浅析盾构法在下穿高速公路施工中的应用

浅析盾构法在下穿高速公路施工中的应用
随着我国经济的不断发展，对交通行业的需求越来越大，城市的道路和新建的公路都越来越多，这样不可避免会与既有公路形成交叉的情形。

而地面以上的公路和桥梁受到用地范围和城市总体规划等等因素的制约，这就促进了下穿高速公路箱涵顶进工程的快速发展。

在所有下穿高速公路施工方法中，盾构法运用的比较广泛，它有不中断行车、不限跨径、施工可靠、受地质条件影响小以及造价低等特点，本文主要介绍了盾构法的主要内容和施工技术，希望相关人士能够看到它所具有的推广价值。

标签：盾构法；下穿；高速公路；施工
1 盾构法施工方法介绍
盾构法既保留了传统顶涵的一些优良的施工方法流程，也做了一些改进，比如在对钢架桥顶进路基支护方面的改进，它将管刃切土改进成了平刃切土，主要采用钢构支撑架来保持公路的坡比，主要的策略就是“小步、快跑”，简单来说就是每次都保持较小的进尺量，大约是30-40厘米，顶进时间间隔大概是2-3小时，这样去施工能保证工程的安全性和实用性。

特别是在大跨度地道砼箱体顶进施工过程中，能可靠地减少对公路路基的扰动。

盾构法的五大组成部分是活动盾构座、掘进机构、钢构支撑架、控制机构和辅助机构。

采用该方法要注意的是，不仅要在第一节箱框前装配钢构支撑架作为混凝土箱框顶进时的路基的施工支护，而且要注意确保路基的坡比。

掘进机构安装在盾构机内，排成门字形组合，其门形组合的基本外轮廓大小与钢架桥基本一致，“门”形中靠后的土体在钢构支撑作用下形成掘进时的坡比，这个时候钢构支撑架和钢架就显得非常重要，它们共同承担周边的荷载、活载等其它一系列荷载。

在施工过程中，盾构机和所有掘进机都是一个独立体，在掘进机的使用过程中要相继错开推进，使原地道钢架桥掘进断面分解成很多个小断面掘进。

等到箱框推进的时候，只需要清除钢架桥底板前方部分坡比土体即可。

2 盾构设计
2.1 盾构设计相关原则和参数
盾构设计的原则是保障车辆在下穿高速公路中安全通行，能够支撑箱涵顶部的荷载、行车动载作用，掘进面路基土体的稳定性才能够得到保证。

盾构的设计参数有很多，比如说箱涵的结构尺寸、填土类型及密实度、路基填土高度、地基的承载力、动荷载等因素。

2.2 “盾构法”的作用原理
盾构法的主要原理就是网格化，把路基掘进面分成若干个小部分，其含义就是：在箱涵顶进时，掘进面与路基的支护可以由盾构体来充当，并设置多个墩柱，
主要用于分割开掘进面，与此同时，每个墩柱又分隔为多个层次的网格形状；盾构的上部的最前端设置若干个小盾构，它们之间是独立作业的，这样就实现了掘进面的整体开挖分割成单一开挖。

掘进面的开挖分成以下几步：
2.2.1 子盾构箱内土体开挖
盾构前段设置有若干个子盾构，这就将开挖面分成了若干等份。

液压系统控制着子盾构，每一个单独的子盾构错开推进，其刃脚插入土体中来承载上部带来的荷载。

盾构的主体部分随着第一节箱涵推进过程中，子盾构推出的部分由于被掘进面土体阻挡后就与盾构主体形成相对运动，当套回子盾构箱内时就完成了子盾构箱内土体开挖的一个工作循环。

