北京地区地铁盾构隧道工程施工技术总结

（北京市轨道交通首都机场线东直门～三元桥区间工程）

第一章　工程概况

第一节 概述

本工程为北京市轨道交通首都机场线03标段，主要工程为东直门～三元桥区间盾构2568.259m；3个联络通道（左K1+034.566联络通道、左K1+974.254联络通道、左K2+564.776联络通道及泵房）和区间风井风道。隧道设计施工起点为轨道交通机场线三元桥车站南端，终点为设在察慈小区住宅楼西南侧的盾构接收井。

第二节 隧道平面

本区间有5个曲线段，东直门~三元桥方向分别为JD2（R=550）、JD3（R=1500）、JD5（R=800）、JD6（R=1000）、JD7（R=4000），线路整体呈“S”型。左线与02合同段的右线线间距为10～13米。本区间隧道平面如下图所示：

图1.1——东直门～三元桥区间左线盾构隧道路线平面示意图

第三节 隧道纵断面

本区间沿盾构掘进方向以－2‰的坡度从三元桥站出发后，在K2+960.00处线路开始以－29.611‰的坡度向下前行，在K2+620.00处开始以＋6.561‰坡度上行，在K1+500.00处开始以－3.017‰坡度下行至盾构接收井。

图1.2——左线隧道纵断面示意图

第四节 隧道近接环境条件

4.1临近建（构）筑物

区间沿京顺路下穿三元桥的西北孔，与三元桥扩大基础中心线水平净距0.24m，竖向净距16.3m。下穿东直门外斜街后，进入规划红线内的平房区，然后从察慈小区旁边通过到达盾构接收井。

4.2地面交通状况

本段线路下穿的三元桥是机场高速、京顺路连接三环路的节点立交，各个方向的车流在这里交汇，交通极为繁忙。

东直门外大街为二、三环之间的联络干道，现况机动车道宽度23米，为双向三车道，机非分隔带5米，非机动车道7米，道路交通繁忙。

4.3地下管线分布情况

区间沿线上方存在多条市政管线，但由于隧道埋深较深，根据以往工程经验区间施工对大部分管线的影响较小。只有一条位于三元桥东北侧横跨机场路的热力管沟由于埋深较深，控制机场线纵断。

4.4地形地貌

拟建盾构区间在K2+624处下穿三元桥，K1+150处下穿暗河， K0+800处下穿宽约6m深约 3m的亮马河。

第五节 地质条件

5.1工程地质概况

本工程所在的土层，自地表以下依次为人工填土层、第四纪全新世冲洪积层和第四纪晚更新世冲洪积层。区间隧道主要穿越粘土、粉土，局部遇到粉细砂、中砂层。属于一般地质条件的地层。

第二章盾构机类型及主要技术参数

第一节 盾构机类型

本工程使用的盾构机为德国海瑞克S169加泥式土压平衡盾构机，采用向开挖土体中注入泡沫的方式来改良土体，推进千斤顶为被动式铰接千斤顶。刀盘是作为“重型钢结构”针对挖掘北京土质特点设计的。主驱动的总输出功率为945KW，刀盘最大可能转速为3.0rpm。

第二节 主要技术参数

主要技术参数如下：

（1）管片参数

外径6000mm

内径5400mm

片数3A+2B+1C

最大片重3.3T

水压2bar

（2）盾构参数

主机数量（前体和中体）1

直径6190mm

长度（前体和中体）4280mm

类型土压平衡

最小水平转弯半径350m

最大工作压力3bar

最大设计压力4.5bar

土压检测点5

人闸1

人闸联连法兰1

螺旋输送机上连接法兰1

盾尾1

盾尾数量1

连接形式铰接

长度3550mm

密封3层密封刷

注脂线8（2Ｘ4）

注浆点4

（3）推进千斤顶

数量16

推力28350KN

行程2000mm

推进速度80mm/min

缩回速度1400mm/min

（4）铰接油缸

铰接型式 被动式

数量 14

尺寸φ180/80mm

缩进压力7340KN

行程150mm

（5）刀盘

刀盘数量 1

形式 面板式

直径 6200mm

旋转方向 左/右

刀具（软土层） 124把齿刀；16把周边刀

回转接头 4个泡沫管

（6）刀盘主驱动

刀盘主驱动数量 1

形式 液压驱动

马达个数 8

额定扭距 4085KNm

脱困扭距 4700KNm

转速 1.50/3.00rpm

电功率 480KW

主轴承外径 2600mm

主轴承寿命 10000小时

（7）人闸

人闸数量 1

形式 双人闸

长度 2000mm

直径 1600mm

工作压力 3bar

工作人员 2～3

（8）拼装机

拼装机数量 1

型式 中心自由转动拼装机

夹紧系统机械式

自由度6

旋转范围+/-200o

管片长度1200mm

伸缩距离1000mm

轴向行程2000 mm

控制方式线控

（9）螺旋输送机

螺旋输送机数量1

形式中心轴式

直径700mm

电功率110KW

最大扭距190KNm

转速0至19rpm

最大出土量250m3/h

螺距600mm

伸缩可以

出土门有

（10）皮带机

皮带机数量1

驱动电力

带宽800mm

带长约45m

速度2.5m/s

最大输出能力450 m3/h

（11）后部供给系统

管片存放机1

管片吊车1

吊车轨道1

液压部件1

冷却系统1

注浆设备1

注浆泵1

控制阀2

压力测量装置5

储浆罐1

注泡沫系统1

发生器4

水泵1

泡沫剂泵1

空气控制设备1

注膨润土系统1

注入泵1

压缩空气供应1

空气压缩机2

气罐1

压缩空气调节设备1

主驱动润滑脂泵1

盾尾注脂泵1

操作室1

控制板1

变压器1

软管系统1

高压电缆盘1

轨道起重机1

二级通风系统1

输送管存储装置1

导向系统1

数据记载系统1

（12）后配套系统

台车数目5+桥

（13）电气系统

初级电压10KV（+10%/-15%）

次级电压630V

变压器1250KVA

控制电压24V/230V

照明电压230V

阀电压24V

频率50HZ

保护系统（电马达）IP55

PLCS7（西门子）

（14）安装功率

驱动480KW

推进油缸 55KW

管片拼装机油缸 45KW

冷却油 11KW

注脂4KW

螺旋输送机闸门 22KW

螺旋输送机110KW

注泡沫系统8KW

注浆设备 19KW

皮带输送机 22KW

二级通风设备 15KW

现场及插座用电 50KW

总计844KW

（15）尺寸

总长 57m

本体含盾尾 7.8m

第三章 一般地质条件下盾构隧道施工技术总结

第一节 盾构隧道施工的地面用地面积及场地布置

1.1本工程施工的地面用地面积如下表所示：

始发井及提升区面积（㎡）办公、生活用房区面积（㎡）管片堆放区面积（㎡）材料、物资堆放区面积（㎡）施工区域内通道面积（㎡）集土坑

921347.8116.23231.54529.77135

1.2施工场地平面布置如下图所示：

图３.１——盾构施工场地平面布置图

第二节 盾构隧道施工用电

2.1供电方案

业主将提供施工临时用电电源，其容量为1250KVA+600KVA的变压器，接口根据承包商施工组织设计的接电点位置由业主组织有关单位现场确定。同时，在施工现场配备发电机，做为备用。施工现场的供电系统主要包括配电房和发电机房。

