地铁盾构工程关键施工技术.pdf

二一八年六月地铁盾构工程关键施工技术前言随着国家经济持续快速发展，城市建设不断进行，城镇配套设施不断完善和品质提升，公共建筑和基础设施的建设正在迅速扩展。目前，五局承建的各类房建工程、公建工程及基础设施工程数量与体量在不断攀升，为满足市场越来越高的品质需求，特别是复杂工程、特殊工程、大型工程中不断应用新型材料、新型设备和创新技术等等。为持续提升企业技术创新能力，让技术积累成为企业的知识财富，达到提升类似工程的投标文件编制水平、指导后续类似工程施工的目的，进一步转化为企业的核心技术，特由局科技质量部组织各二级公司，总结及提炼编制了若干 工程关键施工技术。地铁盾构工程关键施工技术的编制得到隧道公司的大力帮助和支持，在此表示感谢！本书在编制过程中难免有不足或未涉及之处，请提出宝贵意见，如有修改补充的内容请及时将意见反馈到中建五局科技质量部，以供今后补充完善。中建五局科技质量部二零一八年十二月目录?第一章 地铁盾构工程的背景和概况简?介51行业前?景72五局盾构业务分布情?况73五局地铁施工业?绩8第二章 地铁盾构工程技术特点及工程技术重难?点111盾构施工特?点132盾构施工重难?点13第三章 地铁盾构工程主要施工技术总?结151盾构复杂环境长距离穿越铁路枢纽关键技?术171.1?技术背?景171.2?水平定向勘探技?术171.3?基于全站仪的沉降自动化监测技?术262盾构小半径浅覆土穿越铁路关键技?术322.1?技术背?景322.2?回填反压技?术332.3?轨道架空托换技?术333盾构富水地层近距离穿越运营地铁线关键技?术373.1?技术背?景373.2?MJS 水平加固技?术393.3?基于静力水准仪的自动化监测技?术443.4?富水断层破碎带盾构下穿既有运营地铁线路技?术474盾构岩溶强发育地层连续穿越重要建构筑物关键技?术504.1?技术背?景504.2?基于跨孔 CT 法的岩溶勘察技?术514.3?刀具选型技?术53?3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333334.4?高强富水岩溶地层盾构掘进参数控制技3333333333333术544.5?填仓换刀技3333333333333333333333333术575盾构溶土洞地层长距离穿越河流关键技33333333333333术615.1?技术背333333333333333333333333333景625.2?河流勘察双重套管成孔技3333333333333333333术625.3?盾构隧道接缝非固化沥青防水技3333333333333333术655.4?盾构出渣实时控制技333333333333333333333术686盾构站内过复杂结构车站关键技33333333333333333术716.1?技术背333333333333333333333333333景716.2?盾体垂直顶升过站技333333333333333333333术726.3?先隧后站技3333333333333333333333333术76333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333第 一 章地铁盾构工程的背景和概况1行业前景随着国家可持续发展战略、城市化战略、西部大开发战略和高速铁路发展战略的实施，我国的基础设施建设在 21 世纪进入了大规模施工阶段。地下空间的开发，具有不占用地面资源、缓解地面交通、不影响景观、有利于环境保护等优点，因此铁路隧道、公路隧道、城市地铁、过江隧道、地下行人通道、地下商场、管廊等的建设得到广泛应用。城市轨道交通作为提高交通能力、缓解交通拥堵的利器，已得到各级政府重视，轨道交通对经济增长的直接贡献率为 0.263，即一亿元投资可带来 2630 亿元财政收入，产生 2.63 亿元的 GDP，所以在中国有巨大的发展潜力。盾构作为城市轨道交通建设的主力军，市场潜力巨大。中国是全球最大的盾构市场。截至 2017 年末，中国内地共计 34 个城市开通城市轨道交通并投入运营，开通城规交通线路 165 条，运营线路长度达到 5033 公里。据不完全统计，2017 年中国内地城市轨道交通完成建设投资 4762 亿元，在建线路长度 6246 公里，可研批复投资额累计 38756 亿元。