北京地區地鐵盾構隧道工程施工技術總結

北京地區地鐵盾構隧道工程施工技術總結

（北京市軌道交通首都機場線東直門～三元橋區間工程）

第一章　工程概況

第一節 概述

本工程為北京市軌道交通首都機場線03標段，主要工程為東直門～三元橋區間盾構2568.259m；3個聯絡通道（左K1+034.566聯絡通道、左K1+974.254聯絡通道、左K2+564.776聯絡通道及泵房）和區間風井風道。隧道設計施工起點為軌道交通機場線三元橋車站南端，終點為設在察慈小區住宅樓西南側的盾構接收井。

第二節 隧道平面

本區間有5個曲線段，東直門~三元橋方向分別為JD2（R=550）、JD3（R=1500）、JD5（R=800）、JD6（R=1000）、JD7（R=4000），線路整體呈“S”型。左線與02合同段的右線線間距為10～13米。本區間隧道平面如下圖所示：

圖1.1——東直門～三元橋區間左線盾構隧道路線平面示意圖

第三節 隧道縱斷面

本區間沿盾構掘進方向以－2‰的坡度從三元橋站出發後，在K2+960.00處線路開始以－29.611‰的坡度向下前行，在K2+620.00處開始以＋6.561‰坡度上行，在K1+500.00處開始以－3.017‰坡度下行至盾構接收井。

圖1.2——左線隧道縱斷面示意圖

第四節 隧道近接環境條件

4.1臨近建（構）築物

區間沿京順路下穿三元橋的西北孔，與三元橋擴大基礎中心線水平淨距0.24m，豎向淨距16.3m。下穿東直門外斜街後，進入規劃紅線內的平房區，然後從察慈小區旁邊通過到達盾構接收井。

4.2地面交通狀況

本段線路下穿的三元橋是機場高速、京順路連接三環路的節點立交，各個方向的車流在這裏交匯，交通極為繁忙。

東直門外大街為二、三環之間的聯絡幹道，現況機動車道寬度23米，為雙向三車道，機非分隔帶5米，非機動車道7米，道路交通繁忙。

4.3地下管線分佈情況

區間沿線上方存在多條市政管線，但由於隧道埋深較深，根據以往工程經驗區間施工對大部分管線的影響較小。只有一條位於三元橋東北側橫跨機場路的熱力管溝由於埋深較深，控制機場線縱斷。

4.4地形地貌

擬建盾構區間在K2+624處下穿三元橋，K1+150處下穿暗河， K0+800處下穿寬約6m深約 3m的亮馬河。

第五節 地質條件

5.1工程地質概況

本工程所在的土層，自地表以下依次為人工填土層、第四紀全新世衝洪積層和第四紀晚更新世衝洪積層。區間隧道主要穿越粘土、粉土，局部遇到粉細砂、中砂層。屬於一般地質條件的地層。

第二章盾構機類型及主要技術參數

第一節 盾構機類型

本工程使用的盾構機為德國海瑞克S169加泥式土壓平衡盾構機，採用向開挖土體中注入泡沫的方式來改良土體，推進千斤頂為被動式鉸接千斤頂。刀盤是作為“重型鋼結構”針對挖掘北京土質特點設計的。主驅動的總輸出功率為945KW，刀盤最大可能轉速為3.0rpm。

第二節 主要技術參數

主要技術參數如下：

（1）管片參數

外徑6000mm

內徑5400mm

片數3A+2B+1C

最大片重3.3T

水壓2bar

（2）盾構參數

主機數量（前體和中體）1

直徑6190mm

長度（前體和中體）4280mm

類型土壓平衡

最小水平轉彎半徑350m

最大工作壓力3bar

最大設計壓力4.5bar

土壓檢測點5

人閘1

人閘聯連法蘭1

螺旋輸送機上連接法蘭1

盾尾1

盾尾數量1

連接形式鉸接

長度3550mm

密封3層密封刷

注脂線8（2Ｘ4）

注漿點4

（3）推進千斤頂

數量16

推力28350KN

行程2000mm

推進速度80mm/min

縮回速度1400mm/min

（4）鉸接油缸

鉸接型式 被動式

數量 14

尺寸φ180/80mm

縮進壓力7340KN

行程150mm

（5）刀盤

刀盤數量 1

形式 面板式

直徑 6200mm

旋轉方向 左/右

刀具（軟土層） 124把齒刀；16把周邊刀

迴轉接頭 4個泡沫管

（6）刀盤主驅動

刀盤主驅動數量 1

形式 液壓驅動

馬達個數 8

額定扭距 4085KNm

脱困扭距 4700KNm

轉速 1.50/3.00rpm

電功率 480KW

主軸承外徑 2600mm

主軸承壽命 10000小時

（7）人閘

人閘數量 1

形式 雙人閘

長度 2000mm

直徑 1600mm

工作壓力 3bar

工作人員 2～3

（8）拼裝機

拼裝機數量 1

型式 中心自由轉動拼裝機

夾緊繫統機械式

自由度6

旋轉範圍+/-200o

管片長度1200mm

伸縮距離1000mm

軸向行程2000 mm

控制方式線控

（9）螺旋輸送機

螺旋輸送機數量1

形式中心軸式

直徑700mm

電功率110KW

最大扭距190KNm

轉速0至19rpm

最大出土量250m3/h

螺距600mm

伸縮可以

出土門有

（10）皮帶機

皮帶機數量1

驅動電力

帶寬800mm

帶長約45m

速度2.5m/s

最大輸出能力450 m3/h

（11）後部供給系統

管片存放機1

管片吊車1

吊車軌道1

液壓部件1

冷卻系統1

注漿設備1

注漿泵1

控制閥2

壓力測量裝置5

儲漿罐1

注泡沫系統1

發生器4

水泵1

泡沫劑泵1

空氣控制設備1

注膨潤土系統1

注入泵1

壓縮空氣供應1

空氣壓縮機2

氣罐1

壓縮空氣調節設備1

主驅動潤滑脂泵1

盾尾註脂泵1

操作室1

控制板1

變壓器1

軟管系統1

高壓電纜盤1

軌道起重機1

二級通風系統1

輸送管存儲裝置1

導向系統1

數據記載系統1

（12）後配套系統

台車數目5+橋

（13）電氣系統

初級電壓10KV（+10%/-15%）

次級電壓630V

變壓器1250KVA

控制電壓24V/230V

照明電壓230V

閥電壓24V

頻率50HZ

保護系統（電馬達）IP55

PLCS7（西門子）

（14）安裝功率

驅動480KW

推進油缸 55KW

管片拼裝機油缸 45KW

冷卻油 11KW

注脂4KW

螺旋輸送機閘門 22KW

螺旋輸送機110KW

注泡沫系統8KW

注漿設備 19KW

皮帶輸送機 22KW

二級通風設備 15KW

現場及插座用電 50KW

總計844KW

（15）尺寸

總長 57m

本體含盾尾 7.8m

第三章 一般地質條件下盾構隧道施工技術總結

第一節 盾構隧道施工的地面用地面積及場地佈置

1.1本工程施工的地面用地面積如下表所示：

始發井及提升區面積（㎡）辦公、生活用房區面積（㎡）管片堆放區面積（㎡）材料、物資堆放區面積（㎡）施工區域內通道面積（㎡）集土坑

921347.8116.23231.54529.77135

1.2施工場地平面佈置如下圖所示：

圖３.１——盾構施工場地平面佈置圖

第二節 盾構隧道施工用電

2.1供電方案

業主將提供施工臨時用電電源，其容量為1250KVA+600KVA的變壓器，接口根據承包商施工組織設計的接電點位置由業主組織有關單位現場確定。同時，在施工現場配備發電機，做為備用。施工現場的供電系統主要包括配電房和發電機房。

配電房向外與10KV輸電線路相接，其中1路直接送到盾構機內，1路通過配電房內的變壓器電壓轉化為380V/220V，分別供其它施工設備和照明使用。為防止意外停電對工程的影響，在施工現場備用1台200KW柴油發電機，確保施工的正常進行。

2.2進場階段的臨時供電

為保證施工臨時設施的搭建、前期準備工作的正常進行以及生活用電的需要，安排1台250KW的發電機作為臨時電源。在供電部門為施工變電所送電後，撤消臨時電源但作為備用電源保留，在突發性停電時，供洞內的照明、抽水及推進油缸保壓用。

在取得監理工程師同意後，我單位施工隊伍進場立即進行場區電纜敷設、變電器、配電箱櫃等安裝及接電調試工作。

2.3盾構施工階段的供電

1）變壓器的配置

盾構機掘進施工時，由業主配置一台總容量為630KVA的變壓器，供龍門吊等輔助設備供電使用，另需配置總容量為1250KVA的10KV高壓電源，供盾構機使用。

2）高壓配電所的配置

高壓配電所配置盾構電源和地面設備低壓用電的變壓器饋出倉位。

3）配電櫃的設置

設置高壓配電櫃1個，低壓配電櫃3個。每一用電點從鄰近低壓配電櫃引出，通過分配電箱再配出到各用電設備。

4）功率因數補償器的配置

為實現COSΦ＝0.8的功率因數，擬設置6個功率因數補償器，它們的無功功率補償能力分別為：2台300Kvar。

5）供電線路的配置

高壓線路：相數：3；頻率：50Hz；

電壓：10KV；

低壓線路：相數：3；頻率：50Hz；

電壓：0.4KV；

照明線路電壓：220V；控制電壓：24V；信號電壓：24V；

2.4安裝與工藝要求

1）從配電櫃到分配電箱的饋送回路中，每一開關的載流量和短路電流需與各用電設備的容量相匹配，設備在受電前先檢驗漏電開關的動作是否靈敏。

2）電纜敷設採用直埋式，過路處穿鋼管暗埋敷設。

3）高壓電纜送電前，經電氣試驗證明合格。

4）從高壓配電室盾構倉位饋送到車載變壓器的電纜，沿牆掛鈎敷設下井，每隔50m掛“高壓危險”的警告牌一塊，在井的垂直部位和隧道內敷設電纜，每2m設一個固定點。

5）從井口開始，每隔100m設隧道照明專用配電箱一隻，作為照明線路的分開關和隧道內小動力用電設備的電源。

6）隧道照明採用普通日光燈，控制室採用防爆熒光燈，主機採用防爆投光燈，皮帶機採用防震燈，燈具金屬外殼與接地線直接相連。

7）所有的單相負載採用A、B、C三相跳接的方式，注意三相負載的平衡問題。

2.5安全保護措施

1）重複接地保護：在各用電點的配電箱周圍，用2m長的5＃角鋼2根埋入地下作為接地極，用一根25×4的鍍鋅扁鋼與接地極焊接後，引到配電箱的接地排上。接地排與從變電所饋出的低壓電纜的零線相接，構成重複接地系統。接地電阻≯1Ω。各用電設備金屬外殼用接地線與接地排相接。

2）行程限位保護：所有的提升設備安裝限位保護開關。

3）電氣聯鎖保護：為保證設備運行的安全可靠，電氣系統進行聯鎖控制，即上級流程未動作，下級流程無法動作。上級流程停止，下級所有流程自動跳閘。防止自起動和誤操作帶來的不安全因素。

4）相序保護：用電設備在運轉時，不隨意更換相序，若發生意外，相序繼電器自動切斷電源。

5）防雷保護：對直擊雷的防護採用在變電所裝設獨立避雷針；對雷電波侵入的防護採用在高壓側裝設閥式避雷器。

第三節 始發井及接收井施工

始發井利用三元橋車站已修建好的南側左線盾構始發井進行始發施工；接收井利用02標在察慈小區西側的盾構接收井進行接收施工。

第四節 盾構始發段和接收段地層加固方法、工藝及效果

4.1端頭地質概況

本標段盾構始發及到達端頭加固共計4處，加固部位包括機場線三元橋站始發井端頭、風道接收和始發端頭、盾構接收井端頭。三元橋站始發端頭為粘土地層，其餘3個端頭均為洞身上部為砂層，洞身下部為砂礫層。三元橋站始發端頭加固採用1排ф800@1000mmC10素混凝土樁和14排ф600@500mm梅花形佈置的旋噴樁組成，素混凝土上部採用採用三七灰土回填；風道接收和始發土體採用洞內水平注漿方式進行加固，採用水煤氣管，間距500×500mm，梅花型佈置；盾構接收井土體採用20排ф600@500mm梅花形佈置的旋噴樁。

為了確保盾構始發和到達時的施工安全以及各地層的穩定，以防止端頭地層發生坍塌或漏水湧水等意外情況，必須對端頭的土體進行加固處理。另外，盾構機吊入、吊出井必須滿足吊機作業地面承載力要求。

4.2加固的原則和要求

（1）盾構進出洞端頭土體加固的原則：

1）根據隧道埋深及盾構隧道穿越地層情況，確定加固方法和範圍。

2）在充分考慮洞門破除時間和方法，選擇合適的加固方法和範圍，確保盾構機進出洞的安全和洞門破除的安全。

（2）加固要求

1）加固土體強度達到0.4Mpa；

2）滲透係數≤1.0×10-8cm/s。

4.3端頭加固施工

4.3.1雙重管旋噴樁施工工藝

（1）旋噴樁施工工藝

旋噴採用雙重管高壓噴射法施工，利用高壓水、壓縮風共同作用在噴嘴形成高速射流切割土體、砂層，同時由底部注入水泥漿，對其進行分選和置換。噴嘴作360°旋轉並勻速提升，形成具有一定直徑的旋噴樁。旋噴樁施工流程參見【圖3.2——旋噴樁施工工藝流程圖】。

圖3.2——旋噴樁施工工藝流程圖

（2）施工方法

1）鑽機就位

鑽機就位即將使用的鑽機安置在設計的孔位上，使鑽桿頭對準孔位的中心。鑽機就位後，必須作水平校正，使其鑽桿軸線垂直對準鑽孔中心位置。

2）鑽孔

本工程擬採用地質鑽機，鑽孔的傾斜度不大於1%。

3）插管

鑽孔完畢，拔出巖芯管，換上旋噴管插入預定深度。在插管過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，可邊射水、邊插管，水壓力不超過1Mpa。

4）噴射作業

旋噴前，要檢查高壓設備和管路系統，其壓力和流量必須滿足要求，在注漿管及噴嘴內不得有任何雜物，注漿管接頭的密封圈必須良好。

噴射管達到預定深度後，由下而上進行噴射作業。噴射過程中，應時刻注意檢查漿液初凝時間、注漿流量、風量、壓力、旋轉提升速度等參數，並且隨時做好記錄，繪製作業過程曲線，旋噴注漿管的旋轉和提升必須連續不中斷，防止噴嘴被堵。

5）拔管、沖洗機具

噴射作業完成後，拔出噴射管。注漿管等機具設備沖洗乾淨，管內不得殘存水泥漿。把漿液換成水，在地面上噴射，將泥漿泵、注漿管軟管內的漿液全部排出，管內不得有殘存水泥漿。

6）移動機具、回填注漿

把鑽機等機具設備移動到新孔位上，進行下一鑽孔的施工，並將作業完成的孔回填注漿。

（3）旋噴施工主要技術參數

1）壓縮空氣

壓力0.7MPa，流量3m3/min，噴嘴間隙2～4mm；

2）水泥漿液

壓力20～40MPa，流量80～120L/min，噴嘴孔徑2～3mm；

3）注漿管

提升速度10～20cm/min，旋轉速度10～20r/min，外徑φ75。

4）水泥漿

水泥採用425號水泥，水灰比1.5:1。

（4）施工技術措施

1）施工前根據現場環境和地下埋設物的位置等情況，複核高壓噴射注漿的設計孔位。施工前予先挖設排漿溝及泥漿池，施工過程中將廢棄的冒漿液導入或排入泥漿池，沉澱凝結後運至場外存放或棄置。

2）旋噴樁相鄰兩樁施工間隔時間不小於48h，間隔不小於4～6m。

3）鑽機安放保持水平，鑽桿垂直，其傾斜度不得大於1.5%。施工前檢查高壓設備及管路系統，其壓力和流量滿足設計要求。注漿管和噴嘴內雜物清除乾淨，注漿管接頭的密封圈良好。

4）正式施工前進行試樁，以確定合理的水壓力，提升速度，漿液配比和壓力等參數。

5）旋噴過程中保證樁體的連續性，若因故停止，第二次旋噴的接樁長度必須大於20cm。

6）施工中若出現大量冒漿，立即停止並採取措施。

7）鑽孔位置和設計位置的偏差不大於50mm。實際孔位、孔深和每個鑽孔內的地下障礙物、洞穴、湧水、漏水及與工程地質報告不符等情況均詳細記錄。

8）高壓噴射注漿完畢，迅速拔出注漿管徹底清洗注漿管和注漿泵，防止凝固堵塞。為防止漿液凝固收縮影響樁頂高程，必要時在原孔位採用冒漿回灌或二次注漿等措施。

4.3.2水平注漿施工

（1）水平注漿施工工藝

參見【圖3.3——水平注漿施工工藝流程圖】。

圖3.3——水平注漿施工工藝流程圖

（2）注漿施工主要技術參數

參見【表3.1—鋼花管注漿施工技術參數一覽表】。

表3.1—鋼花管注漿施工技術參數一覽表

分類項目參數

成孔下管管距×排距1.4m×0.8m，樁間護壁鑽孔

孔徑52mm

管偏斜＜1%

鋼花管鋼花管長度5m（入土段長4m）

鋼花管直徑48mm

鋼花管壁厚3mm

注漿漿液配合比（重量比）水泥：水＝1: 1

初注壓力0.8～1.0MPa

終注壓力1.8～2.0MPa

（3）施工技術措施

1）注漿材料採用P.o32.5普硅水泥，注漿時水灰比由大至小，先灌入較稀漿液，視地層吃漿量情況逐漸調整水灰比再灌入較稠漿液。

2）一個孔的注漿作業一般應連續進行到結束，不宜中斷。如因機械故障被迫中斷時，應排除故障儘快恢復注漿。恢復灌漿時一般從稀漿開始，逐漸調整至稠漿。

3）注漿應有專人記錄漿液消耗、注漿時間、注漿壓力。當注漿出現大量吃漿不止，長時間灌不結束的情況時，應檢查原因，若是因地層裂縫原因造成，可調整水灰比採用稠漿灌注，並採用中斷間歇注漿方法，若到此壓力就發生冒漿或大量吃漿的，可在較低壓力下結束。

4）注漿結束後應立即封閉閥門，拆卸清洗輸漿管路。

5）待封孔後進行水平探孔試驗以確定有無達到開孔要求。

4.3.3鑽孔灌注樁施工

鑽孔灌注樁施工工藝

鑽孔灌注樁施工工序如下：

放線定點→鑽機就位→鑽孔至設計深度→測量孔深→吊放導管→灌注商品混凝土成樁。

（1）施工準備

正式施工前應試鑽，以確定施工工藝參數。

（2）測放樁位及複核

根據軸線基準點，測放出具體樁位，複核合格後方可進行鑽孔施工。

（3）鑽機就位

鑽機應置於平整堅實的地面上，鑽機就位時，鑽頭對好樁位，定位誤差≤2cm。同時用經緯儀或線墜調整鑽桿垂直度，也可利用機械自帶垂直度調整系統控制。

（4）鑽進、成孔

1）採用長螺旋鑽機成孔，應根據地層變化及時調整鑽進速度。鑽進過程中，應採用人工和裝載機配合隨時清理孔口積土，鑽到設計孔底後應空轉3～5min，把孔底虛土清淨。鑽桿提出孔口時應小心操作，以免虛土掉入孔中。如果出現縮徑情況，應將鑽桿下入孔中再次鑽進，直到孔徑達到設計值。

2）為保證施工安全，防止相互干擾造成塌孔，鑽孔時應採用樁位跳鑽的施工方法。待混凝土強度達到80%後用三七灰土回填至地面標高。

（5）成孔驗收

成孔後採用測繩檢測孔深，採用吊線墜檢測垂直度及虛土厚。

（6）灌注混凝土成樁

成孔後要及時灌注混凝土。灌注前在孔口放置護孔漏斗，混凝土通過漏斗、串筒灌入孔內，在混凝土灌注應連續進行。

第五節 盾構的始發（出洞）和接收（進洞）工藝

5.1 盾構的始發工藝

盾構機始發是指利用反力架及臨時拼裝起來的管片承受盾構機推力，盾構機在始發基座上向前推進，由始發洞門貫入地層，開始沿所定線路掘進的一系列作業。

盾構始發施工包括盾構掘進開始時的一連串作業，是盾構施工過程中開挖面穩定控制最難、工序最多、比較容易產生危險事故的環節，因此結合始發施工環境進行始發施工各個環節的準備工作至關重要。

盾構機始發段的掘進施工又稱為試掘進施工，需對各種關鍵施工參數進行調整、優化，為正常段施工做好準備（盾構施工參數主要包括掘進速度、刀盤扭矩、土倉土壓力、盾構總推力、出土量、注漿量、注漿壓力、盾尾間隙等）。盾構機掘進前，先對各種施工參數進行計算，然後根據計算結果，設定施工參數。在施工中，根據設定施工參數的應用效果，結合地表監測的結果對各種參數進行調整、優化，使各項參數設定達到最佳狀態。

5.1.1盾構機初始掘進的關鍵問題及對策

（1）盾構機初始掘進的關鍵問題：

1）保證安全破洞門。

2）始發定位準確。

3）防止管片錯台下沉。

（2）對策

1）端頭加固

根據端頭位置的地質情況和以往的施工經驗，始發端頭加固採用旋噴樁和鑽孔灌注素樁進行加固；接收端頭採用旋噴樁注漿加固；風井風道兩側端頭採用洞內水平注漿的方式進行加固。加固後保證了破洞時洞門穩定，也有效防止地面開挖面坍塌和控制地面沉降。

2）優化施工參數

A．同步注漿控制

控制同步注漿量和注漿壓力。按理論計算，該段注漿量不應小於160%的建築空隙；同時也要防止注漿壓力過高而頂破覆土。

B. 盾構姿態控制

盾構機保持平穩推進，減少糾偏，減少對正面土體的擾動。

平面：控制在±50mm以內。

高程：控制在±25mm左右。

轉角：控制刀盤轉向，以免對土體產生較大的擾動。

速度：該段施工中推進速度控制在10mm/min，如推進速度過快，容易會引起正面土體擠壓過大地面隆起。

C. 沉降控制

採用信息化施工，通過監測系統提供的監測數據，及時調整盾構穿越過程中施工參數，使盾構施工對地面影響降到最低。

3）始發前的施工測量、定位

出洞前，進行盾構機始發姿態測量、導軌姿態測量、反力架姿態測量、姿態初始測量、SLS-T導向系統初始測量等一系列的測量工作，以使盾構機準確就位。

同時開始收集隧道施工平面控制測量、高程控制測量、導向測量的原始數據，為今後的測量工作提供依據。

4）解決管片錯台下沉問題的措施

A．保證洞門密封的效果，如洞口漏水現象嚴重由預設壓漿管向洞圈周圍內壓注化學漿液。

B．嚴格控制盾尾註漿的質量；

C．洞門焊接導軌。

5.1.2試驗掘進段參數的選擇分析

（1）盾構千斤頂的推進速度及刀盤轉速的設定

盾構千斤頂的推進速度及刀盤轉速與盾構機的性能密切相關，同時也受工程地質及水文地質條件的影響。始發伊始，對參數設定首先要依據理論計算值進行設定，在始發完成後的試掘進階段可對各種參數進行對比，調整推進速度與推力、刀盤轉速與扭矩的關係式，定出推進速度和轉速的範圍。

