【正文】 ............................66 機(jī)電系統(tǒng)準(zhǔn)備 ......................................................66 土工系統(tǒng)的準(zhǔn)備 ....................................................67 盾構(gòu)到達(dá)預(yù)定換刀位置 ..............................................67 帶壓作業(yè)過(guò)程 ..........................................................68 進(jìn)倉(cāng)前壓力試驗(yàn) ....................................................68 帶壓進(jìn)倉(cāng) ..........................................................68 土倉(cāng)作業(yè) ..........................................................69 恢復(fù)正常掘進(jìn) ..........................................................691盾構(gòu)施工技術(shù)總結(jié)第一章 盾構(gòu)施工概況 盾構(gòu)法基本概念盾構(gòu)法是在地面下暗挖隧道的一種施工方法。構(gòu)成盾構(gòu)法施工的主要內(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開孔處出發(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)孔洞推進(jìn)。盾構(gòu)推進(jìn)中所受到的地層阻力，通過(guò)盾構(gòu)千斤頂傳至盾構(gòu)尾部已拼裝的預(yù)制隧道襯砌結(jié)構(gòu)，再傳到豎井或基坑的后靠壁上，盾構(gòu)是這種施工方法中最主要的獨(dú)特的施工機(jī)具。它是一個(gè)能支承地層壓力而又能在地層中推進(jìn)的圓形或矩形或馬蹄形等特殊形狀的鋼筒結(jié)構(gòu)，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)面安裝頂進(jìn)所需的千斤頂，鋼筒尾部是具有一定空間的殼體，在盾尾內(nèi)可以拼裝一至二環(huán)預(yù)制的隧道襯砌環(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(shí)向緊靠盾尾后面的開挖坑道周邊與襯砌環(huán)外周之間的空隙中壓注足夠的漿體，以防止隧道及地面下沉。在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中不斷從開挖面排出適量的土方。盾構(gòu)法施工的概貌如圖 11 所示。圖 11 盾構(gòu)施工概貌1－盾構(gòu)；2－盾構(gòu)千斤頂；3－盾構(gòu)正面網(wǎng)格；4－出土轉(zhuǎn)盤；5－出土皮帶運(yùn)輸機(jī)；6－管片拼裝機(jī)；7－管片；8－壓漿泵；9－壓漿孔；10－出土機(jī)；11－由管片組成的隧道襯砌結(jié)構(gòu)；12－在盾尾空隙的壓漿；13－后盾管片；14－豎井。使用盾構(gòu)法，往往需要根據(jù)穿越土層的工程地質(zhì)水文地質(zhì)特點(diǎn)輔以其他施工技術(shù)措施。主要有：1．疏干掘進(jìn)土層中地下水的措施；2．穩(wěn)定地層、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；23．