中鐵十三局-復(fù)合地層盾構(gòu)隧道施工與變形控制技術(shù)

中鐵十三局集團(tuán)有限公司石家莊鐵道學(xué)院二○○六年六月中國鐵建復(fù)合地層盾構(gòu)隧道施工與變形控制技術(shù)一、

科研立項(xiàng)背景二、科研方法及技術(shù)研究三、創(chuàng)新點(diǎn)及國內(nèi)外同類研究比較四、推廣應(yīng)用前景及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益匯報(bào)內(nèi)容中國鐵建第一部分科研立項(xiàng)背景中國鐵建一、任務(wù)來源

本成果以廣州市軌道交通四號線大學(xué)城專線【侖頭～大學(xué)城站盾構(gòu)區(qū)間】土建工程為依托，是中國鐵道建筑總公司2004年科研項(xiàng)目。中國鐵建二、工程概況區(qū)間線路總平面圖侖頭海盾構(gòu)始發(fā)井盾構(gòu)吊出井官洲站官洲河侖大盾構(gòu)區(qū)間從侖頭盾構(gòu)始發(fā)井出發(fā)經(jīng)200m硬巖段后通過侖頭村穿越侖頭海，到達(dá)官洲站；盾構(gòu)過站后再次始發(fā)經(jīng)官洲村穿越官洲河，到達(dá)盾構(gòu)吊出井。本工程盾構(gòu)區(qū)間隧道全長2300m。中國鐵建第二部分

主要研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)中國鐵建一、主要研究內(nèi)容為保證該項(xiàng)目的順利完成，我們需攻克和研究以下內(nèi)容：

1、復(fù)合地質(zhì)條件下盾構(gòu)掘進(jìn)控制決策系統(tǒng)研究

2、盾構(gòu)掘進(jìn)地面沉降規(guī)律及控制研究

3、連續(xù)長距離硬巖快速掘進(jìn)技術(shù)研究

4、土壓平衡式盾構(gòu)安全過河掘進(jìn)技術(shù)研究

5、盾構(gòu)空載快速過站技術(shù)研究中國鐵建通過三維有限元模型和平面有限元計(jì)算模型模擬盾構(gòu)向前推進(jìn)時(shí)地表變形值，實(shí)現(xiàn)對盾構(gòu)施工變形的理論預(yù)測，為盾構(gòu)施工模糊控制尺度變換的制定提供依據(jù)。實(shí)際施工過程中，以此為基礎(chǔ)指導(dǎo)施工，并不斷進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)優(yōu)化。二、施工關(guān)鍵技術(shù)1、復(fù)合地質(zhì)條件下盾構(gòu)掘進(jìn)控制決策系統(tǒng)研究

掌子面施加0.12MPa時(shí)的位移云圖不同土倉壓力時(shí)的地表縱向沉降曲線中國鐵建2、盾構(gòu)掘進(jìn)地面沉降規(guī)律及控制研究在模糊控制理論基礎(chǔ)上，利用Matlab6.5程序?qū)Χ軜?gòu)施工變形模糊控制?器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，得出了詳細(xì)的預(yù)測掘進(jìn)參數(shù)。通過對掘進(jìn)過程中采用不同注漿量引起地表沉降的預(yù)測與實(shí)際沉降值的對比，得出地表沉降規(guī)律。實(shí)際施工過程中，采用了同步二次注漿施工技術(shù)，大大地減小了盾構(gòu)掘進(jìn)通過后的地表沉降，確保了本工程兩次穿越村莊建筑物密集區(qū)的安全。模糊控制器輸入變量隸屬度函數(shù)輸出變量隸屬度函數(shù)

3、連續(xù)長距離硬巖快速掘進(jìn)技術(shù)研究采用4把雙刃中心滾刀，31把單刃滾刀，64把普通刮刀，

16把邊刮刀，1把擴(kuò)挖刀的硬巖刀盤設(shè)計(jì)，提高了盾構(gòu)機(jī)的整體破巖能力。

選用旁萬力、黑金鋼等重型刀具，提高了刀具的破巖能力。同時(shí)，采用同步二次注漿技術(shù)，有效的控制了噴涌和管片上浮現(xiàn)象的發(fā)生。4、土壓平衡式盾構(gòu)安全過河掘進(jìn)技術(shù)研究通過合理選擇換刀地點(diǎn)和采用同步二次注漿技術(shù)，減小了過河掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)和噴涌現(xiàn)象的發(fā)生。利用人閘和減壓倉，實(shí)現(xiàn)了江底帶壓換刀施工。掌握了帶壓作業(yè)和盾構(gòu)機(jī)脫困施工技術(shù)。中國鐵建5、盾構(gòu)空載快速過站技術(shù)研究采用平臺(tái)頂推、搬運(yùn)主機(jī)過站，后配套整體拖運(yùn)過站，減少了設(shè)備的分離拆卸，大大提高了盾構(gòu)過站施工速度，實(shí)現(xiàn)了15天盾構(gòu)過站的新紀(jì)錄。第三部分創(chuàng)新點(diǎn)及國內(nèi)外同類研究比較中國鐵建一、工程創(chuàng)新點(diǎn)

1、提出了盾構(gòu)施工變形的主要原因及影響規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)施工變形模糊控制；

2、在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)連續(xù)長距離硬巖掘進(jìn)施工。

3、采用平臺(tái)頂推搬運(yùn)主機(jī)（200t）、后配套整體拖運(yùn)過站技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了15天盾構(gòu)過站的國內(nèi)新紀(jì)錄；

4、改進(jìn)了盾構(gòu)機(jī)設(shè)備，增加了同步二次注漿系統(tǒng)，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了二次注漿與盾構(gòu)掘進(jìn)同步進(jìn)行，有效的控制了盾構(gòu)掘進(jìn)的后期地面沉降和管片上浮。中國鐵建

二、國內(nèi)外同類研究比較１、本研究成果針對工程具體條件進(jìn)行了施工變形預(yù)測模擬分析，提出了理論掘進(jìn)參數(shù)，有效的控制了地面的沉降變形。在國內(nèi)尚屬首次應(yīng)用。２、本工程開創(chuàng)了在復(fù)合地層盾構(gòu)施工的刀具、刀盤適用性的先例。３、專家鑒定意見認(rèn)為：“該項(xiàng)研究成果填補(bǔ)了在復(fù)合地層盾構(gòu)隧道施工及變形控制技術(shù)的國內(nèi)空白，達(dá)到國際先進(jìn)水平?！敝袊F建第四部分推廣應(yīng)用前景及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益中國鐵建一、經(jīng)濟(jì)效益

1、采用連續(xù)長距離硬巖掘進(jìn)技術(shù)，與原設(shè)計(jì)礦山法開挖盾構(gòu)拼裝管片施工方法，節(jié)省工程投資約560萬元；

2、通過施工變形模糊控制技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了沉降變形小于30mm、隆起變形小于10mm的控制目標(biāo)，節(jié)省房屋加固或拆遷投資約2000萬元。中國鐵建二、社會(huì)效益應(yīng)用“復(fù)合地層盾構(gòu)隧道施工及變形控制技術(shù)研究”成果，廣州地鐵侖大項(xiàng)目施工過程中創(chuàng)造了多項(xiàng)施工紀(jì)錄，具有較高的推廣價(jià)值。該項(xiàng)目提前1個(gè)月優(yōu)質(zhì)、安全地完成了施工任務(wù)。受到了廣東省、廣州市及業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位的一致好評。施工過程中，廣州