雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法

由上海隧道工程股份有限公司完成的工法雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法01形成過程操作原理質(zhì)量控制工法特點材料設備安全措施目錄030502040607環(huán)保措施應用實例效益分析榮譽表彰目錄0908010基本信息《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》是上海隧道工程股份有限公司完成的建筑類施工工法，作者分別是吳惠明、顧春華、劉千偉、張曙、王旋東；該工法適用于淤泥質(zhì)粘土、粘土、砂性土、粉砂土，尤其適用于在市區(qū)狹窄道路下或遇間距較小且較難處理的地下樁基下穿行。《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》主要的工法特點：輻條式刀盤切削土體，靈敏度高且具有精確的同步性；土壓力設定精確；盾構(gòu)橫向尺寸較大，平面控制效果明顯；盾殼前端一圈注漿孔的布設可大大減少盾構(gòu)正上方的地表變形量；對盾構(gòu)掘進出土量、同步注漿量、盾尾油脂壓注量以及盾構(gòu)與管片間建筑空隙等參數(shù)能形成自動控制管理，提高施工技術精度，加快施工速度。2006年1月19日，《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部評定為2003~2004年度國家級工法。形成過程形成過程隨著城市市政建設和軌道交通的發(fā)展，地下空間的不斷開發(fā)利用，有效、可發(fā)展的地下資源在大量縮減，并逐步開始制約和限制城市的規(guī)劃發(fā)展。對地下空間的開發(fā)利用提出了更高的要求，在遇兩側(cè)障礙物間距較小等特殊工況時無法采用傳統(tǒng)的單圓型盾構(gòu)進行上下行線的設計施工，進行工藝改進，更合理有效地布置隧道斷面，在進行工程建設的同時節(jié)約地下資源、保護環(huán)境。雙圓隧道有效節(jié)約地下空間資源，減少對周邊環(huán)境的影響、降低工程造價，已逐漸在地鐵、市政、能源等工程建設中得到廣泛的應用。2003年，上海隧道工程股份有限公司率先采用Ф6.52米×W11.12米雙圓盾構(gòu)機（見圖1）成功建設了上海軌道交通M8線以及L4線雙圓隧道，使中國成為繼日本之后第二個擁有該項技術的國家。上海隧道工程股份有限公司根據(jù)科研成果和施工經(jīng)驗總結(jié)形成《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》。

雙圓盾構(gòu)機（圖1）工法特點工法特點《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》在整個施工過程中，整套控制系統(tǒng)以土壓平衡為工作原理，通過兩個刀盤對正面土體的切削，并不斷調(diào)整掘進速度和左右螺旋機轉(zhuǎn)速來控制土倉內(nèi)土體壓力，以維持正面土體的穩(wěn)定。該工法的主要特點：1．輻條式刀盤切削土體，靈敏度高且具有精確的同步性。2．土壓力設定精確。土壓計多，選擇自由可相互參照有利于土壓力的設定。3．盾構(gòu)橫向尺寸較大，平面控制效果明顯。4．特殊形狀所決定的盾構(gòu)偏轉(zhuǎn)姿態(tài)需著重控制。5．通過調(diào)整左右螺旋機的出土量可修正盾構(gòu)姿態(tài)。6．盾殼前端一圈注漿孔的布設可大大減少盾構(gòu)正上方的地表變形量。7．對盾構(gòu)掘進出土量、同步注漿量、盾尾油脂壓注量以及盾構(gòu)與管片間建筑空隙等參數(shù)能形成自動控制管理，提高施工技術精度，加快施工速度。

操作原理適用范圍工藝原理工藝流程操作要點勞動組織12345操作原理適用范圍《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》適用于淤泥質(zhì)粘土、粘土、砂性土、粉砂土，尤其適用于在市區(qū)狹窄道路下或遇間距較小且較難處理的地下樁基下穿行，解決了原工藝上的不足。該工法不僅能代替以往地鐵隧道和地下高速公路等一直使用的大斷面圓形盾構(gòu)構(gòu)筑的單線（雙向）隧道及兩單圓形盾構(gòu)構(gòu)筑的雙線（單向）隧道。同時根據(jù)施工條件等因素，可對隧道形狀進行各種選擇和變更，是一種自由度較大的施工方法。

