1、北京地鐵盾構(gòu)隧道設(shè)計施工要 點北京城建設(shè)計研究總院楊秀仁摘要：北京地鐵五號線首次在北京地區(qū)采用盾構(gòu)法修建地鐵隧道,盾構(gòu)試驗段工程已經(jīng)取得成功.鑒于盾構(gòu)隧道設(shè)計和施工在很大程度上依賴于地質(zhì)條件,而北京與上海和廣州的地質(zhì)條件差異較大,因此,通過盾構(gòu)試驗段工程對設(shè)計和施工進行了系統(tǒng)的研究.一、工程背景及盾構(gòu)隧道根本情況1、 地鐵五號線概況北京地鐵五號線南起豐臺區(qū)的宋家莊,北至昌平區(qū)的太平莊.線 路全長27.6Km,在四環(huán)路南北分別采用了地下和地面、高架線路型式,南段 的地下線長16.9km,北部的地面和高架線 10.7kmo全線共設(shè)22座車站,其中地下站16座,高架和地面站 6座.圖1為地鐵五號線工

2、程線路示意圖 1北京世法五號線工程線諄示意圖圖1北京地鐵五號線工程線路示意圖在地鐵五號線工程地下線路段,局部線路受環(huán)境條件限制,隧道根本在現(xiàn)狀低矮破舊的建筑物下通過,對地面沉降的要求較高, 加上工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件復(fù)雜,地面無降水條件,因此采用盾構(gòu)法施工.采用盾構(gòu)法施 工的區(qū)段為宋家莊劉家窯地段、東單和平里北街地段.2、 盾構(gòu)試驗段概況由于北京以往沒有采用盾構(gòu)法施工地鐵隧道的工程經(jīng)驗,且本地區(qū)的地質(zhì)條件與國內(nèi)其他采用過盾構(gòu)法施工的城市有比擬大的區(qū)別,為了保證地鐵五號線正式施工能夠順利進行,首先選擇正線典型的地段開展試驗段施工,以摸索和掌握北京地區(qū)特有條件下的盾構(gòu)隧道設(shè)計、施工技術(shù).盾構(gòu)試驗段

3、選在北新橋站雍和宮站區(qū)間線路的左線西側(cè),試驗段隧道長度約688mo試驗段線路平面見圖 2,由圖上可以看由,試驗段隧道根本在現(xiàn)狀建筑 物下方穿過.圖2盾構(gòu)試驗段線路平面圖3、 試驗段工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件(1) 工程地質(zhì)條件沿線隧道通過的地層均為第四紀(jì)沖洪積地層,除表層的填土外,主要有粘土、粉土、砂及卵石等地層,其中卵石的最大粒徑為250mm圖3為試驗段地質(zhì)縱斷面圖.圖g試驗段堆質(zhì)縱斷面圖*J(2) 水文地質(zhì)條件根據(jù)工程勘察報告,地層中賦存有上層滯水、潛水和承壓水.上層滯水：水位埋深在 5.07.0m之間.潛水：水位埋深在14.0m左右.潛水具有弱承壓性,水位高由含水層頂板為0.52.8m.承壓

4、水：含水層的頂板埋深為21.025.0m,水頭高由含水層頂板為1.03.0m.4、 試驗段盾構(gòu)隧道有關(guān)設(shè)計參數(shù)（1） 隧道直徑：盾構(gòu)區(qū)間隧道采用圓形結(jié)構(gòu),隧道管片設(shè)計內(nèi)凈空5400mm 其中考慮了隧道施工誤差、測量誤差及隧道變形等因素周邊 預(yù)留100mmi勺裕量保證限界直徑 5200mm0勺要求,管片厚度為 300mm隧道 管片襯砌外徑為 6000mm（2） 管片的型式及構(gòu)造見圖4:管片環(huán)寬1200mm環(huán)向分6塊,即3塊標(biāo)準(zhǔn)塊中央角 67.5° , 2塊鄰接塊中央角 67.5° , 一塊 封頂塊中央角22.5 o管片之間采用彎螺栓連接螺栓直徑24mm ,環(huán)向有縱縫6個,每接

