盾構(gòu)施工工法大全

1、第五章 盾構(gòu)法施工第一節(jié) 概述盾構(gòu)法是暗挖隧道的專用機(jī)械在地面以下建造隧道的一種施工方法。盾構(gòu)是與隧道形狀一致的盾構(gòu)外殼內(nèi)，裝備著推進(jìn)機(jī)構(gòu)、擋土機(jī)構(gòu)、出土運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、安裝襯砌機(jī)構(gòu)等部件的隧道開挖專用機(jī)械。采用此法建造隧道，其埋設(shè)深度可以很深而不受地面建筑物和交通的限制。近年來由于盾構(gòu)法在施工技術(shù)上的不斷改進(jìn)，機(jī)械化程度越來越強(qiáng)，對地層的適應(yīng)性也越來越好。城市市區(qū)建筑公用設(shè)施密集，交通繁忙，明挖隧道施工對城市生活干擾嚴(yán)重，特別在市中心，若隧道埋深較大，地質(zhì)又復(fù)雜時，用明挖法建造隧道則很難實(shí)現(xiàn)。而盾構(gòu)法施工城市地下鐵道、上下水道、電力通訊、市政公用設(shè)施等各種隧道具有明顯優(yōu)點(diǎn)。此外，在建造水下公路和鐵

2、路隧道或水工隧道中，盾構(gòu)法也往往以其經(jīng)濟(jì)合理而得到采用。 盾構(gòu)法是一項(xiàng)綜合性的施工技術(shù)。盾構(gòu)法施工的概貌如圖51所示。構(gòu)成盾構(gòu)法的主要內(nèi)容是：先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預(yù)留孔處出發(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)預(yù)留孔洞推進(jìn)。盾構(gòu)推進(jìn)中所受到的地層阻力，通過盾構(gòu)千斤頂傳至盾構(gòu)尾部已拼裝的預(yù)制襯砌，再傳到豎井或基坑的后靠壁上。盾構(gòu)是一個能支承地層壓力，又能在地層中推進(jìn)的圓形、矩形、馬蹄形及其他特殊形狀的鋼筒結(jié)構(gòu)，其直徑稍大于隧道襯砌的直徑，在鋼筒的前面設(shè)置各種類型的支撐和開挖土體的裝置，在鋼筒中段周圈內(nèi)安裝頂進(jìn)所需的千斤頂，鋼筒尾部是

3、具有一定空間的殼體，在盾尾內(nèi)可以安置數(shù)環(huán)拼成的隧道襯砌環(huán)。盾構(gòu)每推進(jìn)一環(huán)距離，就在盾尾支護(hù)下拼裝一環(huán)襯砌，并及時向盾尾后面的襯砌環(huán)外周的空隙中壓注漿體，以防止隧道及地面下沉，在盾構(gòu)推進(jìn)過程中不斷從開挖面排出適量的土方。盾構(gòu)是進(jìn)行土方開挖正面支護(hù)和隧道襯砌結(jié)構(gòu)安裝的施工機(jī)具，它還需要其它施工技術(shù)密切配合才能順利施工。主要有：地下水的降低；穩(wěn)定地層、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；隧道襯砌結(jié)構(gòu)的制造；地層的開挖；隧道內(nèi)的運(yùn)輸；襯砌與地層間的充填；襯砌的防水與堵漏；開挖土方的運(yùn)輸及處理方法；配合施工的測量、監(jiān)測技術(shù)；合理的施工布置等。此外，采用氣壓法施工時，還涉及到醫(yī)學(xué)上的一些問題和防護(hù)措施等。圖

4、51 盾構(gòu)法施工概貌示意圖（網(wǎng)格盾構(gòu)）1盾構(gòu)； 2盾構(gòu)千斤頂； 3盾構(gòu)正面網(wǎng)格； 4一一出土轉(zhuǎn)盤； 5一出土皮帶運(yùn)輸機(jī)； 6管片拼裝機(jī)； 7管片； 8壓漿泵； 9一壓漿孔； 10出土機(jī)； 11由管片組成的隧道襯砌結(jié)構(gòu)； 12在盾尾空隙中的壓漿； 13后盾裝置； 14豎井第一節(jié) 盾構(gòu)構(gòu)造、分類及適用范圍 一 、盾構(gòu)的外形和材料1、盾構(gòu)的外形盾構(gòu)的外形就是指盾構(gòu)的斷面形狀，有圓形、雙圓、三圓、矩形、馬蹄形、半圓形或與隧道斷面相似的特殊形狀等。例如：將人行隧道筑成矩形，最大地利用了挖掘空間；將水利隧道筑成馬蹄形，使流體的力學(xué)性能達(dá)到最佳狀態(tài)；將穿山隧道筑成半圓形，可以使底邊直接與公路連接等等。但是，

5、絕大多數(shù)盾構(gòu)還是采用傳統(tǒng)的圓形。2、制造盾構(gòu)的材料盾構(gòu)在地下穿越，要承受水平載荷、垂直載荷和水壓力，如果地面有構(gòu)筑物，還要承受這些附加載荷，盾構(gòu)推進(jìn)時，還要克服正面阻力，所以，要求盾構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。盾構(gòu)主要用鋼板單層厚板或多層薄板制成，鋼板一般采用A3鋼。鋼板間連接可采用焊接和鉚接兩種方法，大型盾構(gòu)考慮到水平運(yùn)輸和垂直吊裝的困難，可制成分體式，到現(xiàn)場進(jìn)行就位拼裝，部件的連接一般采用定位銷定位，高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接，最后焊接成型。二 、盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)的基本構(gòu)造主要分為盾構(gòu)殼體、推進(jìn)系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)三大部分，見簡單的手掘式盾構(gòu)的基本構(gòu)造圖52。1、盾構(gòu)殼體從工作面開始可分為切口環(huán)、支承環(huán)和盾尾

6、三部分。(1)切口環(huán)切口環(huán)位于盾構(gòu)的最前端，起開挖和擋土作用，施工時最先切入地層并掩護(hù)開挖作業(yè)，部分盾構(gòu)切口環(huán)前端還設(shè)有刃口以減少切入地層的擾動。切口環(huán)保持工作面的穩(wěn)定，并作為把開挖下來的土砂向后方運(yùn)輸，因此，采用機(jī)械化開挖、土壓式、泥水加壓式盾構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)開挖下來土砂的狀態(tài)，確定切口環(huán)的形狀、尺寸。 切口環(huán)的長度主要取決于盾構(gòu)正面支承、開挖的方法，就手掘式盾構(gòu)而言，考慮到正面施工人員、挖土機(jī)具有回旋的余地等。大部分手掘式盾構(gòu)切口環(huán)的頂部比底部長，猶如帽檐，有的還設(shè)有千斤頂控制的活動前沿，以增加掩護(hù)長度；對于機(jī)械化盾構(gòu)切口環(huán)內(nèi)按盾構(gòu)種類安裝各種機(jī)械設(shè)備。 圖5-2盾構(gòu)基本構(gòu)造示意圖1-切口環(huán)

7、2-支承環(huán) 3-盾尾 4-支承千斤頂 5-活動平臺 6-平臺千斤頂 7-切口 8-盾構(gòu)千斤頂 9-盾尾空隙 10-管片拼裝機(jī) 11-管片 如泥水盾構(gòu)，在切口環(huán)內(nèi)安置有切削刀盤、攪拌器和吸泥口；土壓平衡盾構(gòu)，安置有切削刀盤、攪拌器和螺旋輸送機(jī)；網(wǎng)格式盾構(gòu)，安置有網(wǎng)格、提土轉(zhuǎn)盤和運(yùn)土機(jī)械的進(jìn)口；棚式盾構(gòu)，安置有多層活絡(luò)平臺、儲土箕斗；水力機(jī)械盾構(gòu)，安置有水槍、吸口和攪拌器。在局部氣壓、泥水加壓、土壓平衡等盾構(gòu)中，因切口內(nèi)壓力高于隧道內(nèi)，所以在切口環(huán)處還需布設(shè)密封隔板及人行艙的進(jìn)出閘門。 (2)支承環(huán)支承環(huán)緊接于切口環(huán)，是一個剛性很好的圓形結(jié)構(gòu)。地層壓力、千斤頂?shù)姆醋饔昧?，以及切口入土正面阻力、襯砌

