盾構(gòu)隧道工程技術(shù)-

1、盾構(gòu)隧道工程技術(shù)-doc盾構(gòu) 隧道工程 技術(shù)第一節(jié) 盾構(gòu)施工概況一盾構(gòu)法基本概念盾構(gòu)法是在地面下暗挖隧道的一種施工方法。當(dāng)代城市建筑、公用設(shè)施和各種交通日益 繁雜，市區(qū)明挖隧道施工，對(duì)城市生活的干擾問(wèn)題日趨嚴(yán)重，特別在市區(qū)中心遇到隧道埋 深較大，地質(zhì)復(fù)雜的情況，若用明挖法建造隧道則很難實(shí)現(xiàn)。在這種條件下采用盾構(gòu)法對(duì) 城市地下鐵道、上下水道、電力通訊、市政公用設(shè)施等各種隧道建設(shè)具有明顯優(yōu)點(diǎn)。此外， 在建造穿越水域、沼澤地和山地的公路和鐵路隧道或水工隧道中，盾構(gòu)法也往往因它在特 定條件下的經(jīng)濟(jì)合理性及技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)而得到采用。盾構(gòu)法施工的概貌如圖 1 所示。構(gòu)成盾構(gòu)法施工的主要內(nèi)容是： 先在隧道某

2、段的一端建 造豎井或基坑，以供盾構(gòu)安裝就位。盾構(gòu)從豎井或基坑的墻壁開孔處出發(fā)，在地層中沿著 設(shè)計(jì)軸線，向另一豎井或基坑的設(shè)計(jì)孔洞推進(jìn)。盾構(gòu)推進(jìn)中所受到的地層阻力，通過(guò)盾構(gòu) 千斤頂傳至盾構(gòu)尾部已拼裝的預(yù)制隧道襯砌結(jié)構(gòu)，再傳到豎井或基坑的后靠壁上，盾構(gòu)是 這種施工方法中最主要的獨(dú)特的施工機(jī)具。它是一個(gè)能支承地層壓力而又能在地層中推進(jìn) 的圓形或矩形或馬蹄形等特殊形狀的鋼筒結(jié)構(gòu)，在鋼筒的前面設(shè)置各種類型的支撐和開挖 土體的裝置，在鋼筒中段周圈內(nèi)面安裝頂進(jìn)所需的千斤頂，鋼筒尾部是具有一定空間的殼 體，在盾尾內(nèi)可以拼裝一至二環(huán)預(yù)制的隧道襯砌環(huán)。盾構(gòu)每推進(jìn)一環(huán)距離，就在盾尾支護(hù) 下拼裝一環(huán)襯砌，并及時(shí)向緊靠

3、盾尾后面的開挖坑道周邊與襯砌環(huán)外周之間的空隙中壓注 足夠的漿體，以防止隧道及地面下沉。在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中不斷從開挖面排出適量的土方。使用盾構(gòu)法， 往往需要根據(jù)穿越土層的工程地質(zhì)水文地質(zhì)特點(diǎn)輔以其他施工技術(shù)措施。 主要有：1 疏干掘進(jìn)土層中地下水的措施；2 穩(wěn)定地層、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；3 隧道襯砌的防水堵漏技術(shù)；4 配合施工的監(jiān)測(cè)技術(shù)；5 氣壓施工中的勞動(dòng)防護(hù)措施；6 開挖土方的運(yùn)輸及處理方法等。圖1盾構(gòu)施工概貌1盾構(gòu)；2盾構(gòu)千斤頂；3盾構(gòu)正面網(wǎng)格；4出土轉(zhuǎn)盤；5出土皮帶運(yùn)輸機(jī)；6管片拼裝機(jī)；7 管片；8壓漿泵；9壓漿孔；10出土機(jī)；11由管片組成的隧道襯砌結(jié)構(gòu)； 12在盾尾空隙的

4、壓漿；13后盾管片；14豎井。盾構(gòu)法是一種安全而有效的施工法，但不是萬(wàn)能施工法。為此有必要充分掌握盾構(gòu)施 工法的特點(diǎn)。二.盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn)1.除豎井施工外，施工作業(yè)均在地下進(jìn)行，噪音、振動(dòng)引起的公害小，既不 影響地面交通，又可減少對(duì)附近居民的噪音和振動(dòng)影響。2.盾構(gòu)推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進(jìn)行，施工易于管理，施工人 員也較少，勞動(dòng)強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高。3.土方量外運(yùn)較少。4.穿越河道時(shí)不影響航運(yùn)。5.施工不受風(fēng)雨等氣候條件影響。6.隧道的施工費(fèi)用不受覆土量多少影響，適宜于建造覆土較深的隧道。在土 質(zhì)差水位高的地方建設(shè)埋深較大的隧道，盾構(gòu)法有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。盾構(gòu)隧道工程技術(shù)7. 當(dāng)

5、隧道穿過(guò)河底或其他建筑物時(shí)，不影響施工。8.只要設(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(jì)上、施工、進(jìn)度上越有利。盾構(gòu) 隧道工程 技術(shù)三盾構(gòu)法存在的不足1 當(dāng)隧道曲線半徑過(guò)小時(shí)，施工較為困難。2在陸地建造隧道時(shí)，如隧道覆土太淺，開挖面穩(wěn)定甚為困難，甚至不能施工，而在 水下時(shí)，如覆土太淺則盾構(gòu)法施工不夠安全，要確保一定厚度的覆土。3 豎井中長(zhǎng)期有噪聲和振動(dòng)，要有解決的措施。4 盾構(gòu)施工中采用全氣壓方法以疏干和穩(wěn)定地層時(shí)，對(duì)勞動(dòng)保護(hù)要求較高，施工條件 差。5 盾構(gòu)法隧道上方一定范圍內(nèi)的地表沉陷尚難完全防止， 特別在飽和含水松軟的土層 中，要采取嚴(yán)

6、密的技術(shù)措施才能把沉陷限制在很小的限度內(nèi)，目前還不能完全防止 以盾構(gòu)正上方為中心土層的地表沉降。6在飽和含水地層中， 盾構(gòu)法施工所用的拼裝襯砌， 對(duì)達(dá)到整體結(jié)構(gòu)防水性的技術(shù)要 求較高。7 用氣壓施工時(shí)，在周圍有發(fā)生缺氧和枯井的危險(xiǎn)，必須采取相應(yīng)的辦法。第二節(jié) 盾構(gòu)法隧道的發(fā)展歷史一國(guó)外盾構(gòu)法隧道的發(fā)展歷史盾構(gòu)施工技術(shù)自 1823 年由布魯諾爾首創(chuàng)于英國(guó)倫敦的泰晤土河的水底隧道工程以來(lái)， 已有170 余年的歷史。在這 170 余年的風(fēng)風(fēng)雨雨中，經(jīng)過(guò)幾代人的努力，盾構(gòu)法已從一種 只能在極少數(shù)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家中才見應(yīng)用的特殊技術(shù)，發(fā)展成為在發(fā)達(dá)國(guó)家中極為普通，在 發(fā)展中國(guó)家中亦逐漸得到應(yīng)用的隧道施工技術(shù)

7、。據(jù)說(shuō)最早發(fā)明盾構(gòu)法的思路是來(lái)自發(fā)明者的一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)， 英國(guó)的布魯諾爾發(fā)現(xiàn)船的 木板中，有一種蛀蟲鉆出孔道，并用它自己分泌的液體覆涂在孔壁上。1818 年布魯諾爾在 蛀蟲鉆孔的啟示下，最早提出了用盾構(gòu)法建設(shè)隧道的設(shè)想，并且在英國(guó)取得了該施工法的 專利。1825 年，布魯諾爾用他自己的想法制成盾構(gòu)， 并第一次在泰晤士河施工了水底隧道。 這條道路隧道的斷面(11.4mx 6.8m)相當(dāng)大，施工中遇到了坍方和水淹，加上隧道的損壞， 當(dāng)時(shí)處于難于進(jìn)展的狀態(tài)，由于初始未能掌握控制泥水涌入隧道的方法，隧道施工中兩次 被淹，后來(lái)在東倫敦地下鐵道公司的合作下，經(jīng)過(guò)對(duì)盾構(gòu)施工的改進(jìn)，用氣壓輔助施工，盾構(gòu) 隧道