截至 2017 年末，共有 62 个城市的城市轨道交通线网规划获批，规划线路总长 7424 公里。随着世界经济的逐渐复苏，众多发展中国家对基础设施建设投入增加，我国新兴的TBM 产品逐步进入海外市场，市场表现良好，以东南亚、南亚、南美、非洲为主的 TBM 市场潜力巨大，欧洲、美国、澳大利亚等市场也将逐步打开。2?五局盾构业务分布情况中建五局于 2012 年进入深圳地铁市场，2014 年 5 月，隧道公司盾构分公司依托深圳地铁 9104-2 标成立，而后成长壮大于南宁地铁 2 号线，经过 4 年发展，盾构分公司目前承建的含有盾构工程的项目达 20 个，在行业内已经卓有成就。结合分公司近几年的技术应用情况，整理汇编形成中建五局地铁盾构工程六项关键施工技术，为后续类似工程提供施工技术参考，为五局奠定行业标杆提供技术支撑。中建五局承建的地铁盾构工程业务分布情况如图 1-1 所示。地铁盾构工程的背景和概况7图 1-1?中建五局承建的地铁盾构工程业务分布情况3五局地铁施工业绩我局近年来承建含有地铁盾构工程施工内容的工程项目如表 3-1 所示。表 3-1?中建五局地铁盾构工程施工项目统计表1深圳城市轨道交通9 号 线 BT 项 目9104-2 标段中建隧道市政工程项目共两站两区间，车站为鹿丹村站、人民南站，区间为鹿人区间、人向区间，区间双线全长 3039m，均采用盾构法施工。已竣工序号项目名称承建单位项目类型工程简介备注2南宁市轨道交通 2号线 9 标段中建隧道市政工程项目共一站四区间，车站为西津站，区间为三苏区间、苏安区间、安西区间以及出入段线，区间双线全长 6763m，基本采用盾构法施工。已竣工3长沙市轨道交通 3号线土建施工 SG-8标朝阳村盾构工区项目中建隧道市政工程项目共两区间，分别为朝长区间、长烈区间，区间双线全长 3886m，均采用盾构法施工。在施4长沙市轨道交通4号线一期工程土建施工“投资+总承包”第一标段二项目中建隧道市政工程项目共一站四区间，车站为汉王陵公园站，区间为湘汉区间、月湘区间、罐月区间以及出入段线，区间双线全长8352m，均采用盾构法施工。在施5长沙市轨道交通 4 号线一期工程土建施工“投资+总承包”第一标段六项目中建隧道市政工程项目共一站五区间，车站为溁湾镇站，区间为六望区间、望溁区间、溁湖区间、湖湖区间、湖阜区间，区间双线全场 10743m，均采用盾构法施工。在施6长沙市轨道交通 5 号线一期工程土建二标5工区项目中建隧道市政工程项目共两站两区间，车站为鹿丹村站、人民南站，区间为鹿人区间、人向区间，区间双线全长 3039m，均采用盾构法施工。已竣工87长沙市轨道交通 6号线工程中段（东区、西区）土建工程施工“投资+总承包”项目第二标段三项目中建隧道市政工程项目共一站四区间，车站为麓枫路站，区间为麓松路站麓谷西站区间、麓谷西站麓枫路站区间、麓枫路站玉兰路站区间、玉兰路站望岳路站区间，区间双线 全 长8087m，均 采 用 盾 构 法 施 工。在施8长沙市轨道交通 6号线中段（东区、西区）土建施工“投资+总承包”第二标段六项目中建隧道市政工程项目共一站三区间，车站为岳华路站，区间为岳桐区间、岳教区间、教望区间，其中岳桐区间双线全长 1780m，采用矿山法施工；岳教、教望区间双线全长 2989m，均采用盾构法施工。在施9徐州市城市轨道交通 1 号一期工程 3标、4 标（营改增）项目中建隧道市政工程项目共四站四区间，车站为西安路站、文化宫站、徐州火车站站、彭城广场站，区间为徐站区间、文徐区间、彭文区间、西彭区间，区间双线全长 4800m，均采用盾构法施工。在施10徐州市城市轨道交通 3号线一期工程土建 1 标项目中建隧道市政工程项目共两站三区间，车站为下淀站、大庆路站，区间为下大区间、大徐区间、徐复区间，其中下大区间双线全长539.4m，采用矿山法施工；大徐、徐复区间双线全长2045m，均采用盾构法施工。在施11深圳市前海市政配套土建预留工程土建9111 标段中建隧道市政工程项目共一站一区间，车站为怡海站，区间为梦怡区间，区间双线全长 666m，采用盾构法施工。在施12深圳市城市轨道交通 9 号线西延线工程 9112-1 标项目中建隧道市政工程项目共两站两区间，车站为荔林站和南油西站，区间为怡荔区间和荔南区间，区间双线全长 2705m，采用盾构法施工。