隧道襯砌的防水堵漏技術(shù)；4．配合施工的監(jiān)測(cè)技術(shù)；5．氣壓施工中的勞動(dòng)防護(hù)措施；6．開挖土方的運(yùn)輸及處理方法等。盾構(gòu)法是一種安全而有效的施工法，但不是萬(wàn)能施工法。為此有必要充分掌握盾構(gòu)施工法的特點(diǎn)。 盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn)和存在的不足 盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn)1．除豎井施工外，施工作業(yè)均在地下進(jìn)行，噪音、振動(dòng)引起的公害小，既不影響地面交通，又可減少對(duì)附近居民的噪音和振動(dòng)影響。2．盾構(gòu)推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進(jìn)行，施工易于管理，施工人員也較少，勞動(dòng)強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高。3．土方量外運(yùn)較少。4．穿越河道時(shí)不影響航運(yùn)。5．施工不受風(fēng)雨等氣候條件影響。6．隧道的施工費(fèi)用不受覆土量多少影響，適宜于建造覆土較深的隧道。在土質(zhì)差水位高的地方建設(shè)埋深較大的隧道，盾構(gòu)法有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。7．當(dāng)隧道穿過(guò)河底或其他建筑物時(shí)，不影響施工。8． 只要設(shè)法使盾構(gòu)的開挖面穩(wěn)定，則隧道越深、地基越差、土中影響施工的埋設(shè)物等越多，與明挖法相比，經(jīng)濟(jì)上、施工、進(jìn)度上越有利。 盾構(gòu)法存在的不足1．當(dāng)隧道曲線半徑過(guò)小時(shí)，施工較為困難。2．在陸地建造隧道時(shí)，如隧道覆土太淺，開挖面穩(wěn)定甚為困難，甚至不能施工，而在水下時(shí)，如覆土太淺則盾構(gòu)法施工不夠安全，要確保一定厚度的覆土。3．豎井中長(zhǎng)期有噪聲和振動(dòng)，要有解決的措施。4． 盾 構(gòu) 施 工 中 采 用 全 氣 壓 方 法 以 疏 干 和 穩(wěn) 定 地 層 時(shí) ， 對(duì) 勞 動(dòng) 保 護(hù) 要 求 較 高 ， 施 工 條 件差 。5．盾構(gòu)法隧道上方一定范圍內(nèi)的地表沉陷尚難完全防止，特別在飽和含水松軟的土層中，要采取嚴(yán)密的技術(shù)措施才能把沉陷限制在很小的限度內(nèi)，目前還不能完全防止以盾構(gòu)正上方為中心土層的地表沉降。6．在飽和含水地層中，盾構(gòu)法施工所用的拼裝襯砌，對(duì)達(dá)到整體結(jié)構(gòu)防水性的技術(shù)要求較高。7．用氣壓施工時(shí)，在周圍有發(fā)生缺氧和枯井的危險(xiǎn)，必須采取相應(yīng)的辦法。3 盾構(gòu)的分類及適用條件盾構(gòu)的的形式可以從各個(gè)方面進(jìn)行分類。按手工和機(jī)械劃分為：手掘式，半機(jī)械式，機(jī)械式三大類。以工作面擋土方式劃分：敞開式，密閉式。以氣壓和泥水加壓方式劃分：氣壓式，泥水加壓式，土壓平衡式，加水式，高濃度泥水加壓式，加泥式。1．手掘式盾構(gòu)。手掘式盾構(gòu)是盾構(gòu)的基本形式，世界上仍有工程采用手掘式盾構(gòu)，如圖 12 所示。按不同的地質(zhì)條件，開挖面可全部敞開人工開挖；也可用全部或部分的正面支撐，根據(jù)開挖面土體自立性適當(dāng)分層開挖，隨挖土隨支撐。開挖士方量為全部隧道排土量。這種盾構(gòu)便于觀察地層和清除障礙，易于糾偏，簡(jiǎn)易價(jià)廉，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，如遇正面坍方，易危及人身及工程安全。