赵勇; 吕刚; 刘建友; 刘方
【期刊名称】《《铁道标准设计》》 【年(卷),期】2020(064)001 【总页数】8页(P109-115,136)
【关键词】铁路隧道; 盾构法; 全预制拼装技术; 大直径盾构; 施工可视化; 泥浆处理技术; 变形控制
【作 者】赵勇; 吕刚; 刘建友; 刘方
【作者单位】中国铁路经济规划研究院有限公司 北京 100038; 中铁工程设计咨询集团有限公司 北京 100055 【正文语种】中 文 【中图分类】U455.43 引言
随着我国铁路工程和市政公路工程的大规模开发建设，在城市密集区域修建大直径盾构隧道的工程案例在不断增加：如北京铁路地下直径线[1-3]、天津铁路地下直径线[4-5]、上海虹桥综合交通枢纽[6]、上海长江西路越江隧道等工程[7-8]。 北京铁路地下直径线连接北京西站与北京站，全长9 151 m，其中隧道全长7 285 m，占线路总长的79%，盾构隧道5 175 m，采用外径为11.6 m的盾构施工，最大开挖深度41 m，最小覆土厚度1.5 m，盾构施工先后安全通过护城河、
天宁寺桥、西便门桥、地铁4号线宣武门站、与既有地铁2号环线南段平行布置。隧道主要穿越的地层为卵石层、圆砾层，局部为粉质黏土层、粉土层和粉质黏土层等土层，地层中存在φ650 mm的大直径卵石，并且存在砂层与卵石层的胶结，最大抗压强度约30 MPa[9-11]。
天津铁路地下直径线连接天津站和天津西站，线路全长约5 005 m，其中隧道长3 312 m，盾构区长度为2 146 m，采用1台直径11.97 m的泥水盾构机从天津站端始发，盾构隧道管片外径11.6 m，内径10.6 m，每环管片纵向长度1.8 m。地层主要为黏性土、淤泥质土、淤泥、粉土、粉砂及细砂。盾构隧道穿越海河、南运河、狮子林桥、金钢桥、慈海桥及其他多座景观区、房屋建(构)筑物，施工环境复杂、沿线地下管线和不明障碍物多，且受城市施工条件限制，盾构需在半径600 m曲线段接收[12-13]。
上海虹桥综合交通枢纽迎宾三路隧道工程采用直径14.27 m土压平衡盾构机，盾构穿越七莘路高架、北横泾、机场滑行道、机场主跑道、机场航油管、停机坪、101铁路及历史保护建筑物，掘进长度1 862 m。迎宾三路隧道于2009年开工，2011年3月22日全线贯通[14-17]。
近年来，我国在城市密集区陆续修建了一些大直径盾构隧道工程，逐步积累了一些工程经验，相关技术水平得到了长足发展，但仍有一些理论和技术问题有待进一步深入研究，主要表现在：
(1)大直径盾构隧道掘进对地层扰动的定量分析尚不够明确和完善，其中包括扰动范围、扰动程度、变形特征等[18-20]；
(2)盾构隧道穿越城市密集区建(构)筑物尤其是轨道交通繁忙线路的风险识别、评价、管理，以及应急安全保障措施和工后评价等问题；
(3)城市密集区盾构隧道施工过程的可视化监控、预测技术；
(4)城市密集区盾构隧道环保施工技术，尤其是泥浆的无害化处理技术[21-22]；
(5)大直径盾构隧道结构运营期长期健康监测的方法和分析评价体系。 1 工程背景 1.1 工程概况