8、拼裝時的施工載荷等承受作用于盾構(gòu)上的全部載荷。在支承環(huán)外沿布置有盾構(gòu)千斤頂，中間布置拼裝機(jī)及部分液壓設(shè)備、動力設(shè)備、操縱控制臺。當(dāng)切口環(huán)壓力高于常壓時，在支承環(huán)內(nèi)要布置人行加、減壓艙。支承環(huán)的長度應(yīng)不小于固定盾構(gòu)千斤頂所需的長度，對于有刀盤的盾構(gòu)還要考慮安裝切削刀盤的軸承裝置、驅(qū)動裝置和排土裝置的空間。(3)盾尾盾尾主要用于掩護(hù)管片的安裝工作。盾尾末端設(shè)有密封裝置，以防止水、土及壓注材料從盾尾與襯砌間隙進(jìn)入盾構(gòu)內(nèi)。盾尾密封裝置損壞、失效時，在施工中途必須進(jìn)行修理更換，盾尾長度要滿足上述各項(xiàng)工作的進(jìn)行。盾尾厚度應(yīng)盡量薄，可以減小地層與襯砌間形成的建筑空隙，從而減少壓漿工作量，對地層擾動范圍也小有

9、利于施工，但盾尾也需承擔(dān)土壓力，在遇到糾偏及隧道曲線施工時，還有一些難以估計(jì)的載荷出現(xiàn)。所以其厚度應(yīng)綜合上述因素來確定。盾尾密封裝置要能適應(yīng)盾尾與襯砌間的空隙，由于施工中糾偏的頻率很高，因此，要求密封材料要富有彈性、耐磨、防撕裂等，其最終目的是要能夠止水。形式多種，目前常用的是采用多道、可更換的盾尾密封裝置，盾尾的道數(shù)根據(jù)隧道埋深、水位高低來定，一般取23道，如圖5-3。圖53盾尾密封示意圖1盾殼； 2彈簧鋼板； 3鋼絲束； 4密封油脂； 5壓板； 6螺栓由于鋼絲束內(nèi)充滿了油脂，鋼絲又為優(yōu)質(zhì)彈簧鋼絲，使其成為一個即有塑性又有彈性的整體，油脂保護(hù)鋼絲免于生銹損壞。采用專用的盾尾油脂泵加注油脂，這

10、種盾尾密封裝置使用后效果較佳，一次推進(jìn)可達(dá)500m左右，這主要取決于土質(zhì)情況，在砂性土中掘進(jìn)，盾尾損壞較快，而在粘性土中掘進(jìn)則使用壽命較長。盾尾的長度必須根據(jù)管片寬度及盾尾的道數(shù)來確定，對于機(jī)械化開挖式、土壓式、泥水加壓式盾構(gòu)，還要根據(jù)盾尾密封的結(jié)構(gòu)來確定，必須保證管片拼裝工作的進(jìn)行；修理盾構(gòu)千斤頂和在曲線段進(jìn)行施工等因素，故必需有一些余量。2、推進(jìn)機(jī)構(gòu)盾構(gòu)掘進(jìn)的動力是靠液壓系統(tǒng)帶動千斤頂?shù)耐七M(jìn)機(jī)構(gòu)，它是盾構(gòu)重要的基本構(gòu)造之一。(1)盾構(gòu)千斤頂?shù)倪x擇和配置盾構(gòu)千斤頂?shù)倪x擇和配置應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)的靈活性、管片的構(gòu)造、拼裝管片的作業(yè)條件等來決定。選定盾構(gòu)千斤頂必須注意以下事項(xiàng)： 千斤頂要盡可能地輕，且經(jīng)

11、久耐用，易于維修保養(yǎng)和掉換； 采用高液壓系統(tǒng)，使千斤頂機(jī)構(gòu)緊湊。目前使用的液壓系統(tǒng)壓力值為3040MPa； 千斤頂要均勻地配置在靠近盾構(gòu)外殼處，使管片受力均勻； 千斤頂應(yīng)與盾構(gòu)軸線平行。(2)千斤頂數(shù)量千斤頂?shù)臄?shù)量根據(jù)盾構(gòu)直徑、千斤頂推力、管片的結(jié)構(gòu)、隧道軸線的情況綜合考慮。一般情況下，中小型盾構(gòu)每只千斤頂?shù)耐屏?001500kN，在大型盾構(gòu)中每只千斤頂?shù)耐屏Χ酁?0002500kN。(3)千斤頂?shù)男谐潭軜?gòu)千斤頂?shù)男谐虘?yīng)考慮到盾尾管片拼裝及曲線施工等因素，通常取管片寬度加上100mm200mm的余量。另外，成環(huán)管片有一塊封頂塊，若采用縱向全插入封頂時，在相應(yīng)的封頂塊位置應(yīng)布置雙節(jié)千斤頂，其行

12、程約為其它千斤頂?shù)囊槐?，以滿足拼裝成環(huán)所需。(4)千斤頂?shù)乃俣榷軜?gòu)千斤頂?shù)乃俣缺仨毟鶕?jù)地質(zhì)條件和盾構(gòu)形式?jīng)Q定,一般取50mm/min左右，且可無級調(diào)速。為了提高工作效率，千斤頂?shù)幕乜s速度要求越快越好。(5)千斤頂塊盾構(gòu)千斤頂活塞的前端必須安裝頂塊，頂塊必須采用球面接頭，以便將推力均勻、分布在管片的環(huán)面。其次，還必須在頂塊與管片的接觸面上安裝橡膠或柔性材料的墊板，對管片環(huán)面起到保護(hù)作用。3、管片拼裝機(jī)管片拼裝機(jī)俗稱舉重臂，是盾構(gòu)的主要設(shè)備之一，常以液壓為動力。為了能將管片按照設(shè)計(jì)所需要的位置，安全、迅速地進(jìn)行拼裝，拼裝機(jī)在鉗捏住管片后，還必須具備沿徑向伸縮、前后平移和360o(左右疊加)旋轉(zhuǎn)等功

13、能。拼裝機(jī)的形式有環(huán)形、中空軸形、齒輪齒條形等，一般常用環(huán)型拼裝機(jī)。這種拼裝機(jī)安裝在支承環(huán)后部，或者盾構(gòu)千斤頂撐板附近的盾尾部，它如同一個可自由伸縮的支架，安裝在具有支承滾輪的、能夠轉(zhuǎn)動的中空圓環(huán)上的機(jī)械手。該形式中間空間大，便于安裝出土設(shè)備。4、真圓保持器盾構(gòu)向前推進(jìn)時管片就從盾尾部脫出，管片受到自重和土壓的作用會產(chǎn)生變形，當(dāng)該變形量很大時，已成環(huán)管片與拼裝環(huán)在拼裝時就會產(chǎn)生高低不平，給安裝縱向螺栓帶來困難，為了避免管片產(chǎn)生高低不平的現(xiàn)象，就有必要讓管片保持真圓，該裝置就是真圓保持器。真圓保持器支柱上裝有上、下可伸縮的千斤頂和圓弧形的支架，它在動力車架挑出的梁上是可以滑動的。當(dāng)一環(huán)管片拼裝成

14、環(huán)后，就將真圓保持器移到該管片環(huán)內(nèi)，支柱的千斤頂使支架圓弧面密貼管片后，盾構(gòu)就可進(jìn)行下一環(huán)的推進(jìn)。盾構(gòu)推進(jìn)后圓環(huán)不易產(chǎn)生變形而保持著真圓狀態(tài)。三、盾構(gòu)基本參數(shù)的選定(一)、盾構(gòu)直徑盾構(gòu)直徑必須根據(jù)管片外徑、盾尾空隙和盾尾鋼板厚度等設(shè)計(jì)要素確定，而盾尾空隙應(yīng)根據(jù)管片的形狀尺寸、隧道的平面形狀、糾偏、盾尾密封結(jié)構(gòu)的安裝等進(jìn)行確定。盾構(gòu)直徑是指盾殼的外徑，而與刀盤、穩(wěn)定翼、同步注漿用配管等突出部分無關(guān)。所謂盾尾空隙，是指盾殼鋼板內(nèi)表面與管片的外表面的空隙。根據(jù)隧道限界和結(jié)構(gòu)尺寸要求，在確定襯砌外徑之后，可按施工要求或經(jīng)驗(yàn)確定盾構(gòu)直徑。下面根據(jù)圖5-4,介紹兩種計(jì)算方法。1、 D=d+2(x+) （5

15、1） 式(51)中： D 盾構(gòu)直徑(mm)； d 隧道外徑(mm);； x 盾尾空隙(mm)； 盾尾鋼板厚度(mm)。 圖5-4盾構(gòu)直徑計(jì)算圖為了滿足盾構(gòu)曲線段施工或推進(jìn)施工時糾偏所需要間隙，盾尾空隙可由下式計(jì)算： XML/d (52) 式(52)中： M 盾尾和管片的搭接長度(mm)； L 盾尾內(nèi)襯砌環(huán)頂端能夠轉(zhuǎn)動的最大 水平距離，也稱盾尾最大覆蓋襯砌長度(mm)。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，盾尾空隙一般取2030mm。2、 D=d內(nèi)2(+ x + T + T+ e ) (53) 式(53)中： d內(nèi) 隧道內(nèi)徑(mm); T 隧道襯砌厚度(mm)； T 隧道內(nèi)襯厚度(mm)； e 最小余量(mm)； D、