5、縫有環(huán)向螺栓 2個；縱向端面共設(shè)縱向螺栓 16個封頂 塊1個,其它管片端面3個.（3） 管片環(huán)與環(huán)之間采用錯縫拼裝方式.管片端面采用平面式,僅在設(shè)置防水膠條處留有溝槽.（4） 管片有3種類型,即標(biāo)準(zhǔn)環(huán)、左轉(zhuǎn)環(huán)和右轉(zhuǎn)環(huán).盾構(gòu)試驗段工程的主要研究內(nèi)容盾構(gòu)隧道的設(shè)計與施工在很大程度上依賴于地質(zhì)條件,我國的上海和廣州已經(jīng)采用盾構(gòu)法成功實施了不少工程,也作過不少研究,但這兩地區(qū)的地質(zhì)條件與北京差異較大.上海地區(qū)的地層為淤泥質(zhì)地層,非常松軟,自穩(wěn) 水平差,側(cè)壓力比擬大且分布均勻； 廣州地區(qū)的地層除在淺表有一層比擬薄的 土層外,根本為強風(fēng)化中風(fēng)化微風(fēng)化巖層,圍巖的強度模量高,自穩(wěn)水平 好,而河網(wǎng)發(fā)育,地下水

6、充分,時有構(gòu)造斷裂由現(xiàn)在工程線路上；而北京地區(qū) 表層從080m范圍根本為第四紀(jì)沖洪積地層,既有表層的松散回填土層,又 有從粘土粉土各種粒徑的砂層礫石層卵石層等各層交替組合形成的 地層,從性質(zhì)上與上海地區(qū)截然不同,而與廣州地區(qū)的地層也有較大的區(qū)別.試驗段工程從設(shè)計、管片生產(chǎn)和施工等方面進行了系統(tǒng)的研究,主要開展的研究工程有：1 .盾構(gòu)隧道管片地層的相互作用和管片接頭剛度研究通過室內(nèi)模型試驗、管片接頭試驗、管片抗彎試驗和現(xiàn)場大量的 實驗測試,并結(jié)合理論分析,探索北京特有地層條件下的盾構(gòu)隧道管片與地層 的相互作用形式及規(guī)律. 提由北京特有地層條件下, 盾構(gòu)隧道周圍地層荷載的 分布、變化規(guī)律和取值方法

7、.基于研究成果提由的土壓分布規(guī)律,對管片設(shè)計 進行優(yōu)化；2 .管片生產(chǎn)技術(shù)的研究為保證混凝土管片的質(zhì)量,對高性能混凝土配合比、混凝土構(gòu)件 自動蒸養(yǎng)系統(tǒng)、盾構(gòu)管片生產(chǎn)工藝及試驗設(shè)施、施工機具等進行研究,并編制 了管片生產(chǎn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)制混凝土盾構(gòu)管片操作質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).3 .盾構(gòu)施工技術(shù)的研究在試驗段施工過程中,對盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)、開挖面穩(wěn)定舉措、管片 拼裝技術(shù)、地表沉降限制技術(shù)、壁后注漿技術(shù)、盾構(gòu)施工監(jiān)測技術(shù)和盾構(gòu)施工測量技術(shù)等進行研究.三、北京特有地層條件下盾構(gòu)工法隧道襯砌設(shè)計與施工通過開展上述各項研究,初步掌握了北京特有地層條件下盾構(gòu)工 法隧道襯砌設(shè)計和施工技術(shù).1、 管片接頭研究管片接頭作用力的大小