8、工程 技術(shù)花了 18 年的時(shí)間才于 1843 年完成了全長(zhǎng) 458m 的第一條盾構(gòu)法隧道。1865 年巴爾勞首次采用圓形盾構(gòu)， 并用鑄鐵管片作為地下隧道襯砌。 1869 年，他用圓 形盾構(gòu)在泰晤土河底下建成了外徑為 2.21m 的隧道。在盾構(gòu)穿越飽和含水地層時(shí)，施加壓 縮空氣以防止涌水的氣壓法最先是在 1830 年由口切蘭斯爵士（ Lord Cochrance）發(fā)明的。 1874 年，在英國(guó)倫敦地下鐵道南線的粘土和含水砂礫地層中建造內(nèi)徑為3.12m 的隧道時(shí)，格雷塞德（Henry Greathead） （18441896）綜合了以往所有盾構(gòu)施工和氣壓法的技術(shù) 特點(diǎn)，較完整地提出了氣壓盾構(gòu)法的施

9、工工藝，并且首創(chuàng)了在盾尾后面的襯砌外圍環(huán)形空 隙中壓漿的施工方法，為盾構(gòu)法發(fā)展起了重大的推動(dòng)作用。18801890 年間，在美國(guó)和加拿大間的圣克萊河下用盾構(gòu)法建成一條直徑6.4m,長(zhǎng) 1800 余 m 的水底鐵路隧道。二十世紀(jì)初，盾構(gòu)施工法已在美、英、德、蘇、法等國(guó)開始推廣。3040 年代在這些國(guó)家已成功地使用盾構(gòu)建成內(nèi)徑自 3.09.5m 的多條地下鐵道及過(guò)河公路隧道。僅在美國(guó)紐約就采用 氣壓法建成了 19 條重要的水底隧道，盾構(gòu)施工的范圍很廣泛，有公路隧道、地下鐵道、上 下水道以及其他市政公用設(shè)施管道等。蘇聯(lián) 40 年代初開始使用直徑為 6.09.5m 的盾構(gòu)先 后在莫斯科、列寧格勒等市修

10、建地下鐵道的區(qū)間隧道及車站。從 20 世紀(jì) 60 年代起，盾構(gòu)法在日本得到迅速發(fā)展，除了大量在東京、大阪、名古屋 等城市的地下鐵道建設(shè)中外，更多地是用在下水道等市政公用設(shè)施管道建設(shè)中。70 年代，日本及聯(lián)邦德國(guó)等國(guó)針對(duì)在城市建設(shè)區(qū)的松軟含水地層中由于盾構(gòu)施工所引起的地表沉 陷、預(yù)制高精度鋼筋混凝土襯砌和接縫防水等技術(shù)問(wèn)題，研制了各種新型的襯砌和防水技 術(shù)及局部氣壓式、泥水加壓式和土壓平衡式等新型盾構(gòu)及相應(yīng)的工藝和配套設(shè)備。值得一提的是日本的盾構(gòu)發(fā)展情況。 日本是歐美國(guó)家以外第一個(gè)引進(jìn)盾構(gòu)施工技術(shù)的國(guó) 家。1939 年的關(guān)門隧道是日本首次采用盾構(gòu)施工技術(shù)的隧道工程。由于戰(zhàn)爭(zhēng)及戰(zhàn)后困難時(shí) 期的緣故

11、，此項(xiàng)技術(shù)一直沒有得到發(fā)展。直到 1957 年?yáng)|京地鐵的丸之內(nèi)線采用盾構(gòu)施工技 術(shù)修建了一段區(qū)間隧道， 1961 年名古屋地鐵采用此法修建了覺王山區(qū)間隧道取得圓滿成果 之后，盾構(gòu)施工技術(shù)在日本有了飛速的發(fā)展。在短短的 20 余年之內(nèi)共制造了 2000 余臺(tái)盾 構(gòu)，在世界上處于領(lǐng)先地位。 日本的機(jī)械式盾構(gòu)是和手掘式盾構(gòu)同時(shí)研究發(fā)展起來(lái)的。1963 年， 大阪市上水道大淀送水管工程 （總長(zhǎng) 227m 首次應(yīng)用了外徑 2.592m（隧道外徑 2.35m）的機(jī)械式盾構(gòu)。1964 年，大阪市地下鐵道 2號(hào)線谷町工區(qū)（總長(zhǎng) 447m）的區(qū)間隧道中，采 用了外徑 6.97m （隧道外徑 6.8m）的大斷面機(jī)

12、械式盾構(gòu)。同年，在東京都下水道局神谷3丁目 2 區(qū)（總長(zhǎng) 668.4m）采用了外徑 3.4m 的（隧道外徑 3.30m）機(jī)械式盾構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)施工月 進(jìn)度達(dá) 360m 1967 年，日本近畿鐵道難波線上本町難波間 1488m 區(qū)間采用了外徑為 10.041m（隧道內(nèi)徑 9.90m）的機(jī)械式盾構(gòu)。從此，人們對(duì)機(jī)械式盾構(gòu)更為關(guān)注，使能夠用于日本那 樣復(fù)雜地層的各種機(jī)械盾構(gòu)進(jìn)一步得到了發(fā)展。特別是小斷面盾構(gòu)，在縮短工期的研究中 也取得了很大的進(jìn)步。同時(shí)在軟弱地基中還研制了擠壓式盾構(gòu)。佃 93 年建成的、連接英法兩國(guó)的英吉利海峽隧道，全長(zhǎng)48.5km，海底段長(zhǎng) 37.5km,隧道最深處在海平面下 100m。

13、這條隧道全部采用盾構(gòu)法技術(shù)施工，英國(guó)一側(cè)共用6 臺(tái)盾構(gòu)，盾構(gòu)隧道工程技術(shù)3 臺(tái)施工岸邊段，3 臺(tái)施工海底段，施工海底段的盾構(gòu)要向海峽中單向推進(jìn)21.2km，與從法國(guó)側(cè)向英國(guó)方向推來(lái)的盾構(gòu)對(duì)接。法國(guó)側(cè)共用6 臺(tái)盾構(gòu)，2 臺(tái)施工岸邊段，3 臺(tái)施工海底段。海峽隧道由 2 條外徑 8.6m 的單線鐵路隧道及 1 條外徑為 5.6m 米的輔助隧道組成。由 于海底段最大深度達(dá) 100m，因此無(wú)論盾構(gòu)機(jī)械還是預(yù)制鋼筋混凝土管片襯砌結(jié)構(gòu)均要承受 10 個(gè)大氣壓的水壓力，又由于單向推進(jìn) 21.2km，盾構(gòu)推進(jìn)速度必須達(dá)到月進(jìn) 1000m 的速 度才能在 3 年左右的時(shí)間內(nèi)完成，因此盾構(gòu)的構(gòu)造及其后續(xù)設(shè)備均須采用

14、高質(zhì)量的耐磨耗 及腐蝕的材料。所以該隧道的修建標(biāo)志著盾構(gòu)施工技術(shù)的最新水平。近年來(lái)，日本把機(jī)械式盾構(gòu)作了改進(jìn)，研制出了用加壓泥漿穩(wěn)定開挖面的泥水加壓盾 構(gòu)和利用開挖出的土體作平衡開挖面的土壓平衡盾構(gòu)。二.盾構(gòu)的分類及適用條件盾構(gòu)的的形式可以從各個(gè)方面進(jìn)行分類。按手工和機(jī)械劃分為：手掘式，半機(jī)械式，機(jī)械式三大類。以工作面擋土方式劃分：敞開式，密閉式。以氣壓和泥水加壓方式劃分：氣壓式，泥水加壓式，土壓平衡式，加水式，高濃度泥 水加壓式，加泥式。1.手掘式盾構(gòu)。手掘式盾構(gòu)是盾構(gòu)的基本形式，世界上仍有工程采用手掘式盾構(gòu)，如 圖 2 所示。按不同的地質(zhì)條件，開挖面可全部敞開人工開挖；也可用全部或部分的正

15、面支 撐，根據(jù)開挖面土體自立性適當(dāng)分層開挖，隨挖土隨支撐。開挖士方量為全部隧道排土量。 這種盾構(gòu)便于觀察地層和清除障礙，易于糾偏，簡(jiǎn)易價(jià)廉，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，如遇 正面坍方，易危及人身及工程安全。在含水地層中需輔以降水、氣壓或土壤加固。這種盾構(gòu)由上而下進(jìn)行開挖，開挖時(shí)按順序調(diào)換正面支撐千斤頂，開挖出來(lái)的土從下 半部用皮帶運(yùn)輸機(jī)裝入出土車，采用這種盾構(gòu)的基本條件是：開挖面至少要在挖掘階段無(wú) 坍塌現(xiàn)象，因?yàn)橥诰虻貙訒r(shí)盾構(gòu)前方是敞開的。手掘式盾構(gòu)的適用地層：手掘式盾構(gòu)有各種各樣的開挖面支撐方法，從砂性土到粘性 土地層均能適用，因此較適應(yīng)于復(fù)雜的地層，迄今為止施工實(shí)例也最多，該形式的盾構(gòu)在 開挖面

