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摘要 ：盾构在我国已得到了广泛的应用，对推动我国盾构法隧道技术的发展进步作用十分显著。阐述了盾构过既有铁路线的掘进技术，渣土改良技术，盾构掘进姿态调整与纠偏技术等，以期对我国盾构法隧道技术发展提供借鉴。
关键词：复合盾构；铁路；施工
Abstract: In China, the shield has been widely used to promote the role of the shield tunnel technology advances very significant. Elaborate shield tunneling technology of the existing railway line, the dregs of improved technology, the shield tunneling attitude adjustment and correction technology to provide a reference to the technological development of shield tunnel in China.Key words: composite shield; railways; construction
中图分类号： F530 文献标识码：A文章编号：
0前言
近十多年来，随着我国隧道及地下工程特别是城市地铁的快速发展，盾构法在我国得到了大规模的广泛的应用，盾构法技术也随之迅速发展提高，先后完成了一批大规模、高难度、高技术含量、具有重大影响的盾构隧道工程，目前，我国已成为世界上盾构使用数量最多、规模最大的国家，特别是在软硬不均地层隧道、通过铁路、建筑物等施工技术达到了国际先进水平。
1工程概况
1.1 工程地质与水文地质概况
某城市地铁施工段工程地质条件复杂、特殊，穿越广从断裂和走马岗断裂两条断层带，广从断裂在越秀公园站～火车站区间洞身左、右线宽度分别为65 m和45 m。岩性为构造角砾岩和断层碎块岩；走马岗断裂宽30 m，处于火车站～三元里站区间隧道中段，岩性为碎块岩及全风化砂岩和泥岩。地层岩性以泥质粉砂岩、粉砂岩和粗砂岩为主。岩层面起伏变化大，多数洞身地层呈软硬交互复合状。各类地层的物理力学性质差异大，岩石天然单轴抗压强度一般为2MPa～26MPa，最高为44.6 MPa。
1.2周边环境概况
隧道穿越区地面交通繁忙，地表建筑物密集，地下管线复杂。穿越多座建筑物，其中四～七层建筑物30多栋，有一根桩基侵入隧道，有30多根桩基距隧道仅0.56m～2.0m。穿越内环路高架桥和2座人行天桥，穿越地下邮包通道2条，地下防空洞1条，穿越各种地下管线，特别是左右线各有180m洞段穿越运输特别繁忙的京广铁路广州火车站站场多股轨道，其中有两股道为快速通过线。
2盾构参数
采用两台液压驱动复合式盾构机，该盾构机配备了泡沫注入系统、膨润土注入系统和压缩空气系统，具有土压平衡（EPB）、开敞式（open）和半开敞式 （semiopen）三种功能模式，能在不同地层高效掘进、或稳定地层控制沉降。刀盘刀具设计为可更换式，盘形滚刀与齿刀可互换，以适应不同地层高效破岩切削需要。盾构机操作控制系统采用PLC，具有自动、半自动和手动三种控制模式。盾构机的主要技术参数列于表1。
表1 盾构机主要技术参数
直径 6300mm 刀盘开口率 28％
主机长度 8405mm 刀盘转速 0～6rpm
总长（含拖车） 60000mm 总功率 1520kw
扭距 436t · m/525t · m 最大掘進速度 80mm/min
总推力 3420t 推进缸行程 2000mm
3 盾构掘进控制
3.1掘进工况模式选择与控制
为保证开挖面稳定，有效控制地表沉降，根据不同地层条件采用不同掘进工况：采用open模式掘进，以盘形滚刀破岩；采用EPB模式掘进，齿刀切削土层；采用EPB模式掘进，滚刀与齿刀混合破岩，并几种模式根据地层的不同进行变换。土仓土压力值设定控制标准值为地下静水压力与土柱压力值之和，并依据压力传感器测量显示值通过调整推进速度和螺旋输送机出土速度来调节控制。复核地层时由压缩空气来实现稳定正面的压力，气压控制标准值为静水压力值与松散土柱压力值之和。
3.2掘进方向控制
在实际施工中，由于地质突变等原因造成盾构推进方向可能会偏离设计轴线并达到警戒值；在稳定地层中掘进，因地层提供的阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或急弯段掘进，有可能产生较大的偏差。因此应及时调整盾构姿态、纠正偏差。
（1）滚动纠偏