8、,將直接影響到整環(huán)隧道的受力,一般情 況下螺栓的作用越強,隧道的內(nèi)力就越大,另外,螺栓對隧道的變形有一定的 限制作用.我們從兩個方面研究了采用彎螺栓連接的管片接頭.(1)現(xiàn)場測試研究我們在試驗段隧道埋設(shè)了螺栓應(yīng)力計,以測試管片拼裝后到推由 盾尾一段時間螺栓的受力行為和螺栓應(yīng)力值,每組測試斷面由兩環(huán)管片組成, 相互驗證.試驗段只進行了環(huán)向螺栓應(yīng)力測試,螺栓應(yīng)力隨時間變化規(guī)律見圖 5、圖6所示,其應(yīng)力變化過程主要有初始階段、推進階段、應(yīng)力維持階段和 應(yīng)力上升階段等.1 5環(huán)向理檢應(yīng)力一時間曲統(tǒng)1初始安裝段放大】“120.00-1Q(LM30.00&0.00-20.000月巧日 115 0

9、1325 0 2月18目 4月4日 3月絹日 T月13日時間-iO.Ofr圖E環(huán)向螺椎應(yīng)力一時間曲線澳l初始階段對螺栓首先進行標(biāo)定,然后插入到螺栓孔中,在螺栓上緊以前, 其應(yīng)力維持在較低的水平.螺栓擰緊分兩次實現(xiàn),第一次先進行預(yù)緊,施加總 緊固力的20%30%,第二次緊固到位,從圖上可以明顯看由其過程,擰緊 螺栓后,當(dāng)管片尚位于盾尾內(nèi)部時,螺栓應(yīng)力一直維持在緊固應(yīng)力的水平.l推進階段隨著盾構(gòu)機的推進,襯砌管片被推由盾尾,在此過程中,螺栓的 應(yīng)力均勻下降,其下降幅度很大,有些部位甚至螺栓應(yīng)力接近0,這一過程顯示由螺栓的暫時“失效現(xiàn)象.初步分析其主要原因是：隨著盾構(gòu)管片推由盾尾,具有一定壓力 的同

10、步注漿漿液逐步充滿管片襯砌周圍,產(chǎn)生徑向的壓力,使各管片之間的橡膠止水帶被進一步擠密,導(dǎo)致螺栓松弛.l應(yīng)力維持階段盾構(gòu)推由盾尾,螺栓應(yīng)力松馳后,在一定時間范圍內(nèi),螺栓繼續(xù)維持低應(yīng)力水平,量值增加不大.一般情況下這一階段可持續(xù) 810個小時左 右,與漿液的凝固時間根本一致.初步分析其主要原因是：盾尾注漿漿液凝固并到達強度以前,對 隧道襯砌的作用仍根本類似液體作用方式,管片內(nèi)力以軸力為主, 與上一階段相似.l應(yīng)力上升階段應(yīng)力維持階段后,隨時間的推移,螺栓的應(yīng)力呈線性上升,直到 維持與初期緊固應(yīng)力相當(dāng)?shù)乃?應(yīng)力上升階段的時間一般持續(xù)30天左右.初步分析其主要原因是：隨著注漿漿液硬化,管片與地層間形

11、成 了硬性接觸,地層的變形直接作用在管片上,又由于各方向地層荷載的不同, 破壞了原來一直保持的周邊均勻作用,使管片接頭發(fā)生轉(zhuǎn)角,螺栓受拉.這種 地層變形到達一定的程度后, 地層與隧道襯砌間又形成了一個相對平衡的受力 體,并維持穩(wěn)定.根據(jù)以上各階段的情況,可以初步歸納以下幾個結(jié)論：a, 在盾尾拼裝階段,螺栓的主要作用是將預(yù)制管片連接起來,保證推由盾尾前襯砌環(huán)的穩(wěn)定,并保持襯砌環(huán)的形狀;b, 盾尾注漿漿液的凝固時間決定了盾構(gòu)隧道與地層作用(直接作用)的早晚,地鐵五號線盾構(gòu)試驗段隧道的這一時間為810小時.在有條件的情況下,應(yīng)盡量縮短漿液的凝固時間；c, 由于北京地層具備比擬好的自穩(wěn)水平,對圓形盾構(gòu)

