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摘要：盾构隧道的建设不可避免地要穿越建筑物桩基础等地下障碍物，利用盾构智慧信息系统通过设置预警值，直接过砼桩群是一次富有挑战性的大胆尝试，通过盾构在施工过程中实时采集的施工参数及时进行参数调整措施，确保了建筑物和隧道施工的安全。
关键词：智慧盾构信息监控系统；土压平衡盾构机；五方共享数据平台；桩群；、切桩
一、前言
近年来随着我国基础设施井喷式的发展，盾构施工作为最安全的工法被广泛应用铁路、公路、地铁施工中。盾构施工是地下工程受地层、周边环境、施工设备、人员等多种因素影响，施工安全和质量风险极大。盾构施工过程中存在着大量的施工信息，如盾构掘进的姿态，盾构掘进的参数，管片姿态，地层特性者，建立信息化的管理系统实现盾构过程信息化智能化，是隧道盾构施工的发展的趋势。随着盾构信息系统大数据的采集与系统开发与应用，将会不断避免盾构施工风险，提高盾构施工的安全性和可靠性，为实现真正的人工智能迈向新台阶。
二、哈尔滨智慧盾构信息管理系统概述及主要功能
智慧盾构信息管理系统是将盾构设备以及盾构施工过程中海量数据有机结合起来，通过获取真实的盾构参数为基础，结合盾构施工环境，实现获取参数的汇总统计、历史数据曲线分析，多参数预警及风险管控功能。该系统可作为盾构施工日常信息化管理手段，也可实现对区间重大风险源进行管控功能。实现1、远程盾构信息实时监控；2、盾构信息数据汇总功能（整合区间工况，区间平面图、地质纵断面图，汇总施工进度等）3、盾构掘进参数统计功能4、历史掘进参数曲线分析功能。5、系统预警管控功能6、人机交互功能（地面监测数据、盾构机管片姿态、盾尾间隙等）7、工程信息管理；8、系统信息管理。
智慧盾构信息监控系统作为一套独立的Web服务端，利用工业级监控软件采集到的数据，结合盾构施工管理的经验优势，针对性开发web系统功能，通过Web服务端发布出去如图1。从而使得用户只需要打开浏览器即可看到盾构机的关键参数以及各种数据统计、分析结果
本系统经对海瑞克、中铁装备、铁建重工、三菱、中船、维尔特盾构机品牌，以及其使用的西门子、三菱、施耐德、ABB等主流PLC连接和测试，本系统采集端稳定，数据采集具备断点续传功能。系统扩展性强，具有开发的API接口，可与其他多项系统结合使用
图1：数据传输流程图 图2：系统刀盘主页面
三、智慧盾构信息管理系统可实现的远程监控模块
1、在全网图界面，可以查看线路标号，放大，缩小地图查看施工线路，?标移至施工线路上方时，显示线路当前施工状况，推进状态以及异常预警等信息。
2、查看线路信息：功能介绍：在全网图上查看线路信息。
3、盾构信息监控；功能介绍：监测市级工程状态，包括当前环、总环数、总推力、平均土压、刀盘扭矩、推进速度、刀盘转速、注浆总量以及工程状态如图2。
图3：实时掘进姿态、水平垂直方向趋势 图4：螺旋机界面
4、盾构信息汇总功能1）功能介绍：2）查看该线路的工程文档。3）数据监测
4）功能介绍：监测工程状态，包括当前环、总环数、总推力、平均土压、刀盘扭矩、推进速度、刀盘转速、注浆总量以及盾构姿态如图3。5）盾构信息监控—区间—工程介绍6）功能介绍：监测盾构机状态，包括当前环、总环数、总推?力、平均土压、刀盘扭矩、推进速度、刀盘转速、注浆总量量、螺旋机工程状态等如图4。7）盾构信息监控—区间—工程进度8）平面图、剖面图9）查看沉降点信息10）测距11）盾构信息监控—区间—监测数据.
