地面出入式盾构法隧道新技术大型模型试验与工程应用研究

地面出入式盾构法隧道新技术大型模型试验

与工程应用研究

张子新1，2，胡文1，2，刘超1，2，滕丽3

(1. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海200092；2. 同济大学地下建筑与工程系，上海200092；

3. 上海城建(集团)公司，上海200023)

摘要：地面出入式盾构法克服传统盾构法需要在两端修建始发和接收工作井的弊端，实现地表出发和地表接收的全过程盾构施工新技术。采用大型模型试验、数值仿真和工程验证手段，系统研究地面出入式盾构法隧道新技术掘进的关键问题，揭示地面出入式盾构法穿越不同阶段的地表沉降规律；依托地面出入式盾构法首次在我国南京城际快速轨道秣将区间隧道工程的示范应用，探索分析该新方法在工程中主要施工参数的合理选择和有效的控制技术；模型试验、数值仿真结果与工程实测结果获得一致的规律，可为该新方法的进一步推广应用打下坚实基础。

关键词：隧道工程；地面出入式盾构法；模型试验；工程应用

中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2013)11–2161–09

INVESTIGATION OF GROUND PASS SHIELD TUNNELLING METHOD BASED ON LARGE-SCALE MODEL TEST AND ITS ENGINEERING

APPLICATION

ZHANG Zixin1，2，HU Wen1，2，LIU Chao1，2，TENG Li3

(1. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education，Tongji University，Shanghai200092，

China；2. Department of Geotechnical Engineering，Tongji University，Shanghai200092，China；3. Shanghai Urban

Construction(Group) Corporation，Shanghai200023，China)

Abstract：The creation of ground pass shield tunnelling(GPST) method has conquered the disadvantage of constructing working shaft for shield launching and arrival which is a typical of traditional tunnelling method，and making an innovative turning point on shield tunnelling history. This paper first presents a detail investigation on the key problems of GPST method by adopting large-scale model test，numerical simulation and in-situ monitoring. The surface settlement characteristics of different crossing stages of GPST method have been revealed. In addition，an engineering application of this new method was carried out in Moling-Jiangjun interval of Nanjing intercity fast track；some key tunnelling parameters and effective measures were explored. Comparison was also done between the monitoring data，model test results and numerical results；it is shown a good agreement with each other；and a sound basis is established for the broad application of GPST method.

Key words：tunnelling engineering；ground pass shield tunnelling(GPST) method；model test；engineering application

收稿日期：2013–05–20；修回日期：2013–06–14

基金项目：上海市重点科技创新计划项目(11DZ2210400)；长江学者和创新团队发展计划资助项目(IRT1029)；上海城建集团十二五重点项目(2012)

作者简介：张子新(1966–)，男，1994年于中国矿业大学土木工程学院岩土工程专业获博士学位，现任教授、博士生导师，主要从事隧道及地下工程、非连续岩体力学方面的教学与研究工作。E-mail：zxzhang@tongji.edu.cn

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1 引 言

传统的盾构施工方法需要在盾构段的出发、接

收两端设置工作井引导盾构的进出洞工作，而竖井两侧则通常采用明挖法施工实现与地面路段的连接，如图1所示。传统盾构施工过程一般为先进行出发工作井的施工，其次进行盾构机的安装，并在设计的基座上调试和试运转；然后盾构切割洞门开始掘进，并沿设计轴线完成盾构施工；最后在盾构到达终点前进行接收工作井施工，完成接收工作。很显然，对于传统盾构隧道而言，盾构工作井两侧一般需设置隧道进出洞口与地表道路相相接，实际工程中则受客观条件，常需采用明挖法完成暗埋段和敞开段的施工。

图1 传统盾构法施工示意图

Fig.1 Sketch of traditional shield tunneling method

传统盾构法在地面两端施工区域涉及的主要问题可以归纳为：

(1) 盾构的出发和接收作业是盾构施工中最关键也是最容易出现问题的工序之一，据统计，70%以上的盾构事故发生在盾构进出洞过程中

[1-2]

