盾构法隧道施工的进出洞技术讲课教案

盾构法隧道施工的进出洞技术

一、前言

采用盾构法建造隧道或各种地下管道，一般是在预先建造好的工作井内进行盾构的安装、调试和试运转，并将其准确地搁置在符合TRANBBS设计轴线的基座上，待所有施工准备工作就绪后，开始沿设计轴线向地层内掘进施工，当盾构将要到达终点时，应准确测定盾构的现状位置，并调整和控制其的姿态，使盾构正确无误地进入预先建造安装好的接收井内的基座上。

盾构的进出洞工序是盾构法建造隧道的关键工序，该工序施工技术的优劣将直接影响到建成后隧道或管道的轴线质量、进出洞口处环境保护的成效及工程施工的成败。

盾构的进出洞施工技术必须根据工程所处地层的土质、水文、环境条件和环境保护要求的等级而制定，如何科学、合理地运用各种不同的进出洞技术，使其符合各工程的特定工况条件要求，是一项值得研究、探讨的课题。

二、盾构进出洞施工的关键技术

1建立推进施工的良好后盾系统

后盾系统由后盾管片、支撑体系及后靠等组成，其不但要稳固牢靠，同时必须有一个准确的后座支承面和适应施工的垂直与水平运输的转折通道口。

2确保洞口处土体稳定

在盾构未靠上洞口处土体前，保护洞口附近地面和地下构筑物，使盾构顺利切入土体，并支护正面土体，从而进入正常施工状态。

3洞口建筑空隙的密封技术

洞口建筑空隙的密封问题，如不妥善解决，将会引起洞口渗漏，产生不可设想的后果，但目前对进洞施工时的洞口密封技术还不够完善。

三、盾构进出洞施工中易发生的事故

1洞门处土体涌入井内

洞口封门拆除后，井外土体不能自立，井内洞圈的密封装置还不能阻挡洞外的土体，所以洞口外土体随之进入井内，造成地面沉陷，影响附近地下管线和地面建筑物的安全使用，如情况严重，则造成井下无法施工。

2洞口周圈涌泥水

由于在出洞施工时损坏了洞口密封装置，盾构出洞后没有及时做好洞口防渗漏处理，故在盾构未全部通过工作井洞圈或已经脱出洞圈时，井外泥水不断从洞圈与盾构或隧道之间的间隙涌入井内。如不及时处理，将导致地面沉陷和洞口处已建造好的隧道产生过量沉降。

3盾构出工作井洞口时上抬或下沉

盾构出工作井洞口后，就失去了基座的支撑，若在施工中对正面平衡压力值的设定和控制不当，则极易产生盾构的上抬或下沉，这将使刚建成的隧道偏离设计轴线，甚至无法正常施工。

进土部位和进土量控制不当，易使盾构上抬，于是地面也随之隆起；正面土体流失过量，超量出土，易使盾构产生下沉。

4管片产生碎裂、环面不平、内外张角严重、纵缝喇叭大、环向旋转等不良现象。四、盾构进出洞施工技术

1稳定正面土体

要确保洞口暴露后正面土体的稳定，必须对洞口状况进行调查，然后采取有效的技术措施，使洞口处的土体不流失、不坍塌。

(1)洞口状况调查

①工作井的构造

工作井一般用沉井法施工，但在建筑密集地区或大型结构的工作井是采用地下连续墙、钻孔灌注桩、SMW工法建造的，由于围护结构的不同，洞口的封门形式也不同。

用沉井法施工，在制作沉井时已预留了洞口(下沉前必须将洞口封闭)，由于洞口的封闭方法与盾构进出洞口是否方便、安全、可靠关系极大，因此一般情况尽可能利用井壁厚度设置防塌方、止泥、止水密封装置，封门形式可按实际工况条件(工程埋深、洞口处土层的土质性能、水文条件等)综合考虑选定，但还必须兼顾到拆封门的方便。