在施13深圳市城市轨道交通 13 号 线 工 程13503-2 标项目中建隧道市政工程项目共一站一区间，车站为留仙洞站，区间为留白区间，区间双线全长 9217.037m，采用 EPB 和 TBM 双模式盾构法施工。在施14南宁市轨道交通 4号线 1 标土建 1 工区项目中建隧道市政工程项目共洪运路站那历村站那洪立交站两个区间，区间双线全长约 4853m，均采用盾构法施工。在施15南宁市轨道交通 4号线 1 标土建 5 工区项目中建隧道市政工程项目共一站一区间，车站为玉象路站，区间为五玉区间，区间双线全长 4910m，采用盾构法施工。在施16南宁市轨道交通 5号线土建 03 标 14工区中建隧道市政工程项目共两区间，邕降区间、降金区间，区间双线全长3905m，采用盾构法施工。在施17合肥市轨道交通 5号线土建施工总承包二标项目中建隧道市政工程项目共 1 站 6 区间，车站为杭州路站，区间为包华区间、渡包区间、杭渡区间、杭中区间、紫中区间、扬紫区间，区间双线全长 10208m，均采用盾构法施工。在施18郑州市轨道交通 3号线一期土建工程06 工区项目中建隧道市政工程项目共一站两区间，车站为太康路站，区间为黄金区间、金太区间，区间双线全长 1582m，均采用盾构法施工。在施19重 庆 交 通 9 号 线TBM 工区中间隧道市政工程项目共 2 个标段，8 标包含 3 个区间，分别为刘鲤区间、鲤观区间、观蚂区间，区间双线全长 5172m，均采用复合式 TBM 施工；12 标包含 2 个区间，分别为青宝区间、宝兴区间，区间双线全长 3962m，均采用复合式 TBM 施工。在施20新加坡 C715?-?北东延长线盾构隧道项目中建隧道市政工程项目共一区间，区间双线全长 1401m，采用盾构法施工。在施地铁盾构工程的背景和概况9第 二 章地铁盾构工程技术特点和重难点1盾构施工特点盾构法作为一种先进的隧道施工工法具有以下特点：（1）盾构施工无需大面积迁改建筑、管线等，对周边环境干扰较少，对地面交通及居民生活较小，施工不受地形地貌，江河水域、天气等条件限制。（2）盾构设备是针对某一类地质条件、隧道断面尺寸、埋深条件、围岩等进行设计、制作或改造，盾构设备的适应性、可靠性分析是必不可少的步骤。（3）对施工精度的要求高。区别于一般的土木工程，盾构施工对精度的要求非常高。管片的制作精度几乎近似于机械制造的程度。由于断面不能随意调整，对隧道轴线的偏离、管片拼装精度也有很高的要求。（4）管片内径小于盾构外径，盾构施工一旦开始，具有不可逆的特点。对于受困的盾构机，通常采用辅助措施脱困。2盾构施工重难点地铁盾构工程施工重难点如表 2-1 所示。表 2-1?地铁盾构工程技术重难点表序 号重难点描 述措 施1沉降控制地铁盾构隧道施工受土压平衡建立、出土量控制、地层扰动、纠偏、同步注浆效果等因素影响，易造成地层应力变化、水土流失，从而引起地表隆陷、建构筑物和管线沉降破坏等，严重时影响城市地表管线安全及道路安全运营。沉降控制分事前、事中和事后控制，通过预加固、盾构施工参数控制和跟踪加固进行沉降控制，对重要建构筑物，必要时进行人员疏散等风险预控措施。2特殊地段盾构区间下穿江河、既有线、重要建构筑物，穿越溶岩区、上软下硬地层、全断面硬岩地层等特殊地段，可能发生隧道透水、喷涌、超挖、姿态偏差超限、盾构机下沉陷落、成型隧道管片破损、错台和渗漏水等风险。对区间地质进行补勘，分析地质条件，采取预注浆加固、自动化监测、加强掘进参数管理、等方式控制。3成型隧道防水盾构隧道防水是施工控制重点，成型隧道防水效果的好坏与管片自防水、接缝防水、接口防水密不可分。应重点控制管片生产原材和制作工艺质量控制、管片运输保护、防水材料质量和粘贴效果、盾构施工参数控制、注浆材料质量和注浆参数控制、管片与洞门和联络通道等接口防水施工质量等。4开仓换刀地铁盾构隧道施工，在硬岩、长距离复合地层、软硬不均等环境掘进时，因刀具磨损，导致掘进速率降低，一般需要进行开仓检查及刀具更换。开仓方式分为常压开仓、带压开仓和填仓方式，根据不同的地质条件，选择合适的开仓方式，必要时，需对地层进行预加固处理后再行选择开仓方式。