16、x 意義同前。上面兩式中均有一個盾尾鋼板厚度，此值應(yīng)通過計(jì)算求得，可是計(jì)算工作較為復(fù)雜，所以通常采用經(jīng)驗(yàn)公式或類比法相近選取。 =0.02+0.01(D - 4) (54) 式54中D為盾構(gòu)外徑，單位為m。 當(dāng)D4m時，式中的第二項(xiàng)為零。(二)、盾構(gòu)長度和靈敏度盾構(gòu)長度主要取決于地質(zhì)條件、隧道的平面形狀、開挖方式、運(yùn)轉(zhuǎn)操作、襯砌形式和盾構(gòu)的靈敏度(即盾殼總長L與盾構(gòu)外徑D之比)。一般在盾構(gòu)直徑確定后，靈敏度值有一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可參考： 小型盾構(gòu)(D=23m) (L/D) =1.50 中型盾構(gòu)(D=36m) (L/D) =1.00 大型盾構(gòu)(D 6m ) (L/D) =0.75盾構(gòu)總長度由切口環(huán)、支

17、承環(huán)、盾尾三部分組成，它不包括盾構(gòu)內(nèi)設(shè)備超出盾尾的部分，如后方平臺、螺旋輸送機(jī)等。 盾構(gòu)長度計(jì)算公式： L=Lw+ Lc+ Lt (55)1、切口環(huán)長度Lw 機(jī)械化盾構(gòu)僅考慮能容納開挖機(jī)具即可 ；在手掘式盾構(gòu)中要考慮到人工開挖的方便，Lw 可以較長些，所以正面土體穩(wěn)定時Lw最大值為： Lw =D . tg 或 Lw 2m (56) 式56中： 開挖面坡度與水平面的夾角一般取45 ；在棚式盾構(gòu)中，其分層是按人的高度分隔： N=D/H (57) 式57中： N 層數(shù)(計(jì)算后數(shù)值歸整)； H 人的高度(m)。由于分了層的H值比D小得多，所以這時的切口環(huán)長度為： Lw =H . ctg (58)注意：

18、式中H值應(yīng)取層高的最大值Hmax 。有些盾構(gòu)根據(jù)需要將另設(shè)前檐，其長度大約300500mm，具體取多少要按盾構(gòu)直徑大小適當(dāng)選取。2. 支承環(huán)長度Lc 該部分長度取決于盾構(gòu)千斤頂、切削刀盤的軸承和驅(qū)動裝置、排土裝置等空間，而盾構(gòu)千斤頂?shù)拈L度與預(yù)制襯砌的寬度有關(guān)。 Lc = Wc +c (59) 式59中： Wc 最寬襯砌寬度，包括楔形環(huán)、加寬環(huán)。 c 余量，一般取200300mm， 主要考慮到盾構(gòu)千斤頂?shù)男蘩硪蛩亍?、盾尾長度Lt 盾尾長度取決于管片的形狀和寬度： Lt =K. Wc + Ls + C (510) 式510中 ： K 常數(shù)，一般取1.52.5 ,這與是否需調(diào) 換損壞的襯砌及盾尾密

19、封裝置有關(guān)； Wc 襯砌環(huán)寬度(m)； Ls 千斤頂頂塊厚度(m)； C 施工余量，一般取80200mm，選取時應(yīng)考慮 拼裝襯砌時環(huán)面清洗工作，以及穿拼裝螺栓、特別是首尾相接的縱向螺栓等工作的方便。(三)、盾構(gòu)的推力盾構(gòu)向前行進(jìn)是靠安裝在支承環(huán)周圍的千斤頂頂力，各千斤頂頂力之和就是盾構(gòu)的總推力，在計(jì)算推力時，一定要考慮周全，要將盾構(gòu)的施工全過程中可能遇到的阻力都要計(jì)算在內(nèi)。盾構(gòu)的總推進(jìn)力必須大于各種推進(jìn)阻力的總和，否則盾構(gòu)無法向前推進(jìn)。盾構(gòu)的各種推力和計(jì)算公式如下：1、 F1盾構(gòu)外壁周邊與土體之間的摩擦力或粘結(jié)力；(1) 砂性土 F11 DL(Pm+W) (kN) (511)(2) 粘性土F1

20、CDL (kN) (512)2、 F2推進(jìn)中切口插入土壤的貫入阻力； F2.t.Kp.Pm (kN) (513)3、 F3工作面正面阻力； F3Pf.D2/4 (kN) (514)(1) 盾構(gòu)在人工開挖、半機(jī)械化開挖時為工作面支護(hù)阻力。(2) 盾構(gòu)采用機(jī)械化開挖時，為作用在切削刀盤上的推進(jìn)阻力。4、F4管片與盾尾之間的摩擦力； F42.G2 (kN) (515)5. F5變向阻力(曲線施工/糾偏等因素的阻力); F5R.S (kN) (516)6. F6后方臺車的牽引阻力； F63.G1 (kN) (517) 公式符號解釋： 1 鋼與土的摩擦系數(shù) 2 鋼與鋼或混凝土的摩擦系數(shù) 3 車輪與鋼軌之

21、間的摩擦系數(shù) D 盾構(gòu)直徑 (m) 盾構(gòu)長度 (m) W 盾構(gòu)重量 (kN) G1 后方臺車重量 (kN) G2 管片(成環(huán))重量 (kN) Pm 作用在盾構(gòu)上的平均土壓 (kPa) Pf 工作面正面壓力(支護(hù)千斤頂反力、作用在 隔墻上的土壓力、泥漿壓力等) (kPa) c 粘聚力 (kPa) Kp 被動土壓力系數(shù) R 地層抗力(承載力、被動土壓力等) (kPa) 工作面周邊長度 (m) t 刃腳貫入深度 (m) 抵抗板在推進(jìn)方向的投影面積 (m2) 總推力 FF1F2F3F4F5F6 （518）盾構(gòu)總推力也可由以上F1F2F3F4 的總和再乘以2來求出。盾構(gòu)總推力也可按經(jīng)驗(yàn)公式求得： FjP

22、j D2/4 (519) 式中 Fj盾構(gòu)的總推力 (kN) pj開挖面單位截面積的推力 (kN) a. 人工開挖、半機(jī)械化開挖盾構(gòu)、機(jī)械化開挖盾構(gòu)： Pj7001100kPa b. 封閉式盾構(gòu)、土壓平衡式盾構(gòu)、泥水加壓式盾構(gòu)： Pj10001300kPa 四、盾構(gòu)的分類及其適用范圍盾構(gòu)是修建隧道的正面支護(hù)掘進(jìn)和襯砌拼裝的專用機(jī)具，盾構(gòu)類型的區(qū)別主要是盾構(gòu)正面對土體支護(hù)開挖的方法工藝不同而言。為此盾構(gòu)的種類按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和開挖方法來分，主要可分為四大類，如下： 敞開式 手掘式盾構(gòu) 正面支撐式 棚式 全擠壓 擠壓式盾構(gòu) 局部擠壓 網(wǎng)格 正、反鏟 半機(jī)械式盾構(gòu) 螺旋切削 軟巖掘進(jìn)機(jī) 開胸大刀盤切削 機(jī)

23、械式盾構(gòu) 局部氣壓 閉胸式 泥水加壓 土壓平衡(一)、手掘式盾構(gòu) 手掘式盾構(gòu)是結(jié)構(gòu)最簡單、配套設(shè)備少、因而造價也最低，制造工期短。其開挖面可以根據(jù)地質(zhì)條件決定，全部敞開式或用正面支撐開挖，一面開挖一面支撐。在松散的砂土地層，可以按照土的內(nèi)摩擦角大小將開挖面分為幾層，這時的盾構(gòu)就被稱為棚式盾構(gòu)見圖55。手掘式盾構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)：1、正面是敞開的，施工人員隨時可以觀測地層變化情況，及時采用應(yīng)付措施；2、當(dāng)在地層中遇到樁、大石塊等地下障礙物時，比較容易處理；3、可向需要方向超挖，容易進(jìn)行盾構(gòu)糾偏，也便于曲線施工；4、造價低，結(jié)構(gòu)設(shè)備簡單，易制造，加工周期短。圖55手掘式盾構(gòu)示意圖它的主要缺點(diǎn)有：1、在含