②水文地质状况

了解工程洞口处所处的土质性能、地下水位的深浅，采取适当的、最合理、最经济的技术措施。

③隧道埋深和洞口直径

隧道埋深和洞口直径与洞口处土体稳定密切关联，所采用的相应措施随条件不同而不同。

④工作井洞口附近地面环境

地面环境要求的保护等级是洞口土体进行加固的依据。

⑤工作井洞口井壁的平面现状

工作井洞口井壁平面现状是曲线型还是平直线以及井壁厚度、洞圈构造等对进出洞施工技术的选定有一定关系。

⑥施工设备的性能

隧道施工所用的盾构机型是进出洞方法选定的关键因素。

(2)对洞门外土体进行加固或稳定处理

采用土体稳定措施后，洞门外土体能稳定自立相当长一段时间，可大胆拆除封门，盾构即可进出洞，但在施工时必须对加固处理后的土体实际性能作检测，确认其达到施工所规定的要求，方可拆洞口封门。当前常用的土体稳定技术有降水、地基加固、冻结法等。

①降水

降水可有效地疏干砂性土中的地下水，提高该层土的密实度，但不能大幅度提高土体的强度。如洞口敞开面积大、埋深深、敞开时间长，仍会有土体失稳坍塌的问题存在，此时降水仅能作为辅助措施；再则降水效果还受到降水深度、土质条件、周围环境条件等的限制，所以只能在许可条件下使用。

②地基加固

地基加固可采用深层搅拌、压密注浆、化学注浆等方法，目的是将洞口处一定范围内土体预先固结起来，达到进出洞时所需的强度，能使洞口封门拆除后洞口处暴露的土体自立。但地基加固后的土体强度均匀性差，特别是在软土地层中尤为突出，所以必须加强检测，使加固土体的强度及其均匀性、加固范围等，均符合加固设计的标准。

在作加固设计时要考虑到工程所用盾构的性能，如网格盾构是挤压性的正面无切削设备，则就不宜采用加固技术；对于全断面切削刀盘，要考虑加固土体的强度以及出渣输送的可能性。

③冻结法

使土体中水分冻结，整个冻结范围内土体暂时形成有相当强度的冻结固体，在这种冻结固体支护下，拆除洞口封门，待掘进设备进入洞门圈内、洞口密封装置安装完毕、洞口施工时的密封性能建立后再解冻，进入正常进出洞施工。

这种技术在煤矿建井施工中已广泛应用，国外用于隧道施工已有许多实例，我国在隧道施工中亦已开始应用。

(3)在井内或洞门口采取的措施

①外封门形式

当工作井采用沉井法施工时，洞口封门一般采用钢板柱(常用槽钢组合)，一种方法是在沉井下沉施工时，将封门安装在洞口(封门板桩与沉井洞口的固定连接均设于井内的洞圈内，出洞施工时要能方便拆除)，然后与沉井一起下沉到位，封门安置要牢固，不应在沉井下沉施工时遭到破坏；另一种方法是待沉井下沉到位后再紧贴井外壁打入封门板桩，但沉井在沉井下沉施工时须将预留洞口临时封闭，待洞门板桩打入后再拆除。

盾构出洞时先进入井壁洞圈内，安装好推进施工时的洞口密封装置(图1)，然后拔除封门板桩进入推进施工。

外封门形式一般用于出洞施工，因其受到钢板桩长度、构造及拔桩等影响，当洞口埋深较深时不宜采用。

②内封门形式

盾构进洞的封门一般采用内封门形式。封门可用型钢组合(有竖封门及横封门两种形式)，固定在井内壁洞口处(在沉井下沉施工时，洞圈内用粘土填封密实)，当盾构最前端离封门50mm时停止推进施工，拆除封门，尽快将盾构推入井内的接收基座上，并及时封堵管片与洞圈之间的空隙，防止泥水从间隙处渗漏。

当洞口埋深较深、洞口处土质较好，自立性能强或洞口土体进行了加固处理，则内封门形式也可用于出洞施工，但洞圈内必须用粘土夯填密实，使洞圈内土体起到一个土塞作用，用以平衡井外土体的侧向压力。

③特殊封门(井内外封门)