。廖一

蕾等[3-4]在盾构进、出洞的稳定理论、风险管理和改善及加固盾构进、出洞的施工环境等方面做了系统研究。一般而言，工程中常采取降低地下水位、加固洞口周围土体等方式处理，为此需要付出很大的资金与工期投入。

(2) 传统盾构法在采用明挖法完成暗埋段和敞开段的施工时，除了需投入新的设备和人力，耗费较大资金和工期外，对于周近环境的影响大，涉及到大量房屋动拆迁、道路翻交作业以及明挖施工场地文明管理。

(3) 在城市核心区施工会较长时间地占用道路空间，对地面交通产生不利影响；此外，许多地下管线需要进行搬迁等，影响市民正常出行和生活，易造成不利社会影响。

总之，传统盾构法很难规避或缓减以上这些问题。近年来，伴随着我国城市交通的飞速发展，传

统盾构法受到了挑战，地面出入式盾构法(ground

pass shield tunneling method ，简称GPST 法)应运而生，并有望很好地解决或缓减以上难题。

地面出入式盾构法关键问题之一就是如何控制

进出地面端的地表沉降。本文首先介绍了地面出入式盾构法的国内外发展现状，分析了该新方法所涉及的关键难题；然后基于室内大型模型试验研究了地面出入式盾构法负覆土及超浅覆土的地表沉降规律。最后结合数值模拟和地面出入式盾构法在南京秣将区间的工程运用情况，探索了该新方法在工程应用中的主要参数设置及可能存在的问题和解决措施，试图为该新方法的进一步推广应用打下坚实基础。

2 地面出入式盾构法及发展

为了克服传统盾构法在两端地面施工区域存在的弊端，地面出入式盾构法的做法是盾构机直接从地面进出，通过负覆土、零覆土及浅覆土各阶段再进入传统盾构段，然后完成传统的隧道区间掘进后

直接到达地面。简而言之，地面出入式盾构法是一种真正意义上的全过程盾构施工方法(见图2)。

地面接收 地面进发

图2 GPST 法施工示意图 Fig.2 Sketch of GPST method

该方法的明显优势在于省略了传统盾构工法所必须的进出洞工作井施工，避免了大量房屋的拆迁、道路翻交作业，可大幅度缩减施工工期，减少建设资金和人力投入，而且有效规避了工作井处盾构进出洞时的施工风险。

此外，地面出入式盾构法减少了耗时、耗能的明挖施工场地，这在城市建设中采用盾构法施工地铁和地下管线等基础设施时是极具前景的。一方面可减少掘削土方量，相应减少了工程车辆的数量，是对环境影响较小的一种绿色环保的新型工法。同时降低了对市民生活和地面交通的影响，具有明显的社会效益。

地面出入式盾构方法的思想最早于2003年由日本的株式会社大林组提出和开始研发，主要目的在于实现短程地下通道的快速施工，以克服传统的明挖回填法的缺点[5]。此后直到2008年日本在筹划修建品川线时开始采用一台4.8 m ×2.15 m 矩形土压

工作 井

工作 井

暗埋段

敞开段

敞开段

暗埋段

地面施工区域

地面施工区域

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平衡盾构进行了相关的工程试验研究[6-8]，并于2009年开始示范工程。试验结果发现轴线上方地表沉降可控制在±10 mm 以内，侧向位移几乎为0，而盾构姿态可以采用传统盾构方法调整。示范工程中发现与明挖法相比减少了82%的开挖场地，并减少了大量管线搬迁工作，但日本始终未能成功进行地面出入式盾构法圆形隧道的工程实践。

2010年荷兰的Delft 理工大学也开始进行了初步的理论研究[5]，将日本的地面出入式盾构法进行调整以适应荷兰地下水位埋深较浅的地层环境，并通过对比计算分析了采用该法与传统盾构法在施工长度不超过250 m 时地下通道的结果。研究发现对于资金消耗，该方法在一定量修建地下通道或者当环境因素成为主要考虑因素时显示出巨大的经济价值。

