淺談地鐵盾構(gòu)法的施工技術(shù)

1、    淺談地鐵盾構(gòu)法的施工技術(shù)    梁振輝摘要：“盾構(gòu)法施工”是一種機(jī)械化和自動(dòng)化程度較高的隧道掘進(jìn)施工方法，從20世紀(jì)60年代開始，西方發(fā)達(dá)國家大量將這種技術(shù)應(yīng)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(xiàng)技術(shù)。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)法 地鐵 技術(shù) 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(gè)城市都在大規(guī)模地新建地鐵，盾構(gòu)法由于具備多種優(yōu)勢而被廣泛運(yùn)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(gòu)施工場地因此越來越多地設(shè)在繁華的市中心。繁華地段或人口眾多的老城區(qū)對(duì)施工場地必然有約束。在城市地鐵盾構(gòu)隧道施工中，由于受地面建筑物等條件限制，有時(shí)只能采用礦山法來開挖車站隧道，這使得盾構(gòu)通過空間的高度和寬度都極為有限。1地鐵盾構(gòu)施工原理地鐵盾構(gòu)機(jī)的基本工作原理就是一個(gè)圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進(jìn)邊對(duì)土壤進(jìn)行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護(hù)盾，它對(duì)挖掘出的還未襯砌

4、的隧洞段起著臨時(shí)文撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時(shí)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(hù)盾的掩護(hù)下進(jìn)行。2地鐵盾構(gòu)機(jī)分類及組成地鐵盾構(gòu)機(jī)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(gòu)機(jī)主要由開挖系統(tǒng)、推進(jìn)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(dǎo)向系統(tǒng)、壁后注漿裝置、后方臺(tái)車、集中潤滑裝置、超前鉆機(jī)及預(yù)注漿、鉸接裝置、通風(fēng)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(gòu)機(jī)為主機(jī)結(jié)構(gòu)（盾體及刀盤結(jié)構(gòu)）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(gòu)成

5、：刀盤、主軸承、前體、中體、推進(jìn)油缸、鉸接油缸、盾尾、管片安裝機(jī)。主機(jī)外形尺寸：7565mm（l）6250（前體）6240（中體）6230（盾尾）。2.1壓縮空氣式盾構(gòu)1886 年greatbhad 首次在盾構(gòu)掘進(jìn)隧道中引了這種工法,該工法利用壓縮空氣使整個(gè)盾構(gòu)都防止地下水的侵入, 它可在游離水體下或地下水位下運(yùn)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(gòu)要求在隧道工作面和止水隧道之間封閉一個(gè)相對(duì)較大的工作腔,大部分工人經(jīng)常處于壓縮空氣下, 這會(huì)對(duì)掘進(jìn)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(gòu)和帶有無壓工作腔及部分?jǐn)嗝骈_挖的壓

6、縮空氣式盾構(gòu)等。2.2土壓平衡式盾構(gòu)20 世紀(jì)70 年代日本就開發(fā)土壓平衡式盾構(gòu),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(dāng)開挖腔內(nèi)的土漿不再被當(dāng)?shù)氐耐梁退畨汗袒瘯r(shí)就達(dá)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(jìn)一步固化。與泥漿式盾構(gòu)相比優(yōu)點(diǎn)在于:無分離設(shè)備在淤泥或粘土地層中使用,覆蓋層淺時(shí)無貫穿漿化的支撐泥漿泄露的危險(xiǎn)。2.3泥漿式盾構(gòu)1912 年,grauel 首次建造了泥漿式盾構(gòu)。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(diǎn)很多。使用該法隧道工作面由泥漿支護(hù),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(jìn)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(hù)的液體同時(shí)又作為運(yùn)輸介質(zhì)。由開挖工具開挖的地層在開挖腔中與支護(hù)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(hù)液從地層中分離出來。3盾構(gòu)法施工盾構(gòu)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(gòu)機(jī)械設(shè)備和施工工藝的不斷發(fā)展，適應(yīng)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(gòu)機(jī)械相繼出現(xiàn)，其應(yīng)用在不斷擴(kuò)大，由于盾構(gòu)法施工具有作業(yè)在

8、地下進(jìn)行，不影響地面交通，減少噪聲和振動(dòng)對(duì)附近居民的影響；施工費(fèi)用受埋深的影響小，有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性；盾構(gòu)推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等方面主要工序循環(huán)進(jìn)行，易于管理，施工人員較少；穿越江、河海時(shí)，不影響航運(yùn)；施工不受風(fēng)雨等氣候條件影響等有利特點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)將對(duì)城市地下空間利用的發(fā)展起到有力的技術(shù)支持作用。3.1施工準(zhǔn)備工作3.1.1修建盾構(gòu)始發(fā)井和到達(dá)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(gòu)拼裝室常設(shè)在車站兩端，成為車站結(jié)構(gòu)的一部分，并與車站結(jié)構(gòu)一起施工；但這部分結(jié)構(gòu)不封頂覆土，留作盾構(gòu)施工時(shí)的運(yùn)輸井。若到達(dá)的盾構(gòu)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(gòu)調(diào)頭的要求而定。在盾構(gòu)拼

