隧道施工方法(全斷面-沉管-盾構(gòu))

1、 第五章 隧道其他施工方法第一節(jié) 全斷面掘進(jìn)機(jī)法施工第二節(jié) 沉管法施工第三節(jié) 盾構(gòu)法施工第一節(jié) 全斷面掘進(jìn)機(jī)法施工 隧道掘進(jìn)機(jī)法施工(簡稱TBM)：是一種機(jī)械化的隧道掘進(jìn)方法，是利用掘進(jìn)機(jī)切削破巖，開鑿隧道的施工方法。掘進(jìn)機(jī)施工具有著鉆爆法施工不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。 采用掘進(jìn)機(jī)開挖隧道，具有一次成洞；洞壁光滑；施工質(zhì)量好；速度快；勞動條件好；對圍巖的損傷小，幾乎不產(chǎn)生松弛，掉塊、崩塌的危險(xiǎn)小，支護(hù)的工作量??；超挖小、襯砌也省；震動、噪音小、對周圍的居民和結(jié)構(gòu)物的影響小等一系列優(yōu)越性。 隧道掘進(jìn)機(jī)的缺點(diǎn)：機(jī)械的購置費(fèi)和運(yùn)輸、組裝解體等的費(fèi)用高，機(jī)械的設(shè)計(jì)制造時(shí)間長，初期投資高；施工途中不能改變開挖直徑

2、；掘進(jìn)機(jī)施工方式一經(jīng)確定，就不可能像鉆爆法施工那樣自由變更施工方法，難于適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)變化情況，對斷層、破碎帶和軟弱層，掘進(jìn)困難。開挖斷面的大小、形狀變更困難。返回 目前使用的TBM有敞開式、護(hù)棚式、護(hù)盾式等類型，在地質(zhì)條件較好時(shí)，多采用敞開式。圖5-1為護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)示意圖。圖5-1 護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)示意圖圖5-2 刀盤示意圖敞開式TBM循環(huán)掘進(jìn)示意圖5-3圖5-3 掘進(jìn)機(jī)循環(huán)工作示意圖 圖5-4所示為一種典型的巖石隧道掘進(jìn)機(jī)。切削頭是焊接鋼結(jié)構(gòu)，通常向前呈弧面凸出，在凸面上按最佳切削作用和根據(jù)不同區(qū)域要求的間距布置切削刀具；它可以承受巨大的推力和扭矩。在切削頭的邊緣有一系列鏟斗，破巖后的石碴由鏟斗鏟

3、起，旋轉(zhuǎn)至頂部導(dǎo)入輸送機(jī)系統(tǒng)，再運(yùn)出洞外。圖5-4 巖石隧道掘進(jìn)機(jī)圖5-5 隧道掘進(jìn)機(jī)施工場面示意圖秦嶺隧道 TBM掘進(jìn)機(jī) 第二節(jié) 沉管法施工 沉管法全名叫預(yù)制管段沉埋法，它是用來修筑穿越江河、港灣、海峽的水底隧道的方法之一。 此法的要點(diǎn)是先在船塢中或船臺上預(yù)制隧道管段，它可以是鋼殼混凝土的，也可以是鋼筋混凝土的，管段的長度一般為60100m。然后兩端用臨時(shí)封墻密閉，浮放在水中，用拖輪拖運(yùn)到設(shè)計(jì)的隧道位置上，在此以前，已經(jīng)在預(yù)定的隧址處用水下施工挖好溝槽，整好地基。接著往管段里灌水，使之下沉至預(yù)定的標(biāo)高，并將沉放就位的各節(jié)管段在水下連接起來，再在隧道上覆土回填。最后抽出隧道內(nèi)的水，拆除管段的密

4、封墻，完成內(nèi)部裝修。返回沉埋管制作技術(shù) 圖5-6是一般沉埋管段水底隧道的縱斷面圖。 圖5-7是沉埋管段的橫斷面圖，鐵路隧道多用圓形斷面，因其頂部可用來懸掛供電接觸網(wǎng)。而公路隧道則多用矩形斷面，因?yàn)楣匪淼蓝鄶?shù)是多車道的，圓形斷面不經(jīng)濟(jì)。圖6-7 沉埋管段橫斷面圖 沉管隧道的基礎(chǔ)處理主要是墊平基槽底部，其處理方法按墊平的途徑不同有很多種，從基礎(chǔ)處理的發(fā)展趨勢，主要有四種：刮鋪法、噴砂法、壓注法和樁基法。 1.刮鋪法：刮鋪法在管段沉放前進(jìn)行，又稱先鋪法。在管段沉放前采用專用的刮鋪船上的刮板在基槽底刮平鋪墊材料(粗砂或碎石或砂礫石)作為管段基礎(chǔ)(圖5-8)。返回1-砂石墊層；2-駁船組；3-車駕；4