在含水地層中需輔以降水、氣壓或土壤加固。 這種盾構(gòu)由上而下進(jìn)行開挖，開挖時(shí)按順序調(diào)換正面支撐千斤頂，開挖出來(lái)的土從下半部用皮帶運(yùn)輸機(jī)裝入出土車，采用這種盾構(gòu)的基本條件是：開挖面至少要在挖掘階段無(wú)坍塌現(xiàn)象，因?yàn)橥诰虻貙訒r(shí)盾構(gòu)前方是敞開的。 手掘式盾構(gòu)的適用地層：手掘式盾構(gòu)有各種各樣的開挖面支撐方法，從砂性土到粘性土地層均能適用，因此較適應(yīng)于復(fù)雜的地層，迄今為止施工實(shí)例也最多，該形式的盾構(gòu)在開挖面出現(xiàn)障礙物時(shí)，由于正面是敞開的，所以也較易排除。由于這種盾構(gòu)造價(jià)低廉，發(fā)生故障也少，因此是最為經(jīng)濟(jì)的盾構(gòu)。在開挖面自立性差的地層中施工時(shí)，它可與氣壓、降水、化學(xué)注漿等穩(wěn)定地層的輔助施工法同時(shí)使用。圖 12 手掘式盾構(gòu)2．?dāng)D壓式盾構(gòu)。當(dāng)敞開式盾構(gòu)在地質(zhì)條件很差的粉砂土質(zhì)地層、粘土層中施工時(shí)，4土就會(huì)從開挖面流入盾構(gòu)、引起開挖面坍塌，因而不能繼續(xù)開挖，這時(shí)應(yīng)在盾構(gòu)的前面設(shè)置胸板來(lái)密閉前方，同時(shí)在腳板上開出土用的小孔，這種形式的盾構(gòu)就叫擠壓式盾構(gòu)(見(jiàn)圖 13)。盾構(gòu)在擠壓推進(jìn)時(shí)，土體就會(huì)從出土孔如同膏狀物從管口擠出那樣，擠入盾構(gòu)。根據(jù)推進(jìn)速度來(lái)確定開口率。當(dāng)開口率過(guò)大時(shí)，出土量增加，會(huì)引起周圍地層的沉降；反之，就會(huì)增大盾構(gòu)的切入阻力，使地面隆起。采用擠壓盾構(gòu)時(shí)，對(duì)一定的地質(zhì)條件設(shè)置一定的開口率、控制出土量是非常重要的。擠壓盾構(gòu)是將手掘式盾構(gòu)胸板封閉，以擋住正面土體。這種盾構(gòu)分為全擠壓式或局部擠壓式兩種，它適用于軟弱粘性土層。盾構(gòu)全擠壓向前推進(jìn)時(shí)，封閉全部胸板，不需出土，但要引起相當(dāng)大的地表變形。當(dāng)采用局部擠壓式盾構(gòu)，要部分打開胸板，將需要排出的土體從開口處擠入盾構(gòu)內(nèi)，然后裝車外運(yùn)，這種盾構(gòu)施工，地表變形也較大。擠壓式盾構(gòu)適用地層:擠壓式盾構(gòu)的適用范圍取決于地層的物理力學(xué)性能。它是按含砂率—內(nèi)聚力、液性指數(shù)—內(nèi)聚力的關(guān)系來(lái)確定其適用范圍。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)聚力即使超出該范圍，在含砂率小的地層中也可能適用。根據(jù)迄今為止的施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)土體含砂率在 20%以下、液性指數(shù)在 60%以上、內(nèi)聚力在 ，盾構(gòu)的開口率一般為 2～%，在極軟弱的地層中，開口率也有小到的 %。在擠壓式盾構(gòu)的施工區(qū)間內(nèi)如遇有為了建筑物或地層加固而進(jìn)行過(guò)化學(xué)注漿的地基時(shí)，將會(huì)影響擠壓盾構(gòu)的推進(jìn)，因此應(yīng)預(yù)先考慮到把盾構(gòu)胸板做成可拆卸的形式。圖 13 擠壓盾構(gòu) 3．網(wǎng)格式盾構(gòu)，在上海軟土層中常常被采用。