土木工程施工-地下工程

明挖法暗挖法沉井法盾構(gòu)法頂管法沉管法長(zhǎng)江隧道，位于 長(zhǎng)江大橋和 長(zhǎng)江二橋之間，被稱為“

長(zhǎng)江第一隧”。秦嶺終南山公路隧道，中國(guó)第一長(zhǎng)高速公路隧道， 自行設(shè)計(jì)、建設(shè)的世界級(jí)工程。2號(hào)線地鐵站點(diǎn)管線隧道排水系統(tǒng)大學(xué)防空洞工程是指深入地面以下、為開發(fā)利用

空工程包括交通工油氣庫(kù)和輸氣隧間資源所建造的土木工程。程、市政工程、引水排水工程、道工程、國(guó)防及戰(zhàn)備工程等。我國(guó)在工程施工技術(shù)與方法上取得了較大發(fā)展，先后采用了明挖法、暗挖法、沉井法、盾構(gòu)法、頂管法及沉管法等施工技術(shù)方法，這些技術(shù)的研究與應(yīng)用有的已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平．6.1

明挖法明挖法施工是指挖開地面,由上向下開挖土石方至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,自基底由下向上順作施工,完成主體結(jié)構(gòu),最后回填基坑或恢復(fù)地面的施工方法。優(yōu)點(diǎn)：具有施工、簡(jiǎn)單、快捷、經(jīng)濟(jì)、安全；缺點(diǎn)：對(duì)周圍環(huán)境的影響大；適用范圍：地面開闊和

地質(zhì)條件較好的情況。明挖法的關(guān)鍵工序是：降低 水位，邊坡支護(hù)，土方開挖，結(jié)構(gòu)施工及防水工程。內(nèi)支撐式邊坡支護(hù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工降低 水位及基坑支護(hù)是明挖法施工的關(guān)鍵，處理不好易造成邊坡 等工程事故。圖為2012年12月30日， 地鐵4號(hào)線施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生 事故。6.2

暗挖法暗挖法施工技術(shù)是在地表下面進(jìn)行施工，與明挖法相對(duì)的、各種非敞開或小部分敞開的開挖技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)人們生活無(wú)干擾；缺點(diǎn)：技術(shù)要求和造價(jià)較高。新奧法主要方法

淺埋暗挖法管幕法6.2.1

新奧法一、概述新奧法，即新奧地利隧道施工法(New

AustrianTunnellingMethod)，國(guó)際上簡(jiǎn)稱為NATM，是一種在巖質(zhì)土砂質(zhì)介質(zhì)中開挖隧道，以使圍巖形成一個(gè)中空筒狀支撐環(huán)結(jié)構(gòu)為目的的隧道設(shè)計(jì)施工方法?；驹恚菏┕み^(guò)程中充分發(fā)揮圍巖本身具有的自承能力，即洞室開挖后，利用圍巖的自穩(wěn)能力及時(shí)進(jìn)行噴錨支護(hù)（初期），使之與圍巖密貼，減小圍巖松動(dòng)范圍，提高自承能力，使支護(hù)與圍巖聯(lián)合受力共同作用。與傳統(tǒng)施工方法的區(qū)別：

傳統(tǒng)方法認(rèn)為巷道圍巖是一種荷載，應(yīng)用厚壁混凝土加以支護(hù)松動(dòng)圍巖；新奧法認(rèn)為圍巖是一種承載機(jī)構(gòu)，構(gòu)筑薄壁、柔性、與圍巖緊貼的支護(hù)結(jié)構(gòu)（以噴射混凝土、錨桿為主要），使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同形成支撐環(huán)，來(lái)承受壓力，并最大限度地保持圍巖穩(wěn)定，而不致松動(dòng)破壞。新奧法隧道斷面示意圖開挖輪廓線噴射混凝土厚20cm預(yù)置變形量12cm防水層模筑混凝土厚60cm二、施工技術(shù)施工原則：少擾動(dòng)、早噴錨、勤量測(cè)、緊封閉。施工工序3.施工工藝新奧法工藝流程可以概括為：開挖→一次（初期）支護(hù)→

