富水地层地铁盾构隧道施工关键技术分析

本书首先阐明了土压平衡盾构施工原理，归纳了土压平衡盾构施工引起地表变形 的因素，论述了土压平衡盾构施工引起地表变形的预测方法，并讨论了各方法的适用 性与优缺点，列举了土压平衡盾构施工引起地表变形的控制措施，指出了土压平衡盾 构施工研究中的不足。其次，通过对地铁隧道盾构施工中土体和地表变形的相关问题 进行整理、归纳和总结，渐进式地说明了地铁盾构施工中掘进面稳定性、土体变形规 律、引起土体变形的因素、地表沉降机理及土体变形计算的研究进展，指出了目前地 铁盾构施工地面土体变形研究的不足。*后，以南昌地铁3号线为实例，进行了复杂 地层地铁盾构隧道管片收敛与沉降规律分析、盾构隧道微扰动施工相关参数分析、盾 构隧道施工对周边环境扰动规律研究、盾构隧道开挖引起的地表沉降预测及开挖面稳 定性分析。 本书适合从事土木工程、地铁盾构隧道施工方面工作和学习的科研工作者、在校 学生和工程技术人员参考。

詹涛，工程硕士，正高级工程师，国家优质工程金质奖突出贡献者、江西省“双高工程”人选、江西省五一劳动奖章获得者、南昌市政府特殊津贴获得者、南昌市高层次人才（C类）、南昌市“双高创新”人才。主要从事项目管理和科技创新工作，先后主持了京九线改造、温福铁路修建、漯阜铁路改建等多项国家重点工程，以及南昌地铁1~4号线、艾溪湖隧道等十余项省市重点工程。 先后荣获江西省科学技术进步奖二等奖、中国安全生产协会安全科学技术奖科技进步奖一等奖、中国施工企业管理协会科学技术奖科技创新成果一等奖、中国交通运输协会科技进步奖一等奖、中国城市轨道交通协会城市轨道交通科技进步奖二等奖、全国企业管理现代化创新成果二等奖等荣誉，取得5项发明专利、14项实用新型专利、3项省级工法、2项省级成果，发表论文10余篇，主编著作2部，主编技术标准10余项，填补了江西省内地铁施工技术标准的空白。 陈梦成，博士，二级教授，博士生导师。原华东交通大学党委委员、副校长，江西省先进工作者，中国优秀留学回国人员，“赣鄱英才555工程”领军人才，江西省优势科技创新团队学术带头人，江西省主要学科学术和技术带头人，省部共建轨道交通基础设施品质保障技术国家重点实验室主任，轨道交通基础设施运维安全保障技术国家地方联合工程研究中心主任；中国铁道学会常务副理事，中国力学学会理事，日本机械工程师协会会员，江西省土木建筑学会副理事长，江西省土木建筑学会轨道交通与地下空间专业委员会主任委员，江西省力学学会常务理事。国家科技奖励评审专家，江西省三类（自然科学奖、技术发明奖和科学技术进步奖）科技奖励评审委员会专家。主持完成和在研国家973项目、国家自然科学基金项目、江西省自然科学基金项目及重大科技专项等30余项；在国内外学术期刊和重要会议发表研究论文400余篇（其中SCI收录40余篇、EI收录80余篇），荣获省部级奖项5项，授权发明专利5项，出版专著3部，编写江西省地方标准1项。

自 2000 年以来，我国城市轨道交通进入快速发展阶段，国家对地铁建设投资大， 使得同时开工建设的线路多且建设速度较快。截至 2020 年末，全国（不含港、澳、 台）共有 44 个城市开通运营城市轨道交通线路 233 条，运营里程达到 7545.5 km ， 预计未来十几年，我国将再次扩大城市地铁建设规模 [1]。 伴随地铁运营里程增加及施工环境逐渐复杂，越来越多的隧道开挖方法和施工 技术被相继提出，土压平衡盾构施工因其可据土压变化调整盾构掘进参数、保持掌 子面土压稳定平衡、控制地表沉降，被广泛应用于地铁建设中 [2] 。尽管土压平衡盾 构施工技术在几十年的发展中已建立较为完备的体系，但在隧道开挖过程中仍不可 避免地存在产生土体扰动、引起土体变形、造成地表沉降等问题 [3] ，土体变形达到 一定值后，便影响地面交通及邻近建筑物安全。以上问题的存在使得建筑物密集区 或复杂地质环境下的土压平衡盾构施工变形与控制问题愈发凸显，如何弱化土压平 衡盾构施工对周围土体的扰动与周边建筑环境的影响，并对土压平衡盾构施工引起 地表变形进行预测和控制成为亟待解决的问题 [4]。 同时，盾构施工针对不同类型的土层应采取不同的施工方案和措施。对于软土 地层，因其地质条件和物理力学性质较为特殊，在该类地层盾构施工中面临的风险 较高、施工难度较大 [5]。在盾构施工过程中， 应从盾构施工特点、盾构机类型选择、 施工地层特性等方面综合考虑，并确保施工质量及安全的整体可控性。对于粉质砂 土地层，在盾构施工中会遇到地表沉降、土体滞后塌陷等工程问题 [3]，针对此类地层， 在选择盾构机类型和盾构刀盘形式方面要考虑相应地层条件，采用合理的盾构施工 参数，完善实际盾构操作过程。在其他复杂地层或软硬程度分布不均的地层盾构施 工时，盾构掘进速度、刀盘扭矩、同步注浆压力、盾构掘进总推力等相关掘进参数 变化次数多且变化范围上下限较大 [4]，在实际施工中，要细心观察、正确操控。因此，在实际施工时，应综合考虑地层情况、盾构施工特点合理选择盾构施工参数、盾壳 掘进方法等。

第 1 章 绪论 1.1 研究背景与意义…002 1.2 国内外研究现状…003 1.3 研究内容…021 第 2 章 复杂地层地铁盾构隧道管片收敛与沉降规律分析 023 2.1 工程概况…025 2.2 富水复杂地层地铁盾构隧道管片收敛与沉降评估…026 2.3 隧道施工扰动下含空洞复杂地层地表沉降规律分析…037 2.4 本章小结…051 第 3 章 盾构隧道微扰动施工相关参数分析 053 3.1 盾构隧道微扰动施工控制参数分析…054 3.2 盾构隧道微扰动施工控制参数预测方法与验证分析…060 3.3 盾构施工对底部已建盾构隧道微扰动控制技术影响…078 3.4 本章小结…097 第 4 章盾构隧道施工对周边环境扰动规律研究 099 4.1 工程概况…100 4.2 有限元模拟概述…101 4.3 双线盾构隧道施工对地表沉降与邻近建筑物影响分析…104 4.4 随机森林算法模型构建…114 4.5 时序性预测方法分析…119 4.6 本章小结…123 第 5 章 盾构隧道开挖引起的地表沉降预测及开挖面稳定性分析 125 5.1 工程概况…126 5.2 地表沉降预测…128 5.3 盾构隧道开挖面稳定性分析…138 5.4 本章小结…149 参考文献 150