地铁盾构工程技术特点和重难点13第 三 章地铁盾构工程主要施工技术总结主 机发动机功率潍柴斯太尔 225kW(2200r/min)给进力/回拖力610/610kN额定回转扭矩27000Nom(45r/min)13500Nom(90r/min)主轴转速045r/min090r/min给进行程6m导向孔直径240mm钻进角度816行走速度1.53.0km/h结构型式钢履带，马达齿轮齿条给进，驾驶室吊机，泥浆泵一体机吊机2 吨直臂吊机外形尺寸（LWH）900027502800mm质量22000kg泥浆泵规格型号BWF-600最大流量600L/min最高压力8Mpa质量650kg制浆系统选配1盾构复杂环境长距离穿越铁路枢纽关键技术1.1?技术背景复杂环境下的铁路枢纽工程，由于铁路运输繁忙，无法进行地质勘察，铁路轨线对地层沉降变化敏感。因此，涉铁工程需解决不影响运营的情况下，完成地质补勘及实时监测。在这种条件下，徐州地铁 1 号线下穿徐州火车站铁路枢纽工程采用了水平定向钻进行地质勘察，并采用自动化监测对铁路枢纽进行实时监测，为盾构安全顺利下穿提供了可靠的数据支持。1.2?水平定向勘探技术1.2.1?设备选型根据基岩地层的基本情况和设计轨迹的圆滑程度，选择连云港黄海机械制造的FDP-60 非开挖导向钻机。与 FDP-60 非开挖定向钻机配套主要设备有外挂泥浆泵（额定流量 1000L/min）、泥浆搅拌罐（10m3）、配浆罐（22m3）。非开挖定向钻机技术参数如表3-1-1 所示。地铁盾构工程主要施工技术总结表 3-1-1?FDP-60 非开挖定向钻机技术参数17钻辅具系统钻杆规格1026000mm钻杆质量140kg/根导向钻头170（230）mm扩孔钻头（切削式）500分动器80t1.2.2?工艺流程非定向钻施工流程如图 3-1-1 所示。1.2.3?关键技术控制要点水平定向勘探施工可分为定向孔成孔和物理勘探两部分，定向成孔关键环节包含钻孔路径的干扰标识、控向系统调校、试钻、定向钻进、套管下设。1.2.3.1?钻孔路径的干扰标识施工前，沿钻进计划线路标识信号干扰区，在钻进至此区域时提示定位操作员注意工图 3-1-1?施工工艺流程图18具面角变化，及时调整钻进参数，合理穿越信号干扰区域。1.2.3.2?控向系统调校严格按控向系统调校程序对定位系统进行调校，包括基准方位角测定和干扰误差测定，定向软件系统采用 SteeringTool?2.9。轨迹基准线采用 1954 坐标系正东西向，用全站仪自入土点开始每 20m 放一参照点后，用探棒测定基准方位角。控向系统调校如图 3-1-2所示。图 3-1-2?控向系统调校1.2.3.3?试钻调试完成后，按地质条件、工程需要配好足量泥浆，进行钻机泥浆试喷射，钻机试钻进23 根钻杆，检测各部位、各系统的运行情况，对发现的问题及时处理。试钻调试如图3-1-3 所示。图 3-1-3?试钻调试1.2.3.4?定向钻进（1）及时调整处理剂剂量，在泥浆的性能调整上要极大地增强其抑制性，严格控制泥浆的失水量，防止粘土的水化膨胀，防塌、防卡；适当降低粘度的切力，提高泥浆的助变性地铁盾构工程主要施工技术总结19和流动性，保持岩屑顺利返出地面；保证泥浆的润滑性，减少钻具阻力。（2）施工阶段要求尽可能将孔内的泥砂携带出孔外，同时维持孔壁的稳定；其基本配方是：10%预水化膨润土+4%增粘剂+4%降失水剂。（3）增强泥浆的造壁性，防止井壁塌方，防止缩径。要求泥浆具有很好的护壁效果，提高泥浆携带能力；其基本配方为：10%预水化钠基膨润土+0.5%提粘剂+0.5 降滤失剂。（4）提高泥浆的润滑性，保证降低摩阻，增强携岩粉效果，严格防止钻屑床的形成，防塌、防卡；其配方如下：10%预水化膨润土+0.5%提粘剂+0.5 降滤失剂+0.3%润滑剂。（5）在整个钻进过程中，应努力做好通讯联络，充分利用对讲机、手机等通讯工具，使关键人员在整个过程中均处于受控状态，及时准确处理施工问题，确保定向穿越一次成功。（6）实际定向过程中，注意避免钻孔局部曲率过大。要做到勤定向、勤纠偏，多采用复合钻进方法尽量实现钻孔轨迹平滑，以保障水平定向钻进顺利完成，同时要方便后期综合测井或孔内成像等物探方法的顺利实施。（7）对于地层破碎带，进行套管加过或注浆处理，以做到孔壁稳定。（8）水平段钻进过程中，可采用钻杆短起下钻等措施及时清理孔内岩屑。1.2.3.5?套管下设钻进过程中有泥浆循环护壁可以保护孔壁不至坍塌，成孔后因测井需要反复洗孔、通孔、进出测井仪器很可能导致孔壁坍塌。故在洗井结束后利用专用 HDD 扩孔做头进行扩孔，随后反转扩孔钻头推入 219mm 套管至预定深度。