淺談地鐵盾構法的施工技術

1、    淺談地鐵盾構法的施工技術    梁振輝摘要：“盾構法施工”是一種機械化和自動化程度較高的隧道掘進施工方法，從20世紀60年代開始，西方發(fā)達國家大量將這種技術應用于城市地鐵和大型城市排水隧道施工。我國近年來也開始在城市地鐵隧道、越江越海隧道、取排水隧道施工中采用此項技術。關鍵詞：盾構法 地鐵 技術 施工abstract: "shield tunneling" is a kind of mechanization and high degree of automation of excavating tunnel construc

2、tion method, from the 1960 s, western developed countries will this technology in a large city subway and large urban drainage tunnel construction. in recent years in china also began in urban subway tunnel, so the more the tunnel, and draining the technology used in tunnel construction.keywords: sh

3、ield law subway construction technology：tu74 ：a：引言近年來，我國多個城市都在大規(guī)模地新建地鐵，盾構法由于具備多種優(yōu)勢而被廣泛運用于區(qū)間隧道施工，地鐵隧道也越來越多地穿越城市中心區(qū)域，盾構施工場地因此越來越多地設在繁華的市中心。繁華地段或人口眾多的老城區(qū)對施工場地必然有約束。在城市地鐵盾構隧道施工中，由于受地面建筑物等條件限制，有時只能采用礦山法來開挖車站隧道，這使得盾構通過空間的高度和寬度都極為有限。1地鐵盾構施工原理地鐵盾構機的基本工作原理就是一個圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進邊對土壤進行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護盾，它對挖掘出的還未襯砌

4、的隧洞段起著臨時文撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業(yè)在護盾的掩護下進行。2地鐵盾構機分類及組成地鐵盾構機根據(jù)其適用的土質(zhì)及工作方式的不同主要分為壓縮空氣式、泥漿式，土壓平衡式等不同類型。盾構機主要由開挖系統(tǒng)、推進系統(tǒng)排土系統(tǒng)管片拼裝系統(tǒng)、油壓、電氣、控制系統(tǒng)、資態(tài)控制裝置、導向系統(tǒng)、壁后注漿裝置、后方臺車、集中潤滑裝置、超前鉆機及預注漿、鉸接裝置、通風裝置、土碴改良裝置及其他一些重要裝置如盾殼、穩(wěn)定翼、人閘等組成。典型土壓平衡式盾構機為主機結構（盾體及刀盤結構）斷面形狀：圓形、用鋼板成型制成，材料為：s335j2g3。主要由已下部分構成

5、：刀盤、主軸承、前體、中體、推進油缸、鉸接油缸、盾尾、管片安裝機。主機外形尺寸：7565mm（l）6250（前體）6240（中體）6230（盾尾）。2.1壓縮空氣式盾構1886 年greatbhad 首次在盾構掘進隧道中引了這種工法,該工法利用壓縮空氣使整個盾構都防止地下水的侵入, 它可在游離水體下或地下水位下運作。其工作原理是利用用壓縮空氣來平衡水壓和土壓。傳統(tǒng)的壓縮空氣式盾構要求在隧道工作面和止水隧道之間封閉一個相對較大的工作腔,大部分工人經(jīng)常處于壓縮空氣下, 這會對掘進隧道和襯砌造成干擾,為了解決這些問題,又出現(xiàn)了用無壓工作腔及全斷面開挖的壓縮空氣式盾構和帶有無壓工作腔及部分斷面開挖的壓

6、縮空氣式盾構等。2.2土壓平衡式盾構20 世紀70 年代日本就開發(fā)土壓平衡式盾構,不用輔助的支撐介質(zhì),切割輪開挖出的材料可作為支撐介質(zhì)。該法用旋轉(zhuǎn)的刀盤開挖地層,挖下的渣料通過切割輪的開口被壓入開挖腔,然后在開挖腔內(nèi)與塑性土漿混合。推力由壓力艙壁傳遞到土漿上。當開挖腔內(nèi)的土漿不再被當?shù)氐耐梁退畨汗袒瘯r就達到平衡。如果土漿的支撐壓增大超過了平衡,開挖腔的土漿和在工作面的地層將進一步固化。與泥漿式盾構相比優(yōu)點在于:無分離設備在淤泥或粘土地層中使用,覆蓋層淺時無貫穿漿化的支撐泥漿泄露的危險。2.3泥漿式盾構1912 年,grauel 首次建造了泥漿式盾構。該法可以適用于各種松散地層,有無地下水均可,

7、在穩(wěn)定的地層中使用該法優(yōu)點很多。使用該法隧道工作面由泥漿支護,泥漿液被注入隧道工作面前封閉的開挖腔,有壓力的懸浮液進入地層,封閉地層并形成濾餅,濾餅上開挖腔中有壓的懸浮液能平衡土壓及水壓。用作支護的液體同時又作為運輸介質(zhì)。由開挖工具開挖的地層在開挖腔中與支護液混合。然后懸浮液的混合物被泵送到地面,在地面的分離場中支護液從地層中分離出來。3盾構法施工盾構法施工是在鬧市區(qū)和水底的軟弱地層中修建地下工程較好的施工方法之一；近年來，盾構機械設備和施工工藝的不斷發(fā)展，適應大范圍的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的能力大為提高。各種斷面形式和具有特殊功能的盾構機械相繼出現(xiàn)，其應用在不斷擴大，由于盾構法施工具有作業(yè)在