工藝原理《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》利用土壓平衡盾構(gòu)的基本原理，利用盾構(gòu)千斤頂推進盾構(gòu)機，利用布置在盾構(gòu)機前左右兩個通過變頻驅(qū)動控制同步性的刀盤進行土體切削，并利用左右螺旋機向外排土。在盾構(gòu)推進過程中，通過控制和調(diào)整盾構(gòu)土壓艙內(nèi)切削土體的壓力和盾構(gòu)開挖面前水土壓力的相對平衡，保證開挖面前土體的穩(wěn)定，從而有效地控制地層和地面沉降。通過糾偏盾構(gòu)千斤頂和合理的編組等盾構(gòu)機姿態(tài)控制手段，有效的控制雙圓盾構(gòu)的軸線偏差。在推進一定距離后，由設在盾構(gòu)本體上的拼裝機將預制鋼筋混凝土管片在盾構(gòu)外殼的保護下拼裝成環(huán)，從而實現(xiàn)一次掘進完成兩條隧道的施工任務。雙圓土壓平衡盾構(gòu)主機構(gòu)造如圖2。

雙圓土壓平衡盾構(gòu)主機構(gòu)造圖（圖2）工藝流程《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》施工工藝流程見圖3。

工藝流程圖（圖3）操作要點《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》操作要點有以下5項：1．雙圓盾構(gòu)出洞（1）出洞前準備工作。盾構(gòu)出洞前，需確認外側(cè)土體狀態(tài)良好、盾構(gòu)機性能良好、人員、材料準備充足后方可進行。盾構(gòu)出洞段施工應結(jié)合盾構(gòu)設備性能、周邊環(huán)境要求及工程質(zhì)量要求，對土壓力、總推力、刀盤扭矩、推進速度、出土量、注漿量等施工參數(shù)不斷優(yōu)化。雙圓盾構(gòu)洞門止水裝置主要采用簾布橡膠板結(jié)合氣囊形式，在凹槽部位利用氣囊的壓力將簾布橡膠板緊貼住盾構(gòu)殼體，從而起到良好的洞門止水作用。2．雙圓盾構(gòu)軸線控制雙圓盾構(gòu)推進軸線控制分為：平面控制、高程控制和偏轉(zhuǎn)控制。（1）平面控制。由于雙圓盾構(gòu)機相對于單圓來說寬度較大，為此，在左右側(cè)千斤頂推力差相同的情況下，由于雙圓盾構(gòu)力矩半勞動組織《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》技術含量高、專業(yè)性強，現(xiàn)場除配備技術、質(zhì)量、安全、設備、電氣、材料等各類管理技術人員外，每個盾構(gòu)推進班組還需配備施工人員。作業(yè)人員考慮一天24h連續(xù)作業(yè)，每作業(yè)班配備人員見表1。

材料設備材料設備《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》需用的主要機具設備見表2。

質(zhì)量控制質(zhì)量控制《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》質(zhì)量控制應遵循以下要求：由于是中國首次采用雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法進行隧道施工，隧道推進質(zhì)量驗收尚無現(xiàn)成的規(guī)范和標準可循，故參考日本方面的有關施工經(jīng)驗并借鑒上海地區(qū)單圓盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量驗收標準，并在建設，監(jiān)理，設計和施工單位各方有關專家論證的基礎上，制定了雙圓盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量控制和驗收的暫行標準（見表3）。盾構(gòu)施工過程中對周邊環(huán)境的影響控制在規(guī)定范圍內(nèi)，地表最大隆沉量范圍＋20～-40毫米。