清华园隧道是新建北京至张家口高速铁路重点控制性工程之一。全隧位于北京市海淀区，于学院南路南侧入地，沿原京包铁路向北敷设，五环路内出地面，呈“V”形坡。隧道自南向北依次穿越学院南路、北三环、知春路、北四环、成府路、清华东路、双清路共7条主要市政道路和106条重要市政管线；同时，清华园隧道还上穿地铁12号(在建)、10号、15号线等3条地铁线，隧道近距离并行侧穿地铁13号线(隧道结构与桥桩最近处仅3.4 m)。清华园隧道是目前国内位于城市核心区，穿越重要建(构)筑物最多的国铁单洞双线大直径盾构高风险隧道之一，是目前北京地区直径最大的盾构隧道，盾构隧道内径11.1 m，外径12.2 m。本隧区段设计速度目标值为120 km/h。清华园隧道进口里程为DK13+400，出口里程为DK19+420。分段施工工法如图1所示。 图1 清华园隧道施工区段平面示意(单位：m)
清华园隧道建成后，进入北京北站的列车将全部入地，实现了学院南路、成府路、清华东路道路立交(现有四道口、五道口、双清路道口等铁路道口将移除)，这将有效缓解地面市政道路交通拥堵问题，减轻地面交通压力，改善出行环境。清华园隧道充分利用地下空间，达到了减少占地、降低环境影响、消除城市分割的设计目的，有利于城市区域合理规划。 1.2 工程地质特征
地层以第四系全新统人工堆积层(Q4ml)杂填土和第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)黏性土、粉土、砂类土、圆砾土及卵石土，地层参数见表1所示。
表1 地层主要参数名称颜色密实度主要成分压缩性厚度/m①杂填土—中密建筑垃圾、碎石等中0.8～6.5②粉质黏土黄褐色中密含少量铁锰质氧化物,局部夹粉砂中
0.4～21.5③卵石土黄褐色中密填充物主要为中粗砂中0.8～16.6④粉质黏土黄褐色中密含少量铁锰质氧化物,局部夹粉砂中1.8～12.5⑤卵石土黄褐色密实填充物主要为中粗砂中2.0～18.2⑥粉质黏土黄褐色密实含少量铁锰质氧化物,局部夹粉砂中4.1～13.2 1.3 水文地质特征
清华园隧道隧址区主要含有上层滞水、潜水和承压水，其中上层滞水埋藏深度一般在3.4～5.7 m，潜水分布在两个地层层位：①层间潜水的水位高程为31.86～34.40 m(水位埋深为15.2～18.0 m)，②层间潜水的水位高程为23.50～27.50 m(水位埋深为22.0～24.0 m)。隧址区承压水埋深较大，对本隧道无影响。地下水对混凝土具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，在干湿交替条件下，对钢筋混凝土中的钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。 2 清华园隧道技术难点及解决措施
清华园隧道的技术难点及相应的解决措施如下。
(1)隧道长距离穿越黏粒含量高的硬塑粉土和卵石地层，其中夹杂密实粉砂透镜体，易产生黏土糊刀盘及刀具磨耗严重等问题，施工风险较高。针对该地层，设计中对盾构选型和刀盘配备进行了专项研究，采用了常压换刀、刀盘自动冲洗等先进技术，制定了切实可靠的方案。
(2)全隧近距离并行地铁13号线、穿越3条地铁线及7处繁忙的市政道路，重要管线多，周边建筑物密集，对地层变形控制要求极其严格，必须制定更明确、更周密、更安全的变形控制标准、措施和方案。为保证施工安全、满足地层沉降要求，设计施工过程中对多种施工工法和工艺进行了详细分析研究，最终选择采用泥水平衡盾构法施工，这是目前对沉降控制最有效的施工方法；同时，对每处风险源进行安全评估和风险等级划分，根据不同的风险等级，采取配套防护措施，对症下药，保证周边建筑物安全。