套管下设过程如图 3-1-4 所示。a）专用扩孔钻头b）钻杆推进图 3-1-4?套管下设过程1.2.3.6?测量导向20目标勘探段垂深 15m，在路径上方存在轨道、车站障碍物、周围有明显的高压电磁干扰，为综合调校、保证误差技术参数，综合采用无线及有线导向。钻孔导向仪器如图 3-1-5所示。图 3-1-5?钻孔导向仪器有线式的信号传输抗干扰性强，不受深度限制，但电缆的安装和现场操作难度大，且钻头深位必须采用间接计算方法得到，穿接式钻杆电缆连接如图 3-1-6 所示；无线式可以直接探测到包括钻头深位在内的所有地下信号，操作便利。a）示意图b）现场连接操作图 3-1-6?穿接式钻杆电缆连接示意图1.2.3.7?岩屑分析在钻进中返浆时，可以利用返回的孔内岩屑进行岩心判别。1）在钻进过程中，随时记录不同时间点对应的钻孔深度、取样情况、岩性及其他相关描述。2）根据施工过程中选用的泥浆泵参数可计算得到钻井液排量，由钻杆及孔眼直径计算得到环空截面积，进而计算得到钻井液在环空中的上返速度及孔底岩屑的上返时间。3）在地面振动筛处捞取从孔底返回的岩屑，通过计算得到的上返时间推算得到该岩地铁盾构工程主要施工技术总结21屑对应的孔深，并进行标记。分析捞取的岩屑岩性，可初步得到勘探范围内的地层岩性分布情况。上返时间计算公式为：（3-1-1）式中：t为岩屑从孔底返回到孔口的时间；h孔深；dk钻孔直径；dz钻杆外径；Q泥浆泵流量。1.2.3.8?物探分析1）随钻监测在水平钻施工过程，布置随钻监测系统监测钻进全过程，其硬件结构如图 3-1-7 所示。整套随钻监测系统可以作为一根钻杆使用，放置在靠近钻头位置，可以更好的接收钻头破岩振动信号，有效的分析振动信号。对接收到的信号，从时域和频域两方面分析和提取振动信号特征，提取钻进信号的均方值、方差、转速、钻时录井、频谱等地球物理参数，并结合地质资料进行综合研究，以查明钻进过程中岩溶的位置分布。地层越硬，钻头破岩能量越高、转速越大、高频成分突出，当钻头钻进遇到岩溶时，其钻进信号的能量较低，转速较大、频谱为中低频段，主要反映为钻机的振动。图 3-1-7?随钻监测系统硬件结构示意图2）孔内成像22水平定向孔施工完成之后，采用孔内成像的方法进行岩性、岩溶识别分析。若水平段较长，成像仪无法通过自重到达孔底，可采用钻杆将孔内成像仪输送进入钻孔内，通过孔内成像仪探测本次勘探范围内的地层岩性分布、岩溶发育情况、岩溶充填物及富水性等。孔内成像导向装置如图 3-1-8 所示。水平孔施工完成之后，要充分洗孔，将孔内岩屑充分清洗干净，方便孔内成像仪下入。现有的孔内成像仪器均为垂直孔或大倾斜孔设计，总体依靠重力作为下入孔内的动力，针对本次水平孔的特殊情况，须对孔内成像仪器进行导向加工，使之可以固定于铺管钻机前段，以钻机的推力作为其下入水平孔的动力。孔内成像数据须及时处理、判断当前回次进尺孔段孔壁完整性，综合判断其孔壁掉块的可能性，在此之上决定是否进行注浆加固处理。图 3-1-8?孔内成像导向装置示意图3）综合测井水平孔施工完成之后，可采用综合测井的方法进行地层岩性分析、溶洞分布情况探查。本项目水平孔水平段长约 300m，测井仪器无法通过仪器自重力下到孔底，故采用SL6000?LWF 存储式测井仪器进行综合测井，通过测井数据分析地层岩性和溶洞分布情况。SL6000?LWF 综合测井设备如图 3-1-9 所示。a）测井仪器b）测井仪器保护套图 3-1-9?SL6000?LWF 综合测井设备地铁盾构工程主要施工技术总结23【项目策划及项目部实施计划】SL6000?LWF 存储式测井系统，能完成大斜度井、水平井以及井眼条件复杂井的测井施工工作。该测井系统由地面仪器、井下仪器、释放器、仪器上悬挂和仪器下悬挂等构成。井下仪器包括井斜方位+自然伽马测井组合仪、双侧向+数字微球测井组合仪、数字声速测井仪、井径测井仪、补偿中子测井仪和岩性密度测井仪等，仪器组装如图 3-1-10 所示，该系统适用于复杂岩性地层的测井，能满足本项目中岩性识别和岩溶探查的要求。图 3-1-10?井下仪器组装示意图该套测井仪器外径为 60mm，能满足钻孔孔径要求，测井仪器由高温大容量锂电池供电，可连续工作 150 小时，测井数据存储在井下仪器的大容量内存中。进行测井时，将仪器安装在仪器保护套内，保护套通过转换接头和钻杆连接，用钻杆传输至孔底，准备起钻时，通过中控方式将仪器从保护套内释放到井眼内，起钻时进行测井。