配电房向外与10KV输电线路相接，其中1路直接送到盾构机内，1路通过配电房内的变压器电压转化为380V/220V，分别供其它施工设备和照明使用。为防止意外停电对工程的影响，在施工现场备用1台200KW柴油发电机，确保施工的正常进行。

2.2进场阶段的临时供电

为保证施工临时设施的搭建、前期准备工作的正常进行以及生活用电的需要，安排1台250KW的发电机作为临时电源。在供电部门为施工变电所送电后，撤消临时电源但作为备用电源保留，在突发性停电时，供洞内的照明、抽水及推进油缸保压用。

在取得监理工程师同意后，我单位施工队伍进场立即进行场区电缆敷设、变电器、配电箱柜等安装及接电调试工作。

2.3盾构施工阶段的供电

1）变压器的配置

盾构机掘进施工时，由业主配置一台总容量为630KVA的变压器，供龙门吊等辅助设备供电使用，另需配置总容量为1250KVA的10KV高压电源，供盾构机使用。

2）高压配电所的配置

高压配电所配置盾构电源和地面设备低压用电的变压器馈出仓位。

3）配电柜的设置

设置高压配电柜1个，低压配电柜3个。每一用电点从邻近低压配电柜引出，通过分配电箱再配出到各用电设备。

4）功率因数补偿器的配置

为实现COSΦ＝0.8的功率因数，拟设置6个功率因数补偿器，它们的无功功率补偿能力分别为：2台300Kvar。

5）供电线路的配置

高压线路：相数：3；频率：50Hz；

电压：10KV；

低压线路：相数：3；频率：50Hz；

电压：0.4KV；

照明线路电压：220V；控制电压：24V；信号电压：24V；

2.4安装与工艺要求

1）从配电柜到分配电箱的馈送回路中，每一开关的载流量和短路电流需与各用电设备的容量相匹配，设备在受电前先检验漏电开关的动作是否灵敏。

2）电缆敷设采用直埋式，过路处穿钢管暗埋敷设。

3）高压电缆送电前，经电气试验证明合格。

4）从高压配电室盾构仓位馈送到车载变压器的电缆，沿墙挂钩敷设下井，每隔50m挂“高压危险”的警告牌一块，在井的垂直部位和隧道内敷设电缆，每2m设一个固定点。

5）从井口开始，每隔100m设隧道照明专用配电箱一只，作为照明线路的分开关和隧道内小动力用电设备的电源。

6）隧道照明采用普通日光灯，控制室采用防爆荧光灯，主机采用防爆投光灯，皮带机采用防震灯，灯具金属外壳与接地线直接相连。

7）所有的单相负载采用A、B、C三相跳接的方式，注意三相负载的平衡问题。

2.5安全保护措施

1）重复接地保护：在各用电点的配电箱周围，用2m长的5＃角钢2根埋入地下作为接地极，用一根25×4的镀锌扁钢与接地极焊接后，引到配电箱的接地排上。接地排与从变电所馈出的低压电缆的零线相接，构成重复接地系统。接地电阻≯1Ω。各用电设备金属外壳用接地线与接地排相接。

2）行程限位保护：所有的提升设备安装限位保护开关。

3）电气联锁保护：为保证设备运行的安全可靠，电气系统进行联锁控制，即上级流程未动作，下级流程无法动作。上级流程停止，下级所有流程自动跳闸。防止自起动和误操作带来的不安全因素。

4）相序保护：用电设备在运转时，不随意更换相序，若发生意外，相序继电器自动切断电源。

5）防雷保护：对直击雷的防护采用在变电所装设独立避雷针；对雷电波侵入的防护采用在高压侧装设阀式避雷器。

第三节 始发井及接收井施工

始发井利用三元桥车站已修建好的南侧左线盾构始发井进行始发施工；接收井利用02标在察慈小区西侧的盾构接收井进行接收施工。

第四节 盾构始发段和接收段地层加固方法、工艺及效果

4.1端头地质概况

本标段盾构始发及到达端头加固共计4处，加固部位包括机场线三元桥站始发井端头、风道接收和始发端头、盾构接收井端头。三元桥站始发端头为粘土地层，其余3个端头均为洞身上部为砂层，洞身下部为砂砾层。三元桥站始发端头加固采用1排ф800@1000mmC10素混凝土桩和14排ф600@500mm梅花形布置的旋喷桩组成，素混凝土上部采用采用三七灰土回填；风道接收和始发土体采用洞内水平注浆方式进行加固，采用水煤气管，间距500×500mm，梅花型布置；盾构接收井土体采用20排ф600@500mm梅花形布置的旋喷桩。

为了确保盾构始发和到达时的施工安全以及各地层的稳定，以防止端头地层发生坍塌或漏水涌水等意外情况，必须对端头的土体进行加固处理。另外，盾构机吊入、吊出井必须满足吊机作业地面承载力要求。

4.2加固的原则和要求

（1）盾构进出洞端头土体加固的原则：

1）根据隧道埋深及盾构隧道穿越地层情况，确定加固方法和范围。

2）在充分考虑洞门破除时间和方法，选择合适的加固方法和范围，确保盾构机进出洞的安全和洞门破除的安全。

（2）加固要求

1）加固土体强度达到0.4Mpa；

2）渗透系数≤1.0×10-8cm/s。

4.3端头加固施工

4.3.1双重管旋喷桩施工工艺

（1）旋喷桩施工工艺

旋喷采用双重管高压喷射法施工，利用高压水、压缩风共同作用在喷嘴形成高速射流切割土体、砂层，同时由底部注入水泥浆，对其进行分选和置换。喷嘴作360°旋转并匀速提升，形成具有一定直径的旋喷桩。旋喷桩施工流程参见【图3.2——旋喷桩施工工艺流程图】。

图3.2——旋喷桩施工工艺流程图

（2）施工方法

1）钻机就位

钻机就位即将使用的钻机安置在设计的孔位上，使钻杆头对准孔位的中心。钻机就位后，必须作水平校正，使其钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置。

2）钻孔

本工程拟采用地质钻机，钻孔的倾斜度不大于1%。

3）插管

钻孔完毕，拔出岩芯管，换上旋喷管插入预定深度。在插管过程中，为防止泥沙堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力不超过1Mpa。

4）喷射作业

旋喷前，要检查高压设备和管路系统，其压力和流量必须满足要求，在注浆管及喷嘴内不得有任何杂物，注浆管接头的密封圈必须良好。

喷射管达到预定深度后，由下而上进行喷射作业。喷射过程中，应时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数，并且随时做好记录，绘制作业过程曲线，旋喷注浆管的旋转和提升必须连续不中断，防止喷嘴被堵。

5）拔管、冲洗机具

喷射作业完成后，拔出喷射管。注浆管等机具设备冲洗干净，管内不得残存水泥浆。把浆液换成水，在地面上喷射，将泥浆泵、注浆管软管内的浆液全部排出，管内不得有残存水泥浆。

