花崗巖軟硬交互地層盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)報中施協(xié)成果附件資料

1、附件目錄1、創(chuàng)新課題立項(xiàng)文件及經(jīng)費(fèi)審批文件； 2、研究技術(shù)總結(jié)報告；3、創(chuàng)新成果鑒定證書；4、科技查新報告；5、應(yīng)用證明；6、其它證明（1）驗(yàn)收報告（2）省級工法證書（3）發(fā)明專利受理通知書（4）實(shí)用新型受理通知書7、成果在應(yīng)用單位產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境等效益證明附件1、創(chuàng)新課題立項(xiàng)文件及經(jīng)費(fèi)審批文件；鐵四局集團(tuán)有限公司文件中鐵四技2009339號關(guān)于下達(dá)中鐵四局集團(tuán)有限公司2009年度第二批科技開發(fā)計(jì)劃的通知各子（分）公司、工程指揮部（項(xiàng)目經(jīng)理部）：根據(jù)局2009年科研工作總體要求，結(jié)合各單位科研項(xiàng)目立項(xiàng)申請，經(jīng)局科委組織專家審核，決定將“CRTS軌道板預(yù)制與鋪設(shè)的施工技術(shù)研究”等38個項(xiàng)目

2、分別列入局2009年度第二批科技開發(fā)項(xiàng)目和子（分）公司自立項(xiàng)項(xiàng)目，合同金額3547萬元（局新立項(xiàng)項(xiàng)目包含5萬元預(yù)留獎勵經(jīng)費(fèi)），其中，局投入資金1205萬元（含部立項(xiàng)經(jīng)費(fèi)30萬）。本年度局計(jì)劃投入科研經(jīng)費(fèi)620萬元，各子（分）公司計(jì)劃投入1547萬元?，F(xiàn)將2009年度第二批科研開發(fā)計(jì)劃下達(dá)給你們，希望項(xiàng)目主持單位抓緊落實(shí)項(xiàng)目自籌資金，確保及時到位，盡快組織實(shí)施，并編制出詳細(xì)的科研開發(fā)項(xiàng)目策劃書及經(jīng)費(fèi)預(yù)算，于計(jì)劃下達(dá)后一個月內(nèi)與局簽訂項(xiàng)目合同。附件：12009年度第二批科研開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目表22009年度子（分）公司自立科技開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目表 二九年七月六日 32009年度第二批科研開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目表金 金額

3、單位：萬元 合同編號項(xiàng) 目 名 稱承擔(dān)單位合同金額09年度經(jīng)費(fèi)計(jì)劃完成時間主持單位參加單位集團(tuán)公司子分公司集團(tuán)公司子分公司一軌道工程2852151201252009-01預(yù)埋套管式高速道岔板預(yù)制與施工技術(shù)五公司、六公司石武工指10512550802010.122009-02無砟軌道乳化瀝青砂漿泵送技術(shù)研究檢測中心南昌機(jī)電、材料公司35(含部撥30)02002010.082009-03水泥乳化瀝青砂漿修補(bǔ)技術(shù)研究檢測中心六公司8502002010.12(原2008-05合并到此項(xiàng)目)2009-04城市軌道交通梯子形軌道施工技術(shù)研究八分公司35 5020 25 2010.062009-05在32大

4、坡道地段架設(shè)鐵路T梁施工技術(shù)及配套設(shè)備研究八分公司254010202009.12二橋梁工程2757191404602009-06余姚中山路斜拉橋施工技術(shù)研究二公司25165 15 1002010.122009-07無錫惠澄路京杭運(yùn)河預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋施工技術(shù)研究二公司45 104 25802010.062009-08客專線900T箱梁液壓模板開發(fā)研究四公司45 50 20 302010.062009-09雙擁大橋英國式懸索橋施工技術(shù)研究六公司技術(shù)中心9510040502011.122009-10預(yù)制箱梁模板及配套工裝通用化施工技術(shù)研究一公司65300402002009.12(原2007-14合

5、同內(nèi)容延續(xù))三地鐵及隧道工程3708791855552009-11長大隧道科學(xué)施工組織技術(shù)研究二公司25 280 15 2002010.122009-12韓府山淺埋小凈距隧道群施工優(yōu)化與安全控制研究二公司南京工指35 5010202010.102009-13蘇州地鐵人民路站復(fù)雜地質(zhì)與環(huán)境條件下大規(guī)模無規(guī)則深大基坑安全控制六公司55 102 30 50 2010.122009-14宋家莊車站深大基坑施工及環(huán)境安全關(guān)鍵控制技術(shù)研究六公司55215301502011.082009-15杭州地鐵一號線盾構(gòu)穿越沼氣層施工技術(shù)研究機(jī)械分公司256215402010.062009-16深圳地鐵車站與區(qū)間施工

