手掘式盾构施工法.docx

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手掘式盾构施工法

1、据说盾构法的设想是人们看到船蛆在木材上蛆孔，再用分泌物涂在孔的四周而想到的。

约在150年前，生于法国的布鲁诺尔，最早使用盾构法，1918年他在英国取得该施工法的专利，1823年布鲁诺尔用他自己的想法制成盾构，并施工了泰晤士河的水底隧道。

这条道路隧道的断面相当大（11.3*6.7），施工中遇到了坍方和水淹，加上隧道的损坏，当时处于难于进展的状态，从计划计划制定后花了18年才搞通。

他用的盾构有很多类似点，在盾构中间分成能互相独立推进的构格这一复杂的结构，和现在的盾构又有所不同。

当时的“盾构”型式是：

什构中心装有旋转轴，在旋转轴上设置了用支架固定的刀盘，由刀盘的旋转开挖土层，此后英国美国和苏联对机械式盾构作了很多改进。

近年来日本开发了具有不同特点的盾构有：

1、泥水加压盾构

2、土压平衡盾构（A、削土加压式盾构B、加水式盾构C、加泥式盾构）

3、局部气压盾构

4、铰接盾构

下面为最遑研究的盾构施工技术

1、暗挖法车站施工法（1、插入梁法2、半盾构法3、管棚法）

2、先导盾构法（1、先导盾构降低地下水位法2、先导盾构化学注浆法）

3、建筑物防护法（1、托换基础法2、承压板临时支撑法）

4、自动化小断面盾构法

5、盾构隧道地下对接法

盾构法的特点：

1、除竖井外几乎无地面作业。

噪音、振动引起的公害小，对交通影响也小。

2、隧道的施工费用不受覆土量多少影响，适宜于建造覆土较深的隧道。

3、开挖、拼装管片、推进等作业能反复进行，施工管理较容易。

4、当隧道穿过河底或其它建筑物时，不影响施工。

5、只设法使盾构的开挖面稳定，则隧道越深，地基越差，土中影响施工的埋设物等越多，与明挖法相比，经济上，施工进度上越有利。

缺点：

1、当覆土极浅时，开挖面稳定甚为困难，甚至不能施工。

要确保一定的覆土。

2、竖井中长期有噪声和振动，要有解决的措施。

3、在曲率半径较小的曲线段施工时，施工比较困难。

4、用气压施工时，周围有发生“缺氧”和枯井的危险，必须提出解决的办法。

5、不能完全防止以盾构正上方为中心的地表沉降。

调查和基本计划

施工沿线调查

盾构工程中进行调查是为了作出适当的规划，设计、施工、选定隧道的平面及纵断面线形、竖井位置、盾构机种及辅助的施工法等。

调查内容包括：

施工位置选择、影响施工的障碍物、地形和地质等。

施工位置选择条件调查包括：

隧道通过地区和周围的情况（住宅、学校、医院等），路面交通情况，土地利用率及河流、湖泊等情况。

在调查基础上，研究确定竖井位置、竖井周围防噪声和振动的办法、保护环境的措施等。

障碍物调查

影响施工的障碍物调查，包括地面和地下的建筑物，沿线的建筑、地下埋设物、井和枯井等内容。

对建筑物，要调查其规模，结构、基础、利用率等，这是盾构通过时按影响程度研究防护办法的原始资料。

对埋设物，要调查其种类、规模、埋置深度等，这是决定是否要移位、撤除等的原始资料。

调查井和枯井的目的，是为了防止在气压施工时压缩空气和缺氧的空气喷出。

地形和地质调查

地形和地质调查一般分为搜集整理现有资料，实地踏勘和钻孔、作标准贯入试验等，如下表所列，

调查的类别

初步调查

调查

资料调查

实地踏勘

基本调查

详细调查

调查的目的

1、地形、地质、地质构造的概要

2、地质预测、资料调查

地质纵剖面图详细调查的燃料

详细设计决定施工方法

方法

必集原有资料

现场踏勘

钻探勘探

土质、各种钻探、测定试验

调查项目

地形图

地质图

地层图

调查观测记录

地质调查记录

原有建筑物的工程记录

井、地下水、地基下沉

1、地形、地质的观测

2、地下水

3、地形的变化

标准贯入试验采集土样地下水位调查

土的物理、力学试验孔隙水压测定

水质调查

有害气体、缺氧空气调查

土体变形模量测定抽水试验

透气试验

地形调查一般以城市地面图为基础进行调查。

地质调查一般以50~100M为间距进行钻孔，测得构成地层的土的性质，N值、地下水位、孔隙水压。

含水砂层、自立性不良的砂层、松散的砂砾层，软弱的淤泥层是须特别加以注意的地层。

含水砂层和自立性不良的砂层，除须作土的物理力学试验外，还须作抽水试验和透水试验。

此外，还希望作进一步试验以掌握泥水、泥浆或高浓度泥浆在地层中的渗透情况。

在软弱的淤泥层施工时，选择盾构机种要用到地质调查的结果，因此对土的性质及数值须作仔细的调查。

如用气压法施工，因氧化作用使空气呈缺氧状态中，要防止缺氧空气从邻近的井或地下室喷出。

因此必须进行缺氧情况调查，调查范围一般为周围1000M。

基本计划

盾构隧道的平面线形和纵断线形，起始竖井、到达竖井、中间竖井等的选定，各企业都根据自己的标准，自行掌握。

一般而言，规程上地铁隧道平面线形的曲率半径须在160M以上，纵向坡度最大可为35/1000，最小为2/1000；用盾构法施工时，考虑到盾构施工精度和隧道完成后列车的运营，应把平面线形的最小曲率半径定为盾构外径的40倍，因此，外径10M的复线盾构施工最小曲率半径为400M，外径7M单盾构最小曲率半径为300M。

