【文章內(nèi)容簡介】 半機械式盾構(gòu)的適用范圍基本上和手掘式一樣，其優(yōu)點除可減輕工人勞動強度外，其余均與手掘式相似。 (四 )、機械式盾構(gòu) 機械式盾構(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，用它來實現(xiàn)盾構(gòu)施工的全斷面切削開挖。 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，采用閉胸機械式盾構(gòu)比較合適。 現(xiàn)在介紹三種常用的機械式盾構(gòu)： 局部氣壓式盾構(gòu)（見圖 5－ 9） 這種盾構(gòu)系在開胸機械式盾構(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，就可不在氣壓條件下工作，這無疑有很大的優(yōu)越性。 圖 59 局部氣壓式盾構(gòu)示意圖 1－氣壓內(nèi)出土運輸系統(tǒng) 2－皮帶運輸機 3－排土抓斗 4－出土斗 5－運土車 6－運管片車輛 B style=39。color:white。backgroundcolor:00aa0039。7－管片 8－管片拼裝機 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。 泥水式盾構(gòu)和泥水加壓平衡盾構(gòu) (見圖 510) 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)過攪拌機攪拌，用雜質(zhì)泵將泥漿通過管道輸送到地面集中處理，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)備費用較大。這是它的主要缺點，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)濟上還是可行的。 圖 510 泥水加壓盾構(gòu)示意圖 土壓平衡式盾構(gòu) (見圖 511) 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 511 土壓平衡盾構(gòu)示意圖 1－刀盤用油馬達(dá)； 2－螺旋機； 3－螺旋機馬達(dá)； 4－皮帶運輸機 5－閘門千斤頂； 6－管片拼裝機； B style=39。color:white。backgroundcolor:00aa0039。7－刀盤支架； 8－隔壁； 9－排障進(jìn)入口 螺旋輸送機靠轉(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，也省略了泥水加壓盾構(gòu)投資較大的缺點，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 51 所列是各種盾構(gòu)選型的要點，同時，還要逐個研究以下項目： (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，一種較為實用的判別方法稱布諾姆氏試驗法 在松軟地層中，設(shè)盾構(gòu)工作面開有一個進(jìn)土門，地層的垂直力為γ .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σ a 與進(jìn)土門部位的覆土H、土體重度γ及地層的不排水抗剪強度 Cu 存在如下關(guān)系： σ a =γ .H － (68) Cu (5－ 20) 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： σ P=γ .H － (68) Cu (5－ 21) 式中的系數(shù) (68)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) σ 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γ .H、氣壓強度 P0 以及土體的不排水剪切強度 Cu 存在如下關(guān)系： γ H － P0 ≤ 6 Cu (5－ 22) 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 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)。 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)）。 管片生產(chǎn) 根據(jù)管 片設(shè)計圖紙及技術(shù)要求，設(shè)計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 熟悉施工圖紙和有關(guān)的設(shè)計資料 學(xué)習(xí)工程建設(shè)單位提供的工程圖紙設(shè)計和有關(guān)的地質(zhì)資料、施工驗收規(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)計人員的設(shè)計意圖、結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求，在開工前或分項工程實施前應(yīng)有設(shè)計單位進(jìn)行設(shè)計交底。 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)埋深與隧道的相互關(guān)系等情況，然后采取相應(yīng)的保護(hù)措施。 熟悉施工用機械的特點 熟悉盾構(gòu)機的主要施工參數(shù)及相應(yīng)的盾構(gòu)施工工法，掌握施工要領(lǐng)。 編制施工組織設(shè)計 編制施工組織設(shè)計是施工準(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，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、水平運輸?shù)姆绞郊八淼罃嗝娌贾茫? （ 6）盾構(gòu)推進(jìn)的方案、工藝流程； （ B style=39。color:white。backgroundcolor:00aa0039。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劃； （ 6）勞動力使用計劃； （ B style=39。color:white。backgroundcolor:00aa0039。7）施工進(jìn)度計劃。 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劃，組織貨源、運輸、倉儲、現(xiàn)場堆放及運輸，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)，并落實運輸、堆放，保證按時按量供應(yīng)。 施工機械的準(zhǔn)備，根據(jù)所采 用的施工方案、施工進(jìn)度，確定施工機械的類型、數(shù)量、進(jìn)場時間、運輸安裝方式、放置的位置等，編制施工機械的需要量計劃，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 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 ～ ，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。 盾構(gòu)基座 盾構(gòu)基座設(shè)置于工作井的底板上，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 60～ 90(，圖 5－ 12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 5－ 12 盾構(gòu)基座示意圖 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，還是垂直水平運輸?shù)霓D(zhuǎn)折點。所以后座不能正環(huán)，應(yīng)有開口以作垂直運輸通口，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。 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。 盾構(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)計中的平面布置，設(shè)計施工圍墻、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輸設(shè)備，以便進(jìn)行管片防水處理，并能安全迅速地運到工作面。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，以免電源發(fā)生故障而造成工程的安全事故； （ B style=39。color:white。backgroundcolor:00aa0039。7）充電間：負(fù)責(zé)井下電機車的蓄電池充電，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