国内关于地面出入式盾构方法的研究和应用是2012年率先由上海城建集团和笔者所在课题组联合开始的，与日本等国家不同的是，我国在世界范围内首次开展了地面出入式土压平衡盾构法圆形隧道的系统研究，包括大型下沉式模型试验，以及该

新方法在南京秣将地铁区间隧道中的成功应用，实现了国际上首台(直径为6 380 mm)圆形地面出入式盾构法隧道关键技术的创新。

值得指出的是，目前关于地面出入式盾构法的研究在国内外都是非常初步的，许多基本理论和关键技术尚有待进一步通过试验和工程实践进行研究和验证。

3 地面出入式盾构法大型模型试验

研究

3.1 试验平台及试验方案

为了验证地面出入式盾构法的可行性，并为其后的现场实际工程掘进参数选取提供理论依据及工程建议，针对地面出入式盾构法负覆土及超浅覆土的地表沉降控制关键问题，进行了大型地面出入式盾构法室内试验。该试验在我国第一个下沉式盾构综合掘进模拟平台上进行，试验平台空间净尺寸为10 m ×8 m ×8 m(不计两侧辅助设备所占空间尺寸)。试验平台如图3所示。

(a) 总体布置图

(b) 平面图

接收井 土层装载区域

始发井

4 000 mm 6 000 mm

10 000 mm

单位：mm

(c) 正面图

图3 试验平台示意图

Fig.3 Sketch of model test set

(1) 试验条件

该试验规模较大，采用直径1.8 m的真实盾构机进行掘进模拟，土压平衡系统和注浆系统与实际工程盾构机相同，在模拟盾构掘进过程和保持土压平衡方面与工程实际盾构机完全一样，仅几何尺寸不同。模拟管片直径为1 860 mm，接收井的端部固定在洞门上；模拟盾尾套安装在模拟管片外，直径为2 010 mm，套筒尾部设置注浆孔。通过始发井处往回顶进模拟盾尾，尾部自接收井处开始逐渐形成盾尾间隙，同时由注浆孔实现同步注浆。模型土体为从实际工程试验段取回的原状土体，并按照实际的密实度进行分层铺设，铺设完毕后进行土体参数试验，确保与实际开挖土体特性指标基本一致。地面出入式盾构法的土体掘进主要通过模拟不同厚度覆土来实现全过程模拟。

(2) 试验工况

试验平台(见图3)从左至右分别为浅覆土段、过渡段和负覆土段，试验时依次模拟盾构从超浅覆土过渡到负覆土情况下的整个工况。其中浅覆土段埋深为1.8 m，长度为5.58 m；过渡段斜坡的长度为1.09 m；负覆土段埋深为－0.3 m，长度为3.33 m。除在过渡段斜坡处填置加固土外，整个试验土层装载区域底部装载为均质土体，所选土体类型为实际工程⑤1号土。土体装入过程中分层压实、装载土体，每层500 mm，局部位置人工补充击实。浅覆土及负覆土段横断面土层铺设情况分别如图4(a)和

(b)所示。

(3) 试验流程

整个试验方案流程如下：先用角钢将压力传感器固定在预设位置，高于土表面一定高度焊接竖直方向的角钢，压力传感器固定在角钢上，数据线沿着角钢布置。安装完毕后进行⑤1号土体填充，土体

(a) 浅覆土断面

(b) 负覆土断面

图4 横断面土层铺设示意图(单位：mm) Fig.4 Cross-section of soil compaction process(unit：mm)

单位：mm

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采用分层装载方式，每层厚度约0.5 m ，每层应压实达到试验要求，总体采用长臂挖机夯实，局部位置人工处理。为防止模拟盾尾与周围土体产生较大剪切力，土体第二次装填前在模拟盾尾的外壁抹上黄油，使土与外套筒不直接接触，以免产生较大的黏聚力。而浅覆土到负覆土过渡段斜坡的土体进行掺水泥加固，防止土体坍塌。待土体固结2周后达到固结要求，再安装位移计，位移计探针下垫玻璃片或铁片，并置于稳定的土体表面。

