SMART隧道盾构法施工简介

SMART隧道施工简介
城市防洪规划是每一座城市的重要工程，因为这将可以确保城市居民的财产免受洪水的威胁。

所谓城市防洪规划，就是统筹安排各种预防和减轻洪水对城市造成灾害的工程，或非工程措施的专项规划，这是受
洪水威胁的城市（例如马来西亚首都吉隆坡）总体规划的组成部分，也是城市所在地区河流流域防洪规划的组成部分。

1 隧道简介
雨水管理及道路隧道（SMART隧道），E38，是马来西亚吉隆坡的雨水排水和道路结构，也是马来西亚的一项大型国家工程。

这条全长9.7公里（6.0英里）的隧道是东南亚最长的雨水排水隧道，也是亚洲第二长的雨水排水隧道。

图1 东吉隆坡地图与SMART隧道
马来西亚吉隆坡的SMART隧道为马来西亚首都的长远交通和雨水管理问题提供了一个独特的解决方案，该隧道是世界上第一条同类型的隧道。

两用隧道可以将流经市中心的两大河流的交汇处的洪水转移，而其中心部分为双层，相当于一个双层高速公路，以缓解进入市中心的南部之门处的交通堵塞。

图2 SMART隧道南行上层甲板
2 隧道运行方式
SMART隧道是一个以三种模式运行的系统。

第一种模式会在正常条件下，或降雨量非常低，以至于不需要分流到隧道时运行。

中度降雨会激活第二种模式。

在这种模式下，洪水被分流到高速公路隧道降低段的旁路隧道，该隧道依然通车。

在每年一两次的大暴雨时，会切换到第三种模式，这时隧道不通车，具有300万立
方米综合能力的全段隧道全部用来疏导急
剧增加的水流。

图3 SMART隧道的运营模式
遍布广泛的监控站将确保可以分配足够的时间，在最后一辆车离开隧道后才打开自动防水门。

高速公路封闭48小时并且隧道清空后，高速公路将再次通车。

图4 SMART隧道概念图
3 施工方法
基于沿线的地质条件，对明挖法、新奥法以及盾构法等几种常用隧道施工方法进行综合比选，为了减少施工风险以及施工对周边环境的扰动，最终推荐采用盾构施工的方案。

在盾构的类型（EPB或泥水平衡）比选方面，一方面泥水盾构较EPB能更好地适应复合地层，而且当时超大断面的泥水平衡盾构已有多个成功案例，而直径大于13m 的土压盾构工程还没有先例，因此最终选定2台泥水平衡盾构进行施工。

由于水力条件要求，隧道仰拱的标高不能变动，因此隧道掘进施工将不可避免地遭遇软硬并存的复合地层。

盾构法（香港称作钻挖式隧道，台湾称作潜盾隧道）是一种建造隧道的方法，这种方法适用在建造软土地层或含水量很高的地层掘进隧道。

盾构（shielding）是用于保护地层稳定的掘进机的防护结构，材质为混凝土、铸铁或钢制。

实际上盾构为掘进机提供了工作时的临时支撑。

图5 盾构施工四大步骤
盾构法施工流程包括盾构的始发和到达、盾构的掘进、衬砌、注浆等。

3.1 盾构的始发和到达
盾构法施工的隧道，在始发和到达时，需要有拼装和拆卸盾构用的竖井。

竖井的平面形状一般为矩形、圆形和其他特殊形状，主要由竖井深度、挡土支护等决定。

在竖井的端墙上应预留出盾构通过的封门。

目前常用的施工方法中，沉箱系列的有压气沉箱和开口沉箱法，挡土墙系列的有喷锚法、钢板桩法、SMW法和地下连续墙法。

根据土质条件竖井施工法有所不同，但深度小于15m的竖井，多采用锚喷法、钢板桩法和SMW施工法。

特别是要求低噪音、低振动的场合，不需要拆除时，采用锚喷施工法较多；深度超过20m的竖井，根据挡土墙的强度常采用护壁桩、地下连续墙或开口沉箱法等施工方法。

3.2 盾构机拼装
盾构机拼装前在拼装室底部铺设混凝
土垫层并埋设钢轨导向，防止盾构机旋转。

由于起重设备和运输条件限制，通常将盾构机拆成切口环、支承环和盾尾三部分运输，然后逐一放到垫层上。

切口环和支承环用螺栓连接成整体，并在螺旋连接面外圈加薄层电焊，盾尾与支承环之间采用对接焊连接。

拼接好的盾构后面设置由型钢拼成的反力支架和传力管片。

一般情况下，这种传力管片均不封闭成环，故两侧都要将其支撑住。

图6盾构隧道施工流程图
3.3 洞口加固
当盾构工作井周围地层条件不理想时，必须对其进行加固，否则在凿除封门后，土体和地下水会涌入井内，导致地表沉陷并危及周边建筑物的安全。

