盾构施工地表沉降（共7篇）
盾构施工地表沉降 篇1
地铁盾构施工中的地表沉降及其控制技术
摘要地下盾构穿过复杂的富水地层时地层极易失水而造成地面沉陷。结合工程实例，阐述了采用注浆技术解决此类问题的技术思路、方法及具体实施工艺。关键词盾构施工 地表沉降 注浆控制
1引言
随着城市化的快速发展，城市所面临的交通、土地矛盾日益突出，因而，地下隧道交通及各类地下工程成为解决矛盾的一个重要方面，大量的地下工程建设引发的地面沉降，地面塌陷和地面裂缝层出不穷，如何避免和防止城市地铁工程建设中的地面变形地质灾害问题已成为地铁工程建设中的重要课题。
2地铁工程产生地质灾害的工程地质特性
在城市地铁工程建设中，地质灾害多发的地层一般为松散人工堆积层，河相、湖相或滨海相沉积覆盖层，岩层多为软弱、裂隙发育或风化强烈或岩溶发育的地层，具体有人工杂填土层、砂层、粉细砂层、砂砾(卵)石层或孔隙率高的黏土层、淤泥层、透水性强的构造破碎带、强风化、中风层、以及岩溶地层。这类地层的普遍特性是高孔隙率、高含水、高透水性。
3地质灾害成因分析
在城市地铁工程建设中，无一列外不是必须对地层实施开挖、掘进，实际上，在对原始地层进行开挖、掘进的过程，即是对地下水文工程地质环境的破坏过程，它不但改变了地层的应力结构，即使在构建起人工结构后，也强制地层应力进行重新分布、平衡，在这个过程中，必然引起地层变形的发生，严重的引起地面变形沉降、开裂，建筑物变形、开裂。尤其是高地下水位条件下，地层开挖掘进时，大量地下水沿开挖面流失并排出，造成地下水位大面积下降，从而引发一系列地面地质灾害问题。
4典型沉降变形控制及防治技术
4． 1盾构施工引起地面及建筑物下沉并变形开裂 4． 1． 1灾害现象及成因
在某地铁施工中，当向盾构机土仓加压至2． 3 bar时，发现盾构机部位地面出现隆起的现象，且地面补注浆孔施工时所挖的探槽多点窜气;监测数据显示地面下沉幅度较快。2009 年6 月10 日晚 11 时，盾构机盾尾上部的地面建筑物—汽车修理厂部分地面突然下沉，面积约40 m2，下陷深度约2．5 m，同时出现房屋基础的独立柱下沉，墙面开裂。
根据区域详勘和补勘阶段地质资料，盾构机所处部位(地表以下约 22 ～28 m)区间地层为: 上覆第四系覆盖层，覆盖层主要为冲积 ～ 洪积土层及残积土层。下伏基岩为风化花岗岩、花岗片麻岩和花岗岩。基岩包含全风化、强风化、中风化三个风化岩带。隧道区间大部分位于全、强风化层，地层空隙率较高，中、强风化层为富水地层。水压大且具有连通性。
根据水文工程地质条件及盾构施工情况综合分析，引起地面下沉及建筑物变形的主要原因为:盾构机在穿过覆盖层及风化软弱地层时，因外围未形成有效防护，在地层土压力及水压力作用下，随着盾构机的掘进，大量泥水混合物涌进土仓造成严重超挖及水土流失，致使隧道顶部地层在上覆压力作用下发生变形坍塌，变形坍塌不断延伸从而导致地面塌陷变形、建筑物变形开裂。4． 1． 2治理技术方法
(1)方法与步骤
①首先采用混凝土对塌陷区进行回填;
②对修理厂房屋地板以下的脱空区进行回填灌浆处理;
③采用黏土水泥复合浆液将盾构机土仓回填密实;
④采用黏土水泥复合浆液在盾尾形成止水环，控制已掘进完成的隧道管片与围岩间的水流和部分裂隙水;
⑤采用黏土水泥复合浆材从汽修厂车间地面对盾构机土仓周边地层进行帷幕灌浆施工;
⑥在上述工作完成后，利用盾构机上预留的超前注浆孔进行适当补强。
(2)施工工艺
①灌浆材料。
由于盾构机刀盘前方地层空隙率高，且地层富水，要求止水灌浆不能固住盾构机。采用黏土复合浆液或复合膏浆先进行充填灌浆，然后再采用部分mj 双组分低强度化学浆材进行止水。
②采用黏土水泥复合浆材将盾构机土仓回填密实。
利用盾构机土仓胸板上的注浆孔，采用排水与注浆结合的方式，对土仓内空间分 3 ～4 次将土仓空间注满。注浆材料初凝时间 6 ～12 min，3 d 抗压强度 0． 3 ～1． 0 MPa。
③通过注浆在盾尾形成止水环。
为减少土仓水的来源，对已形成隧道的管片与围岩间的水流和部分裂隙水通过注浆进行控制，并在盾尾后形成较宽的止水环。止水环灌浆孔布置于盾尾后的第 3 ～ 9 环间的管片拼装孔(或缝)上，先施工管片上的拼装孔，按 3 排一个循环进行施工。止水环施工前先将需处理环间管片上的拼装孔钻穿两个，量测排水量和水压，并做连通试验。处理过程中用球阀封闭排水，灌浆压力 1 MPa。灌浆结束标准: 单位吸浆量不大于 1 L/min，持续 10 min。
注浆材料为黏土水泥复合浆材，初凝时间16 min，3 d 抗压强度 1 MPa。特殊情况下灌入化学浆材或速凝双液浆止水。
④用低强度化学浆材回填盾壳与围岩间间隙，防止盾壳被固住。
为保证盾构机盾壳不会被较高强度的灌浆材料固住，在对掌子面注浆前先用低强度的溶液型浆材充填盾壳与围岩空间。回填过程应与盾壳周边的排水结合，让浆材尽可能充填满。回填压力应小于 0． 6 MPa。
⑤地面注浆帷幕。
要求在盾构机土仓周边形成止水帷幕体，并对掌子面进行适当加固，施工完成后要求能将盾构机前行部位达到基本止水和空隙地层的有效充填，设计在盾构机土仓部位周边布置钻孔，加固底板深度30 ～ 32 m，刀盘前方 4 ～ 6 m，钻孔轴线距刀盘左右各 2 m，隧道顶部 4 m。钻孔垂直盾构机轴线布孔 5～ 6 排，排距和孔距 1 ～ 1． 2 m，盾尾与刀盘部分以上孔深距隧道顶 1 m。
灌浆浆材采用黏土水泥复合浆，初凝时间16 min，3 d 抗压强度 1 MPa。为提高浆材的固结强度，施工中可将水灰比调为 1∶ 1，其他参数不变。
灌浆采用压力为 0． 3 ～ 0． 6 MPa。以盾构机土仓内最大压力不超过 3． 5 bar 为上限控制标准。
当吸浆量小于 1 L/min 时，再持续灌浆 30 min后结束灌浆。
⑥超前注浆。
超前注浆作为地面注浆的补充，施工过程要求钻孔与灌浆紧密结合，钻完一孔即灌浆一孔，不得同时施工多孔，防止对地层的扰动。不一定需要将所有的预留孔全部施工，应根据地层的加固效果确定孔数和施工的深度。
实际上，盾构机在土仓壁上已布置有超前注浆孔施工位置(见图 1)，先沿盾构机轮廓预留的超前注浆孔布置 9°外倾孔，孔深约 5 ～ 7 m，实际入土或入岩深度为 2 ～ 4 m，要求钻孔尽量深;再施工水平孔，各类孔均分三序施工;施工过程中应采用孔口导流和适当封堵，尽量防止水和泥沙大量涌出，使地层失水加速下沉。
灌浆: Ⅰ序和Ⅱ序孔灌入黏土水泥复合浆液，要求浆液 7 d 强度大于 3 MPa，初凝时间约 6 ～12 min;Ⅲ序孔灌筑低强度速凝高分子止水材料。施工中，在盾构机土仓传感器监测到的压力不超过3． 5 bar 情况下，尽快达到灌浆压力，或者保证注入率大于 30 L/min，直到该孔基本不吸浆 30 min 后停灌。所有黏土水泥复合灌浆孔全部施工完毕后，待凝 24 h 后再进行Ⅲ孔的钻孔灌浆。
灌浆过程以盾构机土仓传感器压力小于3．5 bar为控制标准，在土仓压力不上升情况下灌浆压力尽可能大，但应确保地面不冒浆。
4． 1． 3治理完成可恢复掘进施工的条件
在土仓超前注浆孔上适当部位布置检查孔，如果钻孔不塌孔，且渗水量不大于 5 L/min，则可以启动螺旋出土器出土，然后再开闸检查，确认土仓无明显渗水及流土，则可恢复掘进施工。4． 2盾构换刀预防地面沉降加固技术 4． 2． 1工程概况
隧道由两条单线单洞区间的盾构法隧道组成。设计里程为 Y(Z)DK-0-631． 525 ～ Y(Z)DK-2-411． 300，右线隧道长 1 779． 775 m，左线隧道长1 784． 897 m(长链 5． 122 m)，全长 3 564． 672 单线延长米。区间沿线地面条件复杂，经过地面设施主要有城市交通主干道、河涌、高架桥、建筑物等，车流量大，人员密集，建筑物稠密。
