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盾構技術簡介
2007-1-811:23:00
一：概述：
盾構是在軟巖和土體中進行隧道施工的專門機具，使用盾構機開挖隧道的方法就是盾構法。
用盾構修建地下隧道至今已有160多年的歷史，最早是法國的工藝師mareisambrardbrunel發明的。1834年建成第一條盾構法隧道。我國在五十年代就開始采用盾構法施工。至今也有四十多年的歷史。上海是在1963年施工了第一條盾構法隧道。
盾構法施工建設對地面干擾小、施工速度快、安全、機械化和自動化程度高，越江、湖、海，全方位作業。對城市建築密集、地下管線密集的地方應先選用盾構法（對環境影響小）。但是盾構掘進機回引起土體的變形走動、孔隙水壓力波動、過大的地面沉降和隆起，盾構在地下前進，方向控制不准，糾偏困難，超大直徑、超小直徑、矩行、球行等盾構少見，無法適應各類交通、上下水、熱力等市政工程的隧道建設需要，盾構法隧道襯砌和接縫滲漏水，隧道後期沉降過大。

二：盾構機組成
盾構掘進機一般由盾構殼、推進千斤頂、正面支撐機構、挖土及運輸組、襯砌拼裝機構、液壓系統、注漿系統和盾尾裝置組成。
盾構機的盾殼是鋼板焊接成殼體，在盾殼掩護下，進行土體開挖、襯砌拼裝等隧道施工的工序。盾殼可分為切口環、支承環和盾尾三部分。
a.切口部分。它位於盾構的最前端，施工時切入地層，掩護開挖作業。切口環前端設有刃口，以減少切入土時對地層的擾動。切口環的長度主要取決於支撐、開挖方法的挖土機具和操作人員回旋余地的大小。
b.支承環部分。支承環緊接於切口環後，位於盾構的中部，是一個剛性較好的圓形結構。地層土壓力、所有千斤頂的頂力以及切口、盾尾、襯砌拼裝時傳來的施工荷載均由支承環承擔。支承環的外沿布置盾構推進千斤頂。拼裝機用於拼裝管片襯砌，主要設備有舉重臂、真圓保護器等。
c.盾尾部分。盾尾一般由盾構的外殼鋼板延長構成，主要用於掩護隧道襯砌安裝工作。盾尾後端設有密封裝置，以防止水、土及注漿材料從盾尾與襯砌之間進入盾構內。
d.盾殼外徑與襯砌外徑間的建築空隙，在滿足盾構糾偏要求的前提下應盡量減少。

三：盾構施工工藝過程：1．盾構的組裝及拆卸
在盾構施工的始端和終端，要布置基坑或井，用以進行盾構的安裝及拆卸工作。若盾構推進的路線很長時，還應設置檢修工作井。這些井和基坑應盡量結合隧道規劃路線上的通風井、設備井、地鐵車站、排水泵房以及立體交叉、平行交叉、施工方法轉換處來設置。作為拼裝和拆卸室用的井，其建築尺寸應根據盾構裝、拆及施工要求來確定，其寬度一般比盾構直徑大1.6~~2.0m，一滿足安裝是的工作要求。
盾構起始和終端的工作井可以用沉井（箱）法施工，也可以用連續牆支護（樁排牆支護），根據工程地質和水文地質情況而定。在支護、內襯牆上留有盾構進出洞門。
2．盾構基座
盾構基座在井內用作安裝及穩妥地擱置盾構，更重要的是通過設在基座上的導軌使盾構在施工前獲得正確的導向。導軌需要根據隧道設計、施工要求定出平面及高程位置進行測量定位。基座可以采用現澆鋼筋混凝土或鋼結構，導軌一般布置在盾構下半部的90度范圍內，由二根或多根鋼軌組成。
3．盾構進出洞
