盾构法施工

盾构法施工摘要：盾构法隧道施工在地铁建设中应用最为广泛。

在实施盾构法隧道施工工作应熟悉和掌握施工质量监控重点,从而保证工程质量。

盾构法施工方法简介，施工机械，施工机械种类，机型选择，盾构隧道衬砌的基本类型；衬砌组成，类型，管片的链接构造。

盾构拼接，盾构机始发到达，盾构掘进及施工管理。

衬砌压注，一次衬砌，回填注浆。

衬砌防水，二次衬砌。

Ecl施工方法简介，施工方法及流程。

Ecl工法与盾构法比较。

盾构法施工地面沉降机理、预测和防治地表沉降的规律,地表沉降的监测与控制,地表沉降的监测, 地表沉降的控制,盾构穿越建筑物时的保护技术,建筑物保护技术, 隧道沿线新建建筑物的控制。

关键字：盾构施工，Ecl施工1.1 概述盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进，边防止开挖面土砂坍塌，边在机内安全的进行开挖作业和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法”。

按照这个定义，盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大部分组成。

初期的盾构法是用手掘式或机械开挖式盾构机，结合使用压气施工方法边保证开挖面稳定，边进行开挖，在地下水较丰富的地区，用注浆法进行止漏，而对软弱地层，则采用封闭式施工。

经过多年对盾构技术的研究开发和应用，已演变成现在非常盛行的泥水式和土压式两种盾构机。

这两种机型的最大优点是在开挖功能中考虑了稳定开挖面的措施，将盾构施工法中的三大要素的前两者联系融为一体，无需辅助施工措施，就能适应地质情况变化范围较广的地质条件。

盾构法施工的概貌如图1-1所示。

在隧道的一端建造竖井或基坑，将盾构安装就位盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的孔壁推进。

盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已经拼装好的衬砌管片上，再传到竖井或基坑的后靠壁上。

盾构机是这种施工方法中主要的施工机具。

地下铁道盾构法施工是在闹市区或水底的软弱地层中进行的，是修建地下铁道较好的施工方法之一。

近年来盾构机械设备和盾构法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(急转变盾构、扩大盾构法、地下对接盾构等)的相继出现，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，减少对附近居民的噪音和振动影响；施工费用不受埋深的影响，有较高的技术经济优越性；盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，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，将对地下铁道的施工技术的发展起到有力的推进作用。

盾构法施工开挖面稳定技术的历史，是从压气施工法的“气”演变到泥水式的“水”和土压式的“土”。

“开挖面稳定”和“盾构开挖”的技术已达到较完善的地步。

目前盾构一般指密封式泥水式和土压式盾构。

泥水加压式盾构因其具备用地面积小、适用土质广、残土容易处理等优点，在建筑物密集的市区，使用数量在逐渐增加。

最近，盾构技术的发展动向是：开发了超大断面的盾构机和MF盾构机以及DOT盾构机等多断面盾构机，加上在衬砌和开挖方面使用了ECL施工法的技术，采用管片自动组装装置的省力化，以及采用自动测量技术进行开挖控制，用计算机进行各种施工管理实现管理系统化等的开发研究。

对提高盾构施工的安全性、施工性、和经济性展示了更为广阔的应用前景。

1.2盾构机的种类盾构机是盾构法施工的主要施工机械，按开挖面与作业室之间的隔墙构造可分为全开敞式、半开敞式及密封式三种。

种类划分如下所示：手掘式全开敞式半机械式机械式半开敞式——挤压式泥水式密封式土压式土压式泥土加压式泥土加压式泥浆式(1) 全开敞式全开敞式盾构机是指没有隔墙和大部分开挖面敞露状态的盾构机。

根据开挖方式的不同，又分为手掘式、半机械化式及机械式三种。

这种盾构机适用于开挖面自稳性好的围岩。

在遇到开挖面不能自稳的地层时，需要结合使用压气施工方法等辅助施工方法，以防止开挖面坍塌。

(2) 半开敞式是指挤压式盾构机，这种盾构机的特点是在隔墙的某处设置可以调节开口面积的排土口。

(3) 密封式是指在机械开挖式盾构机内设置隔墙，将开挖土砂送入开挖面和隔墙间舶刀盘腔内，由泥水压力和土压提供足以使开挖面保持稳定的压力。

密封式盾构机又分成泥水式盾构机和土压式盾构机。

其中全开敞式盾构又可分为①手掘式盾构机如图1-2所示，手掘式盾构机的正面是开敞的，通常设置防止开挖顶面塌陷的活动前檐及上承千斤顶、工作面千斤顶及防止开挖面塌陷的挡土千斤顶。