截止 2009 年 9 月 5 日，右线海瑞克盾构机掘进到 647 环，隧道埋深 25 m，盾构机所在位置地面为一工商学院院内，海瑞克盾构机盾尾距学生宿舍 9号楼净距 2． 6 m，刀盘距学生宿舍 10 号楼净距离为5． 11 m，两栋房屋均为框架结构，锤击灌注桩基础，A072 栋房屋桩长 13 m，A070 栋房屋桩长 15 m。左线小松盾构机掘进到 550 环。
左右线盾构机位置见图 2。
4． 2． 2工程地质及水文状况
(1)工程地质情况
在 ZDK-1-435 处，隧道断面主要地层为 ＜7H ＞和 ＜9H ＞;在 YDK-1-433 处，隧道断面主要地层为＜ 7H ＞、＜ 9H ＞，隧道上部为 ＜ 6H ＞ 地层。
花岗岩残积土 ＜5H-2 ＞ : 呈褐黄、灰褐色，硬塑状，黏性差，含有石英砂粒，遇水软化、崩解。
强风化花岗岩 ＜ 7H ＞ : 呈褐黄、灰褐、浅黄、浅灰色等，风化强烈，原岩组织结构大部分风化破坏，但原岩结构清晰可辨，岩石风化裂隙发育，风化不均，岩芯呈半岩半土状、碎块状，局部夹中风化岩块，岩质极软，岩块用手易折断，具遇水易软化、崩解特点。
中等风化花岗岩 ＜8H ＞ : 呈深灰、灰白、浅黄等色，中细粒结构，块状构造，组织结构部分破坏，裂隙较发育，岩石硬，较破碎，裂面伴有铁染，岩芯多呈碎块状，少量长、短柱状，风化不均匀。
微风化花岗岩 ＜9H ＞ : 呈深灰、灰白色，块状结构，裂隙较发育，岩石坚硬，较完整，岩芯多呈长、短柱状，少量块状，锤击声脆。
(2)水文地质情况
本区段地下水有第四系孔隙水及基岩裂隙水两种类型。
一种是其富水性较好，透水性强，属中等 ～ 强透水地层;根据其赋存条件，一般为潜水特性，对局部埋深比较大，上覆土层较厚地段具弱承压性特点。
另一种是基岩裂隙水主要赋存于基岩强风化、中等风化的裂隙中，地下水埋深一般为 10 ～ 20 m，由于岩性及裂隙发育程度的差异，其富水程度与渗透性也不尽相同，一般比较差。由于强风化带上部全风化岩和残积土以土性为主，透水性差，一定程度上起到相对隔水作用，因此本基岩裂隙水具承压水特性。4． 2． 3换刀加固技术方案
小松盾构机拟在 646 环(刀盘在 ZDK-1-436)处检查及更换刀具，考虑到小松盾构机压气作业较困难，需采取地层预加固后常压进仓检查及更换刀具，故此需对检查换刀位置处的地层进行加固。考虑到右线海瑞克盾构机带压作业时掌子面易失稳坍塌，且在目前停机位置(647 环)需更换刀具后方可继续推进，因此需对右线海瑞克盾构机前方地层进行加固，常压开仓更换刀具。刀盘前方地层为 ＜5H － 2 ＞、＜ 6H ＞、＜ 7H ＞、＜ 9H ＞ 等地层，地面为工商学院内空地，结合以往施工经验，盾构换刀加固采用地面前进式注浆加固。
(1)地面注浆加固方案
对刀盘前方掌子面从地面采用前进式注浆加固土体;盾尾后两环径向注浆形成止水环阻止后方的水流进入土仓;盾壳上的预留径向孔径向注入快速止水高分子材料，对盾壳周围的间隙封闭止水，并起保护作用。
①对盾尾后两环管片的注浆加固。对盾尾后部两环管片径向孔(每环管片 6 个吊装孔)用双液注浆。注浆深度穿透管片背后土体 1 m。
②对盾壳背后注入快速止水高分子材料。利用盾构机壳体上的径向注浆孔向盾壳周圈注入快速止水高分子材料，注入压力小于 1． 0 MPa，将盾壳周围空隙填充密实，起到止水和利于盾构机脱困的目的。
③对刀盘前方土体加固。从地面采用前进式注浆加固，加固范围为: 盾构机刀盘前方沿线路前进方向隧道边线左右各外扩 1 m，布设 2 排注浆孔。加固孔位采用梅花形布置，孔间距 1 200 mm，排距600 mm，加固深度为隧道上方 3 m 至 ＜ 9H ＞ 地层0． 5 m。
(2)对右线海瑞克盾构: 先对盾壳上的预留径向孔径向注入快速止水高分子材料;再从盾尾后两环径向注浆形成止水环;之后从地面采用前进式注浆加固刀盘前方土体。土体加固完成之后，人工在常压状态从人闸口进入土仓清除土仓内的渣土，并对刀盘开口部位采用木板封闭，在清仓的同时进行原位换刀;换刀结束后，转动刀盘，取掉封闭刀盘开口的木板，关上仓门;对土仓内采用膨润土 + 粉煤灰 + 砂浆液回填;再进行盾构推进。
(3)对左线小松盾构: 先从地面采用前进式注浆的方法对拟换刀位置的刀盘前方进行土体加固，盾构推至加固体 0． 5 m 后停机;再对盾壳上的预留径向孔径向注入快速止水高分子材料，并从盾尾后两环径向注浆形成止水环;之后采用螺旋输送机出土，人工在常压状态下从人闸口进入土仓检查刀具;如需更换刀具，对刀盘开口部位采用木板封闭并更换刀具;检查或换刀结束后取掉封闭刀盘开口的木板，关上仓门;再进行盾构推进。
通过以上盾构换刀加固技术方案的实施，可确保在盾构穿过复杂地层进行换刀时，在土仓卸压条件下，正常进行换刀作业，并避免因减压而造成水土流失，引起地面及建筑物的沉降破坏。
5结束语
随着大量城市地下工程的开工建设，施工中遇到的各类地质环境灾害问题日益突出，经多年的研究与实践，在岩土工程及地质灾害治理方面积累了一定的经验，并研究开发了诸如覆盖层及软弱地层控制注浆工艺技术，成套控制注浆材料制浆、泵送技术与设备，高精度水平预应力锚索施工技术等多项专利技术及设备。在此，愿与各位同行专家一起共同努力，不断推进地下工程技术的发展和进步。
盾构施工地表沉降 篇2
关键词：盾构隧道,概率积分法,地表沉降,动态分析
0 引言
盾构法施工已成为我国城市地铁隧道施工中一种重要的施工方法。同其他施工方法一样, 施工将不可避免地扰动土体, 破坏了原有的平衡状态, 而向新的平衡状态转化, 导致地表的沉降[1,2]。无论施工技术如何改进, 预测地铁隧道开挖引起的地表位移沉降及对周围环境的影响是盾构施工的一个重要问题。围绕这一问题国内外学者们运用了许多方法进行了大量的研究工作。刘建航[3]提出盾构施工过程中实际开挖土体体积与竣工隧道体积之间有一定的差值, 即“负地层损失”的概念, 从而对Peck公式进行改进;Loganathan和Poulos[4]基于解析理论, 提出预测地表沉降的解析公式, 由于实际影响因素比较多, 理论计算参数取值存在一定的局限;王穗辉等[5]利用神经网络强大的非线性映射进行建模分析, 目前, 将人工神经网络应用在地铁施工建设处于启动阶段, 还需要进一步开展研究和试验;张海波、于宁等[6,7]利用数值模拟的方法对开挖过程进行了模拟分析;张书丰等[8]利用数学方法中的延迟差分方程法建立模型对纵向地表沉降进行动态预报;刘波等[9]基于最优化理论的共轭方向加速法, 研究了Peck法与随机介质法各自的多参数反分析方法。由于地质条件的复杂多变以及施工参数的变化使得上述的研究成果具有一定的局限性, 不同地区纵向地表沉降有着不同的特点。
地表沉降是一个长期的, 变化的过程, 若能较准确地预测地表位移沉降随时间的变化, 对盾构施工及周围环境的安全是非常有意义的。因此, 本文结合西安地铁某区间盾构隧道施工情况, 在实际监测值的基础上, 以概率积分法为基础, 对其隧道开挖引起的横向和纵向的地表沉降趋势进行预测, 用实测值来验证曲线预测沉降的吻合程度, 对后续工程的设计与施工经验的积累具有重要意义。
概率积分法是因其所用的预计公式中含有概率积分而得名。该方法的基础为随机介质理论, 所以又称随机介质理论法。随机介质理论首先由波兰学者李特威尼申于20世纪50年代引入岩层移动研究, 后来我国学者刘宝琛、廖国华等发展成为概率积分法, 是预测开采沉陷领域应用较为成熟和广泛的方法之一, 广泛用于矿山地表沉陷预测分析[10,11], 近期才将此方法应用于地铁工程, 该法优点在于概率积分法数学模型相对简单, 运算性能强, 便于计算机计算, 可以快速实现预计。预计参数不依赖于纯理论, 而是基于实测资料, 更具有客观现实性, 因而预计结果可靠、精度相对较高, 该法比常规的地面沉降控制指标将更有效[12]。