6）移动机具、回填注浆

把钻机等机具设备移动到新孔位上，进行下一钻孔的施工，并将作业完成的孔回填注浆。

（3）旋喷施工主要技术参数

1）压缩空气

压力0.7MPa，流量3m3/min，喷嘴间隙2～4mm；

2）水泥浆液

压力20～40MPa，流量80～120L/min，喷嘴孔径2～3mm；

3）注浆管

提升速度10～20cm/min，旋转速度10～20r/min，外径φ75。

4）水泥浆

水泥采用425号水泥，水灰比1.5:1。

（4）施工技术措施

1）施工前根据现场环境和地下埋设物的位置等情况，复核高压喷射注浆的设计孔位。施工前予先挖设排浆沟及泥浆池，施工过程中将废弃的冒浆液导入或排入泥浆池，沉淀凝结后运至场外存放或弃置。

2）旋喷桩相邻两桩施工间隔时间不小于48h，间隔不小于4～6m。

3）钻机安放保持水平，钻杆垂直，其倾斜度不得大于1.5%。施工前检查高压设备及管路系统，其压力和流量满足设计要求。注浆管和喷嘴内杂物清除干净，注浆管接头的密封圈良好。

4）正式施工前进行试桩，以确定合理的水压力，提升速度，浆液配比和压力等参数。

5）旋喷过程中保证桩体的连续性，若因故停止，第二次旋喷的接桩长度必须大于20cm。

6）施工中若出现大量冒浆，立即停止并采取措施。

7）钻孔位置和设计位置的偏差不大于50mm。实际孔位、孔深和每个钻孔内的地下障碍物、洞穴、涌水、漏水及与工程地质报告不符等情况均详细记录。

8）高压喷射注浆完毕，迅速拔出注浆管彻底清洗注浆管和注浆泵，防止凝固堵塞。为防止浆液凝固收缩影响桩顶高程，必要时在原孔位采用冒浆回灌或二次注浆等措施。

4.3.2水平注浆施工

（1）水平注浆施工工艺

参见【图3.3——水平注浆施工工艺流程图】。

图3.3——水平注浆施工工艺流程图

（2）注浆施工主要技术参数

参见【表3.1—钢花管注浆施工技术参数一览表】。

表3.1—钢花管注浆施工技术参数一览表

分类项目参数

成孔下管管距×排距1.4m×0.8m，桩间护壁钻孔

孔径52mm

管偏斜＜1%

钢花管钢花管长度5m（入土段长4m）

钢花管直径48mm

钢花管壁厚3mm

注浆浆液配合比（重量比）水泥：水＝1: 1

初注压力0.8～1.0MPa

终注压力1.8～2.0MPa

（3）施工技术措施

1）注浆材料采用P.o32.5普硅水泥，注浆时水灰比由大至小，先灌入较稀浆液，视地层吃浆量情况逐渐调整水灰比再灌入较稠浆液。

2）一个孔的注浆作业一般应连续进行到结束，不宜中断。如因机械故障被迫中断时，应排除故障尽快恢复注浆。恢复灌浆时一般从稀浆开始，逐渐调整至稠浆。

3）注浆应有专人记录浆液消耗、注浆时间、注浆压力。当注浆出现大量吃浆不止，长时间灌不结束的情况时，应检查原因，若是因地层裂缝原因造成，可调整水灰比采用稠浆灌注，并采用中断间歇注浆方法，若到此压力就发生冒浆或大量吃浆的，可在较低压力下结束。

4）注浆结束后应立即封闭阀门，拆卸清洗输浆管路。

5）待封孔后进行水平探孔试验以确定有无达到开孔要求。

4.3.3钻孔灌注桩施工

钻孔灌注桩施工工艺

钻孔灌注桩施工工序如下：

放线定点→钻机就位→钻孔至设计深度→测量孔深→吊放导管→灌注商品混凝土成桩。

（1）施工准备

正式施工前应试钻，以确定施工工艺参数。

（2）测放桩位及复核

根据轴线基准点，测放出具体桩位，复核合格后方可进行钻孔施工。

（3）钻机就位

钻机应置于平整坚实的地面上，钻机就位时，钻头对好桩位，定位误差≤2cm。同时用经纬仪或线坠调整钻杆垂直度，也可利用机械自带垂直度调整系统控制。

（4）钻进、成孔

1）采用长螺旋钻机成孔，应根据地层变化及时调整钻进速度。钻进过程中，应采用人工和装载机配合随时清理孔口积土，钻到设计孔底后应空转3～5min，把孔底虚土清净。钻杆提出孔口时应小心操作，以免虚土掉入孔中。如果出现缩径情况，应将钻杆下入孔中再次钻进，直到孔径达到设计值。

2）为保证施工安全，防止相互干扰造成塌孔，钻孔时应采用桩位跳钻的施工方法。待混凝土强度达到80%后用三七灰土回填至地面标高。

（5）成孔验收

成孔后采用测绳检测孔深，采用吊线坠检测垂直度及虚土厚。

（6）灌注混凝土成桩

成孔后要及时灌注混凝土。灌注前在孔口放置护孔漏斗，混凝土通过漏斗、串筒灌入孔内，在混凝土灌注应连续进行。

第五节 盾构的始发（出洞）和接收（进洞）工艺

5.1 盾构的始发工艺

盾构机始发是指利用反力架及临时拼装起来的管片承受盾构机推力，盾构机在始发基座上向前推进，由始发洞门贯入地层，开始沿所定线路掘进的一系列作业。

盾构始发施工包括盾构掘进开始时的一连串作业，是盾构施工过程中开挖面稳定控制最难、工序最多、比较容易产生危险事故的环节，因此结合始发施工环境进行始发施工各个环节的准备工作至关重要。

盾构机始发段的掘进施工又称为试掘进施工，需对各种关键施工参数进行调整、优化，为正常段施工做好准备（盾构施工参数主要包括掘进速度、刀盘扭矩、土仓土压力、盾构总推力、出土量、注浆量、注浆压力、盾尾间隙等）。盾构机掘进前，先对各种施工参数进行计算，然后根据计算结果，设定施工参数。在施工中，根据设定施工参数的应用效果，结合地表监测的结果对各种参数进行调整、优化，使各项参数设定达到最佳状态。

5.1.1盾构机初始掘进的关键问题及对策

（1）盾构机初始掘进的关键问题：

1）保证安全破洞门。

2）始发定位准确。

3）防止管片错台下沉。

（2）对策

1）端头加固

根据端头位置的地质情况和以往的施工经验，始发端头加固采用旋喷桩和钻孔灌注素桩进行加固；接收端头采用旋喷桩注浆加固；风井风道两侧端头采用洞内水平注浆的方式进行加固。加固后保证了破洞时洞门稳定，也有效防止地面开挖面坍塌和控制地面沉降。

2）优化施工参数

A．同步注浆控制

控制同步注浆量和注浆压力。按理论计算，该段注浆量不应小于160%的建筑空隙；同时也要防止注浆压力过高而顶破覆土。

B. 盾构姿态控制

盾构机保持平稳推进，减少纠偏，减少对正面土体的扰动。

平面：控制在±50mm以内。

高程：控制在±25mm左右。

转角：控制刀盘转向，以免对土体产生较大的扰动。

速度：该段施工中推进速度控制在10mm/min，如推进速度过快，容易会引起正面土体挤压过大地面隆起。

C. 沉降控制

采用信息化施工，通过监测系统提供的监测数据，及时调整盾构穿越过程中施工参数，使盾构施工对地面影响降到最低。

3）始发前的施工测量、定位

出洞前，进行盾构机始发姿态测量、导轨姿态测量、反力架姿态测量、姿态初始测量、SLS-T导向系统初始测量等一系列的测量工作，以使盾构机准确就位。

同时开始收集隧道施工平面控制测量、高程控制测量、导向测量的原始数据，为今后的测量工作提供依据。

4）解决管片错台下沉问题的措施

A．保证洞门密封的效果，如洞口漏水现象严重由预设压浆管向洞圈周围内压注化学浆液。

B．严格控制盾尾注浆的质量；

C．洞门焊接导轨。

5.1.2试验掘进段参数的选择分析

（1）盾构千斤顶的推进速度及刀盘转速的设定

盾构千斤顶的推进速度及刀盘转速与盾构机的性能密切相关，同时也受工程地质及水文地质条件的影响。始发伊始，对参数设定首先要依据理论计算值进行设定，在始发完成后的试掘进阶段可对各种参数进行对比，调整推进速度与推力、刀盘转速与扭矩的关系式，定出推进速度和转速的范围。

