南水北调盾构法施工-北京市市政四建设工程有限责任公司

范保庆

[摘 要]介绍了盾构施工法的优点和缺点，并详细阐述了各种盾构机的组成、施工范围和施工方法。

[关键词]盾构施工法；盾构机

中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）36-0076-01

盾构施工法快速发展和普及的主要背景：一是城市建设的急速发展对环境的破坏，交通的拥堵，占用人类正常生活的土地等问题突出，对此人们对地下空间的开发、利用的需求越来越大；二是在开发地下空间时，由于明挖工法造成对地上交通的影响以及施工时的噪声、振动、空气的污染等对环境的影响和带来的公害，人们要求更加环保的施工方法；三是由于开发研制了适应用各种地质条件的不同类型的盾构机。

1 盾构施工法的特点及其适用范围

1.1 优点

安全性。盾构施工法除竖井以外，几乎没有地面上的作业，不受地面交通、建筑物、河流等条件的影晌，可实现全天候施工。

环保公害小。施工中对地面的交通无影响，噪声、振动等的危害小，对周围环境干扰少。横穿河底或在掘进中与地下设施、障碍物及地上建筑物的地下基础等交叉时，并不妨碍盾构的机能，同时也完全不影响航道的通行和地面建筑物的正常使用。

经济性。隧道工程费用与覆盖土层的深浅无关，适合埋深、长大隧道施工。在确保掘进面安定的情况下，即使地质条件恶劣以及遇到地下设施等障碍，也比明挖工法经济性高。

效率高。盾构的推进、出土、拼装管片、衬背注浆以及推进中的监控等全部实现了机械化、自动化控制，劳动强度低，施工精度高，掘进速度快。

1.2 缺点

初期投资大，组装、解体、运输等费用高，刀具磨损、维修费用昂贵；盾构重复利用率较低，一般不能任意将在其他隧道施工用的盾构重复使用；当覆盖层较浅时，在盾构的推进过程中很难防止地表沉陷；在曲线地段施工时，盾构机因为是曲折推进，所以造成超挖，急转弯处的施工困难。

1.3 适用范围

盾构用于城市地下空间的地下铁路、上下水道、电力通讯、燃气热力等隧道建设。盾构机能够适用于各种复杂的工程地质和水文地质条件，盾构机既可以用来修建小断面的区间隧道，也可以用来修建大断面的地下铁路隧道。由于盾构工法对工程地质和水文地质条件的依赖`}生较高，因此为了保证盾构施工的安全、快速和经济性，应在施工前对隧道线路的规划、地质地形、周围环境等作好充分勘查。

2 盾构的分类

盾构可按、断面形状、开挖方式和有无隔墙进行分类。按盾构断面形状可分为圆形、矩形、马蹄形、半圆形、多圆形、椭圆形和球体形等。按开挖方式分类可分为人工挖掘式、半机械式和机械式。按隔墙有无可分为全敞开式、部分敞开式和密封式。

3 土压式盾构机

土压式盾构机包括使开挖面稳定的切削机构、搅拌切削土的混合搅拌机构、排出切削土的排土机构和给切削土一定压力的控制机构。其平衡机理是：把土料作为稳定开挖面的介质，随盾构机的推进其前端刀盘旋转掘削下来的土体送入土舱，当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土、水压基本相同，维持掘削面的土压平衡。

这种土压式盾构机由于切削土的泥土化方法不同分为土压式盾构机和泥土加压式盾构机。

土压式盾构机。土压式盾构机的切削刀盘在回转的过程中切削土砂，被切削的土砂充满开挖面与盾构隔墙间的泥土室内，盾构在推进的过程中用其推进力给予加压，使土压力作用于全部开挖面上，以使开挖面得到稳定，同时在切削的过程中用螺旋输送机排土。土压式盾构机的搅拌机构将切削的土砂搅拌成流动状态以便排土。这种盾构机适用于开挖含砂量小的塑性流动性软粘土。

泥土加压式盾构机。泥土加压式盾构机是在加入添加剂、膨润土、粘土以及发泡剂等使切削土塑性液化的同时，将用切削刀盘切削下来的土砂用搅拌机构搅拌成泥土状，使其充满开挖面与盾构隔墙之间的泥土室内，用盾构的推进力加压，将其泥土压作用于全部开挖面，使其开挖面稳定。采用螺旋输送机排土。这种型式的盾构机适用范围较广，适用于地下水压力高，细粒径少，流动性差的砂层、砂砾层等。

4 盾构机的搬人、组装及启动

4.1 盾构机的搬人、组装

竖井建成后，将由工字钢和钢轨等材料组成的始发台吊入竖井内，然后在地面上使用起重机或门式起重机将分解后的盾构机的各总成按一定的组装顺序吊起，放入竖井内的始发台上进行组装，组装后调整好始发的正确位置和向前掘进的正确姿势。

4.2 盾构机的启动

反力承受设备。反力承受设备包括承压墙、临时支护、临时组装管片等。承受反力的结构在承受反力作用时应具有一定的刚度，不能产生变形。

始发洞口及其施工。始发洞口的开口部，在考虑到土压、水压作用的情况下，开口部的直径应比盾构的直径大100-200mm。采用泥水式或土压式盾构机掘进时，始发口周围要浇注混凝土将洞口补强，并设置环形入口密封衬垫，以防止泥水压、泥土压、衬背灌浆等的倒流。

4.3 盾构机的推进

盾构机推进的基本注意事项：①正确、恰当地运用推进时所需要的盾构液压缸数量及位置。②奢推进中不破坏开挖面的稳定。③不损坏管片及后部结构。④按设计线路正确推进，防止盾构机发生上下摆动、左右晃动和转动现象。

5 掘进后隧道的支护

拼装。管片拼装前，特别是管片在搬运的过程中，对管片的自身以及管片的密封等部位须特别注意，防止损伤、破坏密封材料。管片按一定顺序由下自两侧向顶部拼装成环形，在顶部最后拼装的管片，无论是形状还是拼装方法都与其他管片不同。顶部管片形状多为楔形，拼装方法有按隧道横断面的径向方向插入和按隧道纵断面的轴向方向插入2種方式。

防水。隧道的一次衬砌是由拼装管片而成，由于管片拼装时的施工误差，盾构机推进时盾构液压缸反力不均匀等原因，会造成各管片之间的接触面产生缝隙，出现漏水现象。为了防止这些接触面的漏水，需要进行防水施工，这些防水措施包括在接触面实施充填密封材料、接头处的堵缝以及螺栓孔处的防水密封等。

6 盾构机到达终点

盾构机即将到达终点前，应使用光波测距仪、激光仪、回转罗盘等测量仪器测量盾构机是否与隧道设计线路相吻合。

盾构机在到达终点竖井时，挡土墙发生了变化，地层产生了松动现象，地表面容易产生下降。为了防止上述现象的发生，应对到达竖井周围的地基进行改良加固。当盾构机已接近竖井的档土墙时，将竖井侧壁的临时墙拆除，并建造到达洞口。

参考文献

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