1 地表沉陷预测模型
1.1 基本原理[13]
岩体作为开挖沉陷的研究主体可以用两种完全不同的介质模型来模拟, 一种是连续介质模型;另一种是非连续介质模型。由于岩体中有一系列原生的和开挖引起的裂隙面和其他非连续面, 开挖沉陷问题属于非连续介质模型, 开挖引起的岩层和地表移动的规律与作为随机介质的颗粒体介质模型所描述的规律在宏观上相似。
概率积分法应用时应注意几种假设:岩体是各项同性、均质的、不连续介质, 即地表移动与方向无关, 也称为等影响原理;岩层水平成层, 承认线性叠加原理;盆地内岩体体积不随深度变化, 只产生形变。我国通用的概率积分法主要适用于水平和倾斜地层半无限开采条件下的地表移动变形计算[14]。所以应用概率积分法来研究开挖沉陷引起的地表移动变形问题是适当的。
1.2 地表沉陷预测模型
由概率积分法理论可知, 动态地表移动的主断面形式为盆地型, 如图1所示。据此得到盆地主断面移动变形计算式:
式 (1) 中, β为主要影响角;H为开挖深度, m;C一般的计算公式为C=1-e-ct;r为主要影响半径, 一般取H/tanβ, m;d为拐点偏移距, m;Cd为动态下沉盆地系数, r/ (r+d) ;m为开挖直径, m;η为下沉系数;v为开挖速度, m/a;c时间参数, 一般条件下1.0≤c≤3.0;x为观测点距原点的距离, mm;t为下沉变形时间, (0≤t≤+∞) , a;ω (x, t) 表示地表下沉值。
对式 (1) 进行积分变换得:
利用概率积分法预计地表下沉值时, 要根据实测资料, 在详细分析施工区条件、广泛参考相近地质开挖条件下的观测数据的基础上, 进行综合分析并依据规程按照开采覆岩的性质来确定充分采动下沉系数、主要影响角正切值、拐点偏移距等经验参数。
1.3 地表沉陷预测参数选取
开挖沉陷预测结果的精度主要取决于预计模型与实际地表移动变形规律的一致程度, 而对于概率积分法预计模型预计精度则主要取决于参数的可靠性。概率积分法中所涉及的主要预计参数有5个, 即下沉系数η、主要影响角正切tanβ、拐点偏移距d、动态下沉盆地系数Cd、影响传播角β。参数的影响因素复杂, 如何选取参数是实践中的难题[15]。概率积分法预计参数一般是利用地表移动观测站数据通过最小二乘法曲线拟合确定, 最小二乘法对于实际情况的复杂性导致的观测站数据中包含异值或粗差的影响非常敏感, 可能会使拟合参数估值产生偏差, 导致预计结果失真。抗差估计求参技术可以较好地克服模型偏差和异值点造成的失真性。周江文教授提出的IGGI方案对最小二乘参数估计解式的权阵进行了改化, 即以等价权Pii代替先验权P等价权的形式[16]:
式 (4) 中:k0为分位参数, 一般取k0=1.5;k1为淘汰点, 一般取k1=2.5。从而用等价权重构抗差解式和单位权中误差。每个点的下沉可以由自变量和除动态下沉盆地系数以外的预计参数表达, 经线性化后, 首先采用最小二乘法估计出的参数估值做初始值, 再利用等价权迭代至满足精度要求为止, 即可获得参数的抗差解[17], 得到较为准确的预测参数。
2 地表沉降值预测
2.1 工程概况
隧道开挖断面直径6.00m, 覆岩岩性为中硬, 西安地铁二号某标段盾构区间长度2376双线延米, 其中含有地裂缝F8、F9, 盾构隧道内径5400mm, 外径6000mm, 预制装配式板形钢筋混凝土管片, 错缝拼装, 纵、环缝均采用弧形螺栓连接。采用日本小松直径6140mm土压平衡盾构施工, 主机长8.68m。盾构施工通过地层主要情况如下:素填土、新黄土、古土壤、老黄土、粉质黏土, 隧道埋深16.92m, 开挖速度为7m/a, 盾构到达的时间为2010年12月6~12日, 盾尾闭合的时间为2010年12月20~22日。地下水为潜水和上层滞水, 水位较高。
为确保工程顺利实施, 采用先施作暗挖隧道后盾构通过的施工方法。这种方案有过站小车、弧形导台加钢板、弧形导台加钢轨3种方法。通过对比分析采用弧形导台加轨道法, 这种方法推进系统易上浮, 所需始发及空推推力小, 反力钢环受力小, 施工速度快, 安全系数高。
由于此次地质条件多为土体, 满足不连续介质;土体介质是由沙粒或相对来说很小的岩块这样的介质颗粒组成的。颗粒之间完全失去联系, 可以相对运动。颗粒介质的运动用颗粒的随机移动来表征, 并把大量的颗粒介质的移动视为随机过程。所以概率积分法能更好地适用于此次工程实例。
2.2 地表沉陷预测结果
本文结合西安地铁某区间隧道施工, 对现有施工过程中地表移动变形进行了监测, 采用上文中提到的抗差估计 (IGGI方案) 的方法求取预计参数。按照上文提及的解算方法步骤, 求得预计参数见表1。
注:δ为走向移动角, 中硬岩层取70°~75°, 表土层移动角为45°。
选取典型的断面进行分析, 测点的布置分为沿轴线纵向布置和垂直轴线的横向布置。横向布置选取距离洞口的距离为60m、80m、100m的HD1、HD2、HD3工作面, 纵向布置以轴线为对称中线, 分别布置三条测点, 分别为JZ1、JZ2、JZ3。结合概率积分法的预计参数, 取预测时间为2010年12月至2011年的1月, 在预测时间这段时间内进行监测沉降跟踪。经过现场布点监测, 获得了大量的实测数据。将预测值和实测值进行对比, 结果见表2和表3。
注:HD2、HD3的数据不再详细列出。
2.3 沉降结果分析
根据选取典型沉降监测断面的监测点的监测数据和预测数据作为分析对象, 具体的沉降曲线和下沉位移预测曲线如图2、图3所示。
由图2可以看出, 隧道正上方的对称中心线处沉降量最大, 达到-16.35mm, 而两侧的测点沉降量则随着距离中线的增加而减小的这种基本趋势。但几乎所有测点都在一定程度上表现出了一种变化规律:在12月6日之前, 沉降量都比较小, 约在1.55~3.75mm范围之内, 属于盾构到达前的前期沉降, 在12月12日之前沉降量增大, 属于盾尾到达时地表沉降。在12月24日, 沉降量有升有降, 但总体有所增大的趋势, 属于盾构通过后盾尾闭合阶段沉降, 在12月24日之后基本上呈现平缓的变化, 地表沉降量趋于稳定, 属于后期沉降。各阶段的划分没有清晰的界限, 但各阶段的变化特征却是不同的, 这与引起地表沉降的主要影响因素有关系。
由图3可以看出, 地表沉降的计算预测值小于实测值, 主要原因在于计算模型中的支护的效应是瞬间实施的, 而实际工程作用中并不是如此的。尽管如此, 横向地表沉降监测和预测的曲线图还是很符合沉降的实际情况的, 即近似正态分布的沉降槽的趋势。
3 结论
本文通过西安某地铁区间盾构施工所引起地表的沉降现场实测数据的分析及预测, 得到以下主要结论:
(1) 盾构推进时引起地表沉降是不容忽视的, 尽管目前技术在不断的改进, 但其推进引起的沉降是目前地下工程施工引起地层较小移动的因素之一。
(2) 通过对沉降曲线分析得出, 隧道中心大部分沉降发生在隧道开挖后7到10天之间;在盾体通过后10天左右地表沉降值基本趋于稳定, 即大部分沉降是由于盾尾空缺引起的, 这符合一般盾构法施工引起的地表沉降规律, 因此在施工中应重视盾尾过后的地表变形情况。
(3) 预测曲线图与实际沉降曲线趋向大致相同, 变化趋于稳定, 较好地符合了地表沉降的一般规律, 说明基于概率积分法预测盾构施工时引起的地表沉降是可行的。
地铁盾构施工引起的地表沉降预测 篇3