常用的加固方法有注浆、旋喷、深层搅拌、井点降水、冻结等。

加固好的土体应有一定的自立性、防水性和强度，一般以单轴无侧限抗压强度0.3~1.0MPa为宜。

3.4 盾构推进
根据地层围岩条件，通过调整千斤顶的行程和推力，保证盾构机沿设计方向准确推进，同时保证开挖工作面的稳定。

盾构推进时，必须随时掌握盾构的位置和方向，在适当的位置施加推力，通过曲线、变坡点来修正蛇形行为。

由于地层软弱或管片构造等原因，盾构前倾，推进时可在盾构前方的底部铺筑混凝土，或用化学注浆法加固地基，或在盾构前面的底部架设翘曲板。

当盾构的直径与长度比较小时，盾构转向困难，故有时采用阻力板。

当盾构出现偏转时，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，从而达到修正偏移的目的。

目前盾构机的主流发展方向由开挖面
开敞型向泥水式和土压式的开挖面密封型
转变。

盾构掘进管理的目的是保持隧道线形
和开挖面稳定的同时，尽早进行尾隙处理，
防止围岩松弛和下沉。

参数直径/m
D<1.0 1.0<D<3.0 3.0<D<5.0 5.0<D<8.0
B 1.0 1.0 1.5 2.0 H1 1.0 1.5 2.0 2.5 H2 1.0 1.0 1.0 1.0
表1土体加固最小尺寸
3.5 衬砌、注浆
盾构推进后将若干管片组成环状，完成一次衬砌施工。

二次衬砌在一次衬砌、防水、清扫等作业后进行，可用无筋或有筋混凝土浇筑。

在盾构推进的同时或滞后立即进行注浆，将衬砌背后的空隙全部充实，防止围岩松弛下沉，增加结构的整体性和抗震性，回填注浆是工程成败的关键因素之一。

注浆材料有水泥砂浆、加气砂浆、速凝砂浆、小砾石混凝土、纤维砂浆、可塑性装材料等，注浆压力取1.1～1.2倍的静止土压力。

4 SMART隧道盾构具体施工方法
SMART主体隧道采用盾构法掘进施工，隧道结构采用管片衬砌。

综合考虑隧道的泄洪能力以及公路隧道的布置需要，隧道内径设为11.83m。

管片设计除了要平衡衬砌厚度与含钢量间的关系外，还考虑管片的正常处置状态（如拼装、翻身等）的受力情况、在高强度石灰岩层中掘进时千斤顶反力集中对管片的作用以及在松软地层中管片的受扭不利工况等。

管片采用C50混凝土，厚度为500ｍｍ，含钢量为90kg/m3。

管片环宽为1.7m，1环包括9块管片，即6块标准块、２块临块和１块封顶块，每块标准块的质量为10.3t，1环的总质量为82t。

管片的环向和纵向均采用M25高强度螺栓连接。

根据隧道线路布置，最小转弯半径仅250m，管片最大楔形量为110mm。

管片不设直线环，直线环由左曲环和右曲环交替拼装而成。

中间3.0km路段，采用双层结构布置，由2道横隔板将隧道分成3部分空间，上部为向南的车道，中间空间为向北的车道。

底部的空间用于运营模式2和模式3情况下泄洪。

每层各提供3个车道，包括2个宽3.35的正常车道和1个应急车道。

受空间限制，隧道内只能通过高度不超过2.55m的小型车辆。

隧道内的设计限速为60km/h，实际显示的限速为50km/h。

图7 SMART内部结构布置
5 盾构法施工地表沉降防治
国内外实践经验表明，盾构法施工会扰动地层而引起地表沉降，且不可能完全消除。

地表沉降达到一定程度就会危及周围地下管线和建筑物的安全。

做好盾构掘进的施工
管理，即对盾构施工参数优化是防治地面沉降的基本措施：
1）保持开挖面的稳定性，开挖面的稳定性可用稳定系数N来描述。

当N=1~2时，地层损失率可控制在1%；当N=2~4时，地层损失率可控制在0.5%~11%；当N=4~6时，地层损失率较大。

2）及时、有效、足量地充填衬砌背后的间隙，必要时还可以通过在管片上的注浆孔进行二次注浆法加固，充填第一次注浆后留下的空隙。

3）严格控制盾构施工中的偏差量。

盾构施工偏差量大，不但影响地铁等交通的使用，还会导致地表沉降量偏大。

参考文献
[1]肖晓春. 吉隆坡SMART隧道工程设计
与施工[J]. 隧道建设, 2015, 35(001):46-
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[2]马祥华. 马来西亚泄洪暨公路隧道
(SMART隧道)设计与施工[J]. 地下工
程与隧道, 2003, 000(003):48-52.。