地铁盾构法施工工艺

浅谈地铁隧道盾构法施工工艺

论文摘要：针对近年来盾构法在我国地铁隧道施工中越来越广泛的现象，结合既有地铁隧道的施工经验，介绍盾构法施工地铁隧道的主要施工要点，主要就盾构法施工的前期准备工作，盾构的推进，盾构的衬砌以及辅助工法作出分析。

关键词：地铁隧道盾构法施工工艺

随着我国地铁事业的快速发展，越来越多的城市准备修建地铁以缓和当地拥挤的交通。所以地铁建造的效率已经是目前研究的重要问题之一，由于施工速度快，机械化程度高，盾构法在地铁隧道施工中已经越来越受到青睐。采用盾构法施工时，主要施工工艺有：施工准备盾构机掘进施工，盾构隧道的衬砌以及衬砌背后注浆等。下面就对地铁隧道盾构法施工的部分要点做出简单探讨。

1.盾构法的施工准备

1.1盾构拼装室和拆卸室的修建

盾构拼装室和拆卸室主要是进行盾构设备的组装和拆卸。在稳定岩层中，用一般方法施工，修建硐室，形状大小应根据盾构设备的形状大小设计，还要给人员的出入留下适当的空间。在不稳定地层中，由于土层的强度不够，通常采用沉井法施工，也可采用其他特殊方法

1.2盾构基座的安装

基座是盾构设备的重要组成部分，在井内底部需构筑盾构基座以便拼装及搁置盾构，同时通过基座上的导轨使盾构获得正确的导向。盾构基座必须有足够的强度和刚度来支撑体积庞大的盾构机，可采用钢筋混凝土或钢结构，其表面与盾构外壳相适应。

1.3管片的存储与搬运

1.3.1管片的存储

管片的存储应采取适当的防护措施，以免损坏、腐蚀和污损。尤其需要注意不要让管片产生有害的裂纹或永久性变形等。对于混凝土类管片，其重量大，而且容易损坏，需要选择适当的存储场地和存储方法，以免因其自重造成的存储场地不均匀下沉和垫木变形而产生破坏。另外，存储时还需要注意，不要让油类等异物污损管片。管片有防水条时，注意不要损坏该防水条。采用遇水膨胀性防水条时，在贴到管片上之前和之后，都要注意不要让雨水使其膨胀，可采用适当的措施。管片接头和管片环接头使用的螺栓螺母垫圈等附件必须分别打包，保管在固定的地方。

1.3.2管片的搬运

管片运输和搬运时，注意不要让其损坏。对于运输和搬运过程中被损坏的管片，应按技术负责人的指示处理。运输时，对贴在管片上的防水条和混凝土类的管片的棱线部分和拐角部分，应采取适当的防护措施，以防止损坏这些部分，造成损失。

1.4盾构的始发

盾构的始发是指在始发竖井内利用临时组装的管片、反力台架等设备，使台架上的盾构从井壁上的始发口处贯入地层，并沿着规定路线掘进的一系列作业。盾构的施法需要一个良好稳定的土层环境，在施法前一定要采取必要的措施来稳

定土层以保证盾构施法的顺利。具体有以下几种工法：

(1)化学加固法：采取加固措施使地层自稳，随后使盾构在地层中掘进的方法。注浆加固、高压喷射、冻结。

(2)开挖回填法：构筑一个中间有隔墙的长方形竖井，一半做盾构组装，掘进到另一半回填土体。回填土隔离支撑作用保证盾构安全始发。

(3)双重钢板桩法：拔除内层钢板桩盾构掘进，外层钢板桩的挡土作用，确保外层土体不坍塌。掘进到外层钢板桩前面，停机拔除外侧钢板桩，由于内外层钢板桩间的加固土体的自稳作用，维持盾构的继续掘进。

(4)切削临时墙法：用盾构刀具直接切削始发的方法。

始发设备主要有：

(1)始发台座：提供组装盾构的场地并支撑组装好的盾构。要求刚度和强度高。

(2)反力设备：由反力架和临时组装管片组成，用来支撑盾尾，提供盾构始发时所需要的顶进反力

(3)始发入口：为确保盾构掘进的轴线精度，在井内始发口修建一个一定宽度和厚度、内径略大于盾构外径的环形断面的筒状物，该筒状物和井壁连在一起即为始发导口。

(4)密封垫圈：填充在导口与盾构或导口与管片环间隙中的垫圈止水。

1.4盾构的到达

盾构的到达指盾构掘进到竖井的井壁处，从井内侧把井壁上的到达口挡土墙拆除，随后盾构进入井内台架上的一系列作业，到达工法与始发工法基本相同。这里不再探讨。

2.盾构推进开挖。

推进开挖是盾构的核心，它是利用千斤顶群的推力向前运动，运用机械破岩的原理在土体中进行开挖与掘进。盾构的推进应选择盾构千斤顶的个数与配置以保证做需要的推力，不破坏开挖面的稳定，不能损坏管片等后方结构物，要尽量防止横向偏差和转动偏差。