摘要：以长春地铁大量施工监测数据为基础，运用Peck理论公式，在公式中添加了地表最大沉降修正系数n和沉降槽宽度修正系数口，确定了适用于长春地区的修正系数取值范围，并利用修正后的Peck公式对横向地表沉降进行预测。对比实测数据分析表明：当α取0.6～0.9、β取0.5～0.9时，Peck预测修正曲线和实测数据误差较小，适用于长春地铁工程实践，能较好地预防地铁施工事故的发生。
关键词：长春地铁；Peck公式；修正系数；地表沉降
中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2016）01-0010-05
0 引言
地铁隧道盾构开挖引起土体应力的重新分布，产生地表沉降，对周围建（构）筑物、地下管线等势必造成一定的损害，严重时会出现坍塌、变形等现象。因此，在地铁隧道施工前期，对地表变形进行准确的预测很有必要。Peck在对大量实测数据进行分析和研究的基础上，于1969年提出了估算开挖隧道地表沉降的预测公式，即Peck公式（潘海泽等，2010），该公式已成为目前应用最为广泛的方法。但是，由于地域差异性引起的地质条件的差别会对预测值的准确性产生较大的影响，Peck公式只是基于某一地区的研究，因此，误差不可避免。本文基于长春地铁的实测数据和地质情况，以Peck公式为基础，进行回归分析，得到回归拟合后的沉降曲线，并对Peck公式进行修正，研究其在长春地区的适用性，并指导工程实践，预防地铁施工事故的发生。
1 工程概况
长春地铁二号线文化广场一解放大路区间（简称WJ）工程，起讫里程为K20+730.976～K21+862.843，区间全长1385.443m。本文选取测点AWDBY-WJ-940所处区段，埋深12.6m，线间距13m，采用单洞单线盾构施工。监测点布置情况如图1所示。
2 Peck理论公式
1969年，Peck在搜集大量地表沉降观测数据的基础上，对这些数据进行了详尽的分析，从而提出地表沉降槽近似符合正态分布曲线的理论学说（陈军等，2005）：地面沉降槽的体积等于隧道施工中地层损失的体积，而且假设施工横断面上地面沉降曲线（图2）的形状和正态分布曲线的形状是一样的（宋克志等，2004）。根据这个理论，Peck提出了地表沉降的预测公式：式中，Sx是距离隧道中心线横向距离x处的地表沉降值（单位：mm）；x是距离隧道中心线的水平横向距离（单位：m）；Smax是地表的最大沉降值（单位：mm）；V1是盾构隧道单位长度的地层损失量（单位：m3/m）；i是沉降槽的宽度。依据Reil-ly和New（1982）在英国伦敦地区的工程经验，沉降槽的宽度i和隧道的深度h之间存在以下线性关系（韩煊，李宁，2007）：
i=Kh （3）式中，K是沉降槽的宽度系数，主要取决于土体自身的物理性质。根据英国伦敦地区的工程实践经验（韩煊等，2007）：对于无粘性土，K取0.2～0.3；对于硬粘土，K取0.4～0.5；对于软的粉质粘土，K取0.7。
图2中，φ为土体的内摩擦角（单位：（°））；h为覆盖土层的厚度（单位：m）；r为盾构半径（单位：m）。
本文不考虑水的影响，故地层损失与最大位移之间的关系可通过对式（1）积分得到：通过上述公式计算得到距隧道中心线横向距离x处的地表沉降值，并绘制出Peck预测曲线和实测数据曲线（图3）。
由图3可以看出，Peck预测曲线和实测数据曲线之间存在较大的误差，故需对Pcek公式进行回归拟合。
3 Peck理论公式回归分析
首先对原始Peck公式即式（1）进行对数运算，得到如下公式（严健等，2015）：将InS（x）和-x2/2作为线性回归的变量，将lnSmax作为线性回归的常数项，将1/i2作为线性回归的线性系数。整个回归过程如下（胡斌等，2012）：线性回归处理以后，得到如下的理论公式：式中，xi为所选择的样本中第i个样本点与隧道轴线距离的代数值；n为所选择的样本点的个数；a为线性回归处理以后的常数项；b为线性回归处理以后的线性系数。
对上述公式进行计算，可以得到线性回归后Smax和i的理论计算公式：
线性相关系数R是用来检验回归分析处理后得到的Peck理论计算公式的线性相关关系程度。线性相关系数R的计算公式如下（姚爱军等，2010）：
若依据上式运算得到R>F0（n-2），则得出线性回归后Peck公式的线性相关关系高度显著；
若依据上式运算得到F0.01（n-2）>R>F0.05（n-2），则得出线性回归后Peck公式的线性相关关系显著。
按上述步骤计算WJ区间AWDBY-WJ-940测点的地表沉降数据，回归分析处理以后的结果如表1所示。
根据表1中的数据，并结合上述回归分析公式，可计算得出：Sxx=3945.38，Sxy=45.43，Syy=0.53；再由式（9）、（10）计算得出：a=3.05，b=0.0115；从而得到回归后的线性函数：（13）计算得出：Smax=21.22，i=9.32，进而可以绘制拟合后的Peck曲线，并将其与地表沉降实测数据和Peck预测曲线对比（图4）。
线性相关系数由式（14）计算得到：R=0.990>r0.01（4）=0.917，由此判断回归函数线性相关关系高度显著。
由图4可以看出，拟合后的曲线与实测数据基本吻合，能够较好地反映地表沉降的实际概况，可以用于地表沉降预测。但Peck公式预测曲线与实测数据、拟合曲线存在比较大的数值偏差，有必要对Peck理论公式进行修正。
4 Peek理论公式修正
依据上述的理论分析，运用Peck理论公式，在公式中添加两个修正系数α和β，得到如下的修正公式（段绍伟等，2015）：式中，α为地表最大沉降修正系数；β为沉降槽宽度系数修正系数；S'max为Peck理论公式原始预测的地表沉降最大值（单位：mm）；i'为Peck理论公式原始预测的沉降槽宽度系数（单位：m）。
转换为线性函数：
由表2可以看出，当地表最大沉降修正系数α位于0.6～0.9之间时，占80%；当沉降槽宽度系数JB位于0.5～0.9之间时，占82%。结合图4的分析结果，不难得出，修正后选取的α、β值能够更加准确地进行Peck理论公式的地标沉降预测。
将α、β的下限值和上限值分别作为修正系数运用于两个典型的区间工程（WJ区间和自由大路-南湖大路区间（简称ZN），同时，将得到的Peck公式预测曲线（简称上限曲线和下限曲线）与实测数据进行对比。
由图5可以看出，绝大多数实测数据位于上限曲线和下限曲线之间，极个别实测数据位于下限曲线之下，少量实测数据位于上限曲线之上。因此，可以将修正后的Peck公式用来预测地表沉降，其预测效果明显优于原预测曲线。
5 结论
本文以长春地铁的施工监测数据为基础，利用修正的Peck公式对地表沉降进行预测，得出以下结论：
（1）运用Peck理论公式，结合长春地铁的工程地质和水文地质概况，计算得出了地铁盾构开挖地表沉降的最大理论值，并且，工程实测的数据显示其地表沉降的横向分布近似为一条正态分布曲线。
（2）当地表的最大沉降修正系数α位于0.6～0.9之间，沉降槽的宽度系数β位于0.5～0.9之间时，计算得到的Peck理论公式修正曲线与工程实测数据曲线相对吻合，其预测的效果明显比原始Peck理论公式预测曲线的准确程度高，更能反映地表沉降的变化趋势。
盾构施工地表沉降 篇4
大直径软土盾构隧道工程地层沉降规律分析
以上海长江隧桥中的`隧道为背景,研究地层沉降规律.首先建立二维有限元计算模型来模拟盾构推进阶段对地层沉降的影响,得出该阶段地层沉降的规律.然后对同步构件浇注、设备安装及车辆运行荷载引起的地层沉降进行了计算和分析.最后将计算结果与实测数据进行比较,得出规律:要注意盾尾注浆阶段注浆液的体积必须大于盾尾空隙的体积;盾尾开脱阶段极易发生沉降,必须做好同步注浆;运营阶段车辆荷载对地层沉降影响不大.