在本始发段中，隧道洞身范围内地层主要为粉质粘土、粉土及粘土，由于处于始发掘进阶段，推进速度初始设定10～30mm/min，初始设定刀盘转速应小于1.0r/min。

（2）盾尾注浆压力分析与取值

添加剂压注及盾尾注浆压力主要是受地层的水土压力的影响，注浆压力的设定以能填满管片与开挖土层的间隙为原则。注浆压力的计算可参考规范中的公式并在施工过程中通过测试和试验来确定和优化参数，本工程穿越三元桥、热力方沟、居民区，浆液及其注入的效果直接关系到地面沉降，因此对注浆材料及注浆压力都有较高的要求。依据现有其它地区盾构法施工经验及北京地区已有盾构施工各种参数使用效果，初始盾尾注浆压力设定为0.2～0.25Mpa。

盾尾同步注浆理论量为每环2 m3,根据经验注浆时每环应按2.9m3～3.9m3控制。同时要求同步注浆速度必须与盾构推进速度一致。

（3）添加剂使用方案

在盾构施工中，添加剂的作用是：

1)减小旋转输送机的扭矩，降低刀盘温度；

2增强土体气密性、止水性，保证开挖面稳定；

3)与土体拌和均匀，使开挖土具有良好的流动性，增强土体可排性。

依据地层不同，有不同的添加剂使用方案。本工程始发阶段盾构穿越的地层为粉质粘土层和粘质粉土层。这样的粘性土地层，土的粘结力较大，在盾构掘进施工过程中，易造成粘性土附着于刀盘上正反面形成泥饼造成刀盘扭矩增大，或者土体进入土仓后被压密固化，造成开挖、排土均无法进行的情况。此时一方面可通过刀盘上的添加剂注入孔向刀盘前方的土体注入3％～5％的泡沫和适量的水，在增加其流动性的同时，降低其粘着性，防止开挖土附着于刀头或土室内壁。另一方面粘土被切削进入土仓内后，通过土仓上的添加剂注入孔向土仓内注入泡沫并利用刀盘上的搅拌装置加以搅拌，使泡沫与切削土充分混合，以增加土的气密性和可排性。泡沫的总注入量控制在土体切削量的10％以内。此外，还可通过螺旋输送机上的添加剂注入孔向仓内注入适量的清水或注入压缩空气，以增加土体的和流动性，减小土的摩擦力，使土能经螺旋输送机顺利排出。

添加剂注入量：

刀盘前：约3％～5％的理论开挖量

密封仓：约5%的理论开挖量

添加剂注入压力：需控制参数为刀盘前的注入压力，以平衡开挖面的水压力为宜。在本区段内设定注入压力初始设定为0.15～0.2MPa。

（4）洞口密封处压浆

洞口密封处的充填注浆采取盾尾同步注浆装置注单液浆充填。待盾尾到达洞口位置时，拉紧洞口密封圈，保证浆液不溢出洞口。

5.2 盾构的接收工艺

盾构接收段施工是指盾构机刀盘距进站口50m至盾构机进入车站并完全推上接收基座的施工过程。其施工内容主要包括端头土体加固、接收设施的设计制作与安装、接收段掘进、洞口凿除等。端头土体加固的施工应在盾构接收前应提前完成。

5.2.1盾构接收前盾构姿态和线形测量

盾构机接收前80m地段即加强盾构姿态和隧道线形测量，及时纠正偏差确保盾构顺利地进站。当盾构掘进至接收前25m左右时应再次进行盾构姿态和隧道线形测量，测量内容有：定向、主导线、测量管片位置和走向偏差。

通过测量，对接收前的地段加强盾构掘进的轴线控制，使盾构机进站时其切口平面偏差满足：平面≤±25mm，高程≤±20mm； 盾构机进站时其切口平面偏差允许值：平面≤±50mm，高程≤±20mm,盾构坡度比设计坡度略大0.2%。到站所有测量数据须报测量监理单位复核验正。

5.2.2盾构到达段掘进

盾构机进入接收段后，应减小推力、降低推进速度和刀盘转速，控制出土量并时刻监视土仓压力值,土压的设定值应逐渐减小，避免较大的推力影响洞门范围内土体的稳定。盾构接收掘进可为四个阶段，在这几个阶段中，应采取不同的施工参数及控制侧重点不同。

（1）盾构过渡段掘进(进入土体加固区前30m～8m)

过渡段的掘进速度和土仓压力与正常段掘进一样，按常规控制，但此段施工应侧重加强注意调整盾构机的姿态，使盾构机的掘进方向尽量与原设计轴线方向一致,并且要在出洞前的20米处，使盾构机保持水平姿态前进或略微仰头姿态前进，保证出洞时正常接收，掘进时的轴线偏差应控制在±20mm范围内。

（2）进站的第一阶段（进入土体加固区8m～2m）

盾构机进入加固区后，掘进速度由原来正常段的20～30mm/min减至5～10mm/min，土仓压力由原来的1.5～2.0bar减至0.3～0.5bar。尽量减少对洞口的影响。压力值大约与水压相等。应在密切监控地表和洞口的情况下逐步减少压力。

（3）进站的第二阶段（进入土体加固区2m～20cm）

由于不能确定开挖时的最小土仓压力，因此在开挖过程中只能根据地质等情况使压力最小。此阶段速度一般为1～5mm/min。当盾构机接近洞口30cm～20cm时，应停止推进。

（4）进站的第三个阶段（第二阶段完成至盾构机进入车站露出）

盾构机继续前进并拼装管片，将围护结构推倒，此阶段的速度根据实际情况决定，应无压力，刀盘停止转动。此后清除坍塌下来的土体，盾构机继续推进，通过密封环后立即拉紧密封环的钢丝索，清除密封舱内的泥土。在停机后要对盾构中心进行测量，看是否满足贯通精度的要求。