6、關(guān)鍵技術(shù)研究五公司/機(jī)械分公司六公司/深圳工指15515075802010.122009-17鄂陜界隧道快速施工技術(shù)研究七分公司202010152010.06四汽車試車場工程8512040602009-18試驗(yàn)場（汽車、拖拉機(jī)、輪胎）綜合施工技術(shù)研究一公司85 120 40 602010.12五水利與市政工程151010152009-19大口徑水下開槽埋管及取水頭部水下安裝施工技術(shù)市政分公司151010152009.12六預(yù)應(yīng)力工程10012255752009-20后張法預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)體系施工技術(shù)研究建筑公司556230402010.062009-21雙層索桿自應(yīng)力張拉整體結(jié)構(gòu)技術(shù)研究鋼構(gòu)公司

7、456025352010.12七新材料研究358020502009-22國產(chǎn)原材料高強(qiáng)級反光膜工藝研究百瑞得公司358020502010.06八電氣化工程354020302009-23基于PLC的地鐵機(jī)電系統(tǒng)施工技術(shù)研究電氣化公司152010202009.122009-24城市軌道交通信號CBTC系統(tǒng)施工技術(shù)研究電氣化公司202010102010.12九其他90200701002009-25錐心落地式管柱扭轉(zhuǎn)曲線拱桁架梁空間結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)鋼構(gòu)公司45200 251002009.122006-07節(jié)能省地型住宅成套施工技術(shù)研究建筑公司150150增補(bǔ)經(jīng)費(fèi)2008-21高速鐵路用高性能聚氨脂材料研究

8、與應(yīng)用研究研究檢測中心 15 0 15 0 增補(bǔ)經(jīng)費(fèi)0521-02/0521-03雙線整孔箱梁預(yù)制施工技術(shù)研究/雙線整孔箱梁運(yùn)架施工技術(shù)及工藝研究八分公司二公司150150增補(bǔ)經(jīng)費(fèi)合計(jì)120519056201190 10附件2：2009年度子（分）公司立項(xiàng)科技開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目表金額單位：萬元 序號項(xiàng)目名稱主持單位負(fù)責(zé)人自籌金額09年度經(jīng)費(fèi)計(jì)劃完成時間1大廣高速公路低填路基+滲井施工技術(shù)研究一公司熊選愛20202009.122杭州東站深基坑技術(shù)研究二公司楊坤善70702009.123園礫土及巖層中雙壁鋼圍堰施工技術(shù)研究二公司秦 林50502010.104仙林特大橋1-96m系桿拱施工技術(shù)研究四公司劉

9、國卿57572009.125項(xiàng)目動態(tài)管理軟件開發(fā)四公司計(jì)駿40402009.086冷凍法施工技術(shù)研究四公司劉承良20102010.057武漢軌道交通巖溶地質(zhì)環(huán)境及處理研究五公司徐杰80402010.088濕陷性黃土隧道施工技術(shù)研究七分公司彭小兵50302010.10964m系桿拱橋施工技術(shù)研究建筑公司張學(xué)云1052010.1210高度地震區(qū)軟基處理施工技術(shù)研究建筑公司張學(xué)云1052010.1211多層現(xiàn)澆樓面模板支撐體系應(yīng)力、應(yīng)變實(shí)測分析研究建筑公司楊立勝10102009.1012蘇州地鐵一號線星湖街站拱形軌排井施工技術(shù)研究市政分公司劉雪平10102009.1213超長巨型無縫無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力池體

10、施工市政分公司劉雪平10102009.12合計(jì)437357 注：子（分）公司立項(xiàng)項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)全部由子（分）公司自籌。11 主題詞：科技開發(fā) 計(jì)劃 通知 抄送：中國中鐵股份有限公司（2），安徽省科技廳（2），安徽省國家稅務(wù)局，局董監(jiān)辦，黨辦，局辦，企業(yè)管理部，工管中心，安質(zhì)部，營銷部，財(cái)務(wù)部（3），技術(shù)中心（3），檢測中心。中鐵四局集團(tuán)有限公司辦公室 2009年7月6日印發(fā) 打印、裝訂：曹秋笙 校對：王立玲 共印11份附件2、研究技術(shù)總結(jié)報告；花崗巖軟硬交互地層盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)1 立項(xiàng)背景城市軌道交通發(fā)展至今已有 140余年的歷史，我國也超過45年發(fā)展史。城市軌道施工的主要方法是盾構(gòu)法施工技術(shù)，區(qū)間