作 者：蒋睿 JIANG Rui 作者单位：上海黄浦江大桥建设有限公司,上海,90刊 名：中国市政工程英文刊名：CHINA MUNICIPAL ENGINEERING年，卷(期)：“”(1)分类号：U456关键词：盾构隧道 地层沉降 盾构推进 运营阶段
盾构法施工成本分析 篇5
——分析盾构法施工成本的影响因素及控制 前言：
在城市地铁的隧道施工中，盾构法施工由于其施工速度快、安全性高、噪声小等诸多优点，越来越多的受到地铁设计单位、建设单位、施工单位等各方的青睐，近几年在很多地铁隧道施工的招标合同中，也基本上都要求采用盾构法施工。施工的目的是什么，相信大家应该比我更清楚，效益！如何来把施工效益最大化，是我们最关心的问题！那么如何把效益最大化？从源头入手、控制施工成本！
盾构项目成本要素包括几项：直接成本、间接成本、税金。
施工成本：所谓施工成本是指在建设工程项目的施工过程中所发生的全部生产费用的总和，包括消耗的原材料、辅助材料、构配件等费用，周转材料的摊消费或租赁费，施工机械的使用费或租赁费，支付给生产工人的工资、奖金、工资性质的津贴等，以及进行施工组织与管理所发生的全部费用支出。建设工程项目施工成本由直接成本和间接成本组成。
直接成本：是指施工过程中耗费的构成工程实体或有助于工程实体形成的各项费用支出，是可以直接计入工程对象的费用，包括人工费、材料费、施工机械使用费和施工措施费等。1.投标成本（主要涉及前期编标、招投标费用）。2.折旧费用（盾构、后配套、小型机械）。折旧费是指固定资产经过使用后，其价值会因为固定资产磨损而逐步以生产费用形式进入产品成本和费用，构成产品成本和期间费用的一部分，并从实现的收益中得到补偿的费用。
盾构项目的盾构机折旧费是根据隧道掘进延米来计提折旧的，一台盾构机的使用寿命为10000小时左右，价格高达4000万，折旧一般是6000-8000元/延米，后配套是1000元/延米，这部分费用基本是固定的，项目投标下来隧道掘进有多少延米就基本定下来了。
1°盾构机的大修费
2°盾构机经常修理费
经常修理费是指机械设备除大修理外的各级保养(包括一、二、三级保养)及临时故障排除所需费用，为保障机械正常运转所需替换设备、随机使用工具、附具摊销及维护费用；机械运转及日常保养所需润滑、擦拭材料费用和机械停置期间的维护保养费用等。
3°始发、接收基座、反力架等设计、材料、安拆费用等。安拆费是指在施工现场进行安装、拆卸所需的人工、材料、机械等方面的费用。
4°其他后配套及小型机械费。如龙门吊的购置（租赁）、安拆费用；电瓶车的购置及维修保养费用；注浆设备、风机的购置及维修保养费用；轨道及附件等相关费用
3.班组人员工费
4.材料。在盾构项目成本中约占40%，对项目成本影响巨大，因此要严格物资计量、验收、收发、领退制度，建立健全原始记录，制定和修订内部计划价格，正确确定成本核算制度等。5.、机械费：包括水电费、机械租赁费、盾构机维修费
间接成本：是指为施工准备、组织和管理施工生产的全部费用的支出，是非直接用于也无法直接计入工程对象，但为进行工程施工所必须发生的费用。主要指现场管理费（包括项目管理人员工资、招待费、小车费用、办公用品费用等）
税金：税金，企业所得税法术语，指企业发生的除企业所得税和允许抵扣的增值税以外的企业缴纳的各项税金及其附加。
二、影响成本的因素
（一）、设计线路的复杂程度
设计线路是指设计方在设计线路是的设计参数，例如转弯半径、坡度等。较小的转弯半径对于盾构操作要求很高，增加了施工难度，在掘进的过程中，容易出现蛇形、重复纠偏，从而导致管片碎裂、隧道漏水等施工通病。这就要求我们在工程开工前搞好盾构操作手的培训工作，提高盾构操作手等施工主要人员的自身素质，保证每一个操作手对盾构操作、管片选型等方面完全理解，并能够在施工中很好的应用，从而保证施工质量。
（二）、工程进度会影响成本 人是第一要素，工程施工项目的第一责任人的组织领导工作能力高低的体现关键就在于能否充分调动广大劳动者的积极性，调动积极性一方面是经济的，另一方面是人文的，如果调动不了职工积极性，工期延后相应的工资、房租、车辆使用等一系列费用就会增加很多，更有工期延后业主方面的负面影响。
（三）、技术活动影响成本
施工活动关键是技术性活动，只有采取先进的技术措施，才能做到低投入高产出，并创造优质产品。确定科学、合理的施工方案与施工工艺是技术系统的重要内容。工程技术精准、不出差错，在施工过程中，施工生产“四化理念”，“四化”即施工手段机械化、施工控制数据化、施工管理规范化、施工环境园林化。施工中广泛开展全面质量管理小组活动和“比、学、赶、帮、超”等群众性质量管理活动，提高了质量控制和保证能力。在盾构掘进中创出了特色、创出了品牌，成为业主广州地铁公司的典范项目，在系统内广受瞩目，在广州轨道交通工程建设领域树立了旗帜。
（四）、对机械特别是对盾构机的维修保养很关键 对盾构机维修保养的好，运转正常，不仅可以提高隧道掘进速度，更可以提高盾构使用寿命，从而从总体上节约成本。
（五）、项目收尾工作，缩短验收时间，提高交付使用效率。
三、项目成本控制措施
项目成本控制的根本目的，在于通过成本管理的各种手段，不断降低施工项目成本。项目成本的全过程控制要求成本控制工作要随着项目施工进展的各个阶段连续进行，既不能疏漏，又不能时紧时松，应使施工项目成本自始至终置于有效的控制之下。
由于项目施工的一次性，不象生产企业生产工序可以循环，因此施工前的成本预测很重要，对项目本身而言没有可以借鉴的东西，一个项目完结成功就是成功，失败就是失败，不能从头再来过。因此工程项目在施工生产过程中的每一环节都要进行项目成本控制，成本核算过程与施工生产过程同步进行，在时间上保持一致，降低施工项目成本的途径，应该是既开源又节流，或者说既增收又节支。只开源不节流，或者只节流不开源，都不可能达到降低成本的目的，至少是不会有理想的降低成本效果。目前公司对项目成本管理形式：项目与公司签定项目管理目标责任承包书。项目管理目标责任承包书是在项目中标后公司根据中标合同、施工状况、人员配备情况与项目签定的一个上交资金、目标利润的承包书。要搞好成本管理，应注意以下几个方面：
（一）、进行成本预测，合理确定责任成本 责任成本是财务成本的发展和延伸，建立健全项目责任成本核算机制，是实施成本控制的中心环节，是项目成本管理的基础工作。为保证项目成本真实准确，保证项目责任人的利益，必须正确合理地界定项目的责任成本范围。在推行项目承包过程中，要科学合理地测算项目承包基数。项目承包基数的测算是项目成本管理的首要环节，在测算过程中必须慎重合理，考虑影响成本的多种因素，例如投标中的压价让利，工程本身的特点，项目班子的管理水平与管理能力，以及主要材料的市场情况和工程合同的有关条款等。
（二）配置合适的项目人选
项目经理是项目成本管理的第一责任人，全面组织项目部的成本管理工作，应及时掌握和分析盈亏状况，并迅速采取有效措施；工程技术部是整个工程项目施工技术和进度的负责部门，应在保证质量、按期完成任务的前提下尽可能采取先进技术，以降低工程成本；经营部主管合同预算管理，增创工程预算收入，合同实施和合同管理工作，负责工程进度款的申报和催款工作，处理施工赔偿问题，物资部主管材料采购、收发，、安全环保部主管安全质量工作，财务部主管工程项目的财务工作，应随时分析项目的财务收支情况，合理调度资金；尤其要注重培养盾构维修人员、盾构操作手等专业技术人员并提高他们的待遇。项目既是成本中心（成本中心是其责任者只对其成本负责的单位，又是利润中心（指既对成本承担责任，又对收入和利润承担责任的企业）既要对成本负责，也要对利润负责，圆满完成项目承包书的成本、利润目标。
（三）、劳务层的管理
项目与劳务层签订的劳务分包合同是合作双方在自愿协商的基础上产生的有约束力的控制办法。是以项目经理为中心的合同体系，覆盖了项目管理的各个层面，上至公司的决策者，下至项目劳务层的各个作业班组，并涉及企业各个专业职能部门，但合同一旦签定，就要不折不扣的执行，没有特别特殊的原因不能更改。
（四）、技术管理