(3)隧道周边分布居住区、学校及医院，对施工和运营振动、噪声、污染等要求严格，对环保施工和施工减、降振提出了更高的要求，通过采用控制盾构掘进参数和姿态，预制拼装等技术解决了环保施工的问题。
(4)本线为2022年冬奥会交通保障工程，须在2019年底通车，受拆迁影响，施工滞后计划工期，剩余工期异常紧张，采用轨下预制拼装结构等技术极大提高了施工工效，缩短了工期。
(5)隧道位于城市繁华区地下，断面空间狭小，防灾疏散救援结构布局及设备布置难度大，研发了繁华城区明洞盾构组合长大隧道防灾救援疏散综合技术，保障了运营安全。
为更好地解决清华园隧道以上技术难题，为京张高铁建设做好技术保障，同时为以后类似工程项目积累经验，经铁路总公司研究批准，依托京张高铁清华园隧道工程，开展城市密集区复杂地质高风险大直径盾构隧道施工关键技术研究，其主要研究内容包括：(1)大直径盾构隧道掘进技术及周边地层扰动特征研究；(2)大直径盾构施工的城市轨道线路变形控制和安全保障技术研究；(3)盾构隧道洞内轨下结构的预制拼装技术研究；(4)大直径盾构隧道结构长期变形监测技术研究；(5)城市繁华区大直径铁路盾构隧道防灾疏散救援技术研究。 3 主要创新成果及应用
以京张高铁清华园隧道工程为依托，开展了复杂地质条件下高风险大直径盾构隧道施工关键技术研究，取得了如下创新性成果。
3.1 首次提出了轨下结构全预制拼装技术，并在工程中成功应用
清华园隧道轨下结构和附属管槽均进行预制化拼装建造，在国内首次实现了盾构轨下结构全预制拼装。 3.1.1 全预制拼装技术的意义
全预制拼装技术是指隧道的主体结构，包括支护结构、轨下结构、水沟电缆槽等均
采用工厂化预制、现场拼装建造的施工技术。采用全预制轨下拼装结构，解决了现浇轨下结构施工对盾构掘进的干扰，实现了轨下结构和掘进作业平行同步施工，创新了盾构隧道设计建造理念。全预制拼装结构与现浇混凝土结构相比，该施工方法机械化程度高，施工速度快，预制构件运至现场即可利用机械进行拼装，大大提高了工人的工作效率和机械使用效率；工厂化预制件生产可实现构件的标准化，且对其做好防护措施后不受自然环境影响，可以充分保证预制件质量和批量化生产，构件统一生产的标准性和规范性也确保了现场施工的质量和效率；现场施工无需周转材料、无需占用大量材料堆场，施工时间大为减少，可有效降低盾构隧道的建设成本；工厂化生产、现场拼装，除后续砂浆灌封，无现场混凝土浇筑，避免了商品混凝土到场不及时、甚至遇政策调整及天气情况影响无法开展混凝土运输的问题。 3.1.2 轨下预制结构设计
清华园隧道的管片、轨下结构及水沟电缆槽均采用了预制拼装结构，其中轨下结构采用三块箱涵拼装设计，即中间一块中箱涵，左、右两侧各一块边箱涵拼装而成，如图2所示。中箱涵分三种型号：A型中箱涵长3.3 m，宽1.98 m，高2.805 m；理论混凝土方量6.18 m3；该型箱涵用在清华园隧道轨下结构普通段。B型中箱涵用于逃生通道楼梯段，理论混凝土方量7.53 m3，每100 m使用2块。C型中箱涵侧壁开孔，理论混凝土方量5.991 m3，隧道每隔三、四百米设置一处该型箱涵，用于通风通道，共24块。边箱涵分A和B两种类型，A型边箱涵用于普通段，与A型中涵及B型中涵两侧拼装，理论混凝土方量4.74 m3；B型边箱涵侧壁开孔，与C型中箱涵侧壁开孔相拼装，理论混凝土方量4.58 m3。 图2 轨下预制结构示意 3.1.3 轨下结构预制
箱涵预制生产工艺主要分为钢筋、模板、混凝土三大工序。