当滚动超限时，盾构会自动报警，此时应采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。允许滚动偏差≤1.5º（0.4%），当超过1.5º时，盾构机报警，提示操纵者必须切换刀盘旋转方向，进行反转纠偏。
（2）竖直方向纠偏与水平方向纠偏
控制盾构方向的主要是通过千斤顶的单侧推力，当盾构出现下俯时，可加大下部区域千斤顶的推力，当盾构出现上仰时，可加大上部区域千斤顶的推力来调整。盾构纠偏的基本原则是盾构与设计轴线水平与竖向偏差控制在+75mm（设计容许偏差100mm）以内为目标，避免纠偏过猛。水平偏差基本控制在60mm以内。掘进过程中，掘进2m水平偏差基本控制在20mm，从盾构轴线控制及对管片的影响来看，每环最大纠偏量不大于10.0mm，盾构变化趋势控制0.5%。
图1 盾构水平变化趋势
图2 盾构竖向变化趋势
4 施工效果
通过复合盾构技术以及快速管片制作与拼装和快速运输，快速完成了施工，通过信息化量测监控技术，保证了安全，顺利的穿越既有铁路、楼房和地下管线，总体效果良好。
4.1隧道线形精度
根据实际测量数据与理论线形数据比较，右线隧道管片高程偏差平均小于15.0 mm，水平偏差平均小于22.0 mm；左线隧道管片高程偏差平均小于16.0 mm，水平偏差平均小于24.0 mm，均满足了设计的线形精度控制要求。并且管片错台数少管片，没有产生纵向开裂，总体质量良好。
4. 2过既有铁路的沉降
隧道穿越既有铁路段，实测地表沉降最大6.9mm，小于的控制标准（见图3）；满足设计要求，保证了铁路运输不减速正常运营。
图3过铁路段实测最终沉降
5 小结
本文的探讨拓展了盾构法的技术领域，通过过铁路的盾构推进技术，可以应用到过管线、建筑物等复杂环境，确保地面稳定和隧道精度控制等，有利于推进我国的盾构法技术的进一步发展 。
作者简介:杨勇（1980--），男，汉族，河南洛阳， 2002年毕业于郑州大学化学系应用化学专业，本科，工程师，主要从事隧道及地下工程施工科研等工作。
参考 文献 (References)：
[1]万姜林，洪开荣. 采用复合式盾构修建混合地层隧道[J]. 施工技术，2002，31(6)：7–9.
[2]肖广良. 浅析复合式盾构机的作业模式[J]. 隧道建设，2002，22(1)：10 – 13.
[3]李惠平，夏明耀. 盾构姿态自动控制技术的应用与发展[J]. 地下空间，2003,1(1)：75–78.
[4]郭玉海. 盾构穿越铁路的沉降综合控制技术[J]. 市政技术，2003，(4)：204–208.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：复合盾构；铁路；施工
Abstract: In China, the shield has been widely used to promote the role of the shield tunnel technology advances very significant. Elaborate shield tunneling technology of the existing railway line, the dregs of improved technology, the shield tunneling attitude adjustment and correction technology to provide a reference to the technological development of shield tunnel in China.Key words: composite shield; railways; construction
中图分类号： F530 文献标识码：A文章编号：
0前言
近十多年来，随着我国隧道及地下工程特别是城市地铁的快速发展，盾构法在我国得到了大规模的广泛的应用，盾构法技术也随之迅速发展提高，先后完成了一批大规模、高难度、高技术含量、具有重大影响的盾构隧道工程，目前，我国已成为世界上盾构使用数量最多、规模最大的国家，特别是在软硬不均地层隧道、通过铁路、建筑物等施工技术达到了国际先进水平。
1工程概况
1.1 工程地质与水文地质概况
某城市地铁施工段工程地质条件复杂、特殊，穿越广从断裂和走马岗断裂两条断层带，广从断裂在越秀公园站～火车站区间洞身左、右线宽度分别为65 m和45 m。岩性为构造角砾岩和断层碎块岩；走马岗断裂宽30 m，处于火车站～三元里站区间隧道中段，岩性为碎块岩及全风化砂岩和泥岩。地层岩性以泥质粉砂岩、粉砂岩和粗砂岩为主。岩层面起伏变化大，多数洞身地层呈软硬交互复合状。各类地层的物理力学性质差异大，岩石天然单轴抗压强度一般为2MPa～26MPa，最高为44.6 MPa。
1.2周边环境概况