12、隧道而言,隧道與地層相互作用到達穩(wěn)定的時間比擬長,約為30天；d, 隧道與地層的受力平衡作用要靠隧道襯砌的變形來形成,一般情況下螺栓應(yīng)力上升階段的時間比擬長,建議施工期間在管片推由盾尾后2天左右對螺栓進行二次緊固,這樣可以相對提早使隧道與地層間形成受力平衡關(guān)系；e, 地鐵五號線盾構(gòu)試驗段螺栓的初始緊固應(yīng)力為50100MPa左右O(2)管片接頭剛度試驗研究根據(jù)對不同接頭剛度的管片環(huán)的力學(xué)分析,接頭剛度大小對管片 的受力有較大影響,而管片接頭剛度由于接觸面受力和變形的復(fù)雜性,僅靠理論分析無法準(zhǔn)確給曲.因此我們開展了管片接頭剛度室內(nèi)試驗研究,采用原型管片進行測試.試驗主要想到達以下幾個目的：a.研究

13、管片環(huán)向接頭彎曲變形特性；b.研究管片環(huán)向接頭的剛度；c.研究彎曲過程中接頭聯(lián)接螺栓的受力和變形規(guī)律；d.研究彎曲過程中接頭附近的鋼筋與混凝土的變形和破壞規(guī)律.試驗采用的管片型式與加載方式見圖3 口口圖7試驗采用的管片型式與試驗加載方式示意圖注：橫向力考慮從內(nèi)側(cè)和外側(cè)分別加載兩種方式為了能夠模擬管片接頭的實際受力狀態(tài),分別考慮從頂部施加不同量值軸力和從側(cè)向施加側(cè)力.軸力值范圍由25t175t ,側(cè)力值由0開始 直加載至構(gòu)件破壞.試驗所得“卜6關(guān)系曲線見圖8、圖9.接頭的破環(huán)方式根本為管片邊緣外皮的呈層剝落圖8水平推力向內(nèi)時管片接頭處相對轉(zhuǎn)角與彎矩關(guān)系曲線 仔由包里力為751正彎矩加載"

14、;sg噴醉吞理-. 002 0&0B0彎矩期(超8限解災(zāi)皿*0.008.006a. 0040.002-20圖9水平推力向外時管片接頭處相對轉(zhuǎn)中與彎矩關(guān)不曲蛙 軸回匡力為瓦匕負(fù)彎矩加載"試驗根本結(jié)論：l 通過試驗發(fā)現(xiàn),在一定的軸力作用下, 管片的張開角度與彎矩 根本呈直線變化.但當(dāng)彎矩超過某一特定值時,其線性關(guān)系的斜率增大.該特 定值已經(jīng)大大超過管片的實際限值.l 由于管片螺栓布置對截面的不對稱,內(nèi)剛度向內(nèi)彎曲剛度 一般相當(dāng)于外剛度向外彎曲剛度值的兩倍.l 在試驗段隧道軸力作用下的轉(zhuǎn)角根本上可以用下述公式描述不同軸力條件下也同樣可以有類似公式描述：向內(nèi)彎曲：12 92x10T

15、當(dāng)0 反技 內(nèi)& - -iI11:79 乂10"取一90)+ 000263 ,留神現(xiàn)內(nèi)向外彎曲；/J 6.0x10-,叱腹=1122x10(-25)+ 0 0015* ? M班式中城的單位為由,叫日的單位為砒度腐,由上述公式可以推導(dǎo)由地鐵五號線盾構(gòu)試驗段管片的向內(nèi)和向外彎曲的接頭剛度為：K9 內(nèi)= 34000kN- m/radKe 外= 17000kN- m/rad考慮到北京地區(qū)地層具有一定的自穩(wěn)水平,在設(shè)計計算時,可對實驗數(shù)據(jù)作一定折減后采用,建議取值為：K9 內(nèi)= 30000kN m/radK9 外= 15000kN- m/rad2、 盾構(gòu)隧道與地層的相互作用規(guī)律研究為研