11、站主要為深基坑工程。針對花崗巖殘積土地層球狀風(fēng)化體探測、洞門加固、掘進(jìn)和深基坑施工技術(shù)、風(fēng)險管理是地鐵盾構(gòu)工程不可回避的理論和技術(shù)問題。球狀風(fēng)化體探測主要采取調(diào)繪、鉆探、物探等手段,從不同角度對花崗巖球狀風(fēng)化體分布特征進(jìn)行分析。地表調(diào)繪僅能確定風(fēng)化球體地表分布情況,不能定量反映深部分布狀況；鉆探法僅能反映鉆孔附近是否存在風(fēng)化球，不能反映沿線定量分布；探地雷達(dá)能夠詳細(xì)揭示風(fēng)化球體地下分布特征，但其波普的需人為解析，目前還沒有行之有效風(fēng)化球定量探測技術(shù)。1862年英國首次使用凍結(jié)法加固地基。我國1987年將凍結(jié)法成功應(yīng)用于東海拉爾水泥廠基礎(chǔ)工程后，逐漸被用于上海、北京地鐵工程和市政工程等多項(xiàng)工程建

12、設(shè)中，但針凍結(jié)法在富流水花崗巖殘積土地層中的應(yīng)用尚屬首次，急需進(jìn)行針對性研究。由于水文與工程地質(zhì)條件、環(huán)境的不可復(fù)制性，導(dǎo)致地下結(jié)構(gòu)工程差異性較大，成功案例較少。如新加坡地鐵CCL1線、廣州地鐵一號線、葡萄牙Oporto地鐵等因軟硬不均地層，導(dǎo)致地層坍塌，建筑物倒塌、刀盤和刀具磨損損壞。應(yīng)針對軟硬交互地層盾構(gòu)掘進(jìn)關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行必要研究，旨在為類似工程服務(wù)。目前，基坑工程設(shè)計(jì)理論研究還很不成熟，存在著大量亟待解決的問題。例如偏壓基坑和動載作用下深基坑穩(wěn)定性研究、列車動載的影響、確定方法、模擬、震動荷載作用下地下結(jié)構(gòu)響應(yīng)等問題。目前，地下工程風(fēng)險管理尚未形成系統(tǒng)的方法體系，國內(nèi)在這領(lǐng)域的研究尤其

13、薄弱。2007年鐵路隧道風(fēng)險評估與管理暫行規(guī)定和地鐵及地下工程建設(shè)風(fēng)險管理指南的出版標(biāo)志我國地下工程領(lǐng)域風(fēng)險管理研究進(jìn)入發(fā)展期，但成果還處于定性分析階段，真正定量化的研究成果很少。風(fēng)險因素分析模型、定性和定量相結(jié)合的風(fēng)險分析及評價方法有待結(jié)合具體工程深入開展相關(guān)理論分析與應(yīng)用研究。2 研究目的及意義自1863年1月10日倫敦建成世界第一條地下鐵道以來，城市軌道交通發(fā)展至今已有 140余年的歷史，有近50個國家的330余座城市修建了城市軌道交通，線路總長度達(dá)到數(shù)萬公里。地鐵、輕軌、市域快線、市郊鐵路等城市軌道交通系統(tǒng)型式都得到了很好的發(fā)展，在城市交通中扮演重要角色，為城市客運(yùn)交通和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了

14、重要貢獻(xiàn)。近年來，我國城市軌道交通建設(shè)進(jìn)入了迅猛發(fā)展時期，全國目前有北京、上海、南京等10多個城市的地鐵線路已經(jīng)投入運(yùn)營，杭州、成都等地正在進(jìn)行地鐵建設(shè)的施工。隨著各地如火如荼地發(fā)展地鐵交通，接踵而來的地鐵施工事故也頻頻敲響了安全生產(chǎn)的警鐘。上海地鐵4號線、北京地鐵10號線、南京地鐵2號線、廣州地鐵5號線、深圳地鐵3號線、杭州地鐵1號線、西安地鐵1號線、深圳地鐵2號線、北京地鐵M15號線、天津地鐵2號線、廣州地鐵六號線、武漢地鐵二號線、廣州地鐵三號線等均發(fā)生隧道和地面塌陷、涌水涌泥、地面建筑物倒塌等地鐵施工事?？梢哉f沒有哪座城市修建地鐵不出重大工程事故的。我國地鐵施工事故頻發(fā)，“原因首先是技術(shù)

15、準(zhǔn)備不足”，很多工程前期工作做得不夠充分，給后期工作帶來隱患。主要表現(xiàn)在：工程地質(zhì)條件、地下管線、周邊環(huán)境不清，缺乏地下空間規(guī)劃；地鐵前期缺乏必要的技術(shù)研究，不能全面了解工程建設(shè)過程中可能出現(xiàn)的技術(shù)問題、可能發(fā)上的工程事故、誘發(fā)上述事故的原因和解決方法；地下工程動態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工沒有真正貫徹到地鐵建設(shè)的整個過程；施工誘發(fā)地下管線破壞等缺乏監(jiān)控預(yù)測和應(yīng)急措施。鑒于上述原因，針對花崗巖殘積土軟硬交互富流水地層修建地鐵工程存在的一系列施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，也確保深圳地鐵5號線盾構(gòu)區(qū)間和區(qū)間站工程順利進(jìn)行，并未今后類似工程提供技術(shù)指導(dǎo)。3 項(xiàng)目技術(shù)原理、技術(shù)方案本項(xiàng)目將采取原位和室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析、