在本始發段中，隧道洞身範圍內地層主要為粉質粘土、粉土及粘土，由於處於始發掘進階段，推進速度初始設定10～30mm/min，初始設定刀盤轉速應小於1.0r/min。

（2）盾尾註漿壓力分析與取值

添加劑壓注及盾尾註漿壓力主要是受地層的水土壓力的影響，注漿壓力的設定以能填滿管片與開挖土層的間隙為原則。注漿壓力的計算可參考規範中的公式並在施工過程中通過測試和試驗來確定和優化參數，本工程穿越三元橋、熱力方溝、居民區，漿液及其注入的效果直接關係到地面沉降，因此對注漿材料及注漿壓力都有較高的要求。依據現有其它地區盾構法施工經驗及北京地區已有盾構施工各種參數使用效果，初始盾尾註漿壓力設定為0.2～0.25Mpa。

盾尾同步注漿理論量為每環2 m3,根據經驗注漿時每環應按2.9m3～3.9m3控制。同時要求同步注漿速度必須與盾構推進速度一致。

（3）添加劑使用方案

在盾構施工中，添加劑的作用是：

1)減小旋轉輸送機的扭矩，降低刀盤温度；

2增強土體氣密性、止水性，保證開挖面穩定；

3)與土體拌和均勻，使開挖土具有良好的流動性，增強土體可排性。

依據地層不同，有不同的添加劑使用方案。本工程始發階段盾構穿越的地層為粉質粘土層和粘質粉土層。這樣的粘性土地層，土的粘結力較大，在盾構掘進施工過程中，易造成粘性土附着於刀盤上正反面形成泥餅造成刀盤扭矩增大，或者土體進入土倉後被壓密固化，造成開挖、排土均無法進行的情況。此時一方面可通過刀盤上的添加劑注入孔向刀盤前方的土體注入3％～5％的泡沫和適量的水，在增加其流動性的同時，降低其粘着性，防止開挖土附着於刀頭或土室內壁。另一方面粘土被切削進入土倉內後，通過土倉上的添加劑注入孔向土倉內注入泡沫並利用刀盤上的攪拌裝置加以攪拌，使泡沫與切削土充分混合，以增加土的氣密性和可排性。泡沫的總注入量控制在土體切削量的10％以內。此外，還可通過螺旋輸送機上的添加劑注入孔向倉內注入適量的清水或注入壓縮空氣，以增加土體的和流動性，減小土的摩擦力，使土能經螺旋輸送機順利排出。

添加劑注入量：

刀盤前：約3％～5％的理論開挖量

密封倉：約5%的理論開挖量

添加劑注入壓力：需控制參數為刀盤前的注入壓力，以平衡開挖面的水壓力為宜。在本區段內設定注入壓力初始設定為0.15～0.2MPa。

（4）洞口密封處壓漿

洞口密封處的充填注漿採取盾尾同步注漿裝置注單液漿充填。待盾尾到達洞口位置時，拉緊洞口密封圈，保證漿液不溢出洞口。

5.2 盾構的接收工藝

盾構接收段施工是指盾構機刀盤距進站口50m至盾構機進入車站並完全推上接收基座的施工過程。其施工內容主要包括端頭土體加固、接收設施的設計製作與安裝、接收段掘進、洞口鑿除等。端頭土體加固的施工應在盾構接收前應提前完成。

5.2.1盾構接收前盾構姿態和線形測量

盾構機接收前80m地段即加強盾構姿態和隧道線形測量，及時糾正偏差確保盾構順利地進站。當盾構掘進至接收前25m左右時應再次進行盾構姿態和隧道線形測量，測量內容有：定向、主導線、測量管片位置和走向偏差。

通過測量，對接收前的地段加強盾構掘進的軸線控制，使盾構機進站時其切口平面偏差滿足：平面≤±25mm，高程≤±20mm； 盾構機進站時其切口平面偏差允許值：平面≤±50mm，高程≤±20mm,盾構坡度比設計坡度略大0.2%。到站所有測量數據須報測量監理單位複核驗正。

5.2.2盾構到達段掘進

盾構機進入接收段後，應減小推力、降低推進速度和刀盤轉速，控制出土量並時刻監視土倉壓力值,土壓的設定值應逐漸減小，避免較大的推力影響洞門範圍內土體的穩定。盾構接收掘進可為四個階段，在這幾個階段中，應採取不同的施工參數及控制側重點不同。

（1）盾構過渡段掘進(進入土體加固區前30m～8m)

過渡段的掘進速度和土倉壓力與正常段掘進一樣，按常規控制，但此段施工應側重加強注意調整盾構機的姿態，使盾構機的掘進方向儘量與原設計軸線方向一致,並且要在出洞前的20米處，使盾構機保持水平姿態前進或略微仰頭姿態前進，保證出洞時正常接收，掘進時的軸線偏差應控制在±20mm範圍內。

（2）進站的第一階段（進入土體加固區8m～2m）

盾構機進入加固區後，掘進速度由原來正常段的20～30mm/min減至5～10mm/min，土倉壓力由原來的1.5～2.0bar減至0.3～0.5bar。儘量減少對洞口的影響。壓力值大約與水壓相等。應在密切監控地表和洞口的情況下逐步減少壓力。

（3）進站的第二階段（進入土體加固區2m～20cm）

由於不能確定開挖時的最小土倉壓力，因此在開挖過程中只能根據地質等情況使壓力最小。此階段速度一般為1～5mm/min。當盾構機接近洞口30cm～20cm時，應停止推進。

（4）進站的第三個階段（第二階段完成至盾構機進入車站露出）

盾構機繼續前進並拼裝管片，將圍護結構推倒，此階段的速度根據實際情況決定，應無壓力，刀盤停止轉動。此後清除坍塌下來的土體，盾構機繼續推進，通過密封環後立即拉緊密封環的鋼絲索，清除密封艙內的泥土。在停機後要對盾構中心進行測量，看是否滿足貫通精度的要求。

5.2.3盾構機接收

為確保盾構機從接收井的預留洞口穿出，該階段的掘進將遵守以下原則：

（1）掘進速度逐漸放慢，掘進推力相應減少。

（2）增加盾構機測量次數，並根據洞口實際位置不斷校準盾構機掘進方向。

（3）加大地面監測頻率，並依椐監測結果及時調整掘進參數。

（4）站內派人對洞門位置進行值班監視。

為迎接盾構機到達，應在到達洞口前做好如下準備：

(1) 安裝洞門密封裝置。

(2) 安裝盾構機接收基座，接收基座與始發基座相同。

(3) 鋪設盾構機移動基座的軌道。

(4) 部分鑿除洞門處的圍護結構。

(5) 在到達洞口內側準備好砂袋、水泵、水管、方木、風炮等應急物資和工具。

(6) 準備好通訊聯絡工具。

(7) 準備好照明設備。

上述設備與材料需預先運入，故到時需與接收井承包商相互協調。以上準備工作完成後，盾構機才可進行最後的到達段掘進。

第六節 盾構推進的實際參數及合理參數

盾構在推進過程中施工參數會不斷地變化，根據不同的地層和添加劑進行調整，在施工過程中要嚴格注意進土與出土的匹配情況，必要時進行適當的調整。

參見【表3.2—盾構推進主要參數實際控制值】

表3.2盾構推進主要參數實際控制值

盾構推進主要參數實際控制值

1、縱向千斤頂總推力/分組推力（KN）10000KN/100～2000KN

2、刀盤扭矩（一般/最大BAR）200～240/260KN·m

3、盾構推進一般和最大速度（cm/min）一般速度6～7 cm/min，最大速度8 cm/min

4、盾構隧道與設計軸線的最大偏差/mm50mm

5、密封倉土壓力控制（與設定值的偏差/MPa）0.06～0.2

6、管片拼裝（一般和最快min/環）一般20min/環，最快15 min/環

7、加泥/泡沫（一般/最大kg/環）25～33L/環

8、盾尾密封油脂（一般/最大kg/環）一般10kg/環，最大20kg/環

第七節 盾構姿態控制統計分析

地鐵工程的施工測量不同於一般工程的工程測量，施測的周圍環境和條件複雜，要求的施測精度相當高，因此，必須精心組織實施。

7.1施工測量要求

（1）為確保地鐵測量精度，我方將抽調具有地鐵測量經驗的測量工程師和有測量上崗證的測量員組成項目測量組，配有高精度儀器。

（2）開工前，根據甲方提供的測量數據資料，佈設地面施工控制網點將兩施工井聯繫起來構成本區間獨立控制網並與相鄰區間控制網保持統一。其中導線網點按地面四等平面控制測量技術要求控制，高程按地面二等水準技術要求控制。測量成果報監理業主檢測。

（3）施工現場的所有的測量主控制點均由我單位技術部測量組組織二級複核。

（4）實行定期校核制度，每個月對施工控制點進行一次校核，發現問題及時調整。

（5）每施工放樣點都必須經過換人檢測無誤後才可定點並書面移交下道工序。

（6）做好測量記錄工作。

7.2控制測量基本原則

⑴ 地鐵工程測量施測環境複雜，精度要求高，採用三角網進行測量。

⑵ 佈設足夠的控制點，並精心做好標記，加強對控制點的保護和檢查。

⑶ 保證測量精度，配備先進的測量儀器，使用先進的測量技術。

⑷ 負責保存好本合同段內全部的三角網點、水準網點和自己佈設的控制點，防止移動和損壞，一旦發生損壞，及時報告監理，並協商補救措施，及時處理。

⑸ 全部的控制點三維座標經監理工程師檢查合格後，才能開展後序工作。

⑹ 嚴格按照相關技術規範要求進行測量工作，並做好測量資料的管理。

7.3控制測量

7.3.1平面控制測量

根據業主提供的工程定位資料和測量標誌資料，對所移交的導線網、水準網及其他控制點用精密導線方式進行復測；同時放線設置施工過程中使用的固定樁，並將測量成果書報請監理工程師及業主審批。

(1)．引測近井導線點

利用業主及監理批准的測量成果，以最近的導線點為基點，引測至少三個導線點至每個端頭井附近，佈設成三角形，形成閉合導線網。

(2)．引測近井水準點

利用業主及監理批准的水準網，以最近的水準點為基點，將水準點引測至端頭井附近，測量等級達到國家二級。每個端頭井附近至少佈設兩個埋設穩定的測點，以便相互校核。

7.3.2高程控制測量

以首級控制水準網為基準設加密水準網，並且聯測到相臨標段所使用的水準控制點一個以上。將水準網布成附合線路，往返觀測，附和閉合差應≤±8mm（L為附和線的路線長度，以公里計算），使用精密水準儀、銦鋼尺按照國家二等水準測量方法的精度指標均將高程傳到地下。如【圖3.4—高程控制測量示意圖】：

圖3.4高程控制測量示意圖

精密水準點的埋設採用混凝土普通標石，一定要穩定、便於保護、不易破壞，其規格按《城市測量規範》有關要求確定。傳遞高程時，每次獨立觀測三測回，每測回測得地上、地下水準點的高差較差應小於3mm。取三次觀測的平均值作為地下水準點的高程。

7.3.3聯繫測量

聯繫測量是將地面測量數據傳遞到隧道內，以便指導隧道施工。具體方法是將施工控制點通過佈設趨近導線和趨近水準路線，建立近井點，再通過近井點把平面和高程控制點引入車站底板上，為隧道開挖提供井下平面和高程依據。

(1)．平面座標傳遞

平面座標傳遞和定向測量同時作業，主要是通過豎井將方位、座標從地面上的控制點傳遞到地下控制點。

本標段採用盾構法施工，根據施工現場的條件，為保證測量精度和優化現場作業，施工聯繫測量均採用全站儀進行投點，傳遞時採用三角網傳遞，我們在本標段用的儀器是全自動測量全站儀，本儀器對仰角和俯角都有自動補償，測量精度滿足施工要求。傳遞示意圖如【圖3.5—平面座標傳遞測量示意圖】：

圖3.5—平面座標傳遞測量示意圖

在盾構施工期間，為提高地下控制測量精度，保證隧道準確貫通，應根據工程施工進度，在每個區間應進行至少三次聯繫測量。

7.3.4地下控制測量

(1)．地下平面控制測量

為了消除和減弱折光差對橫向貫通誤差的影響，將洞內控制導線點佈設在隧道的兩側穩定的襯砌環片上，交叉前延。點位採用強制對中托架，在通視條件允許的情況下，每約100米佈設一點，曲線段適當縮短點距。以車站內逐次重複定向測量成果的加權平均值建立的基線邊為座標和方位角的起算依據。觀測採用全站儀進行測量，用全圓法趨近導線測量用Ⅰ級全站儀進行測量，測角四測回(左、右角各兩測回，左、右角平均值之和與360°的較差應小於4″)，測邊往返觀測各二測回。其觀測方法和精度應符合二級或以上導線的技術要求。

盾構掘進時，盾構機身後有較長的後配套，測量控制點無法做在此範圍隧道兩側，可以把控制點以吊籃的形式固定在隧道的頂部，儀器及後視稜鏡採用強制歸心。將自動導向系統的全站儀安置在其上，與盾構機自帶的激光導向系統連接指導盾構機掘進。

(2)．地下高程控制測量

地下高程測量以車站傳遞的水準點為基準點，隧道直線段每隔100m左右佈設一個固定水準點，曲線段每隔50m左右佈設一個。測量時可採用精密水準儀及其水準尺進行往返觀測，相鄰測點往返測閉合差≤3mm，全程閉合差≤6mm（L為全程長度，單位：Km）。

(3)．盾構掘進施工測量

1）盾構機姿態和襯砌環片的測量

盾構掘進時為優化掘進參數需對盾構機姿態和襯砌環片進行測量。由於選配了VMT公司先進的測量導向系統，盾構機掘進的過程中能時時地測出盾構機的瞬間姿態。為保證盾構機姿態的準確無誤，需對盾構機姿態進行復測。盾構機姿態測量是以隧道里的導線點為依據，利用全站儀及其輔助工具，測出佈設在盾構機上特殊測點的三維座標，計算出盾構機的姿態，包括俯仰、旋轉、平面和高程，觀測值與盾構機此時的理論值相比較，將其差值反饋給盾構操作人員，調整其參數，從而指導掘進。

襯砌環片的測量包括測量襯砌環的中心偏差、環的橢圓度等，利用全站儀及其輔助工具，通過測出環片上一些特徵點的三維座標，從而通過幾何計算確定環片安裝位置的正確性，併為安裝人員提供操作校正參數。

2）成型環片的測量

成型環片的測量主要測定環片安裝位置是否符合設計要求。具體方法是使用全站儀的五反射測量模式測得成型環片一週的七個點的座標，通過相應的計算軟件換算出成型環片中心的座標，用水準儀及水準尺測其高程，通過已測的數值與隧道線路的設計值相比，便可得成型環片平面和高程的偏差，為以後竣工和鋪軌提供依據。

3）盾構機導向系統

盾構機的導向系統如下圖所示：

圖3.6—盾構機導向系統示意圖

盾構機導向系統是傳統測量與計算機的完美結合體，在盾構機掘進過程中有測量機器人在激光導向程序的控制下自動採集數據，將光信號轉換成電信號傳遞到控制箱。盾構機前端有一光靶，他的作用是接受測量機器人傳遞過來的信號，自動計算出盾構機的水平和豎直、旋轉角度將這些數據傳送到控制箱。控制箱將兩個數據送到計算機上，通過VMT—S計算出盾構機的實際三維座標。在盾構機掘進前計算出隧道的設計軸線，將這些數據提前導入VMT—S中，這樣將形成一個設計隧道軸線座標系。通過VMT—S系統將盾構機的實際三維座標和設計隧道軸線座標系相比較就得出盾構機在掘進時的動態位置（如下圖）。

圖3.7—設計座標系示意圖

圖3.8—盾構機姿態示意圖

上圖中顯示的是在這一時刻的盾構機姿態，盾構機操作手可以看着盾構姿態和導向系統提供的相關參數來控制盾構機的掘進方向。

7.4 隧道貫通測量

本標段的區間隧道長度在2500m左右，在隧道貫通前約50米要增加施工測量的次數，並對控制導線進行全線複測，對觀測值嚴密平差，保證隧道貫通。

隧道貫通後，從隧道兩端向貫通面進行二等導線測量，分析在貫通面上的貫通誤差。在做貫通測量時應將聯測地上、車站、隧道導線網、水準網，並進行嚴密平差，為竣工和鋪軌提供高精度的控制點和準確的水準點。

7.5 竣工測量

7.5.1線路中線測量

以施工控制導線點為依據，佈設隧道內中線點，中線點的間距直線上平均100m，曲線上恢復所有的曲線元素點。區間各施工控制中線點組成附合導線。中線點組成的導線應採用全站儀進行觀測，並對觀測值進行平差，將成果上報相關單位。

7.5.2隧道淨空斷面測量

以測定的線路中線點為依據，直線段每6米，曲線上包括曲線要素點每4.5米測設一個結構橫斷面，結構橫斷面可採用全站儀測量，測定端面里程誤差允許為±50 mm，斷面測量精度為±10mm。

7.6 測量施工組織

為做好盾構施工測量工作，保證盾構機準確進入起吊井，做到盾構施工萬無一失，選派有經驗的測量專業人員組成盾構施工測量技術領導班子，專門領導和研究盾構施工測量技術工作，及盾構施工測量中出現的各種問題。

測量儀器選用性能穩定、精度高的進口全站儀及其配套的輔助設備。所有的儀器和工具都嚴格按照國家計量法進行檢定。

第八節 管片拼裝質量控制統計分析

管片襯砌作為盾構隧道工程最重要的主體結構，其拼裝質量的好壞直接影響着盾構隧道工程的質量。

本程中採用了標準環+左右楔型環作為管片襯砌，管片外徑6000mm，內徑5400mm，每環管片長度1200mm，管片採用“3A+2B+1C（楔塊）”錯縫拼裝，管片接縫採用彈性密封防水，彈性密封為三元乙丙橡膠和水膨脹橡膠止水條。

8.1管片拼裝位置確定

管片在使用時必須預先根據盾構機的位置及盾尾間隙大小選定管片的拼裝位置，管片的拼裝依據主要有以下兩條，在管片拼裝分析時要綜合分析確定，缺一不可。

8.1.1 盾尾法面和管片法面的相互關係

管片拼裝的總原則是拼裝的管片與盾尾的構造方向應儘量保持一致。

8.1.2 管片拼裝前後管片外表面與盾殼內面的間隙

在盾構機尾部設有三道密封刷，用於保證在施工過程中不會有水土進入隧道，在盾構機掘進的同時，將向密封刷補充油脂，確保盾構機密封性能，在密封刷前端設有保護塊用於保護密封刷不受損害，如果盾尾間隙過小，在管片脱出盾尾時，將產生較大變形，影響成型隧道的質量；同時，過小的盾尾間隙也將直接損壞盾構機的密封刷。

8.2 管片拼裝施工要求

為保證管片拼裝質量及施工進度，施工時必嚴格按照如下要求進行管片拼裝的施工：

1) 為加快拼裝施工速度，必須保證管片在掘進施工完成前10分鐘進入拼裝區，以便為下一步施工做好準備；另外，為保證管片在掘進過程中不被泥土污染，也不宜提前將管片備好。

2) 在拼裝過程中要清除盾尾拼裝部位的垃圾，同時必須注意管片定位的正確，尤其是第一塊管片的定位會影響整環管片拼裝質量及與盾構的相對位置，儘量做到對稱。

3) 管片拼裝要嚴格控制好環面的平整度及拼裝環的橢圓度。

4) 每塊管片拼裝完後，要及時靠攏千斤頂，以防盾構後退及管片移位，在每環襯砌拼裝結束後及時擰緊連接襯砌的縱、環向螺栓，在該襯砌脱出盾尾後，應再次擰緊縱、環向螺栓。

5) 封頂塊防水密封墊應在拼裝前塗潤滑劑，以減少插入時密封墊間的摩阻力，必要時設置尼龍繩或帆布襯裏，以限制插入時橡膠條的延伸。

6) 在管片拼裝的過程中如果需要調整管片之間的的位置，不能在管片軸向受力時進行調整，以防止損壞防水橡膠條。

8.3管片拼裝質量要求

1）選取管片時要多方面考慮，選取管片時也要本着“勤糾偏、小糾偏”的原則進行，以減小片拼裝時的錯台。

2）確保質量合格、管片類型符合工程師指令的管片才準進洞。

3）嚴格按指定的拼裝工藝進行拼裝。

4）拼裝過程中經尺量管片錯台符合拼裝要求後，再將管片就位。

5）管片安裝前應對管片安裝區進行清理，清除如污泥、污水，保證安裝區及管片相接面的清潔，重點清理管片的環、縱接縫面。

6）嚴禁非管片安裝位置的推進油缸與管片安裝位置的推進油缸同時收縮。

7）管片安裝質量應以滿足設計要求的隧道軸線偏差和有關規範要求的橢圓度及環、縱縫錯台標準進行控制。拼裝時要綜合考慮隧道線路要求和盾尾間隙，合理選擇管片拼裝點位。

第九節 同步注漿、補註漿的漿液類型、配比和注漿工藝及參數

同步注漿（同一環）

1、漿液類型惰性漿液

2、漿液配比砂800kg、粉煤灰240kg、膨潤土64kg、水300kg

3、注漿壓力/MPa0.35～0.4

4、注漿量/m32.8～3.8

5、注漿結束標準達到要求注漿壓力

補註漿（同一環）

1、漿液類型雙液漿

2、漿液配比水泥：水玻璃＝１：１

3、注漿壓力/MPa0.3

4、注漿量/m31.0～2.0

5、注漿結束標準以設定壓力注漿，直到注不進為止

6、注漿次數2

第十節 刀具、刀盤的磨損、損耗特徵、規律

10.1 刀具更換的標準

刀具磨損的標準是：周邊刀磨損量為5～10mm，齒刀磨損量為15～20mm。根據這一標準。在刀具更換的同時，工作人員必須檢查一下螺栓是否完好。

10.2 刀具的損耗特徵、規律

刀具在一般土層下掘進500~700m即達到磨損標準，在砂層或卵石層中掘進100m左右即達到磨損標準。需對土樣進行觀查，若發現添加劑加入正常，而出入較熱，可初步判定刀具有磨損；施工參數異常，推進速度與出土速度不成比例或推進時扭矩較大，也可初步判定刀具有磨損，可開倉對刀盤的刀具進行檢查。