5.2.3盾构机接收

为确保盾构机从接收井的预留洞口穿出，该阶段的掘进将遵守以下原则：

（1）掘进速度逐渐放慢，掘进推力相应减少。

（2）增加盾构机测量次数，并根据洞口实际位置不断校准盾构机掘进方向。

（3）加大地面监测频率，并依椐监测结果及时调整掘进参数。

（4）站内派人对洞门位置进行值班监视。

为迎接盾构机到达，应在到达洞口前做好如下准备：

(1) 安装洞门密封装置。

(2) 安装盾构机接收基座，接收基座与始发基座相同。

(3) 铺设盾构机移动基座的轨道。

(4) 部分凿除洞门处的围护结构。

(5) 在到达洞口内侧准备好砂袋、水泵、水管、方木、风炮等应急物资和工具。

(6) 准备好通讯联络工具。

(7) 准备好照明设备。

上述设备与材料需预先运入，故到时需与接收井承包商相互协调。以上准备工作完成后，盾构机才可进行最后的到达段掘进。

第六节 盾构推进的实际参数及合理参数

盾构在推进过程中施工参数会不断地变化，根据不同的地层和添加剂进行调整，在施工过程中要严格注意进土与出土的匹配情况，必要时进行适当的调整。

参见【表3.2—盾构推进主要参数实际控制值】

表3.2盾构推进主要参数实际控制值

盾构推进主要参数实际控制值

1、纵向千斤顶总推力/分组推力（KN）10000KN/100～2000KN

2、刀盘扭矩（一般/最大BAR）200～240/260KN·m

3、盾构推进一般和最大速度（cm/min）一般速度6～7 cm/min，最大速度8 cm/min

4、盾构隧道与设计轴线的最大偏差/mm50mm

5、密封仓土压力控制（与设定值的偏差/MPa）0.06～0.2

6、管片拼装（一般和最快min/环）一般20min/环，最快15 min/环

7、加泥/泡沫（一般/最大kg/环）25～33L/环

8、盾尾密封油脂（一般/最大kg/环）一般10kg/环，最大20kg/环

第七节 盾构姿态控制统计分析

地铁工程的施工测量不同于一般工程的工程测量，施测的周围环境和条件复杂，要求的施测精度相当高，因此，必须精心组织实施。

7.1施工测量要求

（1）为确保地铁测量精度，我方将抽调具有地铁测量经验的测量工程师和有测量上岗证的测量员组成项目测量组，配有高精度仪器。

（2）开工前，根据甲方提供的测量数据资料，布设地面施工控制网点将两施工井联系起来构成本区间独立控制网并与相邻区间控制网保持统一。其中导线网点按地面四等平面控制测量技术要求控制，高程按地面二等水准技术要求控制。测量成果报监理业主检测。

（3）施工现场的所有的测量主控制点均由我单位技术部测量组组织二级复核。

（4）实行定期校核制度，每个月对施工控制点进行一次校核，发现问题及时调整。

（5）每施工放样点都必须经过换人检测无误后才可定点并书面移交下道工序。

（6）做好测量记录工作。

7.2控制测量基本原则

⑴ 地铁工程测量施测环境复杂，精度要求高，采用三角网进行测量。

⑵ 布设足够的控制点，并精心做好标记，加强对控制点的保护和检查。

⑶ 保证测量精度，配备先进的测量仪器，使用先进的测量技术。

⑷ 负责保存好本合同段内全部的三角网点、水准网点和自己布设的控制点，防止移动和损坏，一旦发生损坏，及时报告监理，并协商补救措施，及时处理。

⑸ 全部的控制点三维坐标经监理工程师检查合格后，才能开展后序工作。

⑹ 严格按照相关技术规范要求进行测量工作，并做好测量资料的管理。

7.3控制测量

7.3.1平面控制测量

根据业主提供的工程定位资料和测量标志资料，对所移交的导线网、水准网及其他控制点用精密导线方式进行复测；同时放线设置施工过程中使用的固定桩，并将测量成果书报请监理工程师及业主审批。

(1)．引测近井导线点

利用业主及监理批准的测量成果，以最近的导线点为基点，引测至少三个导线点至每个端头井附近，布设成三角形，形成闭合导线网。

(2)．引测近井水准点

利用业主及监理批准的水准网，以最近的水准点为基点，将水准点引测至端头井附近，测量等级达到国家二级。每个端头井附近至少布设两个埋设稳定的测点，以便相互校核。

7.3.2高程控制测量

以首级控制水准网为基准设加密水准网，并且联测到相临标段所使用的水准控制点一个以上。将水准网布成附合线路，往返观测，附和闭合差应≤±8mm（L为附和线的路线长度，以公里计算），使用精密水准仪、铟钢尺按照国家二等水准测量方法的精度指标均将高程传到地下。如【图3.4—高程控制测量示意图】：

图3.4高程控制测量示意图

精密水准点的埋设采用混凝土普通标石，一定要稳定、便于保护、不易破坏，其规格按《城市测量规范》有关要求确定。传递高程时，每次独立观测三测回，每测回测得地上、地下水准点的高差较差应小于3mm。取三次观测的平均值作为地下水准点的高程。

7.3.3联系测量

联系测量是将地面测量数据传递到隧道内，以便指导隧道施工。具体方法是将施工控制点通过布设趋近导线和趋近水准路线，建立近井点，再通过近井点把平面和高程控制点引入车站底板上，为隧道开挖提供井下平面和高程依据。

(1)．平面坐标传递

平面坐标传递和定向测量同时作业，主要是通过竖井将方位、坐标从地面上的控制点传递到地下控制点。

本标段采用盾构法施工，根据施工现场的条件，为保证测量精度和优化现场作业，施工联系测量均采用全站仪进行投点，传递时采用三角网传递，我们在本标段用的仪器是全自动测量全站仪，本仪器对仰角和俯角都有自动补偿，测量精度满足施工要求。传递示意图如【图3.5—平面坐标传递测量示意图】：

图3.5—平面坐标传递测量示意图

在盾构施工期间，为提高地下控制测量精度，保证隧道准确贯通，应根据工程施工进度，在每个区间应进行至少三次联系测量。

7.3.4地下控制测量

(1)．地下平面控制测量

为了消除和减弱折光差对横向贯通误差的影响，将洞内控制导线点布设在隧道的两侧稳定的衬砌环片上，交叉前延。点位采用强制对中托架，在通视条件允许的情况下，每约100米布设一点，曲线段适当缩短点距。以车站内逐次重复定向测量成果的加权平均值建立的基线边为坐标和方位角的起算依据。观测采用全站仪进行测量，用全圆法趋近导线测量用Ⅰ级全站仪进行测量，测角四测回(左、右角各两测回，左、右角平均值之和与360°的较差应小于4″)，测边往返观测各二测回。其观测方法和精度应符合二级或以上导线的技术要求。

盾构掘进时，盾构机身后有较长的后配套，测量控制点无法做在此范围隧道两侧，可以把控制点以吊篮的形式固定在隧道的顶部，仪器及后视棱镜采用强制归心。将自动导向系统的全站仪安置在其上，与盾构机自带的激光导向系统连接指导盾构机掘进。

(2)．地下高程控制测量

地下高程测量以车站传递的水准点为基准点，隧道直线段每隔100m左右布设一个固定水准点，曲线段每隔50m左右布设一个。测量时可采用精密水准仪及其水准尺进行往返观测，相邻测点往返测闭合差≤3mm，全程闭合差≤6mm（L为全程长度，单位：Km）。

(3)．盾构掘进施工测量

1）盾构机姿态和衬砌环片的测量

盾构掘进时为优化掘进参数需对盾构机姿态和衬砌环片进行测量。由于选配了VMT公司先进的测量导向系统，盾构机掘进的过程中能时时地测出盾构机的瞬间姿态。为保证盾构机姿态的准确无误，需对盾构机姿态进行复测。盾构机姿态测量是以隧道里的导线点为依据，利用全站仪及其辅助工具，测出布设在盾构机上特殊测点的三维坐标，计算出盾构机的姿态，包括俯仰、旋转、平面和高程，观测值与盾构机此时的理论值相比较，将其差值反馈给盾构操作人员，调整其参数，从而指导掘进。

