2019创新项目推广 | 广州市轨道交通十三号线首期工程白江站、新塘站高效制冷机房

随着地铁建设深度和城市地下空间开发强度的增加，地铁隧道施工所遇到的环境条件愈加复杂，盾构区间叠落施工、交叉穿越的情况越来越多，盾构施工变形控制的要求越来越高，既有线、铁路等特级风险工程更要求变形控制在3mm 以内。盾构穿越过程中必然面临既有结构变形控制问题，然而，目前我国地铁盾构交叉、叠落、穿越施工尚无成熟的技术标准和成套的风险控制方法，国内外目前盾构施工仍然存在“地层深层位移难测、位移分布规律难辨、穿越施工风险难控”等问题，具体表现在：

本技术成果基于目前地铁盾构交叉、叠落、穿越施工存在的“地层深层位移难测、位移分布规律难辨、穿越施工风险难控”等问题，采用室内试验、理论分析、数值模拟、现场测试等手段相结合的方法，通过“以测试揭规律、以规律提方法、以方法避风险”的总体研究思路，研发了地层分层位移测试系统以解决城市土质地层位移测试难度大、精度低的难题，揭示了地层竖向位移“横三区、竖两层、纵向五阶段”的分布特征，提出了盾构施工引起的地层位移控制原理和方法。关键技术内容主要有：

具体技术路线如下所示。

主要技术特点和创新点体现在如下几点：

（一）提出了盾构掘进引起地层分层位移的测试技术，研发了高精度、高频率、低扰动地层分层位移测试系统，并成功应用于北京地铁14号线的原位试验，为盾构施工引起不同深度地层位移的测试与研究奠定了基础。

（二）揭示了基于盾构掘进过程的地层位移“横三区、竖两层、纵向五阶段”时空分布规律，建立了盾构掘进的阶段划分理论及方法，提出了地层位移控制的关键阶段，为地层位移控制技术体系的诞生提供了理论依据。

（三）提出了盾构施工引起的地层位移分级控制原理，首次研发了基于盾构开挖间隙的新型材料及注入工艺，提出了盾构推进过程中地层位移的综合控制技术，成功实现了技术的工程应用。

该技术成果经中国铁道科学研究院科学技术信息研究所查新（编号：TA17336），得出理论：“在目前国内外检索范围内，对盾构施工引起地层分层位移的分布理论及其控制技术的综合研究，未见文献报道。”

同时，该技术于2018年2月8日经中国土木工程学会组织以钱七虎院士为组长的业内专家组对课题成果进行了鉴定，专家组一致认为该成果为国内外首创，达到国际领先水平，建议继续加大推广应用。

本成果共获得授权发明专利2项，授权实用新型专利5项，计算机著作权3项，国家标准2部，具体成果列举如下：

该技术获得2018年度北京市科学技术二等奖（证书编号：No.2018城-2-004）。

技术成果率先于2015年应用在课题承担单位承建的北京地铁14 号线方庄站~十里河区间站新建的盾构区间，以及在北京地铁8 号线和义站~西洼地站、西洼地站~六营门站、广州地铁21 号线黄村站～世界大观园站、世界大观园站～智慧城站等区间也进行了推广应用，大量节约了人工、土体加固、洞内背后注浆、地面加固、超前支护等方面费用，累计节支总额2576 万元。基于项目成果取得的关键技术支撑，在14号线盾构下穿民房区的地层位移控制中取得良好效果，对8号线盾构隧道侧穿暗挖大断面隧道引起的侧方土体位移及初支和二衬结构变形的控制效果理想，效率显著提高，取得了巨大的环境效益和社会经济效益，奠定了盾构穿越重大风险工程变形控制技术的基础。

技术成果已在北京地铁多条线路建设中推广应用，为北京地铁安全、快速建设提供了技术保障。高精度、高频率、低扰动地层不同深度位移测试系统、地层竖向位移“横三区、竖两层、纵向五阶段”的分布特征、地层位移分级控制原理、地层位移“分层、分级、分阶段”控制方法、盾构新型注浆材料配比及注入工艺技术、地层位移分层控制综合技术体系等项目研究成果不仅在北京地铁14 号线、8 号线等得到应用，而且指导了北京朝阳区东高路等七条再生水及污水管线工程，成功解决了盾构施工引起地层位移的控制问题，节约经济成本约48 万元；指导了北京地铁16 号线05 标永丰~永丰南站区间等工程中盾构施工工作，有效控制了盾构小半径转弯旁穿办公楼风险源的沉降控制难题，节约经济成本约120 万元，取得了显著的经济和社会效益。

技术成果也在广州、深圳、南宁、苏州等国内多座城市的轨道交通工程建设中推广应用，给南宁轨道交通、广州地铁和深圳地铁盾构穿越工程引起的沉降控制问题上提供了有力的技术保障，发挥着重大作用，累计节约经济成本约550 万元。应用本项目技术成果不仅解决了施工单位的盾构穿越风险源的沉降控制难题，而且还受到建设、设计等单位的一致好评，收获了良好的社会口碑。