16、出現(xiàn)障礙物時(shí)，由于正面是敞開的，所以也較易排除。由于這種盾構(gòu)造價(jià)低廉，發(fā) 生故障也少，因此是最為經(jīng)濟(jì)的盾構(gòu)。在開挖面自立性差的地層中施工時(shí)，它可與氣壓、 降水、化學(xué)注漿等穩(wěn)定地層的輔助施工法同時(shí)使用。圖2手掘式盾構(gòu)2 擠壓式盾構(gòu)。當(dāng)敞開式盾構(gòu)在地質(zhì)條件很差的粉砂土質(zhì)地層、粘土層中施工時(shí)，土就會(huì)從開挖面流入盾構(gòu)、引起開挖面坍塌，因而不能繼續(xù)開挖，這時(shí)應(yīng)在盾構(gòu)的前面設(shè)置 胸板來(lái)密閉前方，同時(shí)在腳板上開出土用的小孔，這種形式的盾構(gòu)就叫擠壓式盾構(gòu)（見圖 3）。盾構(gòu)在擠壓推進(jìn)時(shí)，土體就會(huì)從出土孔如同膏狀物從管口擠出那樣，擠入盾構(gòu)。根據(jù)推進(jìn) 速度來(lái)確定開口率。當(dāng)開口率過(guò)大時(shí)，出土量增加，會(huì)引起周圍地層的沉

17、降；反之，就會(huì) 增大盾構(gòu)的切入阻力，使地面隆起。采用擠壓盾構(gòu)時(shí)，對(duì)一定的地質(zhì)條件設(shè)置一定的開口 率、控制出土量是非常重要的。擠壓盾構(gòu)是將手掘式盾構(gòu)胸板封閉，以擋住正面土體。這種盾構(gòu)分為全擠壓式或局部 擠壓式兩種，它適用于軟弱粘性土層。盾構(gòu)全擠壓向前推進(jìn)時(shí)，封閉全部胸板，不需出土， 但要引起相當(dāng)大的地表變形。當(dāng)采用局部擠壓式盾構(gòu)，要部分打開胸板，將需要排出的土 體從開口處擠入盾構(gòu)內(nèi)，然后裝車外運(yùn)，這種盾構(gòu)施工，地表變形也較大。擠壓式盾構(gòu)適用地層：擠壓式盾構(gòu)的適用范圍取決于地層的物理力學(xué)性能。在日本隧道 的規(guī)范（盾構(gòu)篇）及說(shuō)明書（1977 年版）中，它是按含砂率一內(nèi)聚力、液性指數(shù)一內(nèi)聚力 的關(guān)系來(lái)

18、確定其適用范圍。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)聚力即使超出該范圍，在含砂率小的地層中 也可能適用。根據(jù)迄今為止的施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)土體含砂率在20%以下、液性指數(shù)在 60%以上、內(nèi)聚力在 0.5kg/cm2以下時(shí)，盾構(gòu)的開口率一般為 20.8%，在極軟弱的地層中，開口率也 有小到的 0.3%。在擠壓式盾構(gòu)的施工區(qū)間內(nèi)如遇有為了建筑物或地層加固而進(jìn)行過(guò)化學(xué)注 漿的地基時(shí)，將會(huì)影響擠壓盾構(gòu)的推進(jìn)，因此應(yīng)預(yù)先考慮到把盾構(gòu)胸板做成可拆卸的形式。盾構(gòu)隧道工程技術(shù)盾構(gòu)隧道工程技術(shù)圖 3 擠壓盾構(gòu)3 I網(wǎng)格式盾構(gòu)，在上海軟土層中常常被采用。它具有的特點(diǎn)是，進(jìn)土量接近或等于全 部隧道其出土量，且往往帶有局部擠壓性質(zhì)，盾構(gòu)正面裝鋼

19、板網(wǎng)格，在推進(jìn)中可以切土， 而在停止推進(jìn)時(shí)可起穩(wěn)定開挖面的作用。切入的土體可用轉(zhuǎn)盤、皮帶運(yùn)輸機(jī)、礦車或水力 機(jī)械運(yùn)出，如圖 4 所示。這種盾構(gòu)法如在土質(zhì)較適當(dāng)?shù)牡貙又芯氖┕ぃ乇沓两悼煽刂?到中等或較小的程度。在含水地層中施工，需要輔以疏干地層的措施。6圖 4 網(wǎng)格式盾構(gòu)1盾構(gòu)千斤頂（推進(jìn)盾構(gòu)用）；2 開挖面支撐千斤頂；3 舉重臂（拼裝裝配式鋼筋混凝土襯砌用）；4堆土平臺(tái)（盾構(gòu)下部土塊由轉(zhuǎn)盤提升后落入堆土平 臺(tái)）；5刮板運(yùn)輸機(jī)，土塊由堆土平臺(tái)進(jìn)入后輸出；6裝配式鋼筋混凝土襯砌； 7盾構(gòu)鋼殼； 8開挖面鋼 網(wǎng)格；9 轉(zhuǎn)盤；10裝土車。4. 半機(jī)械式盾構(gòu)。半機(jī)械式盾構(gòu)是如圖 5 所示。半機(jī)械式盾

20、構(gòu)是介于手掘式和機(jī)械式盾構(gòu)隧道工程技術(shù)盾構(gòu)之間的一種形式，它更接近于手掘式盾構(gòu)。它是在敞開式盾構(gòu)的基礎(chǔ)上安裝機(jī)械挖土 和出土裝置，以代替人工勞動(dòng)，因而具有省力而高效等特點(diǎn)。機(jī)械挖土裝置前后、左右、上下均能活動(dòng)。它有鏟斗式、切削頭式和兩者兼有等三種 形式。它的頂部與手掘式盾構(gòu)相同，裝有活動(dòng)前檐、正面支撐千斤頂?shù)取６軜?gòu)的機(jī)械裝備有如下形式：1盾構(gòu)工作面下半部分裝有鏟斗、切割頭等。2盾構(gòu)工作面上半部分裝有鏟斗、下半部分裝有切割頭。3盾構(gòu)中心裝有切割頭。4盾構(gòu)中心裝有鏟斗。形式：盾構(gòu)工作面上半部裝有正面支撐千斤頂和作業(yè)平臺(tái)，上半部工作面由人工挖 掘，挖掘的土、砂落到下半部分，下半-部分由鏟斗和裝載機(jī)進(jìn)

21、行挖掘和出土。形式：盾構(gòu)的上半部工作面由鏟斗或者裝載機(jī)挖掘，下半部工作面由切割頭或鏟斗 進(jìn)行挖掘和出土。形式：由切割頭進(jìn)行挖掘和出土。形式：由鏟斗式挖掘機(jī)進(jìn)行挖掘和出土。半機(jī)械盾構(gòu)的適用地層：半機(jī)械式盾構(gòu)比手掘式盾構(gòu)更適用于良好地層。形式適用 于開挖面需作支撐的地層，形式適用于能自立的地層。形式大多適用于亞粘土與 砂礫的夾層。形式大多適用于固結(jié)粘上層、硬質(zhì)砂土層。形式大多適用于粘土和砂礫 混合層。圖 5 半機(jī)械式盾構(gòu)5. 開胸機(jī)械切削盾構(gòu)。當(dāng)?shù)貙幽軌蜃粤?，或采用輔助措施后能夠自立時(shí)，在盾構(gòu)的切盾構(gòu)隧道工程技術(shù)口部分，安裝與盾構(gòu)直徑相適應(yīng)的大刀盤，以進(jìn)行全斷面開胸機(jī)械切削開挖，如圖6 所示機(jī)械式

22、盾構(gòu)是一種采用緊貼著開挖面的旋轉(zhuǎn)刀盤進(jìn)行全斷面開挖的盾構(gòu)。它具有可連續(xù)不 斷地挖掘土層的功能。能一邊出土、一邊推進(jìn)，連續(xù)不斷地進(jìn)行作業(yè)。機(jī)械式盾構(gòu)的切削機(jī)構(gòu)米用最多的是大刀盤形式，它有單軸式、雙重轉(zhuǎn)動(dòng)式、多軸式 數(shù)種，其中單軸式使用得最為廣泛。多根輻條狀槽口的切削頭繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由刀頭切削 下來(lái)的土從槽口進(jìn)入設(shè)在外圈的轉(zhuǎn)盤中，再由轉(zhuǎn)盤提升到漏土斗中，然后由傳送帶把土送 入出土車。機(jī)械式盾構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)除了能改善作業(yè)環(huán)境、省力外，還能顯著提高推進(jìn)速度，縮短工期。 問(wèn)題是盾構(gòu)的造價(jià)高，為了提高工作效率而帶來(lái)的后續(xù)設(shè)備多，基地面積大等。因此若隧 道長(zhǎng)度短時(shí)，就不夠經(jīng)濟(jì)。與手掘式盾構(gòu)相比，在曲率半徑小的情況