5、-桁架及軌道；5-刮板；6-錨塊圖6-8 刮鋪法 2. 噴砂法：噴砂法和壓注法在管段沉放后進(jìn)行，又稱后填法。噴砂法(圖5-9)是從水面上用砂泵將砂、水混合料通過伸人管段底下的噴管向管段底噴注，填滿空隙。 1-噴砂管；2-回吸管圖5-9 噴砂法返回 3. 壓注法：壓注法(圖5-10)是在管段沉放后向管段底面壓注水泥砂漿或砂，作為管段基礎(chǔ)，根據(jù)壓注材料不同分成壓漿法和壓砂法兩種。 4.樁基法：樁基法(圖5-11)主要用于特別軟弱地基。1-碎石墊層；2-砂、石封閉欄；3-壓漿孔；4-壓入砂漿圖5-10 壓注法1-基樁；2-碎石；3-水下混凝土；4-砂石墊層圖5-11 樁基法 第一次運(yùn)用沉埋管段技術(shù)建

6、成的寧波甬江水底隧道 盾構(gòu)實(shí)質(zhì)上就是軟土隧道掘進(jìn)機(jī)。不過，它既可能是機(jī)械開挖，也可能是人工開挖。它既是一種施工機(jī)具，又是一個(gè)強(qiáng)有力的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)。在盾殼的保護(hù)下，既可進(jìn)行開挖，又能進(jìn)行襯砌；采用盾構(gòu)施工，具有不影響地面交通、沒有振動、對地面鄰近建筑物危害較小；施工費(fèi)用不受埋深的很大影響；在土質(zhì)差、水位高的地方建設(shè)埋深較大的隧道，盾構(gòu)法有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)勢。 盾構(gòu)由盾殼、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、取土機(jī)構(gòu)、拼裝或現(xiàn)澆襯砌機(jī)構(gòu)以及盾尾等部分組成(圖5-3-1)。 第三節(jié) 盾構(gòu)法施工返回圖5-3-1 盾構(gòu)的組成一、盾構(gòu)的類型：可以從不同的方面進(jìn)行分類。 按構(gòu)造類型分為敞胸和閉胸式。 1.按開挖方式：（）手掘式盾構(gòu)：開

7、挖和出土可用人工進(jìn)行。（）半機(jī)械式盾構(gòu)：大部分的開挖工作和出土由機(jī)械進(jìn)行。（）機(jī)械式盾構(gòu)：從開挖到出土均采用機(jī)械。2. 按開挖面的支護(hù)方式：（）無固定支護(hù)式的盾構(gòu)（）固定機(jī)械支護(hù)式盾構(gòu)（）工作面近旁帶有氣壓室的盾構(gòu)（）泥水加壓式盾構(gòu) （）土壓平衡式盾構(gòu) 二、盾構(gòu)法的施工過程 1.在隧道某段的一端建造豎井或基坑，以供盾構(gòu)安裝就位，盾構(gòu)從豎井或基坑的墻壁開孔出發(fā)，在地層中沿著設(shè)計(jì)軸線，向另一豎井或基坑的設(shè)計(jì)孔洞推進(jìn)。 2.盾構(gòu)掘進(jìn)進(jìn)尺相當(dāng)于裝配式襯砌的一環(huán)長度。 3.千斤頂頂在已拼裝好的管片上，使盾構(gòu)前進(jìn) 。 4.縮回千斤頂。 5.用舉重設(shè)備拼裝管片襯砌，同時(shí)在開挖面進(jìn)行開挖。圖5-3-2為盾構(gòu)的

8、施工概貌。轉(zhuǎn)到下張圖5-3-2 盾構(gòu)法施工概貌圖車站碴土儲艙和料斗龍門吊車泥漿處理設(shè)備豎井皮帶運(yùn)輸機(jī)盾構(gòu)機(jī)螺旋輸送機(jī)管片運(yùn)輸車泥漿注入車斗車電瓶車返回三、盾構(gòu)推進(jìn)工作 （一）盾構(gòu)開挖方法 1.敞開式開挖 手掘式及半機(jī)械式盾構(gòu)均為敞開式開挖。這種方式適用于地質(zhì)條件好，開挖面在掘進(jìn)中能維持穩(wěn)定或在有輔助措施時(shí)能維持穩(wěn)定的情況。其開挖程序一般是從頂部開始逐層向下挖掘。若土質(zhì)較差，還可以借助支撐千斤頂加撐板對開挖面進(jìn)行臨時(shí)支撐。根據(jù)其切口長度，每環(huán)可分幾次開挖和推進(jìn)。 2.網(wǎng)格式開挖 網(wǎng)格式開挖由網(wǎng)格梁與隔板將開挖面分成許多格子。開挖面的支撐作用時(shí)由土的粘聚力和網(wǎng)格厚度范圍內(nèi)的阻力產(chǎn)生的。當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)