待推进系统、注浆系统、数据采集系统调试完成，满足试验要求后即开始进行盾构掘进试验。该模型试验的盾尾空隙为75 mm ，在套筒尾部设置有注浆孔。试验时通过在始发井处往回顶进模拟盾尾实现模拟盾构施工掘进过程，尾部自到达端开始逐渐形成盾尾间隙，同时注浆孔注浆模拟盾尾注浆。整个试验流程可简化为如图5所示。

图5 试验流程图 Fig.5 Flowchart of model test

3.2 监测点布置

图6给出了地表位移计布置平面图，本试验布设了6个监测断面，从右至左分别为断面1～6。其中位移计共27个，用于监测地表沉降。监测全部

采用自动采集监测系统采集监测数据，监测频率为1次/min 。 3.3 试验结果分析

大型模型试验结果表明：地面出入式盾构法在注浆不对称情况下，地表沉降相应呈现不对称特征，在负覆土段表现得尤为明显，但随着覆土厚度逐渐增大，地表沉降对称性也随之增强。地表最大沉降均发生在盾构推进方向右侧距离轴线 1 500 mm (0.83D ，D 为试验盾构直径)的测点处。负覆土段沉降图与经典Peck 沉降曲线有较大不同，但随着覆土厚度增大，Peck 沉降槽特征逐渐显现。总之，盾构推进对离轴线较远的两侧影响较小，轴线附近影响较大，但整体表现仍以下沉为主导(见图7)。

值得注意的是，从图7还可以看出，地面出入式盾构法地表沉降随着盾构掘进整体表现为下降趋势，但在同步注浆时回弹明显，且隧道横断面的地表沉降槽形状受注浆影响较传统隧道法明显。当采取不对称注浆时，沉降曲线缺乏对称性，尤其是负覆土段盾构掘进时的控制难度将明显上升。

4 数值仿真和工程验证

4.1 工程背景

地面出入式盾构法的工程示范段为南京至高淳城际快速轨道南京南站至禄口机场段秣陵站—将军路站区间，该段总长4 460 m ，根据施工工法不同，秣将区段可分为高架段、明挖段及盾构段。地面出

图6 地表位移计布置平面图(单位：mm)

Fig.6 Layout of displacement sensors(unit ：mm)

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测点到轴线距离/mm 测点到轴线距离/mm (a) 负覆土段 (b) 浅覆土段

图7 GPST 法地表沉降图

Fig.7 Surface settlement trough of GPST method

入式盾构法试验段位于既有将军大道上，其中右线盾构段长约123.659 m ，左线盾构段长约124.591 m 。采用一台直径为6 380 mm 土压平衡盾构推进，隧道衬砌采用预制钢筋混凝土管片，通用双面楔型环错缝拼装，管片内径为5 500 mm ，管片外径为6 200 mm ，即管片厚度为350 mm ，盾构空隙∆ = 90 mm(未考虑盾构锥形外形)，环宽1 200 mm ，管片混凝土强度C50，抗渗等级为P10。

盾构先从秣将区间盾构工作井南端头井右线始发，沿着将军大道向南掘进至导坑接收；盾构调头，于左线始发，盾构在秣将区间盾构工作井接收，进行解体、起吊，完成GPST 盾构的掘进施工任务。

秣将区间盾构段纵断面土层主要有：①2，②3c2，②1b2，④1b1，J 3l –1和J 3l –2，其中①2素填土和④1b1粉质黏土层为隧道主要穿越地层。工程试验段内地下水主要为孔隙潜水及基岩裂隙水，其中孔隙潜水主要赋存于①2素填土、②层粉土中。①2填土层及②层粉土结构松散，分布不均，厚度不均，富水性一般，透水性较弱。