开挖采用铁锹、镐、碎石机等开挖工具，人工进行。

图1-2 手掘式盾构构造这种盾构机适应的土质是自稳性强的洪积层压实的砂、砂砾，固结粉砂和粘土。

对于开挖面不能自稳的冲积压软弱砂层、粉砂和粘土，施工时必须采用稳定开挖面的辅助施工法，如气压施工法、改良地基、降低地下水位等措施。

目前手掘式盾构机一般用于开挖断面有障碍物、巨砾石等特殊场合，而且应用逐年减少。

②半机械式盾构机如图1-3所示，半机械式盾构机进行开挖及装运石碴都采用专用机械，配备 液压铲土机、臂式刀盘等挖掘机械和皮带运输机等出碴机械，或配备具有开挖与出碴双重功能的机械，以图省力。

图1-3 半机械式盾构构造 图1-4 机械式盾构构造 为防止开挖面顶面塌陷，盾构机内装备了活动前檐和半月形千斤顶。

由于安装了挖掘机，再设置工作面千斤顶等支挡设备是较困难的。

与手掘式盾构机一样，采用确保开挖面稳定的措施。

适应土质以洪积层的砂、砂砾、固结粉砂和粘土为主。

也可用于软弱冲积层，但须同时采用压气施工法，或采取降低地下水位、改良地基等辅助措施。

③ 机械式盾构机如图6-4所示，机械式盾构机前面装备有旋转式刀盘，增大了盾构机的挖掘能力，开挖的土砂通过旋转铲斗和排土可以连续进行，缩短了工期，减少了作业人员。

在开挖自稳性好的围岩时，机械式盾构机适应的土质与手掘式盾构机、半机械式盾构机一样，须采用辅助施工方法。

④ 密封式机械盾构机密封式机械盾构机的构成有刀盘、刀盘支乘和切削刀头。

分别介绍如下： a 刀盘形状面板形：是用面板防止开挖面过度塌陷，有利于开挖面稳定。

在面板上设有切口开闭装置，以便在开挖停止时关闭切口，防止切口引起开挖面塌陷；也可用来调节土砂排出量。

开挖粘性土时，由于土砂粘在面板表面，常妨碍刀盘旋转，而且会扰乱开挖面，故必须予以注意。

轮辐形：轮辐形以减轻切刀的实际负荷扭矩，增大排出开挖土砂的效果，将土腔内的土压有效传递给开挖面。

砾石破碎型：当岩石较硬时，一般采用砾石破碎型刀盘。

b 切削刀支承方式根据盾构直径的大小，切削刀支承方式有中心轴方式、中间支承方式和周边支承方式。

(a) 中心轴方式切削刀由中心轴支承，滑动部位的密封短，扭矩损失小。

由于构造简单、制造方便，这种方式常用于中小直径的盾构机，缺点是机内空间除去驱动部件所占用之外所剩狭窄，难以处理大砾石。

(b) 中间支承方式用多根横梁支承切削刀，常用于大中直径的盾构机。

用于小直径盾构机时，横梁间隔变窄，土砂难于流动，必须充分研究防止横梁附近粘性土附着的问题。

(c) 周边支承方式切削刀用框架支持，机内中心部位的空间变窄，对处理大砾石及障碍物有利；但是必须充分研究土室内土砂容易同时旋转的问题，特别应注意防止切削刀周边的土砂附着和固结的问题。