衬砌环片的测量包括测量衬砌环的中心偏差、环的椭圆度等，利用全站仪及其辅助工具，通过测出环片上一些特征点的三维坐标，从而通过几何计算确定环片安装位置的正确性，并为安装人员提供操作校正参数。

2）成型环片的测量

成型环片的测量主要测定环片安装位置是否符合设计要求。具体方法是使用全站仪的五反射测量模式测得成型环片一周的七个点的坐标，通过相应的计算软件换算出成型环片中心的坐标，用水准仪及水准尺测其高程，通过已测的数值与隧道线路的设计值相比，便可得成型环片平面和高程的偏差，为以后竣工和铺轨提供依据。

3）盾构机导向系统

盾构机的导向系统如下图所示：

图3.6—盾构机导向系统示意图

盾构机导向系统是传统测量与计算机的完美结合体，在盾构机掘进过程中有测量机器人在激光导向程序的控制下自动采集数据，将光信号转换成电信号传递到控制箱。盾构机前端有一光靶，他的作用是接受测量机器人传递过来的信号，自动计算出盾构机的水平和竖直、旋转角度将这些数据传送到控制箱。控制箱将两个数据送到计算机上，通过VMT—S计算出盾构机的实际三维坐标。在盾构机掘进前计算出隧道的设计轴线，将这些数据提前导入VMT—S中，这样将形成一个设计隧道轴线坐标系。通过VMT—S系统将盾构机的实际三维坐标和设计隧道轴线坐标系相比较就得出盾构机在掘进时的动态位置（如下图）。

图3.7—设计坐标系示意图

图3.8—盾构机姿态示意图

上图中显示的是在这一时刻的盾构机姿态，盾构机操作手可以看着盾构姿态和导向系统提供的相关参数来控制盾构机的掘进方向。

7.4 隧道贯通测量

本标段的区间隧道长度在2500m左右，在隧道贯通前约50米要增加施工测量的次数，并对控制导线进行全线复测，对观测值严密平差，保证隧道贯通。

隧道贯通后，从隧道两端向贯通面进行二等导线测量，分析在贯通面上的贯通误差。在做贯通测量时应将联测地上、车站、隧道导线网、水准网，并进行严密平差，为竣工和铺轨提供高精度的控制点和准确的水准点。

7.5 竣工测量

7.5.1线路中线测量

以施工控制导线点为依据，布设隧道内中线点，中线点的间距直线上平均100m，曲线上恢复所有的曲线元素点。区间各施工控制中线点组成附合导线。中线点组成的导线应采用全站仪进行观测，并对观测值进行平差，将成果上报相关单位。

7.5.2隧道净空断面测量

以测定的线路中线点为依据，直线段每6米，曲线上包括曲线要素点每4.5米测设一个结构横断面，结构横断面可采用全站仪测量，测定端面里程误差允许为±50 mm，断面测量精度为±10mm。

7.6 测量施工组织

为做好盾构施工测量工作，保证盾构机准确进入起吊井，做到盾构施工万无一失，选派有经验的测量专业人员组成盾构施工测量技术领导班子，专门领导和研究盾构施工测量技术工作，及盾构施工测量中出现的各种问题。

测量仪器选用性能稳定、精度高的进口全站仪及其配套的辅助设备。所有的仪器和工具都严格按照国家计量法进行检定。

第八节 管片拼装质量控制统计分析

管片衬砌作为盾构隧道工程最重要的主体结构，其拼装质量的好坏直接影响着盾构隧道工程的质量。

本程中采用了标准环+左右楔型环作为管片衬砌，管片外径6000mm，内径5400mm，每环管片长度1200mm，管片采用“3A+2B+1C（楔块）”错缝拼装，管片接缝采用弹性密封防水，弹性密封为三元乙丙橡胶和水膨胀橡胶止水条。

8.1管片拼装位置确定

管片在使用时必须预先根据盾构机的位置及盾尾间隙大小选定管片的拼装位置，管片的拼装依据主要有以下两条，在管片拼装分析时要综合分析确定，缺一不可。

8.1.1 盾尾法面和管片法面的相互关系

管片拼装的总原则是拼装的管片与盾尾的构造方向应尽量保持一致。

8.1.2 管片拼装前后管片外表面与盾壳内面的间隙

在盾构机尾部设有三道密封刷，用于保证在施工过程中不会有水土进入隧道，在盾构机掘进的同时，将向密封刷补充油脂，确保盾构机密封性能，在密封刷前端设有保护块用于保护密封刷不受损害，如果盾尾间隙过小，在管片脱出盾尾时，将产生较大变形，影响成型隧道的质量；同时，过小的盾尾间隙也将直接损坏盾构机的密封刷。

8.2 管片拼装施工要求

为保证管片拼装质量及施工进度，施工时必严格按照如下要求进行管片拼装的施工：

1) 为加快拼装施工速度，必须保证管片在掘进施工完成前10分钟进入拼装区，以便为下一步施工做好准备；另外，为保证管片在掘进过程中不被泥土污染，也不宜提前将管片备好。

2) 在拼装过程中要清除盾尾拼装部位的垃圾，同时必须注意管片定位的正确，尤其是第一块管片的定位会影响整环管片拼装质量及与盾构的相对位置，尽量做到对称。

3) 管片拼装要严格控制好环面的平整度及拼装环的椭圆度。

4) 每块管片拼装完后，要及时靠拢千斤顶，以防盾构后退及管片移位，在每环衬砌拼装结束后及时拧紧连接衬砌的纵、环向螺栓，在该衬砌脱出盾尾后，应再次拧紧纵、环向螺栓。

5) 封顶块防水密封垫应在拼装前涂润滑剂，以减少插入时密封垫间的摩阻力，必要时设置尼龙绳或帆布衬里，以限制插入时橡胶条的延伸。

6) 在管片拼装的过程中如果需要调整管片之间的的位置，不能在管片轴向受力时进行调整，以防止损坏防水橡胶条。

8.3管片拼装质量要求

1）选取管片时要多方面考虑，选取管片时也要本着“勤纠偏、小纠偏”的原则进行，以减小片拼装时的错台。

2）确保质量合格、管片类型符合工程师指令的管片才准进洞。

3）严格按指定的拼装工艺进行拼装。

4）拼装过程中经尺量管片错台符合拼装要求后，再将管片就位。

5）管片安装前应对管片安装区进行清理，清除如污泥、污水，保证安装区及管片相接面的清洁，重点清理管片的环、纵接缝面。

6）严禁非管片安装位置的推进油缸与管片安装位置的推进油缸同时收缩。

7）管片安装质量应以满足设计要求的隧道轴线偏差和有关规范要求的椭圆度及环、纵缝错台标准进行控制。拼装时要综合考虑隧道线路要求和盾尾间隙，合理选择管片拼装点位。

第九节 同步注浆、补注浆的浆液类型、配比和注浆工艺及参数

同步注浆（同一环）

1、浆液类型惰性浆液

2、浆液配比砂800kg、粉煤灰240kg、膨润土64kg、水300kg

3、注浆压力/MPa0.35～0.4

4、注浆量/m32.8～3.8

5、注浆结束标准达到要求注浆压力

补注浆（同一环）

1、浆液类型双液浆

2、浆液配比水泥：水玻璃＝１：１

3、注浆压力/MPa0.3

4、注浆量/m31.0～2.0

5、注浆结束标准以设定压力注浆，直到注不进为止

6、注浆次数2

第十节 刀具、刀盘的磨损、损耗特征、规律

10.1 刀具更换的标准

刀具磨损的标准是：周边刀磨损量为5～10mm，齿刀磨损量为15～20mm。根据这一标准。在刀具更换的同时，工作人员必须检查一下螺栓是否完好。

10.2 刀具的损耗特征、规律

刀具在一般土层下掘进500~700m即达到磨损标准，在砂层或卵石层中掘进100m左右即达到磨损标准。需对土样进行观查，若发现添加剂加入正常，而出入较热，可初步判定刀具有磨损；施工参数异常，推进速度与出土速度不成比例或推进时扭矩较大，也可初步判定刀具有磨损，可开仓对刀盘的刀具进行检查。

