道等要素进行检查，同时确保油缸活塞裸露、皮带机从动部分、阀组清洁无污染。（4）日常保养中应做好盾构设备的联动调控管理，如在考虑施工状态的基础上，应对盾构机上的排污以及冷却系统实施加强处理，同时在作业过程中应注意保护压器和高压电缆的卷筒，避免渣土在这些部位堆积。此外考虑到泡沫和水泥浆液对盾构机液压元器件的腐蚀，需通过脱漆部位修补等收单，做好盾构机防腐处理等。

2.2常规检测

规范开展盾构设备检测工作，能及时掌握盾构设备的工作状态，发现盾构设备使用问题，并通过故障检修为盾构设备的使用奠定良好基础。在盾构机设备检测中，应在现骨干仪表和设备的作用下，系统检测盾构机的工作压力、温度、声音，同时应对其气味、振动等情况进行有效分析，并动态化地追踪、分析这些参数，这样能确保盾构机始终在最佳工作状态运行、常规检测中，要求实际的检测过程符合相关流程，并完成检测结果真实上报，若发现盾构机出现参数异常问题，需对其进行停机处理，以此来发挥盾构机检测的作用，确保盾构机操作的规范性。在盾构机常规检测中，应做好点检与巡检的有效结合；即在实际检测中，需对盾构机设备的上百个点位进行点检和巡检，全面检测盾构机的运作，消除盾构机使用时的安全隐患。在盾构机点检、巡检过程中，要求严格落实“六选”制度，即在选人、选点、选时的基础上，应系统考虑选标、选项、选法等要素，从职责层面实现盾构机检测工作的有效约束；这样能以严格的标准规范盾构机检测工作状态检测工作的开展，为后期的故障发现、诊断和处理奠定良好基础。

2.3故障诊断

在盾构设备常规检测的基础上，还应做好设备的故障诊断和处理。通常机械构件之间的摩擦和损坏时造成盾构设备故障的主要原因；而在盾构掘进施工中，液压系统、电气系统是最容易出现故障的两个系统。在故障诊断过程中，若通过操作控制板上的元件不能实现机械功能控制时，应检查其对应系统与机械设备的连接处，以此来找出故障原因。故障诊断的中，首先应断开设备电气连接阀门，并启动相应的控制键，此时如果电流、电压的运作状态仍不正常，则应考虑盾构设备电气系统发生故障，而当电流、电压恢复正常使用，可判断设备的故障在液压部位。要注意的是，在盾构设备故障诊断中，状态检测是极为重要的一种方式，在实际检测中，须通过专业的工具设备，对盾构机的温度、压力、流量进行检测，同时考虑设备电流、油液、扭矩等因素，并对设备状态、噪音等特征进行分析，以此来准确掌握设备运作状态，消除设备故障，提升盾构设备的使用性能。

2.4机械维修

“养修并重，预防为主”是盾构机设备维修保养的基本原则。在隧道施工过程中，针对盾构机的维修保养和检修，需严格按照盾构机日常保养记录、盾构机运转记录的内容分析故障点位，并科学选用维修保养方法进行处理。其一，在盾体结构维修中，应检查盾尾密封状况，在消除盾尾漏水、漏浆问题的基础上，清除盾体底部杂质，并且修检油缸柱，消除油缸柱上的划痕。其二，旋转接头部位容易出现泡沫渗漏问题，应及时检查这些部位，清除露出的泡沫，并完成选择接头的密封处理。其三，皮带输送机故障维修中，需清理托辊和挡边辊上的泥土，同时应检查更换皮带，消除皮带磨损、皮带输送机卡死、跑偏等问题。其四，螺旋传送机的驱动装置容易出现油液渗漏、减速箱油位异常问题，应重点检查这些问题进行处理，并且需检查处理闸门和伸缩缸的润滑情况，清理相关杂物，保证螺旋传送机运作状态良好。其五，盾构机水系统还容易出现流量、水位异常及水体污染情况，对此应通过检查水管路上的压力和温度指示器来发现只写问题，及时的更换相应的管理阀门，进行水体补充，确保盾构设备水系统运作状态。