前面说了施工活动关键是技术性活动，制订先进的、经济合理的施工方案，以达到缩短工期、提高质量、降低成本的目的是技术部门的职责所在。正确选择施工方案是降低成本的关键，采取各方面的技术措施控制项目成本：一是在施工准备阶段，做出多种施工方案，进行技术经济比较，然后确定有利于缩短工期、提高质量、降低成本的最佳方案，二是在施工过程中，研究、执行各种降低消耗、提高工效的新工艺、新技术、新材料等降低成本的技术措施；三是在竣工验收阶段，注意经济、技术的处理，缩短验收时间，提高交付使用效率。
（五）经济管理
1°人工费控制管理。主要是改善劳动组织，减少窝工浪费；实行合理的奖惩制度；加强技术教育和培训工作；加强劳动纪律，压缩非生产用工和辅助用工，严格控制非生产人员比例。2°材料费控制管理。主要是改进材料的采购、运输、收发、保管等方面的工作，减少各个环节的损耗，并且在采购材料时要货比三家，在质量有保障的前提下选用价格低廉者，以节约采购费用；合理堆置现场材料，避免和减少二次搬运；严格材料进场验收和限额领料制度；制订并贯彻节约材料的技术措施，合理使用材料。
3°机械费控制管理。主要是正确选配和合理利用机械设备，搞好机械设备的保养修理，提高机械的完好率、利用率和使用效率，从而加快施工进度、增加产量、降低机械使用费。间接费及其它直接费控制。主要是精减管理机构，合理确定管理幅度与管理层次，节约施工管理费等。
（六）加强工程项目成本分析与考核工作。主要方式应以财务部门为主，组织项目管理人员按季度召开经济活动分析会，协助项目组分析成本升降的原因，并制定对策，成本考核是检验项目成本管理和经济效益的一种好方法，可以及时发现成本中存在的问题，但切忌流于形式。建筑市场竞争激烈，僧多粥少，许多工程是压价中标，有些甚至是低于成本价，从接活之日起就是亏损项目，再抓成本管理工作已难取得好效果；工程预算滞后，开工无概算、竣工无决算，工程竣工二、三年决算未定案是家常便饭，严重影响成本核算的真实性和完整性；主要建筑材料价格频繁上下波动，对项目的成本影响很大，给项目成本管理工作带来不稳定性。因此项目成本管理要以投标报价为依据，制定项目成本控制目标，各部门和各班组通力合作，形成以市场投标报价为基础的施工方案经济优化、物资采购、经济优化、劳动力配备经济优化的项目成本控制体系，以便成本控制能确实有效的贯彻执行。、责四任成本管理过程控制
（一）施工组织设计方案预控
项目部要重视施工组织方案、技术方案的编制和审查工作，建立施工方案的逐级优化和审查制度，从节约成本角度做好多方案优化对比。施工组织方案的编制原则：
1、本着在保证质量、工期的前提下，以最少的投入换取最大的经济利益为目标。
2、根据承建工程项目内容，因地制宜，合理安排施工工序和工艺流程，统筹安排各单项工程进度。
3、充分利用现有设备，做到配套实用。
4、合理安排冬、夜施工。
5、尽量采取国内、外先进成熟的施工技术和科学管理方法。
（二）物资材料的控制管理
1、物资材料管理的环节
2、物资材料采购过程中价格的控制
3、物资材料采购、保管费的控制
4、物资材料消耗数量的数量
五、机械设备的控制管理
（一）项目机械设备的选择。项目机械设备的来源分为自有机械设备和租赁机械设备两种，选择总的原则是技术先进、经济合理、生产适用。
(二)项目机械台班数量和价格的控制。机械设备管理以节约项目机械设备成本为目标，使用形式有自有设备和租用两种。
盾构施工地表沉降 篇6
盾构法施工引起的地表沉降估算方法主要有:(1)传统方法(解析法)———矿山开采引起地表变形中采用的R.B.PECK公式(1969)[1];(2)数值方法———通常用的有限元法、边界元法等;(3)最新的神经网络算法和采用模糊数学理论的系统控制论专家系统[2]。盾构隧道开挖后即进行支护,故其周围土体的应力释放不会很大。在地应力仅考虑自重应力的情况下如图1所示。可以选取易发生塑性破坏的拱顶土体,并借助弹塑性力学分析其塑性半径。如果其塑性半径很小,则隧道周围土体受扰动程度很小,可假定隧道开挖后整个土体仍处于弹性状态,因此可用弹性理论计算隧道地表沉降。
2 重力场作用下土体中的应力分析[3]
设土体为半无限体,地面为水平面,距地表深度为h-y处,有一单元体,其上作用的应力为σx,σy,σz,形成土体单元的自重应力状态如图2所示。
土体自重在地下深为(h-y)m处产生的垂直应力为单元体上覆土体的质量,则
式中:γ为上覆土体的平均重力密度;h为坐标原点的深度。
在均匀土体中,土体的自重初始应力状态为
式中,λ为常数,称为侧压力系数,若把土体视为各相同性的弹性体,则利用平面弹性力学知识可得
3 洞周应力释放引起的土体中应力与位移分析
隧道开挖引起的应力释放如图3所示,若假设应力释放荷载沿洞周均为P、地表应力为0,又注意到整个孔边的面力主矢量X=Y=0(外力是平衡力系)。依圣维南原理可以认为离开挖面较远的地面、左右侧面应力为0,即无穷远处的σ1=σ2=0。因此可以取隧道圆心为坐标原点,利用平面弹性力学关于无限大板孔边受均布荷载作用的解,得出土体中任一点的应力和位移为:
式中:a为隧道半径;ρ为原点与任一点的距离;G为土体的剪切模量。
4 拱顶土体的弹塑性分析
选取计算坐标系如图4所示,在拱顶土体(即x=0)处的任一单元体中,有y方向和γ方向在同一直线上,x方向与θ方向在同一直线上。又隧道开挖后土体中的应力为重力场作用下和洞周应力释放作用下的叠加。若设拱顶土体中应力为σx′,σy′,τxy′;则其为:
采用库仑-莫尔判据作为进入塑性状态的判据如图5所示。图中σ1,σ3分别为最大主应力和最小主应力,因为隧道开挖前土体尚未发生塑性破坏,且其中的最大、最小主应力分别为σy、σx,又因为σx′>σx,σy′<σy;所以拱顶土体若发生塑性破坏,则式(4)中的σx′、σy′分别为拱顶土体中的最大与最小主应力,其库仑-莫尔判据为:
式中:c为土体的内聚力;为土体的内摩擦角。将σ1=σx′,σ3=σy′代入式(5)得:
若假定隧道开挖直径为6 m,隧道埋深为12 m,土体参数如表1所示。
则式(6)可化为:
式中:p为释放荷载,若令p=βγ(h-3),β为应力释放率。可得到β与y之间的关系为:
令拱顶土体塑性区半径为χ,则χ与β之间的关系如表2所示。
从表2中可以看出:当地应力释放率(也即是管片对拱顶土体的支护抗力与其在重力场作用下的竖向压力之比)不大于50%时,拱顶处塑性区半径与开挖半径之差(即χ-a)小于0,可以认为整个土体未发生塑性破坏,从而可在弹性范围内计算隧道地表沉降。
5 地表沉降的弹性解分析
在加强现场监控量测的基础上,如果地应力释放率确实较小而不至引起较大的塑性半径,则在工程允许的误差范围内可用弹性理论直接求解。在重力场作用下产生的地表位移在未开挖前就已完成,因此,它并不是实际工程中所给予关心的位移。而直接与工程有关的位移是由隧道周边地应力释放引起的,其表达式可由式(3)经过坐标变换与平面应力应变转换得到:
同样选取隧道开挖直径为6 m、埋深为12 m,土体计算参数如表1所示。则地表沉降的表达式为:
由式(10)得到的不同释放率条件下地表沉降与位置的关系曲线如图6所示。
由表2可知当地应力的释放率不大于50%时,所得的地表沉降曲线与真实情况较为相符。
6 结论
本文利用平面弹塑性理论知识对隧道开挖引起的地表沉降进行了研究,得到以下结论:
(1)隧道周边应力释放率需达到一定量值,周边土体才会发生塑性破坏。
(2)盾构法施工中洞周土体的释放率不可能很大,而文中实例的洞周应力释放率要达到50%以上后才发生塑性破坏;建议在隧道开挖的典型断面的管片后埋设压力盒,由此推算出具体工程中的地应力释放率,并据式(8)推求拱顶土体的塑性区半径。
(3)如果塑性区半径确实很小,且在工程允许的误差范围内,则完全可由平面弹性力学中关于无限大板的解推求出隧道地表沉降的方程。
参考文献
[1]钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算(第二版)[M].北京:中国水利水电出版社,1995.