隧道穿越区地面交通繁忙，地表建筑物密集，地下管线复杂。穿越多座建筑物，其中四～七层建筑物30多栋，有一根桩基侵入隧道，有30多根桩基距隧道仅0.56m～2.0m。穿越内环路高架桥和2座人行天桥，穿越地下邮包通道2条，地下防空洞1条，穿越各种地下管线，特别是左右线各有180m洞段穿越运输特别繁忙的京广铁路广州火车站站场多股轨道，其中有两股道为快速通过线。
2盾构参数
采用两台液压驱动复合式盾构机，该盾构机配备了泡沫注入系统、膨润土注入系统和压缩空气系统，具有土压平衡（EPB）、开敞式（open）和半开敞式 （semiopen）三种功能模式，能在不同地层高效掘进、或稳定地层控制沉降。刀盘刀具设计为可更换式，盘形滚刀与齿刀可互换，以适应不同地层高效破岩切削需要。盾构机操作控制系统采用PLC，具有自动、半自动和手动三种控制模式。盾构机的主要技术参数列于表1。
表1 盾构机主要技术参数
直径 6300mm 刀盘开口率 28％
主机长度 8405mm 刀盘转速 0～6rpm
总长（含拖车） 60000mm 总功率 1520kw
扭距 436t · m/525t · m 最大掘進速度 80mm/min
总推力 3420t 推进缸行程 2000mm
3 盾构掘进控制
3.1掘进工况模式选择与控制
为保证开挖面稳定，有效控制地表沉降，根据不同地层条件采用不同掘进工况：采用open模式掘进，以盘形滚刀破岩；采用EPB模式掘进，齿刀切削土层；采用EPB模式掘进，滚刀与齿刀混合破岩，并几种模式根据地层的不同进行变换。土仓土压力值设定控制标准值为地下静水压力与土柱压力值之和，并依据压力传感器测量显示值通过调整推进速度和螺旋输送机出土速度来调节控制。复核地层时由压缩空气来实现稳定正面的压力，气压控制标准值为静水压力值与松散土柱压力值之和。
3.2掘进方向控制
在实际施工中，由于地质突变等原因造成盾构推进方向可能会偏离设计轴线并达到警戒值；在稳定地层中掘进，因地层提供的阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或急弯段掘进，有可能产生较大的偏差。因此应及时调整盾构姿态、纠正偏差。
（1）滚动纠偏
当滚动超限时，盾构会自动报警，此时应采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。允许滚动偏差≤1.5º（0.4%），当超过1.5º时，盾构机报警，提示操纵者必须切换刀盘旋转方向，进行反转纠偏。
（2）竖直方向纠偏与水平方向纠偏
控制盾构方向的主要是通过千斤顶的单侧推力，当盾构出现下俯时，可加大下部区域千斤顶的推力，当盾构出现上仰时，可加大上部区域千斤顶的推力来调整。盾构纠偏的基本原则是盾构与设计轴线水平与竖向偏差控制在+75mm（设计容许偏差100mm）以内为目标，避免纠偏过猛。水平偏差基本控制在60mm以内。掘进过程中，掘进2m水平偏差基本控制在20mm，从盾构轴线控制及对管片的影响来看，每环最大纠偏量不大于10.0mm，盾构变化趋势控制0.5%。
图1 盾构水平变化趋势
图2 盾构竖向变化趋势
4 施工效果
通过复合盾构技术以及快速管片制作与拼装和快速运输，快速完成了施工，通过信息化量测监控技术，保证了安全，顺利的穿越既有铁路、楼房和地下管线，总体效果良好。
4.1隧道线形精度
根据实际测量数据与理论线形数据比较，右线隧道管片高程偏差平均小于15.0 mm，水平偏差平均小于22.0 mm；左线隧道管片高程偏差平均小于16.0 mm，水平偏差平均小于24.0 mm，均满足了设计的线形精度控制要求。并且管片错台数少管片，没有产生纵向开裂，总体质量良好。
4. 2过既有铁路的沉降
隧道穿越既有铁路段，实测地表沉降最大6.9mm，小于的控制标准（见图3）；满足设计要求，保证了铁路运输不减速正常运营。
图3过铁路段实测最终沉降
5 小结
本文的探讨拓展了盾构法的技术领域，通过过铁路的盾构推进技术，可以应用到过管线、建筑物等复杂环境，确保地面稳定和隧道精度控制等，有利于推进我国的盾构法技术的进一步发展 。
作者简介:杨勇（1980--），男，汉族，河南洛阳， 2002年毕业于郑州大学化学系应用化学专业，本科，工程师，主要从事隧道及地下工程施工科研等工作。
参考 文献 (References)：
[1]万姜林，洪开荣. 采用复合式盾构修建混合地层隧道[J]. 施工技术，2002，31(6)：7–9.
[2]肖广良. 浅析复合式盾构机的作业模式[J]. 隧道建设，2002，22(1)：10 – 13.
[3]李惠平，夏明耀. 盾构姿态自动控制技术的应用与发展[J]. 地下空间，2003,1(1)：75–78.
[4]郭玉海. 盾构穿越铁路的沉降综合控制技术[J]. 市政技术，2003，(4)：204–208.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。