1B414037　公路隧道盾构施工

　　一、盾构法工作原理

　　盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地层中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

　　二、盾构机分类及适用范围

　　盾构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。它包括三部分：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。

　　盾构的三大要素：开挖面稳定、掘进及排渣、管片衬砌及壁后注浆。

　　纵构盾剖图

　　国内盾构施工常用的盾构形式：土压平衡盾构、泥水平衡盾构。

　　盾构整个施工过程：包含盾构始发、盾构掘进、掘进方向控制、壁后注浆、管片安装、盾构到达等6个主要施工工序。

　　通用机构一般由外壳、掘土机构、推进机构、挡土机构、管片组装机构、附属机构等组成。

　　外壳：

　　目的是保护掘削、排土、推进、做衬等所有作业设备、装置的安全，故整个外壳用钢板制作，并用环形梁加固支承。一台盾构机的外壳沿纵向从前到后分为前、中、后三段，通常又将这三段称为切口、支承、盾尾三部分。

　　推进机构：

　　盾构机的推进是靠设置在支承环内侧的盾构千斤顶的推力作用在管片上，进而通过管片产生的反推动力使盾构前进的。

　　挡土机构

　　挡土机构是为了防止掘削时，掘削面地层坍塌和变形，确保掘削面稳定而设置的机构。该机构因盾构种类的不同而不同。

　　对泥水盾构而言，挡土机构是泥水舱内的加压泥水和刀盘面板。对土压盾构而言，挡土机构是土舱内的掘削加压土和刀盘面板。

　　掘削机构：

　　对机械式盾构、封闭式(土压式、泥水式)盾构而言，掘削机构即掘削刀盘。

　　盾构机按开挖面是否封闭划分，可分为密闭式和敞开式两类;按平衡开挖面土压与水压的原理不同，密闭式盾构机又可分为土压式和泥水式两种;敞开式盾构机按开挖方式划分，可分为手掘式、半机械式和机械式三种。各类盾构机的适用范围如下：

　　(1)手掘式盾构

　　手掘式盾构是最原始的一类盾构，其构造简单，配备较少，造价低。盾构顶部有活动前檐以支护上部土体，挖土由人工从上往下进行，每隔2～3m设一作业平台，可适应各种复杂地层，开挖面可根据地质条件全部敞开，也可采用正面支撑，随开挖随支撑。施工人员可观察到地层变化情况，遇到桩、孤石等地下障碍物时，比较容易处理，容易进行盾构纠偏，也便于在曲线段施工。

　　(2)半机械式盾构

　　在手掘式盾构正面装上挖土机械和出土装置，即成为半机械式盾构。挖土装置有铲斗式、切削式和混合式三种形式。铲土式适用于黏土和砂砾混合层，切削式适用于硬黏土和硬砂土层，混合式适用于自立性较好的土层，如遇土质坚硬可安装软岩掘进机的切削头子，其适用范围基本上与手掘式盾构一样。

　　(3)机械式盾构

　　在手掘式盾构的切口环部分，安装与盾构直径大小相同的旋转大刀盘，对土体进行全断面开挖的盾构，称为机械式盾构。它适用于各类土层，尤其适用于极易坍塌的砂性土层中的长隧道，可连续掘进挖土。由刀盘切削产生的土经过刀盘上的预留槽口进入土舱，提升和流入漏斗后，再通过传送带运入出土车。这类盾构有作业环境好、省力、省时、省工、效率高、后续设备多、发生偏差时难纠偏、造价高等特点。

　　(4)土压平衡盾构

　　土压平衡盾构前端有一个全断面切削刀盘，盾构的中心或下部有长筒形螺旋运输机的进土口，其出土口在密封舱外。所谓土压平衡，就是用刀盘切削下来的土，如同压缩空气或泥水一样充满整个密封舱，并保持一定压力来平衡开挖面的土压力。

　　(5)泥水平衡盾构

　　泥水平衡盾构就是在机械式盾构大刀盘后面设置一道隔板，隔板与刀盘之间作为泥水室，在开挖面和泥水室中充满加压的泥水，通过加压作用，保证开挖面土体的稳定。盾构推进时开挖下来的土体进入泥水室，由搅拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用流体输送系统送出地面，把送出的浓泥水进行水土分离，然后把分离后的泥水再送入泥水室，不断循环使用，其全部工程均由中央控制台综合管理，可实现施工自动化。

　　其中土压平衡盾构和泥水平衡盾构应用较为广泛。

　　三、盾构施工

　　1.盾构机运输、组装和解体

　　2.盾构掘进

　　(1)盾构始发及试掘进阶段应符合的要求

　　①盾构始发前应验算盾构反力架及其支撑的刚度和强度，反力架应牢固支撑在始发井结构上;盾构反力架整体倾斜度应与盾构基座的安装坡度一致。

　　钢封门

　　③应拆除刀盘不能直接破除的洞门围护结构，拆除前始发工作井端头地基加固与止水效果应良好;拆除时，应将洞门围护结构分成多个小块，从上往下逐个依次拆除，拆除作业应迅速连续。

　　④洞门围护结构拆除后，盾构刀盘应及时靠紧开挖面。

　　⑤盾构始发时应在洞口安装密封装置;盾尾通过洞口后，应尽早稳定洞口。

　　盾构进洞前凿除封门(地下墙)

　　(2)盾构正常掘进阶段应符合的要求

　　①土压平衡盾构掘进，开挖土体应充满土仓，并应核算排土量和开挖量;泥水平衡盾构掘进，泥浆压力与开挖面水土压力、排土量与开挖量应保持平衡。掘进过程中，应采取防止螺旋输送机发生喷涌的措施。

　　3.盾构到达接收阶段应符合的要求

　　③隧道贯通前10环管片应设置管片纵向拉紧装置，贯通后应快速顶推并迅速拼装管片。同时应加强同步注浆和二次补充注浆，盾尾通过洞口后应及时密封管片环与洞门间隙。

　　3.管片制作与拼装

　　(1)管片制作应符合的要求

　　②管片应先进行试生产，并随机抽取3环管片进行水平拼装检验，合格后方可正式生产。

　　③管片原材料、钢筋加工、混凝土浇筑和养护应符合相关规范和设计要求。钢筋混凝土管片不得有内外贯通裂缝和宽度大于0.2mm的裂缝及混凝土剥落现象。

　　④混凝土管片应进行检漏抽检测试，每生产200环应进行水平拼装检验1次。

　　(2)管片拼装应符合的要求

　　②应严格控制盾构机千斤顶的压力和伸缩量，并保持盾构姿态稳定。

　　③根据拼装要求逐块拼装，并及时连结成环。

　　螺栓连接

　　无螺栓连接

　　⑤拼装管片时应防止管片及防水密封损坏。

　　⑥对已拼装成环的衬砌环应进行椭圆度检查。

　　4.壁后注浆

　　盾构机掘进应进行同步注浆作业，为提高背衬注浆层的防水性及密实度，还应在同步注浆结束后进行补充注浆，注浆材料性能应符合设计要求。

　　5.盾构施工运输