第十一節 長距離推進的換刀

換刀可分為兩種方式：一種是常壓開倉換刀，適用於盾構到達豎井等刀盤前無土壓情況下；一種是加壓開倉換刀，適用於盾構在正常掘進過程中，在前方有一定土壓力的情況下。

刀具更換的程序和方法

進艙前，每次進艙準備10～15把齒刀，還要求準備M36、M34及M32的螺栓若干和SW36的套筒及加力杆。

每次更換時，工作人員先將刀具周圍的泥土清掉，保證有一定的工作空間。由刀盤外側向內逐個檢查刀具的磨損情況，確定需要更換時，用對應標號的刀具進行替換。用套筒及加力杆卸下固定螺栓，將拆下的螺栓及附件放入隨身攜帶的工具袋內，以防丟失。將換下的刀具遞到人閘內，同時將固定螺栓和固定座用水清洗乾淨，並檢查一下是否有裂紋，如有裂紋必須更換新螺栓，以確保新裝刀具有足夠的固定強度。將新的刀具按原來的位置安裝好，並將固定螺栓擰緊。每次帶一批刀具和螺栓進艙，每批刀具換完後，把廢刀具和沒有安裝的新刀放進料閘內。與此同時操作手轉動刀盤。工作人員通過料閘把下一批刀具送入土艙內，再繼續更換下一組刀具。每換完一批後，由值班機械工程師檢查一遍安裝質量，並檢查是否有漏掉的或者沒有固定好的。機械工程師確認無誤後方可繼續作業。更換速度按實際情況定，必須以保證安裝質量為前提。

第十二節 盾構施工進度指標

根據業主提供的工期合理安排施工進度，平均每個月掘進400m。

第十三節 盾構始發至接收的一次最大施工長度及統計分析

盾構由三元橋站始發，施工掘進1100m後發現施工參數異常，於是決定開倉檢查刀具，發現刀具耐磨有較大磨損，需對刀具進行部分更換。當時盾構機地面上方為公園，且地層中含水量不大，採用常壓開倉檢查並更換刀具。此次更換刀具共計40把，其中周邊刀8把，齒刀32把。

第十四節 盾構隧道防水

14.1管片的防水

盾構隧道滲漏水的位置主要在管片的接縫、管片自身小裂縫、注漿孔和螺栓孔等。其中以管片接縫處為防水重點。通常接縫防水的對策是使用密封材料，靠彈性壓密，以接觸面壓應力來止水。

管片防水措施主要有：

（1）管片結構的自防水結構是首選的防水措施，主要方法為管片材料採用防水混凝土。地鐵結構物一般用普通防水混凝土，而盾構隧道襯砌由預製管片拼裝而成，多用外加劑防水混凝土，抗滲可達S12以上。滲水量，包括接縫滲水小於0.1L/m2/d。

（2）管片接縫防水管片接縫防水主要採用彈性密封墊防水。

第十五節 監控量測

北京地鐵機場線工程盾構區間地處東直門-三元橋之間，貫穿三元橋、機場高速路、東直門斜街等城區，沿線工程地質水文條件複雜多變，地表多為危舊民宅和公交車站，道路交通繁忙，地下管線密集且縱橫交錯，沿途還有三元橋、公園、亮馬河等重點建築。在盾構施工過程中必須通過嚴格控制施工技術參數，確保隧道沿線兩側的重要建築物以及民用建築的安全，使盾構順利通過危險源。加強監測周邊環境情況，並分析其盾構機影響範圍和影響程度，對盾構安全掘進是非常重要的。

一、施工監控量測的主要目的是：

盾構的工法有別於傳統的施工方法，根據盾構機的工作環境及其工藝特點，必須瞭解盾構機通過時對其周邊的影響情況。

（1）通過監控量測採集各個施工階段的數據，通過對監測數據的分析及迴歸，隧道環片的動態變化，及時將分析成果化為施工指令，反映到盾構掘進施工中以保障施工過程時時處在安全狀態。

（2）通過對監測數據處理分析結合相關的施工實際情況，得出地面以及隧道成型環片變化的原因，及時採取相應的措施確保地面交通順暢，地面建（構）築物的正常使用，以及保證隧道的限界和質量。

（3）通過實際的測量結果來檢驗理論於實際之間的差異，並把監測結果分析後及時反饋給設計以便修改設計、指導施工。

（4）通過監控量測及時反映出盾構隧道上方沉降槽區域的沉降情況，及時反映到施工中防止地面出現較大沉陷。

（5）通過監控量測瞭解該工程條件下的施工情況，反映出的一些地下施工規律和特點，為今後類似工程或相關工藝的發展提供借鑑、依據和指導作用。

為確保施工期間結構及建築物的穩定和安全，根據設計要求結合隧道通過的地質條件，支護類型，施工方法等特點，本工程的監測項目為：

二、地面沉降監測

對地面監控量測，採用精密水準測量，嚴格按照國家二等水準測量的技術要求，一般我們在監測中採用二等閉合水準路線。在盾構施工中地面的主要監測，盾構掘進過程中引起的地表沉降和地面變形情況。我們在施工開始前兩月，在地表沿隧道線路埋設監測點，監測點的埋設見下圖。在隧道沿線，佈設監測基準點，監測基準點一定要按照監測規範要求執行，在地表沉降區域50米外埋設基準點，這些基準點要與國家水準基點形成水準網，便於對水準基準點進行復核。用精密水準儀進行地面沉降的量測。根據監測結果進行分析，判斷盾構掘進對地表沉降的影響。

監測點佈置原則：監測點佈置在地面隧道上方，監測斷面垂直於線路方向,在中線的兩側18m範圍內佈置測點，由於隧道沿線有的地面有密集的房屋，地表監測斷面無法滿足設計要求的在隧道的上方沿隧道方向每30m佈設一斷面，只能在隧道上方地面的每一衚衕處佈置監測斷面衚衕間距一般70 m-40 m左右，佈置的監測斷面間距最長60m，最短22m，為了保證盾構施工時地面安全，採取加強地面監測，地表沉降情況聯繫地表建築物監測的數據來分析，達到及時掌握地表變化的目的。

圖3.9 橫斷面監測布點圖

埋設方法：用全戰儀以線路沿線地面導線為依據精確定位地面監測點位，用衝擊鑽活水鑽在所需埋設的點位上鑽孔φ５0～100 mm。在孔中放入φ22mm長約500mm的鋼筋，鋼筋頂端為圓面微露地面5mm～10mm，鋼筋周圍用速凝砂漿或膠狀物等填充物填實。

監測頻率：小於盾構機刀尖前20 m後30 m 2次/1天，大於盾構機刀尖後50 m 1次/2天，大於50 m 1次/1周

量測精度：±0.2 mm。

使用儀器： 精密水準儀、銦鋼尺、全站儀。

地面沉降超過警戒值時相應措施：當地表沉降速度過大時，要增加監測頻率，必要時停工檢查原因，及時加強壁後注漿和二次補漿和加固地層的措施保證施工安全。

三、地面建、構築物變形監測

監測方法：主要監測建築物的不均勻沉降、水平位移。用精密水準儀和全站儀進行監測。在施工過程中注意觀測房屋的裂縫情況，根據監控量測採集的數據，進行分析最終的出的結果來判斷建築物的變形和沉降情況，以便修正施工參數，起到指導施工的作用。

測點佈置原則：對距隧道中線20米-30米以內的房屋進行監測，在建築物的承重柱和牆及拐角位置佈置測點，每一棟建築物不少於4點，整個標段共布房屋監測點600個。

監測頻率：小於盾構機刀尖前20米後30米 2次/1天，大於盾構機刀尖後50米 1次/2天，大於50米1次/1周。

量測精度：±0.2mm。

使用儀器：精密水準儀、銦鋼尺，全站儀。

建築物沉降超過警戒值時相應措施：當建築物的變形超過+10mm，-30mm時，加快監測頻率，及時採取改變土倉內土壓和增加註漿量及加固地層等措施，必要時，對既有建築物的基礎採取加固措施，視實際情況制定相關補充方案和措施。

圖3.10 建築物監測測點佈置示意圖

四、盾構隧道收斂和拱頂下沉

監測方法：主要監測盾構隧道的成型環片的收斂和拱頂下沉情況，監測方法是用收斂儀和精密水準儀直接量測。

測點佈置原則：隧道收斂和拱頂下沉測點在同一斷面，沿隧道方向1斷面/10m，隧道收斂和拱頂下沉測點佈置如圖所示。

圖3.11 洞內收斂及拱頂下沉測點佈置圖

監測頻率：當台車尾部與該環片間距小於10米時，1次/天；當台車尾部與該環片間距小於30米時，1次/2天；當台車尾部與該環片間距大於30米時，1次/周。

量測精度：±0.5mm。

使用儀器：收斂儀、精密水準儀、銦鋼尺。

相應對策：當洞內收斂和拱頂下沉過大，需要加大監測頻率，必要時停工檢查原因，採取加設支撐、處理地層的方式保證施工安全。

五、監測數據總體概述與分析

1、地面沉降

本標段地面沉降沒有超限本標段監測沒有超限的監測點，整個標段經過統計地表監測點位平均沉降量在30mm左右，下面是對地表監測斷面在盾構機掘進期間及掘進結束後的監測數據及其圖表分析情況。下圖是隨時間變化第一沉降槽的變化趨勢：

圖3.12第一沉降槽曲線圖

由上圖看到在整體沉降中，在盾構機盾尾處沉降量最大，所以在這個時間段一定要加強監測。

點名5-15-25-35-45-55-65-75-85-95-105-11

沉降量-0.30-0.90-1.30-1.73-2.10-2.30-2.40-1.93-1.3-0.30-0.30

對上表中數據進行分析，畫出曲線圖

垂直於隧道軸線監測點的沉降曲線

從垂直於隧道軸線監測點的沉降曲線圖可以清楚的看到地表沉降明顯是一個沉降槽，隧道正上方沉降量最大，隧道中線兩側慢慢變小。

圖3.13 地面房屋監測點監測成果表隧道周邊建（構）築物沉降數據分析

隧道周邊建（構）築物沉降曲線圖

從上圖中可看到隧道周邊建（構）築物的沉降可以得到控制。根據隧道施工圖3.14 地面房屋監測點監測成果表隧道周邊建（構）築物沉降數據分析

情況，調整掘進參數，在盾構機通過隧道上方或周邊有建築物時，可以有效地控制周邊建（構）築物沉降量在規範之內。

為了更好地研究盾構機掘進時對周邊環境影響範圍，對各個不同地層進行分析監測數據，研究盾構機通過時對周圍環境的影響範圍，盾構機在掘進過程中在縱向和橫向兩個方向都有影響，為了清楚它的影響範圍以及影響程度，必須對監測數據進行分析。對數據的分析分兩種情況：1、分析各測點沉降與盾構機相對位置的變化規律，進而確定盾構施工時的縱向影響範圍；2、採用迴歸分析法分析沉降槽和盾構機相對位置的變化規律，進而確定最大的影響範圍和最大沉降值。

粘土層：

圖3.15 斷面點變化量~時間關係曲線圖

通過以上的各種關係圖可以看出盾構機在掘進過程中地表變化的趨勢為：在粘土層段盾構機在沒有到達前１５m時粘土層段開始微有上升的趨勢，上升的量不大，不超過2mm，在盾構機到達時開始下降直至盾構機過後２０m開始趨於穩定，最大沉降量不超過7mm。

卵石層：

砂礫卵石層，此段盾構機是叩頭掘進，平均覆土厚度為16m，在該地層選取K0+762里程的斷面的監測數據進行分析：

圖3.16 斷面G點時間變化曲線圖

斷面的地表沉降關係圖可以看出盾構機在掘進過程中地表變化的趨勢為：在砂層段盾構機在沒有到達前時沒有上升趨勢，在前20m時有下降的趨勢，直至盾構機過後２０米開始趨於穩定。最大沉降量在16mm 。

盾構掘進時土壓力對盾構機前面土體的影響有着密切的關係，結合各監測斷面的時間曲線圖與上圖中盾構掘進時土壓力進行分析，盾構機掘進時土壓建立的大小與盾構機到達時之前地表的沉降量有一定的規律，從土壓曲線圖可以看出，盾構機掘進時在粘土層裏的平均土壓為2.3bar，在砂層和卵石層中的平均土壓為1.2bar左右，盾構機在粘土層裏掘進的土壓比在卵石層和砂層裏掘進的土壓高出1bar左右，而在盾構機到達之前前面土體有隆起的趨勢但量很小，粘土層段地表隆起的量比卵石層要大，粘土層隆起達2mm，卵石層只有1mm左右，砂層幾乎沒有隆起的這一過程。產生這一現象的主要原因是因為在粘土層密實性好掘進時比卵石層和砂層中土倉裏的水因土壓作用不易散失，能使土壓建立較高，從而對盾構機前面的土體產生推力以至使地表隆起。粘土層的土壓高對前面土體的推力大所以隆起量比卵石層要大。綜上所述，盾構機掘進時平均土壓建立在1bar-2.3bar之間是符合北京地層的。

以上分析都是採用現場採集的數據，它的橫向影響範圍只反應了監測時佈設的寬度，不能反應出在某一時間段實際應該影響的範圍，變化程度也是實際所發生的，只有對這些數據進行迴歸分析才能掌握相關規律。

從曲線圖可以清楚地看到，每一段面的沉降量都不同，與各段的地質等情況有關。最大沉降量的曲線是在隧道正上方處有防空洞，而最小的是在盾構機掘進前對這段地層進行了加固。從曲線圖就能看出盾構施工的整個過程當中，監控量測對盾構機的掘進參數指導作用。通過對監測數據的分析，從以上分析的各種圖表可以得出：（1）盾構施工能有效控制地表沉降，對地表影響較小；（2）盾構施工時隧道中心地表沉降最大往隧道兩側慢慢變小；（3）盾構機在掘進過程中離刀盤前10m左右的地表稍有隆起，在+5mm左右，盾構機盾尾通過後此處地表沉降變化最大，它的變化量佔該點總沉降量的三分之二。

施工監控量測對施工具有重要的是指導意義，監測與施工緊密的結合在一起，監控量測的設計要求與現場施工監測存在較大的差異，所以我們要根據現場施工條件與設計要求相互結合，制定出最佳的監控量測方案，使得監控量測做到“安全監控、設計反饋和指導施工”。

第十六節 運輸組織

16.1 工作流程

圖3.17—— 運輸系統流程圖

運輸系統由地面運輸系統和地下（隧道內）運輸系統組成。地面運輸系統主要包括龍門吊、管片運輸車、渣土車和裝載機。地下運輸系統主要指軌道運輸列車。運輸系統的主要作用是將掘進需要的材料（管片、漿液、型鋼、鋼軌、油脂、泡沫劑等）運到隧道內的掘進現場，並將掘進排出的渣土等運到地面，其運輸流程參見【圖3.17—— 運輸系統流程圖】。

16.2 運輸能力需求

運輸系統是影響盾構掘進速度的重要環節，盾構施工運輸系統由地面運輸系統和地下（隧道）運輸系統組成。地面運輸系統主要包括龍門吊、管片運輸車、渣土車和挖掘機；地下運輸系統主要指軌道運輸列車。運輸系統的主要作用是將掘進需要的材料（管片、漿液、型鋼、鋼軌、油脂、泡沫劑等）運到隧道掘進工作面，並將掘進排出的渣土等運到地面。

本工程使用的管片外徑為6000mm，環寬為1200mm。盾構機刀盤的直徑為6200mm，每環的出土量

V=kπl (D/2)2

K—可鬆性係數,取1.3～1.4；

D—盾構機直徑；

l—管片環寬

代入計算式計算出每環出土量約為47m3 ，在運輸組織設計中，按1.4考慮，出土按50 m3考慮。

隧道內配置3列運輸列車（參見【圖3.18——左線隧道掘進時列車編組示意圖】），第一、二列車由5輛土斗車和1輛牽引機車組成，總長約25m。第三列車由2輛管片車、1輛漿液車和1輛牽引機車組成，總長約16m。

隧道棄渣通過皮帶輸送機裝入渣鬥後，由電瓶車牽引至工作井口，再由地面15T龍門吊提升至地面，卸渣於渣土存放區內，由挖掘機將渣土直接從渣土存放區裝至全封閉運土車上，倒運至棄土場廢棄。

圖3.18——左線隧道掘進時列車編組示意圖

16.3 配置運輸系統能力的檢算

在運輸系統的配置上，必須保證盾構掘進速度。掘進速度按最大12m/天，每天工作24小時計算，即每環的循環時間為144min。

最大運輸能力按本區間隧道運輸距離最遠計算，即以盾構隧道最長距離（此處暫取2560m）計算，隧道為雙線軌道，盾構機內為單線軌道，出土車按兩列車共10節土斗車運完一環的出土量。

每個循環時間檢算如下：

（1）電瓶車的行車速度為10～15km/h，按平均速度12km/h計算，即200m/min。當最大運距為2.2km時需時約11min；

吊一斗渣土需要時間約為5min，一列渣土車共5個鬥，需要30min，同樣另一列車返回時間約為11min；考慮列車編組調車時間9min，故列車一個往返的運行時間約為20min。

（2）管片拼裝和注漿

當掘進完成後即開始進行管片拼裝，管片拼裝時間控制為40min。注漿作業不佔用盾構推進作業循環時間。

（3）掘進（裝渣）作業

盾構機設計最大掘進速度為8cm/min，掘進時間按平均4cm/min，則每環掘進時間為30min，考慮到出土中間要換車出土，所以掘進時間定為40min。

（4）管片吊運和漿液運輸

當盾構機掘進出土時，可以進行管片的吊運工作，從豎井口吊運一環管片到平板車上用時約為20min。

漿液採用溜管放入漿液鬥內，在管片吊放時間內可完成。

第一、二列機車從盾構井處到盾構掘進面裝土後返回到盾構井處所需時間約為：15min+20min=35min；第三列機車在盾構井吊土+吊管片時間約為：30min+20min=50min能夠滿足每一環144min的機車運行需要。

從以上看出，兩列機車能夠滿足雙線最長運輸需要。

綜上，該運輸系統能力為：

（1）以掘進一環用三列車設計，隧道內一條線走漿液車和管片車，一條線走兩列土車。

（2）推進一環時間為40分鐘，管片安裝為40分鐘，電瓶車速度為12km/h，往返行進時間為20分鐘，第一、二列列車上裝有5個土鬥，第三列列車上裝有漿液鬥、管片車，吊土、吊管片的時間為50min。

（3）電瓶車從作業面到井口所用時間均按最大運距2500m考慮。

（4）每環的工作最大循環時間是150分鐘。

16.4 井口及地面運輸系統配置

(1) 移動式龍門吊

現場吊運用一台15t的龍門吊，一台10t的龍門吊，分別負責渣土的吊運、管片的吊運、型鋼、鋼軌、臨時材料、其它材料的吊運等，其主跨度為16m，可同時吊起三塊管片，吊鈎提升速度為13m/min，龍門吊行車速度為30m/min。

(2) 管片運輸車

組織5輛管片運輸車，負責將管片從管片廠運到施工現場，每輛車可運輸2環管片。每天的管片運入量將根據實際進度確定，一般範圍為10～20環/天。

(3) 土方運輸車

組織10輛8～12m3的專用密封土方車，負責將土方從現場的渣土場運到棄土場，在政策允許範圍內，渣土及時外運。當出現特殊情況造成土方積壓時，將採取臨時增加運輸力量或設置臨時渣土堆放場地的辦法緊急搶運，做到不影響隧道掘進。

(4) 渣土挖掘機

在現場配置1台裝載機，負責渣土的歸堆整理及裝車外運。

16.5 地下運輸系統配置

（1）牽引機車

採用蘭州產25T直-交流蓄電池機車，承擔列車牽引動力，機車性能完全能滿足本工程最大33.5‰坡度的需要，時速達12km/h

（2）渣土運輸車

洞內渣土運輸車採用5m3平板運輸車。車斗與車架可以分離。

（3）管片運輸車

採用兩台平板運輸車，每節車可裝載管片3片。

（4）漿液運輸車

採用平板運輸車上置容量3m３帶有卧式攪動葉片的漿液車。

16.6 運輸軌道設計

16.6.1 鋼軌及軌枕

根據配套設備情況選用24kg/m鋼軌，鋼軌間距762mm，軌枕間距1200mm。軌枕採用“H200”型鋼。

16.6.2 扣件設置

本工程軌道連接選用鐵路常用扣件，用普通M24螺栓加防轉墊圈代替螺栓旋道釘。扣件由M24螺栓、螺母、平墊圈、彈簧墊圈、扣板、鐵座、絕緣緩衝墊板、襯墊等零件組成。

16.6.3 道岔設置

本工程共鋪設道岔5副，其中“Y”型道岔2副（放置到盾構機後配套後）， “N”型道岔3副（始發隧道口1個，其它2個根據施工掘進里程再增設），以滿足盾構掘進三列車的交叉施工。

16.6.4 軌道連接

（1）軌枕與管片連接

為了避免軌枕破壞管片，需在軌枕兩端焊接端板才可放置在管片上，軌枕與管片採用面接觸。

（2）鋼軌與軌枕連接

鋼軌與軌枕採用扣板式扣件連接。

（3）後配套車架由於重量較輕、行進速度較慢，其鋼軌與軌枕採用一般連接。

16.7 地下運輸線路佈置

根據盾構機的掘進能力和電瓶車的運輸能力，在隧道內主要鋪設雙線。在始發處洞口設置“N”型道岔，在盾尾後配套處設置“Y”型道岔，在盾構機內部採用單線鋪設。

第十七節 通風

17.1 通風方式

隧道的通風主要採用壓入通風為主，排風為輔。在盾構始發井設置大功率的通風機，將地面的新鮮空氣送入隧道，利用軟風管連接到盾構機的盾尾位置，保證盾構機上有足夠的新鮮空氣，在盾構機的台車尾部設置較小功率的排風機，將盾構機上的熱空氣排走。完成熱空氣交換和補充新鮮空氣的功能。使掘進工人在較好的條件下工作。

盾構法隧道施工，盾構機上的各種動力元件及變壓器、配電櫃等為主要的熱源。此外,潮濕、塵土也是洞內環境較差的主要影響因素。採用機械通風才能有效的降温、降濕、降塵和增氧，改善人、機的工作環境。

17.2 風量的估算

隧道內通風量計算依據，一是根據洞內最多工作人數確定供氧風量；二是根據洞內橫斷面上的最低風速要求計算風量。盾構法施工人員的供氧量完全可以滿足；只有最低風速的要求，隧道斷面上風速取0.3m/s ，工作面的風量按下式計算:

QW = 60·S·V

式中: QW – 工作面所需要的風量, m3/min

S –隧道斷面面積, m2

V - 最低風速 0.12 m/s , 取V = 0.3m/s

則: QW = 60×3.14×2.7×0.3

= 412 m3/min

隧道通風需經過較長距離管道輸送，風管接頭處會產生漏風，漏風係數

K = Qf / QW

式中: K - 漏風係數 , 取K=1.5

Qf – 風機風量 , m3/min

則: 風機供風量應為:

Qf= 1.5×412 = 618 m3/min= 37080 m3/ h

17.3 通風系統的佈置

擬採用直徑為800mm單節長度為20m的PVC塑料軟風管，並在風管外加Φ6的鋼筋環箍，兩節風管之間採用拉鍊加尼龍搭扣進行連接，以降低漏風量和接頭連接的可靠性。由於隧道較長，漏風量將隨着隧道的延長而增加，根據計算及以往施工的經驗，選用2SZ-100A型風機。該風機的參數為：

風量為60000 m3/ h；

風壓：4800Kpa；

噪聲：88分貝。

風機佈置在井內，垂直安裝，用基座固定於井壁上，風機增設降噪設備。取風口及進洞口段採用剛性的玻璃鋼風管，取風口要有防雨措施，當玻璃鋼風管進入隧道後即採用帆布風管。風管在隧道內的固定，在管片縱向連接螺栓上加裝一個3mm厚的鋼片，鋼片與風管的吊掛竿連接（直接掛接或焊接），每一環即1.2m間距，設置一個吊掛點。帆布風管的端頭與伸縮風管連接，完成對盾構機及工作面的供風。隧道每延伸100m安裝一次帆布風管（5節）。