钢筋原材进场经试验室检验合格后，开料投入使用。直螺通过钢筋切断机切成指定
长度，盘条通过调直切断机调直切断。切制完成的钢筋经过弯曲机、弯箍机加工，制成钢筋半成品备用。钢筋笼焊接在专用焊接胎具上完成，保证了钢筋笼的尺寸精度。焊接人员依次将箍筋、底筋、面筋等穿入胎具中，采用CO2保护焊将钢筋笼焊接成型，经行车吊至指定区域存放。
箱涵生产采用固定台座生产方式，箱涵钢模采用精度高、强度高、不漏浆、性能稳定且连续生产不变形的全新模板，根据生产任务及工期安排，投入13套中箱涵模型(其中包括1套逃生通道模型)和11套边箱涵模型(1套包括左右两块边箱涵模型)。 搅拌完成的混凝土放至运输罐车中，由罐车运输至箱涵生产现场，由龙门吊吊运灰斗进行灌注作业。最终，混凝土在人工振捣棒作用下振捣成形。混凝土灌注完成后，进入下一块模型的生产。
箱涵生产继续流转，当表面温度与环境温度相差符合要求，且达到拆模强度时，拆除相关预埋件，打开模板，由专门吊具吊出模具。龙门吊吊装箱涵进入洒水养护区，经过14 d的洒水养护，吊运至存放场继续养护存放至出厂。 3.1.4 轨下结构拼装
清华园隧道轨下结构采用3块独立箱涵拼装形式(2块边箱涵和1块中箱涵)，中箱涵随盾构机掘进利用盾构机自带箱涵拼装机施工，边箱涵由特制边箱涵拼装机进行拼装，滞后于中箱涵，位于盾构机四号台车尾部。
边箱涵预制件拼装机主要由车架、行走车轮组、行走驱动机构、小车供电、横移机构、四点起吊三点平衡机构、旋转机构、U形吊具、箱涵件调整定位机构等组成。该设备可以将边箱涵预制件从运输车吊起，并平移旋转调整后移动到指定安装位置，最终将边箱涵预制件精确安装于中箱涵两侧，实现边箱涵快速施工。
3.2 开发了大直径盾构施工过程可视化平台，实现了盾构施工的可视化监控和实时预测预报
清华园隧道搭建了基于三维BIM模型和VR技术的可视化、信息化智慧施工管理
监控平台，如图3所示，实现对掘进、拼装、注浆等施工环节的全过程管理和监控，同时实现了对风险的可视化实时预测和分析。盾构机采用常压换刀技术，有效降低施工风险。
图3 可视化信息化智慧管理监控平台
(1)基于清华园隧道沿线水文地质勘察、周边既有建(构)筑物相对位置关系调查及工程措施(包括盾构施工参数及防护措施)监控及数值模拟，实现了盾构掘进过程中地质条件、周边建(构)筑物、工程措施的数字化。通过以上方法，将地层资料及参数数字化后植入到施工系统中，盾构掘进过程中可以即时获取当前所处地质环境及风险源环境，同时可以获取盾构施工参数，如果需要施作防护措施，则防护措施信息及仿真结果同样可以在施工系统获取。
(2)基于清华园隧道实测数据资料，建立了基于Peck理论及神经网络理论的地层沉降预测模型，实现了盾构隧道施工引起地层沉降及周边风险源沉降的可靠预测及预测结果的可视化显示。通过对前期盾构施工引起地层沉降的实测数据的分析总结，基本摸清了清华园隧道在粉质黏土及砂卵石地层中施工引起地层沉降的规律，进而建立相应的预测模型，可对沉降进行可靠预测。同时，根据既有建(构)筑物与隧道的空间位置关系，可以进一步预测其施工变形响应。此预测结果可以在施工系统中可视化显示。
(3)基于清华园隧道周边风险源的风险等级、变形控制标准、施工数据监测及沉降预测模型，实现了施工引起临近建(构)筑物危险性的实时预测预报。通过对沉降实测值的分析总结，对预测方法进行不断完善，当预测值在容许误差范围内，可与控制标准进行比较。如果预测值超过控制标准则报警；如果未超过控制标准则安全。当超过控制值，则需要反馈调整盾构施工参数。