23、下施工以及盾構(gòu)糾偏 都比較困難。機(jī)械式盾構(gòu)適用地層：機(jī)械式盾構(gòu)可在極易坍塌的地層中施工，因?yàn)槎軜?gòu)的大刀盤本 身就有防止開挖面坍塌的作用。但是，在粘性土地層中施工時(shí)，切削下來(lái)的土易粘附在轉(zhuǎn) 盤內(nèi)，壓密后會(huì)造成出土困難。因此機(jī)械式盾構(gòu)大多適用于地質(zhì)變化少的砂性土地層。圖 6 開胸式機(jī)械切削式盾構(gòu)7.局部氣壓盾構(gòu)。在機(jī)械盾構(gòu)的支承環(huán)前邊裝上隔板，使切口與此隔板之間 形成一個(gè)密封艙。在密封艙內(nèi)充滿壓縮空氣，達(dá)到穩(wěn)定開挖面土體的作用。這樣隧 道施工人員就不處在氣壓內(nèi)工作。在適當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件下，對(duì)比全氣壓盾構(gòu)，無(wú)疑有較 大優(yōu)越性。但這種盾構(gòu)在密封艙、盾尾及管片接縫處易產(chǎn)生漏氣問(wèn)題， 如圖 7 所示盾構(gòu)隧道工程

24、技術(shù)圖 7 局部氣壓式盾構(gòu)7.泥水加壓式盾構(gòu)。泥水加壓式盾構(gòu)是在盾構(gòu)正面與支承環(huán)前面裝置隔板的密封艙中, 注入適當(dāng)壓力的泥漿來(lái)支撐開挖面，并以安裝在正面的大刀盤切削土體，進(jìn)土與泥水混合 后，用排泥泵及管道輸送至地面處理（見圖 8）10盾構(gòu) 隧道工程 技術(shù)圖8泥水加壓式盾構(gòu)(a)德國(guó)式(b)日本式具體地講，泥水加壓盾構(gòu)就是在機(jī)械式盾構(gòu)大刀盤的后方設(shè)置一道隔板，隔板與大刀 盤之間作為泥水室，在開挖面和泥水室中充滿加壓的泥水，通過(guò)加壓作用和壓力保持機(jī)構(gòu)， 保證開挖面土體的穩(wěn)定。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)開挖下來(lái)的土就進(jìn)入泥水室。由攪拌裝置進(jìn)行攪拌， 攪拌后的高濃度泥水用流體輸送法送出地面，把送出的泥水進(jìn)行水土分離，

25、然后再把分離 后的泥水送入泥水室，不斷地循環(huán)泥水加壓盾構(gòu)在其內(nèi)部不能直接觀察到開挖面，因此要 求盾構(gòu)從推進(jìn)、排泥到泥水處理全部按系統(tǒng)化作業(yè)。通過(guò)泥水壓力、泥水流量、泥水濃度 等的測(cè)定，算出開挖土量，全部作業(yè)過(guò)程均由中央控制臺(tái)綜合管理。泥水加壓盾構(gòu)是利用 了泥水的特性對(duì)開挖面起穩(wěn)定作用的，泥水同時(shí)具有下列三個(gè)作用。(1)泥水的壓力和開挖面水土壓力的平衡。(2)泥水作用到地層上后，形成一層不透水的泥膜，使泥水產(chǎn)生有效的壓力。(3)加壓泥水可滲透到地層的某一區(qū)域， 使得該區(qū)域內(nèi)的開挖面穩(wěn)定。就泥水的特性而言，濃度和密度越高，開挖面的穩(wěn)定性越好，而濃度和密度越低泥水 輸送時(shí)效率越高，因此考慮了以上條件

26、，目前被廣泛作為泥水管理標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值如下：(1) 容重：1.05 1.25 (g/cm3)粘土、膨潤(rùn)土等。(2) 粘度：2040 (s),漏斗粘度 500/500ml。(3) 脫水量：Q 200ml, (APL 過(guò)濾試驗(yàn) 3kg/cni,30min )。泥水加壓盾構(gòu)有日本體系及德國(guó)體系，如圖 8 所示。兩者區(qū)別是：德國(guó)式的密封艙中 設(shè)置了起緩沖作用的氣壓艙，以便于人工控制正面泥漿壓力，構(gòu)造較簡(jiǎn)單；而日本式密封 艙中全是泥水，要有一套自動(dòng)控制泥水平衡的裝置。一般地說(shuō)，泥水盾構(gòu)對(duì)地層擾動(dòng)最小， 地面沉降也最小，但費(fèi)用最高。泥水加壓盾構(gòu)法在日本首次采用是 1966 年，從 1 970 年國(guó)鐵京葉線羽田

27、隧道在運(yùn)河下 來(lái)用了7.29m 的泥水加壓盾構(gòu)施工以后，該法引人注目。 1974 年發(fā)生了化學(xué)注漿的藥液公 害以后，控制了注漿藥液的種類，因此對(duì)不必采用化學(xué)注漿的泥水加壓盾構(gòu)法又作了新的 估計(jì)。 1975 年后，該法施工的工程數(shù)劇增，幾乎興起了泥水加壓盾構(gòu)熱。到了 1981 年，用 泥水加壓盾構(gòu)構(gòu)法施工的工程數(shù)占盾構(gòu)法施工工程總數(shù)的 1/3 。大部分人認(rèn)為泥水加壓盾構(gòu) 對(duì)不同土層的適應(yīng)性強(qiáng)，便于來(lái)用自動(dòng)化管理。而在 1983 年 2 月的日本第 4 次隧道技術(shù)討 論會(huì)上，否定了泥水加壓盾構(gòu)對(duì)不同土層適應(yīng)性強(qiáng)的這一提法，認(rèn)為至少該盾構(gòu)不適應(yīng)在 未加輔助施工條件下的礫石層和含粘性土極少的卵石層中施

28、工。一般認(rèn)為，在砂性土為主 的洪積層中采用泥水加壓盾構(gòu)較為有利，而在粘性土為主的沖積層中施工時(shí)，需要較高的 泥漿處理費(fèi)用。泥水加壓盾構(gòu)施工后地表沉降量可控制在10mm 以內(nèi)，問(wèn)題是如何降低泥漿 處理的費(fèi)用，降低后續(xù)設(shè)備的造價(jià)(泥水式盾構(gòu)的造價(jià)高于土壓式盾構(gòu))11盾構(gòu)隧道工程技術(shù)泥水盾構(gòu)適用地層： 泥水加壓盾構(gòu)最初是在沖積粘土和洪積砂土交錯(cuò)出現(xiàn)的特殊地層 中使用，由于泥水對(duì)開挖面的作用明顯，因此軟弱的淤泥質(zhì)土層、松動(dòng)的砂土層、砂礫層、 卵石砂礫層、砂礫和堅(jiān)硬土的互層等均運(yùn)用。泥水加壓盾構(gòu)對(duì)地層的適用范圍之廣。但是 在松動(dòng)的卵石層和堅(jiān)硬土層中采用泥水加壓盾構(gòu)施工，會(huì)產(chǎn)生逸水現(xiàn)象，因此在泥水中應(yīng) 加

29、入一些膠合劑來(lái)堵塞漏縫。在非常松散的卵石層中開挖時(shí)，也有可能失敗。還有在堅(jiān)硬 的土層中開挖時(shí)，不僅土的微粒會(huì)使泥水質(zhì)量降低，而且粘土還常會(huì)粘附在刀盤和槽口上， 給開挖帶來(lái)困難，因此應(yīng)該予以注意。泥水加壓盾構(gòu)的適用性：（1） 細(xì)粒土（粒徑 0.074mm 以下）含有率在粒徑累積曲線的 10 鳩上。（2） 礫石（粒徑 2mm 以上）含有率在粒徑加積曲線的 60%以上。（3） 自然含水量 18%以上。（4） 無(wú) 20030Omr 的粗礫石。滲透系數(shù) K102cm/s。8. 土壓平衡式盾構(gòu)。土壓盾構(gòu)又稱削土密閉式或泥土加壓式盾構(gòu)。它的前端有一個(gè)全斷面切削刀盤，切削刀盤的后面有一個(gè)貯留切削土體的密封艙，