17.4 通訊與監控

通訊主要依靠內部電話網絡，場地辦公室設置內部通話系統，各主要生產部門、各重要位置（如豎井口、出土口、漿液站、調度室、盾構機及其控制室、隧道口等）均設置電話，保證場地內的各主要位置通訊暢通無阻。場地與外界的聯繫利用電信局的有線電話網、移動通訊網和國際互聯網，做到溝通無限。詳見【圖3.19——通訊與監控系統示意圖】。

場地監控主要利用監控室和各位置設置的監控設備來實現。在場地內擬設置攝像頭8支，分別安裝在盾構機螺旋機的出土口、皮帶機的出土口，隧道口、出土井口等位置，監視器10台，除每台盾構機控制室安裝兩台監視器外，其它監視器均安裝在地面的監控室內，由土建工程師統一監控和調度。

圖3.19——通訊與監控系統示意圖

盾構機監控，在盾構機的控制室內，控制掘進的計算機和控制導向的計算機通過專用調制解調器向地面控制室內的監控計算機發送信號，有關數據通過專用數據線傳入地面專用調制解調器並進入地面的監控計算機實現儲存和顯示，將信號傳輸到打印機可實現數據的紙化提取。

第四章 困難地質條件下盾構隧道施工技術總結

第一節 單一中粗砂或以中粗砂為主的地層施工

1.1 盾構穿越中粗砂及卵石層的施工

根據地質勘察報告，本區間盾構隧道距接收井50m處範圍內為上部粉細砂、下部夾卵石圓礫。盾構掘進到此區段時，地表沉降量預計會有所增加，而且盾構掘進過程中會出現刀盤切削扭矩加大，排土困難等現象，是施工過程中的難點之一。

1.2 根據地質勘察報告中土層的物理力學性能參數和隧道埋深、地下水位情況，計算確定此段隧道拱頂土壓力理論值為0.1MPa，在盾構掘進過程中以該值和盾構機土倉內土壓力傳感器讀數為依據控制盾構掘進時的土倉壓力在0.12MPa～0.15MPa之間，同時嚴格控制每環出土量在50m3以內，避免超挖。

1.3 調整壁後注漿配比，使漿液的凝結時間和強度適應砂層施工的要求；根據拱頂水土壓力調整注漿工藝參數，將掘進過程中盾構機上部注漿壓力控制在0.25MPa～0.3MPa之間，下部注漿壓力控制在0.3MPa～0.35 MPa之間，同時嚴格控制每環控制注漿量在3.5m3～5.0m3之間，確保管片與地層之間的空隙被完全充填。結合地表沉降監測，必要時採取二次補漿措施。

1.4 提高泡沫的膨脹率，產生較大的泡沫，阻擋過多的地層中的水進入土倉。加大泡沫注入率，改善刀盤切削條件，減小刀盤切削扭矩和刀具磨損，必要時輔以膨潤土漿液，增加土倉中土的粘粒含量，提高土的可排性，降低土的透水性。

1.5 加強地面沉降觀測和信息反饋，及時調整優化盾構掘進工藝參數，把沉降控制在允許範圍之內。

1.6 停機時保證建立土倉壓力，同時採取注入膨潤土漿液等必要措施，維持土倉內土壓力。

第五章 盾構隧道近接穿越施工技術總結

第一節 近接穿越既有建（構）築物

1.1穿越既有建（構）築物工況

北京市軌道交通首都機場線03標段工程包括東直門～三元橋區間左線盾構隧道起於三元橋車站西側站端，向西穿越三元橋後，進入東外斜街，下穿亮馬河橋，到達察慈小區住宅樓西南側的盾構接收井。左線隧道採用盾構法施工；區間聯絡通道及風道採用暗挖法施工，風井採用明挖法施工。盾構計劃從三元橋車站西端始發，從察慈小區住宅樓西南側的盾構接收井出洞。

設計線路距接收井665.136m區段範圍內為民房區，此區段上方有大量民房（從K0+460—K1+151進入民房區段），房屋普遍建成時間為60~70年代，沿線也存在一些臨時建房，在盾構接收井附近過二級風險源察慈小區住宅樓。在右線盾構先行通過後再進行穿越施工難度較大。

1.2 近接穿越工作程序

前期地質雷達探測——盾構正常掘進——管片拼裝——同步注漿——二次注漿及深孔注漿——地表沉降監測

1.3既有建（構）築物加固及地層預加固措施及效果

對既有建（構）築物加固及地層預加固採用二次注漿及深孔注漿的方式。盾構同步注漿後，由於漿液的脱水，漿液體積收縮會加劇地表的後期沉降量，又由於盾構推力，襯砌和土層間會相互分離，二次注漿能有效地進一步充實背襯和提高止水能力。在盾構常規段以盾尾同步注漿即可滿足沉降控制的要求，為保證沉降控制效果，在穿越民房段採用對已完成結構外側二次補註漿進行加強補漿，控制地面的後期沉降。

二次補註漿安排在當前拼裝管片後數第8環管片處開始，對每環管片的16號位起吊孔內裝入單向逆止閥並鑿穿管片外側保護層進行注漿，注漿壓力控制在0.3~0.4MPa，注漿漿液為1：1水泥-水玻璃雙液漿。參照本工程在穿越三元橋的施工經驗每環注漿量在3m3~7m3，地面沉降在6mm左右。

如果二次補註漿不能夠較好的控制地表沉降，則採用深孔注漿的方法。方法為：在16號位管片位置打設5m長花管，注水泥水玻璃雙液漿，注漿壓力控制在0.4MPa。

1.4 同步注漿、補註漿的漿液類型、配比和注漿工藝及參數

同步注漿漿液類型為水泥-水玻璃雙液漿，漿液配比為水泥：水玻璃雙液漿=1：1，在盾尾對管片進行同步注漿，注漿壓力為0.35~0.40MPa。

補註漿包括二次注漿和深管注漿。二次補註漿安排在當前拼裝管片後數第8環管片處開始，對每環管片的16號位起吊孔內裝入單向逆止閥並鑿穿管片外側保護層進行注漿，注漿壓力控制在0.3~0.4MPa，注漿漿液為1：1水泥-水玻璃雙液漿。

如果二次補註漿不能夠較好的控制地表沉降，則採用深孔注漿的方法。方法為：在16號位管片位置打設5m長花管，注水泥水玻璃雙液漿，注漿壓力控制在0.4MPa。

第二節 近接穿越橋樁

2.1近接關係描述

本工程在樁號K2+650~ K2+700線路下穿三元橋。三元橋是機場高速、京順路連接三環路的節點立交，各個方向的車流在這裏交匯，交通繁忙。

盾構隧道和三元橋基礎的關係詳見下圖。

圖5.1 盾構隧道和三元橋基礎位置關係剖面圖

2.2 橋樁施工影響控制標準

左、右線施工前後，對橋樁不均勻累計沉降要不大於5mm

2.3 盾構實際推進參數及推薦的合理推進參數

施工過程中要全速前進，沒有特殊情況不得停機，每環的同步注漿壓力及方量必須滿足要求，壓力不滿足要求不能進行下一步施工。

建立較高的土倉壓力，同時控制進土與出土的方量關係。

2.4 同步注漿、補註漿的漿液類型、配比和注漿工藝及參數

1）、盾尾同步注漿

在施工過程中對注漿應加強管理，注漿操作是盾構施工中的一個關鍵工序。為防止土體擠入盾尾空隙，必需嚴格按照“確保注漿壓力，兼顧注漿量”的雙重保障原則，對注漿量一定要確保在理論計算值的130～200%，並且在實際平均注漿量的合理範圍內波動。注漿操作必需有專人完成，在每環掘進完成後必需對注漿量進行記錄，當發現注漿量變化較大時，應認真分析其原因，通過加大注漿壓力等方法補註，當補註不能進行時必需及時進行二次（三次）補漿。此區域盾構施工採用四點注漿，來控制成型隧道的質量。注漿壓力調為3.5bar-4bar，注漿時一定要確保注漿壓力，直到地層注滿為止。在每環管片拼裝結束後，必須進行補漿，在盾尾壓力達到設定壓力後並維持相對穩定後，方可進行下一環的施工。且為縮短漿液凝結時間將漿液改為水泥砂漿，配比為將原配比中的粉煤灰更換為水泥。根據掌握的反饋信息及時調整漿液的配比，使漿液的配比更科學、更合理。為保證漿液的質量，要對製備漿液的原材料進行嚴格控制，要定期測定漿液的坍落度、粘性、離析率、凝結時間、抗壓強度等。

2）、嚴格控制二次注漿，做好洞內加固

在盾構常規段以盾尾同步注漿即可滿足沉降控制的要求，為保證沉降控制效果，在穿越三元橋段採用對已完成結構外側二次補註漿進行加強補漿，控制地面的後期沉降。

二次補註漿安排在當前拼裝管片後數第8環管片處開始，對每環管片的16號位預留注漿孔安裝注漿塞進行注漿，注漿壓力控制在0.3~0.4MPa，注漿漿液為水泥-水玻璃雙液漿。

3）、三次補註漿加固

盾構施工進入橋區後，管片拼裝採用“16位—2位—16位—2位”的拼裝方式。若二次補漿不能滿足要求，採取三次注漿處理，注漿位置為靠近橋樁的管片2號位，注漿漿液為水泥-水玻璃雙液漿。通過管片預留注漿孔用洛陽鏟將管片壁後的土體掏挖10m長的孔洞，打入10m長的花管後用水泥漿封堵預留孔周圍間隙，再進行補註漿，補註漿的壓力控制在0.5~0.6MPa。

第七章 盾構隧道聯絡通道施工

第一節 聯絡通道的佈置形式

1.1聯絡通道結構形式

聯絡通道採用複合式襯砌，拱頂直牆式結構，聯絡通道初襯厚度為250mm，二襯厚度為300mm（仰拱厚350mm）。在初襯和二襯之間設置柔性外包防水層。

初期支護採用C20早強噴射混凝土，二襯襯砌採用C30鋼筋混凝土，抗滲等級S10，細石混凝土保護層採用C15素混凝土。

第二節 聯絡通道處盾構隧道的管片類型

聯絡通道處盾構隧道的管片類型為兩環混凝土管片，拼裝方式採用通縫拼裝，拼裝位置為適合通道開洞口位置。

第三節 開口施工方法及工藝

破除（切割）聯絡通道口的混凝土管片前，在通道口處的隧道內架設臨時剛性支撐，防止通道位置附近的管片由於管片拆除發生過大變形。加固範圍為盾構區間聯絡通道開口處及相臨左右各10環管片，在加固範圍內每環管片均設20#H型鋼加固環，每塊混凝土管片通過安裝在提升孔處的鋼旋塞與加固鋼環焊接連接，加固鋼環間用20#H型鋼拉結，環內設20#H型鋼輻條，加固鋼環與混凝土管片間用鋼板背緊，每塊管片背緊點不少於2處。加固環與拉桿及輻條的連接採用螺栓連接。洞門加固前須先將加固範圍內的管片連接螺栓全部復緊。待支撐安裝完畢後，利用切割機破除通道洞門處管片。管片正式切割前按照設計提供的方位、尺寸要求，在被切割牆體上準確放線定位。具體施作採用碟式切割方法進行切割，為不損傷無需切割牆體，在每道切割段始端和終端先鑽孔，再切割，並確保廢棄管片的吊運安全施工。

第四節 接合部防水施工方法及工藝

4.1盾構隧道與聯絡通道結構接合部防水

盾構隧道與聯絡通道結構銜接處後澆防水混凝土環樑採用補償收縮合成纖維防水混凝土或鋼纖維防水混凝土澆注，其混凝土強度等級應比聯絡通道混凝土高一級。它與現澆鋼筋混凝土內襯牆、盾構管片的接縫處各設置兩道預水膨脹嵌縫膠；並在兩道嵌縫膠之間預埋注漿管，注漿管在拱部及兩側拱腰處經由注漿導管引出。

第五節 聯絡通道施工方法及工藝

5.1聯絡通道施工工藝流程

聯絡通道洞門管片支撐→注漿加固土體→鑿除通道開口處混凝土管片→洞門補漿→超前支護→土方分台階開挖→安裝鋼格柵、掛鋼筋網片並噴射混凝土→防水層鋪設→綁紮底板鋼筋→澆注底板混凝土→綁紮拱牆鋼筋→安裝二襯模板→澆注拱牆混凝土→拆摸並養護→其它設施安裝。

5.2施工方法

5.2.1洞門鑿除施工

1、洞門土體加固

採用洞內雙液注漿加固聯絡通道洞門上下各3m、長10m範圍土體。注漿施工主要分兩部分進行：首先通過盾構隧道開口段兩環及左右各三環鋼筋混凝土管片的吊裝孔插管注漿加固，其次在開洞門的混凝土區域鑽孔注漿，最後待洞門部位管片拆除後，對其他區域進行補充注漿施工。

圖5-2 聯絡通道注漿加固平面示意圖

圖5-3 聯絡通道開口處注漿加固平、斷面示意圖

圖5-4 聯絡通道洞門補充注漿示意圖

2、洞門鑿除施工

破除（切割）聯絡通道口的混凝土管片前，在通道口處的隧道內架設臨時剛性支撐，防止通道位置附近的管片由於管片拆除發生過大變形。加固範圍為盾構區間聯絡通道開口處及相臨左右各10環管片，待支撐安裝完畢後，利用切割機破除通道洞門處管片。管片正式切割前按照設計提供的方位、尺寸要求，在被切割牆體上準確放線定位。具體施作採用碟式切割方法進行切割，為不損傷無需切割牆體，在每道切割段始端和終端先鑽孔，再切割，並確保廢棄管片的吊運安全施工，參見圖5-5。

圖5-5聯絡通道管片切割示意圖

3、馬頭門施工

為了保證施工安全，把管片分為上下分為兩部分進行破除，先進行上半部分施工。打開管片後，如圖5-6所示在拱部的開挖輪廓線上方進行超前小導管支護體系施工，超前小導管長度2.5m，環向間距300mm佈置。小導管注1：1水泥水玻璃雙液漿。待加固體強度形成後進行上台階的開挖，直接安裝第三榀鋼格柵形成支護結構，待上台階完成5米後進行下半部分的管片破除與下台階的開挖。待洞體貫通後，在第三榀格柵處向管片上方打設長度2.5m，環向間距300mm佈置的超前小導管，小導管注1：1水泥水玻璃雙液漿，再破除噴射砼，按照圖紙進行反挖完成第一、二榀格柵的施工。

圖5-6 馬頭門超前小導管施工示意圖

4. 2. 2超前支護施工

聯絡通道土方開挖前，採用超前小導管注漿加固土體。小導管採用DN32的鋼管加工，每根長度為2.5m，在導管中段以梅花形均布小孔/前端加工成錐形。小導管沿拱頂環向佈置，間距30cm，外插角為 5°~10°，沿隧道縱向每兩榀格柵打設一道小導管，導管必須穿過前榀鋼拱架中腹。小導管施工前噴射混凝土將工作面封閉，沿開挖輪廓線測放出小導管鑽設位置。小導管使用小鑽機鑽孔施工，其孔深略大於導管長度。注漿前用壓縮空氣將管內積物吹淨，孔口採取暫時封堵措施。注漿時，將鋼管尾部及孔口周邊空隙封堵，鋼管尾部使用止漿塞，孔周邊用快凝水泥進行封堵。採用水泥、水玻璃漿液漿進行注漿加固，漿液在現場配製，配製的漿液應與注漿速度相應，漿液必須在規定時間內用完，禁止任意延長停放時間。注漿時應注意檢查各連接管件的連接狀態，對注漿速度應嚴格控制，注漿壓力經試驗確定，一般為0.3～0.5MPa。注漿後2小時方可進行土方開挖。

CT4聯絡通道上方為交通量非常大的機場高速路，為保證路面安全減少地表沉降，在本段聯絡通道進行施工時採用雙層小導管，第二層小導管打設角度為30°~ 45°。

4. 2.3土方開挖

1、聯絡通道土方開挖

土方開挖採用留核心土上下台階法施工，施工時，先開挖拱部土方，開挖完成後立即進行拱部支護（安裝鋼格柵、噴射混凝土），並施作鎖腳錨管，然後開挖核心土體，並進行下導洞的初期支護，初期支護封閉，上下台階間距保持3.0m。開挖採用探挖的方法，即採用5m洛陽鏟向前探挖，以瞭解前方土及地下水情況，待旁站人員確認安全不需要處理後進行開挖作業。開挖3m後，再進行地層的探挖。

開挖時以激光點控制開挖尺寸，嚴禁欠挖，並隨時注意土體變化，做到“快開挖、快封閉”。

拱部開挖後儘早封閉，儘量減少頂部土方懸空時間，施工過程中密切注意掌子面土層情況，在地層變化處需對掌子面地層性狀做描述，並作好記錄。聯絡通道斷面縱向施工步驟圖參見圖5-7。

圖5-7聯絡通道斷面縱向施工步驟圖

4. 2. 5防水施工

聯絡通道的防水採用1.5mm厚EVA塑料防水板進行防水全包處理，在防水層內表面設置注漿系統，塑料防水板緩衝層材料採用400g/m2的無紡布。防水敷設前先對基面進行修整處理，然後鋪設無紡布和EVA防水板，防水敷設後，在防水層表面鋪設無紡布作為保護層，防水層採用無釘鋪設雙焊縫施工工藝。結構二襯施工前，在拱頂部位預埋注漿管，結構施工完畢後對拱頂部位進行二次注漿處理，將拱頂部位二襯與防水板之間的空隙填充密實。

4. 6二襯施工

隧道二次襯砌為鋼筋混凝土結構，混凝土標號為C30，防水等級S10。

通道二襯混凝土澆注分三步進行，先澆注底板混凝土，再支立模板支撐體系澆注邊牆混凝土，最後澆注拱部混凝土。縱向以8m為一段進行施工。

1、工藝流程

A、綁紮底板鋼筋→澆注底板混凝土→綁紮邊牆與拱部鋼筋→架設模板支撐體系→封堵頭模板→澆注邊牆與拱部混凝土→拆模並養護。

圖5-8 隧道二次襯砌施工工藝流程

B、綁紮底拱鋼筋→澆注底板混凝土→綁紮邊牆鋼筋→架設模板支撐體系→封堵頭模板→澆注邊牆混凝土→分段拆除下部臨時橫撐綁紮邊牆鋼筋→澆注邊牆。

2、施工方法

（1）底板混凝土施工

1）底板混凝土澆注前在兩側邊牆上設置底板標高控制線，並在底板中部鋼筋上焊接直立短鋼筋，其上設置底板標高控制點。

2）與區間管片相接處設置變形縫，在底板混凝土澆注前將止水帶固定好。

3）混凝土澆注使用混凝土地泵泵送，插入式振搗棒振搗密實。混凝土振搗時要防止破壞防水層。

4）混凝土表面使用刮槓掛平，再用木抹子趕漿，最後用鐵抹子壓光。

5）在底板混凝土初凝前插入一些短鋼筋，用以固定邊牆與拱部模板支撐體系。

（2）邊牆與拱部施工

1）模板及支撐體系

A．邊牆與拱部模板採用鋼模板拼裝，採用組合式鋼管拱架、600×600碗扣式腳手架及φ48鋼管配合可調支撐作為縱橫向和斜向支撐，形成二襯模板支撐體系。

B．先安裝鋼管拱架，拱架間使用φ48鋼管連接，拱架加工時在拱腳與邊牆節點處採用鉸接方式。再架設碗扣式支架，在邊牆處橫向設置φ48鋼管與可調支撐，在拱部碗扣支架立杆頂部設置可調支撐，並設置φ48鋼管和可調支撐作為斜撐，可調支撐與鋼管拱架間橫向設置5×10cm方木。

C．鋼管拱架與支架架設完成後，進行模板拼裝。模板採用定型鋼模板，模板與鋼管拱架間使用卡具與彎鈎螺栓連接固定。每個施工段拱頂部設置一個混凝土泵送口，每兩個泵送口間設置一根φ32鋼管，鋼管上端貼近防水層，作為混凝土澆注時的排氣口和二襯背後注漿口；邊牆每側每隔2m設置一個混凝土泵送口。最後安裝端頭模板。

D．模板拼裝完成後，調節邊牆與拱部的可調支撐，使模板內邊線與通道二襯輪廓線一致，同時拱頂模板要預留20mm的沉落量。

E．模板與支撐體系組裝完成後要檢查驗收，包括支架的穩定性、模板的密封性、通道中心線及輪廓線。

圖5-9 橫通道二襯支模示意圖

（3）混凝土澆注

聯絡通道採用C30模築混凝土澆注。混凝土採用預拌混凝土，二次倒運到達工作面，人工入模澆搗混凝土。混凝土澆注時邊牆部分從兩側澆注口灌入，要對稱澆注，每次澆注的高度為50~60cm；拱頂部混凝土由頂部澆注口灌入。混凝土澆注過程中要隨時檢查支撐體系的穩定及模板的變形情況，發現問題及時處理。

（4）拆摸及養護

二襯摸板拆摸時混凝土強度不得小於設計強度的80%，因此拆摸時間由同條件養護試塊的強度確定。拆摸後要噴水養護時間不少於7d。

（5）二襯背後注漿

二襯拆模後，混凝土強度達到設計要求後，進行背後注漿來充填二襯與防水層間的孔隙，增強混凝土的密實度，提高防水質量。利用預埋的注漿管注入水泥漿，水灰比為0.6~1.25，同時為減少水泥漿泌水，在水泥漿中摻入減水劑。注漿壓力不要過高，只要克服注漿管阻力和二襯與防水層間空氣阻力即可，注漿壓力控制在0.3Mpa，壓力超過0.5MPa時停止注漿。

第八章 盾構隧道工程經濟分析

第一節 成本影響因素及分析

1、地質條件：地質條件直接影響施工掘進速度、刀具的磨損及更換頻率、密封艙添加材料、壁後注漿量； 2、地表建築物：建築物的重要程度、基礎及結構的完好程度、地下管線自身的完好度等因素。

第二節 地面配套設備費用

1、龍門吊進、出場及基礎：20萬元/台;

2、漿液站進、出場及基礎：16萬元/座;

3、積土坑製作：15萬元；

4、盾構井臨時設施：30萬元。

第三節 盾構始發井、接收井單位造價

始發井及接收井單位造價均為200萬元。

第四節 標準區間隧道單位造價

盾構隧道單位工程實際造價

1、支座及反力架約25萬元

2、出洞地層加固約30萬元

3、接收段地層加固約30萬元

4、掘進（元/環）約1.2萬元

5、管片（元/環）（含施工費用）約1.2萬元

6、止水條（含施工費用）約700元/環

7、盾構密封油脂（含施工費用）約500元/環

8、背後注漿（含施工費用）約1100元/米

9、密封艙添加材料約1300元/米

第五節 各種近接穿越施工的措施費用

1、穿越道路：40萬元/條；

2、橋樑：50萬元/座。

第六節 盾構轉場費用

盾構進出施工場地費用約為120萬元。

北京地區地鐵盾構隧道工程施工技術總結

（北京市軌道交通首都機場線東直門～三元橋區間工程）

第一章　工程概況

第一節 概述

本工程為北京市軌道交通首都機場線03標段，主要工程為東直門～三元橋區間盾構2568.259m；3個聯絡通道（左K1+034.566聯絡通道、左K1+974.254聯絡通道、左K2+564.776聯絡通道及泵房）和區間風井風道。隧道設計施工起點為軌道交通機場線三元橋車站南端，終點為設在察慈小區住宅樓西南側的盾構接收井。