16、究盾構(gòu)隧道施工過程中地層荷載作用的變化規(guī)律以及荷載分 布規(guī)律,我們進行了現(xiàn)場測試、室內(nèi)模型試驗和理論分析等方面的研究.(1)現(xiàn)場測試研究在現(xiàn)場進行了大量的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、隧道與地層的接觸應(yīng)力和變形測 試.經(jīng)過現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn),無論管片與地層的接觸應(yīng)力還是鋼筋應(yīng)力均 呈現(xiàn)與前述螺栓軸力根本相似的變化狀態(tài)和規(guī)律.接觸應(yīng)力開展規(guī)律見圖 10:a 10某兩個測息士便與管片接觸成力一時間變化曲地產(chǎn)Ga昌媽內(nèi)同+JI初始階段當(dāng)管片拼裝完成,仍停留在盾尾內(nèi)部時,由于尚未受到周圍的荷載作用,因此接觸應(yīng)力較小.I推進階段管片逐步推由盾尾并同步注漿后,接觸應(yīng)力呈線性逐漸增加.主要原因是管片推由后,由于注漿漿液壓力形成了對管

17、片的作用.此過程一般持續(xù)12小時.l穩(wěn)定階段在管片推由盾尾,同步注漿完成后,其接觸應(yīng)力能夠維持在一定數(shù)值范圍內(nèi),直到注漿漿液凝固.l后期開展接觸應(yīng)力在盾構(gòu)剛剛推由盾尾時,在隧道周邊的分布是比擬均勻的,反映出半流體作用的特征見圖11.但當(dāng)漿液凝固后,周邊的接觸應(yīng)力開展那么呈現(xiàn)由不平衡的狀態(tài),上大下小見圖12)圖11早期均句分布的土壓力峰值±EE力J! 12后期穩(wěn)定的士底為捐定土壓力*初步分析其原因,在管片剛剛推由盾尾并進行同步回填注漿時刻, 此時的土壓力根本呈現(xiàn)由受漿液流體壓力作用的形態(tài),即在隧道周邊分布比擬均勻,其量值與注漿壓力根本一致,注漿壓力將使周圍土體與管片之間產(chǎn)生一定的超壓預(yù)

18、壓,此階段的土壓力最大.這充分反映由注漿壓力是管片與土 作用發(fā)生的一個最關(guān)鍵因素.當(dāng)注漿漿液凝固后,隨著地層應(yīng)力重分布和超壓減小,土壓力分 布發(fā)生了微妙的變化. 注漿造成的周邊地層超壓逐漸減小甚至消失,使周邊地 層的土壓力減小.同時,由于頂部超壓減小后, 地層在一定范圍內(nèi)的塌落作用,在隧道拱頂兩側(cè)形成馬鞍形的土壓力分布,側(cè)壓力也根本呈上大下小的形式分布.之所以生現(xiàn)這種現(xiàn)象,初步分析是由于北京地層較好,頂部土層松弛荷載 不能完全傳遞到隧底,最終穩(wěn)定的土壓力呈現(xiàn)由倒梯形或矩形的形態(tài).根據(jù)盾構(gòu)試驗段測試結(jié)果,研究顯示隧道的拱部荷載僅相當(dāng)于上部一定范圍內(nèi)超壓消失后形成的土體卸載拱壓力,反映由土體有局部