(4)基于清华园隧道地质条件、风险源、工程措施的数字化技术，实时预测预报及其可视化显示技术，建立了京张高铁清华园隧道智能建造系统。该系统可以实现盾
构施工进度、盾构实时及历史掘进参数的即时显示，地层及风险源施工变形响应的实时预测与风险源安全状态的实时判别，监测数据的上传及测点历时曲线与沉降槽的绘制，盾构施工实时视频监控等功能，使施工人员的动态管理成为可能，为清华园隧道的信息化、智能化施工提供了坚实保障。
3.3 研制了城市盾构泥浆环保处理技术，解决了盾构隧道泥浆运输和环境污染问题 清华园隧道地处北京市海淀区境内，位于北京市城市核心区，盾构机在全断面黏土地层掘进，刀盘极易结泥饼，施工废浆量大、处理困难；粉质黏土地层长达1 200 m，粒径在50 μm以下成分在粉质黏土地层中占比50%以上，目前此类黏土颗粒较难通过泥水分离设备分离，掘进期间需废弃大量泥浆。因施工地点位于北京市海淀区，无处理场地成为制约盾构施工效率的一大难点，同时受特殊性政策及北京市高标准环保要求的影响，泥浆处理也是制约施工的一大难题。
为响应京张高铁绿色办奥运理念，清华园隧道盾构施工采用ZXSⅡ-2500/20泥水处理设备、压滤设备、离心设备相结合的泥浆综合处理技术，实现泥浆的循环利用，达到绿色环保、节能高效的施工目标。
泥浆处理过程分为以下几个步骤：泥浆收集→泥浆改性→压滤(含送浆、建压)→排水→隔膜压榨→吹气脱水→卸料→管路冲洗。全部压滤流程均为PLC自动控制，自动进行压滤流程切换；压滤后渣料含水率可低至23%，可以直接装车外运。压滤后回收的清水直接回调浆池与二级旋流后的泥浆混合，使比重还原到进泥所需之值，实现泥浆重复利用。 3.3.1 技术原理
(1)采用预筛分，一、二级旋流分离，实现盾构循环泥浆中砂、泥的良好分离。 (2)采用脱水筛高频振动脱水，实现对外弃渣含水率≤23%，适合自卸汽车直接运输。
(3)采用压滤设备处理多余的废浆来保证地面工程泥浆的零排放。
(4)采用制调浆设备，实现盾构环流系统的流量平衡、物质平衡及环流泥浆调节与快速补偿。
(5)采用PLC集中控制室远程控制模式，实现地面泥水处理系统的远程集中控制及实时监控。 3.3.2 泥水处理设备
泥水处理设备如图4所示。盾构掘进时排出的污浆由排泥泵经分配器分配后送入泥水分离设备的进浆槽，经过预筛分器的两层粗筛振动筛选后，将粒径在3 mm以上的渣料分离；筛余的泥浆进入一级储浆槽，由2台渣浆泵分别给2套一级旋流器组进料，经过旋流除砂器分选，粒径微细的泥砂由下端的沉砂嘴排出，落入除泥筛的下层细筛，旋流除砂器的溢流进入一级中储箱，沿排浆管排出或进入一级或二级储浆槽，由二级旋流除砂器进浆泵泵入二级旋流除砂器组，二级旋流除砂器组底流口浓浆进入除泥筛的上层细筛，一、二级旋流器底流经细筛脱水筛选后，干燥的细渣料分离出来，筛下浆液进入一级储浆槽池；二级旋流器溢流自溜槽流入沉淀池或调浆池或二次除砂系统。 图4 泥水分离设备
3.4 探明了大直径盾构土层扰动特征，预确定了相应地层盾构施工关键参数，提高盾构施工安全度和工效
通过现场监测、数值模拟和理论分析，探明了大直径盾构隧道施工土层的扰动特征，分析了盾构机的适应性，通过调整盾构掘进参数，减少了盾构刀盘的磨损，提高了盾构掘进速度。