第二節 隧道平面

本區間有5個曲線段，東直門~三元橋方向分別為JD2（R=550）、JD3（R=1500）、JD5（R=800）、JD6（R=1000）、JD7（R=4000），線路整體呈“S”型。左線與02合同段的右線線間距為10～13米。本區間隧道平面如下圖所示：

圖1.1——東直門～三元橋區間左線盾構隧道路線平面示意圖

第三節 隧道縱斷面

本區間沿盾構掘進方向以－2‰的坡度從三元橋站出發後，在K2+960.00處線路開始以－29.611‰的坡度向下前行，在K2+620.00處開始以＋6.561‰坡度上行，在K1+500.00處開始以－3.017‰坡度下行至盾構接收井。

圖1.2——左線隧道縱斷面示意圖

第四節 隧道近接環境條件

4.1臨近建（構）築物

區間沿京順路下穿三元橋的西北孔，與三元橋擴大基礎中心線水平淨距0.24m，豎向淨距16.3m。下穿東直門外斜街後，進入規劃紅線內的平房區，然後從察慈小區旁邊通過到達盾構接收井。

4.2地面交通狀況

本段線路下穿的三元橋是機場高速、京順路連接三環路的節點立交，各個方向的車流在這裏交匯，交通極為繁忙。

東直門外大街為二、三環之間的聯絡幹道，現況機動車道寬度23米，為雙向三車道，機非分隔帶5米，非機動車道7米，道路交通繁忙。

4.3地下管線分佈情況

區間沿線上方存在多條市政管線，但由於隧道埋深較深，根據以往工程經驗區間施工對大部分管線的影響較小。只有一條位於三元橋東北側橫跨機場路的熱力管溝由於埋深較深，控制機場線縱斷。

4.4地形地貌

擬建盾構區間在K2+624處下穿三元橋，K1+150處下穿暗河， K0+800處下穿寬約6m深約 3m的亮馬河。

第五節 地質條件

5.1工程地質概況

本工程所在的土層，自地表以下依次為人工填土層、第四紀全新世衝洪積層和第四紀晚更新世衝洪積層。區間隧道主要穿越粘土、粉土，局部遇到粉細砂、中砂層。屬於一般地質條件的地層。

第二章盾構機類型及主要技術參數

第一節 盾構機類型

本工程使用的盾構機為德國海瑞克S169加泥式土壓平衡盾構機，採用向開挖土體中注入泡沫的方式來改良土體，推進千斤頂為被動式鉸接千斤頂。刀盤是作為“重型鋼結構”針對挖掘北京土質特點設計的。主驅動的總輸出功率為945KW，刀盤最大可能轉速為3.0rpm。

第二節 主要技術參數

主要技術參數如下：

（1）管片參數

外徑6000mm

內徑5400mm

片數3A+2B+1C

最大片重3.3T

水壓2bar

（2）盾構參數

主機數量（前體和中體）1

直徑6190mm

長度（前體和中體）4280mm

類型土壓平衡

最小水平轉彎半徑350m

最大工作壓力3bar

最大設計壓力4.5bar

土壓檢測點5

人閘1

人閘聯連法蘭1

螺旋輸送機上連接法蘭1

盾尾1

盾尾數量1

連接形式鉸接

長度3550mm

密封3層密封刷

注脂線8（2Ｘ4）

注漿點4

（3）推進千斤頂

數量16

推力28350KN

行程2000mm

推進速度80mm/min

縮回速度1400mm/min

（4）鉸接油缸

鉸接型式 被動式

數量 14

尺寸φ180/80mm

縮進壓力7340KN

行程150mm

（5）刀盤

刀盤數量 1

形式 面板式

直徑 6200mm

旋轉方向 左/右

刀具（軟土層） 124把齒刀；16把周邊刀

迴轉接頭 4個泡沫管

（6）刀盤主驅動

刀盤主驅動數量 1

形式 液壓驅動

馬達個數 8

額定扭距 4085KNm

脱困扭距 4700KNm

轉速 1.50/3.00rpm

電功率 480KW

主軸承外徑 2600mm

主軸承壽命 10000小時

（7）人閘

人閘數量 1

形式 雙人閘

長度 2000mm

直徑 1600mm

工作壓力 3bar

工作人員 2～3

（8）拼裝機

拼裝機數量 1

型式 中心自由轉動拼裝機

夾緊繫統機械式

自由度6

旋轉範圍+/-200o

管片長度1200mm

伸縮距離1000mm

軸向行程2000 mm

控制方式線控

（9）螺旋輸送機

螺旋輸送機數量1

形式中心軸式

直徑700mm

電功率110KW

最大扭距190KNm

轉速0至19rpm

最大出土量250m3/h

螺距600mm

伸縮可以

出土門有

（10）皮帶機

皮帶機數量1

驅動電力

帶寬800mm

帶長約45m

速度2.5m/s

最大輸出能力450 m3/h

（11）後部供給系統

管片存放機1

管片吊車1

吊車軌道1

液壓部件1

冷卻系統1

注漿設備1

注漿泵1

控制閥2

壓力測量裝置5

儲漿罐1

注泡沫系統1

發生器4

水泵1

泡沫劑泵1

空氣控制設備1

注膨潤土系統1

注入泵1

壓縮空氣供應1

空氣壓縮機2

氣罐1

壓縮空氣調節設備1

主驅動潤滑脂泵1

盾尾註脂泵1

操作室1

控制板1

變壓器1

軟管系統1

高壓電纜盤1

軌道起重機1

二級通風系統1

輸送管存儲裝置1

導向系統1

數據記載系統1

（12）後配套系統

台車數目5+橋

（13）電氣系統

初級電壓10KV（+10%/-15%）

次級電壓630V

變壓器1250KVA

控制電壓24V/230V

照明電壓230V

閥電壓24V

頻率50HZ

保護系統（電馬達）IP55

PLCS7（西門子）

（14）安裝功率

驅動480KW

推進油缸 55KW

管片拼裝機油缸 45KW

冷卻油 11KW

注脂4KW

螺旋輸送機閘門 22KW

螺旋輸送機110KW

注泡沫系統8KW

注漿設備 19KW

皮帶輸送機 22KW

二級通風設備 15KW

現場及插座用電 50KW

總計844KW

（15）尺寸

總長 57m

本體含盾尾 7.8m

第三章 一般地質條件下盾構隧道施工技術總結

第一節 盾構隧道施工的地面用地面積及場地佈置

1.1本工程施工的地面用地面積如下表所示：

始發井及提升區面積（㎡）辦公、生活用房區面積（㎡）管片堆放區面積（㎡）材料、物資堆放區面積（㎡）施工區域內通道面積（㎡）集土坑

921347.8116.23231.54529.77135

1.2施工場地平面佈置如下圖所示：

圖３.１——盾構施工場地平面佈置圖

第二節 盾構隧道施工用電

2.1供電方案

業主將提供施工臨時用電電源，其容量為1250KVA+600KVA的變壓器，接口根據承包商施工組織設計的接電點位置由業主組織有關單位現場確定。同時，在施工現場配備發電機，做為備用。施工現場的供電系統主要包括配電房和發電機房。

配電房向外與10KV輸電線路相接，其中1路直接送到盾構機內，1路通過配電房內的變壓器電壓轉化為380V/220V，分別供其它施工設備和照明使用。為防止意外停電對工程的影響，在施工現場備用1台200KW柴油發電機，確保施工的正常進行。

2.2進場階段的臨時供電

為保證施工臨時設施的搭建、前期準備工作的正常進行以及生活用電的需要，安排1台250KW的發電機作為臨時電源。在供電部門為施工變電所送電後，撤消臨時電源但作為備用電源保留，在突發性停電時，供洞內的照明、抽水及推進油缸保壓用。

在取得監理工程師同意後，我單位施工隊伍進場立即進行場區電纜敷設、變電器、配電箱櫃等安裝及接電調試工作。

2.3盾構施工階段的供電

1）變壓器的配置

盾構機掘進施工時，由業主配置一台總容量為630KVA的變壓器，供龍門吊等輔助設備供電使用，另需配置總容量為1250KVA的10KV高壓電源，供盾構機使用。

2）高壓配電所的配置

高壓配電所配置盾構電源和地面設備低壓用電的變壓器饋出倉位。

3）配電櫃的設置

設置高壓配電櫃1個，低壓配電櫃3個。每一用電點從鄰近低壓配電櫃引出，通過分配電箱再配出到各用電設備。

4）功率因數補償器的配置

為實現COSΦ＝0.8的功率因數，擬設置6個功率因數補償器，它們的無功功率補償能力分別為：2台300Kvar。

5）供電線路的配置

高壓線路：相數：3；頻率：50Hz；

電壓：10KV；

低壓線路：相數：3；頻率：50Hz；

電壓：0.4KV；

照明線路電壓：220V；控制電壓：24V；信號電壓：24V；

2.4安裝與工藝要求

1）從配電櫃到分配電箱的饋送回路中，每一開關的載流量和短路電流需與各用電設備的容量相匹配，設備在受電前先檢驗漏電開關的動作是否靈敏。

2）電纜敷設採用直埋式，過路處穿鋼管暗埋敷設。

3）高壓電纜送電前，經電氣試驗證明合格。

4）從高壓配電室盾構倉位饋送到車載變壓器的電纜，沿牆掛鈎敷設下井，每隔50m掛“高壓危險”的警告牌一塊，在井的垂直部位和隧道內敷設電纜，每2m設一個固定點。

5）從井口開始，每隔100m設隧道照明專用配電箱一隻，作為照明線路的分開關和隧道內小動力用電設備的電源。

6）隧道照明採用普通日光燈，控制室採用防爆熒光燈，主機採用防爆投光燈，皮帶機採用防震燈，燈具金屬外殼與接地線直接相連。

7）所有的單相負載採用A、B、C三相跳接的方式，注意三相負載的平衡問題。

2.5安全保護措施

1）重複接地保護：在各用電點的配電箱周圍，用2m長的5＃角鋼2根埋入地下作為接地極，用一根25×4的鍍鋅扁鋼與接地極焊接後，引到配電箱的接地排上。接地排與從變電所饋出的低壓電纜的零線相接，構成重複接地系統。接地電阻≯1Ω。各用電設備金屬外殼用接地線與接地排相接。

2）行程限位保護：所有的提升設備安裝限位保護開關。

3）電氣聯鎖保護：為保證設備運行的安全可靠，電氣系統進行聯鎖控制，即上級流程未動作，下級流程無法動作。上級流程停止，下級所有流程自動跳閘。防止自起動和誤操作帶來的不安全因素。

4）相序保護：用電設備在運轉時，不隨意更換相序，若發生意外，相序繼電器自動切斷電源。

5）防雷保護：對直擊雷的防護採用在變電所裝設獨立避雷針；對雷電波侵入的防護採用在高壓側裝設閥式避雷器。

第三節 始發井及接收井施工

始發井利用三元橋車站已修建好的南側左線盾構始發井進行始發施工；接收井利用02標在察慈小區西側的盾構接收井進行接收施工。

第四節 盾構始發段和接收段地層加固方法、工藝及效果

4.1端頭地質概況

本標段盾構始發及到達端頭加固共計4處，加固部位包括機場線三元橋站始發井端頭、風道接收和始發端頭、盾構接收井端頭。三元橋站始發端頭為粘土地層，其餘3個端頭均為洞身上部為砂層，洞身下部為砂礫層。三元橋站始發端頭加固採用1排ф800@1000mmC10素混凝土樁和14排ф600@500mm梅花形佈置的旋噴樁組成，素混凝土上部採用採用三七灰土回填；風道接收和始發土體採用洞內水平注漿方式進行加固，採用水煤氣管，間距500×500mm，梅花型佈置；盾構接收井土體採用20排ф600@500mm梅花形佈置的旋噴樁。

為了確保盾構始發和到達時的施工安全以及各地層的穩定，以防止端頭地層發生坍塌或漏水湧水等意外情況，必須對端頭的土體進行加固處理。另外，盾構機吊入、吊出井必須滿足吊機作業地面承載力要求。

4.2加固的原則和要求

（1）盾構進出洞端頭土體加固的原則：

1）根據隧道埋深及盾構隧道穿越地層情況，確定加固方法和範圍。

2）在充分考慮洞門破除時間和方法，選擇合適的加固方法和範圍，確保盾構機進出洞的安全和洞門破除的安全。

（2）加固要求

1）加固土體強度達到0.4Mpa；

2）滲透係數≤1.0×10-8cm/s。

4.3端頭加固施工

4.3.1雙重管旋噴樁施工工藝

（1）旋噴樁施工工藝

旋噴採用雙重管高壓噴射法施工，利用高壓水、壓縮風共同作用在噴嘴形成高速射流切割土體、砂層，同時由底部注入水泥漿，對其進行分選和置換。噴嘴作360°旋轉並勻速提升，形成具有一定直徑的旋噴樁。旋噴樁施工流程參見【圖3.2——旋噴樁施工工藝流程圖】。

圖3.2——旋噴樁施工工藝流程圖

（2）施工方法

1）鑽機就位

鑽機就位即將使用的鑽機安置在設計的孔位上，使鑽桿頭對準孔位的中心。鑽機就位後，必須作水平校正，使其鑽桿軸線垂直對準鑽孔中心位置。

2）鑽孔

本工程擬採用地質鑽機，鑽孔的傾斜度不大於1%。

3）插管

鑽孔完畢，拔出巖芯管，換上旋噴管插入預定深度。在插管過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，可邊射水、邊插管，水壓力不超過1Mpa。

4）噴射作業

旋噴前，要檢查高壓設備和管路系統，其壓力和流量必須滿足要求，在注漿管及噴嘴內不得有任何雜物，注漿管接頭的密封圈必須良好。

噴射管達到預定深度後，由下而上進行噴射作業。噴射過程中，應時刻注意檢查漿液初凝時間、注漿流量、風量、壓力、旋轉提升速度等參數，並且隨時做好記錄，繪製作業過程曲線，旋噴注漿管的旋轉和提升必須連續不中斷，防止噴嘴被堵。

5）拔管、沖洗機具

噴射作業完成後，拔出噴射管。注漿管等機具設備沖洗乾淨，管內不得殘存水泥漿。把漿液換成水，在地面上噴射，將泥漿泵、注漿管軟管內的漿液全部排出，管內不得有殘存水泥漿。

6）移動機具、回填注漿

把鑽機等機具設備移動到新孔位上，進行下一鑽孔的施工，並將作業完成的孔回填注漿。

（3）旋噴施工主要技術參數

1）壓縮空氣

壓力0.7MPa，流量3m3/min，噴嘴間隙2～4mm；

2）水泥漿液

壓力20～40MPa，流量80～120L/min，噴嘴孔徑2～3mm；

3）注漿管

提升速度10～20cm/min，旋轉速度10～20r/min，外徑φ75。

4）水泥漿

水泥採用425號水泥，水灰比1.5:1。

（4）施工技術措施

1）施工前根據現場環境和地下埋設物的位置等情況，複核高壓噴射注漿的設計孔位。施工前予先挖設排漿溝及泥漿池，施工過程中將廢棄的冒漿液導入或排入泥漿池，沉澱凝結後運至場外存放或棄置。

2）旋噴樁相鄰兩樁施工間隔時間不小於48h，間隔不小於4～6m。

3）鑽機安放保持水平，鑽桿垂直，其傾斜度不得大於1.5%。施工前檢查高壓設備及管路系統，其壓力和流量滿足設計要求。注漿管和噴嘴內雜物清除乾淨，注漿管接頭的密封圈良好。

4）正式施工前進行試樁，以確定合理的水壓力，提升速度，漿液配比和壓力等參數。

5）旋噴過程中保證樁體的連續性，若因故停止，第二次旋噴的接樁長度必須大於20cm。

6）施工中若出現大量冒漿，立即停止並採取措施。

7）鑽孔位置和設計位置的偏差不大於50mm。實際孔位、孔深和每個鑽孔內的地下障礙物、洞穴、湧水、漏水及與工程地質報告不符等情況均詳細記錄。

8）高壓噴射注漿完畢，迅速拔出注漿管徹底清洗注漿管和注漿泵，防止凝固堵塞。為防止漿液凝固收縮影響樁頂高程，必要時在原孔位採用冒漿回灌或二次注漿等措施。

4.3.2水平注漿施工

（1）水平注漿施工工藝

參見【圖3.3——水平注漿施工工藝流程圖】。

圖3.3——水平注漿施工工藝流程圖

（2）注漿施工主要技術參數

參見【表3.1—鋼花管注漿施工技術參數一覽表】。

表3.1—鋼花管注漿施工技術參數一覽表

分類項目參數

成孔下管管距×排距1.4m×0.8m，樁間護壁鑽孔

孔徑52mm

管偏斜＜1%

鋼花管鋼花管長度5m（入土段長4m）

鋼花管直徑48mm

鋼花管壁厚3mm

注漿漿液配合比（重量比）水泥：水＝1: 1

初注壓力0.8～1.0MPa

終注壓力1.8～2.0MPa

（3）施工技術措施

1）注漿材料採用P.o32.5普硅水泥，注漿時水灰比由大至小，先灌入較稀漿液，視地層吃漿量情況逐漸調整水灰比再灌入較稠漿液。

2）一個孔的注漿作業一般應連續進行到結束，不宜中斷。如因機械故障被迫中斷時，應排除故障儘快恢復注漿。恢復灌漿時一般從稀漿開始，逐漸調整至稠漿。

3）注漿應有專人記錄漿液消耗、注漿時間、注漿壓力。當注漿出現大量吃漿不止，長時間灌不結束的情況時，應檢查原因，若是因地層裂縫原因造成，可調整水灰比採用稠漿灌注，並採用中斷間歇注漿方法，若到此壓力就發生冒漿或大量吃漿的，可在較低壓力下結束。

4）注漿結束後應立即封閉閥門，拆卸清洗輸漿管路。

5）待封孔後進行水平探孔試驗以確定有無達到開孔要求。

4.3.3鑽孔灌注樁施工

鑽孔灌注樁施工工藝

鑽孔灌注樁施工工序如下：

放線定點→鑽機就位→鑽孔至設計深度→測量孔深→吊放導管→灌注商品混凝土成樁。

（1）施工準備

正式施工前應試鑽，以確定施工工藝參數。

（2）測放樁位及複核

根據軸線基準點，測放出具體樁位，複核合格後方可進行鑽孔施工。

（3）鑽機就位

鑽機應置於平整堅實的地面上，鑽機就位時，鑽頭對好樁位，定位誤差≤2cm。同時用經緯儀或線墜調整鑽桿垂直度，也可利用機械自帶垂直度調整系統控制。

（4）鑽進、成孔

1）採用長螺旋鑽機成孔，應根據地層變化及時調整鑽進速度。鑽進過程中，應採用人工和裝載機配合隨時清理孔口積土，鑽到設計孔底後應空轉3～5min，把孔底虛土清淨。鑽桿提出孔口時應小心操作，以免虛土掉入孔中。如果出現縮徑情況，應將鑽桿下入孔中再次鑽進，直到孔徑達到設計值。

2）為保證施工安全，防止相互干擾造成塌孔，鑽孔時應採用樁位跳鑽的施工方法。待混凝土強度達到80%後用三七灰土回填至地面標高。

（5）成孔驗收

成孔後採用測繩檢測孔深，採用吊線墜檢測垂直度及虛土厚。

（6）灌注混凝土成樁

成孔後要及時灌注混凝土。灌注前在孔口放置護孔漏斗，混凝土通過漏斗、串筒灌入孔內，在混凝土灌注應連續進行。

第五節 盾構的始發（出洞）和接收（進洞）工藝

5.1 盾構的始發工藝

盾構機始發是指利用反力架及臨時拼裝起來的管片承受盾構機推力，盾構機在始發基座上向前推進，由始發洞門貫入地層，開始沿所定線路掘進的一系列作業。

盾構始發施工包括盾構掘進開始時的一連串作業，是盾構施工過程中開挖面穩定控制最難、工序最多、比較容易產生危險事故的環節，因此結合始發施工環境進行始發施工各個環節的準備工作至關重要。

盾構機始發段的掘進施工又稱為試掘進施工，需對各種關鍵施工參數進行調整、優化，為正常段施工做好準備（盾構施工參數主要包括掘進速度、刀盤扭矩、土倉土壓力、盾構總推力、出土量、注漿量、注漿壓力、盾尾間隙等）。盾構機掘進前，先對各種施工參數進行計算，然後根據計算結果，設定施工參數。在施工中，根據設定施工參數的應用效果，結合地表監測的結果對各種參數進行調整、優化，使各項參數設定達到最佳狀態。

5.1.1盾構機初始掘進的關鍵問題及對策

（1）盾構機初始掘進的關鍵問題：

1）保證安全破洞門。

2）始發定位準確。

3）防止管片錯台下沉。

（2）對策

1）端頭加固

根據端頭位置的地質情況和以往的施工經驗，始發端頭加固採用旋噴樁和鑽孔灌注素樁進行加固；接收端頭採用旋噴樁注漿加固；風井風道兩側端頭採用洞內水平注漿的方式進行加固。加固後保證了破洞時洞門穩定，也有效防止地面開挖面坍塌和控制地面沉降。

2）優化施工參數

A．同步注漿控制

控制同步注漿量和注漿壓力。按理論計算，該段注漿量不應小於160%的建築空隙；同時也要防止注漿壓力過高而頂破覆土。

B. 盾構姿態控制

盾構機保持平穩推進，減少糾偏，減少對正面土體的擾動。

平面：控制在±50mm以內。

高程：控制在±25mm左右。

轉角：控制刀盤轉向，以免對土體產生較大的擾動。

速度：該段施工中推進速度控制在10mm/min，如推進速度過快，容易會引起正面土體擠壓過大地面隆起。

C. 沉降控制

採用信息化施工，通過監測系統提供的監測數據，及時調整盾構穿越過程中施工參數，使盾構施工對地面影響降到最低。

3）始發前的施工測量、定位

出洞前，進行盾構機始發姿態測量、導軌姿態測量、反力架姿態測量、姿態初始測量、SLS-T導向系統初始測量等一系列的測量工作，以使盾構機準確就位。

同時開始收集隧道施工平面控制測量、高程控制測量、導向測量的原始數據，為今後的測量工作提供依據。

4）解決管片錯台下沉問題的措施

A．保證洞門密封的效果，如洞口漏水現象嚴重由預設壓漿管向洞圈周圍內壓注化學漿液。

B．嚴格控制盾尾註漿的質量；

C．洞門焊接導軌。

5.1.2試驗掘進段參數的選擇分析

（1）盾構千斤頂的推進速度及刀盤轉速的設定

盾構千斤頂的推進速度及刀盤轉速與盾構機的性能密切相關，同時也受工程地質及水文地質條件的影響。始發伊始，對參數設定首先要依據理論計算值進行設定，在始發完成後的試掘進階段可對各種參數進行對比，調整推進速度與推力、刀盤轉速與扭矩的關係式，定出推進速度和轉速的範圍。