2.1敞开式开挖

敞开式开挖方法开挖面在切口保护下能维持稳定的自立状态，或在采取辅助措施后也能稳定自立。

其开挖方式从上到下逐层掘进。若土层地质较差，还可借助支撑进行开挖，每环要分数次开挖、推进。支撑所用千斤顶应为差压式，即在支撑力的作用下可自行缩回，以确保支撑的效果，又不破坏正面土体的结构。敞开掘进对正面障碍处理方便，并便于超挖，配合盾构操作，提高盾构的纠偏效果

敞开掘进对正面障碍处理方便，并便于超挖，配合盾构操作，提高盾构的纠偏效果。

2.2网格式开挖

盾构法施工收到土层性质的影响比较大，如果经过软弱的土层，盾构的效率和速度必定受到影响，还有可能造成盾构设备的损坏，造成重大的经济损失。为了再软弱粘性土层中也可以用盾构法施工，研究者们研究出了网格式开挖方法来适应软弱的底层，让盾构法应用更为广泛。

敞开式开挖的开挖面由网格梁与隔板组成许多格子，对开挖面土体起支撑作用。当盾构推进时克服了由土的粘聚力和网格厚度范围内的摩阻力组成的组合阻力，土体就从格子里呈条状挤进来，这样不但让土体顺利运出而且减小了工作面

的土压力。

敞开式开挖一般在网格后面配上提土转盘，把土提升到盾构中心筒体端头的斗内，输送机将土送到施工隧道的运输平板车土箱中，以完成盾构掘进这一工序。

2.3挤压式开挖

挤压开挖可分为全挤式和局部挤压两种。

由于挤压推进不出土或少出土，对地层扰动较大。故在隧道轴线设计时，必须避开地面建筑物，这就限制了这种施工方法的适用范围，一般常用于旷野郊区或滩涂处的排水工程，在挤压施工时，盾构在一定范围内将周围土体挤密实，使正面土体向四周运动，由于部自由度大，所以大部分土体被挤向地表面，造成盾构推进轴线上方地面土体拱起，也有部分土体挤向盾尾及下部。由于挤压推进对盾构所产生的正面阻力很大，在总体施工工艺设计时，如已决定用挤压法施工，则盾构推力计算应将挤压阻力计算在内。

2.4机械切削

目前机械切削常用的是以液压或电机为动力的、可以双向转动的切削刀盘。根据土质的好坏，刀盘可分为刀架间无封板的及有封板的两种，前者适用于土质条件好的地层中。这种掘进方法对正面的障碍排除及盾构超挖纠偏显得有些困难，特别是有封板的刀盘切削更是如此。使用刀盘切削的盾构，机械构造复杂，动力消耗大，但使用这种盾构是实现隧道施工机械化、减轻劳动强度的必然趋势。

3.盾构隧道衬砌施工与壁后注浆

3.1盾构隧道衬砌施工

盾构隧道衬砌采用管片拼装机进行衬砌的拼装工作，利用盾构设备的机械管片拼装手和真圆保持器进行拼装。管片的拼装可采用通缝拼装和错缝拼装两种方法。

（1）通缝拼装指的是隧道的每两个管片环相对应的链接缝相互连接，形成一条直线。通缝拼装的最大特点是管片刚度小，变形大，内力小。

（2）错缝拼装管片刚度大，变形小，内力大。由于管片环之间需要错缝拼装，所以对连接的要求比较高。

3.2壁后注浆

3.2.1注浆的目的

随着盾构的推进，在管片和土体之间会出现建筑空隙，为了填充这些空隙，就要进行衬砌壁后注浆。向衬砌壁后压浆是隧道施工的一道工序，以往常常被忽视。实际上在地面有密集建筑物的地区修建隧道时，它是一道非常重要的工序，并且一定要做好这道工序

在管片安装完成以后需要及时在管片后注浆，注浆的目的是充填盾尾和衬砌间建筑空隙，提高隧道周围土层的稳定性，改善隧道衬砌受力变形状态以及增强隧道衬砌防水效能。

3.2.3注浆方法

（1）一次压注：当地层条件较差，盾尾空隙一出现就会发生坍塌时，随着盾尾的出现，立即压注水泥砂浆，并保持一定压力。

（2）二次压注：盾构推进一环后，立即通过管片注浆孔向衬砌背后压注石英砂或卵石，防止地层坍塌。继续推进5～8环后，进行二次压注，注入以水泥为主要胶结材料的浆体，使之固结。

4.盾构隧道辅助施工技术