浅谈地铁盾构法的施工技术

发布时间：2022-10-05 10:06 热度：

摘要：“盾构法施工”是一种机械化和自动化程度较高的隧道掘进施工方法，从20世纪60年代开始，西方发达国家大量将这种技术应用于城市地铁和大型城市排水隧道施工。我国近年来也开始在城市地铁隧道、越江越海隧道、取排水隧道施工中采用此项技术。

关键词：盾构法 地铁 技术 施工

引言

近年来，我国多个城市都在大规模地新建地铁，盾构法由于具备多种优势而被广泛运用于区间隧道施工，地铁隧道也越来越多地穿越城市中心区域，盾构施工场地因此越来越多地设在繁华的市中心。繁华地段或人口众多的老城区对施工场地必然有约束。在城市地铁盾构隧道施工中，由于受地面建筑物等条件限制，有时只能采用矿山法来开挖车站隧道，这使得盾构通过空间的高度和宽度都极为有限。

1地铁盾构施工原理

地铁盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时文撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

2地铁盾构机分类及组成

地铁盾构机根据其适用的土质及工作方式的不同主要分为压缩空气式、泥浆式，土压平衡式等不同类型。盾构机主要由开挖系统、推进系统排土系统管片拼装系统、油压、电气、控制系统、资态控制装置、导向系统、壁后注浆装置、后方台车、集中润滑装置、超前钻机及预注浆、铰接装置、通风装置、土碴改良装置及其他一些重要装置如盾壳、稳定翼、人闸等组成。典型土压平衡式盾构机为主机结构(盾体及刀盘结构)断面形状：圆形、用钢板成型制成，材料为：S335J2G3。主要由已下部分构成：刀盘、主轴承、前体、中体、推进油缸、铰接油缸、盾尾、管片安装机。主机外形尺寸：7565mm(L)X6250(前体)X6240(中体)X6230(盾尾)。

2.1压缩空气式盾构

1886 年Greatbhad 首次在盾构掘进隧道中引了这种工法,该工法利用压缩空气使整个盾构都防止地下水的侵入, 它可在游离水体下或地下水位下运作。其工作原理是利用用压缩空气来平衡水压和土压。传统的压缩空气式盾构要求在隧道工作面和止水隧道之间封闭一个相对较大的工作腔,大部分工人经常处于压缩空气下, 这会对掘进隧道和衬砌造成干扰,为了解决这些问题,又出现了用无压工作腔及全断面开挖的压缩空气式盾构和带有无压工作腔及部分断面开挖的压缩空气式盾构等。

2.2土压平衡式盾构

20 世纪70 年代日本就开发土压平衡式盾构,不用辅助的支撑介质,切割轮开挖出的材料可作为支撑介质。该法用旋转的刀盘开挖地层,挖下的渣料通过切割轮的开口被压入开挖腔,然后在开挖腔内与塑性土浆混合。推力由压力舱壁传递到土浆上。当开挖腔内的土浆不再被当地的土和水压固化时就达到平衡。如果土浆的支撑压增大超过了平衡,开挖腔的土浆和在工作面的地层将进一步固化。与泥浆式盾构相比优点在于:无分离设备在淤泥或粘土地层中使用,覆盖层浅时无贯穿浆化的支撑泥浆泄露的危险。

2.3泥浆式盾构

1912 年,Grauel 首次建造了泥浆式盾构。该法可以适用于各种松散地层,有无地下水均可,在稳定的地层中使用该法优点很多。使用该法隧道工作面由泥浆支护,泥浆液被注入隧道工作面前封闭的开挖腔,有压力的悬浮液进入地层,封闭地层并形成滤饼,滤饼上开挖腔中有压的悬浮液能平衡土压及水压。用作支护的液体同时又作为运输介质。由开挖工具开挖的地层在开挖腔中与支护液混合。然后悬浮液的混合物被泵送到地面,在地面的分离场中支护液从地层中分离出来。

3盾构法施工

盾构法施工是在闹市区和水底的软弱地层中修建地下工程较好的施工方法之一;近年来，盾构机械设备和施工工艺的不断发展，适应大范围的工程地质和水文地质条件的能力大为提高。各种断面形式和具有特殊功能的盾构机械相继出现，其应用在不断扩大，由于盾构法施工具有作业在地下进行，不影响地面交通，减少噪声和振动对附近居民的影响;施工费用受埋深的影响小，有较高的技术经济优越性;盾构推进、出土、拼装衬砌等方面主要工序循环进行，易于管理，施工人员较少;穿越江、河海时，不影响航运;施工不受风雨等气候条件影响等有利特点。这些优点将对城市地下空间利用的发展起到有力的技术支持作用。