5、盾构信息分析功能
1）材料通过筛选环号，统计环号范围内的“泡沫量”、“同步注浆量”、“膨润?土量”及“盾尾油脂量对材料进行分析；2）时间统计统计环号范围内的工程时间消耗情况；3）进度统计；4）汇总统计通过指定日期区间和统计方式：“日报”、“周报”、“月报”，展示对应日期区间内起始、结束环、推进环数、推进时间、拼装时间、停止时间、同步注浆量、盾尾油脂量量等参数的汇总情况。通过对参数多角度分析及时发现施工过程存在的问题，及时采取有效措施调整施工参数达到理想的施工状态。
6、监测预警全局监测用户设置了监测预警，可以根据盾构机掘进、拼装、停机三种状态，预警值设置：分为红色、橙色预警、实时指导盾构施工。
四、复杂条件下的区间概况
某区间盾构区间右线总长度为1179.831m，左线长度为1182.815m。，其结构顶覆土厚度约8.8m～16.3m。埋深范围7.34m～19.2m。隧道主要位于粉质粘土（5－1、5－2、6－1、6－1－2、），中砂（6－2）及粗砂（6－3）地层中。上覆土为杂填土，粉质粘土，局部夹有少量粉砂。所经区域为繁华的商业区，沿线下穿、侧穿较多建筑物，同时下穿马家沟河道，沿线上部交通状况比较复杂。该段区间下穿15处、侧穿21处重点控制建筑，大部分建筑物年代较久远，基础主要以天然基础为主。本区间采用辐条式软土刀盘土压平衡盾构机。
五、建筑物桩基情况
9.11日盾构机施工到某房屋下方时扭矩异常变大，并能在地下室听到“吱吱”异常响动。经多方调查结果显示：此地下停车场为31层高层商务住宅楼附属建筑，地下两层，地上两层，地上两层为博苑中山幼儿园，地下负一层为停车库，地下负两层为消防泵房（现存水量18m*6m*1.5m）；此结构基础桩为C25钻孔桩，桩径400mm，主筋为φ14，箍紧为φ10，桩深12.6m（上部6m为钢筋混凝土结构，下部为素混凝土）。共需截桩21桩。地下一层标高为-5.8m（相对标高），局部地下二层标高为-9.7m，负一层底板厚300mm（防水底板），负二层底板厚400mm（防水底板）。负一层桩基承台底标高为-7.2m，承台厚度为1.2m；负二层桩基承台底标高为-11.1m，承台厚度为1.2m。根据结构跨度，现有3桩承台、4桩承台、5桩承台、6桩承台、7桩承台，桩基为局部配筋。
9月25日，在过完房屋桩径400mm的桩后，再次发现异常，房屋北边的地面出现较强震动，房屋基本感觉不到震动。经调查发现其地下室基坑围护结构形式为C25钢筋混凝土围护桩，直径φ600，主筋为φ25的螺纹钢。在366环至393环间共需截桩14根如图5。
图5：建筑物与隧道间的关系
六、技术措施
由于实际建筑物情况与设计、地勘严重不符，刀盘设计为软土刀盘，切削桩基会产生一定的相互影响，损坏刀盘、刀具；由于地层处于中砂与粉质粘土软弱地层中，易出现盾构开挖面的坍塌，影响建筑物安全。当时发现桩基时盾构机已处于房屋下方，采取的措施有限。为避免盾构机长时间在房屋下方停机，在做好应急预案的条件下，并经业主、咨询、设计、施工、监理等各方专题讨论后，进行“裸过”，是一次富有挑战性的大胆尝试。
为了更好地发挥出切削性刀具的切削性能及最大限度地保护建筑物与刀具，在推进过程中制定以下措施：
1、建立五方应急处置小组通过哈尔滨智慧盾构信息监控系统五方共享平台对盾构实时数据与地面及建筑物进行24小时持续监测，出现异常情况应立即报告，各小组立即响应。
2、利用盾构远程监控系统设置预警截桩的主要参数如下报警值：①严格控制土仓压力，上部压力设定在1.0~1.2bar，严格控制压力波动。②推力控制在10000KN。③贯入度控制在5mm/min。④刀盘扭矩控制在4500KNm（额定扭矩60%）。⑤同步注浆：注浆量大于5.0方/环（建筑间隙的150%），压力控制在3.0~4.0bar。⑥严格控制出土量，不大于38方/环（建筑间隙的100%）。
3、实时根据盾构远程监控系统推进控制①速度控制严格控制推进速度，在到桩前5米速度控制在15mm/min，2米时调到10mm/min，刀盘转速1.2~1.5r/min，截桩过程中贯入度控制在5mm/min。为防止桩体位移，尽量降低推力，并在截桩快完成前适当减小螺旋机转速，以小量提高土压，利于撑子面的稳定，并对余下桩体断桩有利。②注浆控制严格控制注浆量与注浆压力，在过房屋前后10环位置加强同步注浆控制，以提高地面房屋及隧道的安全性，特别是在负二层截桩时隧道距离承台只有0.4米，上方土体易剥落，应及时填充注满。注浆量注浆量大于5.0方/环（建筑间隙的150%），压力控制在3.0~4.0bar，一般上部压力高于下部压力。同时浆液初凝时间调到3~4小时。并及时进行二次补浆（双液），加固隧道周边土体如图6。
图8：膨润土用量统计图 图9：姿态偏差统计图
⑤姿态控制
加强盾构机掘进姿态控制，截桩时由于刀盘要切削桩体及钢筋，刀盘受力不均，易发生偏离，姿态控制难，并且过房屋位置处于450半径曲线段上，掘进前合理设定预偏量，过程中做到“勤纠缓纠”。如图9在本段设定盾构机姿态控制在设计轴线的±30mm内，滚动角±0.2度。
七、通过后地表及建筑物沉降情况
1、监测数据统计
房屋沉降量（单位：mm）
图10：房屋沉降累计变化量曲线图 图11：地表沉降累计变化曲线图
2、地表累计沉降量（单位：mm）
从监测数据可以看出，在盾构掘进至房屋下方前后时间段内，建筑物及地表沉降数据较为稳定如图10及图11，无异常情况。结合现场巡查情况综合分析，建筑物当前状态安全可控表。
八、结语
盾构隧道的建设不可避免地要穿越建筑物桩基础等地下障碍物，本次土压平衡盾构机（辐条式刀盘、无滚刀）利用盾构智慧信息系统通过设置预警值，直接过钢筋砼群桩是一次富有挑战性的大胆尝试，通过盾构在施工过程中实时采集的施工参数及时进行参数调整等措施，确保了建筑物和隧道施工的安全。本次成功穿越采集的盾构大数据也为类似情况的盾构施工积累经验和数据。
参考文献
[1]杨新安、棱保林盾构隧道掘进信息化管理系统设计与开发 中国工程机械学报2010年12月
[2]黄威然 杨书江 砂与砂砾地屋盾构工程技术 北京：中国建筑工业出版社 2012
论文作者:王虹,李俊沅,崔晓峰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/21
标签：盾构论文; 建筑物论文; 功能论文; 区间论文; 参数论文; 隧道论文; 信息论文; 《建筑学研究前沿》2018年第22期论文;