手掘式盾構(gòu)施工法

1、手掘式盾構(gòu)施工法1、據(jù)說盾構(gòu)法的設(shè)想是人們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。約在150年前，生于法國的布魯諾爾，最早使用盾構(gòu)法，1918年他在英國取得該施工法的專利，1823年布魯諾爾用他自己的想法制成 盾構(gòu)，并施工了泰晤士河的水底隧道。這條道路隧道的斷面相當大（11.3*6.7）,施工中遇到了坍方和水淹，加上隧道的損壞，當時處于 難于進展的狀態(tài)，從計劃計劃制定后花了18年才搞通。他用的盾構(gòu)有很多類似點，在盾構(gòu)中間分成能互相獨立推進的構(gòu)格這一復雜的結(jié) 構(gòu)，和現(xiàn)在的盾構(gòu)又有所不同。當時的“盾構(gòu)”型式是：什構(gòu)中心裝有旋轉(zhuǎn)軸，在旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置了用 支架固定的刀盤，由刀盤的旋轉(zhuǎn)開挖土

2、層，此后英國美國和蘇聯(lián)對機 械式盾構(gòu)作了很多改進。近年來日本開發(fā)了具有不同特點的盾構(gòu)有：1、泥水加壓盾構(gòu)2、土壓平衡盾構(gòu)（A、削土加壓式盾構(gòu) B、加水式盾構(gòu)C、加泥式 盾構(gòu)）3、局部氣壓盾構(gòu)4、鉸接盾構(gòu)下面為最遑研究的盾構(gòu)施工技術(shù)1、暗挖法車站施工法（1、插入梁法2、半盾構(gòu)法3、管棚法）2、先導盾構(gòu)法（1、先導盾構(gòu)降低地下水位法2、先導盾構(gòu)化學注漿 法）3、建筑物防護法（1、托換基礎(chǔ)法2、承壓板臨時支撐法）4、自動化小斷面盾構(gòu)法5、盾構(gòu)隧道地下對接法盾構(gòu)法的特點：1、除豎井外幾乎無地面作業(yè)。噪音、振動引起的公害小， 對交通影響也小。2、隧道的施工費用不受覆土量多少影響，適宜于建造覆土 較深的隧

3、道。3、開挖、拼裝管片、推進等作業(yè)能反復進行，施工管理較 容易。4、當隧道穿過河底或其它建筑物時，不影響施工。5、只設(shè)法使盾構(gòu)的開挖面穩(wěn)定，則隧道越深，地基越差， 土中影響施工的埋設(shè)物等越多，與明挖法相比，經(jīng)濟上，施 工進度上越有利。缺點:1、當覆土極淺時，開挖面穩(wěn)定甚為困難，甚至不能 施工。要確保一定的覆土。2、豎井中長期有噪聲和振動，要有解決的措施。3、在曲率半徑較小的曲線段施工時，施工比較困難。4、用氣壓施工時，周圍有發(fā)生“缺氧”和枯井的危險，必 須提出解決的辦法。5、不能完全防止以盾構(gòu)正上方為中心的地表沉降。調(diào)查和基本計劃施工沿線調(diào)查盾構(gòu)工程中進行調(diào)查是為了作出適當?shù)囊?guī)劃，設(shè)計、施 工

4、、選定隧道的平面及縱斷面線形、豎井位置、盾構(gòu)機種及 輔助的施工法等。調(diào)查內(nèi)容包括：施工位置選擇、影響施工 的障礙物、地形和地質(zhì)等。施工位置選擇條件調(diào)查包括：隧道通過地區(qū)和周圍的情 況（住宅、學校、醫(yī)院等），路面交通情況，土地利用率及 河流、湖泊等情況。在調(diào)查基礎(chǔ)上，研究確定豎井位置、豎 井周圍防噪聲和振動的辦法、保護環(huán)境的措施等。障礙物調(diào)查影響施工的障礙物調(diào)查，包括地面和地下的建筑物，沿 線的建筑、地下埋設(shè)物、井和枯井等內(nèi)容。對建筑物，要調(diào)查其規(guī)模，結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、利用率等，這 是盾構(gòu)通過時按影響程度研究防護辦法的原始資料。對埋設(shè)物，要調(diào)查其種類、規(guī)模、埋置深度等，這是決 定是否要移位、撤除等的原