隧道作下水道时，除考虑到自然落水纵向坡度应满足最小在1/1000到5/1000外，无特殊规定。

由于平面线形要尽可能利用道路下的空间，施工曲率小的弯道部分很多。

上下水道盾构施工的最小曲线半径为盾构外径的20~35倍，即5M级盾构施工的最小曲线半径为100M，4M级盾构的R为80M。

如果曲北半径更小，盾构施工必须有适当的保护措施。

衬砌

其构造：

盾构法隧道的衬砌应具有支承土压的能力和易于操作的绘声绘色形式。

因此，一般而言，结构由二层构成，第一层是推进时在盾尾内进行拼装的一次衬砌，第二层是在其内侧浇捣的二次衬砌。

一次衬砌在施工中起到支撑和承受盾构推力的作用，成环后成为永久性的结构。

一次衬砌一般采用的是施工迅速、安装容易的管片结构。

二次衬砌能常是用来加强管片防水，防锈的能力，并且起到内部装修的作用，在地铁中还用来提高结构的刚度以此作为防振措施，因此均采用现浇砼。

但是根据以往的施工经验和随着有效接头防水材料的诞生，也有省略二次衬砌的，这样还可以缩小二次衬砌部分的开挖断面积而降低造价。

衬砌的分类：

1、钢筋砼管片（RC管片）

钢筋砼管片型式中，有箱型管片（或称中子型）和平板型管片。

箱型管片常用于大直径的隧道。

目前，日本的东京和大阪主要都采用这种型式。

在等量材料的条件下，与平板型管片相比，箱型管片能做到抗弯刚度大，管片之间便于连接。

因而，要有效地降低造价。

当然，当管片的背板厚度较薄、腔格偏大时，在盾构千斤顶作用下砼将会发生剥落，压碎等情况。

平板型管片也是日本目前常用的一种管片形式，它大多用于中小直径的隧道，在相等厚度条件下，其抗弯刚度及强度均大于箱型管片，有时，在大直径隧道内也采用该型式的管片，但主要用于地面荷载大，或者穿越地面建筑群时的隧道区段，用来抵搞较大的外荷载。

当管片的接头采用钢盒子型式时，其连接件费用较高，在地铁工程中并非能大量推广应用。

2、复合管片

复合管片常用于普通隧道的特殊区体段，如隧道与工作井的交界处，旁通道连接处，以及有特殊需要的区段等，有时也用于高水压条件下输水隧道等。

它的构成型式是：

外周内弧面或外孤面采用钢板焊接，在钢壳内部用钢筋砼浇灌而成，形成由钢板和钢筋砼复合而成的管片。

它的优点是：

强度大于RC管片，抗渗性能好，与铸铁管片相比，它具有上马快，抗压性，韧性高等优点。

但是，其耐腐蚀性差，造价也较高，无特殊要求时，不宜大量采用。

3、铸铁管片

铸铁管片有灰口铸铁管片和球墨铸铁管片二种。

现在采用的是以镁作为球化剂的球墨铸铁管片。

球墨铸铁管片重量轻、耐腐蚀性好、材质均匀、强度高、机械加工后的精度也高、接头刚度大、拼装准确，因此防水效果也好。

但是造价非常高，因此只限于用在建筑物下面需要高强度管片的部位或盾构法施工的车站、通风口、泵站等位置。

4、楔形管片

楔形环如图3。

1所示，它有最大宽度和最小宽度，用于隧道转弯和纠偏。

用于隧道转弯的楔形管片由管片的外径和相应的施工曲线半径而定，现假定标准管处的宽度为900MM。

外径为5M，当曲率半径R=250M时，楔形管片的最大宽度与标准宽度相同，为900MM。

曲率半径R=150M时，楔形管片的最大宽度应减到750MM，曲率半径R=100M以下时，楔形管片的最大宽度应缩到450MM，这样才容易保证施工要求。

纠偏用楔形管片的最大宽度，一般取与标准宽度相同，纠偏用的楔形环数量的大致标准是：

盾构法施工的隧道圆环总数，与转弯用的楔形管片环数之差的5~10%。

楔形环的楔形量、楔形角由标准管片的宽度，管片的外径、施工曲线的半径等而定。

5、压注砼衬砌是近年来开发的一种新型衬砌的型式，目前已有好几个成功的实例，其特点是：

一次衬砌、壁后注浆、施工一交完成。

在盾构后部，刚浇捣而未硬化的砼处在高压作用下，作为盾构推进的后座，盾构在推进进程中，不产生建筑空隙。

空隙由注入的砼直接填充，因此地表沉降就很小。

盾构推进，浇砼等过程。

管片设计

1、隧道直径

盾构法隧道的断面取决于各种使用条件，例如：

市政共用隧道（共同沟），除需考虑各种管道的辅设外，还要考虑检修道等。

隧道直接作下水道时，必须考虑水的流量，抗腐蚀内衬、断面的充余量。

电力通迅隧道，需考虑铺设电缆的数量、检修道、排水道及通风方式等。

动力、通讯电缆隧道的断面。

当直径较小时还要考虑施工情况，以上情况均还要考虑盾构推进进的施工误差，一般为50~100MM。

地铁隧道的断面是由建筑限界及各种设施所需的空间所决定的。

地铁隧道内的设施有：

1、轨道和排水沟；

2、高压电缆；

3、信号、通讯设备、照明；

4、避难和维修保养用通道。