2.5配件管理

隧道施工过程中，受高强度工作状态及复杂环境的影响，盾构设备难免会出现设备磨损问题，故而在日常养护管理中，还需做好盾构设备配件的系统管理。首先在盾构设备配件管理中，应认识到盾构机的配件较为特殊，若构件本身的价格较高、不易损坏，而且生产周期较长，则应加强企业与生产厂家的联系与合作，由生产厂家定制对应零件，并将生产的零件存放在厂家内，这样才能在保证破损配件更换效率的基础上，降低配件采购资金及库存量。其次在盾构设备配件管理中，应有计划地开展配件的采购和库存管理，即在满足施工条件的情况下，要求最大限度地减少配件的库存，降低盾构设备配件的采购成本部和管理成本。最后在盾构设配件管理中，要求建立完善的配件采购渠道，对于常用的大批量配件，应从生产厂家采购，确保配件与设备本身相互匹配，提升盾构设备的整体应用效果。

3隧道施工中盾构设备的长期管理

3.1建立设备管理标准

系统完善的管理标准能为隧道盾构设备的管理和应用奠定良好基础。在隧道盾构设备长期管理中，要求隧道施工企业设备部门工作者应认识到盾构设备在整个隧道施工中的作用，高度重视盾构设备管理的重要性，创造良好的设备管理环境。其次，在盾构设备管理中，应结合盾构设备管理标准及项目的建设实际，制定系统完善的设备养护管理制度，在具体制度中，应就盾构设备维护保养标准进行清晰说明，要求所编制的制度包含设备结构和性能的保障制度，同时对于盾构设备管理制度的设计，还需要考虑盾构机日常保养情况、检测情况以及修理情况等信息，以此来设计较为科学的管理制度，满足盾构设备精度控制及实际工作开展需要。另外在完成盾构设备管理制度建设后，要求对本单位的设备管理部门进行优化重组，选择具有专业能力与素养的人员开展设备管理，提升盾构设备的整体应用效果。

3.2细化长期管理措施应用

在盾构设备长期管理中，设备管理人员还应做好具体管理要点的落实。其一，在盾构设备长期管理中，应建立三级巡视制度，通过保养人员、保养工程师和主管工程师进行巡视，及时地发现盾构设备所存在的问题，并针对性地进行应对处理，满足整体应用需要。其二，在盾构设备长期维修保养中，要求将具体的管理责任落实到个人头上，即工程建设企业应指派独立负责人，对设备切实管理，真正做到设备使用、保养、检查、修理的有机统一。其三，在实际管理活动中，应从设备维护、设备监督、设备维护、部件替换更新、设备操作等层面进行管理。其中在设备维护中，应制系统完善的维护管理制度，实现设备维护与保养的协调工艺；在设备监管中，应从设备维护保养、工作状态等层面实施监督，重点监测相关设备的使用状态，以此来发现设备使用问题，这样能快速处理设备应用故障，提升设备运行效果。

3.3做好设备档案管理

要进一步提升盾构施工设备管理质量，还应建立系统完善的档案管理制度，通过档案资料规范管理工作，提升设备管理的规范性。一方面，在盾构设备档案管理中，应将所有的盾构设备、零部件纳入档案馆系统，从设备、零件采购、应用、维修保养等环节进行信息记录，使得设备档案信息真实、可信，然后以档案资料指导设备维修保养，确保设备的管理处于可控范围之内。另一方面，在设备档案管理中，应借助信息化技术进行档案管理，该管理模式下，要求通过信息平台建立盾构机设备盾体、刀盘驱动、双室气闸结构等单元的维护管理文件，在具体文件中，应准确记录设备维修保养部位、维修原因、维修方法、维修人员等信息，并在大数据技术下，进行设备维修保养效果分析，优化设备维修、保养方案，为后期的设备管理提供参考。

4结语

盾构设备在隧道施工中发挥着重要作用，新时期，隧道施工人员只有充分认识到盾构设备管理的重要性，结合工作实际，做好盾构设备的日常养护和长期管理，这样能最大程度发挥设备性能，提升盾构作业效率和质量，促进隧道盾构施工工作的有序开展。

参考文献：

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[4]张博.浅析燃气管线盾构隧道穿越断层破碎带处理措施[J].中国设备工程,2022(3):251-252.