3.1施工准备工作

3.1.1修建盾构始发井和到达井

如果地下铁道车站采用明挖法施工，则区间隧道的盾构拼装室常设在车站两端，成为车站结构的一部分，并与车站结构一起施工;但这部分结构不封顶覆土，留作盾构施工时的运输井。若到达的盾构在此不拆卸，而是调头，则拆卸室的平面尺寸将根据盾构调头的要求而定。

在盾构拼装室的端墙上应预留出盾构通过的开口，这些开口最初期挡土和防渗作用，一旦盾构安装调试结束，盾构刀盘挡住端墙，要求开口尽快拆除或打开。

3.1.2盾构拼装

在盾构拼装前，现在拼装室底部铺设52cm厚的混凝土垫层，其表面与盾构外表面相适应，在垫层内铺设钢轨，轨顶伸出垫层约5cm，可作为盾构推进时的导向轨，并能防止盾构旋转。

由于起重设备和运输条件的限制，通常盾构都拆卸成切口环、支承环、盾尾3节运到工地，然后用起重机逐一放进井下的垫层上。

在拼装好后的盾构后面，尚需设置由型钢拼成的、刚度很大的反力支架和传力管片。然后推出盾构需要开动的千斤顶数目和总推力进行反力支架的设计和传力管片的排列。

3.1.3 洞口地层加固

当盾构工作井周围地层为自稳能力差、透水性强的松散砂土或饱和含水黏土时，如不对其进行加固处理，则在凿出开口后，必将会有大量土体和地下水向工作井内塌陷，导致洞周围大面积地表下沉，危机地下管线和附近建筑物。

3.2 盾构的掘进

盾构掘进是必须根据围岩条件，适当的调整千斤顶的行程和推力，沿所定路线方向准确地进行掘进。掘进时应注意以下几个问题：

3.2.1正确的使用千斤顶所需台数和重要的位置，使之产生推力按设计的路线方向行走，并能进行必要的纠正;

3.2.2不应使开挖面的稳定受到损害。一般是在开挖后立即推进，或在开挖的同时进行推进。每次推进的距离可为一环衬砌的长度，也可为一环衬砌长度的几分之一，推进速度约为10~20mm/min。衬砌组装完成后，应立即进行开挖或推进，尽量缩短开挖面的暴露时间。

3.2.3不应使衬砌等后方结构受到损害。推进时应根据衬砌构件的强度，尽力发挥千斤顶的推力作用。为使每台千斤顶的推力大致过大，最好用全部千斤顶来产生所需推力。

3.2.4为使盾构能在计划路线上正确推进，预防偏移、偏转及俯仰现象的发生，盾构隧道施工前，应在地表进行中线及纵断面测量，以便建立施工所必须的基准点。施工时必须精密地把中心线和高程引入竖井中，以便进行施工中的管理测量，使组装的衬砌和盾构在隧道的计划位置上。

测量时应注意及早掌握盾构推进时与设计位置之间的偏差，随时进行监测，毫不迟疑地修正盾构推进方向，原则上2次/d左右。测量应考虑与其他工序的关系，力求简化和合理。

由于土层软弱或管片构造等原因，当盾构前倾时，推进时可在盾构前方的底部铺筑混凝土，活用化学注浆法加固地基，活在盾构前面的底部加设翘曲板等。

在需进行超前的土壤中，而且方向急剧变化时，可在超前开挖后再推进。当盾构的直径与长度之比较小时，盾构转向较难，故有时采用阻力板。在推进过程中土质发生急剧变化时会产生很大的蛇行，故在土质变化点必须特别注意。

在偏转情况下，可调节平衡板的角度，或在偏转方向的反侧加设压铁，或在盾构千斤顶和衬砌间插入垫块。如可以进行超前开挖时，在切口环外面加设与横向推进轴具有某一角度的支撑后再进行推进，使盾构承受回转力矩，从而达到修正偏移的目的。

4结语

面对人民生活水平的不断提高，交通的发展成为城市规划建设的重中之重。地铁这一轨道交通工具将显著地缓解城市交通压力，疏解广州主城中心区交通拥堵、改善居民的出行。盾构法技术也将应用于更多的城市建设之中。

参考文献

冯义，陈寿根.盾构区间过站技术研究[J].探矿工程，2010，(8).

杨海涛，朱广文.关于盾构机过站的技术研究[J].山西建筑，2010，(18).