16、數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法；以試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以理論分析和數(shù)值模擬為先導(dǎo)，確保地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)法快速、安全施工，形成其設(shè)計(jì)與施工共性理論與技術(shù)。一、深圳地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下冷凍法洞門加固技術(shù)采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值計(jì)算和原位試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法。通過室內(nèi)試驗(yàn)建立花崗巖殘積土凍土本夠模型；綜合運(yùn)用凍土力學(xué)、熱物理學(xué)等理論，分析凍結(jié)孔熱傳導(dǎo)效應(yīng)，建立熱傳導(dǎo)分析模型；運(yùn)用數(shù)值分析軟件分析凍結(jié)參數(shù)和洞門加固效果關(guān)系，運(yùn)用原位試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證、修正分析模型，提出滿足工程建設(shè)需求的凍結(jié)參數(shù)。在工程建設(shè)中得到驗(yàn)證，并未后續(xù)工程建設(shè)服務(wù)。二、球狀風(fēng)化體探測與預(yù)處理技術(shù)球狀風(fēng)化體是在花崗巖地段比較常見的一種不良地

17、質(zhì)現(xiàn)象。目前主要采取地表調(diào)繪、鉆探、物探三種手段,從不同角度對花崗巖球狀風(fēng)化的地表分布特征和地下分布特征進(jìn)行了分析。地表調(diào)繪僅能夠確定風(fēng)化球體地表分布情況,不能定量反映深部分布狀況；鉆探法僅能反映鉆孔附近的是否有風(fēng)化球分布，不能全面反映沿線全面定量分布；探地雷達(dá)能夠詳細(xì)揭示風(fēng)化球體地下分布特征，但其波普需專業(yè)人員解析。采用探地雷達(dá)、鉆探、人工解析相結(jié)合研究手段，應(yīng)用反演技術(shù)得到各土層地震波速，采取正演技術(shù)分析球狀風(fēng)化體的具體位置，通過鉆探和實(shí)際掘進(jìn)驗(yàn)證該法可探測直徑20cm以上球狀風(fēng)化體的具體位置，位置誤差小于10cm，完全能滿足盾構(gòu)掘進(jìn)施工要求。三、球狀風(fēng)化體預(yù)處理技術(shù)花崗巖球狀風(fēng)化體（又稱

18、風(fēng)化球、孤石）的存在，是華南地層的一個重要特征，對于盾構(gòu)工程而言，它是一種不良地質(zhì)現(xiàn)象，造成地層土質(zhì)軟硬相差大。在這樣的情況下施工容易造成盾構(gòu)刀具和刀盤的卡死或損壞，甚至造成盾構(gòu)機(jī)無法掘進(jìn)，對工期和施工成本造成巨大影響。課題采用理論分析和數(shù)值模擬，分別對挖孔破碎法、沖擊破碎法、直接切削法、帶壓開艙法、爆破法進(jìn)行分析，提出依據(jù)風(fēng)化球強(qiáng)度、位置和尺寸，選用特定施工方法對風(fēng)化球進(jìn)行超前處理，從而保證盾構(gòu)機(jī)正常施工。四、軟硬不均地層盾構(gòu)施工技術(shù)針對復(fù)雜花崗巖殘積地層的水文地質(zhì)與工程地質(zhì)特性，綜合運(yùn)用彈塑損傷力學(xué)、巖石力學(xué)、滲流力學(xué)等理論和數(shù)值計(jì)算方法，研究盾構(gòu)施工時對圍巖穩(wěn)定性影響，揭示圍巖變形與破壞

19、規(guī)律； 建立盾構(gòu)施工擾動條件下流固耦合模型，探索地下水滲流場演化規(guī)律，獲得地下水滲流場演化與隧道圍巖應(yīng)力場和位移場相互影響的變化關(guān)系。評估地質(zhì)條件對盾構(gòu)施工地鐵隧道制約程度，分析洞內(nèi)掌子面土體穩(wěn)定性，提出盾構(gòu)選型原則和洞內(nèi)掌子面土體加固方法和設(shè)計(jì)參數(shù)。五、盾構(gòu)下穿鐵路沉降分析采用原位測試、數(shù)值模擬、原位監(jiān)測相結(jié)合的方法，研究盾構(gòu)下穿鐵路，對鐵路運(yùn)行的影響。進(jìn)行通過現(xiàn)場列車動荷載測試，分析鐵路動載分布特征及其對于隧道圍巖穩(wěn)定性影響，在此基礎(chǔ)上，通過數(shù)值分析確定列車動荷載時稱曲線。建立盾構(gòu)下穿鐵路鐵路路基和軌道結(jié)構(gòu)分析模型，采用數(shù)值分析和原位監(jiān)測相和驗(yàn)證方法，研究預(yù)測盾構(gòu)下穿過程中鐵路運(yùn)行的安全性