该测井方案仪器安装在钻杆内，具有抗震动和泥浆冲刷的能力，下钻过程中遇孔内复杂情况可以进行旋转钻具、滑眼和循环泥浆等作业，能满足复杂地层条件下的施工需求。1.2.4?安全质量保障措施241.2.4.1?泥浆泵压力泥浆泵的主要用途有：水平定向钻钻头使用螺杆马达带动，动力源为泥浆压力；综合测井设备在下入孔底后，根据设定的时间按时打开数控释放器卡扣，利用泥浆压力将测井仪器冲出保护套管。依据钻进地层的不同、钻孔长度的不同选择水平钻机及配套设备，泥浆泵过大可能导致钻机管路超载不利于平稳钻进也易于损毁泥浆泵，泥浆泵过小则带来较慢的钻进速度甚至憋泵酿成孔内事故。对于冲出测井仪器则需要有较大的泵压，以及能配套的管路设施。为规避因泥浆泵压力不足引起的风险，宜选用外挂泵，最小额定流量1000L/min，泥浆最大压力5MPa，钻机自带泥浆泵流量500L/min。1.2.4.2?岩溶区穿越岩溶空洞可能导致钻头的下垂、无法调节轨迹方位等风险，较大的空洞可能导致卡钻等孔内事故，为预防此类事故发生，应选用较大直径钻杆提高抗弯能力，提高岩溶穿过能力。在有充填的岩溶发育区，因原岩强度高、充填物强度低，由螺杆马达切割后将形成较大碎块，引起钻杆跳动，严重可能导致憋泵、信号探棒震裂等孔内事故，故应在岩溶发育区适当降低进尺速度、减小泥浆泵压力，以平稳通过为宜。1.2.4.3?钻机回拖力测井设备在冲出保护套管后，即呈悬挂状态，钻杆将不能旋转，否则会扭断测井设备，此时顺利出孔完全依靠钻机的回拖能力。根据地层情况和最大孔长，选用钻机回拖力不宜小于 450kN，严禁使用丝扣有损伤的钻杆，防止丝扣拉断酿成事故。1.2.4.4?泥浆高压水平导向钻机螺杆马达在破碎基岩时利用泥浆泵产生的高压泥浆，正常钻进时泥浆压力约 1.53MPa，憋泵或须冲出综合测井仪器时，压力可达 5MPa 甚至更高。高压泥浆在局部渗漏时将集中喷射而出，形成强劲泥流，对工作人员造成一定伤害，故钻进用泥浆泵、泥浆输送管路必须仔细检修后使用，严禁使用老旧设备，必要时设立隔离带阻止人员靠近，在憋泵或冲出测井仪器时告知工作人员远离输送管等泥浆设备。1.2.5?应用效果在盾构施工前通过水平定向勘探，及时探明地质情况，对不良地质进行预处理，确保盾构施工安全顺利。水平定向施工主要设备如图 3-1-11 所示。地铁盾构工程主要施工技术总结25a）水平定向钻机及钻杆b）泥浆罐及泥浆泵c）螺杆马达d）牙轮钻头图 3-1-11?主要定向钻进设备1.3?基于全站仪的沉降自动化监测技术1.3.1?设备选型1.3.1.1?沉降监测设备自动化监测系统采用徕卡 TM30 全站仪+?GeoMoS 软件，监测精度为0.15mm。徕卡全站仪如图 3-1-12 所示、L 型棱镜如图 3-1-13 所示。徕卡全站仪主要技术参数如表3-1-2 所示。26图 3-1-12?徕卡 TM30 全站仪图 3-1-13?L 型棱镜表 3-1-2?徕卡 TM30 主要性能参数1.3.1.2?测斜仪设备雨棚柱及电化柱倾斜监测通过盒式固定测斜仪进行长期远程实时监测，盒式固定测斜仪技术指标如表 3-1-3 所示。角度测量精度0.5“(0.15mgon)，1”(0.3mgon)原理绝对编码，连续，四重角度探测距离测量（棱镜）精度/测量时间测程驱动最大加速度360（400gon）/?s2转速180（200gon）/?s转速倒镜时间2.9s旋转 180（200gon）定位时间2.3s自动目标识别（ATR）有效范围精度/测量时间(GPR1)200m 处最小棱镜分辨间距基本参数原理数字影像技术防水防尘标准(IEC60529)IP54标准功耗一般 5.9W安全密码保护及安全锁工作温度-20至+50(-4至+122)精密0.6mm?+?110-6D?/一般为 7s圆棱镜(GPR1)3500m标准标准 1mm?+?110-6D?/一般为 2.4s圆棱镜(GPR1)3000m基本定位精度1mm0.3m地铁盾构工程主要施工技术总结27表 3-1-3?盒式固定测斜仪技术指标1.3.2?工艺流程自动化监测系统工艺流程如图 3-1-14 所示。图 3-1-14?自动化监测系统工艺流程图1.3.3?关键技术控制要点1.3.3.1?全站仪安装（1）全站仪架设位置应保持通视条件，同时，各全站仪可相互覆盖部分区域，实现相互测量校准。