2.2.2 墩柱内土体开挖
每一个墩柱被分为4层，并且每层都要用钢板来隔开，各自独立成一室。

每次向前开挖的距离是45厘米左右，正立面设置有1：0.2的坡度。

一旦路基快要发生坍塌情况，可以封闭这些独立箱室，可以避免造成更大面积的倒塌。

2.2.3 中心土开挖
对中心土采用机械开挖的方式，按照标准的1：0.5的坡线施工，在正常情况下，中心土滞后子盾构掘进面一定的距离，大约为5米。

如果施工现场的中心土稳定性较差，则可以把开挖坡度放缓一点。

“盾构法”施工的重要技术就是利用中心土作为架空支撑载体，这样有两个好处，一是承受上部荷载，二是平衡侧向土压力，大大减小箱涵顶进施工压力对侧向土体的破坏作用力。

2.2.4 顶进过程中的导向作用
在顶进过程中，盾构的墩柱底部设置有0.25%的仰坡，对通过的土体有了一个预压作用，盾构在前方走出一道弧线后，箱涵沿着这条轨迹前行，并在两节之间设置导向墩，这样就防止了之前所说的节间错台现象。

人工超挖的方向决定了盾构的走向。

当上托板的角度逐渐增大时，盾构在中心土的反作用力下被迫抬升；反之，盾构会降低。

剪力板安装在每个立柱的两侧，当中心土北侧超挖，南侧欠挖时，盾构向北偏转。

相对于箱涵的自身重力来说，盾构起到的引导作用毕竟还是有限的，所以要靠加强测量观测来控制，一旦发现箱涵有偏差时，就要及时调整盾构方向。

3 盾构法具体施工
3.1 施工工艺流程
盾构大致按照以下工艺流程来进行施工：箱涵的预制过程——试顶——箱涵的尺寸改进——搭设工作平台——盾构的基底处理——安装盾构的墩柱——安装盾构的主梁——安装子盾构箱——安装盾构外壳——安装盾构辅助系统——
土方人工开挖——机械开挖中心土——第一节箱涵与盾构顶进——第二节箱涵顶进。

3.2 施工要点
3.2.1 试顶
在起动过程中，由于盾构阻力的存在，为了确保滑板的无粘连，必须要在盾构安装前进行试顶工作。

3.2.2 箱涵几何尺寸修整
箱涵的前端面主要传递盾构的主推力，如果它不平整，这将导致受力不均衡，可能会导致盾构的严重变形，最终影响安全和顶推质量，所以要修整箱涵前端面变形较为严重的部分。

3.2.3 盾构的基底处理
在路基边坡下按箱涵轴线放出盾构墩柱滑板线这个过程一定要确认底板无粘连后才能进行，同时进行硬化处理，如果地基承载力达到150KPa以上时，硬化处理可以不做。

3.2.4 安装盾构内辅助系统
辅助系统一般指监控系统，作用是全程监控施工过程，及时发现可能出现的问题。

把两枚激光发射器各自安装在后座的两侧，光束要对准箱涵内壁上事先设置完成的轴线光靶，这样就可以全程监测顶进轴线的细小变化。

在施工范围内要在不同角度和位置安置带音频可视探头，连接到现场监控室，这样就对现场进行了全方位监控。

4 结束语
在下穿高速公路箱涵箱涵顶进施工中用到盾构法之后，经实际证明，给工程带来了很大的社会效益和经济利益。

但是任何技术都有自身的局限和缺点，此方法主要缺点是：第一，盾构的材料全部都是钢材经过现场切割焊接而成的，由于它自身有很大的重量，会导致在吊装过程中的变形；第二，在现场施工过程中容易产生误差，对相关工作技术人员的能力要求较高，若安装不当会造成工程的返工；第三，由于盾构结构是钢结构，重复利用率低，一次性投入较大，制作成本较高。

针对上面的缺陷，可以采用以下措施来改进：把现场制作盾构、焊接连接的方式改进为拼装连接半成品构件，在工厂集中制作需要的组装构件，同样的构件可以制作多种大小尺寸，以便适应不同的顶进结构。

总之，盾构法施工工艺在之前的公路交通中得到了很成功的应用，它具有不中断行车、不限跨径、施工可靠、受地质条件影响小以及造价低等特点。

它在城
市地下通道和管道项目建设中也有很广泛的运用，我们要在实践中不断完善盾构的制作工艺流程，不断的适应市场的众多需求，要大力研究其技术特点，开发新的、适应新情况的盾构技术肯定有利于我国高速公路的飞速发展，新技术所带来的效益是难以用金钱来衡量的。

参考文献
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[2]项瑞柱，史文华，吴晓琳.省道常付线漯河境改建工程箱涵下穿京珠高速公路顶力设计计算[J].河南科技，2006（10）.。