30、在密封艙中心線下部裝置 長(zhǎng)筒形螺旋輸送機(jī)，輸送機(jī)一頭設(shè)有出入口，如圖9 所示。所謂土壓平衡就是密封艙中切削下來(lái)的土體和泥水充滿密封艙，并可具有適當(dāng)壓力與開挖面土壓平衡，以減少對(duì)土體的 擾動(dòng)，控制地表沉降。這種盾構(gòu)可節(jié)省泥水盾構(gòu)中所必須的泥水平衡及泥水處理裝置的大 量費(fèi)用，主要適用于粘性土或有一定粘性的粉砂土。現(xiàn)已有加水或加泥水的新型土壓平衡 盾構(gòu)，可適用于多種土層。圖 9 土壓平衡式盾構(gòu)土壓平衡式盾構(gòu)首次使用于 1974 年，它是外徑為 3.72m 的水工隧道盾構(gòu)，以后由于土 壓系1978倒轉(zhuǎn)緘i爺13舟 *ft-O-flQ習(xí)_#書盾構(gòu)的排土機(jī)構(gòu)在性能上得到了改善，并開發(fā)了各種能使開挖面穩(wěn)定的

31、機(jī)構(gòu)，從12盾構(gòu)隧道工程技術(shù)年開始，在日本該盾構(gòu)的制造臺(tái)數(shù)急劇上升，到1981 年 12 月，該形式的盾構(gòu)占全部盾構(gòu)臺(tái)數(shù)的 29%土壓平衡式盾構(gòu)的基本原理，由刀盤切削土層，切削后的泥土進(jìn)入土腔（工作室），土腔 內(nèi)的泥土與開挖面壓力取得平衡的同時(shí)由土腔內(nèi)的螺旋輸送機(jī)出土，裝于排土口的排土裝 置在出土量與推進(jìn)量取得平衡的狀態(tài)下，進(jìn)行連續(xù)出土。土壓平衡式盾構(gòu)的產(chǎn)品名稱是各 不相同的，即使是相類似的盾構(gòu)，其名稱也因開挖面穩(wěn)定的方法和各公司對(duì)排土機(jī)構(gòu)開發(fā) 過(guò)程的不同而各異。在使開挖面穩(wěn)定條件不同的盾構(gòu)中，把這種從土腔內(nèi)用螺旋輸送機(jī)出 土的盾構(gòu)與泥水加壓盾構(gòu)相區(qū)別。土壓平衡式盾構(gòu)又分為：削土加壓式，土壓平

32、衡加水式， 高濃度泥水加壓式，加泥式等 4 類。開挖工作面穩(wěn)定機(jī)構(gòu)： 土壓平衡式盾構(gòu)的開挖面穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，按地質(zhì)條件可以分成二種型式，一種是適用于內(nèi)摩擦 角小且易流動(dòng)的淤泥、粘土等等的粘質(zhì)土層；另一種是適用于土的內(nèi)摩擦角大、不易流動(dòng)、 透水性大的砂、砂礫等等的砂質(zhì)士層。（1）粘性土層中的開挖面穩(wěn)定機(jī)構(gòu)在粉質(zhì)粘土、粉砂、粉細(xì)砂等的粘性土層中，開挖面穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的排土方式是：由刀盤 切削后的泥土先進(jìn)入土腔內(nèi)，在土腔內(nèi)的土壓與開挖面的土壓（在粘性土中，開挖面土壓 與水壓的混合、壓力作用）達(dá)到平衡的同時(shí)，由螺旋輸送機(jī)把開挖的泥土送往后部，再?gòu)?出土閘門口出土。這種機(jī)構(gòu)首先是由挖掘的泥土充滿土腔，在軟弱的粘性土

33、地層中，由刀 盤切削后的泥土強(qiáng)度一般都比原狀土的強(qiáng)度低，因而易流動(dòng)。即使是在內(nèi)聚力很高的土層 中，也由于刀盤的攪拌作用和螺旋輸送機(jī)的搬運(yùn)作用攪亂了土體，使土的流動(dòng)性增大，因 此充滿在土腔內(nèi)和螺旋輸運(yùn)機(jī)內(nèi)泥土的土壓、可與開挖面的土壓達(dá)到相等。當(dāng)然這種充滿 在土腔和輸送機(jī)內(nèi)泥土的土壓必須在與開挖面土壓相等的情況下由螺旋輸送機(jī)排土，挖掘 量與排土量要保持平衡。但是，當(dāng)?shù)貙拥暮傲砍^(guò)某一限度時(shí)，由刀盤切削的土流動(dòng)性 變差，而且當(dāng)土腔內(nèi)泥土過(guò)于充滿并固給時(shí)，泥土就會(huì)壓密，難以挖掘和排土，迫使推進(jìn) 停止。在這種情況下，一般采用的方法是：向土腔內(nèi)添加膨潤(rùn)土、粘土等進(jìn)行攪拌，或者 噴入水和空氣，用以增加土腔

34、內(nèi)土的流動(dòng)性。（2）砂質(zhì)土層中開挖面的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)在砂、砂礫的砂質(zhì)土地層中，土的摩擦阻力大，地下水豐富，透水系數(shù)也高，因此，依靠 挖掘土的土壓和排土機(jī)構(gòu)與開挖面的壓力（地下水壓和土壓）達(dá)到平衡就很困難。而且由 刀盤切削的土體流動(dòng)性也不能保證，對(duì)于這樣的土層僅采用排土機(jī)構(gòu)的機(jī)械控制使開挖面 穩(wěn)定是很困難的。因此要用水、膨潤(rùn)土、粘土、高濃度泥水、泥漿材料等等的混合料向開 挖面加壓灌注，并不斷地進(jìn)行攪拌，改變挖掘土的成分比例，以此保證土的流動(dòng)性和止水 性，使開挖面穩(wěn)定。開挖面的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)可分為以下幾種方式：1切削土加壓攪拌方式：在土腔內(nèi)噴入水、空氣、或者添加混合材料，來(lái)保證土腔內(nèi)的土13盾構(gòu)隧道工程技術(shù)砂

35、流動(dòng)性。在螺旋輸送機(jī)的排土口裝有可止水的旋轉(zhuǎn)式送料器（轉(zhuǎn)動(dòng)閥或旋轉(zhuǎn)式漏斗）， 送料器的隔離作用能使開挖面穩(wěn)定。2加水方式： 向開挖面加入壓力水， 保證挖掘土的流動(dòng)性， 同時(shí)讓壓力水與地下水壓 相平衡。開挖面的土壓由土腔內(nèi)的混合土體的壓力與其平衡，為了能確保壓力水的作用， 在螺旋輸送機(jī)的后部裝有排土調(diào)整槽，控制調(diào)整槽的開度使開挖面穩(wěn)定。3高濃度泥水加壓方式：向開挖面加入高濃度泥水，通過(guò)泥水和挖掘土的攪拌，以保 證挖掘土體的流動(dòng)性，開挖面土壓和水壓由高濃度泥水的壓力來(lái)平衡。在螺旋輸送機(jī)的排 土口裝有旋轉(zhuǎn)式送料器，送料器的隔離作用使開挖面穩(wěn)定。4加泥式： 向開挖面注入粘土類材料和泥漿， 由輻條形的刀

36、盤和攪拌機(jī)構(gòu)混合攪拌挖 掘的土，使挖掘的土具有止水性和流動(dòng)性。由這種改性土的土壓與開挖面的土壓、水壓達(dá) 到平衡，使開挖工作面得到穩(wěn)定。土壓平衡盾構(gòu)較適應(yīng)于在軟弱的沖積土層中推進(jìn)，但在礫石層中或砂土層推進(jìn)時(shí)，加 進(jìn)適當(dāng)?shù)哪嗤梁?，也能發(fā)揮土壓平衡盾構(gòu)的特點(diǎn)。因此佃 83 年后，一般認(rèn)為土壓平衡盾構(gòu)的適應(yīng)性是強(qiáng)的，土壓平衡盾構(gòu)施工后的地表沉降量可控制在30mm 以內(nèi)。但其要求施工人員具有相當(dāng)豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，能根據(jù)地層和施工條件的變化采用一系列的施工管理方法。土壓平衡盾構(gòu)（含加泥式盾構(gòu)）適用性：（1） 細(xì)粒（粒徑 0. 074mn 以下）含有率在粒徑加積曲線的 7%以上。（2） 礫石（粒徑 2mm 以

37、上）含有率在粒徑加積曲線的 70%以下。（3） 粘性土（粘土、粉砂土含有率 4%以上）的 N 值在 15 以下。（4）自然含水量，砂：18%以上，粘性土： 25%以上。（5）滲透系數(shù) Kv5X 10-2cm/s。泥水加壓盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)是當(dāng)前最先進(jìn)的盾構(gòu)形式，它們有自己的特點(diǎn)，但是， 它們不能完全取代其它類型的盾構(gòu)形式，其理由之一就是它們的造價(jià)一般都高于其它類型 的盾構(gòu)。當(dāng)某施工范圍內(nèi)的土層為軟土，并且地質(zhì)情況變化不大，地表控制沉降的要求不高時(shí)， 可采用擠壓盾構(gòu)。當(dāng)施工沿線有可能出現(xiàn)障礙物時(shí)，也有采用開胸手掘式盾構(gòu)的（手掘、機(jī)械兼用等） 。盾構(gòu)法隧道襯砌，在 20 世紀(jì) 30 年代前采用鑄鐵