24、水地層中，當(dāng)開挖面出現(xiàn)滲水、流砂時，必須輔以降水、氣壓等地層加固等措施；2、工作面若發(fā)生塌方時，易引起危及人身及工程安全事故；3、勞動強(qiáng)度大，效率低、進(jìn)度慢，在大直徑盾構(gòu)中尤為突出。手掘式盾構(gòu)盡管有上述不少缺點(diǎn)，但由于簡單易行，在地質(zhì)條件良好的工程中仍廣泛應(yīng)用。(二)、擠壓式盾構(gòu) 擠壓式盾構(gòu)（見圖56）的開挖面用胸板封起來，把土體擋在胸板外，對施工人員是比較安全、可靠，沒有塌方的危險，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)時，讓土體從胸板局部開口處擠入盾構(gòu)內(nèi)，圖5-6擠壓式盾構(gòu)示意圖然后裝車外運(yùn)，不必用人工挖土，勞動強(qiáng)度小，效率也成倍提高。在特定條件下可將胸板全部封閉推進(jìn)，那就是全擠壓推進(jìn)。 擠壓式盾構(gòu)僅適用于松軟可塑的

25、粘性土層，適用范圍較狹窄。在擠壓推進(jìn)時對地層土體擾動較大，地面產(chǎn)生較大的隆起變形，所以在地面有建筑物的地區(qū)不能使用，只能在空曠的地區(qū)或江河底下、海灘處等區(qū)域。圖57網(wǎng)格式盾構(gòu)示意圖1盾構(gòu)千斤頂（推進(jìn)盾構(gòu)用）；2一開挖面支撐千斤頂：3舉重臂（拼裝裝配式鋼筋混凝土襯砌用）；4堆土平臺（盾構(gòu)下部土塊由轉(zhuǎn)盤提升后落人堆土平臺）；5刮板運(yùn)輸機(jī)，土塊由堆土平臺進(jìn)入后輸出；6裝配式鋼筋混凝土襯砌；7盾構(gòu)鋼殼；8開挖面鋼網(wǎng)格；9轉(zhuǎn)盤，10裝土車。網(wǎng)格式盾構(gòu)是一種介于半擠壓和手掘之間的盾構(gòu)型式見圖57。這種盾構(gòu)在開挖面裝有鋼制的開口格柵，稱為網(wǎng)格。當(dāng)盾構(gòu)向前掘進(jìn)時土體被網(wǎng)格切成條狀，進(jìn)入盾構(gòu)后運(yùn)走；當(dāng)盾構(gòu)停止推

26、進(jìn)時，網(wǎng)格起到支護(hù)土體的作用，從而有效地防止了開挖面的坍塌。網(wǎng)格盾構(gòu)對土體擠壓作用比擠壓式盾構(gòu)小，因此引起地面變形的量也小一些。 網(wǎng)格盾構(gòu)也僅適用于松軟可塑的粘土層，當(dāng)土層含水量大時，尚需輔以降水、氣壓等措施。 (三)、半機(jī)械式盾構(gòu) 半機(jī)械式盾構(gòu)是在手掘式盾構(gòu)正面裝上機(jī)械來代替人工開挖，根據(jù)地層條件，可以安裝反鏟挖土機(jī)或螺旋切削機(jī)(見圖5-8)。土體較硬可安裝軟巖掘進(jìn)機(jī)。圖5-8半機(jī)械式盾構(gòu)半機(jī)械式盾構(gòu)的適用范圍基本上和手掘式一樣，其優(yōu)點(diǎn)除可減輕工人勞動強(qiáng)度外，其余均與手掘式相似。(四)、機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)械式盾構(gòu)是在手掘式盾構(gòu)的切口部分裝上一個與盾構(gòu)直徑一般大小的大刀盤，用它來實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)施工的全斷面

27、切削開挖。當(dāng)?shù)貙油临|(zhì)好，能自立或采用輔助措施亦能自立，則可用開胸式的機(jī)械盾構(gòu)，反之如地層土質(zhì)差，又不能采用其它地層加固方法，此時，采用閉胸機(jī)械式盾構(gòu)比較合適?，F(xiàn)在介紹三種常用的機(jī)械式盾構(gòu)：1、局部氣壓式盾構(gòu)（見圖59）這種盾構(gòu)系在開胸機(jī)械式盾構(gòu)的切口環(huán)和支承環(huán)之間裝上隔板，使切口環(huán)部分形成一個密封艙，艙中輸入壓縮空氣，以平衡開挖面的土壓力，保證正面土體自立而不坍塌。氣壓是為了疏干地下水，改變土體的物理性能有利于施工，用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工，首先是要解決切口前開挖面的穩(wěn)定，加局部氣壓是使正面土體穩(wěn)定的方法，從而代替了在隧道內(nèi)加氣壓的全氣壓施工方法。這樣，襯砌拼裝和隧道內(nèi)其他施工人員，就可不在氣壓條

28、件下工作，這無疑有很大的優(yōu)越性。圖5-9局部氣壓式盾構(gòu)示意圖1氣壓內(nèi)出土運(yùn)輸系統(tǒng) 2皮帶運(yùn)輸機(jī) 3排土抓斗 4出土斗 5運(yùn)土車 6運(yùn)管片車輛 7管片 8管片拼裝機(jī) 9伸縮接頭但局部氣壓盾構(gòu)的一些技術(shù)問題，目前未得到很好地解決，這主要是：(1) 從密封艙內(nèi)連續(xù)向外出土的裝置，還存有漏氣和使用壽命不長的問題；(2) 盾尾密封裝置還不能完全阻止壓力艙內(nèi)的壓縮空氣通過開挖面經(jīng)盾構(gòu)外表至盾尾處泄漏；(3) 襯砌環(huán)接縫防止不了壓力艙內(nèi)的氣體、經(jīng)過盾構(gòu)外表通至盾構(gòu)后部管片縫隙滲入隧道內(nèi)。以上三處的漏氣，就影響到正面壓力艙內(nèi)的壓力控制，由于壓力艙容量小，加上這三處防漏氣技術(shù)尚未徹底解決，因此壓力艙內(nèi)壓力值上下

29、波動較大，當(dāng)正面遇到有問題需要處理，須有工人進(jìn)入壓力艙工作，這種施工條件對人的生理影響很大。而正常施工中，艙內(nèi)壓力控制不好，正面土體穩(wěn)定就沒有保證，也將直接影響施工。故目前該型式盾構(gòu)使用已不多。2、泥水式盾構(gòu)和泥水加壓平衡盾構(gòu)(見圖5-10)前面敘述了局部氣壓盾構(gòu)的技術(shù)難題是連續(xù)出土與壓縮空氣的泄漏問題。在地層壓力差及土質(zhì)同樣條件下，漏氣量要比漏水量大80倍之多。因此，若在上述局部氣壓的密 (如圖為泥水式盾構(gòu)，泥水加壓平衡式盾構(gòu))封艙內(nèi)用泥水或泥漿來代替壓縮空氣，這樣既可利用泥水壓力來支撐開挖面土體，又可大大減少泄漏。刀盤切削下來的土在泥水中經(jīng)過攪拌機(jī)攪拌，用雜質(zhì)泵將泥漿通過管道輸送到地面集中

30、處理，這樣就解決了連續(xù)出土的技術(shù)難題，泥水盾構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。但泥水盾構(gòu)的輔助配套設(shè)備多，首先要有一套自動控制和泥水輸送系統(tǒng)，其次還要有一套泥水處理系統(tǒng)，所以泥水盾構(gòu)的設(shè)備費(fèi)用較大。這是它的主要缺點(diǎn)，但反而言之，象泥水處理系統(tǒng)這樣的輔助設(shè)備可重復(fù)利用，經(jīng)濟(jì)上還是可行的。圖5-10泥水加壓盾構(gòu)示意圖3、土壓平衡式盾構(gòu)(見圖5-11)這種盾構(gòu)又稱削土密封式或泥土加壓式盾構(gòu)，是在上述兩種機(jī)械式盾構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的適用于含水飽和軟弱地層中施工的新型盾構(gòu)。該盾構(gòu)的前端也是一個全斷面切削刀盤，在盾構(gòu)中心或下部有一個長筒形螺旋輸送機(jī)的進(jìn)土口，其出口在密封艙外。 所謂土壓平衡，就是盾構(gòu)密封艙內(nèi)始終充滿了

31、用刀盤切削下來的土，并保持一定壓力平衡開挖面的土壓力。圖5-11 土壓平衡盾構(gòu)示意圖1刀盤用油馬達(dá)；2螺旋機(jī)；3螺旋機(jī)馬達(dá)；4皮帶運(yùn)輸機(jī)5閘門千斤頂；6管片拼裝機(jī)；7刀盤支架；8隔壁；9排障進(jìn)入口螺旋輸送機(jī)靠轉(zhuǎn)速來控制出土量，出土量要密切配合刀盤的切削速度，以保持密封艙內(nèi)充滿泥土而又不致過于飽和。這種盾構(gòu)避免了局部氣壓盾構(gòu)的主要缺點(diǎn)，也省略了泥水加壓盾構(gòu)投資較大的缺點(diǎn)，至今，土壓平衡盾構(gòu)與泥水加壓平衡盾構(gòu)，已成為比較成熟、可靠的新型設(shè)備，廣泛地在隧道施工中予以應(yīng)用。五、盾構(gòu)選型盾構(gòu)法施工的地層都是復(fù)雜多變的，因此對于復(fù)雜的地層要選用較為經(jīng)濟(jì)的盾構(gòu)是當(dāng)前的一個難題。 在選擇盾構(gòu)時，不僅要考慮到地

