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