(1)针对大直径泥水盾构掘进对周边地层扰动，对3号井盾构掘进扰动情况进行了数值模拟与现场监测，得到了盾构掘进对周围土体的水平扰动特征，如图5、图6所示。土体的水平位移主要发生在盾构脱环之后。盾构施工最终产生的应力释放率在0.13左右，显著地表沉降范围为隧道轴线两侧20 m，应在盾构切口到达相应
断面前12 m(约1倍洞径)开始监控水平位移的变化，在盾构通过期间为重点监控防范阶段，当盾构刀盘通过相应断面超过20 m(约1.6倍洞径)之后，可减小对相应断面的监控防范频率。
图5 大直径盾构变形影响范围的数值模拟结果 图6 清华园隧道沉降现场监测结果
(2)针对盾构机进行掘进适应性分析，尤其是对两个盾构区间出现的特殊情况进行研究，总结了问题产生的原因及处理措施。主要针对2号井盾构区间掘进效率低、盾构机盾尾隆起及3号井刀盘刀具磨损等问题进行盾构掘进适应性分析，给出了相应的处理措施。
(3)基于盾构掘进关键参数记录及地勘资料，运用数理统计的分析方法，确定了盾构施工掘进关键参数与地层参数之间的变化关系。刀盘扭矩、盾构推力及掘进速度表现出明显的分阶段性变化规律，当盾构掘进从粉质黏土地层进入到复杂互层，呈现出刀盘扭矩和盾构推力大幅变大、掘进速度变慢的趋势。对于掘进参数的选择与控制，盾构机操控人员应在保证掘进速度的前提下实时地根据地勘资料进行调整。 (4)针对清华园大直径泥水盾构超浅埋始发问题进行了总结与分析研究，包括洞门端头土体加固技术等始发关键技术以及始发掘进参数控制，通过数值模拟确定了始发段加固范围，验证了加固技术的可靠性。始发段加固范围为盾构外轮廓线上、下、左、右各5 m，隧道掘进方向17 m，垂直隧道轴线方向22 m。使用旋喷桩进行土体加固后，土体性质得到大幅改善，洞门破除后的土体满足稳定性要求。 3.5 提出了大直径盾构施工对周边环境影响的变形控制和安全保障技术，最大程度减小了盾构隧道施工对周边建(构)筑物的影响
清华园隧道盾构段工程是一项极复杂、高风险的工程。其风险控制主要存在以下几个问题：(1)理论研究不充分。风险分析长期来看具有较大的研究潜力，但目前相关研究较少，距离“工程精算”的目标相差甚远。(2)预测预报不准确。风险控制
影响因素多而复杂，一般仅考虑主要因素，简化次要因素的影响，还无法做到精准预测。(3)监控量测不及时。建立隧道沉降测量严格控制网，监测数据未实现实时同步更新，信息反馈效应产生一定的滞后。(4)过程控制不精细。施工过程控制虽然可细化到每一步施工过程，但偏向宏观控制，控制精细化程度仍需进一步提高。因此，为保证项目的顺利实施，深入研究盾构施工过程的变形控制和安全保障技术十分必要。
针对清华园隧道的风险特点，提出了盾构施工的城市轨道线路变形控制和安全保障技术，主要成果如下。
(1)基于周边环境设施的重要性、与清华园隧道的接近程度、周边环境设施的状况，结合数值仿真方法，确定了隧道施工影响下的风险源及风险等级。根据以上方法共确定风险源48处，并给出其风险等级，确定重要风险源为：城铁13号线高架桥，成府路、北四环、知春路及知春路地铁站、北三环、大钟寺地铁站、学院南路。 (2)基于既有建(构)筑物的损伤评估体系，结合数值仿真方法，确定了隧道施工影响下重要风险源的变形控制指标及其三阶段控制标准。通过数值仿真模拟施工过程并综合相关建(构)筑物的损伤折减系数制定其变形控制标准，根据北京市地铁运营公司对于跨越地铁工程列车安全运营有关规定或意见，将控制值的85%作为报警值，70%作为预警值，得到重要风险源的三阶段控制标准，其中主要风险源的控制标准如表2所示。