它具有的特點(diǎn)是，進(jìn)土量接近或等于全部隧道其出土量，且往往帶有局部擠壓性質(zhì)，盾構(gòu)正面裝鋼板網(wǎng)格，在推進(jìn)中可以切土，而在停止推進(jìn)時(shí)可起穩(wěn)定開挖面的作用。切入的土體可用轉(zhuǎn)盤、皮帶運(yùn)輸機(jī)、礦車或水力機(jī)械運(yùn)出，如圖 14 所示。這種盾構(gòu)法如在土質(zhì)較適當(dāng)?shù)牡貙又芯氖┕?，地表沉降可控制到中等或較小的程度。在含水地層中施工，需要輔以疏干地層的措施。5圖 14 網(wǎng)格式盾構(gòu)1－盾構(gòu)千斤頂（推進(jìn)盾構(gòu)用） ；2－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(tái)（盾構(gòu)下部土塊由轉(zhuǎn)盤提升后落入堆土平臺(tái)） ；5－刮板運(yùn)輸機(jī)，土塊由堆土平臺(tái)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。4．半機(jī)械式盾構(gòu)。半機(jī)械式盾構(gòu)是如圖 15 所示。半機(jī)械式盾構(gòu)是介于手掘式和機(jī)械式盾構(gòu)之間的一種形式，它更接近于手掘式盾構(gòu)。它是在敞開式盾構(gòu)的基礎(chǔ)上安裝機(jī)械挖土和出土裝置，以代替人工勞動(dòng)，因而具有省力而高效等特點(diǎn)。 機(jī)械挖土裝置前后、左右、上下均能活動(dòng)。它有鏟斗式、切削頭式和兩者兼有等三種形式。它的頂部與手掘式盾構(gòu)相同，裝有活動(dòng)前檐、正面支撐千斤頂?shù)取? 盾構(gòu)的機(jī)械裝備有如下形式： ①盾構(gòu)工作面下半部分裝有鏟斗、切割頭等。 ②盾構(gòu)工作面上半部分裝有鏟斗、下半部分裝有切割頭。 ③盾構(gòu)中心裝有切割頭。 ④盾構(gòu)中心裝有鏟斗。 形式①：盾構(gòu)工作面上半部裝有正面支撐千斤頂和作業(yè)平臺(tái)，上半部工作面由人工挖掘，挖掘的土、砂落到下半部分，下半－部分由鏟斗和裝載機(jī)進(jìn)行挖掘和出土。 形式②：盾構(gòu)的上半部工作面由鏟斗或者裝載機(jī)挖掘，下半部工作面由切割頭或鏟斗進(jìn)行挖掘和出土。 形式③：由切割頭進(jìn)行挖掘和出土。 形式④：由鏟斗式挖掘機(jī)進(jìn)行挖掘和出土。 半 機(jī) 械 盾 構(gòu) 的 適 用 地 層 ： 半 機(jī) 械 式 盾 構(gòu) 比 手 掘 式 盾 構(gòu) 更 適 用 于 良 好 地 層 。 形 式 ① 適 用于 開 挖 面 需 作 支 撐 的 地 層 ， 形 式 ② ～ ④ 適 用 于 能 自 立 的 地 層 。 形 式 ② 大 多 適 用 于 亞 粘 土 與砂 礫 的 夾 層 。 形 式 ③ 大 多 適 用 于 固 結(jié) 粘 上 層 、 硬 質(zhì) 砂 土 層 。 形 式 ④ 大 多 適 用 于 粘 土 和 砂 礫6混 合 層 。圖 15 半機(jī)械式盾構(gòu)5．開胸機(jī)械切削盾構(gòu)。當(dāng)?shù)貙幽軌蜃粤?，或采用輔助措施后能夠自立時(shí)，在盾構(gòu)的切口部分，安裝與盾構(gòu)直徑相適應(yīng)的大刀盤，以進(jìn)行全斷面開胸機(jī)械切削開挖，如圖 16所示。機(jī)械式盾構(gòu)是一種采用緊貼著開挖面的旋轉(zhuǎn)刀盤進(jìn)行全斷面開挖的盾構(gòu)。它具有可連續(xù)不斷地挖掘土層的功能。能一邊出土、一邊推進(jìn)，連續(xù)不斷地進(jìn)行作業(yè)。 機(jī) 械 式 盾 構(gòu) 的 切 削 機(jī) 構(gòu) 采 用 最 多 的 是 大 刀 盤 形 式 ， 它 有 單 軸 式 、 雙 重 轉(zhuǎn) 動(dòng) 式 、 多 軸 式數(shù)種 ， 其 中 單 軸 式 使 用 得 最 為 廣 泛 。 