20、和技術(shù)處理措施。4 項(xiàng)目解決技術(shù)方案項(xiàng)目研究成果在深圳地鐵5號線等項(xiàng)目中得到成功應(yīng)用，主要表現(xiàn)如下：一、凍結(jié)法洞門加固技術(shù)民治站左線盾構(gòu)出洞采取凍結(jié)加固，盾構(gòu)順利出洞。由于深圳位于亞熱帶，常年溫度較高，采用凍結(jié)法受到一定限制。通過數(shù)值模擬計(jì)算和現(xiàn)場監(jiān)測，得到凍結(jié)10天，除少數(shù)相鄰凍結(jié)孔未交圈外，大部分相鄰凍結(jié)孔均基本交圈，已形成一定厚度的凍結(jié)壁；凍結(jié)15天后，凍結(jié)壁形狀已發(fā)展形成，凍結(jié)壁有效厚度達(dá)到2.8m；凍結(jié)30天后，凍結(jié)壁有效厚度達(dá)到3.0m，滿足在積極凍結(jié)期內(nèi)形成設(shè)計(jì)凍結(jié)壁厚度的要求；凍土墻的平均溫度為-15，低于設(shè)計(jì)溫度；應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件適當(dāng)延長人工局部解凍時間12h或者凍結(jié)管周圍的凍

21、土融化達(dá)到10mm20mm時，開始拔管。二、花崗巖風(fēng)化球探測技術(shù)運(yùn)用探地雷達(dá)檢測技術(shù)，通過鉆孔、模擬和現(xiàn)場試驗(yàn)等手段，對探地雷達(dá)現(xiàn)場觀測系統(tǒng)的布置、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的設(shè)置、野外工作方法及數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)研究，總結(jié)了信號處理的方法，對資料的分析解釋進(jìn)行了詳細(xì)的討論和研究，取得了較好的成果，為復(fù)雜條件下地鐵盾構(gòu)施工提供指導(dǎo)作用。理論上得到探地雷達(dá)頻率與探測分辨率的公式，并通過科學(xué)模擬比較，給出了深圳地區(qū)最佳探測頻率與分辨率關(guān)系，為探地雷達(dá)實(shí)地探測提供了理論基礎(chǔ)和選型依據(jù)。探測結(jié)果表明：該場地當(dāng)選用天線中心頻率選擇為50MHz，采樣記錄時窗為150ns，現(xiàn)場探測采用剖面法發(fā)射、接收天線以2米的間距

22、沿測線每隔0.2米同步移動。此時探地雷達(dá)探測精度和分辨率較高，只要風(fēng)化球在30米以內(nèi)探測效果好。通過深圳地鐵5號線民治五和區(qū)間進(jìn)行雷達(dá)探測獲得了該區(qū)間的地下雷達(dá)圖像，本工程雷達(dá)圖像有下列幾種類型：正常型：圖像顯示各層反射波同相軸連續(xù)性較好，且較為規(guī)則，表明相應(yīng)地層介質(zhì)較均一、密實(shí)，無風(fēng)化球存在；紊亂型：圖像紊亂、同相軸的連續(xù)性變差。這是相應(yīng)異常屬各層介質(zhì)均一性、密實(shí)度較差的反映；彎曲分叉型：反射波同相軸呈曲折、分叉特征。這是介質(zhì)密實(shí)度較差和介質(zhì)中存在物理性質(zhì)差異較大的局部異常體，是判斷風(fēng)化球存在的依據(jù)；帶狀錯斷型：反射波同相軸自上而下出現(xiàn)同步錯斷異常，這類異常是在連續(xù)探測過程中由于其他原因?qū)е?/p>

23、的采樣中斷造成的，與地下介質(zhì)異常情況無關(guān)。總之，探地雷達(dá)技術(shù)具有高分辨率、無損性、高效率、設(shè)備輕便，操作簡單、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，對地下風(fēng)化球位置的推斷準(zhǔn)確率高。三、花崗巖風(fēng)化球預(yù)處理技術(shù)花崗巖球狀風(fēng)化球的存在往往對盾構(gòu)施工造成不良影響，必須對風(fēng)化球采取必要的處理措施，以確保盾構(gòu)施工的速度。人工挖孔法施工簡便，不需要專門的施工機(jī)械，施工經(jīng)濟(jì)，宜用在孤石量較少、隧道埋深淺的地段；沖擊破碎法操作簡單，處理周期較短，施工安全性高，不受孤石位置、深度限制，特別是對風(fēng)化球群采用密排鉆孔樁效果良好；但受地面場地限制，一般要求場地比較平整，處理費(fèi)用高；直接切削法的適用條件是：盾構(gòu)能提供足夠的切削力，在孤石被