8、地下進行，不影響地面交通，減少噪聲和振動對附近居民的影響；施工費用受埋深的影響小，有較高的技術經(jīng)濟優(yōu)越性；盾構推進、出土、拼裝襯砌等方面主要工序循環(huán)進行，易于管理，施工人員較少；穿越江、河海時，不影響航運；施工不受風雨等氣候條件影響等有利特點。這些優(yōu)點將對城市地下空間利用的發(fā)展起到有力的技術支持作用。3.1施工準備工作3.1.1修建盾構始發(fā)井和到達井如果地下鐵道車站采用明挖法施工，則區(qū)間隧道的盾構拼裝室常設在車站兩端，成為車站結構的一部分，并與車站結構一起施工；但這部分結構不封頂覆土，留作盾構施工時的運輸井。若到達的盾構在此不拆卸，而是調(diào)頭，則拆卸室的平面尺寸將根據(jù)盾構調(diào)頭的要求而定。在盾構拼

9、裝室的端墻上應預留出盾構通過的開口，這些開口最初期擋土和防滲作用，一旦盾構安裝調(diào)試結束，盾構刀盤擋住端墻，要求開口盡快拆除或打開。3.1.2盾構拼裝在盾構拼裝前，現(xiàn)在拼裝室底部鋪設52cm厚的混凝土墊層，其表面與盾構外表面相適應，在墊層內(nèi)鋪設鋼軌，軌頂伸出墊層約5cm，可作為盾構推進時的導向軌，并能防止盾構旋轉(zhuǎn)。由于起重設備和運輸條件的限制，通常盾構都拆卸成切口環(huán)、支承環(huán)、盾尾3節(jié)運到工地，然后用起重機逐一放進井下的墊層上。在拼裝好后的盾構后面，尚需設置由型鋼拼成的、剛度很大的反力支架和傳力管片。然后推出盾構需要開動的千斤頂數(shù)目和總推力進行反力支架的設計和傳力管片的排列。3.1.3 洞口地層加

10、固當盾構工作井周圍地層為自穩(wěn)能力差、透水性強的松散砂土或飽和含水黏土時，如不對其進行加固處理，則在鑿出開口后，必將會有大量土體和地下水向工作井內(nèi)塌陷，導致洞周圍大面積地表下沉，危機地下管線和附近建筑物。3.2 盾構的掘進盾構掘進是必須根據(jù)圍巖條件，適當?shù)恼{(diào)整千斤頂?shù)男谐毯屯屏?，沿所定路線方向準確地進行掘進。掘進時應注意以下幾個問題：3.2.1正確的使用千斤頂所需臺數(shù)和重要的位置，使之產(chǎn)生推力按設計的路線方向行走，并能進行必要的糾正；3.2.2不應使開挖面的穩(wěn)定受到損害。一般是在開挖后立即推進，或在開挖的同時進行推進。每次推進的距離可為一環(huán)襯砌的長度，也可為一環(huán)襯砌長度的幾分之一，推進速度約為1

11、020mm/min。襯砌組裝完成后，應立即進行開挖或推進，盡量縮短開挖面的暴露時間。3.2.3不應使襯砌等后方結構受到損害。推進時應根據(jù)襯砌構件的強度，盡力發(fā)揮千斤頂?shù)耐屏ψ饔?。為使每臺千斤頂?shù)耐屏Υ笾逻^大，最好用全部千斤頂來產(chǎn)生所需推力。3.2.4為使盾構能在計劃路線上正確推進，預防偏移、偏轉(zhuǎn)及俯仰現(xiàn)象的發(fā)生，盾構隧道施工前，應在地表進行中線及縱斷面測量，以便建立施工所必須的基準點。施工時必須精密地把中心線和高程引入豎井中，以便進行施工中的管理測量，使組裝的襯砌和盾構在隧道的計劃位置上。測量時應注意及早掌握盾構推進時與設計位置之間的偏差，隨時進行監(jiān)測，毫不遲疑地修正盾構推進方向，原則上2次/

12、d左右。測量應考慮與其他工序的關系，力求簡化和合理。由于土層軟弱或管片構造等原因，當盾構前傾時，推進時可在盾構前方的底部鋪筑混凝土，活用化學注漿法加固地基，活在盾構前面的底部加設翹曲板等。在需進行超前的土壤中，而且方向急劇變化時，可在超前開挖后再推進。當盾構的直徑與長度之比較小時，盾構轉(zhuǎn)向較難，故有時采用阻力板。在推進過程中土質(zhì)發(fā)生急劇變化時會產(chǎn)生很大的蛇行，故在土質(zhì)變化點必須特別注意。在偏轉(zhuǎn)情況下，可調(diào)節(jié)平衡板的角度，或在偏轉(zhuǎn)方向的反側加設壓鐵，或在盾構千斤頂和襯砌間插入墊塊。如可以進行超前開挖時，在切口環(huán)外面加設與橫向推進軸具有某一角度的支撐后再進行推進，使盾構承受回轉(zhuǎn)力矩，從而達到修正偏移的目