（2）施工监测应有可靠的基准点系统，且监测基准点应不小于两个，并设置于量测范围 100m 以外，基准点系统应定期校核。（3）全站仪布设在站台间上方时，属于潜在沉降区域，因而可在通视范围内站场外稳定区域设置基准点，作为各测量设备的校准依据。同时，各全站仪可相互覆盖部分区域，实现相互测量校准。（4）全站仪亦可覆盖通视范围内雨棚柱、电化柱及其它构筑物的监测点，并可在施工和运维阶段根据需求灵活加设监测点和监测对象。（5）由于铁路运行对全站仪视线造成不定期遮挡，因而，系统设定每个监测点的测试监测项设备名称设备型号技术指标设备图片雨棚柱及电化柱倾斜盒式固定测斜仪FS-HGC01量程：30；分辨率：10系统总精度：0.01工作温度：-25+70(雨棚柱及电化柱倾斜数据采集系统 V1.0FS-D04/08/16通道数：4、8、16 通道28时间阈值，超时未返回信号则自动跳转至下一监测点，确保系统全时不间断持续运行。1.3.3.2?测斜仪安装（1）在测点区域位置选取位移传感器安装点，并利用角磨机对安装点表面进行打磨，以保证位移传感器安装面平滑；（2）把位移传感器安装支架置于测点安装面上，保证安装支架左右方向基本处于水平状态，然后使用记号笔标记出传感器安装支架在雨棚柱上映射位置；（3）在支架上均匀涂抹环氧树脂胶，然后粘贴至表面，然后利用喉箍拧紧至凝固在表面稳定为止；（4）测斜仪支架安装完毕后，把盒式固定测斜仪 X、Y 轴正方向指向规定要求的方向，然后把测斜仪紧固于安装支架上。雨棚柱及电化柱测点布置及安装如图 3-1-15、图3-1-16 所示；（5）24 小时候后，读取盒式固定测斜仪传感器数据，共读取 5 组数据，取其平均值作为初始读数；（6）记录好测斜仪安装信息，如仪器编号、埋设日期、测试方向、初始读数等。图 3-1-15?雨棚柱及电化柱测点布置示意图图 3-1-16?固定测斜仪1.3.3.3?棱镜安装（1）站内一般地段地表沉降测点埋设方法：首先地面选用钻头 130mm 打孔，埋入钢筋（钢筋长 1m 左右，具体尺寸根据现场情况而定）其中钢筋下端焊接直径 10cm 圆形铁板，上端焊接 L 型棱镜反光装置，钢筋埋入深度应到原状土层。路面层钻孔处采用钢管护筒保护，钢筋外加保护管。（2）站台地表沉降测点1）钻孔去除地砖层，在混凝土结构表面安设钢柱（50mm），钢柱顶部安装棱镜；地铁盾构工程主要施工技术总结292）采用地砖层上钻孔 150mm，棱镜固定在孔内，再加玻璃盖板；3）在地砖层上直接打膨胀螺丝固定 L 型棱镜支架，外加保护罩。现场也可根据实际情况，采取其他布设方案。（3）铁路路基沉降测点监测点棱镜可布设在钢轨的外侧或者轨枕上，也可根据现场通视条件，采取其他布设方案。1.3.3.4?数据采集和处理采用基于云平台的物联网综合管理系统，对施工、运维等数据进行集约化管理；以计算机终端、手机客户端等形式为管理部门不同用户以不同权限层级的模式提供“智慧服务”，在风险事件条件下，及时通过手机短信、客户端信息等形式向用户提供告警和预警。自动监测物联网管理系统基本构架如图 3-1-17 所示。图 3-1-17?自动监测物联网管理系统基本构架图1.3.3.5?监测预警当变形观测过程中发生下列情况之一时，必须立即报告委托方，24 小时内提交报告，同时应及时增加观测次数或调整监测方案：变形量或变形速率出现异常变化；变形量达到或超出预警值；铁路轨道或周边地表发生塌陷、裂缝；由于地震、暴雨、冻融等自然灾害引起的其他变形异常情况。当出现以下情况之一时，必须立即进行危险报警，并应对保护对象采取应急措施：监测数据达到监测报警值的累积值；铁路股道、周边地面出现较严重的突发裂缝或危害结构的变形裂缝；根据当地工程经验判断，出现其他必须进行危险报警的情况。30图 3-1-18?地表沉降变化图1.3.4?安全质量保障措施1.3.4.1?质量保障措施盾构下穿既有铁路枢纽自动化监测，应遵照国家标准 城市轨道交通工程监测技术规范GB50911-2013 和 上海铁路局高速铁路运营期变形监测管理实施细则 上铁工 2016205 号文规定。监测点位初始值采用分时段三次多测回平均值，日常监测采用正倒镜测回取平均值，保证点位精确。全站仪及后视棱镜每周校准一次，保证仪器精度及定位精度。1.3.4.2?安全保障措施现场安全检查严格执行 城市轨道交通地下工程建设风险管理规范GB50652-2011 和 上海铁路局营业线施工安全管理实施细则上铁运发 2012586 号文的规定。