9、，克服這項(xiàng)阻力，土體就從格子里呈條狀擠出來。要根據(jù)土的性質(zhì)，調(diào)節(jié)網(wǎng)格的開挖面積。采用網(wǎng)格式開挖時(shí)，在所有千斤頂縮回之后，會產(chǎn)生較大的盾構(gòu)后退現(xiàn)象，導(dǎo)致地表沉降，因此施工時(shí)要防止盾構(gòu)后退。 3.擠壓式開挖 全擠壓式和局部擠壓式開挖，由于不出土或只部分出土，對土層有較大的擾動，在考慮施工軸線時(shí)，應(yīng)盡量避開地面建筑物。局部擠壓施工時(shí)，要嚴(yán)格控制出土量，以減少和控制地表變形。全擠壓施工時(shí)，盾構(gòu)把四周一定范圍內(nèi)的土體擠壓密，由于只有上部有自由面，所以大部分土體被擠向地表，部分則擠向盾尾及盾構(gòu)下部，建筑空隙自然得到充填。 4.機(jī)械切削開挖 使用機(jī)械式盾構(gòu)進(jìn)行開挖，它適用于各類土層，尤其適用于極易坍塌的砂性

10、土層的長隧道，可連續(xù)掘進(jìn)挖土。由旋轉(zhuǎn)刀盤切削產(chǎn)生的渣土經(jīng)過刀盤上的預(yù)留槽口進(jìn)入土艙，提升和流入漏斗后，在通過傳送帶運(yùn)入出土車。目前采用的泥水加壓盾構(gòu)、土壓平衡盾構(gòu)是這種開挖方式的典型例子。 （二） 施工管理 1.土壓平衡式盾構(gòu) 土壓平衡式盾構(gòu)的施工管理是通過排土機(jī)構(gòu)的機(jī)械控制方式進(jìn)行，這種排土機(jī)構(gòu)可以調(diào)整排土量，使之與挖土量保持平衡，以避免地面沉降或?qū)Ω浇鼧?gòu)筑物造成影響。 2.加泥式或加泥漿式盾構(gòu) 加泥或加泥漿式盾構(gòu)為了確保開挖面的穩(wěn)定，在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)進(jìn)行排土量管理和土壓管理。排土量管理以使掘進(jìn)量和排土量之間取得平衡為目的；土壓管理以通過土壓計(jì)測出密封艙內(nèi)的泥土壓力來保持土壓力平衡為目的。 3.

11、加水式盾構(gòu) 加水式盾構(gòu)施工法的開挖面穩(wěn)定管理有兩種方式：一是不間斷地掌握盾構(gòu)掘進(jìn)中的掘土量和排土量之間的關(guān)系，從而將密封艙內(nèi)的切削土的積存量保持在最佳狀態(tài)的排土率管理；二是保證同地下水壓力取得平衡的附加水壓力管理。 4.泥水加壓平衡式盾構(gòu) 泥水加壓式盾構(gòu)一面要保持泥水壓力來平衡作用于開挖面的外部壓力，一面又要向前推進(jìn)，所以要對開挖面泥水壓力、密封艙內(nèi)的土壓力，以及同掘土量平衡的出土量等進(jìn)行必要的檢測和管理。 （三）盾構(gòu)操縱與糾偏 1.盾構(gòu)的操縱與偏向 盾構(gòu)操縱，主要是使盾構(gòu)運(yùn)動軌跡始終在設(shè)計(jì)軸線容許偏差值范圍內(nèi)，達(dá)到隧道襯砌拼裝在理想的位置上的目的。 盾構(gòu)在地層中推進(jìn)時(shí)，導(dǎo)致偏向的因素很多，主

12、要有： a.地質(zhì)條件的因素 由于地層土質(zhì)不均勻，以及地層有卵石或其它障礙物，造成正面及四周的阻力不一致。 b.機(jī)械設(shè)備的因素 各千斤頂工作不同步，由于加工精度誤差造成伸出阻力不一致，盾構(gòu)外殼形狀誤差、設(shè)備在盾構(gòu)內(nèi)安置偏重于某一側(cè)，千斤頂安裝后軸線不平行。 c.施工操作的因素 部分千斤頂使用頻率過高，導(dǎo)致襯砌環(huán)縫的防水材料壓密量不一致，累積后使推進(jìn)后座面不正，擠壓式盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)有明顯上??；盾構(gòu)下部土體如有過量流失，引起盾構(gòu)下沉。 2.盾構(gòu)的糾偏 a.千斤頂編組的調(diào)整 通過調(diào)整千斤頂?shù)木幗M，使其千斤頂合力位置與外力合力位置組成一個(gè)有利于糾偏的力偶，從而調(diào)整高程位置及平面位置。 b.盾構(gòu)縱坡的控制 通過變坡法或穩(wěn)坡法控制縱坡來調(diào)整盾構(gòu)高程，以及盾構(gòu)與已成管片端面間的間隙。 c.開挖面阻力的調(diào)整 當(dāng)利用千斤頂編組無法達(dá)到糾偏目的時(shí)，可采用調(diào)整開挖面阻力，也就是人為地改變阻力的合力位置，從而得到一個(gè)理想的糾