32、質(zhì)情況、盾構(gòu)的外徑、隧道的長度、工程的施工程序、勞動力情況等，而且還要綜合研究工程施工環(huán)境、基地面積、施工引起對環(huán)境的影響程度等。選擇盾構(gòu)的種類要求掌握不同盾構(gòu)的特征，表5-1所列是各種盾構(gòu)選型的要點(diǎn)，同時，還要逐個研究以下項(xiàng)目：(1) 開挖面有無障礙物；(2) 氣壓施工時開挖面能否自立穩(wěn)定；(3) 用氣壓其它輔助施工法后開挖面能否穩(wěn)定；(4) 擠壓推進(jìn)、切削土加壓推進(jìn)時，開挖面能否自立穩(wěn)定；(5) 開挖面在加水壓、泥壓、泥水壓作用下，能否自立穩(wěn)定； (6) 經(jīng)濟(jì)性。盾構(gòu)選型時通常需要判別盾構(gòu)工作面是否穩(wěn)定，一種較為實(shí)用的判別方法稱布諾姆氏試驗(yàn)法在松軟地層中，設(shè)盾構(gòu)工作面開有一個進(jìn)土門，地層的

33、垂直力為.H，垂直力所產(chǎn)生的側(cè)向土壓作用在進(jìn)土門處，然后以土體是否向盾構(gòu)內(nèi)部流動作為判別盾構(gòu)的工作面是否穩(wěn)定的條件。試驗(yàn)的結(jié)果表明，在軟土地層中，垂直作用于進(jìn)土門上的土壓a與進(jìn)土門部位的覆土H、土體重度及地層的不排水抗剪強(qiáng)度Cu存在如下關(guān)系： a =.H (6-8) Cu (520) 當(dāng)進(jìn)土門向盾構(gòu)外部推動時，作用在進(jìn)土門上的土壓為： P=.H (6-8) Cu (521)式中的系數(shù)(6-8)與土質(zhì)無關(guān)，只與進(jìn)土門的形狀或盾構(gòu)工作面的支承條件有關(guān)。當(dāng)a 0時，工作面支承條件不能達(dá)到上式條件時，盾構(gòu)工作面就不能保持穩(wěn)定。因此，在粘性土體中，作用于盾構(gòu)工作面處的土體垂直力.H、氣壓強(qiáng)度P0以及土體

34、的不排水剪切強(qiáng)度Cu存在如下關(guān)系： H P0 6 Cu (522) 若滿足以上條件，則認(rèn)為盾構(gòu)工作面是穩(wěn)定的。但是，以上條件也不是絕對的，在實(shí)際工程中常有不符合判別式的情況，需要工程技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步地判斷。第三節(jié) 盾構(gòu)法施工準(zhǔn)備一、盾構(gòu)法施工的前期準(zhǔn)備1、始發(fā)井土建結(jié)構(gòu)完成盾構(gòu)的始發(fā)井土建結(jié)構(gòu)完成后方可進(jìn)行盾構(gòu)施工，始發(fā)井內(nèi)須預(yù)留盾構(gòu)出洞的洞門，洞圈一般為鋼結(jié)構(gòu)，以便安裝盾構(gòu)出洞的止水裝置。盾構(gòu)出洞前洞門須由鋼板、鋼板樁或地下連續(xù)墻圍護(hù)。2、盾構(gòu)選型根據(jù)隧道所經(jīng)過的地層地質(zhì)及地面構(gòu)筑物情況、施工進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)性等條件進(jìn)行盾構(gòu)選型，確定所用的盾構(gòu)類型（詳見第本章第一節(jié)）。3、管片生產(chǎn)根據(jù)管片設(shè)

35、計(jì)圖紙及技術(shù)要求，設(shè)計(jì)出制造管片鋼模的圖紙，加工鋼模，然后進(jìn)行管片生產(chǎn)。由于管片鋼模，加工工藝復(fù)雜，故加工周期較長。在盾構(gòu)出洞之前，必須生產(chǎn)一定數(shù)量的管片，以滿足施工需要。二、技術(shù)準(zhǔn)備1、熟悉施工圖紙和有關(guān)的設(shè)計(jì)資料學(xué)習(xí)工程建設(shè)單位提供的工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和有關(guān)的地質(zhì)資料、施工驗(yàn)收規(guī)范和有關(guān)的技術(shù)規(guī)定，通過學(xué)習(xí)充分了解和掌握設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，在開工前或分項(xiàng)工程實(shí)施前應(yīng)有設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)交底。2、了解隧道沿線的地下管線、構(gòu)筑物及地質(zhì)情況對地下管線及地下構(gòu)筑物，需要了解管線種類結(jié)構(gòu)、類型、埋深等，與隧道的相互關(guān)系等情況，對于地面建筑物，需要了解建筑物的種類、結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)埋深與隧道的相

36、互關(guān)系等情況，然后采取相應(yīng)的保護(hù)措施。3、熟悉施工用機(jī)械的特點(diǎn)熟悉盾構(gòu)機(jī)的主要施工參數(shù)及相應(yīng)的盾構(gòu)施工工法，掌握施工要領(lǐng)。4、編制施工組織設(shè)計(jì)編制施工組織設(shè)計(jì)是施工準(zhǔn)備工作的重要組成部分，隧道施工的施組編寫要求根據(jù)隧道施工的特點(diǎn)，確定各個關(guān)鍵工序的施工技術(shù)，合理地布置施工場地，科學(xué)地制定施工方案。在隧道施工的施組中，以下工序必須明確：（1）施工現(xiàn)場總平面布置；（2）盾構(gòu)基座及后靠布置形式；（3）盾構(gòu)出洞時洞門密封的方式；（4）盾構(gòu)出洞地基加固方式；（5）材料垂直、水平運(yùn)輸?shù)姆绞郊八淼罃嗝娌贾茫唬?）盾構(gòu)推進(jìn)的方案、工藝流程；（7）隧道注漿方法及控制地面沉降的技術(shù)措施；（8）經(jīng)過特殊路段的施工技

37、術(shù)措施；（9）盾構(gòu)進(jìn)洞地基加固方案及盾構(gòu)進(jìn)洞方案；（10）測量方法等。編寫規(guī)范的施組還應(yīng)包括以下內(nèi)容：（1）組織管理體系；（2）質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量保證措施；（3）安全生產(chǎn)措施；（4）文明施工措施；（5）工程用料及施工用料使用計(jì)劃；（6）勞動力使用計(jì)劃；（7）施工進(jìn)度計(jì)劃。三、生產(chǎn)物資的準(zhǔn)備生產(chǎn)物資主要包括材料、構(gòu)件、施工機(jī)械。材料的準(zhǔn)備主要是根據(jù)圖紙和施組的有關(guān)要求，并按施工進(jìn)度、材料名稱、規(guī)格、數(shù)量、使用時間、消耗量編制出材料需要量計(jì)劃，組織貨源、運(yùn)輸、倉儲、現(xiàn)場堆放及運(yùn)輸，保證施工順利進(jìn)行。構(gòu)件的準(zhǔn)備主要指管片的預(yù)生產(chǎn)，并落實(shí)運(yùn)輸、堆放，保證按時按量供應(yīng)。施工機(jī)械的準(zhǔn)備，根據(jù)所采用的施工方案、

38、施工進(jìn)度，確定施工機(jī)械的類型、數(shù)量、進(jìn)場時間、運(yùn)輸安裝方式、放置的位置等，編制施工機(jī)械的需要量計(jì)劃，保證施工順利進(jìn)行。四、勞動力的準(zhǔn)備根據(jù)施組中所確定的勞動力使用計(jì)劃，組織勞動力進(jìn)場，根據(jù)需要對施工人員進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)培訓(xùn)，同時進(jìn)行安全、消防和文明施工等方面的教育，安排好職工的生活，向施工人員進(jìn)行技術(shù)交底和質(zhì)量交底，保證施工質(zhì)量和進(jìn)度。五、施工現(xiàn)場準(zhǔn)備1、盾構(gòu)拼裝式拆卸的工作井作為拼裝式拆除盾構(gòu)的井，其建筑尺寸應(yīng)滿足盾構(gòu)拼裝、拆除的施工工藝要求，一般井寬應(yīng)大于盾構(gòu)直徑1.62.0m，井的長度：盾構(gòu)推進(jìn)方向，主要考慮到盾構(gòu)設(shè)備安裝余地，以及盾構(gòu)出洞施工所需最小尺寸。2、盾構(gòu)基座盾構(gòu)基座設(shè)置于工作井