采用全自动监测，在仪器和棱镜安装时，与铁路方配合，保证人员和设备安全。仪器和棱镜安装必须牢固，避免脱落伤人。信息反馈保证措施出现预警点位及时进行复测，分析，如确实预警，及时通知各方。1.3.5?应用效果自动化监测技术较好地解决了监测人员频繁的进入营业铁路进行路基和路面进行监测，利用全站仪对多个测点处布设的棱镜进行自动化扫描，监测测点的沉降变化，提高了监测频率和监测精度。地表沉降变化如图 3-1-18 所示。本技术的成功应用，可以及时的对预警或即将预警的点位、区域采取必要的措施，防止重大安全事故的发生，间接节约的成本不可估量。地铁盾构工程主要施工技术总结312?盾构小半径浅覆土穿越铁路关键技术2.1?技术背景长沙地铁 4 号线星城车辆段出入段线区间入段线全长 1129.936m，出段线全长1118.362m。区间线路最小平面半径为 250m，最大纵坡为 30。区间 RDK0+100RDK0+300、接收端 RDK1+106.421RDK1+230.00 里程范围内，隧道最大埋深 5.2m，接收段洞口至回填区域埋深为 1.2m5.2m 范围，洞口段埋深为 1.2m 覆土。石长铁路线与区间相对关系如图 3-2-1、图 3-2-2 所示。星城车辆段出入段线区间盾构下穿石长铁路 4 个交点的里程分别为：入段线与上行线（南侧铁路）交点里程 K256+202.702，与下行线（北侧铁路）交点里程 K256+191.868；出段线与上行线（南侧铁路）交点里程 K256+181.19，与下行线（北侧铁路）交点里程K256+169.276。下穿处铁路近东西走向，复线设置，采用堆填路基，砕石道床，两线中心距离 9.610.1m，路基顶面宽度约为 17.5m，路基顶面高出南侧现状地面约为 8.8m、高出北侧现状地面约为 6.3m。出入段线线路与石长铁路之间的夹角在 3744，下穿位置隧道顶至铁路路基南、北两侧坡脚地面最小高差分别约为 5.63m 和 6.44m，至铁路路基面高差在 13.8m 以上。下穿段地质以粉质粘土、圆砾、砂质粘性土为主。针对隧道浅覆土采用了回填反压技术增加隧顶覆土厚度，为确保铁路运营安全，防止施工前后铁路路基和轨道不均匀沉降，下穿段铁路段采用了轨道托换技术。图 3-2-1?石长铁路线与区间相对关系示意图（纵剖面）32图 3-2-2?石长铁路线与区间相对关系示意图（横剖面）2.2?回填反压技术里程 RDK0+100RDK0+300 段结合周边道路规划标高，提前进行永久性堆填反压，堆填后该段隧道覆土厚度不小于 6.7m。堆填平台北侧距三环高速路外侧栅栏 0.5m 处设置悬臂式钢筋砼挡土墙，南侧局部与现有的物业边坡挡墙相接，其余边线段则按不同坡度与现状地面接顺。盾构端头堆填平台西端与明挖段场地平整平台相接。2.3?轨道架空托换技术2.3.1?施工流程轨道架空托换技术核心工作为人工挖孔桩道床边坡处理纵梁安装横梁安装盾构下穿施工拆除纵横梁。2.3.2?关键技术控制要点2.3.2.1?道床边坡处理人工挖孔桩施工完成后，在线路慢行限速 45km/h 的条件下进行道床边坡处理。测量定位设置纵梁就位定位点，将纵梁位置铁路道砟挖除并装袋，堆码至原位置。2.3.2.2?纵梁安装单件 D24 施工便梁纵梁的规格为 24500mm480mm1300mm（长宽高），单件重量为 16.03t。单件 D12 施工便梁纵梁的规格为 12400mm460mm757mm（长宽高），单件重量为 4.72t。（1）纵梁纵移至安放位置地铁盾构工程主要施工技术总结33由于石长铁路南北向上方有横跨铁路的高压线，且不允许跨接触网进行吊装工程，为保证施工的安全。纵梁不能直接吊至预定位置，必须将纵梁先吊至铁路路肩脚手架平台上，再进行纵、横移。纵移采用 12 根 10mm 厚钢管（两端设置限位）放置于钢轨顶面，纵梁置于钢管上，确保纵梁放置平稳后，由人工推动纵梁纵移，保障施工安全。（2）纵梁横移至预设位置横移轨道采用枕木垫作为基础，基础底面与线路轨顶、搭设的平台平齐。横移轨道采用长 12m 的短轨，规格为 P43 的钢轨。同时在移至铁路轨道上时，必须在横移轨道上加设枕木，以保证不会出现红光带。D24 施工便梁纵梁采用 4 根横移轨道，D12 施工便梁纵梁采用两根横移轨道。横移轨道铺设完毕