38、管片，自 30 年代開始采用鋼筋混凝土 預(yù)制管片。60 年代以來(lái)鋼筋混凝土預(yù)制管片在世界各國(guó)得到更普遍的推廣，襯砌防水技術(shù) 也相應(yīng)地出現(xiàn)以彈性防水材料為主的新材料新工藝。由于盾構(gòu)機(jī)械及襯砌結(jié)構(gòu)防水技術(shù)的 不斷發(fā)展，使盾構(gòu)法在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性和社會(huì)效益日益提高。14盾構(gòu)隧道工程技術(shù)三. 我國(guó)盾構(gòu)法隧道的發(fā)展歷史盾構(gòu)施工技術(shù)在解放前的舊中國(guó)還是一項(xiàng)缺門。我國(guó)在第一個(gè)五年計(jì)劃期間，東北阜 新煤礦用直徑 2.6m 盾構(gòu)及小型混凝土預(yù)制塊修建疏水巷道。1957 年在北京下水道工程中也 用過(guò)直徑為2.0m 及 2.6m 的盾構(gòu)。 1963 年上海開始在第四紀(jì)軟弱含水地層中進(jìn)行 4.2m 盾 構(gòu)隧道工程試

39、驗(yàn)，盾構(gòu)為手掘式，有16 個(gè)推進(jìn)千斤頂，總推力為 1.96 x 104kN,并備有正面支撐千斤頂，隧道襯砌為單層防水鋼筋混凝土肋型管片，接縫防水材料為瀝青環(huán)氧樹脂， 試驗(yàn)中曾采用了降水法和氣壓法兩種疏干地層的輔助施工措施。這些施工工藝及襯砌防水 均告成功。1964 年，采用同一盾構(gòu)和同樣的襯砌及防水材料，在覆土約12m 的飽和含水淤泥粘土層中進(jìn)行盾構(gòu)推進(jìn)試驗(yàn)。這次試驗(yàn)根據(jù)軟粘土中適宜用鋼板網(wǎng)格切土和支撐的特點(diǎn)， 盾構(gòu)胸板改裝為開孔面積可由活動(dòng)擋板調(diào)節(jié)的網(wǎng)格，這便是以后常在上海采用的網(wǎng)格式盾 構(gòu)。采用這種型式的盾構(gòu)在覆土約12m 的飽和含水淤泥質(zhì)粘土中，進(jìn)行了降水法全出土、無(wú)氣壓全出土、加氣壓全

40、出土和全閉胸?cái)D壓的推進(jìn)試驗(yàn)。結(jié)果不僅建成了隧道，還取得了 在不同施工方法中，襯砌外荷變化和隧道地面沉降的初步資料，肯定了在軟弱粘性土中使 用網(wǎng)格式盾構(gòu)輔以一定氣壓，可以用單層鋼筋混凝土管片建成有較好防水性能的隧道，并 可將地面沉陷控制在較小的程度內(nèi)。在直徑4.2m 盾構(gòu)試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，1965 年采用 2個(gè)直徑 5.8m、總推力為 3.724 x 104kN 的網(wǎng)格盾構(gòu)，在覆土約 12m 的淤泥質(zhì)粘土層中進(jìn)行試 驗(yàn)，建成了 2 個(gè)試驗(yàn)隧道。其襯砌采用五塊預(yù)制平板式單層防水鋼筋混凝土砌塊。盾構(gòu)推 進(jìn)中除在進(jìn)出井洞時(shí)采用降水法外，其余均采用氣壓法推進(jìn)，氣壓值為8.82 x 10411.76x 1

41、04Pa。直徑 5.8m 盾構(gòu)推進(jìn)在敷設(shè)上下水道、煤氣管道以及數(shù)幢樓房底下穿越，均未影響它們的使用，清況良好。1966 年，在以前試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開始為第一條上海黃浦江越江公 路隧道設(shè)計(jì)和制造了直徑為 10m 的網(wǎng)格盾構(gòu)和鋼筋混凝土管片。采用了整環(huán)澆搗管片，按 環(huán)次位置給管片編號(hào)并對(duì)號(hào)拼裝以提高管片拼裝精度。1967 年至 1969 年，采用此 10m 盾構(gòu)及單層鋼筋混凝士管片建成了上海第一條黃浦江越江道路隧道。盾構(gòu)穿越了地面以下深度 為 1730 余 m 的以淤泥質(zhì)粘土層和粉砂層為主的土層， 在兩岸不同的地段采用了降水法全 出土、全閉胸?cái)D壓、氣壓全出土以及局部擠壓方法施工，在河中段還采用了無(wú)氣

42、壓全閉胸 擠壓法施工。打浦路隧道的建設(shè)成功，一下子就使我國(guó)在盾構(gòu)施工技術(shù)方面趕上了國(guó)際水 平。特別要指出的是在飽和含水地層中來(lái)用單層預(yù)制鋼筋混凝土管片，國(guó)際上亦是在60 年代才發(fā)展起來(lái)的。1987 年建成的延安東路隧道，外徑為 11m 是我國(guó)盾構(gòu)施工技術(shù)的最新 成就。迄今為止，僅由上海市隧道工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，上海市隧道工程公司用盾構(gòu)法施工的 各類隧道就達(dá)幾十公里以上，使我國(guó)成為發(fā)展中國(guó)家中唯一能擠身于世界盾構(gòu)施工技術(shù)之 林的國(guó)家。佃 70 年以來(lái)，上海又用盾構(gòu)法在長(zhǎng)江邊及海邊建成六條外徑4.3m 的排水及引水隧道，以及市區(qū)街道下的隧道。70 年代以來(lái)，北京、江蘇、浙江、福建等省市也用不同類型盾構(gòu)

43、 修建了各種不同用途的隧道。 佃 84 年上海又制成了外徑為 11.32m 的大型盾構(gòu)，用于建造15盾構(gòu)隧道工程技術(shù)第二條黃浦江水底公路隧道。 佃 85 年，又在上海的芙蓉江路用盾構(gòu)建造了內(nèi)徑為 3.6m 的 下水道總管，開始把盾構(gòu)法推廣到市政公用設(shè)施工程中。上海用盾構(gòu)修建的隧道列于表1。丿西梃I夕卜(m )T./r質(zhì)槍只i JT t杉鉗HZ:J.LE 構(gòu)千JT-JC?數(shù)|斑1就擬力|c kNii氓血C m -4.之1工60161 9161 463& * so5*30O . & 21 SOO24ii TZT2 x 66010,206*630.654 00 0-r40784E56

44、32 4譙污展廠1 - -3 , ti ()5*0 01 . Oft13丘1 11 My2 9廠金J_(J克爲(wèi)電廠 弓J水處迥4 -30呂 20i mGOie3 iooa 140750丄工桎-T.303*101-0511 21 Q7 355200工預(yù)140。石11 H52 437G5Qx e j s事舷電 L 斟口水降i&id 3S . 401i1氏e 32D牛的 L X：出 水口旄対4 -6 4 1-2 1-11EiO1 63 5 3716()莫輔江略下 水遨色7V . .4.3G5-40J H心JrBO1 S|i s*23537丄500i贓毀加耶1越迂讎迫11- 32F8 210.