在始發井內，盾構按設計高程及方向推出預留孔洞，進入正常土層的過程稱為盾構出洞。反之，盾構在地層中完成某一區間的隧道施工後，進入盾構接受井的過程稱為盾構進洞。盾構井出工作井涉及洞門預留塊的制作、四周土體、封門鑿除、盾構後座支撐下頂進、施工參數的調整。一般出洞察力50m後，盾構法隧道施工才進入正常。
a.封門形式
預留封門在盾構出洞前必須抵擋洞外土體側向壓力和水壓力，保證封門不斷裂倒塌，同時不產生大量地下水滲漏，即保持井內施工場地干燥，又保證洞周圍土體不出現大的沉降變形。盾構工作井封門主要有：現澆鋼筋混凝土封門及相應施工方法，鋼門封門，裝配式楔體封門方案。
b.洞周土體加固
通過注漿、深層粉噴樁或水泥攪拌樁井點降水疏干土體、凍接法等，可使洞周圍土體具有自立性、防水性（滲透系數k<10-9m/s）和一定的強度。加固土體厚度和尺寸要通過力學分析定。
c.盾構進洞
盾構進洞時需防止地下水和流砂等湧入接收井。當進洞區的土體為砂性土或有可能產生流砂的地層時，應按盾構進洞的要求對地層進行改良。
d.盾構後座
在盾構與井壁之間需要傳力設施，就是盾構後座。通常采用隧道襯砌管片拼裝或專用頂塊與頂撐做後座。使用管片做後座，要設計專用人行洞門，在井內要留出垂直運輸的開口，不能拼成整環。後座襯砌與後座井壁之間的空隙，一般采用澆注低標號混凝土來填平，使盾構推力均勻地傳給後座壁，而將來拆除後座也方便。當盾構向前掘進達到一定距離，盾構頂力可由隧道襯砌與地層間的摩擦力承擔時，後座即可拆除。
4．盾構開挖方法：
盾構開挖方法可分為：敞開式、機械切削式、網格式和擠壓式等。為了減少盾構施工對地層的擾動，可先借助千斤頂驅動盾構使其切口貫入土層，然後在切口內進行土體開挖與運輸。
a.敞開式開挖
手掘式及半機械式盾構均為半敞開式開挖，這種方法適於地地質條件較好，開挖面在掘進中能維持穩定或在有輔助措施是能維持穩定的情況，其開挖一般是從頂部開始逐層向下挖掘。若土層較差，還可借用千斤頂加撐板對開挖面進行臨時支撐。采用敞開式開挖，處理孤立障礙物、糾偏、超挖均為其它方式容易。為盡量減少對地層的擾動，要適當控制超挖量與暴露時間。
b.機械切削式開挖
指與盾構直徑相仿的全斷面旋轉切削刀盤開挖方式。根據地質條件的好壞，大刀盤可分為刀架間無封板及有封板兩種。刀架間無封板適用於土質較好的條件。大刀盤開挖方式，在彎道施工或糾偏是不如敞開式開挖便於超挖。此外，清除障礙物也不如敞開式開挖。使用大刀盤的盾構，機械構造復雜，消耗動力較大。目前國內外較先進的泥水加壓盾構、土壓平衡盾構，均采用這種開挖方式。
c.網格式開挖
采用網格式開挖，開挖面由網格梁與格板分成許多格子。開挖面的支撐作用是由土的粘聚力和網格厚度范圍內的阻力而產生的。當盾構推進是，土體就從格子裡擠出來。根據土的性質，調節網格的開孔面積。采用網格式開挖時，在所有千斤頂縮回後，會產生較大的盾構後退現象，導致地表沉降，因此，在施工務必采取有效措施，防止盾構後退。
d.擠壓式開挖
全擠壓式和局部擠壓式開挖，由於不出土或只部分出土，對地層有較大的擾動，在施工軸線時，應盡量避開地面建築物。局部擠壓時施工時，要精心控制出土量，以減少和控制地表變形。全擠壓式施工時，盾構把四周一定范圍內的土體擠密實。
5．隧道襯砌與拼裝