4.2 数值仿真建模和模拟方法

数值分析采用三维有限差分软件FLAC 3D 计算，基于试验段工程实际进行建模，数值模拟结果将与工程试验段的监测数据进行对比验证。

如图8所示，数值模型尺寸取为开挖方向109 m ，底部取为从隧道仰拱向下延伸24 m(约为4D )，隧道横向宽度取为隧道衬砌结构左右各24 m ，总体上满足工程实际边界条件要求。整个模型共14 920个节点，24 740个单元。模型约束条件为：上边界是自由地表，底面是约束三方向的自由度，各侧面边界均法向固定。图8中stratum_1～5分别对应表1中材料①2，④1b1，J 31–1，J 31–2和J 31–3。

图8 FLAC 3D 模型 Fig.8 FLAC 3D model

数值计算中土体及其他材料参数见表1，岩土体均采用莫尔–库仑模型进行模拟，衬砌采用liner 单元模拟。其中靠近左线始发端的土坡由于进行了50 mm 厚度水泥砂浆加固处理，因此边坡表面采用

表1 数值模拟中采用的参数 Table 1 Parameters for numerical simulation

材料 c /kPa φ/(°) 重度/(kN ·m －

3)

弹性模量/MPa

泊松比 ①2 16 16.4 18.4 5.71 (0.330) ④1b1 55

11.9

19.7 8.39 0.265 J 31–1 (41) (17.0) 19.6 (9.50) 0.248 J 31–2 (50) (37.0) 22.3 (19.00) (0.230) J 31–3 800 42.0 23.8 20.00×103 0.210 衬砌 24.5 2.76×104 0.170 边坡面 22.0 1.50×104 0.220 注浆体

18.0

2.00

0.400

注：括号内数值为经验建议值，衬砌参数按0.8折减系数取值，边坡加固水泥砂浆参照刘根荣[10]的研究成果。

土体位移/m m

土体位移/m m

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铺设一层等厚度的shell 单元模拟，盾尾注浆效果等效为均质等代层精细考虑，采用弹性单元模拟，等代层厚度取为1.5倍盾尾空隙即150 mm(考虑盾构锥形)[9]。

数值模拟过程选取了GPST 法中主要关注的开挖面支护土压力及注浆2个重要施工参数[11-12]，其中开挖面支护土压力按实际工程选取，并以开挖面施加法向应力的形式进行考虑。

数值模拟主要计算步骤如下：

(1) 工程数值建模及土体参数赋予。

(2) 边坡加固处理(采用一层厚度与工程实际相同的shell 单元模拟)，然后初始地应力平衡计算，计算的结果将初始位移归0处理。

(3) 盾构开挖施工模拟：盾构分多步开挖完成，每步开挖长度为4.5 m 左右，在接近斜坡段适当减小。开挖时将隧道区域的土体单元置为null 单元，同时在开挖面施加工程实际中所用的土压力，并安装衬砌和同步注浆，计算至平衡。其中68～77环为堆土范围，数值模拟中采用在盾构到达前相应的地表区域施加与堆土重量等效的竖向均布压力来考虑堆土效果。

(4) 如此循环(3)至结束。

4.3 数值模拟结果与工程实测结果对比

为便于结果分析，由于实际隧道穿越土层相同，这里首先引入3个参数，即静止土压力系数(0k = 1sin ϕ−)、主动土压力系数(2a tan (/4/2))k ϕ=π−及被动土压力系数(2p tan (/4/2))k ϕ=π+。基于地勘报告，对于本工程分别取为0.75，0.60及1.60。

(1) 浅覆土段与超浅覆土段 ① 盾构实际施工参数

该段轴线长约92 m ，在该试验段中跨度大，隧道轴线埋深为5.5～8.5 m 。实际推进时，开挖面土仓压力设定为轴线处0.095～0.125 MPa ，此时侧向土压力系数为0.80～1.00，略大于0k ，介于0k 和p k 之