45、70i? i1Q5l1E接上頁(yè)16盾構(gòu)隧道工程技術(shù)淤泥質(zhì)牯土冇正曲文攙旳手期式盾降水衣十壓育螞栓的舸朋蔽土 偉片詢和含水鴻泥質(zhì)粘土網(wǎng)格武盾掏”軸壓平板型鋼刪淞朕土臂 片:， 環(huán)向取排鐮栓焰利含水的淤泥質(zhì)粘 土, 枯質(zhì)粉土. 粉砂陰格式盾構(gòu)可全針閉* 施工中出 土咸 不田 土” 軸以降z(mì)kT生戒不疏干J樹溺混33土借斤，雙雙排艱栓|-.-I他利含水旳脈色枯土 局鄒粉玫及粘噴粉土全聞駙折壓盾構(gòu)鋼沏袒駐土砌決|飽書J合水肌舵毎芋占二匕閔翎粉砂及粘質(zhì)檢土全閉腳臍IE盾溝堀勵(lì)混加土砌塊I-1恤利會(huì)水軟粘土手擁式屈梅鋼諂混讎土砌塊1蝕和臺(tái)水滋滬庸衲土例倍式盾梅輔朝氣壓例犧混翹土管片環(huán)向 】單排蛭栓1詢和含

46、水的砂龐粉土粘質(zhì)質(zhì)初主*及淤晁及淤晁我 粘土閥格式膚枷水力機(jī)械 廿挖及輸送*輔以降水水鋼筋混礙土雋片環(huán)向!樂排螺羥1他和會(huì)水的邂泥履粘 土網(wǎng)格武辰HTF水力機(jī)械 開招缺檢送，輔以降水鋼網(wǎng)混凝土管片環(huán)向 單排肆栓飽和含水的淤皚質(zhì)粘 土.夾粉砂閉胸式殊施排土機(jī)岀土 土壓平斷式庫(kù)構(gòu)1鋼站般凝土函塊飽和 含 水 的 砂質(zhì) 粉土 釈色粉質(zhì)帕土，淤龜網(wǎng)格武昭狗開乳面積陰 V 全田土屈部分出土.水力襯L械出土鋼糊 滋録土皆片_環(huán)向第三節(jié) 盾構(gòu)法的適用范圍建造隧道的方法有多種多樣，但是用盾構(gòu)法建造地鐵隧道卻具有其獨(dú)到之處。特別是 在人口密集、交通繁忙的大城市中，盾構(gòu)法是一種必不可少的施工方法。隨著地下建筑物、

47、 地下管線、地下鐵道的不斷發(fā)展，在城市中建造地鐵及其它地下結(jié)構(gòu)物，將逐步深層化。 盾構(gòu)法施工的費(fèi)用一般不受深度因素和覆土深淺的影響，該法適宜于建造覆土較深的隧道;在同等深層的條件下，盾構(gòu)法與明挖法施工相比，較為經(jīng)濟(jì)合理。近年來(lái)，盾構(gòu)有了較大 的突破性改進(jìn)，已由初期的氣壓手掘式盾構(gòu)發(fā)展到最近的泥水加壓盾構(gòu)、土壓平衡盾構(gòu)、加泥式盾構(gòu)等。日本從 1955 年起到 1986 年 3 月，30 年間共制作盾構(gòu) 3000 臺(tái)左右。17盾構(gòu)隧道工程技術(shù)由于盾構(gòu)斷面外徑大者可達(dá) 10 多米，小者僅 1 米多，且盾構(gòu)機(jī)械及輔助施工技術(shù)日臻 完善，大大提高了其對(duì)各種困難條件的適應(yīng)性。因而盾構(gòu)可以穿越各種復(fù)雜工程，

48、水文地 質(zhì)特性的地層，有廣泛的適用范圍。一. 大直徑盾構(gòu)的適用范圍直徑 10m 左右的大型盾構(gòu)多用于修建水底公路隧道和鐵路隧道。大型盾構(gòu)還可以用于建造暗埋地鐵車站。在蘇聯(lián)莫斯科用 910m 直徑的盾構(gòu)建成三 條平行的車站隧道，在中間隧道與兩側(cè)隧道間修建通道形成三拱塔柱式車站， 如圖 10 所示, 也可用盾構(gòu)修建三拱立柱式車站，如圖 11 所示。在日本，用盾構(gòu)建成的兩條平行車站隧道，在兩隧道之間修建通道，便形成眼鏡形地 下車站，如圖 12 所示。圖 10 三拱塔柱式車站圖 11 三拱立柱式車站在飽和含水松軟地層中用盾構(gòu)法修建地鐵車站較用地下連續(xù)墻法費(fèi)用高，故只有在地 面不得開挖的條件下才以盾構(gòu)法

49、修建地鐵車站。而在如蘇聯(lián)莫斯科寒武紀(jì)粘土等良好地質(zhì)18盾構(gòu)隧道工程技術(shù)條件下，以盾構(gòu)法修建較深地鐵車站，則具有優(yōu)越性。H營(yíng)片1圖 12 眼鏡式車站二. 中直徑盾構(gòu)的運(yùn)用范圍直往為 6m 左右的中型盾構(gòu)，適用于修建地下鐵道的區(qū)間隧道三.小直徑盾構(gòu)的適用范圍3m 直徑左右的小型盾構(gòu)，較多地用于引水、排水、電纜、通訊及其它市政公用設(shè)施綜 合管道的建設(shè)。第四節(jié)盾構(gòu)的選型一般地講，采用盾構(gòu)施工的地層大都是復(fù)雜多變的，目前還沒有一種萬(wàn)能的盾構(gòu)適合 于各種地質(zhì)條件。實(shí)際上，在選定盾構(gòu)時(shí)，不僅要考慮到地質(zhì)條件，還要考慮到盾構(gòu)的外 徑、隧道的長(zhǎng)度、工程的施工程序、勞動(dòng)力情況等，而且還要綜合研究工程的施工環(huán)境、

50、基地面積、施工引起對(duì)環(huán)境的影響程度等。選擇盾構(gòu)的種類一般要求掌握不同盾構(gòu)的特征, 表 2 和表 3 所列的是選定各種盾構(gòu)時(shí)的基準(zhǔn)，同時(shí)，還要逐個(gè)研究如下幾個(gè)項(xiàng)目：19盾構(gòu) 隧道工程 技術(shù)1開挖面有無(wú)障礙物。2氣壓施工時(shí)開挖面能否自立穩(wěn)定。3氣壓施工并用其它輔助施工法后開挖面能否穩(wěn)定。4擠壓推進(jìn)，切削土加壓推進(jìn)中，開挖面能否自立穩(wěn)定。5開挖面在加入水壓、加泥壓、泥水壓作用下，能否自立穩(wěn)定6經(jīng)濟(jì)性。盾構(gòu)的選型一定要綜合考慮各種因素，不僅是技術(shù)方面的，而且還有經(jīng)濟(jì)和社會(huì)方面 的因素，才能最后確定采用何種盾構(gòu)施工。第五節(jié) 隧道的襯砌結(jié)構(gòu)與構(gòu)造一隧道斷面的型式盾構(gòu)法隧道為位于二端豎井結(jié)構(gòu)間的暗埋隧道段，

51、盾構(gòu)由一端的拼裝豎井開始推進(jìn)， 再?gòu)牧硪欢说牟鹦敦Q井推出，形成有一定坡度的隧道。根據(jù)隧道的使用要求、施工技術(shù)的 可能、外圍土層的特性、隧道受力等因素，其橫斷面一般有圓形、矩形、半圓型、馬蹄形 等多種型式，最常用的橫斷面型式為圓型與矩型。1圓形隧道斷面的優(yōu)點(diǎn)（1）可以等同地承受各方向外部壓力。尤其是在飽和含水軟土地層中修 建地下隧道，由于頂壓、側(cè)壓、較為接近，更可顯示出圓形隧道斷面的優(yōu)越性。（2）施工中易于盾構(gòu)推進(jìn)。（3）便于管片的制作、拼裝。（4）盾構(gòu)即使發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)斷面的利用也毫無(wú)妨礙。2單雙層襯砌的選用近年來(lái)， 由于防水材料質(zhì)量的提高， 可以考慮省略二次襯砌，采用單層的一次襯砌，既 承重又

52、防水。上海地區(qū)的隧道穿越松軟含水地層，為防水、防蝕、增加襯砌的強(qiáng)度和剛度、修正施 工誤差，可采用雙層襯砌。譬如電力、通訊等隧道對(duì)防滲漏要求嚴(yán)格，而進(jìn)排水隧道要求 減小內(nèi)壁粗糙系數(shù)，且它一經(jīng)運(yùn)營(yíng)后就無(wú)法檢修，若外層襯砌有漏點(diǎn)，襯砌外側(cè)土體隨水 滲入流失，時(shí)間一長(zhǎng)，可能會(huì)危及結(jié)構(gòu)本身。所以來(lái)用雙層襯砌的較多，至少也得在圓環(huán) 底部適當(dāng)范圍內(nèi)澆筑內(nèi)襯。內(nèi)外襯砌間不設(shè)防水卷材，不進(jìn)行鑿毛處理，僅在設(shè)局部襯砌時(shí)，才需在該范圍進(jìn)行20盾構(gòu)隧道工程技術(shù)鑿毛處理，以增加粘結(jié)能力，可靠地蓋住最下面接頭縫隙，滿足使用要求。但雙層襯砌施工周期長(zhǎng)，造價(jià)貴，且它的止水效果在很大程度上還是取決于外層襯砌的 施工質(zhì)量、滲漏情