c 切削刀头刀头种类有T形刀头、屋顶形刀头、薄壳式刀头和圆盘式刀头；可根据土质选用。

T形刀头和屋顶形刀头主要用于砂、粉砂和粘性土等比较软弱的围岩，提高了耐磨性的薄壳式刀头和对付砾石的齿式刀头主要用于砾石层、岩层和风化花岗岩等硬质围岩。

⑤挤压式盾构机挤压式盾构机是在开挖面的稍后方设置隔墙，在隔墙上设有孔口面积可调的排土口。

盾构机正面贯入围岩向前推进，使贯入部位土砂流动，由孔口部位绞出，进行排土。

开挖面的稳定是靠调节孔口大小和排土阻力，使千斤顶推力和开挖面土压达到平衡来实现的。

这种盾构机适用于自稳性很差、流动性很大的软粘土和粉砂质围岩；而不适用于含砂率高的围岩和硬质地层，若液性指数过高，则流动性过大，也不能获得稳定的开挖面。

由于适用地质范围较窄，目前采用这种盾构机的工程较少。

⑥泥水式盾构机泥水式盾构机是在机械式盾构机的前部设置隔墙，装备刀盘面板、输送泥浆的送排泥管和推进盾构机的盾构千斤顶，在地面上还配有分离排出泥浆的泥浆处理设备。

开挖面的稳定是将泥浆送入泥水室内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜保持水压力；以对抗作用于开挖面的土压力和水压力。

开挖的土砂泥浆形式输送到地面，通过处理设备离析为土粒和泥水，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。

由于不能用目视直接检查开挖面围岩状态，所以采用一系列掘进管理系统进行集中管理。

一般泥浆处理设备设在地面，比其它施工方法需要更大的用地面积，这是这种盾构机在城市区应用的不利因素。

泥水式盾构机适用的地质范围很大，从软弱砂质土层到砂砾层都可以使用。

直到数年前，采用泥水式盾构机的工程比用土压式盾构机的多。

但由于难以确保竖井用地，近年来选用逐渐减少。

⑦土压式盾构机土压式盾构机。

是在机械式盾构机的前部设置隔墙，使土室内和排土用的螺旋输送机内充满开挖碴，依靠盾构机千斤顶的推力给土室内的开挖土砂加压，使土压作用于开挖面以使其稳定。

螺旋输送机有有轴螺纹式、无轴带式和有轴螺纹与无轴带式组合式三种，可根据地质条件选用。

一般选用有轴螺纹式。

无轴带式用于砾石层开挖，由于中心无轴，所以对挖除大砾石非常有利。

有轴螺纹式保持压力的效果较好，而无轴带式因其中心开口较大，保持压力效果不佳，故常在排土口设置滑动闸门等止水装置。

这类土压式盾构机又分为土压式盾构机和泥土加压式盾构机。

a 土压式盾构机土压式盾构机是将刀盘开挖的土砂充满土室，由盾构千斤顶的推进力加压，使土压作用于整个开挖面，以稳定开挖面，同时由螺旋输送机进行排土。

这种盾构机是在挤压式盾构机上安装刀盘进行开挖，同时使开挖的土砂流动，以便排土。

适用于仅仅可用切削刀开挖且含砂量小的塑性流动性软粘土。

b 泥土加压式盾构机泥土加压式盾构机装备有注入添加材料，促使开挖土砂塑性流动的机构和强力搅拌添加材料及开挖土砂的搅拌机构，通过盾构千斤顶的推进力对土室内搅拌后的土砂(泥土)加压，并使该泥土压力作用于整个开挖面，使开挖面获得稳定，同时用螺旋输送机排土。

添加材料有膨润土、CMC、粘土、高吸水树脂、发泡剂等，可根据土质选用。

这种盾构机适用范围较广，可用于冲积粘土、洪积粘土、砂质土、砂、沙砾、卵石等土层，以及这些土层的互层。

由于泥土加压式盾构机适用的土质范围广，竖井用地比较少，所以近年来得到广泛的应用。

这种盾构机又分成搅拌全部开挖土的泥土加压式盾构机和搅拌部分开挖土的泥浆加压盾构机。

(a) 泥土加压式盾构机在泥土加压式盾构机刀盘后部设置了强制搅拌整个土室的搅拌翼；在开挖土砂中添加膨润土、CMC，粘土或起泡材料等，将开挖土砂变成塑性流动性和防渗性的泥土，这种泥土充满土室和螺旋输送机内，通过盾构千斤顶的推力使泥土受压，使与开挖面土压和水压平衡，稳定开挖面。