24、刀具破懷，周邊土體不能產(chǎn)生破壞，即孤石不能移動，當(dāng)?shù)貙虞^為軟弱時可采取注漿加固地層減小風(fēng)化球與周邊圍巖的強(qiáng)度差；開艙處理法的適用條件是：地面不具備處理?xiàng)l件或勘探未發(fā)現(xiàn)的分化球，但功效偏慢。帶壓開艙發(fā)則要求開艙位置方土體土體閉氣性能好，地下水較少，注漿開艙則用來應(yīng)對無法帶壓的地層，但費(fèi)用略高；根據(jù)盾構(gòu)施工要求，破碎后風(fēng)化球應(yīng)外運(yùn)，確保隧道范圍內(nèi)無風(fēng)化球碎渣，在不能往外運(yùn)輸情況下，至少滿足破碎后風(fēng)化球低于30cm。現(xiàn)場風(fēng)化球的處理，應(yīng)對場地條件、風(fēng)化球埋深、風(fēng)化球分布、風(fēng)化球大小等進(jìn)行綜合考慮，選擇經(jīng)濟(jì)、安全的風(fēng)化球預(yù)處理方法。四、上軟下硬不均地層盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)深圳地鐵5號線左線區(qū)間埋深8.52

25、5m不等，盾構(gòu)穿越地層地質(zhì)較為復(fù)雜，并呈現(xiàn)出地層地質(zhì)互相參雜交融，同一斷面的土質(zhì)為多樣性的情況，施工難度非常大，采用課題研究成果，成功指導(dǎo)該工程順利完成。課題研究得出上軟下硬不均勻地層盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)基本參數(shù)如下：在推進(jìn)全斷面巖層時，推進(jìn)速度1015mm/min、可采用敞開模式進(jìn)行掘進(jìn)、刀盤轉(zhuǎn)速1.82.0rpm、扭矩1.2MN.m、總推力9001100t；在推進(jìn)半斷面巖層時，推進(jìn)速度35mm/min、土壓可設(shè)置比粘土地層土壓略高0.10.2bar、刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.31.5rpm、扭矩控制在1.5MN.m以下、總推力10001600t；在推進(jìn)1/4以下斷面巖層時，推進(jìn)速度2040mm/min、設(shè)置

26、同粘土地層、刀盤轉(zhuǎn)速1.41.6rpm、扭矩1.6MN.m左右、總推力15001700t；在推進(jìn)礫質(zhì)粘土地段時，推進(jìn)速度3560mm/min、按照計(jì)算土壓輔助監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行設(shè)定、刀盤轉(zhuǎn)速1.51.7rpm、扭矩1.6MN.m左右、總推力15002000t。在上軟下硬不均勻地層中，換刀宜優(yōu)先選擇全斷面巖層中，又快又經(jīng)濟(jì)；依據(jù)加固與盾構(gòu)的時間關(guān)系可分為主動加固區(qū)和被動加固區(qū)：一種是為了節(jié)省工期，根據(jù)工期情況可以合理的預(yù)先設(shè)置換刀加固區(qū)，或者穿越建（構(gòu)）筑物等地質(zhì)不明段時，穿越前應(yīng)設(shè)定加固區(qū)，這就叫主動加固區(qū)，包括的主要方法有密排鉆孔樁法、旋噴樁法、WSS注雙液漿法，此類方法需要增加許多成本；另一種是

27、盾構(gòu)一直到掘不動為止，然后再考慮土體加固，這就叫被動加固區(qū)，包括的主要方法有：帶壓開艙法、洞內(nèi)灌漿法，此類方法是成本低廉，但影響進(jìn)度。WSS注雙液漿適合礫質(zhì)粘土地層，止水防塌方效果好，但價格偏高；旋噴樁適用于礫質(zhì)粘土地層，當(dāng)埋深較深或位移土石交界處，加固效果難于保證，同時價格偏高；鉆孔樁適用于各種地層，既可以加固地層，又可以適當(dāng)處理風(fēng)化球，加固效果好，價格適中，但需要開闊的施工場地；帶壓開艙適用于閉氣性能好及地下水較少的地層，價格低廉，由于帶壓工作效率較低，更換少量刀具或檢查刀具時，優(yōu)勢明顯，當(dāng)更換大量刀具時，則需花費(fèi)較多時間，難于保證掌子面穩(wěn)定；艙內(nèi)注漿適用于各種地層，加固效果好，價格低廉，

28、當(dāng)?shù)貙訜o法帶壓時或意外遇見風(fēng)化球需要更換較多刀具時，此種方法非常適合，但此種方法更換刀具速度最慢，通常需要1215天。五、盾構(gòu)下穿鐵路沉降分析課題針對地鐵5號線的盾構(gòu)法隧道下穿南平鐵路段施工進(jìn)行建模，分析研究地鐵施工下圍巖變形受力特性和管片的內(nèi)力狀態(tài)，進(jìn)一步分析其影響因素，并研究盾構(gòu)下穿對鐵路安全性影響及其控制標(biāo)準(zhǔn)與風(fēng)險評估，并進(jìn)一步優(yōu)化施工參數(shù)的設(shè)置，提出相應(yīng)的風(fēng)險控制措施。盾構(gòu)下穿產(chǎn)生圍巖豎向位移，拱頂及其上部圍巖發(fā)生沉降，而仰拱底部發(fā)生隆起。隨著盾構(gòu)掘進(jìn)的增加，沉降范圍逐漸加大，最大沉降值也在加大。掘進(jìn)6m時，最大地表沉降為6.5mm，而掘進(jìn)15m時，最大地表沉降為8mm。值得注意的是盾