盾构隧道范文篇10

关键词：超大型盾构；自主研制；创新驱动；品牌建设

一、国产超大型盾构研制的背景

盾构工法于19世纪初在英国产生，至今已经有200年的历史。19世纪末到20世纪中叶，盾构工法相继传入美国、法国、德国、日本等国。20世纪60年代到80年代，盾构工法发展得到进一步完善，且成效显著。1984年，我国首次应用从日本引进的盾构机，建成了上海市芙蓉江下水道总管工程。盾构机如地下游龙一般的掘进方式让刚刚打开国门的国人大开眼界，使用盾构机不用开挖地面、不用爆破土石，而且掘进速度快，有利于人员安全和环境保护，这对地下施工来说有着巨大的优势。此后，盾构机在我国隧道施工中开始普及，在庞大的中国基建市场上，充斥着各种国外品牌的盾构机。2010年以前，我国工程建设所需的大直径、超大直径盾构机完全依赖国外进口。2001年，国家“86计划”正式包含了“隧道掘进机的主要技术研究”，启动了国产盾构机的研发之旅。2010年，中国交通建设集团有限公司（以下简称“中交集团”）敏锐地看到轨道交通和城市基础设施建设的风口，发挥央企优势，在江苏省常熟成立中交天和机械设备有限公司（以下简称“中交天和”），集中力量打造国产盾构机专业制造商。中交天和工厂及厂房刚开始建设，中交集团承接的南京纬三路过江隧道工程，需要两台刀盘直径超过14米的超大型盾构机。南京纬三路过江隧道是当时我国首个复合地质条件下的超大型隧道工程，也是当时世界上同类隧道中规模最大、距离最长、水压最高、地质条件最复杂的隧道。国外唯一能够提供这种设备的厂商以施工风险高为由，开出7亿元一台的天价，且制造周期远超工程预期。刀盘直径超过12米的盾构机在国际上被称为超大型盾构机，但当时国内还没有一家企业能够制造10米级的盾构机。设备买不起，工程等不起，没有技术就要任人宰割。由此，中交集团决心自己进行研发和制造。

二、国产超大型盾构品牌建设的主要做法

（一）啃下硬骨头，立足自主研制

当南京纬三路过江隧道项目公示决定采用国内自主研制的超大型盾构机时，行业内出现了各种反对和质疑。“为什么不采用欧洲品牌盾构？”“中交天和能造成超大直径盾构机吗？”“国产的超大型盾构机能用吗？”“若因国产盾构机的质量问题，导致隧道被水淹了怎么办？这安全风险责任该由谁来承担？”漫天的反对和质疑之声和各种无形的干扰让中交集团深感巨大压力，同时也让中交集团领导意识到实现超大型盾构机的自主研制，打破国外某品牌盾构机在国内的垄断局面，解决大型隧道施工设备技术难题的意义重大。1.设计创新超大型盾构机和中小型盾构机的设计理念完全不同，没有任何资料可以借鉴。国内已完成施工的直径14.5米以上的泥水气压平衡式盾构机仅有5台，其中，4台由德国制造，1台由法国制造，且所穿越地层均为软土地层。行业中没有类似的工程案例，更没有一家盾构机制造商能够提供有成熟经验的盾构机。若要完成这项任务，不仅需要研制出中国最大的复合式泥水气压平衡盾构机，在此过程中还需要进行一系列的技术创新。在整个研发过程中，中交天和技术团队面对的问题很多都是第一次。要达到既定效果，研发设计难度极高，有的关键部位修改就达到60余次。整个过程下来，最终设计确认的图纸达6700多张。修改的图纸不计其数，设计、修改、检验、再修正，不断循环，直到得到最佳方案。在此过程中，中交天和还多次遭到国外企业的技术封锁。管片同步施工搬运系统是超大型盾构机的重要组件，当时国际上只有一家德国企业能够生产，中交天和起初想直接购买这套组件，但是，当这家企业知道中交天和在自主研发盾构机后，竟开出了天价合作费。中交天和索性彻底放弃进口，全部自主攻关。经过创新研发，这套设备成功问世，不仅节约费用近千万元，而且为今后制造全系列盾构机提供了技术保障。油缸是盾构机的关键部件之一，此前，大型盾构机的油缸全部依赖进口。一台超大直径盾构机设计推力接近3万吨，需要58根油缸，每根油缸重达8吨，国外企业开价每根50万元。中交天和再一次给自己加压，联合国内企业共同研发。经过近半年时间，国产超大型盾构油缸研制成功，成本降低一半以上。通过联合攻关，中交天和还开发出了超长距离掘进刀盘技术、刀盘伸缩机构、世界首创氦氧饱和带压换刀技术等，获得知识产权18项，发明专利9项。2.制造创新厂房尚在兴建，加工结构件的配套设备不齐全，中交天和就边建厂边造盾构，双管齐下。大型钢构件的焊接是一只拦路虎。在建厂初期需要焊接大批量不同规格种类的结构件，要保证长达130米，重达约4800吨的“钢铁巨龙”的钢结构焊接质量也是难点之一。例如，刀盘的焊接，要将2000余片不同厚度的钢板焊接成一体，同时要满足水密性及气密性0.8兆帕的抗压，难度非常大。焊接技师需要通过正面、反面分别焊接15层和13层焊条，而且确保每层都要经过探伤，保证不存在比头发丝还细微的裂纹和砂眼，每一层焊接前用钢丝刷或气爆清净上一层的残屑，反复焊接、清渣、再焊接的堆砌循环，一旦伤检测发现有裂纹和砂眼马上返工处理。此外要保持钢板持续恒温加热状态，两组焊接人员24小时轮班作业。焊接结束后，需要解决电焊刀盘钢构件之后内应力释放的问题。由于大型焊接构件正常释放能量需要几年的时间，在缺少大型钢构件的退火炉情况下，中交天和因地制宜地自制了“土制消能炉”——通过在钢构件外面制作一个100多平方米的房间，房间内部贴满加热片和石棉保温层，将刀盘包围，用加热保温的方法，将需要数年时间释放的内应力缩减成数天时完成，有效保证了建造工期。2011年12月，作为中国首台拥有自主知识产权、直径达15.03米的超大型泥水气压平衡复合式隧道掘进机，在中交天和工厂顺利下线，“天和一号”从设计到交付使用只用了短短14个月。2012年3月孪生兄弟“天和号”盾构机也顺利下线。2015年6月和7月，南京纬三路隧道南北两条线先后贯通。在施工中，盾构机创造了单日最高掘进26米、长江底砂卵石地层连续掘进2580米不换刀等世界纪录。两台盾构机获得了工业和信息化部中国首台套鉴定、中国机械工业科学技术一等奖、科技部国家重点新产品项目、江苏省科学技术奖一等奖等殊荣。