在本始發段中，隧道洞身範圍內地層主要為粉質粘土、粉土及粘土，由於處於始發掘進階段，推進速度初始設定10～30mm/min，初始設定刀盤轉速應小於1.0r/min。

（2）盾尾註漿壓力分析與取值

添加劑壓注及盾尾註漿壓力主要是受地層的水土壓力的影響，注漿壓力的設定以能填滿管片與開挖土層的間隙為原則。注漿壓力的計算可參考規範中的公式並在施工過程中通過測試和試驗來確定和優化參數，本工程穿越三元橋、熱力方溝、居民區，漿液及其注入的效果直接關係到地面沉降，因此對注漿材料及注漿壓力都有較高的要求。依據現有其它地區盾構法施工經驗及北京地區已有盾構施工各種參數使用效果，初始盾尾註漿壓力設定為0.2～0.25Mpa。

盾尾同步注漿理論量為每環2 m3,根據經驗注漿時每環應按2.9m3～3.9m3控制。同時要求同步注漿速度必須與盾構推進速度一致。

（3）添加劑使用方案

在盾構施工中，添加劑的作用是：

1)減小旋轉輸送機的扭矩，降低刀盤温度；

2增強土體氣密性、止水性，保證開挖面穩定；

3)與土體拌和均勻，使開挖土具有良好的流動性，增強土體可排性。

依據地層不同，有不同的添加劑使用方案。本工程始發階段盾構穿越的地層為粉質粘土層和粘質粉土層。這樣的粘性土地層，土的粘結力較大，在盾構掘進施工過程中，易造成粘性土附着於刀盤上正反面形成泥餅造成刀盤扭矩增大，或者土體進入土倉後被壓密固化，造成開挖、排土均無法進行的情況。此時一方面可通過刀盤上的添加劑注入孔向刀盤前方的土體注入3％～5％的泡沫和適量的水，在增加其流動性的同時，降低其粘着性，防止開挖土附着於刀頭或土室內壁。另一方面粘土被切削進入土倉內後，通過土倉上的添加劑注入孔向土倉內注入泡沫並利用刀盤上的攪拌裝置加以攪拌，使泡沫與切削土充分混合，以增加土的氣密性和可排性。泡沫的總注入量控制在土體切削量的10％以內。此外，還可通過螺旋輸送機上的添加劑注入孔向倉內注入適量的清水或注入壓縮空氣，以增加土體的和流動性，減小土的摩擦力，使土能經螺旋輸送機順利排出。

添加劑注入量：

刀盤前：約3％～5％的理論開挖量

密封倉：約5%的理論開挖量

添加劑注入壓力：需控制參數為刀盤前的注入壓力，以平衡開挖面的水壓力為宜。在本區段內設定注入壓力初始設定為0.15～0.2MPa。

（4）洞口密封處壓漿

洞口密封處的充填注漿採取盾尾同步注漿裝置注單液漿充填。待盾尾到達洞口位置時，拉緊洞口密封圈，保證漿液不溢出洞口。

5.2 盾構的接收工藝

盾構接收段施工是指盾構機刀盤距進站口50m至盾構機進入車站並完全推上接收基座的施工過程。其施工內容主要包括端頭土體加固、接收設施的設計製作與安裝、接收段掘進、洞口鑿除等。端頭土體加固的施工應在盾構接收前應提前完成。

5.2.1盾構接收前盾構姿態和線形測量

盾構機接收前80m地段即加強盾構姿態和隧道線形測量，及時糾正偏差確保盾構順利地進站。當盾構掘進至接收前25m左右時應再次進行盾構姿態和隧道線形測量，測量內容有：定向、主導線、測量管片位置和走向偏差。

通過測量，對接收前的地段加強盾構掘進的軸線控制，使盾構機進站時其切口平面偏差滿足：平面≤±25mm，高程≤±20mm； 盾構機進站時其切口平面偏差允許值：平面≤±50mm，高程≤±20mm,盾構坡度比設計坡度略大0.2%。到站所有測量數據須報測量監理單位複核驗正。

5.2.2盾構到達段掘進

盾構機進入接收段後，應減小推力、降低推進速度和刀盤轉速，控制出土量並時刻監視土倉壓力值,土壓的設定值應逐漸減小，避免較大的推力影響洞門範圍內土體的穩定。盾構接收掘進可為四個階段，在這幾個階段中，應採取不同的施工參數及控制側重點不同。

（1）盾構過渡段掘進(進入土體加固區前30m～8m)

過渡段的掘進速度和土倉壓力與正常段掘進一樣，按常規控制，但此段施工應側重加強注意調整盾構機的姿態，使盾構機的掘進方向儘量與原設計軸線方向一致,並且要在出洞前的20米處，使盾構機保持水平姿態前進或略微仰頭姿態前進，保證出洞時正常接收，掘進時的軸線偏差應控制在±20mm範圍內。

（2）進站的第一階段（進入土體加固區8m～2m）

盾構機進入加固區後，掘進速度由原來正常段的20～30mm/min減至5～10mm/min，土倉壓力由原來的1.5～2.0bar減至0.3～0.5bar。儘量減少對洞口的影響。壓力值大約與水壓相等。應在密切監控地表和洞口的情況下逐步減少壓力。

（3）進站的第二階段（進入土體加固區2m～20cm）

由於不能確定開挖時的最小土倉壓力，因此在開挖過程中只能根據地質等情況使壓力最小。此階段速度一般為1～5mm/min。當盾構機接近洞口30cm～20cm時，應停止推進。

（4）進站的第三個階段（第二階段完成至盾構機進入車站露出）

盾構機繼續前進並拼裝管片，將圍護結構推倒，此階段的速度根據實際情況決定，應無壓力，刀盤停止轉動。此後清除坍塌下來的土體，盾構機繼續推進，通過密封環後立即拉緊密封環的鋼絲索，清除密封艙內的泥土。在停機後要對盾構中心進行測量，看是否滿足貫通精度的要求。

5.2.3盾構機接收

為確保盾構機從接收井的預留洞口穿出，該階段的掘進將遵守以下原則：

（1）掘進速度逐漸放慢，掘進推力相應減少。

（2）增加盾構機測量次數，並根據洞口實際位置不斷校準盾構機掘進方向。

（3）加大地面監測頻率，並依椐監測結果及時調整掘進參數。

（4）站內派人對洞門位置進行值班監視。

為迎接盾構機到達，應在到達洞口前做好如下準備：

(1) 安裝洞門密封裝置。

(2) 安裝盾構機接收基座，接收基座與始發基座相同。

(3) 鋪設盾構機移動基座的軌道。

(4) 部分鑿除洞門處的圍護結構。

(5) 在到達洞口內側準備好砂袋、水泵、水管、方木、風炮等應急物資和工具。

(6) 準備好通訊聯絡工具。

(7) 準備好照明設備。

上述設備與材料需預先運入，故到時需與接收井承包商相互協調。以上準備工作完成後，盾構機才可進行最後的到達段掘進。

第六節 盾構推進的實際參數及合理參數

盾構在推進過程中施工參數會不斷地變化，根據不同的地層和添加劑進行調整，在施工過程中要嚴格注意進土與出土的匹配情況，必要時進行適當的調整。

參見【表3.2—盾構推進主要參數實際控制值】

表3.2盾構推進主要參數實際控制值

盾構推進主要參數實際控制值

1、縱向千斤頂總推力/分組推力（KN）10000KN/100～2000KN

2、刀盤扭矩（一般/最大BAR）200～240/260KN·m

3、盾構推進一般和最大速度（cm/min）一般速度6～7 cm/min，最大速度8 cm/min

4、盾構隧道與設計軸線的最大偏差/mm50mm

5、密封倉土壓力控制（與設定值的偏差/MPa）0.06～0.2

6、管片拼裝（一般和最快min/環）一般20min/環，最快15 min/環

7、加泥/泡沫（一般/最大kg/環）25～33L/環

8、盾尾密封油脂（一般/最大kg/環）一般10kg/環，最大20kg/環

第七節 盾構姿態控制統計分析

地鐵工程的施工測量不同於一般工程的工程測量，施測的周圍環境和條件複雜，要求的施測精度相當高，因此，必須精心組織實施。

7.1施工測量要求

（1）為確保地鐵測量精度，我方將抽調具有地鐵測量經驗的測量工程師和有測量上崗證的測量員組成項目測量組，配有高精度儀器。

（2）開工前，根據甲方提供的測量數據資料，佈設地面施工控制網點將兩施工井聯繫起來構成本區間獨立控制網並與相鄰區間控制網保持統一。其中導線網點按地面四等平面控制測量技術要求控制，高程按地面二等水準技術要求控制。測量成果報監理業主檢測。

（3）施工現場的所有的測量主控制點均由我單位技術部測量組組織二級複核。

（4）實行定期校核制度，每個月對施工控制點進行一次校核，發現問題及時調整。

（5）每施工放樣點都必須經過換人檢測無誤後才可定點並書面移交下道工序。

（6）做好測量記錄工作。

7.2控制測量基本原則

⑴ 地鐵工程測量施測環境複雜，精度要求高，採用三角網進行測量。

⑵ 佈設足夠的控制點，並精心做好標記，加強對控制點的保護和檢查。

⑶ 保證測量精度，配備先進的測量儀器，使用先進的測量技術。

⑷ 負責保存好本合同段內全部的三角網點、水準網點和自己佈設的控制點，防止移動和損壞，一旦發生損壞，及時報告監理，並協商補救措施，及時處理。

⑸ 全部的控制點三維座標經監理工程師檢查合格後，才能開展後序工作。

⑹ 嚴格按照相關技術規範要求進行測量工作，並做好測量資料的管理。

7.3控制測量

7.3.1平面控制測量

根據業主提供的工程定位資料和測量標誌資料，對所移交的導線網、水準網及其他控制點用精密導線方式進行復測；同時放線設置施工過程中使用的固定樁，並將測量成果書報請監理工程師及業主審批。

(1)．引測近井導線點

利用業主及監理批准的測量成果，以最近的導線點為基點，引測至少三個導線點至每個端頭井附近，佈設成三角形，形成閉合導線網。

(2)．引測近井水準點

利用業主及監理批准的水準網，以最近的水準點為基點，將水準點引測至端頭井附近，測量等級達到國家二級。每個端頭井附近至少佈設兩個埋設穩定的測點，以便相互校核。

7.3.2高程控制測量

以首級控制水準網為基準設加密水準網，並且聯測到相臨標段所使用的水準控制點一個以上。將水準網布成附合線路，往返觀測，附和閉合差應≤±8mm（L為附和線的路線長度，以公里計算），使用精密水準儀、銦鋼尺按照國家二等水準測量方法的精度指標均將高程傳到地下。如【圖3.4—高程控制測量示意圖】：

圖3.4高程控制測量示意圖

精密水準點的埋設採用混凝土普通標石，一定要穩定、便於保護、不易破壞，其規格按《城市測量規範》有關要求確定。傳遞高程時，每次獨立觀測三測回，每測回測得地上、地下水準點的高差較差應小於3mm。取三次觀測的平均值作為地下水準點的高程。

7.3.3聯繫測量

聯繫測量是將地面測量數據傳遞到隧道內，以便指導隧道施工。具體方法是將施工控制點通過佈設趨近導線和趨近水準路線，建立近井點，再通過近井點把平面和高程控制點引入車站底板上，為隧道開挖提供井下平面和高程依據。

(1)．平面座標傳遞

平面座標傳遞和定向測量同時作業，主要是通過豎井將方位、座標從地面上的控制點傳遞到地下控制點。

本標段採用盾構法施工，根據施工現場的條件，為保證測量精度和優化現場作業，施工聯繫測量均採用全站儀進行投點，傳遞時採用三角網傳遞，我們在本標段用的儀器是全自動測量全站儀，本儀器對仰角和俯角都有自動補償，測量精度滿足施工要求。傳遞示意圖如【圖3.5—平面座標傳遞測量示意圖】：

圖3.5—平面座標傳遞測量示意圖

在盾構施工期間，為提高地下控制測量精度，保證隧道準確貫通，應根據工程施工進度，在每個區間應進行至少三次聯繫測量。

7.3.4地下控制測量

(1)．地下平面控制測量

為了消除和減弱折光差對橫向貫通誤差的影響，將洞內控制導線點佈設在隧道的兩側穩定的襯砌環片上，交叉前延。點位採用強制對中托架，在通視條件允許的情況下，每約100米佈設一點，曲線段適當縮短點距。以車站內逐次重複定向測量成果的加權平均值建立的基線邊為座標和方位角的起算依據。觀測採用全站儀進行測量，用全圓法趨近導線測量用Ⅰ級全站儀進行測量，測角四測回(左、右角各兩測回，左、右角平均值之和與360°的較差應小於4″)，測邊往返觀測各二測回。其觀測方法和精度應符合二級或以上導線的技術要求。

盾構掘進時，盾構機身後有較長的後配套，測量控制點無法做在此範圍隧道兩側，可以把控制點以吊籃的形式固定在隧道的頂部，儀器及後視稜鏡採用強制歸心。將自動導向系統的全站儀安置在其上，與盾構機自帶的激光導向系統連接指導盾構機掘進。

(2)．地下高程控制測量

地下高程測量以車站傳遞的水準點為基準點，隧道直線段每隔100m左右佈設一個固定水準點，曲線段每隔50m左右佈設一個。測量時可採用精密水準儀及其水準尺進行往返觀測，相鄰測點往返測閉合差≤3mm，全程閉合差≤6mm（L為全程長度，單位：Km）。

(3)．盾構掘進施工測量

1）盾構機姿態和襯砌環片的測量

盾構掘進時為優化掘進參數需對盾構機姿態和襯砌環片進行測量。由於選配了VMT公司先進的測量導向系統，盾構機掘進的過程中能時時地測出盾構機的瞬間姿態。為保證盾構機姿態的準確無誤，需對盾構機姿態進行復測。盾構機姿態測量是以隧道里的導線點為依據，利用全站儀及其輔助工具，測出佈設在盾構機上特殊測點的三維座標，計算出盾構機的姿態，包括俯仰、旋轉、平面和高程，觀測值與盾構機此時的理論值相比較，將其差值反饋給盾構操作人員，調整其參數，從而指導掘進。

襯砌環片的測量包括測量襯砌環的中心偏差、環的橢圓度等，利用全站儀及其輔助工具，通過測出環片上一些特徵點的三維座標，從而通過幾何計算確定環片安裝位置的正確性，併為安裝人員提供操作校正參數。

2）成型環片的測量

成型環片的測量主要測定環片安裝位置是否符合設計要求。具體方法是使用全站儀的五反射測量模式測得成型環片一週的七個點的座標，通過相應的計算軟件換算出成型環片中心的座標，用水準儀及水準尺測其高程，通過已測的數值與隧道線路的設計值相比，便可得成型環片平面和高程的偏差，為以後竣工和鋪軌提供依據。

3）盾構機導向系統

盾構機的導向系統如下圖所示：

圖3.6—盾構機導向系統示意圖

盾構機導向系統是傳統測量與計算機的完美結合體，在盾構機掘進過程中有測量機器人在激光導向程序的控制下自動採集數據，將光信號轉換成電信號傳遞到控制箱。盾構機前端有一光靶，他的作用是接受測量機器人傳遞過來的信號，自動計算出盾構機的水平和豎直、旋轉角度將這些數據傳送到控制箱。控制箱將兩個數據送到計算機上，通過VMT—S計算出盾構機的實際三維座標。在盾構機掘進前計算出隧道的設計軸線，將這些數據提前導入VMT—S中，這樣將形成一個設計隧道軸線座標系。通過VMT—S系統將盾構機的實際三維座標和設計隧道軸線座標系相比較就得出盾構機在掘進時的動態位置（如下圖）。

圖3.7—設計座標系示意圖

圖3.8—盾構機姿態示意圖

上圖中顯示的是在這一時刻的盾構機姿態，盾構機操作手可以看着盾構姿態和導向系統提供的相關參數來控制盾構機的掘進方向。

7.4 隧道貫通測量

本標段的區間隧道長度在2500m左右，在隧道貫通前約50米要增加施工測量的次數，並對控制導線進行全線複測，對觀測值嚴密平差，保證隧道貫通。

隧道貫通後，從隧道兩端向貫通面進行二等導線測量，分析在貫通面上的貫通誤差。在做貫通測量時應將聯測地上、車站、隧道導線網、水準網，並進行嚴密平差，為竣工和鋪軌提供高精度的控制點和準確的水準點。

7.5 竣工測量

7.5.1線路中線測量

以施工控制導線點為依據，佈設隧道內中線點，中線點的間距直線上平均100m，曲線上恢復所有的曲線元素點。區間各施工控制中線點組成附合導線。中線點組成的導線應採用全站儀進行觀測，並對觀測值進行平差，將成果上報相關單位。

7.5.2隧道淨空斷面測量

以測定的線路中線點為依據，直線段每6米，曲線上包括曲線要素點每4.5米測設一個結構橫斷面，結構橫斷面可採用全站儀測量，測定端面里程誤差允許為±50 mm，斷面測量精度為±10mm。

7.6 測量施工組織

為做好盾構施工測量工作，保證盾構機準確進入起吊井，做到盾構施工萬無一失，選派有經驗的測量專業人員組成盾構施工測量技術領導班子，專門領導和研究盾構施工測量技術工作，及盾構施工測量中出現的各種問題。

測量儀器選用性能穩定、精度高的進口全站儀及其配套的輔助設備。所有的儀器和工具都嚴格按照國家計量法進行檢定。

第八節 管片拼裝質量控制統計分析

管片襯砌作為盾構隧道工程最重要的主體結構，其拼裝質量的好壞直接影響着盾構隧道工程的質量。

本程中採用了標準環+左右楔型環作為管片襯砌，管片外徑6000mm，內徑5400mm，每環管片長度1200mm，管片採用“3A+2B+1C（楔塊）”錯縫拼裝，管片接縫採用彈性密封防水，彈性密封為三元乙丙橡膠和水膨脹橡膠止水條。

8.1管片拼裝位置確定

管片在使用時必須預先根據盾構機的位置及盾尾間隙大小選定管片的拼裝位置，管片的拼裝依據主要有以下兩條，在管片拼裝分析時要綜合分析確定，缺一不可。

8.1.1 盾尾法面和管片法面的相互關係

管片拼裝的總原則是拼裝的管片與盾尾的構造方向應儘量保持一致。

8.1.2 管片拼裝前後管片外表面與盾殼內面的間隙

在盾構機尾部設有三道密封刷，用於保證在施工過程中不會有水土進入隧道，在盾構機掘進的同時，將向密封刷補充油脂，確保盾構機密封性能，在密封刷前端設有保護塊用於保護密封刷不受損害，如果盾尾間隙過小，在管片脱出盾尾時，將產生較大變形，影響成型隧道的質量；同時，過小的盾尾間隙也將直接損壞盾構機的密封刷。

8.2 管片拼裝施工要求

為保證管片拼裝質量及施工進度，施工時必嚴格按照如下要求進行管片拼裝的施工：

1) 為加快拼裝施工速度，必須保證管片在掘進施工完成前10分鐘進入拼裝區，以便為下一步施工做好準備；另外，為保證管片在掘進過程中不被泥土污染，也不宜提前將管片備好。

2) 在拼裝過程中要清除盾尾拼裝部位的垃圾，同時必須注意管片定位的正確，尤其是第一塊管片的定位會影響整環管片拼裝質量及與盾構的相對位置，儘量做到對稱。

3) 管片拼裝要嚴格控制好環面的平整度及拼裝環的橢圓度。

4) 每塊管片拼裝完後，要及時靠攏千斤頂，以防盾構後退及管片移位，在每環襯砌拼裝結束後及時擰緊連接襯砌的縱、環向螺栓，在該襯砌脱出盾尾後，應再次擰緊縱、環向螺栓。

5) 封頂塊防水密封墊應在拼裝前塗潤滑劑，以減少插入時密封墊間的摩阻力，必要時設置尼龍繩或帆布襯裏，以限制插入時橡膠條的延伸。

6) 在管片拼裝的過程中如果需要調整管片之間的的位置，不能在管片軸向受力時進行調整，以防止損壞防水橡膠條。

8.3管片拼裝質量要求

1）選取管片時要多方面考慮，選取管片時也要本着“勤糾偏、小糾偏”的原則進行，以減小片拼裝時的錯台。

2）確保質量合格、管片類型符合工程師指令的管片才準進洞。

3）嚴格按指定的拼裝工藝進行拼裝。

4）拼裝過程中經尺量管片錯台符合拼裝要求後，再將管片就位。

5）管片安裝前應對管片安裝區進行清理，清除如污泥、污水，保證安裝區及管片相接面的清潔，重點清理管片的環、縱接縫面。

6）嚴禁非管片安裝位置的推進油缸與管片安裝位置的推進油缸同時收縮。

7）管片安裝質量應以滿足設計要求的隧道軸線偏差和有關規範要求的橢圓度及環、縱縫錯台標準進行控制。拼裝時要綜合考慮隧道線路要求和盾尾間隙，合理選擇管片拼裝點位。

第九節 同步注漿、補註漿的漿液類型、配比和注漿工藝及參數

同步注漿（同一環）

1、漿液類型惰性漿液

2、漿液配比砂800kg、粉煤灰240kg、膨潤土64kg、水300kg

3、注漿壓力/MPa0.35～0.4

4、注漿量/m32.8～3.8

5、注漿結束標準達到要求注漿壓力

補註漿（同一環）

1、漿液類型雙液漿

2、漿液配比水泥：水玻璃＝１：１

3、注漿壓力/MPa0.3

4、注漿量/m31.0～2.0

5、注漿結束標準以設定壓力注漿，直到注不進為止

6、注漿次數2

第十節 刀具、刀盤的磨損、損耗特徵、規律

10.1 刀具更換的標準

刀具磨損的標準是：周邊刀磨損量為5～10mm，齒刀磨損量為15～20mm。根據這一標準。在刀具更換的同時，工作人員必須檢查一下螺栓是否完好。

10.2 刀具的損耗特徵、規律

刀具在一般土層下掘進500~700m即達到磨損標準，在砂層或卵石層中掘進100m左右即達到磨損標準。需對土樣進行觀查，若發現添加劑加入正常，而出入較熱，可初步判定刀具有磨損；施工參數異常，推進速度與出土速度不成比例或推進時扭矩較大，也可初步判定刀具有磨損，可開倉對刀盤的刀具進行檢查。