5、始資料。調(diào)查井和枯井的目的，是為了防止在氣壓施工時壓縮空 氣和缺氧的空氣噴出。地形和地質(zhì)調(diào)查地形和地質(zhì)調(diào)查一般分為搜集整理現(xiàn)有資料，實地踏勘 和鉆孔、作標準貫入試驗等，如下表所列,調(diào)查的類別初步調(diào)查調(diào)查資料調(diào)查實地踏勘基本調(diào)查詳細調(diào)查1、地形、地質(zhì)、地質(zhì)地質(zhì)縱剖詳細設(shè)計調(diào)查的目的構(gòu)造的概要2、地質(zhì)預測、資料調(diào)查面圖詳細調(diào)查的燃料詳細設(shè)計決定施工方法方法必集原有資料現(xiàn)場踏勘鉆探勘探土質(zhì)、各種鉆探、測定試驗調(diào)查項目地形圖地質(zhì)圖 地層圖 調(diào)查觀測 記錄 地質(zhì)調(diào)查 記錄 原有建筑 物的工程 記錄 井、地下 水、地基卜 沉1、地形、地質(zhì)的觀 測2、地下水3、地形的 變化標準貫入 試驗采集 土樣地下 水位

6、調(diào)查土的物理、力學試驗 孔隙水壓 測定水質(zhì)調(diào)查 有害氣體、 缺氧空氣 調(diào)查土體變形 模量測定 抽水試驗 透氣試驗地形調(diào)查一般以城市地面圖為基礎(chǔ)進行調(diào)查。地質(zhì)調(diào)查一般以50100M為間距進行鉆孔，測得構(gòu)成地 層的土的性質(zhì)，N值、地下水位、孔隙水壓。含水砂層、自 立性不良的砂層、松散的砂礫層，軟弱的淤泥層是須特別加 以注意的地層。含水砂層和自立性不良的砂層，除須作土的物理力學試 驗外，還須作抽水試驗和透水試驗。此外，還希望作進一步 試驗以掌握泥水、泥漿或高濃度泥漿在地層中的滲透情況。在軟弱的淤泥層施工時，選擇盾構(gòu)機種要用到地質(zhì)調(diào)查 的結(jié)果，因此對土的性質(zhì)及數(shù)值須作仔細的調(diào)查。如用氣壓法施工，因氧化

7、作用使空氣呈缺氧狀態(tài)中，要 防止缺氧空氣從鄰近的井或地下室噴出。因此必須進行缺氧情況調(diào)查，調(diào)查范圍一般為周圍1000M?；居媱澏軜?gòu)隧道的平面線形和縱斷線形，起始豎井、到達豎井、 中間豎井等的選定，各企業(yè)都根據(jù)自己的標準，自行掌握。一般而言，規(guī)程上地鐵隧道平面線形的曲率半徑須在160M以上，縱向坡度最大可為 35/1000，最小為2/1000;用 盾構(gòu)法施工時，考慮到盾構(gòu)施工精度和隧道完成后列車的運 營，應把平面線形的最小曲率半徑定為盾構(gòu)外徑的40倍，因此，外徑10M的復線盾構(gòu)施工最小曲率半徑為400M，外徑7M單盾構(gòu)最小曲率半徑為 300M隧道作下水道時，除考慮到自然落水縱向坡度應滿足最小在

8、1/1000到5/1000夕卜，無特殊規(guī)定。由于平面線形要盡 可能利用道路下的空間，施工曲率小的彎道部分很多。上下 水道盾構(gòu)施工的最小曲線半徑為盾構(gòu)外徑的2035倍,即5M級盾構(gòu)施工的最小曲線半徑為100M，4M級盾構(gòu)的 R為80M。如果曲北半徑更小，盾構(gòu)施工必須有適當?shù)谋Ｗo措施。襯 砌其構(gòu)造：盾構(gòu)法隧道的襯砌應具有支承土壓的能力和易于操作的 繪聲繪色形式。因此，一般而言，結(jié)構(gòu)由二層構(gòu)成，第一層 是推進時在盾尾內(nèi)進行拼裝的一次襯砌，第二層是在其內(nèi)側(cè)澆搗的二次襯砌。一次襯砌在施工中起到支撐和承受盾構(gòu)推力的作用，成環(huán)后成為永久性的結(jié)構(gòu)。一次襯砌一般采用 的是施工迅速、安裝容易的管片結(jié)構(gòu)。二次襯砌能