第十一节 长距离推进的换刀

换刀可分为两种方式：一种是常压开仓换刀，适用于盾构到达竖井等刀盘前无土压情况下；一种是加压开仓换刀，适用于盾构在正常掘进过程中，在前方有一定土压力的情况下。

刀具更换的程序和方法

进舱前，每次进舱准备10～15把齿刀，还要求准备M36、M34及M32的螺栓若干和SW36的套筒及加力杆。

每次更换时，工作人员先将刀具周围的泥土清掉，保证有一定的工作空间。由刀盘外侧向内逐个检查刀具的磨损情况，确定需要更换时，用对应标号的刀具进行替换。用套筒及加力杆卸下固定螺栓，将拆下的螺栓及附件放入随身携带的工具袋内，以防丢失。将换下的刀具递到人闸内，同时将固定螺栓和固定座用水清洗干净，并检查一下是否有裂纹，如有裂纹必须更换新螺栓，以确保新装刀具有足够的固定强度。将新的刀具按原来的位置安装好，并将固定螺栓拧紧。每次带一批刀具和螺栓进舱，每批刀具换完后，把废刀具和没有安装的新刀放进料闸内。与此同时操作手转动刀盘。工作人员通过料闸把下一批刀具送入土舱内，再继续更换下一组刀具。每换完一批后，由值班机械工程师检查一遍安装质量，并检查是否有漏掉的或者没有固定好的。机械工程师确认无误后方可继续作业。更换速度按实际情况定，必须以保证安装质量为前提。

第十二节 盾构施工进度指标

根据业主提供的工期合理安排施工进度，平均每个月掘进400m。

第十三节 盾构始发至接收的一次最大施工长度及统计分析

盾构由三元桥站始发，施工掘进1100m后发现施工参数异常，于是决定开仓检查刀具，发现刀具耐磨有较大磨损，需对刀具进行部分更换。当时盾构机地面上方为公园，且地层中含水量不大，采用常压开仓检查并更换刀具。此次更换刀具共计40把，其中周边刀8把，齿刀32把。

第十四节 盾构隧道防水

14.1管片的防水

盾构隧道渗漏水的位置主要在管片的接缝、管片自身小裂缝、注浆孔和螺栓孔等。其中以管片接缝处为防水重点。通常接缝防水的对策是使用密封材料，靠弹性压密，以接触面压应力来止水。

管片防水措施主要有：

（1）管片结构的自防水结构是首选的防水措施，主要方法为管片材料采用防水混凝土。地铁结构物一般用普通防水混凝土，而盾构隧道衬砌由预制管片拼装而成，多用外加剂防水混凝土，抗渗可达S12以上。渗水量，包括接缝渗水小于0.1L/m2/d。

（2）管片接缝防水管片接缝防水主要采用弹性密封垫防水。

第十五节 监控量测

北京地铁机场线工程盾构区间地处东直门-三元桥之间，贯穿三元桥、机场高速路、东直门斜街等城区，沿线工程地质水文条件复杂多变，地表多为危旧民宅和公交车站，道路交通繁忙，地下管线密集且纵横交错，沿途还有三元桥、公园、亮马河等重点建筑。在盾构施工过程中必须通过严格控制施工技术参数，确保隧道沿线两侧的重要建筑物以及民用建筑的安全，使盾构顺利通过危险源。加强监测周边环境情况，并分析其盾构机影响范围和影响程度，对盾构安全掘进是非常重要的。

一、施工监控量测的主要目的是：

盾构的工法有别于传统的施工方法，根据盾构机的工作环境及其工艺特点，必须了解盾构机通过时对其周边的影响情况。

（1）通过监控量测采集各个施工阶段的数据，通过对监测数据的分析及回归，隧道环片的动态变化，及时将分析成果化为施工指令，反映到盾构掘进施工中以保障施工过程时时处在安全状态。

（2）通过对监测数据处理分析结合相关的施工实际情况，得出地面以及隧道成型环片变化的原因，及时采取相应的措施确保地面交通顺畅，地面建（构）筑物的正常使用，以及保证隧道的限界和质量。

（3）通过实际的测量结果来检验理论于实际之间的差异，并把监测结果分析后及时反馈给设计以便修改设计、指导施工。

（4）通过监控量测及时反映出盾构隧道上方沉降槽区域的沉降情况，及时反映到施工中防止地面出现较大沉陷。

（5）通过监控量测了解该工程条件下的施工情况，反映出的一些地下施工规律和特点，为今后类似工程或相关工艺的发展提供借鉴、依据和指导作用。

为确保施工期间结构及建筑物的稳定和安全，根据设计要求结合隧道通过的地质条件，支护类型，施工方法等特点，本工程的监测项目为：

二、地面沉降监测

对地面监控量测，采用精密水准测量，严格按照国家二等水准测量的技术要求，一般我们在监测中采用二等闭合水准路线。在盾构施工中地面的主要监测，盾构掘进过程中引起的地表沉降和地面变形情况。我们在施工开始前两月，在地表沿隧道线路埋设监测点，监测点的埋设见下图。在隧道沿线，布设监测基准点，监测基准点一定要按照监测规范要求执行，在地表沉降区域50米外埋设基准点，这些基准点要与国家水准基点形成水准网，便于对水准基准点进行复核。用精密水准仪进行地面沉降的量测。根据监测结果进行分析，判断盾构掘进对地表沉降的影响。

监测点布置原则：监测点布置在地面隧道上方，监测断面垂直于线路方向,在中线的两侧18m范围内布置测点，由于隧道沿线有的地面有密集的房屋，地表监测断面无法满足设计要求的在隧道的上方沿隧道方向每30m布设一断面，只能在隧道上方地面的每一胡同处布置监测断面胡同间距一般70 m-40 m左右，布置的监测断面间距最长60m，最短22m，为了保证盾构施工时地面安全，采取加强地面监测，地表沉降情况联系地表建筑物监测的数据来分析，达到及时掌握地表变化的目的。

图3.9 横断面监测布点图

埋设方法：用全战仪以线路沿线地面导线为依据精确定位地面监测点位，用冲击钻活水钻在所需埋设的点位上钻孔φ５0～100 mm。在孔中放入φ22mm长约500mm的钢筋，钢筋顶端为圆面微露地面5mm～10mm，钢筋周围用速凝砂浆或胶状物等填充物填实。