通过合理运用本成果相关技术，施工单位在地层位移测试系统的精准监测地层位移的前提下，通过与盾构施工的联合控制，及时反馈和指导了盾构现场施工作业，有效地将地层位移控制在安全范围。地层位移分布理论及地层分层位移控制技术，增强了轨道交通建设穿越重大风险工程的关键技术实力，安全、高效、有序地解决了各项风险工程控制难题，提高了轨道交通建设效率，有效降低了施工风险，取得了显著的经济和社会效益。同时，项目研究成果为北京地铁建设相关技术标准的制定提供了有力的支持。

本成果提出的盾构施工引起地层位移分布及其控制技术，通过研发地层位移监测技术，提出地层位移的“横三区、竖两层、纵向五阶段”分布特征、改变新型注浆材料在不同环境和不同施工条件下的配比，以适应地层条件较好且需考虑成本、无水砂卵石等地层、软弱地层或沉降控制要求高的施工地段等条件，旨在为解决北京乃至全国的地铁工程变形控制问题提供一套成熟的技术和方法。

在当前国内城市大力建设和发展的背景下，地铁仍是国家基础设施发展排头兵，推广应用前景广泛。轨道交通仍然是北京未来的发展方向，越来越多的轨道交通线网建设将会遇到更多的近距离穿越问题。全国近44 个城市轨道交通规划得到批复，也将会遇到类似的近距离穿越问题，因此本技术成果在全国类似施工及地层条件下有着显著的市场需求，具有广阔的推广应用前景。

本技术成果主要在地层深层位移测试方法、地层位移施工发展历程及控制技术、基于盾构开挖间隙填注的新型材料及注入工艺上取得了明显的技术创新。首先在地层深层位移测试方法上，研发了高精度、高频率、低扰动地层深层位移测试系统，目前国内外既有的地层位移监测设备尚没有针对城市土层深部位移进行测试的完整系统，本技术成果提出的这套系统对需要精确测量地层深层位移的地铁施工工程来说具有明显的市场需求；其次是地层位移控制技术，创造性地提出了盾构施工引起的地层位移“分层、分级、分阶段”控制方法，，实现了盾构施工过程的差异化控制，这在既有的控制技术中是尚未实现的；最后是新型注浆材料，其具有绿色、环保、快凝、早强、低抗剪、不易稀释等特点，针对盾构开挖间隙进行充填可以有效控制地层位移，能解决近接施工敏感阶段的地层位移控制难题，达到穿越工程中提出的微沉降控制要求。通过对新型注浆材料的技术化推广和市场化生产，在地铁盾构施工工程中能产生明显的经济效益。

（1）节约了大量经济成本。技术成果率先在北京地铁14 号线、8 号线等线路推广应用，大量节约了人工、土体加固、洞内背后注浆、地面加固、超前支护等方面费用，累计节支总额2576 万元，取得了显著的技术效果及经济效益，并且指导了北京地铁多条线路建设，同时在广州、深圳、南宁、苏州等国内多座城市的轨道交通工程建设中也进行了推广应用，累计节约经济成本约550 万元。

（2）显著降低风险事故发生率：技术成果率先在北京地铁14 号线得到成功应用，在盾构下穿民房群、商务区、京津城际桥墩等重大安全风险源时取得了显著的沉降控制效果，降低了重大安全风险事故的发生率，减轻环境破坏、经济损失和社会影响，促进地铁建设健康可持续发展，为地铁建设的综合防灾减灾做出了重要贡献。

（3）保护了城市生态环境：有效避免了建（构）筑物倾斜、开裂、倒塌，管线破裂、渗漏，地面坍陷等环境破坏事件。项目成果的推广应用对地层位移监测系统进和设备及新型注浆材料的市场化发展起到促进作用，推动了北京乃至全国地铁建设领域的产业技术升级，对轨道交通行业具有较好的示范作用。

（4）保障地铁工程顺利通车，节约了工期：成果应用到施工生产中，提高了生产效率，加快了施工进度，为地铁工程提前通车奠定了基础，保障如期通车，方便市民出行，缓解了交通压力，产生了巨大的社会效益。

（5）保证了可持续发展：通过研究成果的成功应用、推广及转化升级，提高了地铁建造水平，扩展了既有地铁修建技术的应用领域及适用范围，降低了地铁工程建设对市民生活和工作带来的不利影响，促进了北京市的社会稳定和谐，推动了宜居城市和社会经济的可持续发展。

单点位移计线缆的铺设与安装

地层分层位移测试测点钻孔地层取芯

地层分层位移测试加液前的静力水准仪

新型注浆材料稠度测定试验

新型注浆材料抗压强度试验

（内容来自中国土木工程学会轨道交通分会，如有转载请标明出处）