（二）甩掉拐杖，全面推动实施国产化

1.调试自主盾构机是高智能化和集机械、电气、液压、控制、光学技术为一体的高端装备。盾构机的出厂前调试既要检验设计安装的各项部件技术参数，又要检测整体性能是否满足要求，是一项团队合作密切、综合性强的工作，需要调试人员具备扎实的专业知识和丰富的现场工作经验。一开始，中交天和还是依赖外国人来进行调试。由于外国工人服务费用高昂，中交天和决心甩掉拐杖，培养人才自己干。事实证明，只要有决心，任何事情都能干成。从初期的“没人会”到现在的“人人会”，无论小直径还是超大直径盾构，全部自己调，彻底断掉了对国外的依赖，中交天和在调试方面成本大幅缩减。2.全面实施国产由于原材料及基础性研究的不足，盾构机的核心关键部件如主驱动作为盾构机的最关键核心部件，其应用的关键零部件（电机、减速机、主密封、主轴承、变频器等）大多依赖进口，长期被国外所垄断，而且进口配件价格昂贵，供货周期长，售后服务不及时。一系列卡脖子技术一直制约着我国盾构产业国产化的进展。中交天和在大力创新研发的同时，致力于推动核心零部件的国产化，联合国内供应商陆续开发了电机、减速机、主密封、主轴承等关键部件。目前，许多核心零部件已实现国产化，并在多个项目广泛应用，盾构国产化率已达95%以上。2021年9月，由中交天和自主研发的世界首创高寒高海拔、大深度、超大直径硬岩竖向掘进机“首创号”下线，采用全智能化掘进技术，零部件实现全国产化。

（三）创新驱动，弯道超车

通过坚持持续创新，中交天和将超大直径盾构核心技术牢牢掌握在自己手中，并实现了弯道超车，掌握着诸多世界首创或先进技术。比如超大直径盾构机超长距离不换刀技术，可实现该盾构连续掘进5000米不换刀；超大直径盾构机创抗浮技术，能有效解决管片上浮难于控制的世界级工程难题；刀具光纤磨损检测技术，实现了刀具实时监测；盾尾磨损检测技术，实现了盾尾磨损实时监测；全智能化管片拼装技术，只需一个按钮，盾构机就能实现隧道内管片的自动运输抓举拼装，可以大幅提高管片拼装质量，更可减轻工人作业强度；同步掘进技术实现了盾构机掘进拼装同步，较国内外同类装备掘进效率提升30%-50%；智慧化远程安全监控管理系统，可实时记录盾构掘进数据，管理风险边界，及时报警并提供解决措施预案，还可实现盾构机远程故障诊断及远程控制，实现盾构机全生命周期管控；绿色环保管路延长装置，彻底解决了隧道内泥水溢出的施工环境污染等。