[2]于宁,朱合华.盾构隧道施工地表变形分析与三维有限元模拟[J].岩土力学,2006,28(1):1331-1334.
盾构施工设备安全操作规程 篇7
作规程
编制：张 晓 东 审核：陈 涛 批准：张 肃 正
中铁三局集团有限公司成都地铁2号线二期工程（东延伸
线）土建3标项目经理部 2012年10月10日
目 录
一、盾构机操作安全规程.......................................................3
二、管片吊机安全操作规程...................................................5
三、管片拼装机安全操作规程...............................................6
四、龙门吊安全操作规程.......................................................7
五、电瓶车安全操作规程.......................................................8
六、搅拌站安全操作规程.......................................................9
七、充电机安全操作规程.....................................................10
八、通风机安全操作规程.....................................................11
九、机械事故处理制度.........................................................12
一、盾构机操作安全规程
1、盾构机操作人员只能是可靠的、有合格资质、经过培训的人员。
2、操作人员必须明确自己的操作、装配、维护和维修机器的责任。
3、确保只有经过授权的操作人员在机器上作业。
4、正在接受培训的人员必须在有经验人员的全程监督下才能在盾构机上作业。
5、操作人员必须拒绝来自对安全不利的第三方的任何指令。
6、操作人员操作前必须阅读操作指导书和交班记录，该段详细地质资料、水文、地面建筑物、地面沉降、管片测量等情况。
7、操作人员在启动前应该检查：
a、冷却循环水管、污水管、高压电缆、低压电缆的长度，风管是确保能在掘进中不能拉断；
b、冷却循环水的温度、水压，空压机的气压、温度情况，是否正常； c、盾尾油脂泵、EP2泵、HBW泵的压力、轴承的温度是否正常； d、液压油箱的液位高度，电机、泵头的温度是否过高，液压管、泵头是否渗油、漏油现象；
e、膨润土箱是否有膨润土液，检查一下气压单元的压力，是否需要卸压； f、注浆泵水箱的水是否干净，注浆泵是否正常注浆，浆罐中是否有浆液，管路是否畅通；
g、油脂阀、泡沫阀、膨润土阀是否正常工作； h、泄露仓是否泄露。齿轮油冷却水阀是否打开；
j、皮带是不是跑偏，出土口下的皮带里是否夹有沙土、石块；
k、查看一下是否有故障记录、参数是否正常，试启动一下系统，是否有异常；
l、确保皮带系统上无人员，蜂鸣器正常； m、确保无维修人员作业； n、查看各个液压油温是否正常；
8、在正式掘进前，各个岗位人员就位。
9、正式掘进时，派专人在盾构机里巡逻，查看机械运转是否正常，有不正常现象及时报告操作人员。
10、操作人员应按以下要求操作： a、必须按各系统规定性能使用，严禁不合理使用； b、使用时要保证人身及机械安全，不准超负荷使用；
c、盾构机使用的润滑油、液压油必须符合规定，电压等级必须符合铭牌规定；
d、盾构机操作人员必须听从队长的指挥，正确操作，保证作业质量，与施工密切配合，及时完成任务；
e、禁止对盾构机可编程控制系统进行程序更改，禁止司机私自对此系统参数擅自更改，当需要更改时，必须请示机电部或主管领导，并将修改结果写入交接班记录中；
e、盾构机操作应严格按照操作说明书进行；
f、在启动和运行盾构机各系统时确保没有人处于危险区域中。
g、在运转不正常时，立即停止盾构机，并排除故障，待故障排除后方可继续推进。
h、在进行拼环作业时禁止收回过多的顶推油缸，防止盾体在土压作用下后移，造成塌方；
j、在启动盾体铰接处紧急密封装置后，严禁盾构机向前推进；
k、盾构机发生设备事故时，必须如实上报机电部或主管领导，由机电部责成相关部门对事故进行调查，待查明原因后按事故性质严肃处理。
l、在操作中防止泥饼、喷涌事故。
m、掌握地质资料，判断掌子面渗水情况和地下水位变化，建立土压防止在掘进中地面下沉。
n、建立土压时防止盾尾密封被击穿事故。
o、巡逻人员随时检查盾构机大轴承密封损坏事件，大齿轮圈、刀盘转动有无异响。
p、随时查看注浆压力，防止地表严重沉隆或地表冒浆事故。q、以监测数据为指导，实行信息化掘进。
10、遵守关于盾构机机器部件的所有说明和警告注意事项。
二、管片吊机安全操作规程
1、操作人员必须要有责任心,爱护设备,掌握操作技术,了解本机的各种性能和构造。
2、起吊重物时必须垂直提升,严禁倾斜、拖、拉。
3、严禁超载起吊或起吊拖车压位的轨道。
4、严禁长时间吊起重物停留在空中。
5、起吊重物前要检查吊机运行范围内,电缆是否在正常位置,轨道上无障碍物。
6、吊运重物过程中严禁频繁快速点动、急停、急起。
7、吊动重物行走时,严禁用快挡。
8、如遇紧急情况,需立即停止,可按紧急停机按钮切断总电源。
9、吊机在运转过程中,操作人员随时注意各机构电动机及电气设备有无异常声响，电机及各处轴承有无异常发热现象；如有异常,应及时停机,排除故障。
10、工作完毕将吊具提升到接近最高位位置,让吊机停在一号拖车前端,将操作手柄放到安全位置,严禁被水冲到。
11、吊机清洁时,严禁用水对甩机及接线盒冲洗。
12、运行时防止电缆被挂住，严禁人为拖拉电缆。
三、管片拼装机安全操作规程
1、管片拼装手必须是经过培训，并经考核取证的人员。
2、拼装前应将盾尾清理干净。
3、拼环时，无关人员不得进入作业区域。
4、拼装时，拼装手必须确认无人处于危险区域时才能转动拼装机，并与螺栓紧固手保持信息畅通。
5、管片拼装必须先从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。
6、每次收回的推进油缸不得超过5组，管片安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力应大于稳定管片所需力，然后方可移开拼装机。
7、管片在脱离盾尾后必须对管片连接螺栓进行二次紧固。
四、龙门吊安全操作规程
1、开车前应认真检查机械设备、电气部分和防护保险装置是否完好、可靠。如果控制器、制动器、限位器、电铃，紧急开关等主要附件失灵，严禁吊重。
2、必须听从信号员指挥，但对任何人发出的紧急停车信号，都应立即停车。
3、司机必须在确认指挥信号后方能进行操作，开车前应先鸣铃。
4、当接近卷扬限位器，大小车临近终端或与临近行车相遇时，速度要缓慢。不准用倒车代替制动，限位器代替停车开关，紧急开关代替普通开关。
5、应在规定的安全走道、专用站台或扶梯上行走和上下。大车轨道两侧除检修外不准行走。小车轨道上严禁行走。