19、自承載作用,其卸載拱高度視不同隧道的埋深和地質(zhì)條件而不同,根本在 1.0D1.6D 之間D為隧道直徑.而由于初始注漿預(yù)加壓力的作用,實際側(cè)壓力值遠(yuǎn)較 理論側(cè)壓力值大,在試驗段條件下,其量值接近于隧道頂部的壓力值.側(cè)壓力在高度方向的分布根本為頂部偏大,底部偏小.但考慮到 隨時間推移而產(chǎn)生的土體蠕變還將造成底部壓力逐步上升,因此,設(shè)計時根本可根據(jù)矩形分布考慮.鋼筋應(yīng)力的開展規(guī)律根本相似,本文不再贅述.根據(jù)研究的管片接頭及土壓力分布規(guī)律,我們對隧道進行了優(yōu)化 計算和重新設(shè)計,大大減少了管片的配筋.優(yōu)化前后的鋼筋用量見下表：優(yōu)訛前后管片綱筋用量口曲 目川萱配姓主箭22mm十優(yōu)化配筋,土筋 18mm F

20、主筋+構(gòu)造前含量1密7W143生頻版顛含量k咖1135 4590一7./優(yōu)化后主筋減少數(shù)量&的峭*加44723、 管片構(gòu)造方面需要注意的問題（1） 管片的鋼筋構(gòu)造形式與受力在盾構(gòu)試驗段實施過程中,我們開展了管片鋼筋構(gòu)造形式有關(guān)的 試驗研究,進行了原型管片的彎曲試驗.一般情況下,管片鋼筋可采用網(wǎng)片式 分布和肋形分布方式.網(wǎng)片式分布是在管片的內(nèi)外各設(shè)一層由主筋和附加筋組 成的網(wǎng)片,兩層網(wǎng)片間設(shè)拉結(jié)鋼筋； 肋型分布是將管片的鋼筋根據(jù)一根一根鋼 筋骨架的方式布置,類似一條條小梁的鋼筋骨架,鋼骨架之間采用箍筋連接.我們采用原型管片進行了純彎實驗,以測試構(gòu)件的抗彎水平.由于肋形布筋方式內(nèi)外側(cè)鋼筋的

21、整體聯(lián)系牢靠,一般情況下其承 載水平較網(wǎng)片布筋方式高,因此,建議今后設(shè)計時宜采用肋式布筋方式.（2） 管片的細(xì)節(jié)構(gòu)造設(shè)計應(yīng)注意的問題l管片螺栓手孔和注漿孔部位應(yīng)設(shè)置增強筋.由于管片螺栓手孔較大(長度可能到達300mmz上),對管片結(jié)構(gòu)混凝土有明顯的削弱,設(shè)計時應(yīng)考慮設(shè)置增強筋,這樣除補強外,還可以起 到預(yù)防螺栓的緊固力對孔口混凝土的破壞的作用.在管片安裝時,根本是利用管片注漿孔兼作起吊孔,拉拔試驗顯示的破壞形態(tài)證實比擬容易產(chǎn)生埋件周圍混凝土的拉脫,因此孔周應(yīng)設(shè)螺旋狀增強筋.這樣可以有效提升埋件的抗拉拔水平.管片邊角應(yīng)設(shè)至少 5mm*5mlmJ倒角；螺栓孔口等空洞的周圍也應(yīng) 設(shè)倒角,以方便螺栓穿

22、入.注漿孔埋件在迎土側(cè)應(yīng)保存 2025mm勺混凝土層,以預(yù)防同步注 漿漿液流入,對注漿孔的抗?jié)B有積極作用,需要由管片注漿時可用鋼釬擊穿預(yù)留混凝土.4、 關(guān)于管片混凝土配合比盾構(gòu)隧道管片一般采用高性能混凝土.高性能混凝土對耐久性、工作性、適應(yīng)性、強度、體積穩(wěn)定性等方面均有較高的要求.盾構(gòu)試驗段管片高性能混凝土的主要要求是： l塌落度40-60mni易于澆注和振搗；l 抗壓強度大于C50;l 抗?jié)B等級P10;l低堿集料反響活性即每立方米混凝土中的總堿含量低于3Kg；l低收縮性即28天的收縮絕對值小于 400*10-6 目的是保證管片的尺寸精 度；l硬化后混凝土外觀要求無裂縫,氣泡少,顏色均勻.在上