间，与K. Miki 等[7]取法相同。注浆压力控制在不超过1.2倍覆土压力范围内，以防止冒浆出现，注浆率为120%。

② 数值模拟结果和工程实际监测结果对比 图9～11表明：在浅覆土盾构推进段，当盾构切口到达时，地表沉降为3 mm 左右，而当盾构脱离后，地表沉降继续发展达10 mm ；隧道底部隆起6 mm 。而水平位移相对较小，仅为2 mm 左右，且偏离隧道方向，而当盾构脱出时，周围土体向隧道方向发生位移；在超浅覆土段，地表沉降减至7 mm ，

但水平位移仍较小，不超过2 mm 。

图9 浅覆土段隧道轴线纵断面地层分层沉降云图

(单位：m)

Fig.9 Longitudinal-section settlement nephogram for

shallow cover condition(unit ：m)

图10 浅覆土段横断面地层竖向位移云图(单位：m) Fig.10 Transverse-section vertical displacement nephogram

for shallow cover condition(unit ：m)

图11 浅覆土段横断面水平位移云图(单位：m) Fig.11 Transverse-section horizontal displacement

nephogram for shallow cover condition (unit ：m)

工程实际中位于浅覆土段监测断面的分层沉降显示：在切口到达和盾尾脱出期间，隧道底部产生4～8 mm 的隆起。测斜管为在盾构切口到达和盾尾通过期间，隧道周围地层远离隧道方向产生2～3 mm 位移，盾尾脱出后，由于土体固结和浆液固结等因素，隧道埋深位置逐渐向隧道方向产生位移。对于超浅覆土段，左线的其他监测断面也得到了类似规律，但地表沉降值与浅覆土段相比有增大趋势。通过和数值模拟结果对比，可以看出，二者的变化规律基本一致，但数值计算结果稍微偏大，这与浅覆土注浆影响有关。

(2) 极限覆土段 ① 盾构实际施工参数

本段轴线长仅为7 m 左右，隧道轴线埋深 3.8 m 。开挖面土仓压力设定为轴线处40 kPa ，此时土压力系数约为0.62，小于0k 更接近a k 。盾尾注浆时为防止冒浆发生，调整了注浆位置，注浆率仍取120%。

需要说明的是，除注浆因素需要考虑外，极限覆土段盾构开挖面土体出现不稳，盾构机容易背土，

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因此需进行土体改良。此外，该段极易发生隧道上浮，一方面应该控制施工参数，施工时还需加强监测，并始终保持隧道内有压重块，本试验段中压重块为现场管片。

② 数值模拟结果和工程实际监测结果对比 图12～14表明：在该极限覆土盾构段中，当盾构切口到达时，地表沉降减小至2.5 mm 左右，这与右线监测断面处埋设的分层沉降仪所监测数据相吻合；而水平位移仍较小，仅为2 mm 左右，且偏离隧道方向。

图12 极限覆土段隧道轴线纵断面地层分层沉降云图

(单位：m)

Fig.12 Longitudinal-section settlement nephogram for

extreme shallow cover condition(unit ：m)

图13 极限覆土段横断面地层竖向位移云图(单位：m) Fig.13 Transverse-section vertical displacement nephogram

for extreme shallow cover condition(unit ：m)

图14 极限覆土段横断面水平位移云图(单位：m) Fig.14 Transverse-section horizontal displacement

nephogram for extreme shallow cover condition(unit ：m)

同样地，数值模拟结果和实际监测结果相比较，其变化规律基本一致，但计算结果比实际结果偏小，主要是源于注浆和背土的影响。

(3) 负覆土段与斜坡段 ① 盾构实际施工参数

负覆土段轴线长仅为6 m 左右，而且与传统盾构法施工环境完全不同，刀盘已露出土体 1.67～1.86 m ，轴线埋深仅为1.2 m 左右。开挖面土仓压力设定为隧道底部0.043 MPa ，然后推进时慢慢减至0，土压力系数约为0.58，小于a k 。可以看出，此时开挖面稳定性更难控制。此段注浆率减小至70%左右，盾尾注浆主要需考虑防止冒浆发生，可以通过调整注浆位置、降低注浆压力及改善浆液性能等控制措施来防止浆液外窜。