安全措施安全措施采用《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》施工時，除應執(zhí)行國家、地方的各項安全施工的規(guī)定外，應遵守注意下列事項：（1）必須遵循安全第一的原則。由于盾構(gòu)工作面作業(yè)空間比較廣，同時作業(yè)人數(shù)較多，因此對整個盾構(gòu)推進實施安全過程控制。（2）由于雙圓盾構(gòu)左、右兩條隧道同時掘進成型，在材料運輸以及管片拼裝等方面存在交錯施工，因此每班班前的安全講評突出對垂直運輸、水平運輸、管片拼裝等重點安全部位的重視。（3）雙圓隧道由于在單位時間內(nèi)工程量大，為了確保出土、管片運輸車輛進出工地大門的安全工作，委派專人維護交通，確保了行人、車輛的安全。（4）由于雙圓盾構(gòu)施工較單圓單條隧道施工對周邊環(huán)境的影響面較廣，因此凡涉及盾構(gòu)吊運、施工沿線的高壓線保護、地下管線的保護、盾構(gòu)進出洞等重要項目時，落實監(jiān)控人員并采取必要監(jiān)控措施方案和方式。

環(huán)保措施環(huán)保措施《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》應采取以下環(huán)保措施：（1）施工前，對工作井周圍及隧道軸線沿途建筑物、構(gòu)筑物進行調(diào)查，以便采取對策。采用低噪聲設備，音源配置合理或采用隔音設備。（2）施工時，建筑物保護措施及時有效，有效控制盾構(gòu)施工過程中地面變形量以及后期變形量，盡量減少對周邊環(huán)境的影響。

效益分析效益分析《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》與以往的盾構(gòu)工法相比，一方面雙圓盾構(gòu)工法由于其合理的隧道空間的利用，較大地節(jié)約了地下空間資源，而且對高樓林立、地下障礙物較多的地區(qū)的地鐵施工具有較為實用的使用價值，可減少動拆遷量，有著較好的社會環(huán)境效益和經(jīng)濟效益；另一方面，由于雙圓盾構(gòu)一次掘進即完成二條隧道，施工工期縮短，減少了建設周期和對周邊環(huán)境的影響，也降低了工程造價。

應用實例應用實例《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》應用實例：由上海隧道工程股份有限公司承建的黃興綠地站～翔殷路站～嫩江路站～開魯路站雙圓盾構(gòu)隧道工程，共三個隧道區(qū)間，于2003年4月10日開工。隧道斷面尺寸：外尺寸Ф6300毫米×W10900毫米（外徑x寬度）、內(nèi)尺寸Ф5700毫米×W10300毫米（內(nèi)徑×寬度），雙線中心間距：4600毫米，全長2491米；工程首次采用兩臺雙圓加泥式土壓平衡盾構(gòu)來完成三個區(qū)間隧道的推進任務。隧道襯砌采用預制鋼筋混凝土管片，錯縫拼裝；管片縱、環(huán)向連接采用球墨鑄鐵預埋手孔結(jié)合短螺栓形式，縱、環(huán)向螺栓尺寸為M27；每環(huán)由圓形管片A（8塊：A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8）、大海鷗形管片B（1塊）、小海鷗形管片C（1塊）及柱形管片D（1塊）共11塊管片構(gòu)成，管片厚度300毫米，環(huán)寬1200毫米；混凝土強度等級C50、混凝土抗?jié)B等級1.0兆帕。接縫防水均采用遇水膨脹橡膠止水條。在三條區(qū)間隧道施工過程中，雙圓加泥式土壓平衡盾構(gòu)順利地在②3-1灰色粘質(zhì)粉土、②3-2灰色砂質(zhì)粉土以及④灰色淤泥質(zhì)粘土等土質(zhì)中掘進，克服了淺覆土施工、曲率半徑小施工等困難；尤其是該工程進、出洞都處于透水性強，孔隙水壓變化大的②3層砂質(zhì)粉土，且覆土僅為