9、常是用來加強管片防水，防銹的能力，并且起到內(nèi)部裝修的作用， 在地鐵中還用來提高結(jié)構(gòu)的剛度以此 作為防振措施，因此均采用現(xiàn)澆砼。但是根據(jù)以往的施工經(jīng) 驗和隨著有效接頭防水材料的誕生，也有省略二次襯砌的，這樣還可以縮小二次襯砌部分的開挖斷面積而降低造價。襯砌的分類：1、鋼筋砼管片（RC管片）鋼筋砼管片型式中，有箱型管片（或稱中子型）和平板 型管片。箱型管片常用于大直徑的隧道。目前，日本的東京 和大阪主要都采用這種型式。在等量材料的條件下，與平板 型管片相比，箱型管片能做到抗彎剛度大，管片之間便于連 接。因而，要有效地降低造價。當然，當管片的背板厚度較 薄、腔格偏大時，在盾構(gòu)千斤頂作用下砼將會發(fā)生剝

10、落，壓 碎等情況。平板型管片也是日本目前常用的一種管片形式，它大多 用于中小直徑的隧道，在相等厚度條件下，其抗彎剛度及強 度均大于箱型管片，有時，在大直徑隧道內(nèi)也采用該型式的 管片，但主要用于地面荷載大，或者穿越地面建筑群時的隧 道區(qū)段，用來抵搞較大的外荷載。當管片的接頭采用鋼盒子 型式時，其連接件費用較高，在地鐵工程中并非能大量推廣 應用。2、復合管片復合管片常用于普通隧道的特殊區(qū)體段，如隧道與工作 井的交界處，旁通道連接處，以及有特殊需要的區(qū)段等，有 時也用于高水壓條件下輸水隧道等。它的構(gòu)成型式是：外周 內(nèi)弧面或外孤面采用鋼板焊接，在鋼殼內(nèi)部用鋼筋砼澆灌而成，形成由鋼板和鋼筋砼復合而成的管

11、片。它的優(yōu)點是：強 度大于RC管片，抗?jié)B性能好，與鑄鐵管片相比，它具有上 馬快，抗壓性，韌性高等優(yōu)點。但是，其耐腐蝕性差，造價 也較高，無特殊要求時，不宜大量采用。3、鑄鐵管片鑄鐵管片有灰口鑄鐵管片和球墨鑄鐵管片二種?，F(xiàn)在采 用的是以鎂作為球化劑的球墨鑄鐵管片。球墨鑄鐵管片重量輕、耐腐蝕性好、材質(zhì)均勻、強度高、機械加工后的精度也 高、接頭剛度大、拼裝準確，因此防水效果也好。但是造價 非常高，因此只限于用在建筑物下面需要高強度管片的部位 或盾構(gòu)法施工的車站、通風口、泵站等位置。4、楔形管片楔形環(huán)如圖3。1所示，它有最大寬度和最小寬度，用于 隧道轉(zhuǎn)彎和糾偏。用于隧道轉(zhuǎn)彎的楔形管片由管片的外徑和 相

12、應的施工曲線半徑而定，現(xiàn)假定標準管處的寬度為 900MM。外徑為5M，當曲率半徑 R=250M 時， 楔形管片 的最大寬度與標準寬度相同，為900MM。曲率半徑R=150M時，楔形管片的最大寬度應減到 750MM，曲率半徑R=100M 以下時，楔形管片的最大寬度應縮到450MM，這樣才容易保證施工要求。糾偏用楔形管片的最大寬度，一般取與標準寬度相同，糾偏用的楔形環(huán)數(shù)量的大致標準是：盾構(gòu)法施工的隧道圓環(huán)總數(shù)，與轉(zhuǎn)彎用的楔形管片環(huán)數(shù)之差的510%。楔形環(huán)的楔形量、楔形角由標準管片的寬度，管片的外徑、施工曲線的半徑等而定。5、壓注砼襯砌是近年來開發(fā)的一種新型襯砌的型式，目 前已有好幾個成功的實例，其特點是：一次襯砌、壁后注漿、 施工一交完成。在盾構(gòu)后部，剛澆搗而未硬化的砼處在高壓 作用下，作為盾構(gòu)推進的后座，盾構(gòu)在推進進程中，不產(chǎn)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。盾構(gòu)推進，澆砼等過程。管片設(shè)計1、隧道直徑盾構(gòu)法隧道的斷面取決于各種使用條件，例如：市政共 用隧道（共同溝），除需考慮各種管道的輔設(shè)外，還要考慮 檢修道等。隧道直接作下水道時