该段除了注浆和隧道上浮因素较难控制外，盾构螺旋机出土不畅亦是工程中需考虑的问题，可通过土体改良解决。

② 数值模拟结果和工程实际监测结果对比 在负覆土工况(见图15～17)中，当盾构切口到达时，与前3个工况不同，盾构轴线上方两侧地表沉降隆起达到2 mm 左右，但这与工程实际监测断面处埋设的分层沉降仪所监测数据同样很相符；而水平位移则不到0.5 mm ，但实测值则达到4 mm ，主要是实际工程在该段推进时施工扰动较大所致。

图15 负覆土段隧道轴线纵断面地层分层沉降云图

(单位：m)

Fig15 Longitudinal-section settlement nephogram for

negative cover condition(unit ：m)

图16 负覆土段横断面地层竖向位移云图(单位：m) Fig.16 Transverse-section vertical displacement nephogram

for negative cover condition(unit ：m)

图17 负覆土段横断面水平位移云图(单位：m) Fig.17 Transverse-section horizontal displacement

nephogram for negative cover condition (unit ：m)

5 结 论

本文针对传统盾构法在两端始发和接收工作井施工时耗工费时、较长时间影响地面交通以及进出洞风险大等弊端，提出了地面出入式盾构法隧道新技术，并通过大型模型试验、数值仿真和工程实际应用，系统研究了地面出入式盾构法地表沉降变化

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规律及其关键控制技术，初步得到以下主要研究成果：

(1) 地面出入式盾构法是盾构机从地面始发、通过负覆土、零覆土及浅覆土掘进隧道区间再到达地面的新技术。该技术省去传统盾构机工法所必要的进出洞工作井，能实现大幅度缩减施工工期。由此，在减少掘削土量的同时，减少了工程车辆的数量，降低CO 2的产生等，是绿色环保型的创新施工方法。

(2) 在盾构施工参数设置合理、盾构姿态控制适当的情况下，地面出入式盾构法可以成功地实现全过程盾构掘进，并将环境影响控制在要求范围内。例如，对于地表沉降可控制在－10～+5 mm 范围内，水平位移可控制在5 mm 内。

(3) 工程中最为关注的地面出入式盾构法开挖面土仓压力系数设定，对于浅覆土或超浅覆土段(覆土厚度为0.4D ～0.8D )，可按静止土压力系数0k 取值。而在极限覆土段至负覆土段(小于0.4D )，随着隧道埋深变浅，土仓压力系数可按a k 或适当小于a k 取值。

(4) 盾尾注浆率在浅覆土到负覆土的整个推进过程中成为地面出入式盾构法地表沉降控制的另一重要施工参数，可通过控制注浆压力防止冒浆，且需保证注浆率。但在负覆土段需要改变注浆孔位提升注浆效果。

(5) 在隧道埋深较浅或为负覆土时，地面出入式盾构法盾构姿态和隧道上浮成为关键问题。可通过适当降低掘进速率和实时监测来实现姿态的调整。特别地，工程中为防止隧道上浮，在控制施工参数同时，可通过在隧道内施加压重块进行辅助控制。

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地面出入式盾构法隧道新技术大型模型试验与工程应用研究

作者：张子新， 胡文， 刘超， 滕丽， ZHANG Zixin， HU Wen， LIU Chao， TENG Li

作者单位：张子新,胡文,刘超,ZHANG Zixin,HU Wen,LIU Chao(同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室，上海200092; 同济大学 地下建筑与工程系，上海 200092)， 滕丽,TENG Li(上海城建 集团 公司,上海,200023)刊名：

岩石力学与工程学报

英文刊名：Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering

年，卷(期)：2013(11)

本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_yslxygcxb201311001.aspx