9、裝室的端墻上應(yīng)預(yù)留出盾構(gòu)通過的開口，這些開口最初期擋土和防滲作用，一旦盾構(gòu)安裝調(diào)試結(jié)束，盾構(gòu)刀盤擋住端墻，要求開口盡快拆除或打開。3.1.2盾構(gòu)拼裝在盾構(gòu)拼裝前，現(xiàn)在拼裝室底部鋪設(shè)52cm厚的混凝土墊層，其表面與盾構(gòu)外表面相適應(yīng)，在墊層內(nèi)鋪設(shè)鋼軌，軌頂伸出墊層約5cm，可作為盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)的導(dǎo)向軌，并能防止盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)。由于起重設(shè)備和運(yùn)輸條件的限制，通常盾構(gòu)都拆卸成切口環(huán)、支承環(huán)、盾尾3節(jié)運(yùn)到工地，然后用起重機(jī)逐一放進(jìn)井下的墊層上。在拼裝好后的盾構(gòu)后面，尚需設(shè)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(gòu)需要開動(dòng)的千斤頂數(shù)目和總推力進(jìn)行反力支架的設(shè)計(jì)和傳力管片的排列。3.1.3 洞口地層加

10、固當(dāng)盾構(gòu)工作井周圍地層為自穩(wěn)能力差、透水性強(qiáng)的松散砂土或飽和含水黏土?xí)r，如不對(duì)其進(jìn)行加固處理，則在鑿出開口后，必將會(huì)有大量土體和地下水向工作井內(nèi)塌陷，導(dǎo)致洞周圍大面積地表下沉，危機(jī)地下管線和附近建筑物。3.2 盾構(gòu)的掘進(jìn)盾構(gòu)掘進(jìn)是必須根據(jù)圍巖條件，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整千斤頂?shù)男谐毯屯屏?，沿所定路線方向準(zhǔn)確地進(jìn)行掘進(jìn)。掘進(jìn)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：3.2.1正確的使用千斤頂所需臺(tái)數(shù)和重要的位置，使之產(chǎn)生推力按設(shè)計(jì)的路線方向行走，并能進(jìn)行必要的糾正；3.2.2不應(yīng)使開挖面的穩(wěn)定受到損害。一般是在開挖后立即推進(jìn)，或在開挖的同時(shí)進(jìn)行推進(jìn)。每次推進(jìn)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(jìn)速度約為1

11、020mm/min。襯砌組裝完成后，應(yīng)立即進(jìn)行開挖或推進(jìn)，盡量縮短開挖面的暴露時(shí)間。3.2.3不應(yīng)使襯砌等后方結(jié)構(gòu)受到損害。推進(jìn)時(shí)應(yīng)根據(jù)襯砌構(gòu)件的強(qiáng)度，盡力發(fā)揮千斤頂?shù)耐屏ψ饔?。為使每臺(tái)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(gòu)能在計(jì)劃路線上正確推進(jìn)，預(yù)防偏移、偏轉(zhuǎn)及俯仰現(xiàn)象的發(fā)生，盾構(gòu)隧道施工前，應(yīng)在地表進(jìn)行中線及縱斷面測量，以便建立施工所必須的基準(zhǔn)點(diǎn)。施工時(shí)必須精密地把中心線和高程引入豎井中，以便進(jìn)行施工中的管理測量，使組裝的襯砌和盾構(gòu)在隧道的計(jì)劃位置上。測量時(shí)應(yīng)注意及早掌握盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)與設(shè)計(jì)位置之間的偏差，隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)測，毫不遲疑地修正盾構(gòu)推進(jìn)方向，原則上2次/

12、d左右。測量應(yīng)考慮與其他工序的關(guān)系，力求簡化和合理。由于土層軟弱或管片構(gòu)造等原因，當(dāng)盾構(gòu)前傾時(shí)，推進(jìn)時(shí)可在盾構(gòu)前方的底部鋪筑混凝土，活用化學(xué)注漿法加固地基，活在盾構(gòu)前面的底部加設(shè)翹曲板等。在需進(jìn)行超前的土壤中，而且方向急劇變化時(shí)，可在超前開挖后再推進(jìn)。當(dāng)盾構(gòu)的直徑與長度之比較小時(shí)，盾構(gòu)轉(zhuǎn)向較難，故有時(shí)采用阻力板。在推進(jìn)過程中土質(zhì)發(fā)生急劇變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的蛇行，故在土質(zhì)變化點(diǎn)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(cè)加設(shè)壓鐵，或在盾構(gòu)千斤頂和襯砌間插入墊塊。如可以進(jìn)行超前開挖時(shí)，在切口環(huán)外面加設(shè)與橫向推進(jìn)軸具有某一角度的支撐后再進(jìn)行推進(jìn)，使盾構(gòu)承受回轉(zhuǎn)力矩，從而達(dá)到修正偏移的目