多 根 輻 條 狀 槽 口 的 切 削 頭 繞 中 心 軸 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 由 刀 頭 切 削下 來(lái) 的土 從 槽 口 進(jìn) 入 設(shè) 在 外 圈 的 轉(zhuǎn) 盤 中 ， 再 由 轉(zhuǎn) 盤 提 升 到 漏 土 斗 中 ， 然 后 由 傳 送 帶 把 土 送入 出 土 車 。 機(jī)械式盾構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)除了能改善作業(yè)環(huán)境、省力外，還能顯著提高推進(jìn)速度，縮短工期。問(wèn)題是盾構(gòu)的造價(jià)高，為了提高工作效率而帶來(lái)的后續(xù)設(shè)備多，基地面積大等。因此若隧道長(zhǎng)度短時(shí)，就不夠經(jīng)濟(jì)。與手掘式盾構(gòu)相比，在曲率半徑小的情況下施工以及盾構(gòu)糾偏都比較困難。 機(jī)械式盾構(gòu)適用地層：機(jī)械式盾構(gòu)可在極易坍塌的地層中施工，因?yàn)槎軜?gòu)的大刀盤本身就有防止開挖面坍塌的作用。但是，在粘性土地層中施工時(shí)，切削下來(lái)的土易粘附在轉(zhuǎn)盤內(nèi)，壓密后會(huì)造成出土困難。因此機(jī)械式盾構(gòu)大多適用于地質(zhì)變化少的砂性土地層。7圖 16 開胸式機(jī)械切削式盾構(gòu)7． 局部氣壓盾構(gòu)。在機(jī)械盾構(gòu)的支承環(huán)前邊裝上隔板，使切口與此隔板之間形成一個(gè)密封艙。在密封艙內(nèi)充滿壓縮空氣，達(dá)到穩(wěn)定開挖面土體的作用。這樣隧道施工人員就不處在氣壓內(nèi)工作。在適當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件下，對(duì)比全氣壓盾構(gòu)，無(wú)疑有較大優(yōu)越性。但這種盾構(gòu)在密封艙、盾尾及管片接縫處易產(chǎn)生漏氣問(wèn)題，如圖 17 所示。圖 17 局部氣壓式盾構(gòu)7．泥水加壓式盾構(gòu)。泥水加壓式盾構(gòu)是在盾構(gòu)正面與支承環(huán)前面裝置隔板的密封艙中，注入適當(dāng)壓力的泥漿來(lái)支撐開挖面，并以安裝在正面的大刀盤切削土體，進(jìn)土與泥水混合后，用排泥泵及管道輸送至地面處理（見(jiàn)圖 18）8圖 18 泥水加壓式盾構(gòu)(a)德國(guó)式 (b)日本式 具體地講，泥水加壓盾構(gòu)就是在機(jī)械式盾構(gòu)大刀盤的后方設(shè)置一道隔板，隔板與大刀盤之間作為泥水室，在開挖面和泥水室中充滿加壓的泥水，通過(guò)加壓作用和壓力保持機(jī)構(gòu)，保證開挖面土體的穩(wěn)定。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)開挖下來(lái)的土就進(jìn)入泥水室。由攪拌裝置進(jìn)行攪拌，攪拌后的高濃度泥水用流體輸送法送出地面，把送出的泥水進(jìn)行水土分離，然后再把分離后的泥水送入泥水室，不斷地循環(huán)泥水加壓盾構(gòu)在其內(nèi)部不能直接觀察到開挖面，因此要求盾構(gòu)從推進(jìn)、排泥到泥水處理全部按系統(tǒng)化作業(yè)。通過(guò)泥水壓力、泥水流量、泥水濃度等的測(cè)定，算出開挖土量，全部作業(yè)過(guò)程均由中央控制臺(tái)綜合管理。泥水加壓盾構(gòu)是利用了泥水的特性對(duì)開挖面起穩(wěn)定作用的，泥水同時(shí)具有下列三個(gè)作用。（1）泥水的壓力和開挖面水土壓力的平衡。（2）泥水作用到地層上后，形成一層不透水的泥膜，使泥水產(chǎn)生有效的壓力。（3）加壓泥水可滲透到地層的某一區(qū)域，使得該區(qū)域內(nèi)的開挖面穩(wěn)定。 就泥水的