(3)基于安全状态识别，通过地层变形过程预测、实时监测及大数据融合分析方法，提出了透明化施工方法，为盾构施工参数的合理选择提供了理论依据，实现了施工全过程的安全可控。建立了包括基于Peck及神经网络的预测方法，通过数据学习预测盾构施工影响下的地层变形，结合变形的传播方式，进一步预测既有建(构)筑物的变形，通过与实测变形比对，进一步完善预测方法的完备性与准确性；通过实测变形与控制标准进行比对，判断其安全状态，若变形过大，则通过建立的预测模
型反分析调整施工参数，保证施工全过程的安全可控。
表2 主要风险源的控制标准控制标准预警值/mm报警值/mm控制值/mm地铁13号线高架桥知春路地铁车站城市道路纵向差异沉降2.12.553横向差异沉降2.12.553墩柱倾斜/‰0.841.021.2地铁10号线知春路站及知春路～知春里区间最大沉降2.12.553邻近既有地铁13号线知春路站最大沉降1.41.72地铁10号线风道最大沉降2.12.553地铁10号线与地铁13号线换乘通道最大沉降2.12.553成府路11.213.616知春路141720学院南路8.410.212 注：墩柱倾斜的控制标准为墩柱倾斜的斜率。
(4)基于重要建(构)筑物的变形监测结果，为施工安全提供判断依据，同时为预测方法提供数据支撑，提升预测方法的准确度。通过对13号线高架桥、成府路和知春路等重大风险源进行监测结果分析，得益于施工参数的优化及结构物自身大刚度的原因，结构物在施工影响下的变形均在控制范围以内。 4 结语
清华园隧道是目前国内位于城市核心区，穿越地层最复杂、重要建(构)筑物最多的国铁单洞双线大直径盾构高风险隧道之一，设计和施工存在诸多难题。为了更好地解决这些难题，展开了复杂地质条件下高风险大直径盾构隧道施工关键技术研究，取得了如下创新性成果。
(1)首次提出了全预制拼装技术。盾构隧道轨下结构均采用全预制机械化拼装技术，并专门研发了机械化拼装机器人，实现了轨下结构建造工厂化、机械化、专业化和智能化，解决了现浇轨下结构施工对盾构掘进的干扰，提高了功效和工程质量，同时极大改善了作业环境。
(2)开发了大直径盾构施工过程可视化平台。基于清华园隧道实际工程资料及数值模拟，建立了基于Peck理论及神经网络理论的地层沉降预测模型，实现了盾构隧道施工引起地层沉降的可靠预测及可视化显示，以及施工引起临近建(构)筑物危险
性的实时预测预报，并建立了清华园隧道智能建造系统。
(3)研制了城市盾构泥浆环保处理技术。针对清华园隧道盾构机在全断面黏土地层掘进，存在刀盘极易结泥饼、施工废浆量大、处理困难等问题，研发了泥浆环保处理技术，解决了盾构隧道泥浆运输和环境污染问题。
(4)研究了大直径盾构土层扰动特征及盾构施工关键技术。通过现场监测、数值模拟和理论分析，探明了大直径盾构隧道施工土层的扰动特征，分析了盾构机的适应性，通过调整盾构掘进参数，减少了盾构刀盘的磨损，提高了盾构掘进速度。 (5)提出了大直径盾构施工对周边环境影响的变形控制和安全保障技术。针对清华园隧道的风险特点，确定了隧道施工影响下的风险源及其风险等级，确定了隧道施工影响下重要风险源的变形控制指标及其三阶段控制标准，并基于重要建构(筑)物的变形监测结果，提出了透明化施工方法，为施工是否安全提供判断依据。 参考文献：
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