53、況，所以只有當(dāng)隧道功能上有如上述那些特殊要求，才選用雙層襯砌。 通常在滿足工程使用要求的前提下，應(yīng)優(yōu)先選用單層裝配式鋼筋混凝土襯砌。它施工工藝 單一，工程施工周期短，投資省。隨著高效能盾構(gòu)機(jī)械的應(yīng)用，襯砌防水技術(shù)的提高，施 工工藝的日臻完善，越來(lái)越多的工程都選用了單層襯砌。即使大直徑的過(guò)江公路隧道（如 上海延安東路、打浦路越江隧道等）或承受地鐵機(jī)車振動(dòng)荷載的地下鐵道，也是如此。二.裝配式襯砌分類與選型1 襯砌組成裝配式襯砌圓環(huán)一般由標(biāo)準(zhǔn)塊、 鄰接塊和封頂塊的多塊預(yù)制管片在盾尾內(nèi)拼裝而成 C 據(jù)工程需要，組成襯砌的預(yù)制構(gòu)件有鑄鐵、鋼、混凝土、鋼筋混凝土管片或砌塊之分，我 國(guó)目前用得最多的是鋼筋混

54、凝土管片或砌塊。管片按其形狀分為箱形管片和板形管片二類，如圖21、22 所示。圖21箱形管片（鋼筋混凝土）21圖22平板形管片（鋼筋混凝土）圖23（a）橫剖面（b）管片示意圖圖 23 是某越江隧道的鋼筋混凝土箱形管片。 每一襯砌環(huán)由 8 塊管片組成，其中 5 塊標(biāo)盾構(gòu)隧道工程技術(shù)22盾構(gòu) 隧道工程 技術(shù)準(zhǔn)塊，2 塊鄰接塊，I 塊封頂塊。管片之間用螺栓連接。圖 24 是由 5 塊鋼筋混凝土砌塊組成的襯砌。其中 2 塊標(biāo)準(zhǔn)塊， 2 塊鄰接塊， 1 塊封頂 塊。各砌塊之間用螺栓連接。圖 25 (a)是兩種類型的砌塊(甲型砌塊和乙型砌塊共6 塊)相間拼裝組成，各砌塊之間不用螺栓連接，相鄰環(huán)錯(cuò)縫拼裝。圖

55、 25 (b)、( c)的表示兩種砌塊型式。盾構(gòu)法隧道的襯砌由預(yù)制管片或砌塊組成，與整體式現(xiàn)澆襯砌相比，其優(yōu)點(diǎn)是：( 1) 安裝后能立刻承受荷載。( 2) 施工易于機(jī)械化。(3) 由于在工廠預(yù)制，質(zhì)量有保證，但其接縫處的防水處理需要來(lái)取特別有效的措施。2單塊管片的幾何尺寸襯砌環(huán)環(huán)寬 B 越大，即管片寬度越寬，在同等里程內(nèi)的隧道襯砌環(huán)接縫就越少，因而 漏水環(huán)節(jié)、螺栓亦越少，施工進(jìn)度加快。襯砌環(huán)的制作費(fèi)、施工費(fèi)用減少，經(jīng)濟(jì)效益明顯 提高，因此，具有無(wú)可爭(zhēng)辯的優(yōu)越性。但它受運(yùn)輸及盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備能力的制約，應(yīng)綜合考 慮舉重臂能力及盾構(gòu)千斤頂?shù)臎_程。特別是盾構(gòu)與隧道軸線坡度差較大的地段和曲線施工 段，在一

56、定曲率半徑及盾尾長(zhǎng)度情況下，B 應(yīng)由盾構(gòu)千斤頂?shù)挠行_程來(lái)決定。23盾構(gòu)隧道工程技術(shù)彎遽檢孔環(huán)向蝮栓孔(A?圖24(a ) 橫剖面(b)砌塊示意圖綜上所述，襯砌環(huán)環(huán)寬 B 應(yīng)與盾構(gòu)千斤頂沖程及其推進(jìn)來(lái)量等相適應(yīng)，應(yīng)盡可能取得寬一些。在目前施工中，對(duì)于直徑為 3.510m 的隧道，常用的環(huán)寬一般為 7501000mm在曲線段應(yīng)考慮不等寬的楔形環(huán)，其環(huán)面錐度可按隧道曲率半徑計(jì)算得出，但不宜太 大。襯砌直徑大于 6m 者，楔形量 3050mm，小直徑隧道約 1540mm。24盾構(gòu)隧道工程技術(shù)圖25（a）橫剖面（b）甲型塊（c）乙型塊襯砌管片的厚度 S 應(yīng)根據(jù)隧道直徑（D）大小、埋深、承受荷載情況、襯

57、砌結(jié)構(gòu)構(gòu)造、 材質(zhì)、襯砌所承受的施工荷載（主要是盾構(gòu)千斤頂頂力）大小等因素來(lái)確定，一般約為（0.05 0.06）D,直徑為 6.0m 以下的隧道，鋼筋混凝土管片厚度約 250350mm，直徑為 6.0m 以 上的隧道，鋼筋混凝土管片厚約 350600mm。3管片襯砌的分塊與拼裝形式裝配式襯砌由多塊預(yù)制管片在盾尾內(nèi)拼裝而成，襯砌圓環(huán)的分塊主要由管片制作、運(yùn)輸、 安裝等方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定，但也應(yīng)符合滿意的受力性能的要求。以鋼筋混凝土管片為例：10m 左右大直徑隧道在飽和含水軟弱地層中為減少接縫形變和漏水可以分為810 塊，在較好土質(zhì)下為減少內(nèi)力可增加分塊數(shù)量，有的做成 27 塊；6m 左右中直徑隧

58、道一般分成 68 塊，尤以接頭均勻分布的 8 塊為佳，符合內(nèi)力最小的原則；3m 左右小直徑隧道可采用 4等分管片，把管片接縫設(shè)置在內(nèi)力較小的45處和 135處，使襯砌環(huán)具有較好的剛度和強(qiáng)度，接縫處內(nèi)力達(dá)最小值，其構(gòu)造也可相應(yīng)得到簡(jiǎn)化，也有由三塊組成的襯砌環(huán)。管片 的最大弧、弦長(zhǎng)度一般較少超過(guò) 4m，管片較薄時(shí)其長(zhǎng)度相應(yīng)較短。由上述可知，從制作、防水、拼裝速度方面考慮，襯砌環(huán)分塊數(shù)越少越好，最少可以分 為三塊。但從運(yùn)輸及拼裝方便而言又希望分塊數(shù)多一些為好。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)配合結(jié)構(gòu)所處土 層的特性、受荷情況、構(gòu)造特點(diǎn)、計(jì)算模式（按多鉸柔性圓環(huán)考慮，則分塊數(shù)應(yīng)多，若按 均質(zhì)彈性圓環(huán)設(shè)計(jì)，則分塊數(shù)宜少一些，

59、上海地區(qū)多半按后者考慮）、運(yùn)輸能力、制作拼裝方便等因素綜合考慮決定樹砌分塊數(shù)。通常隧道直徑D v 6m 的 46 塊居多，6m 以上者以 810 塊為宜。25盾構(gòu)隧道工程技術(shù)封頂塊的形式，從尺寸上看有大小之分。所謂大封頂，是指其尺寸與其它標(biāo)準(zhǔn)塊、鄰接 塊相當(dāng)，這種形式，塊與塊、環(huán)與環(huán)間的連接處理方便，但拼裝不易。而小封頂環(huán)面弧弦 長(zhǎng)尺寸均很小，多半為 4001000mm 左右，拼裝成環(huán)方便，但連接構(gòu)造復(fù)雜些，因而有 時(shí)不得不用鋼材制作。根據(jù)隧道施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 考慮到施工方便以及受力的需要， 目前 封頂塊一般趨向于采用小封頂形式。封頂塊的拼裝形式有徑向楔入、縱向插入等幾種。徑 向楔入者其半徑方

60、向的兩邊線必須呈內(nèi)八字形或者至少是平行，受荷后有向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，受力不利。采用縱向插入形式的封頂塊受力情況較好，在受荷后，封頂塊不易向內(nèi)滑移， 其缺點(diǎn)是在封頂塊管片拼裝時(shí)，需要加長(zhǎng)盾構(gòu)千斤頂行程。故也可采用一半徑向楔入和另 一半縱向插入的方法以減少千斤頂行程。目前，我國(guó)、西德及比利時(shí)等國(guó)多半根據(jù)千斤頂 的沖程大小來(lái)選用全縱向插入或根據(jù)沖程大小反算得出徑向楔入及縱向插入長(zhǎng)度，以此進(jìn) 行設(shè)計(jì)。在一些隧道工程中也有把封頂塊設(shè)置于45, 135甚至 180（圓環(huán)底部）處的。片錯(cuò)縫拼裝圓環(huán)的拼裝形式有通縫（圖 26），錯(cuò)縫（圖 27）兩種。所有襯砌環(huán)的縱縫呈一線的情 況稱之為通縫拼裝。而環(huán)間縱縫相互錯(cuò)開，猶如磚砌體一樣的情況