（四）品牌传播，打造中国盾构名片

加强品牌宣传，通过策划创新产品下线、成功应用等重大新闻事件的传播引起广泛关注，大幅度提升中交天和的品牌形象。中交天和新型海上风电嵌岩钻机在三川风电莆田平海湾海上风电场完成国内海上最大直径嵌岩单桩钻孔项目、中国首台救援掘进机“天和一号”、马来西亚东海岸铁路用“巨无霸”走出国门、全球首创压注工法（DTSES）新型TBM掘进机下线、史上最“萌”盾构机——“振兴号”已顺利过江、世界首台大直径、大扭矩加压钻进式竖向掘进机刷新纪录、大国重器打破垄断成就孟加拉国人民隧道梦、国产最大直径盾构机下线等专题被央视、人民日报、新华社、经济日报、中国日报、科技日报、环球网等国内主流媒体争相报道，多家媒体转载，其中多条新闻被新华社进行外文报道，向世界展示了中国“智造”“中国创造”风采。创新形式，通过邀请国内主流媒体走进南京和燕路过江通道项目施工，众多重磅媒体平台对现场的深度报道让更多的人近距离、深程度了解天和盾构机的创新应用与显著成绩等，宣传效果显著，中交天和品牌影响力持续扩大。

三、国产超大型盾构品牌建设取得的成效

（一）突出重围，引领行业迅速发展

中交天和两台超大型盾构机的研制成功，一举打响了国产盾构机的品牌，树立了国产超大型盾构机的崭新形象。结束了大型和超大直径盾构机完全依赖进口的局面，对我国基础设施建设提供了有力的技术支撑，不仅节约了数十亿元人民币的费用，更自此开创了中国盾构隧道掘进的新篇章，超大型盾构机自此开始国产化历程。中交天和的成功也推动了国内同行及配套企业的发展。此后，国内其他盾构机企业也异军突起，刀盘直径14米以下的盾构机已经基本不再需要进口，中国出口的盾构机油缸等重要配件占领了世界市场的一半以上，并且返销到了原先的盾构机强国。从打破国外垄断的中国首台套超大直径盾构“天和号”，到首台采用自主技术和多项国产核心零部件设计制造的南京和燕路过江通道工程“振兴号”、全球首创的新型TBM掘进机“雪山号”“雪莲号”、国内首台超大直径同步掘进机“兴业号”、中国最大直径盾构机北京东六环改造工程“运河号”、国内在建承受水压最高直径最大盾构隧道用超大直径盾构机“聚力一号”、全球首创高寒高海拔大深度超大直径硬岩竖向掘进机“首创号”，这些年中交天和坚持自主创新、坚韧攻关，克服风险挑战，形成了系列具有中国自主知识产权的核心技术，引领隧道掘进机研制不断迈向新高端，推动了隧道施工技术与工艺的创新发展。

（二）走出国门，服务一带一路建设

自2016年始，中国超大型盾构品牌积极向外突破。2018年3月13日，孟加拉国卡纳普里河河底隧道用12.12米超大直径盾构机下线仪式在中交天和举行。这是中国出口的第一台超大直径盾构机，也是南亚地区使用的最大直径盾构机。这场庆典被视为中国盾构机发展历程中的里程碑事件，终结了海外超大直径盾构机市场一直为国外垄断的局面。同年9月，用于中印尼两国元首亲自确认和直接推动的新时代中印尼两国发展战略对接、共建“一带一路”的旗舰项目和印尼海洋支点战略对接的重大项目，中国高铁全方位整体走出去的第一单，东南亚第一条最高时速达350公里的高铁——印尼雅万高铁1号隧道的直径13.19米超大盾构机在中交天和下线，再次刷新中国出口海外超大直径盾构机纪录，并成为亚洲铁路建设中最大的盾构机。孟加拉国卡纳普里河河底隧道用盾构机于2020年8月抵达，孟加拉国历史上首条超大直径隧道顺利贯通；同年11月，雅万高铁一号隧道顺利贯通，为该高铁早日实现全线通车奠定了坚实基础。中国超大型盾构品牌和技术在一带一路建设中大放异彩。

四、结语

从落后百年逆袭到世界领先，高端装备制造国产化这条路走得并不容易。中交天和凭借锲而不舍的钻研精神和自主创新能力，带领中国超大型盾构机不断“掘进世界”。综上所述，中国高端装备制造品牌要突出重围，归根结底要以自主创新为内核，坚持创新驱动，不断增强原始创新能力，掌握核心关键技术，实现高水平科技自立自强，才能让品牌稳立世界之林。

参考文献

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