39、的底板上，用作安裝及擱置盾構(gòu)，更重要的是通過設(shè)在基座上的導(dǎo)軌，使盾構(gòu)在出洞前就有正確的導(dǎo)向。因此導(dǎo)軌要根據(jù)隧道設(shè)計(jì)軸線及施工要求定出平面、高程、坡度來進(jìn)行測量定位。盾構(gòu)基座可采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(現(xiàn)澆或預(yù)制)或鋼結(jié)構(gòu)。導(dǎo)軌夾角一般為6090，圖512所示為常用的鋼結(jié)構(gòu)基座。盾構(gòu)基座除承受盾構(gòu)自重外，還應(yīng)考慮盾構(gòu)切入土層后，進(jìn)行糾偏時產(chǎn)生的集中荷載。圖512盾構(gòu)基座示意圖3、盾構(gòu)后座（后盾）在工作井中盾構(gòu)向前推進(jìn)、其推力要靠工作井后井壁來承擔(dān)，因此在盾構(gòu)與后井壁之間要有傳力設(shè)施，此設(shè)施稱為后座，通常采用隧道襯砌、專用頂塊、頂撐等組成。后座不僅要作推進(jìn)頂力的傳遞，還是垂直水平運(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)折點(diǎn)。所以后座不

40、能正環(huán)，應(yīng)有開口以作垂直運(yùn)輸通口，而開口尺寸需按盾構(gòu)施工的出進(jìn)設(shè)備材料尺寸決定，第一環(huán)閉口環(huán)在其上部要加有后盾支撐，以保盾構(gòu)頂力傳至后進(jìn)壁。由于工作井平面位置的施工誤差，影響到隧道軸線與后井壁的垂直度，為了調(diào)正洞口第一環(huán)管片與井壁洞口的相交尺寸，所以后盾管片與后井壁之間產(chǎn)生一定間隙，這間隙采用混凝土填充，可盾構(gòu)推力均勻地傳給后井壁，也為拆除后盾管片提供方便。4、人行樓梯和井內(nèi)工作平臺搭設(shè)在盾構(gòu)出洞階段施工期內(nèi)，還沒有形成長隧道，盾構(gòu)設(shè)備無法按正常布置，有一個施工轉(zhuǎn)換過程，在此過程中設(shè)備需放在井內(nèi)，需在井內(nèi)設(shè)置施工平臺以放置各種設(shè)備。并應(yīng)在合理位置安裝上下樓梯，以供施工人員上下作業(yè)面工作。5、盾

41、構(gòu)施工地面輔助設(shè)施為了確保盾構(gòu)正常施工，根據(jù)盾構(gòu)的類型和具體施工方法，配備必要的地面輔助設(shè)施：（1）做好施工場地的控制網(wǎng)測量，保證施工質(zhì)量；（2）做好三通一平，根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)中的平面布置，設(shè)計(jì)施工圍墻、場區(qū)道路、管片堆場，鋪設(shè)水管、電纜、排水設(shè)施、布置場地照明等；（3）要有一定數(shù)量管片堆放場地，場內(nèi)應(yīng)設(shè)置行車或其它起吊和運(yùn)輸設(shè)備，以便進(jìn)行管片防水處理，并能安全迅速地運(yùn)到工作面。還可根據(jù)工程或施工條件，搭設(shè)大型工棚或移動式庶雨棚，還應(yīng)設(shè)置防水材料倉庫和烘箱；（5）拌漿間：拌制管片壁后注漿的漿體，并配有堆放原材料的倉庫；（6）配電間：應(yīng)由兩個電源的變電所供盾構(gòu)施工用電且兩路電源能互相迅速切換，以

42、免電源發(fā)生故障而造成工程的安全事故；（7）充電間：負(fù)責(zé)井下電機(jī)車的蓄電池充電，要配有電瓶箱吊裝的設(shè)備，充電量要滿足井下運(yùn)輸電箱更換所需，對充電間地坪等設(shè)施應(yīng)防硫酸處理；（8）空壓機(jī)房：若采用氣壓施工，應(yīng)設(shè)置提供必要用氣量的空氣壓縮機(jī)和儲氣筒，管路系統(tǒng)要安置有符合衛(wèi)生要求的濾氣器、油水分離器等設(shè)備。并由兩路電源以保證工作面安全；（9）水泵房：若采用水力機(jī)械掘進(jìn)，或水力管道運(yùn)土、進(jìn)行井點(diǎn)降水措施的施工工程，應(yīng)設(shè)水泵房，泵房應(yīng)設(shè)于水源豐富處；（10）地面運(yùn)輸系統(tǒng)：主要通過水平垂直運(yùn)輸設(shè)備，將盾構(gòu)施工所需材料、設(shè)備、器具運(yùn)入工作井的井底車場。還應(yīng)包括供車輛運(yùn)輸?shù)氖┕さ缆罚麄€系統(tǒng)的組成形式較多；如：垂

43、直運(yùn)輸可采用行車、大吊車、電動葫蘆等起重設(shè)備，地面水平運(yùn)輸由鏟車、汽車、電瓶車等。 根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際條件，結(jié)合所配備的起吊機(jī)械、運(yùn)輸設(shè)備組成合適的盾構(gòu)施工地面運(yùn)輸系統(tǒng)較理想的形式。將工作井、管片防水制作場地、拌漿間、充電間等布置連成一線，并合理確定行車的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)水平和垂直運(yùn)輸互為一體的系統(tǒng)；（11）盾構(gòu)出土的配套：盾構(gòu)法施工掘進(jìn)是其主要工序之一，所以出土系統(tǒng)設(shè)施對盾構(gòu)施工是至關(guān)重要的。干出土可采用汽車運(yùn)輸，并配有集土坑來確保土體外運(yùn)，不影響井下盾構(gòu)施工。水力機(jī)械掘進(jìn)運(yùn)土，需要有合適的排放容量的沉淀池。對泥水盾構(gòu)還應(yīng)考慮泥漿拌制及泥水分離等設(shè)施；（12）其它生產(chǎn)設(shè)備：一般包括油庫、危險品倉庫

44、、設(shè)備料具間、機(jī)械維修間等；（13）通訊設(shè)備：為了確保盾構(gòu)施工安全，隧道施工特點(diǎn)為線長，所以各作業(yè)點(diǎn)之間通訊必不可少的，目前通訊采用電話，井下使用的電話必須是防潮、防爆的，在氣壓施工閘墻內(nèi)外還須有信號聯(lián)系；（14）隧道斷面布置隧道斷面布置主要考慮隧道內(nèi)的水平運(yùn)輸，水平運(yùn)輸包括車架的行走以及管片、土箱等的運(yùn)輸，隧道內(nèi)通常采用軌道運(yùn)輸，在斷面布置時要確定軌枕的高度、軌道的軌距等主要尺寸，軌道的安裝必須規(guī)范，壓板、夾板必須齊全，防止軌距變化引起車輛出軌。對于水力機(jī)械出土的盾構(gòu)來說，隧道斷面布置還必須考慮進(jìn)出水管的布置及接力泵的安裝部位，布置時要考慮管路接頭方便，便于搬運(yùn)和固定，上述裝置不得侵入軌道運(yùn)

45、輸?shù)慕缦?。人行通道所用的走道板寬度要大?0cm，與電機(jī)車的安全距離大于30cm，凈空高度大于1.8m。隧道斷面還要布置隧道的照明及其供電、盾構(gòu)動力電纜、通風(fēng)管路及接力風(fēng)機(jī)、隧道內(nèi)清洗及排污的管路等；（15）車架轉(zhuǎn)換對于工作井空間較小，車架不能一次到位環(huán)境，則需要采取車架轉(zhuǎn)換措施，即盾構(gòu)出洞階段車架與盾構(gòu)分離，通過轉(zhuǎn)換油管、電纜等連接車架與盾構(gòu)，待盾構(gòu)推進(jìn)一段距離，隧道內(nèi)能容納車架長度時，再拆除轉(zhuǎn)換管路，將車架吊入隧道與盾構(gòu)相連，達(dá)到正常施工的狀態(tài)；（16）井底車場的布置待盾構(gòu)出洞，推進(jìn)一定距離后，管片與土體的摩擦力能平衡盾構(gòu)的推進(jìn)反作用力時，即可拆除后盾支撐和后盾管片，充分利用井內(nèi)的空間，在