监测频率：小于盾构机刀尖前20 m后30 m 2次/1天，大于盾构机刀尖后50 m 1次/2天，大于50 m 1次/1周

量测精度：±0.2 mm。

使用仪器： 精密水准仪、铟钢尺、全站仪。

地面沉降超过警戒值时相应措施：当地表沉降速度过大时，要增加监测频率，必要时停工检查原因，及时加强壁后注浆和二次补浆和加固地层的措施保证施工安全。

三、地面建、构筑物变形监测

监测方法：主要监测建筑物的不均匀沉降、水平位移。用精密水准仪和全站仪进行监测。在施工过程中注意观测房屋的裂缝情况，根据监控量测采集的数据，进行分析最终的出的结果来判断建筑物的变形和沉降情况，以便修正施工参数，起到指导施工的作用。

测点布置原则：对距隧道中线20米-30米以内的房屋进行监测，在建筑物的承重柱和墙及拐角位置布置测点，每一栋建筑物不少于4点，整个标段共布房屋监测点600个。

监测频率：小于盾构机刀尖前20米后30米 2次/1天，大于盾构机刀尖后50米 1次/2天，大于50米1次/1周。

量测精度：±0.2mm。

使用仪器：精密水准仪、铟钢尺，全站仪。

建筑物沉降超过警戒值时相应措施：当建筑物的变形超过+10mm，-30mm时，加快监测频率，及时采取改变土仓内土压和增加注浆量及加固地层等措施，必要时，对既有建筑物的基础采取加固措施，视实际情况制定相关补充方案和措施。

图3.10 建筑物监测测点布置示意图

四、盾构隧道收敛和拱顶下沉

监测方法：主要监测盾构隧道的成型环片的收敛和拱顶下沉情况，监测方法是用收敛仪和精密水准仪直接量测。

测点布置原则：隧道收敛和拱顶下沉测点在同一断面，沿隧道方向1断面/10m，隧道收敛和拱顶下沉测点布置如图所示。

图3.11 洞内收敛及拱顶下沉测点布置图

监测频率：当台车尾部与该环片间距小于10米时，1次/天；当台车尾部与该环片间距小于30米时，1次/2天；当台车尾部与该环片间距大于30米时，1次/周。

量测精度：±0.5mm。

使用仪器：收敛仪、精密水准仪、铟钢尺。

相应对策：当洞内收敛和拱顶下沉过大，需要加大监测频率，必要时停工检查原因，采取加设支撑、处理地层的方式保证施工安全。

五、监测数据总体概述与分析

1、地面沉降

本标段地面沉降没有超限本标段监测没有超限的监测点，整个标段经过统计地表监测点位平均沉降量在30mm左右，下面是对地表监测断面在盾构机掘进期间及掘进结束后的监测数据及其图表分析情况。下图是随时间变化第一沉降槽的变化趋势：

图3.12第一沉降槽曲线图

由上图看到在整体沉降中，在盾构机盾尾处沉降量最大，所以在这个时间段一定要加强监测。

点名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

对上表中数据进行分析，画出曲线图

垂直于隧道轴线监测点的沉降曲线

从垂直于隧道轴线监测点的沉降曲线图可以清楚的看到地表沉降明显是一个沉降槽，隧道正上方沉降量最大，隧道中线两侧慢慢变小。

图3.13 地面房屋监测点监测成果表隧道周边建（构）筑物沉降数据分析

隧道周边建（构）筑物沉降曲线图

从上图中可看到隧道周边建（构）筑物的沉降可以得到控制。根据隧道施工图3.14 地面房屋监测点监测成果表隧道周边建（构）筑物沉降数据分析

情况，调整掘进参数，在盾构机通过隧道上方或周边有建筑物时，可以有效地控制周边建（构）筑物沉降量在规范之内。

为了更好地研究盾构机掘进时对周边环境影响范围，对各个不同地层进行分析监测数据，研究盾构机通过时对周围环境的影响范围，盾构机在掘进过程中在纵向和横向两个方向都有影响，为了清楚它的影响范围以及影响程度，必须对监测数据进行分析。对数据的分析分两种情况：1、分析各测点沉降与盾构机相对位置的变化规律，进而确定盾构施工时的纵向影响范围；2、采用回归分析法分析沉降槽和盾构机相对位置的变化规律，进而确定最大的影响范围和最大沉降值。

粘土层：

图3.15 断面点变化量~时间关系曲线图

通过以上的各种关系图可以看出盾构机在掘进过程中地表变化的趋势为：在粘土层段盾构机在没有到达前１５m时粘土层段开始微有上升的趋势，上升的量不大，不超过2mm，在盾构机到达时开始下降直至盾构机过后２０m开始趋于稳定，最大沉降量不超过7mm。

卵石层：

砂砾卵石层，此段盾构机是叩头掘进，平均覆土厚度为16m，在该地层选取K0+762里程的断面的监测数据进行分析：

图3.16 断面G点时间变化曲线图

断面的地表沉降关系图可以看出盾构机在掘进过程中地表变化的趋势为：在砂层段盾构机在没有到达前时没有上升趋势，在前20m时有下降的趋势，直至盾构机过后２０米开始趋于稳定。最大沉降量在16mm 。

盾构掘进时土压力对盾构机前面土体的影响有着密切的关系，结合各监测断面的时间曲线图与上图中盾构掘进时土压力进行分析，盾构机掘进时土压建立的大小与盾构机到达时之前地表的沉降量有一定的规律，从土压曲线图可以看出，盾构机掘进时在粘土层里的平均土压为2.3bar，在砂层和卵石层中的平均土压为1.2bar左右，盾构机在粘土层里掘进的土压比在卵石层和砂层里掘进的土压高出1bar左右，而在盾构机到达之前前面土体有隆起的趋势但量很小，粘土层段地表隆起的量比卵石层要大，粘土层隆起达2mm，卵石层只有1mm左右，砂层几乎没有隆起的这一过程。产生这一现象的主要原因是因为在粘土层密实性好掘进时比卵石层和砂层中土仓里的水因土压作用不易散失，能使土压建立较高，从而对盾构机前面的土体产生推力以至使地表隆起。粘土层的土压高对前面土体的推力大所以隆起量比卵石层要大。综上所述，盾构机掘进时平均土压建立在1bar-2.3bar之间是符合北京地层的。

以上分析都是采用现场采集的数据，它的横向影响范围只反应了监测时布设的宽度，不能反应出在某一时间段实际应该影响的范围，变化程度也是实际所发生的，只有对这些数据进行回归分析才能掌握相关规律。

从曲线图可以清楚地看到，每一段面的沉降量都不同，与各段的地质等情况有关。最大沉降量的曲线是在隧道正上方处有防空洞，而最小的是在盾构机掘进前对这段地层进行了加固。从曲线图就能看出盾构施工的整个过程当中，监控量测对盾构机的掘进参数指导作用。通过对监测数据的分析，从以上分析的各种图表可以得出：（1）盾构施工能有效控制地表沉降，对地表影响较小；（2）盾构施工时隧道中心地表沉降最大往隧道两侧慢慢变小；（3）盾构机在掘进过程中离刀盘前10m左右的地表稍有隆起，在+5mm左右，盾构机盾尾通过后此处地表沉降变化最大，它的变化量占该点总沉降量的三分之二。

施工监控量测对施工具有重要的是指导意