第十一節 長距離推進的換刀

換刀可分為兩種方式：一種是常壓開倉換刀，適用於盾構到達豎井等刀盤前無土壓情況下；一種是加壓開倉換刀，適用於盾構在正常掘進過程中，在前方有一定土壓力的情況下。

刀具更換的程序和方法

進艙前，每次進艙準備10～15把齒刀，還要求準備M36、M34及M32的螺栓若干和SW36的套筒及加力杆。

每次更換時，工作人員先將刀具周圍的泥土清掉，保證有一定的工作空間。由刀盤外側向內逐個檢查刀具的磨損情況，確定需要更換時，用對應標號的刀具進行替換。用套筒及加力杆卸下固定螺栓，將拆下的螺栓及附件放入隨身攜帶的工具袋內，以防丟失。將換下的刀具遞到人閘內，同時將固定螺栓和固定座用水清洗乾淨，並檢查一下是否有裂紋，如有裂紋必須更換新螺栓，以確保新裝刀具有足夠的固定強度。將新的刀具按原來的位置安裝好，並將固定螺栓擰緊。每次帶一批刀具和螺栓進艙，每批刀具換完後，把廢刀具和沒有安裝的新刀放進料閘內。與此同時操作手轉動刀盤。工作人員通過料閘把下一批刀具送入土艙內，再繼續更換下一組刀具。每換完一批後，由值班機械工程師檢查一遍安裝質量，並檢查是否有漏掉的或者沒有固定好的。機械工程師確認無誤後方可繼續作業。更換速度按實際情況定，必須以保證安裝質量為前提。

第十二節 盾構施工進度指標

根據業主提供的工期合理安排施工進度，平均每個月掘進400m。

第十三節 盾構始發至接收的一次最大施工長度及統計分析

盾構由三元橋站始發，施工掘進1100m後發現施工參數異常，於是決定開倉檢查刀具，發現刀具耐磨有較大磨損，需對刀具進行部分更換。當時盾構機地面上方為公園，且地層中含水量不大，採用常壓開倉檢查並更換刀具。此次更換刀具共計40把，其中周邊刀8把，齒刀32把。

第十四節 盾構隧道防水

14.1管片的防水

盾構隧道滲漏水的位置主要在管片的接縫、管片自身小裂縫、注漿孔和螺栓孔等。其中以管片接縫處為防水重點。通常接縫防水的對策是使用密封材料，靠彈性壓密，以接觸面壓應力來止水。

管片防水措施主要有：

（1）管片結構的自防水結構是首選的防水措施，主要方法為管片材料採用防水混凝土。地鐵結構物一般用普通防水混凝土，而盾構隧道襯砌由預製管片拼裝而成，多用外加劑防水混凝土，抗滲可達S12以上。滲水量，包括接縫滲水小於0.1L/m2/d。

（2）管片接縫防水管片接縫防水主要採用彈性密封墊防水。

第十五節 監控量測

北京地鐵機場線工程盾構區間地處東直門-三元橋之間，貫穿三元橋、機場高速路、東直門斜街等城區，沿線工程地質水文條件複雜多變，地表多為危舊民宅和公交車站，道路交通繁忙，地下管線密集且縱橫交錯，沿途還有三元橋、公園、亮馬河等重點建築。在盾構施工過程中必須通過嚴格控制施工技術參數，確保隧道沿線兩側的重要建築物以及民用建築的安全，使盾構順利通過危險源。加強監測周邊環境情況，並分析其盾構機影響範圍和影響程度，對盾構安全掘進是非常重要的。

一、施工監控量測的主要目的是：

盾構的工法有別於傳統的施工方法，根據盾構機的工作環境及其工藝特點，必須瞭解盾構機通過時對其周邊的影響情況。

（1）通過監控量測採集各個施工階段的數據，通過對監測數據的分析及迴歸，隧道環片的動態變化，及時將分析成果化為施工指令，反映到盾構掘進施工中以保障施工過程時時處在安全狀態。

（2）通過對監測數據處理分析結合相關的施工實際情況，得出地面以及隧道成型環片變化的原因，及時採取相應的措施確保地面交通順暢，地面建（構）築物的正常使用，以及保證隧道的限界和質量。

（3）通過實際的測量結果來檢驗理論於實際之間的差異，並把監測結果分析後及時反饋給設計以便修改設計、指導施工。

（4）通過監控量測及時反映出盾構隧道上方沉降槽區域的沉降情況，及時反映到施工中防止地面出現較大沉陷。

（5）通過監控量測瞭解該工程條件下的施工情況，反映出的一些地下施工規律和特點，為今後類似工程或相關工藝的發展提供借鑑、依據和指導作用。

為確保施工期間結構及建築物的穩定和安全，根據設計要求結合隧道通過的地質條件，支護類型，施工方法等特點，本工程的監測項目為：

二、地面沉降監測

對地面監控量測，採用精密水準測量，嚴格按照國家二等水準測量的技術要求，一般我們在監測中採用二等閉合水準路線。在盾構施工中地面的主要監測，盾構掘進過程中引起的地表沉降和地面變形情況。我們在施工開始前兩月，在地表沿隧道線路埋設監測點，監測點的埋設見下圖。在隧道沿線，佈設監測基準點，監測基準點一定要按照監測規範要求執行，在地表沉降區域50米外埋設基準點，這些基準點要與國家水準基點形成水準網，便於對水準基準點進行復核。用精密水準儀進行地面沉降的量測。根據監測結果進行分析，判斷盾構掘進對地表沉降的影響。

監測點佈置原則：監測點佈置在地面隧道上方，監測斷面垂直於線路方向,在中線的兩側18m範圍內佈置測點，由於隧道沿線有的地面有密集的房屋，地表監測斷面無法滿足設計要求的在隧道的上方沿隧道方向每30m佈設一斷面，只能在隧道上方地面的每一衚衕處佈置監測斷面衚衕間距一般70 m-40 m左右，佈置的監測斷面間距最長60m，最短22m，為了保證盾構施工時地面安全，採取加強地面監測，地表沉降情況聯繫地表建築物監測的數據來分析，達到及時掌握地表變化的目的。

圖3.9 橫斷面監測布點圖

埋設方法：用全戰儀以線路沿線地面導線為依據精確定位地面監測點位，用衝擊鑽活水鑽在所需埋設的點位上鑽孔φ５0～100 mm。在孔中放入φ22mm長約500mm的鋼筋，鋼筋頂端為圓面微露地面5mm～10mm，鋼筋周圍用速凝砂漿或膠狀物等填充物填實。

監測頻率：小於盾構機刀尖前20 m後30 m 2次/1天，大於盾構機刀尖後50 m 1次/2天，大於50 m 1次/1周

量測精度：±0.2 mm。

使用儀器： 精密水準儀、銦鋼尺、全站儀。

地面沉降超過警戒值時相應措施：當地表沉降速度過大時，要增加監測頻率，必要時停工檢查原因，及時加強壁後注漿和二次補漿和加固地層的措施保證施工安全。

三、地面建、構築物變形監測

監測方法：主要監測建築物的不均勻沉降、水平位移。用精密水準儀和全站儀進行監測。在施工過程中注意觀測房屋的裂縫情況，根據監控量測採集的數據，進行分析最終的出的結果來判斷建築物的變形和沉降情況，以便修正施工參數，起到指導施工的作用。

測點佈置原則：對距隧道中線20米-30米以內的房屋進行監測，在建築物的承重柱和牆及拐角位置佈置測點，每一棟建築物不少於4點，整個標段共布房屋監測點600個。

監測頻率：小於盾構機刀尖前20米後30米 2次/1天，大於盾構機刀尖後50米 1次/2天，大於50米1次/1周。

量測精度：±0.2mm。

使用儀器：精密水準儀、銦鋼尺，全站儀。

建築物沉降超過警戒值時相應措施：當建築物的變形超過+10mm，-30mm時，加快監測頻率，及時採取改變土倉內土壓和增加註漿量及加固地層等措施，必要時，對既有建築物的基礎採取加固措施，視實際情況制定相關補充方案和措施。

圖3.10 建築物監測測點佈置示意圖

四、盾構隧道收斂和拱頂下沉

監測方法：主要監測盾構隧道的成型環片的收斂和拱頂下沉情況，監測方法是用收斂儀和精密水準儀直接量測。

測點佈置原則：隧道收斂和拱頂下沉測點在同一斷面，沿隧道方向1斷面/10m，隧道收斂和拱頂下沉測點佈置如圖所示。

圖3.11 洞內收斂及拱頂下沉測點佈置圖

監測頻率：當台車尾部與該環片間距小於10米時，1次/天；當台車尾部與該環片間距小於30米時，1次/2天；當台車尾部與該環片間距大於30米時，1次/周。

量測精度：±0.5mm。

使用儀器：收斂儀、精密水準儀、銦鋼尺。

相應對策：當洞內收斂和拱頂下沉過大，需要加大監測頻率，必要時停工檢查原因，採取加設支撐、處理地層的方式保證施工安全。

五、監測數據總體概述與分析

1、地面沉降

本標段地面沉降沒有超限本標段監測沒有超限的監測點，整個標段經過統計地表監測點位平均沉降量在30mm左右，下面是對地表監測斷面在盾構機掘進期間及掘進結束後的監測數據及其圖表分析情況。下圖是隨時間變化第一沉降槽的變化趨勢：

圖3.12第一沉降槽曲線圖

由上圖看到在整體沉降中，在盾構機盾尾處沉降量最大，所以在這個時間段一定要加強監測。

點名5-15-25-35-45-55-65-75-85-95-105-11

沉降量-0.30-0.90-1.30-1.73-2.10-2.30-2.40-1.93-1.3-0.30-0.30

對上表中數據進行分析，畫出曲線圖

垂直於隧道軸線監測點的沉降曲線

從垂直於隧道軸線監測點的沉降曲線圖可以清楚的看到地表沉降明顯是一個沉降槽，隧道正上方沉降量最大，隧道中線兩側慢慢變小。

圖3.13 地面房屋監測點監測成果表隧道周邊建（構）築物沉降數據分析

隧道周邊建（構）築物沉降曲線圖

從上圖中可看到隧道周邊建（構）築物的沉降可以得到控制。根據隧道施工圖3.14 地面房屋監測點監測成果表隧道周邊建（構）築物沉降數據分析

情況，調整掘進參數，在盾構機通過隧道上方或周邊有建築物時，可以有效地控制周邊建（構）築物沉降量在規範之內。

為了更好地研究盾構機掘進時對周邊環境影響範圍，對各個不同地層進行分析監測數據，研究盾構機通過時對周圍環境的影響範圍，盾構機在掘進過程中在縱向和橫向兩個方向都有影響，為了清楚它的影響範圍以及影響程度，必須對監測數據進行分析。對數據的分析分兩種情況：1、分析各測點沉降與盾構機相對位置的變化規律，進而確定盾構施工時的縱向影響範圍；2、採用迴歸分析法分析沉降槽和盾構機相對位置的變化規律，進而確定最大的影響範圍和最大沉降值。

粘土層：

圖3.15 斷面點變化量~時間關係曲線圖

通過以上的各種關係圖可以看出盾構機在掘進過程中地表變化的趨勢為：在粘土層段盾構機在沒有到達前１５m時粘土層段開始微有上升的趨勢，上升的量不大，不超過2mm，在盾構機到達時開始下降直至盾構機過後２０m開始趨於穩定，最大沉降量不超過7mm。

卵石層：

砂礫卵石層，此段盾構機是叩頭掘進，平均覆土厚度為16m，在該地層選取K0+762里程的斷面的監測數據進行分析：

圖3.16 斷面G點時間變化曲線圖

斷面的地表沉降關係圖可以看出盾構機在掘進過程中地表變化的趨勢為：在砂層段盾構機在沒有到達前時沒有上升趨勢，在前20m時有下降的趨勢，直至盾構機過後２０米開始趨於穩定。最大沉降量在16mm 。

盾構掘進時土壓力對盾構機前面土體的影響有着密切的關係，結合各監測斷面的時間曲線圖與上圖中盾構掘進時土壓力進行分析，盾構機掘進時土壓建立的大小與盾構機到達時之前地表的沉降量有一定的規律，從土壓曲線圖可以看出，盾構機掘進時在粘土層裏的平均土壓為2.3bar，在砂層和卵石層中的平均土壓為1.2bar左右，盾構機在粘土層裏掘進的土壓比在卵石層和砂層裏掘進的土壓高出1bar左右，而在盾構機到達之前前面土體有隆起的趨勢但量很小，粘土層段地表隆起的量比卵石層要大，粘土層隆起達2mm，卵石層只有1mm左右，砂層幾乎沒有隆起的這一過程。產生這一現象的主要原因是因為在粘土層密實性好掘進時比卵石層和砂層中土倉裏的水因土壓作用不易散失，能使土壓建立較高，從而對盾構機前面的土體產生推力以至使地表隆起。粘土層的土壓高對前面土體的推力大所以隆起量比卵石層要大。綜上所述，盾構機掘進時平均土壓建立在1bar-2.3bar之間是符合北京地層的。

以上分析都是採用現場採集的數據，它的橫向影響範圍只反應了監測時佈設的寬度，不能反應出在某一時間段實際應該影響的範圍，變化程度也是實際所發生的，只有對這些數據進行迴歸分析才能掌握相關規律。

從曲線圖可以清楚地看到，每一段面的沉降量都不同，與各段的地質等情況有關。最大沉降量的曲線是在隧道正上方處有防空洞，而最小的是在盾構機掘進前對這段地層進行了加固。從曲線圖就能看出盾構施工的整個過程當中，監控量測對盾構機的掘進參數指導作用。通過對監測數據的分析，從以上分析的各種圖表可以得出：（1）盾構施工能有效控制地表沉降，對地表影響較小；（2）盾構施工時隧道中心地表沉降最大往隧道兩側慢慢變小；（3）盾構機在掘進過程中離刀盤前10m左右的地表稍有隆起，在+5mm左右，盾構機盾尾通過後此處地表沉降變化最大，它的變化量佔該點總沉降量的三分之二。

施工監控量測對施工具有重要的是指導意義，監測與施工緊密的結合在一起，監控量測的設計要求與現場施工監測存在較大的差異，所以我們要根據現場施工條件與設計要求相互結合，制定出最佳的監控量測方案，使得監控量測做到“安全監控、設計反饋和指導施工”。

第十六節 運輸組織

16.1 工作流程

圖3.17—— 運輸系統流程圖

運輸系統由地面運輸系統和地下（隧道內）運輸系統組成。地面運輸系統主要包括龍門吊、管片運輸車、渣土車和裝載機。地下運輸系統主要指軌道運輸列車。運輸系統的主要作用是將掘進需要的材料（管片、漿液、型鋼、鋼軌、油脂、泡沫劑等）運到隧道內的掘進現場，並將掘進排出的渣土等運到地面，其運輸流程參見【圖3.17—— 運輸系統流程圖】。

16.2 運輸能力需求

運輸系統是影響盾構掘進速度的重要環節，盾構施工運輸系統由地面運輸系統和地下（隧道）運輸系統組成。地面運輸系統主要包括龍門吊、管片運輸車、渣土車和挖掘機；地下運輸系統主要指軌道運輸列車。運輸系統的主要作用是將掘進需要的材料（管片、漿液、型鋼、鋼軌、油脂、泡沫劑等）運到隧道掘進工作面，並將掘進排出的渣土等運到地面。

本工程使用的管片外徑為6000mm，環寬為1200mm。盾構機刀盤的直徑為6200mm，每環的出土量

V=kπl (D/2)2

K—可鬆性係數,取1.3～1.4；

D—盾構機直徑；

l—管片環寬

代入計算式計算出每環出土量約為47m3 ，在運輸組織設計中，按1.4考慮，出土按50 m3考慮。

隧道內配置3列運輸列車（參見【圖3.18——左線隧道掘進時列車編組示意圖】），第一、二列車由5輛土斗車和1輛牽引機車組成，總長約25m。第三列車由2輛管片車、1輛漿液車和1輛牽引機車組成，總長約16m。

隧道棄渣通過皮帶輸送機裝入渣鬥後，由電瓶車牽引至工作井口，再由地面15T龍門吊提升至地面，卸渣於渣土存放區內，由挖掘機將渣土直接從渣土存放區裝至全封閉運土車上，倒運至棄土場廢棄。

圖3.18——左線隧道掘進時列車編組示意圖

16.3 配置運輸系統能力的檢算

在運輸系統的配置上，必須保證盾構掘進速度。掘進速度按最大12m/天，每天工作24小時計算，即每環的循環時間為144min。

最大運輸能力按本區間隧道運輸距離最遠計算，即以盾構隧道最長距離（此處暫取2560m）計算，隧道為雙線軌道，盾構機內為單線軌道，出土車按兩列車共10節土斗車運完一環的出土量。

每個循環時間檢算如下：

（1）電瓶車的行車速度為10～15km/h，按平均速度12km/h計算，即200m/min。當最大運距為2.2km時需時約11min；

吊一斗渣土需要時間約為5min，一列渣土車共5個鬥，需要30min，同樣另一列車返回時間約為11min；考慮列車編組調車時間9min，故列車一個往返的運行時間約為20min。

（2）管片拼裝和注漿

當掘進完成後即開始進行管片拼裝，管片拼裝時間控制為40min。注漿作業不佔用盾構推進作業循環時間。

（3）掘進（裝渣）作業

盾構機設計最大掘進速度為8cm/min，掘進時間按平均4cm/min，則每環掘進時間為30min，考慮到出土中間要換車出土，所以掘進時間定為40min。

（4）管片吊運和漿液運輸

當盾構機掘進出土時，可以進行管片的吊運工作，從豎井口吊運一環管片到平板車上用時約為20min。

漿液採用溜管放入漿液鬥內，在管片吊放時間內可完成。

第一、二列機車從盾構井處到盾構掘進面裝土後返回到盾構井處所需時間約為：15min+20min=35min；第三列機車在盾構井吊土+吊管片時間約為：30min+20min=50min能夠滿足每一環144min的機車運行需要。

從以上看出，兩列機車能夠滿足雙線最長運輸需要。

綜上，該運輸系統能力為：

（1）以掘進一環用三列車設計，隧道內一條線走漿液車和管片車，一條線走兩列土車。

（2）推進一環時間為40分鐘，管片安裝為40分鐘，電瓶車速度為12km/h，往返行進時間為20分鐘，第一、二列列車上裝有5個土鬥，第三列列車上裝有漿液鬥、管片車，吊土、吊管片的時間為50min。

（3）電瓶車從作業面到井口所用時間均按最大運距2500m考慮。

（4）每環的工作最大循環時間是150分鐘。

16.4 井口及地面運輸系統配置

(1) 移動式龍門吊

現場吊運用一台15t的龍門吊，一台10t的龍門吊，分別負責渣土的吊運、管片的吊運、型鋼、鋼軌、臨時材料、其它材料的吊運等，其主跨度為16m，可同時吊起三塊管片，吊鈎提升速度為13m/min，龍門吊行車速度為30m/min。

(2) 管片運輸車

組織5輛管片運輸車，負責將管片從管片廠運到施工現場，每輛車可運輸2環管片。每天的管片運入量將根據實際進度確定，一般範圍為10～20環/天。

(3) 土方運輸車

組織10輛8～12m3的專用密封土方車，負責將土方從現場的渣土場運到棄土場，在政策允許範圍內，渣土及時外運。當出現特殊情況造成土方積壓時，將採取臨時增加運輸力量或設置臨時渣土堆放場地的辦法緊急搶運，做到不影響隧道掘進。

(4) 渣土挖掘機

在現場配置1台裝載機，負責渣土的歸堆整理及裝車外運。

16.5 地下運輸系統配置

（1）牽引機車

採用蘭州產25T直-交流蓄電池機車，承擔列車牽引動力，機車性能完全能滿足本工程最大33.5‰坡度的需要，時速達12km/h

（2）渣土運輸車

洞內渣土運輸車採用5m3平板運輸車。車斗與車架可以分離。

（3）管片運輸車

採用兩台平板運輸車，每節車可裝載管片3片。

（4）漿液運輸車

採用平板運輸車上置容量3m３帶有卧式攪動葉片的漿液車。

16.6 運輸軌道設計

16.6.1 鋼軌及軌枕

根據配套設備情況選用24kg/m鋼軌，鋼軌間距762mm，軌枕間距1200mm。軌枕採用“H200”型鋼。

16.6.2 扣件設置

本工程軌道連接選用鐵路常用扣件，用普通M24螺栓加防轉墊圈代替螺栓旋道釘。扣件由M24螺栓、螺母、平墊圈、彈簧墊圈、扣板、鐵座、絕緣緩衝墊板、襯墊等零件組成。

16.6.3 道岔設置

本工程共鋪設道岔5副，其中“Y”型道岔2副（放置到盾構機後配套後）， “N”型道岔3副（始發隧道口1個，其它2個根據施工掘進里程再增設），以滿足盾構掘進三列車的交叉施工。

16.6.4 軌道連接

（1）軌枕與管片連接

為了避免軌枕破壞管片，需在軌枕兩端焊接端板才可放置在管片上，軌枕與管片採用面接觸。

（2）鋼軌與軌枕連接

鋼軌與軌枕採用扣板式扣件連接。

（3）後配套車架由於重量較輕、行進速度較慢，其鋼軌與軌枕採用一般連接。

16.7 地下運輸線路佈置

根據盾構機的掘進能力和電瓶車的運輸能力，在隧道內主要鋪設雙線。在始發處洞口設置“N”型道岔，在盾尾後配套處設置“Y”型道岔，在盾構機內部採用單線鋪設。

第十七節 通風

17.1 通風方式

隧道的通風主要採用壓入通風為主，排風為輔。在盾構始發井設置大功率的通風機，將地面的新鮮空氣送入隧道，利用軟風管連接到盾構機的盾尾位置，保證盾構機上有足夠的新鮮空氣，在盾構機的台車尾部設置較小功率的排風機，將盾構機上的熱空氣排走。完成熱空氣交換和補充新鮮空氣的功能。使掘進工人在較好的條件下工作。

盾構法隧道施工，盾構機上的各種動力元件及變壓器、配電櫃等為主要的熱源。此外,潮濕、塵土也是洞內環境較差的主要影響因素。採用機械通風才能有效的降温、降濕、降塵和增氧，改善人、機的工作環境。

17.2 風量的估算

隧道內通風量計算依據，一是根據洞內最多工作人數確定供氧風量；二是根據洞內橫斷面上的最低風速要求計算風量。盾構法施工人員的供氧量完全可以滿足；只有最低風速的要求，隧道斷面上風速取0.3m/s ，工作面的風量按下式計算:

QW = 60·S·V

式中: QW – 工作面所需要的風量, m3/min

S –隧道斷面面積, m2

V - 最低風速 0.12 m/s , 取V = 0.3m/s

則: QW = 60×3.14×2.7×0.3

= 412 m3/min

隧道通風需經過較長距離管道輸送，風管接頭處會產生漏風，漏風係數

K = Qf / QW

式中: K - 漏風係數 , 取K=1.5

Qf – 風機風量 , m3/min

則: 風機供風量應為:

Qf= 1.5×412 = 618 m3/min= 37080 m3/ h

17.3 通風系統的佈置

擬採用直徑為800mm單節長度為20m的PVC塑料軟風管，並在風管外加Φ6的鋼筋環箍，兩節風管之間採用拉鍊加尼龍搭扣進行連接，以降低漏風量和接頭連接的可靠性。由於隧道較長，漏風量將隨着隧道的延長而增加，根據計算及以往施工的經驗，選用2SZ-100A型風機。該風機的參數為：

風量為60000 m3/ h；

風壓：4800Kpa；

噪聲：88分貝。

風機佈置在井內，垂直安裝，用基座固定於井壁上，風機增設降噪設備。取風口及進洞口段採用剛性的玻璃鋼風管，取風口要有防雨措施，當玻璃鋼風管進入隧道後即採用帆布風管。風管在隧道內的固定，在管片縱向連接螺栓上加裝一個3mm厚的鋼片，鋼片與風管的吊掛竿連接（直接掛接或焊接），每一環即1.2m間距，設置一個吊掛點。帆布風管的端頭與伸縮風管連接，完成對盾構機及工作面的供風。隧道每延伸100m安裝一次帆布風管（5節）。