46、井底形成一個井底車場，通過搭建平臺，鋪設(shè)雙軌等措施來提高水平運(yùn)輸?shù)哪芰?，加快施工進(jìn)度。 機(jī)種項(xiàng)目 手掘盾構(gòu)擠壓盾構(gòu)半機(jī)械盾構(gòu)機(jī)械盾構(gòu)泥水加壓盾構(gòu)土壓平衡盾構(gòu)備 注削土加壓式加水式加泥式工作面穩(wěn)定正面千斤頂與氣壓胸板和氣壓正面千斤頂、氣壓大刀盤、氣壓大刀盤、泥水壓大刀盤、切削土壓大刀盤、加水作用加泥作用工作面觀察目 視推 力目 視目 視大刀盤、泥水壓土壓計(jì)、排土量水壓計(jì)、進(jìn)土量土壓計(jì)、排土量工作面防塌胸板、正面千斤頂調(diào)整開口率胸板、正面千斤頂大刀盤泥水壓、開閉板大刀盤、土壓大刀盤、水土壓泥土壓工作面涌水井點(diǎn)、化學(xué)注漿井點(diǎn)、化學(xué)注漿井點(diǎn)、化學(xué)注漿水壓排土機(jī)構(gòu)排土機(jī)構(gòu)泥土止水性障礙物處理可 能非常困

47、難可 能困 難非常困難非常困難非常困難非常困難先導(dǎo)隧道排障礙礫石處理可 能可 能困 難礫石處理裝置困難礫石取出裝置礫石取出裝置礫徑300mm以上適用土質(zhì)粘土、砂土軟粘土粘土、砂土均質(zhì)土為宜軟粘土、含水砂土軟粘土、粉砂含水粉質(zhì)粘土軟粘土、含水砂土機(jī)械變更擠 壓手掘式手掘擠壓式困 難困 難困 難困 難困 難與地質(zhì)適應(yīng)性能調(diào)整開口率能刀 盤刀 盤排土機(jī)構(gòu)刀 盤刀 頭問 題可能涌水開口率不準(zhǔn)確時地表沉降或隆起較大可能涌水粘土多易產(chǎn)生土體固結(jié)粘土不易分離砂土?xí)r排土困難水壓過高封水困難細(xì)顆粒少施工困難、高水壓需氣壓取土量不足或超量地表隆起或沉降工作環(huán)境氣壓內(nèi)施工氣壓內(nèi)施工氣壓內(nèi)施工氣壓內(nèi)施工無氣壓無氣壓無

48、氣壓無氣壓基地周圍的環(huán)境有噪聲、振動有噪聲、振動有噪聲、振動有噪聲振動泥水設(shè)備噪聲有噪聲有噪聲有噪聲經(jīng)濟(jì)性隧道長度短時，較經(jīng)濟(jì)較經(jīng)濟(jì)、但沉降或隆起較大隧道長度長時，較手掘式經(jīng)濟(jì)勞務(wù)管理費(fèi)較低泥水處理設(shè)備費(fèi)昂貴介于機(jī)械式和泥水式中間比泥水式盾構(gòu)經(jīng)濟(jì)介于機(jī)械式和泥水式中間制作費(fèi)比例 1 1.071.192.262.522.702.78 2.967.350m手掘式盾構(gòu)為1其 他處理設(shè)備0.44輸送設(shè)備 0.20表51盾構(gòu)選型比較表第四節(jié) 盾構(gòu)的進(jìn)、出洞技術(shù)盾構(gòu)的出進(jìn)洞是盾構(gòu)法施工的重要環(huán)節(jié)，涉及到工作井洞門的形式、盾構(gòu)內(nèi)設(shè)備的布置、隧道出、進(jìn)洞施工土體加固方法、防止及減少地面沉降等技術(shù)方案。所以出、

49、進(jìn)洞的施工技術(shù)、方法、措施合理，能減少許多“后患”保證了施工的速度和安全。一、盾構(gòu)出、進(jìn)洞應(yīng)根據(jù)施工條件、方法選擇相應(yīng)的出、進(jìn)洞的方法。下面介紹幾種： （一）、臨時基坑法在采用板樁或大開挖施工建成的基坑內(nèi)，先將盾構(gòu)安裝、后座施工及垂直運(yùn)輸出入通道的構(gòu)筑完成，然后把基坑全部回填，將盾構(gòu)埋置回填土中僅留出垂直運(yùn)輸出入通道口，并拔除原基坑施工的板樁。這樣盾構(gòu)就在土中進(jìn)行推進(jìn)施工，此種方法沒有洞門拆除等問題，一般只適用于埋置較淺的盾構(gòu)始發(fā)端。 （二）、逐步掘進(jìn)法用盾構(gòu)法進(jìn)行縱坡較大的、與地面有直接連通的斜隧道（如越江隧道），施工時，其后座可依靠己建敞開式引道來承擔(dān)，盾構(gòu)由淺入深進(jìn)行掘進(jìn)，直至盾構(gòu)全斷面

50、進(jìn)入士層，實(shí)際上這種方法并沒有盾構(gòu)出進(jìn)洞的技術(shù)問題，而關(guān)健是控制盾構(gòu)在逐漸變化深度中的施工軸線控制問題。 （三）、工作井進(jìn)、出洞法在沉井或沉箱壁上預(yù)留洞及臨時封門，盾構(gòu)在井內(nèi)安裝就位。所有掘進(jìn)準(zhǔn)備工作結(jié)束后，即可拆除臨時封門，使盾構(gòu)進(jìn)入地層。這是目前使用較多的方法。下面以上海地鐵盾構(gòu)進(jìn)、出洞方法為例說明該施工工藝（見圖513）。1、盾構(gòu)出洞（1）盾構(gòu)出洞準(zhǔn)備工作a、井內(nèi)的盾構(gòu)后盾管片布置及后座混凝土澆筑盾構(gòu)后盾由負(fù)環(huán)管片組合而成，根據(jù)施工情況確定開口環(huán)、閉口環(huán)的數(shù)量。在開口環(huán)后部用56#工字鋼3榀及細(xì)石混凝土嵌實(shí)，在3榀工字鋼后用609mm鋼支撐撐緊，盾構(gòu)掘進(jìn)的軸向力由其傳遞至站臺。b、洞口止

51、水裝置的安裝井壁洞口內(nèi)徑與盾構(gòu)外徑存在環(huán)形建筑空隙，為了防止盾構(gòu)出洞時土體從間隙處流失，洞圈內(nèi)安裝橡膠簾布環(huán)狀板、扇形板等組成的密封裝置，作為施工階段臨時防泥水措施。c、洞門混凝土鑿除洞門混凝土鑿除，先鑿除洞圈內(nèi)大部分鋼筋混凝土，外壁留20cm混凝土，并把它分9塊，鑿出外排鋼筋，在盾構(gòu)與槽壁之間搭設(shè)腳手架，進(jìn)行施工作業(yè)。（2）盾構(gòu)出洞a、出洞口加固土體達(dá)到強(qiáng)度；后盾負(fù)環(huán)拼裝；盾構(gòu)調(diào)試完成后，拉去洞圈內(nèi)鋼筋混凝土網(wǎng)片；盾構(gòu)靠上加固土體；調(diào)整洞口止水裝置。為防止盾構(gòu)出洞時正面土體的流失,在盾構(gòu)切口前端距離洞口加固土體一定距離時，利用螺旋機(jī)反轉(zhuǎn)法向盾構(gòu)的正面灌注粘土，建立土壓力達(dá)施工要求。b、盾構(gòu)推

52、進(jìn)前,為減少盾構(gòu)的推進(jìn)阻力,在盾構(gòu)基座軌道面上涂抹牛油；避免刀盤上的刀頭損壞洞門密封裝置,在刀頭和密封裝置上亦涂抹油脂；盾尾鋼刷填滿密封油脂。c、盾構(gòu)后盾支撐當(dāng)?shù)谝画h(huán)閉口環(huán)管片脫出盾尾后,立刻進(jìn)行后盾支撐的安裝。用56#工字鋼設(shè)置字支撐,并用609的鋼支撐軸向傳力至井壁。這樣,盾構(gòu)出洞推進(jìn)時千斤頂?shù)挠蛪杭拔恢糜休^大的選擇范圍,以便控制盾構(gòu)出洞時的軸線。后盾支撐完善后,在盾構(gòu)推進(jìn)時,要密切觀察后靠的變形情況,以防止形變過大而造成的破壞。圖513上海地鐵盾構(gòu)出洞施工工藝示意圖2、盾構(gòu)進(jìn)洞（1）盾構(gòu)接收井的準(zhǔn)備盾構(gòu)接收井施工完成后，對洞門位置的中心坐標(biāo)測量確認(rèn)，安裝盾構(gòu)接收基座(參照出洞盾構(gòu)基座安裝