23、述要求中,強度和抗?jié)B指標(biāo)是比擬容易滿足的,但抗裂和收縮要求對混凝土配合比的要求很難滿足,通過多種配合比的試驗研究,最終采用的管片混凝土配合比方下：材料用量K目m,"(mm)抗壓強度工班出卡.水+水泥純礦渣,DFSQ砂子御石子.1天/14天28天J114221W：1 2722,1231440p3M53.3/7工次工采用此配合比生產(chǎn)的管片除強度等滿足要求外,也具有很好的外 觀質(zhì)量.地鐵五號線盾構(gòu)試驗段工程管片的養(yǎng)護采用自主研發(fā)的能自動控 溫控濕的蒸養(yǎng)罩,有效地預(yù)防了混凝土因溫度原因產(chǎn)生開裂.5、 掌子面穩(wěn)定、壁后注漿和沉降預(yù)測在施工過程中,為保證地層的穩(wěn)定,有效限制沉降,采取了一系 列的

24、舉措.經(jīng)過驗證,取得了比擬好的效果,施工完成的隧道,具上方地表沉 降根本限制在17mmz內(nèi),有效預(yù)防了上方地面建筑物的破壞.本文僅簡要闡 述幾個主要的結(jié)果.掌子面的穩(wěn)定、壁后注漿和沉降限制為相輔相成的三個方面,只 有三個方面都得到保證,才能到達目的.(1) 掌子面的穩(wěn)定不同地層條件下,應(yīng)采取不同舉措穩(wěn)定掌子面.a)粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土地層土的粘結(jié)力較大,在盾構(gòu)掘進施工過程中,易造成粘性土附著于 刀盤上造成刀盤扭矩增大,或者土體進入土倉后被壓密固化,造成開挖、排土 均無法進行的情況.此時應(yīng)通過刀盤上的注漿孔向刀盤前方的土體注入泡沫, 在增加土體流動性的同時, 降低其粘著性,預(yù)防開挖土附著于刀頭或土

25、室內(nèi)壁. b) 粉細(xì)砂及砂礫層及卵石層由于其滲透性較大,流動性差,對刀具的磨損大,施工期間僅靠泡沫的潤滑和地層改進作用已不能完全滿足施工的要求.在推進過程中除了使用泡沫以外,還應(yīng)輔以膨潤土漿液, 以增強刀具的潤滑、 冷卻,改善工作狀態(tài), 同時起到補充地層土體微細(xì)顆粒的缺乏,提升土體流動性和止水性的作用.掘進結(jié)束時倉內(nèi)的水、泡沫容易通過地層流失,造成土倉內(nèi)壓力的消散,給土壓 力維持穩(wěn)定帶來一定的困難.此時,在盾構(gòu)掘進結(jié)束,需較長時間停機時,應(yīng) 向土倉內(nèi)注入膨潤土漿液并用刀盤充分?jǐn)嚢?改善土倉內(nèi)土體的密閉性, 預(yù)防開挖面坍塌.c) 粉土層及砂質(zhì)地層由于粉土與砂土在土倉內(nèi)較好地拌和,粉土中的粘粒成分

26、改善了 土倉內(nèi)土的流動性,因此在通過這類地層時,刀盤的扭矩較小,掘進速度接近與粘質(zhì)粉土粉質(zhì)粘土層中的速度,唯一比擬困難的是土壓力的維持相對較難, 土倉內(nèi)壓力散失較快,停機需向內(nèi)參加膨潤土漿液, 以維持土壓和開挖面穩(wěn)定.盾構(gòu)密閉艙的土壓力大小是保證前方土體穩(wěn)定的重要因素.根據(jù)試驗段經(jīng)驗,密閉艙的土壓力一般宜保持在開挖面理論土壓力的1.3倍左右圖13是施工中密閉艙土壓力和開挖面理論土壓力比擬,圖中壓力水平較高的 局部是盾構(gòu)始發(fā)段,此階段為保證開挖面的穩(wěn)定, 人為加大了密閉艙的士壓力.13施工中實際士壓九和理論±1功曲建,(2) 襯砌背后注漿管片襯砌從盾尾推由時,管片與地層間的空隙采用注漿