29、構(gòu)始發(fā)階段，在其前方發(fā)生了略微的隆起，這主要是由于工作倉支護(hù)壓力引起的，最大隆起0.2mm。盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地表橫向沉降，在洞頂上方沉降最大，而距離隧道中線越遠(yuǎn)，則沉降越小；隧道橫向沉降影響范圍為距離中線的10m，即3倍洞徑。應(yīng)力基本上呈現(xiàn)水平分布，表明隧道開挖的應(yīng)力影響范圍較小，只是在工作面附近變化較大，施工中應(yīng)通過監(jiān)測調(diào)整工作艙中的支護(hù)壓力大小，以平衡土體壓力。盾構(gòu)掘進(jìn)引起平南鐵路軌道最大沉降為2.6mm，由于盾構(gòu)推力的作用，軌道出現(xiàn)了隆起變形，但隆起值較小，最大隆起量為0.31mm；平南鐵路與隧道為斜交，隧道施工引起的軌道后方的沉降比前方的沉降要大，最大沉降位于隧道與軌道交叉點(diǎn)后方5m處。

30、整體上，平南鐵路軌道最大彎矩隨著盾構(gòu)的推進(jìn)而增大，盾構(gòu)推進(jìn)至8m時，最大彎矩為11.9kNm，盾構(gòu)推進(jìn)至10m時（隧道與鐵路軌道相交處），最大彎矩為12.6kNm，盾構(gòu)推進(jìn)至12m時，最大彎矩為12.7 kNm，最大彎矩一般是位于曲率最大的地方，隧道施工開挖對交點(diǎn)后方影響較前方大。5 與國內(nèi)外同類技術(shù)比較本項(xiàng)目就花崗巖殘積軟硬交互富流水地層地鐵盾構(gòu)隧道和偏壓深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究,研究成果在花崗巖殘積土地層盾構(gòu)隧道和偏壓基坑施工中得到較好的推廣應(yīng)用,研究成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。研究成果在深圳地鐵5號線等項(xiàng)目中得到成功應(yīng)用，主要表現(xiàn)如下：一、凍結(jié)法洞門加固技術(shù)對于飽和軟弱土層、地下水流動性

31、較小的地層，凍結(jié)法是較為成熟的一種地基處理方法。該法在上海、北京地鐵等項(xiàng)目均有成功應(yīng)用的案例，但對常年溫度較高的華南、花崗巖殘積軟硬交互富流水地層還沒有成功應(yīng)用的案例，該項(xiàng)目針對常年溫度較高、富流水花崗巖殘積地層凍結(jié)法制約因數(shù)，通過室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬計(jì)算和原位試驗(yàn)相結(jié)合，得到淡鹽水凍結(jié)的設(shè)計(jì)參數(shù)和施工工藝方法，并形成安徽省地方工法。并在深圳地鐵5號線民治站左線盾構(gòu)出洞得到成功應(yīng)用，盾構(gòu)順利出洞，不僅保證工程建設(shè)順利、安全，還有效的縮短了工期，節(jié)約大量工程造價。研究成果處于國際領(lǐng)先水平。二、花崗巖風(fēng)化球探測技術(shù)花崗巖風(fēng)化球，廣泛分布與我國花崗巖殘積地層。由于其分布范圍廣、尺寸變化較大、強(qiáng)度高、位

32、置隨機(jī)，嚴(yán)重制約盾構(gòu)掘進(jìn)。應(yīng)探測其準(zhǔn)確位置，對其提前預(yù)處理。目前花崗巖風(fēng)化球探測方法主要有地質(zhì)測繪、鉆探、物探等受段，但由于上述方法的各自局限性，均不能較好解決風(fēng)化球探測技術(shù)問題。該項(xiàng)目運(yùn)用探地雷達(dá)檢測技術(shù)，通過鉆孔、模擬和現(xiàn)場試驗(yàn)等手段，對探地雷達(dá)現(xiàn)場觀測系統(tǒng)的布置、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的設(shè)置、野外工作方法及數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)研究，總結(jié)了信號處理的方法，采用正、反演技術(shù)對資料的分析解釋進(jìn)行了詳細(xì)研究，取得了較好的成果。理論上得到探地雷達(dá)頻率與探測分辨率的公式，并通過科學(xué)模擬比較，給出了深圳地區(qū)最佳探測頻率與分辨率關(guān)系，為探地雷達(dá)實(shí)地探測提供了理論基礎(chǔ)和選型依據(jù)。探測結(jié)果表明：該場地當(dāng)選用天線中心