53、形式)，接收井內(nèi)混凝土洞門鑿除和洞門封堵材料等各項(xiàng)工作全部準(zhǔn)備就緒。（2）盾構(gòu)姿態(tài)的復(fù)核測量盾構(gòu)進(jìn)洞前100m作隧道貫通測量，進(jìn)洞口中心坐標(biāo)測量，該項(xiàng)復(fù)測要求兩次。根據(jù)測量數(shù)據(jù)及時調(diào)整盾構(gòu)推進(jìn)姿態(tài)，確保盾構(gòu)順利進(jìn)洞。（3）盾構(gòu)進(jìn)洞a、洞門混凝土拆除當(dāng)盾構(gòu)逐漸靠近洞門時，要在洞門混凝土上開設(shè)觀察孔加強(qiáng)對其變形和土體的觀測，并控制好推進(jìn)時的土壓值。在盾構(gòu)切口距洞門2050cm時,停止盾構(gòu)推進(jìn)，盡可能掏空平衡倉內(nèi)的泥土使正面的土壓力降到最低值，以確?；炷练忾T拆除的施工安全?；炷练忾T拆除的方法與出洞時基本相同。b、在洞門混凝土吊除后，盾構(gòu)應(yīng)盡快連續(xù)推進(jìn)并拼裝管片，盡量縮短盾構(gòu)進(jìn)洞時間。c、洞圈特殊

54、環(huán)管片脫出盾尾后，將用弧形鋼板與其焊接成一個整體，并用水硬性漿液將管片和洞圈的間隙進(jìn)行充填，以防止水土流失。二、臨時封門的構(gòu)造形式 （一）、鋼結(jié)構(gòu)封門工程上已用過的有橫向鋼板梁封門、豎向鋼板梁封門及整塊圓鋼板封門等。橫向鋼板梁封門由橫向鋼梁（板梁、型鋼梁或桁架梁）與梁間鋼封板組成。鋼梁支承于洞門圈板的鋼牛腿上。拆門一般由上而下進(jìn)行，在土質(zhì)差、洞門直徑大時還應(yīng)對土體作臨時支撐。拆除進(jìn)洞臨時封門時，由于盾構(gòu)已靠近洞口，土壓力基本消除，可以由上而下進(jìn)行。此種鋼封門設(shè)于工作井井壁內(nèi)側(cè)，拆除比較方便。豎向鋼板梁封門，由型鋼和鋼板或全部用型鋼組成。當(dāng)洞口覆土較淺，并有能力起吊，則出洞口封門設(shè)于工作井井壁外

55、側(cè)，進(jìn)洞口設(shè)于井內(nèi)側(cè)，這樣，可將盾構(gòu)先進(jìn)入門洞內(nèi)，再拔封門，施工安全。而在覆土深的工程中臨時封門一般設(shè)在井壁內(nèi)側(cè)，拆封門時應(yīng)由先兩邊后中間逐根拆除。整塊圓鋼板封門，固定于工作井內(nèi)預(yù)留洞圈板上，此種封門形式只適用于小直徑盾構(gòu)，拆除時只需割除封板四周連接部份，整塊吊去。（二）、磚石或混凝土封門盾構(gòu)施工時也可在工作井預(yù)留洞口內(nèi)用磚石砌體作封門，也可以直接在井壁（地下墻）上鑿孔出洞，拆除可用鑿巖機(jī)式爆破的方法。盾構(gòu)出進(jìn)洞門的施工，除合理選用洞門結(jié)構(gòu)形式外，在直徑大、土質(zhì)差、隧道埋深較深的情況下，還應(yīng)考慮降水、地基加固、局部凍結(jié)等輔助措施，以穩(wěn)定洞口土體和防止泥水涌入。 第五節(jié) 盾構(gòu)推進(jìn)一、盾構(gòu)正面開挖

56、方法在本章第一節(jié)中已介紹了盾構(gòu)的類型有：手掘式、擠壓式、半機(jī)械式、機(jī)械式之分。歸納這些盾構(gòu)可分為敞開、機(jī)械切削、網(wǎng)格、擠壓等四種開挖方法。盾構(gòu)在地層中推進(jìn)，為了減少對地層的擾動，要求靠千斤頂頂力使盾構(gòu)切入地層，然后在切口內(nèi)進(jìn)行土體開挖和外運(yùn)，這是軟土地層盾構(gòu)推進(jìn)的最基本過程。(一)、敞開式挖土手掘式及半機(jī)械式盾構(gòu)都屬于敞開開挖形式。這類方法主要用于地質(zhì)條件較好，開挖面在切口保護(hù)下能維持穩(wěn)定的自立狀態(tài)，或在采取輔助措施后也能穩(wěn)定自立，其開挖方式從上到下逐層掘進(jìn)，若土層地質(zhì)較差，還可借助支撐進(jìn)行開挖，每環(huán)要分?jǐn)?shù)次開挖、推進(jìn)。支撐所用千斤頂應(yīng)為差壓式，即在支撐力的作用下可自行縮回，以確保支撐的效果、

57、亦不破壞正面土體的結(jié)構(gòu)。敞開掘進(jìn)對正面障礙處理方便，并便于超挖，配合盾構(gòu)操作，提高盾構(gòu)的糾偏效果。(二)、機(jī)械切削過去曾用過由多個刀盤組成的行星式刀盤，以及由千斤頂操縱的擺動式刀盤，但目前常用的是以液壓或電機(jī)為動力的、可以雙向轉(zhuǎn)動的切削刀盤。根據(jù)土質(zhì)的好壞，大刀盤可分為刀架間無封板的及有封板的兩種，前者適用于土質(zhì)條件好的地層中。用大刀盤切削正面土體再配備運(yùn)土的機(jī)械設(shè)備，就是一個完整的盾構(gòu)掘進(jìn)施工工藝。這種掘進(jìn)方法對正面的障礙排除及盾構(gòu)超挖糾偏顯得有些困難，特別是有封板的刀盤切削更是如此。使用大刀盤切削的盾構(gòu)，機(jī)械構(gòu)造復(fù)雜，動力消耗大，但這種盾構(gòu)是實(shí)現(xiàn)隧道施工機(jī)械化、減輕勞動強(qiáng)度的必然趨勢。(三

58、)、網(wǎng)格式開挖這種開挖方法是在軟弱粘性土層的施工中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)發(fā)展起來的。其開挖面有網(wǎng)格梁與隔板組成許多格子，對開挖面土體的支撐作用，由土的粘聚力和網(wǎng)格厚度范圍內(nèi)的摩阻力組成的，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)時克服了這一組合阻力，土體就從格子里呈條狀擠進(jìn)來，所以在不同土質(zhì)的地層中施工應(yīng)有不同尺寸的網(wǎng)格，否則會造成喪失支撐作用及過量的土層擾動。目前在網(wǎng)格后面配上提土轉(zhuǎn)盤，把土提升到盾構(gòu)中心筒體端頭的斗內(nèi)，然后由筒體內(nèi)運(yùn)輸機(jī)將土送到施工隧道的運(yùn)輸平板車土箱中，以完成盾構(gòu)掘進(jìn)這一工序，實(shí)踐證明這一方法有較佳的效果。(四)、擠壓式開挖擠壓開挖可分為全擠式和局部擠壓兩種：由于擠壓推進(jìn)不出土或少出土，對地層擾動較大，故在隧道

59、軸線的設(shè)計(jì)時，必須避開地面建筑物，這樣也就限制了這種施工方法的適用范圍，一般常用于曠野郊區(qū)或排水工程灘涂處。在擠壓施工時，盾構(gòu)在一定范圍內(nèi)將周圍土體擠密實(shí)，使正面土體向四周運(yùn)動，由于上部自由度大，所以大部分土體被擠向地表面，造成盾構(gòu)推進(jìn)軸線上方地面土體拱起，也有部分土體擠向盾尾及下部。擠壓推進(jìn)按其特點(diǎn)，可以不壓漿，因?yàn)檎嫱馏w受到盾構(gòu)推力作用，部分土體被擠向后面填充盾尾與襯砌建筑空隙，從以往的施工觀察，用擠壓施工有兩個明顯特點(diǎn)：1、已建隧道一出盾尾不但不沉降而且有上浮，其上浮值基本與建筑空隙相符。2、盾構(gòu)上浮趨勢明顯，在淺埋施工時，盾構(gòu)軸線較難控制，嚴(yán)重時單用千斤頂編組已無法糾偏，在這種情況下

60、用調(diào)整擠壓程度來控制，即增大進(jìn)土面積或調(diào)整進(jìn)土孔位置。由于擠壓推進(jìn)對盾構(gòu)所產(chǎn)生的正面阻力很大，在總體施工工藝設(shè)計(jì)時，如已決定用擠壓法施工，則盾構(gòu)推力計(jì)算應(yīng)將擠壓阻力計(jì)算在內(nèi)。二、 施工管理和掘進(jìn)管理(一)、土壓平衡式盾構(gòu)土壓平衡盾構(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)行的，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。施工管理的方法主要有以下幾種：1、先將盾構(gòu)的推進(jìn)速度設(shè)為一定值，然后根據(jù)容積計(jì)算來控制螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種方法是在松軟粘土中使用的比較多的基本形式。與此同時，作為管理數(shù)據(jù)，還要使用切削扭矩和盾構(gòu)的推力值等。2、先設(shè)定盾構(gòu)的推進(jìn)速度為一