17.4 通訊與監控

通訊主要依靠內部電話網絡，場地辦公室設置內部通話系統，各主要生產部門、各重要位置（如豎井口、出土口、漿液站、調度室、盾構機及其控制室、隧道口等）均設置電話，保證場地內的各主要位置通訊暢通無阻。場地與外界的聯繫利用電信局的有線電話網、移動通訊網和國際互聯網，做到溝通無限。詳見【圖3.19——通訊與監控系統示意圖】。

場地監控主要利用監控室和各位置設置的監控設備來實現。在場地內擬設置攝像頭8支，分別安裝在盾構機螺旋機的出土口、皮帶機的出土口，隧道口、出土井口等位置，監視器10台，除每台盾構機控制室安裝兩台監視器外，其它監視器均安裝在地面的監控室內，由土建工程師統一監控和調度。

圖3.19——通訊與監控系統示意圖

盾構機監控，在盾構機的控制室內，控制掘進的計算機和控制導向的計算機通過專用調制解調器向地面控制室內的監控計算機發送信號，有關數據通過專用數據線傳入地面專用調制解調器並進入地面的監控計算機實現儲存和顯示，將信號傳輸到打印機可實現數據的紙化提取。

第四章 困難地質條件下盾構隧道施工技術總結

第一節 單一中粗砂或以中粗砂為主的地層施工

1.1 盾構穿越中粗砂及卵石層的施工

根據地質勘察報告，本區間盾構隧道距接收井50m處範圍內為上部粉細砂、下部夾卵石圓礫。盾構掘進到此區段時，地表沉降量預計會有所增加，而且盾構掘進過程中會出現刀盤切削扭矩加大，排土困難等現象，是施工過程中的難點之一。

1.2 根據地質勘察報告中土層的物理力學性能參數和隧道埋深、地下水位情況，計算確定此段隧道拱頂土壓力理論值為0.1MPa，在盾構掘進過程中以該值和盾構機土倉內土壓力傳感器讀數為依據控制盾構掘進時的土倉壓力在0.12MPa～0.15MPa之間，同時嚴格控制每環出土量在50m3以內，避免超挖。

1.3 調整壁後注漿配比，使漿液的凝結時間和強度適應砂層施工的要求；根據拱頂水土壓力調整注漿工藝參數，將掘進過程中盾構機上部注漿壓力控制在0.25MPa～0.3MPa之間，下部注漿壓力控制在0.3MPa～0.35 MPa之間，同時嚴格控制每環控制注漿量在3.5m3～5.0m3之間，確保管片與地層之間的空隙被完全充填。結合地表沉降監測，必要時採取二次補漿措施。

1.4 提高泡沫的膨脹率，產生較大的泡沫，阻擋過多的地層中的水進入土倉。加大泡沫注入率，改善刀盤切削條件，減小刀盤切削扭矩和刀具磨損，必要時輔以膨潤土漿液，增加土倉中土的粘粒含量，提高土的可排性，降低土的透水性。

1.5 加強地面沉降觀測和信息反饋，及時調整優化盾構掘進工藝參數，把沉降控制在允許範圍之內。

1.6 停機時保證建立土倉壓力，同時採取注入膨潤土漿液等必要措施，維持土倉內土壓力。

第五章 盾構隧道近接穿越施工技術總結

第一節 近接穿越既有建（構）築物

1.1穿越既有建（構）築物工況

北京市軌道交通首都機場線03標段工程包括東直門～三元橋區間左線盾構隧道起於三元橋車站西側站端，向西穿越三元橋後，進入東外斜街，下穿亮馬河橋，到達察慈小區住宅樓西南側的盾構接收井。左線隧道採用盾構法施工；區間聯絡通道及風道採用暗挖法施工，風井採用明挖法施工。盾構計劃從三元橋車站西端始發，從察慈小區住宅樓西南側的盾構接收井出洞。

設計線路距接收井665.136m區段範圍內為民房區，此區段上方有大量民房（從K0+460—K1+151進入民房區段），房屋普遍建成時間為60~70年代，沿線也存在一些臨時建房，在盾構接收井附近過二級風險源察慈小區住宅樓。在右線盾構先行通過後再進行穿越施工難度較大。

1.2 近接穿越工作程序

前期地質雷達探測——盾構正常掘進——管片拼裝——同步注漿——二次注漿及深孔注漿——地表沉降監測

1.3既有建（構）築物加固及地層預加固措施及效果

對既有建（構）築物加固及地層預加固採用二次注漿及深孔注漿的方式。盾構同步注漿後，由於漿液的脱水，漿液體積收縮會加劇地表的後期沉降量，又由於盾構推力，襯砌和土層間會相互分離，二次注漿能有效地進一步充實背襯和提高止水能力。在盾構常規段以盾尾同步注漿即可滿足沉降控制的要求，為保證沉降控制效果，在穿越民房段採用對已完成結構外側二次補註漿進行加強補漿，控制地面的後期沉降。

二次補註漿安排在當前拼裝管片後數第8環管片處開始，對每環管片的16號位起吊孔內裝入單向逆止閥並鑿穿管片外側保護層進行注漿，注漿壓力控制在0.3~0.4MPa，注漿漿液為1：1水泥-水玻璃雙液漿。參照本工程在穿越三元橋的施工經驗每環注漿量在3m3~7m3，地面沉降在6mm左右。

如果二次補註漿不能夠較好的控制地表沉降，則採用深孔注漿的方法。方法為：在16號位管片位置打設5m長花管，注水泥水玻璃雙液漿，注漿壓力控制在0.4MPa。

1.4 同步注漿、補註漿的漿液類型、配比和注漿工藝及參數

同步注漿漿液類型為水泥-水玻璃雙液漿，漿液配比為水泥：水玻璃雙液漿=1：1，在盾尾對管片進行同步注漿，注漿壓力為0.35~0.40MPa。

補註漿包括二次注漿和深管注漿。二次補註漿安排在當前拼裝管片後數第8環管片處開始，對每環管片的16號位起吊孔內裝入單向逆止閥並鑿穿管片外側保護層進行注漿，注漿壓力控制在0.3~0.4MPa，注漿漿液為1：1水泥-水玻璃雙液漿。

如果二次補註漿不能夠較好的控制地表沉降，則採用深孔注漿的方法。方法為：在16號位管片位置打設5m長花管，注水泥水玻璃雙液漿，注漿壓力控制在0.4MPa。

第二節 近接穿越橋樁

2.1近接關係描述

本工程在樁號K2+650~ K2+700線路下穿三元橋。三元橋是機場高速、京順路連接三環路的節點立交，各個方向的車流在這裏交匯，交通繁忙。

盾構隧道和三元橋基礎的關係詳見下圖。

圖5.1 盾構隧道和三元橋基礎位置關係剖面圖

2.2 橋樁施工影響控制標準

左、右線施工前後，對橋樁不均勻累計沉降要不大於5mm

2.3 盾構實際推進參數及推薦的合理推進參數

施工過程中要全速前進，沒有特殊情況不得停機，每環的同步注漿壓力及方量必須滿足要求，壓力不滿足要求不能進行下一步施工。

建立較高的土倉壓力，同時控制進土與出土的方量關係。

2.4 同步注漿、補註漿的漿液類型、配比和注漿工藝及參數

1）、盾尾同步注漿

在施工過程中對注漿應加強管理，注漿操作是盾構施工中的一個關鍵工序。為防止土體擠入盾尾空隙，必需嚴格按照“確保注漿壓力，兼顧注漿量”的雙重保障原則，對注漿量一定要確保在理論計算值的130～200%，並且在實際平均注漿量的合理範圍內波動。注漿操作必需有專人完成，在每環掘進完成後必需對注漿量進行記錄，當發現注漿量變化較大時，應認真分析其原因，通過加大注漿壓力等方法補註，當補註不能進行時必需及時進行二次（三次）補漿。此區域盾構施工採用四點注漿，來控制成型隧道的質量。注漿壓力調為3.5bar-4bar，注漿時一定要確保注漿壓力，直到地層注滿為止。在每環管片拼裝結束後，必須進行補漿，在盾尾壓力達到設定壓力後並維持相對穩定後，方可進行下一環的施工。且為縮短漿液凝結時間將漿液改為水泥砂漿，配比為將原配比中的粉煤灰更換為水泥。根據掌握的反饋信息及時調整漿液的配比，使漿液的配比更科學、更合理。為保證漿液的質量，要對製備漿液的原材料進行嚴格控制，要定期測定漿液的坍落度、粘性、離析率、凝結時間、抗壓強度等。

2）、嚴格控制二次注漿，做好洞內加固

在盾構常規段以盾尾同步注漿即可滿足沉降控制的要求，為保證沉降控制效果，在穿越三元橋段採用對已完成結構外側二次補註漿進行加強補漿，控制地面的後期沉降。

二次補註漿安排在當前拼裝管片後數第8環管片處開始，對每環管片的16號位預留注漿孔安裝注漿塞進行注漿，注漿壓力控制在0.3~0.4MPa，注漿漿液為水泥-水玻璃雙液漿。

3）、三次補註漿加固

盾構施工進入橋區後，管片拼裝採用“16位—2位—16位—2位”的拼裝方式。若二次補漿不能滿足要求，採取三次注漿處理，注漿位置為靠近橋樁的管片2號位，注漿漿液為水泥-水玻璃雙液漿。通過管片預留注漿孔用洛陽鏟將管片壁後的土體掏挖10m長的孔洞，打入10m長的花管後用水泥漿封堵預留孔周圍間隙，再進行補註漿，補註漿的壓力控制在0.5~0.6MPa。

第七章 盾構隧道聯絡通道施工

第一節 聯絡通道的佈置形式

1.1聯絡通道結構形式

聯絡通道採用複合式襯砌，拱頂直牆式結構，聯絡通道初襯厚度為250mm，二襯厚度為300mm（仰拱厚350mm）。在初襯和二襯之間設置柔性外包防水層。

初期支護採用C20早強噴射混凝土，二襯襯砌採用C30鋼筋混凝土，抗滲等級S10，細石混凝土保護層採用C15素混凝土。

第二節 聯絡通道處盾構隧道的管片類型

聯絡通道處盾構隧道的管片類型為兩環混凝土管片，拼裝方式採用通縫拼裝，拼裝位置為適合通道開洞口位置。

第三節 開口施工方法及工藝

破除（切割）聯絡通道口的混凝土管片前，在通道口處的隧道內架設臨時剛性支撐，防止通道位置附近的管片由於管片拆除發生過大變形。加固範圍為盾構區間聯絡通道開口處及相臨左右各10環管片，在加固範圍內每環管片均設20#H型鋼加固環，每塊混凝土管片通過安裝在提升孔處的鋼旋塞與加固鋼環焊接連接，加固鋼環間用20#H型鋼拉結，環內設20#H型鋼輻條，加固鋼環與混凝土管片間用鋼板背緊，每塊管片背緊點不少於2處。加固環與拉桿及輻條的連接採用螺栓連接。洞門加固前須先將加固範圍內的管片連接螺栓全部復緊。待支撐安裝完畢後，利用切割機破除通道洞門處管片。管片正式切割前按照設計提供的方位、尺寸要求，在被切割牆體上準確放線定位。具體施作採用碟式切割方法進行切割，為不損傷無需切割牆體，在每道切割段始端和終端先鑽孔，再切割，並確保廢棄管片的吊運安全施工。

第四節 接合部防水施工方法及工藝

4.1盾構隧道與聯絡通道結構接合部防水

盾構隧道與聯絡通道結構銜接處後澆防水混凝土環樑採用補償收縮合成纖維防水混凝土或鋼纖維防水混凝土澆注，其混凝土強度等級應比聯絡通道混凝土高一級。它與現澆鋼筋混凝土內襯牆、盾構管片的接縫處各設置兩道預水膨脹嵌縫膠；並在兩道嵌縫膠之間預埋注漿管，注漿管在拱部及兩側拱腰處經由注漿導管引出。

第五節 聯絡通道施工方法及工藝

5.1聯絡通道施工工藝流程

聯絡通道洞門管片支撐→注漿加固土體→鑿除通道開口處混凝土管片→洞門補漿→超前支護→土方分台階開挖→安裝鋼格柵、掛鋼筋網片並噴射混凝土→防水層鋪設→綁紮底板鋼筋→澆注底板混凝土→綁紮拱牆鋼筋→安裝二襯模板→澆注拱牆混凝土→拆摸並養護→其它設施安裝。

5.2施工方法

5.2.1洞門鑿除施工

1、洞門土體加固

採用洞內雙液注漿加固聯絡通道洞門上下各3m、長10m範圍土體。注漿施工主要分兩部分進行：首先通過盾構隧道開口段兩環及左右各三環鋼筋混凝土管片的吊裝孔插管注漿加固，其次在開洞門的混凝土區域鑽孔注漿，最後待洞門部位管片拆除後，對其他區域進行補充注漿施工。

圖5-2 聯絡通道注漿加固平面示意圖

圖5-3 聯絡通道開口處注漿加固平、斷面示意圖

圖5-4 聯絡通道洞門補充注漿示意圖

2、洞門鑿除施工

破除（切割）聯絡通道口的混凝土管片前，在通道口處的隧道內架設臨時剛性支撐，防止通道位置附近的管片由於管片拆除發生過大變形。加固範圍為盾構區間聯絡通道開口處及相臨左右各10環管片，待支撐安裝完畢後，利用切割機破除通道洞門處管片。管片正式切割前按照設計提供的方位、尺寸要求，在被切割牆體上準確放線定位。具體施作採用碟式切割方法進行切割，為不損傷無需切割牆體，在每道切割段始端和終端先鑽孔，再切割，並確保廢棄管片的吊運安全施工，參見圖5-5。

圖5-5聯絡通道管片切割示意圖

3、馬頭門施工

為了保證施工安全，把管片分為上下分為兩部分進行破除，先進行上半部分施工。打開管片後，如圖5-6所示在拱部的開挖輪廓線上方進行超前小導管支護體系施工，超前小導管長度2.5m，環向間距300mm佈置。小導管注1：1水泥水玻璃雙液漿。待加固體強度形成後進行上台階的開挖，直接安裝第三榀鋼格柵形成支護結構，待上台階完成5米後進行下半部分的管片破除與下台階的開挖。待洞體貫通後，在第三榀格柵處向管片上方打設長度2.5m，環向間距300mm佈置的超前小導管，小導管注1：1水泥水玻璃雙液漿，再破除噴射砼，按照圖紙進行反挖完成第一、二榀格柵的施工。

圖5-6 馬頭門超前小導管施工示意圖

4. 2. 2超前支護施工

聯絡通道土方開挖前，採用超前小導管注漿加固土體。小導管採用DN32的鋼管加工，每根長度為2.5m，在導管中段以梅花形均布小孔/前端加工成錐形。小導管沿拱頂環向佈置，間距30cm，外插角為 5°~10°，沿隧道縱向每兩榀格柵打設一道小導管，導管必須穿過前榀鋼拱架中腹。小導管施工前噴射混凝土將工作面封閉，沿開挖輪廓線測放出小導管鑽設位置。小導管使用小鑽機鑽孔施工，其孔深略大於導管長度。注漿前用壓縮空氣將管內積物吹淨，孔口採取暫時封堵措施。注漿時，將鋼管尾部及孔口周邊空隙封堵，鋼管尾部使用止漿塞，孔周邊用快凝水泥進行封堵。採用水泥、水玻璃漿液漿進行注漿加固，漿液在現場配製，配製的漿液應與注漿速度相應，漿液必須在規定時間內用完，禁止任意延長停放時間。注漿時應注意檢查各連接管件的連接狀態，對注漿速度應嚴格控制，注漿壓力經試驗確定，一般為0.3～0.5MPa。注漿後2小時方可進行土方開挖。

CT4聯絡通道上方為交通量非常大的機場高速路，為保證路面安全減少地表沉降，在本段聯絡通道進行施工時採用雙層小導管，第二層小導管打設角度為30°~ 45°。

4. 2.3土方開挖

1、聯絡通道土方開挖

土方開挖採用留核心土上下台階法施工，施工時，先開挖拱部土方，開挖完成後立即進行拱部支護（安裝鋼格柵、噴射混凝土），並施作鎖腳錨管，然後開挖核心土體，並進行下導洞的初期支護，初期支護封閉，上下台階間距保持3.0m。開挖採用探挖的方法，即採用5m洛陽鏟向前探挖，以瞭解前方土及地下水情況，待旁站人員確認安全不需要處理後進行開挖作業。開挖3m後，再進行地層的探挖。

開挖時以激光點控制開挖尺寸，嚴禁欠挖，並隨時注意土體變化，做到“快開挖、快封閉”。

拱部開挖後儘早封閉，儘量減少頂部土方懸空時間，施工過程中密切注意掌子面土層情況，在地層變化處需對掌子面地層性狀做描述，並作好記錄。聯絡通道斷面縱向施工步驟圖參見圖5-7。

圖5-7聯絡通道斷面縱向施工步驟圖

4. 2. 5防水施工

聯絡通道的防水採用1.5mm厚EVA塑料防水板進行防水全包處理，在防水層內表面設置注漿系統，塑料防水板緩衝層材料採用400g/m2的無紡布。防水敷設前先對基面進行修整處理，然後鋪設無紡布和EVA防水板，防水敷設後，在防水層表面鋪設無紡布作為保護層，防水層採用無釘鋪設雙焊縫施工工藝。結構二襯施工前，在拱頂部位預埋注漿管，結構施工完畢後對拱頂部位進行二次注漿處理，將拱頂部位二襯與防水板之間的空隙填充密實。

4. 6二襯施工

隧道二次襯砌為鋼筋混凝土結構，混凝土標號為C30，防水等級S10。

通道二襯混凝土澆注分三步進行，先澆注底板混凝土，再支立模板支撐體系澆注邊牆混凝土，最後澆注拱部混凝土。縱向以8m為一段進行施工。

1、工藝流程

A、綁紮底板鋼筋→澆注底板混凝土→綁紮邊牆與拱部鋼筋→架設模板支撐體系→封堵頭模板→澆注邊牆與拱部混凝土→拆模並養護。

圖5-8 隧道二次襯砌施工工藝流程

B、綁紮底拱鋼筋→澆注底板混凝土→綁紮邊牆鋼筋→架設模板支撐體系→封堵頭模板→澆注邊牆混凝土→分段拆除下部臨時橫撐綁紮邊牆鋼筋→澆注邊牆。

2、施工方法

（1）底板混凝土施工

1）底板混凝土澆注前在兩側邊牆上設置底板標高控制線，並在底板中部鋼筋上焊接直立短鋼筋，其上設置底板標高控制點。

2）與區間管片相接處設置變形縫，在底板混凝土澆注前將止水帶固定好。

3）混凝土澆注使用混凝土地泵泵送，插入式振搗棒振搗密實。混凝土振搗時要防止破壞防水層。

4）混凝土表面使用刮槓掛平，再用木抹子趕漿，最後用鐵抹子壓光。

5）在底板混凝土初凝前插入一些短鋼筋，用以固定邊牆與拱部模板支撐體系。

（2）邊牆與拱部施工

1）模板及支撐體系

A．邊牆與拱部模板採用鋼模板拼裝，採用組合式鋼管拱架、600×600碗扣式腳手架及φ48鋼管配合可調支撐作為縱橫向和斜向支撐，形成二襯模板支撐體系。

B．先安裝鋼管拱架，拱架間使用φ48鋼管連接，拱架加工時在拱腳與邊牆節點處採用鉸接方式。再架設碗扣式支架，在邊牆處橫向設置φ48鋼管與可調支撐，在拱部碗扣支架立杆頂部設置可調支撐，並設置φ48鋼管和可調支撐作為斜撐，可調支撐與鋼管拱架間橫向設置5×10cm方木。

C．鋼管拱架與支架架設完成後，進行模板拼裝。模板採用定型鋼模板，模板與鋼管拱架間使用卡具與彎鈎螺栓連接固定。每個施工段拱頂部設置一個混凝土泵送口，每兩個泵送口間設置一根φ32鋼管，鋼管上端貼近防水層，作為混凝土澆注時的排氣口和二襯背後注漿口；邊牆每側每隔2m設置一個混凝土泵送口。最後安裝端頭模板。

D．模板拼裝完成後，調節邊牆與拱部的可調支撐，使模板內邊線與通道二襯輪廓線一致，同時拱頂模板要預留20mm的沉落量。

E．模板與支撐體系組裝完成後要檢查驗收，包括支架的穩定性、模板的密封性、通道中心線及輪廓線。

圖5-9 橫通道二襯支模示意圖

（3）混凝土澆注

聯絡通道採用C30模築混凝土澆注。混凝土採用預拌混凝土，二次倒運到達工作面，人工入模澆搗混凝土。混凝土澆注時邊牆部分從兩側澆注口灌入，要對稱澆注，每次澆注的高度為50~60cm；拱頂部混凝土由頂部澆注口灌入。混凝土澆注過程中要隨時檢查支撐體系的穩定及模板的變形情況，發現問題及時處理。

（4）拆摸及養護

二襯摸板拆摸時混凝土強度不得小於設計強度的80%，因此拆摸時間由同條件養護試塊的強度確定。拆摸後要噴水養護時間不少於7d。

（5）二襯背後注漿

二襯拆模後，混凝土強度達到設計要求後，進行背後注漿來充填二襯與防水層間的孔隙，增強混凝土的密實度，提高防水質量。利用預埋的注漿管注入水泥漿，水灰比為0.6~1.25，同時為減少水泥漿泌水，在水泥漿中摻入減水劑。注漿壓力不要過高，只要克服注漿管阻力和二襯與防水層間空氣阻力即可，注漿壓力控制在0.3Mpa，壓力超過0.5MPa時停止注漿。

第八章 盾構隧道工程經濟分析

第一節 成本影響因素及分析

1、地質條件：地質條件直接影響施工掘進速度、刀具的磨損及更換頻率、密封艙添加材料、壁後注漿量； 2、地表建築物：建築物的重要程度、基礎及結構的完好程度、地下管線自身的完好度等因素。

第二節 地面配套設備費用

1、龍門吊進、出場及基礎：20萬元/台;

2、漿液站進、出場及基礎：16萬元/座;

3、積土坑製作：15萬元；

4、盾構井臨時設施：30萬元。

第三節 盾構始發井、接收井單位造價

始發井及接收井單位造價均為200萬元。

第四節 標準區間隧道單位造價

盾構隧道單位工程實際造價

1、支座及反力架約25萬元

2、出洞地層加固約30萬元

3、接收段地層加固約30萬元

4、掘進（元/環）約1.2萬元

5、管片（元/環）（含施工費用）約1.2萬元

6、止水條（含施工費用）約700元/環

7、盾構密封油脂（含施工費用）約500元/環

8、背後注漿（含施工費用）約1100元/米

9、密封艙添加材料約1300元/米

第五節 各種近接穿越施工的措施費用

1、穿越道路：40萬元/條；

2、橋樑：50萬元/座。

第六節 盾構轉場費用

盾構進出施工場地費用約為120萬元。