33、頻率選擇為50MHz，采樣記錄時窗為150ns，現(xiàn)場探測采用剖面法發(fā)射、接收天線以2米的間距沿測線每隔0.2米同步移動。此時探地雷達(dá)探測精度和分辨率較高，只要風(fēng)化球在30米以內(nèi)探測效果好。針對花崗巖殘積地層，研究得出雷達(dá)圖像有下列幾種類型：正常型：圖像顯示各層反射波同相軸連續(xù)性較好，且較為規(guī)則，表明相應(yīng)地層介質(zhì)較均一、密實(shí)，無風(fēng)化球存在；紊亂型：圖像紊亂、同相軸的連續(xù)性變差。這是相應(yīng)異常屬各層介質(zhì)均一性、密實(shí)度較差的反映；彎曲分叉型：反射波同相軸呈曲折、分叉特征。這是介質(zhì)密實(shí)度較差和介質(zhì)中存在物理性質(zhì)差異較大的局部異常體，是判斷風(fēng)化球存在的依據(jù)；帶狀錯斷型：反射波同相軸自上而下出現(xiàn)同步錯斷異常

34、，這類異常是在連續(xù)探測過程中由于其他原因?qū)е碌牟蓸又袛嘣斐傻?，與地下介質(zhì)異常情況無關(guān)。研究成果在深圳地鐵5號線民治五和區(qū)間進(jìn)行雷達(dá)探測獲得該區(qū)間分化球分布準(zhǔn)確位置，并在預(yù)處理中得到驗(yàn)證。該研究成果目前國內(nèi)外未見類似報道。三、花崗巖風(fēng)化球預(yù)處理技術(shù)花崗巖球狀風(fēng)化球的存在，不僅制約盾構(gòu)掘進(jìn)，還嚴(yán)重影響工期，增加工程造價，必須對風(fēng)化球采取必要的處理和預(yù)處理措施，以確保盾構(gòu)施工的速度。人工挖孔法施工簡便，宜用在孤石量較少、隧道埋深淺的地段；沖擊破碎法對風(fēng)化球群采用密排鉆孔樁效果良好；直接切削法的適用條件是：盾構(gòu)能提供足夠的切削力，在孤石不能移動，當(dāng)?shù)貙虞^為軟弱時可采取注漿加固地層減小風(fēng)化球與周邊圍巖的

35、強(qiáng)度差；地面不具備處理?xiàng)l件或勘探未發(fā)現(xiàn)的分化球可采用開艙處理法。帶壓開艙發(fā)則要求開艙位置方土體土體閉氣性能好，地下水較少，注漿開艙則用來應(yīng)對無法帶壓的地層。該研究成果目前國內(nèi)、外文獻(xiàn)未見類似報道，并在深圳地鐵五號線得到成功應(yīng)用。四、上軟下硬不均地層盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)通過對現(xiàn)場盾構(gòu)施工參數(shù)，結(jié)合地層分布特征進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，研究得出上軟下硬不均勻地層盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)基本參數(shù)。依據(jù)加固與盾構(gòu)掘進(jìn)時間關(guān)系可分為主動加固和被動加固：一種是為了節(jié)省工期，根據(jù)工期情況可以合理的預(yù)先設(shè)置換刀加固區(qū)，或者穿越建（構(gòu)）筑物等地質(zhì)不明段時，穿越前應(yīng)設(shè)定加固，這就叫主動加固，主要方法有密排鉆孔樁法、旋噴樁法、WSS注雙液漿法等

36、；另一種是盾構(gòu)無法掘進(jìn)，考慮土體加固，這就叫被動加固，主要方法有：帶壓開艙法、洞內(nèi)灌漿法等。并分析不同方法的使用條件和施工工藝。深圳地鐵5號線左線區(qū)間埋深8.525m不等，盾構(gòu)穿越地層地質(zhì)較為復(fù)雜，并呈現(xiàn)出地層地質(zhì)互相參雜交融，同一斷面的土質(zhì)為多樣性的情況，施工難度非常大，采用課題研究成果，成功指導(dǎo)該工程順利完成。五、盾構(gòu)下穿鐵路沉降分析針對地鐵5號線盾構(gòu)法隧道下穿南平鐵路段施工進(jìn)行建模，分析研究地鐵施工下圍巖變形受力特性和管片的內(nèi)力狀態(tài)，進(jìn)一步分析其影響因素，并研究盾構(gòu)下穿對鐵路安全性影響及其控制標(biāo)準(zhǔn)與風(fēng)險評估，并進(jìn)一步優(yōu)化施工參數(shù)的設(shè)置，提出相應(yīng)的風(fēng)險控制措施。盾構(gòu)下穿產(chǎn)生圍巖位移場和應(yīng)力長變化，通過建立物理模型，利用