27、的方法填充.根據(jù)北京地區(qū)的地質(zhì)條件、工程特點以及現(xiàn)有盾構(gòu)機的型式,漿液應(yīng)具備 以下性能：a.具有良好的長期穩(wěn)定性及流動性,并能保證適當(dāng)?shù)某跄龝r間,以適應(yīng)盾構(gòu)施工以及遠(yuǎn)距離輸送的要求.b.具有良好的充填性能.c.在滿足注漿施工的前提下,盡可能早地獲得高于地層的早期強度.d.漿液在地下水環(huán)境中,不易產(chǎn)生稀釋現(xiàn)象.e.漿液固結(jié)后體積收縮率小,泌水率小.f. 材料來源豐富、經(jīng)濟,施工治理方便,并能滿足拌合、集運、壓注等施工 自動化技術(shù)要求.g.漿液無公害,價格廉價.根據(jù)上述要求,根本可以確定應(yīng)采用惰性漿液.我們在實驗室對 惰性漿液的成分和配比進行了大量的實驗后確定了漿液的成分和凝結(jié)時間.漿液的主要成分

28、為生石灰、粉煤灰、細(xì)砂、膨潤土(鈉土)和水等材料,凝結(jié)時間在 10小時左右.注入壓力要考慮不同地層的多種情況,注入壓力一般是24bar,由于在砂質(zhì)或砂卵石地層中漿液的擴散快,因此注入壓力可比其它地層的注入壓力適當(dāng)減小.一般每環(huán)管片的漿液注入量為34m3施工中如果發(fā)現(xiàn)注入量持續(xù)增多時,必須檢查超挖、漏失等因素.而注入量低于預(yù)定注入量時,可以考 慮是注入漿液的配比、注入時期、盾構(gòu)推進速度過快或由現(xiàn)故障所致,必須認(rèn) 真檢查采取相應(yīng)的舉措.(3) 沉降預(yù)測沉降限制主要是通過施工中的開挖面穩(wěn)定和隧道背后注漿實現(xiàn).但在施工過程中應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件對地面沉降進行初步的預(yù)測,以指導(dǎo)施工采取舉措.監(jiān)測序泣圖1

29、4某監(jiān)測點歷時沉降曲緩圖,盾構(gòu)試驗段工程作了大量的地表沉降觀測和拱頂下沉觀測,這些實測數(shù)據(jù)反映了盾構(gòu)隧道推進過程各個階段地表隆沉的情況.圖14顯示由某一監(jiān)測斷面在離開開挖面不同距離時的地表隆沉情況.根據(jù)沉降特點,將沉降分為以下幾個階段： l預(yù)先隆沉階段當(dāng)盾構(gòu)機距離觀測斷面較近時02.5D,由于盾構(gòu)機推力對土 體擾動,地下水位、變化開挖面塌落、施工參數(shù)如土壓、推力等變化等多 方面因素影響,地表可能產(chǎn)生沉降或稍微隆起； l盾構(gòu)機通過階段盾構(gòu)機通過直到盾尾經(jīng)過觀測斷面正下方期間-2.5D0,因盾構(gòu)機主體脫生前,漿液未及時充填引起的沉降及施工中超挖后土體應(yīng)力狀態(tài) 變化較大,引起地層損失,這是盾構(gòu)施工中產(chǎn)生地表沉降最主要的組成局部； l后續(xù)固結(jié)沉降階段盾構(gòu)經(jīng)過后盾構(gòu)前方-2.5D之后,盾構(gòu)推進對地層的影響并未完全消失,所以土體將進一步固結(jié)和蠕變剩余變形,時間可以長達12個月.試驗段施工中,各階段產(chǎn)生的地表沉降量所占的比重分別為：盾