地層盾構施工的隧道襯砌，通常采用預制拼裝的形式，對於防護要求高的隧道，可采用整體澆注混凝土。
預制拼裝襯砌是由叫“管片”的多塊弧形預制構件拼裝而成。管片可采用鑄鐵、鑄鋼、鋼筋混凝土等材料制成的各種構件形式。
管片拼裝方法可分為通縫拼裝和錯縫拼裝。通縫拼裝，管片的縱縫環環對齊，拼裝較為方便，易定位，襯砌環施工應力小，但環面不平整的誤差容易積累。錯縫拼裝，襯砌圓環的縱縫在相鄰圓環環間錯開1/2~~1/3管片。管片的環縱縫是榫形連接，以利拼裝。錯縫拼裝的隧道比通縫拼裝的隧道整體性強，但由於環面不平整，會引起較大的施工應力，防水材料也會因壓密不夠而滲漏水。
管片拼裝方法可分為“先縱後環”和“先環後縱”兩種。先環後縱法是：拼裝前將所有的盾構千斤頂縮回，管片先拼裝成圓環，然後用千斤頂使拼好的圓環縱向靠隴。先環後縱法拼裝的環面較為平整，縱縫拼裝質量好，但對易產生後退現象的盾構不宜采用。先縱後環的拼裝方法就能防止盾構的後退，既拼裝某一管片時，就只縮回該管片的千斤頂，其它千斤頂則對稱地支撐或升壓。逐塊輪流縮回與伸出部分千斤頂，直至拼裝成環。在整個拼裝過程中，要控制盾構位置不變。管片拼裝常用舉重臂進行。按“自上而下，左右交叉，最後封頂成環”。
6：襯砌壁後壓漿
在盾尾和襯砌之間建築空隙及時壓漿充填，可以防止地表沉降，可以改善隧道襯砌的受力狀態，增強襯砌的防水能力。
壓漿有三種方法：
a.二次壓注：當盾構推進一環後，立即用風動壓注機通過管片的壓注孔，向襯砌壁後的建築空隙注入豆粒砂，以防止地層的塌方。繼續推進5~~8環後，再用壓漿泵將水泥類漿體灌入砂間空隙，使之固結。
b.一次壓注：既隨著盾尾的空隙的出現，立即壓注水泥砂漿，並保持一定的壓力。
c.三次壓注：同步壓漿填充盾尾的空隙，管片脫出盾尾時過程中快速壓漿。
根據施工經驗，壓漿數量同注入壓力及要求控制的地表沉降有關。一般為計算建築空隙體積的100%~~180%.壓漿要對稱於襯砌進行，盡量避免單點超壓注漿，以減少襯砌環的不均勻施工荷載。注漿壓力一般為0.5~1.0mpa.
四：盾構機的分類：
1：手掘式盾構，擠壓式盾構，半機械式盾構（局部氣壓、全局氣壓），機械式盾構（開胸式切削盾構，氣壓式盾構，泥水加壓盾構，土壓平衡盾構，混合型盾構，異型盾構）。
2：盾構機的選型原則：因地制宜，盡量提高機械化程度，減少對環境的影響。
盾構法隧道
shieldtunnelingmethod
采用盾構掘進機進行開挖，鋼筋混凝土管片作為襯砌支護的隧道暗挖施工法。
盾構技術基本概念i1j:盾構隧道施工法是指使用盾構機，一邊控制開挖面及
圍巖不發生坍塌失穩，一邊進行隧道掘進、出渣，並在機內拼裝管片形成襯砌、
實施壁後注漿，不擾動圍巖而修築隧道的方法。盾構機的所謂盾是指保持開挖面
穩定性的刀盤和壓力艙、支護圍巖的盾構鋼殼。所謂構是指構成隧道襯砌的管片
和壁後注漿體。由於盾構一般使用於以土為圍巖的隧道工程施工中，與巖石圍巖
不同，土體不具有自立穩定性，所以保持開挖面穩定的系統(盾)就非常重要。盾
構施工的主要原理就是盡可能在不擾動圍巖的前提下完成施工，從而最大限度地
減少對地面建築物及地基內埋設物的影響。
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