6、工作停歇时，不得将起重物悬在空中停留。运行中，地面有人或落放吊件时应鸣铃警告。严禁吊物在人头上越过。吊运物件离地面不得过高。
7、运行时，桥吊与桥吊之间要保持一定的距离。
8、检修桥吊应靠在安全地点，切断电源，挂上“禁止合闸”的警示牌。地面要设围栏，并挂“禁止通行”的标志。
9、重吨位物件起吊时，应先稍离地试吊，确认吊挂平稳，制动良好，然后升高，缓慢运行。不准同事操作三只控制手柄。
10、桥吊运行时，严禁有人上下。也不准在运行时进行检修和调整。
五、电瓶车安全操作规程
1、电机车司机必须经过培训合格并持有相应的特种设备操作证件后方可上岗，专人专机、定人、定岗、定责。
2、操作人员工作前必须检查制动器、喇叭、灯光、电瓶电压（电压不能低于520伏）、电流等各部分，有异常时，应予修理或更换。
3、电机车运行前后连接必须确认车闸正常，严禁强行带病运行。
4、操作司机必须服从信号指挥。信号不明时，禁止擅自开车。
5、启动时，应鸣号示警。运行中，司机要集中精力，头、手严禁伸出窗外，要随时观察线路情况和洞内排架等其他设施有无侵界。
6、司机不准擅自离开岗位，司机在离开岗位时必须排档为零，切断电源，扳紧车闸，必要时用铁锲锲紧车轮。
7、调车、摘挂、扳道、安放铁锲等工作必须有专人负责，坚守岗位，不得擅自离开。禁止用其他物件代替联结销和铁锲的使用。
8、电瓶车与渣车、电瓶车与管片车、渣车与渣车等前后连接应安全可靠，除了有正规的联结销，下部有螺帽外还应有链条保险连接。
9、电机车严禁搭乘非工作人员，管片车上严禁搭乘人员出入，发生违章将作严肃处理。
10、指挥施工机械作业人员，站在通视安全地点，并明确规定指挥联络信号。
11、电机车运行时的各类物件必须放置稳妥，捆绑安全，严禁超长超宽。
12、操作司机服从指挥调度，不得超速，过岔道口、遇障碍物时必须制动减速并鸣笛示意。
13、电瓶车在行驶时，一定要注意安全，严禁抢进度、超限速。交会时，空车让重车，不准抢行。
14、电瓶车只能一台在隧道里面运行，如有特殊情况，必须通过指挥人员调度和隧道管理人员同意，方可两台同时运行。
15、机械设备在施工现场停放时，选择安全的停放地点，夜间专人看管。
16、轨道间距确保为900mm，两轨水平，轨枕端头之间用小钢筋连接在一起，道夹板和小压板螺丝紧固，不得有松动现象发生。
17、扳道器必须扳动灵活。尖轨尖端应与基本轨密贴。接头处轨面高低差和轨距线错牙：按国家铁路的正线、到发线上的道岔要求不得大于1mm。
18、轨道铺设半径应不小于15米。
19、工作完毕后，应做好检查、清洁、保洁工作。
六、搅拌站安全操作规程
1、搅拌机的操纵台应使操作人员能看到各部工作情况，仪表、指示信号准确可靠，电动搅拌机的操纵台应垫上橡胶板或干燥木板。
2、检查传动机构、工作装置、制动器等，均应坚固可靠，保证正常工作。大齿圈、皮带轮等部位，应装设防护罩。
3、骨料规格应与搅拌机的性能相符，超出许可范围的不得使用。
4、向大齿圈、跑道等转动磨损部位加注润滑油（脂）。
5、进料时，严禁将头或手伸入料斗与机架之间察看或探摸进料情况，运转中不得用手或工具等物伸入搅拌筒内扒料出料。
6、料斗升起时，严禁在其下方工作或穿行。料坑底部要设料斗的枕垫，清理料坑时必须将料斗用链条扣牢。
7、向搅拌筒内加料应在运转中进行，添加新料必须先将搅拌机内原有的混凝土全部卸出后才能进行。不得中途停机或在满载荷时起动搅拌机。
8、作业时，如发生故障不能继续运转时，应立即切断电源，将搅拌筒内的混凝土清除干净，然后进行检修。
9、作业后，应对搅拌机进行全面清洗，操作人员如需进入筒内清洗时，必须切断电源，设专人在外监护，或卸下熔断器并锁好电闸。
10、作业后，应将料斗降落到料斗坑，如须升起则应用链条扣牢。
11、冬季作业后应将水泵、放水开关，量水器中的存水放尽。
七、充电机安全操作规程
1、充电机必须有良好接地，应由专人负责管理操作，其它人员未经许可，不准乱动。工作时一定要戴好防护眼镜、口罩、防护手套，必要时穿防酸胶鞋。
2、所有机械设备必须与充电设备隔离。发电机整流子、炭刷不准接触硫酸溶液或气体。在未接好蓄电池的铅柱头前，严禁将电源合闸，以防产生火花引起爆炸。
3、配制电解液时，必须先装蒸馏水，然后缓慢倒入硫酸。严禁将水倒入浓硫酸中。禁止将浓硫酸直接倒入蓄电池中。
4、中途停车或发生故障时，必须立即切断直流电源，然后关断充电设备，防止电流倒流引起爆炸。
5、蓄电池的端子，应使用镀铅夹子紧密连结，以防产生火花，引起电池内的氢气爆炸。
6、充电室内应保持良好的通风。充电时，应打开门窗或通风设备。
7、在充电过程中，要经常检查在塞子上面或在蓄电池壳盖透气管里面的透气孔内的情况。如果这些小孔闭塞，气孔压力就会剧烈上升，使外壳爆炸。同时应经常检查电压、温度及电解液比重，特别是温度不得超过45℃，以防止爆炸或燃烧。
查电瓶时，严禁将金属工具放在电瓶上，以防电瓶短路而引起爆炸伤人。
8、搬运蓄电池瓶应用小车，并带胶质手套，围裙。要轻拿、轻放。
9、充电室不得离人，并应加强管理，禁止闲人乱进。
10、充电室内禁止明火、火花，应张贴“禁止烟火”的标志。室内应备有四氯化碳和二氧化碳灭火器。
11、蓄电池外壳及周围与酸液接触的地方应经常用碱水(5％碳酸钠水溶液)擦洗。
12、皮肤接触酸液时立刻用碱水或清水冲洗。酸液溅入眼内时应立刻用清水冲洗。充电室内应经常备有足够数量的碳酸钠溶液。
八、通风机安全操作规程
1、通风机管道的安装，必须保证在高速运转情况下稳定牢固保证安全运行。
2、认真检查主机和管件的连接应符合要求，安全防护措施应齐全有效。
3、检查通风机风扇应紧固，查看应正常及无障碍物，确认合格后方能开机。
4、风管接头要严密，风管出风口距工作面不宜太近。风管安设不应妨碍人员行走及车辆通行，支点及吊挂必须牢固可靠。
5、随时检查通风情况。运行中发现不正常音响以及电弧冒烟或风扇叶片磨损护罩时，必须立即拉闸检修。
6、运行中电动机升温超过铭牌上规定时，必须拉闸停机检修或降温。
7、严禁在通风机和通风管上放置或悬挂任何物件。
8、运转中不准检修，凡无逆止装置的风机必须待风道回风消失后，方允许检修。
9、作业后，切断电源。
九、机械事故处理制度
机械事故处理小组 组 长：张肃正 副组长：陈涛
成 员：张晓东、于庆坤、李波、牛晓怀、王跃峰及主司机
1、建立项目经理部安全、质量事故小组，成员由项目经理、主管副经理、机械部、安质部、各个设备主司机组成。
2、各种机械不论发生什么交通事故还是机损事故，任何人不得隐瞒不报，事故发生后必须查明原因，分析事故经过，并将处理结果发到各部门和工班，作为班组考核的一项指标。
3、对违犯安全制度、违章作业所造成的机械事故，视情节和机损情况予以一次罚款，严重违章者，追究其刑事责任。
4、事故发生后，直接责任者应写出事故经过和检查，交队事故处理组，以便分析处理。
5、一般事故由项目经理部负责处理。事故发生后当日内报公司机械管理部，10日内将事故处理结果报公司机械管理部。
6、重大事故由项目经理部当日报公司机械管理部。机械部派人员参加事故调查，并负责处理，提出处理意见，并在事故发生后30日内将处理结果报集团公司。
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