防水層→二次支護(hù)。鉆孔、裝藥、爆（1）開挖作業(yè)開挖作業(yè)的內(nèi)容依次包括破、通風(fēng)、機(jī)動(dòng)作業(yè)、出渣等。全斷面開挖法臺(tái)階開挖法分部開挖法開挖方法長(zhǎng)臺(tái)階開挖法短臺(tái)階開挖法超短臺(tái)階開挖法臺(tái)階分部開挖法單側(cè)導(dǎo)坑開挖法雙側(cè)導(dǎo)坑開挖法①全斷面開挖法。即按設(shè)計(jì)輪廓線一次 成型，再修筑襯砌。常用在Ⅰ~Ⅱ類硬巖中，利于組織大型機(jī)械化作業(yè)，提高施工速度，可采用深孔

。②臺(tái)階開挖法。即將設(shè)計(jì)開挖斷面分上半部斷面跟下半部斷面兩次進(jìn)行開挖。此法又分為長(zhǎng)臺(tái)階法、短臺(tái)階法和超短臺(tái)階法。長(zhǎng)臺(tái)階法。一般 階超前

50m以上大于

5倍洞跨，施工中上、下部可配屬同類型較大型機(jī)械平行作業(yè)或交替作業(yè)。短臺(tái)階法。 階長(zhǎng)度小于5倍洞跨，但大于1~1.5

倍洞跨，適用于Ⅳ~Ⅴ類圍巖，可縮短仰拱封閉時(shí)間，改善初期支護(hù)受力條件，但 階施工干擾較大。超短臺(tái)階法。

階僅超前3~5m，斷面閉合較快。此法多用于機(jī)械化程度不高的各類圍巖地段，當(dāng)遇軟弱圍巖時(shí)需慎重考慮，必要時(shí)采用輔助施工措施穩(wěn)定開挖工作面以保證施工安全。a.臺(tái)階分部開挖法（環(huán)形開挖留于一般土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖地段。法）。適用土支擋開③分部開挖法環(huán)形開挖留

法挖工作面，利于及時(shí)施作拱部初期支護(hù)，增強(qiáng)開挖工作面穩(wěn)定。在拱保護(hù)下開挖

土，安全性好。工字鋼土臨時(shí)工作平臺(tái)b.單側(cè)壁導(dǎo)坑法。適合于圍巖較差、跨度大、地表沉陷難于控制時(shí)。此法單側(cè)壁導(dǎo)坑超前，并對(duì)導(dǎo)坑作臨時(shí)支護(hù)，中部和另一側(cè)斷面采用正臺(tái)階法施工，故兼有正臺(tái)法和雙側(cè)導(dǎo)坑法的優(yōu)點(diǎn)，且洞跨可隨機(jī)械設(shè)備和施工條件決定。單側(cè)壁導(dǎo)坑法c.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。適用于淺埋大跨度隧道，地表下沉量要求嚴(yán)格圍巖條件特別差時(shí)配合輔助施工方法安全可靠，但是速度慢、造價(jià)高。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法（2）初期支護(hù)洞身開挖前，首先在進(jìn)洞口設(shè)置管棚(先鉆孔，再放導(dǎo)管，后注漿)，加固圍巖(一般長(zhǎng)度10～45m)，

再根據(jù)圍巖情況進(jìn)行開挖，并決定開挖長(zhǎng)度。洞口管棚初期支護(hù)作業(yè)主要工序有：初噴封閉→拱架上立→錨桿施工→復(fù)噴結(jié)束。①初噴封閉。

后出碴、排險(xiǎn)后立即進(jìn)行對(duì)掌子面的 露巖體進(jìn)行噴射砼封閉覆蓋。②拱架架立。掌子面初噴結(jié)束后，立即進(jìn)行鋼架（格柵或型鋼拱架）的架立。架立鋼拱架注：掌子面是坑道施工中的術(shù)語(yǔ)，不是一個(gè)固定的面，開挖面有掌子面、邊和拱頂面，掌子面是正對(duì)著人的那個(gè)不斷向前移動(dòng)的工作面，英文heading。錨桿施工③錨桿施工。拱架架立完畢，按設(shè)計(jì)間距進(jìn)行錨桿布置。錨桿施工順序：定位→鉆眼→清孔、檢孔→桿體頂入→安裝止?jié){塞、托板→鋼筋網(wǎng)片安裝。④復(fù)噴結(jié)束。噴射砼的補(bǔ)噴應(yīng)在錨桿施工結(jié)束后立即進(jìn)行，直至設(shè)計(jì)厚度。復(fù)噴按照設(shè)計(jì)要求需要或者現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)不良（圍巖極為破碎）時(shí)，進(jìn)入下一循環(huán)的開挖施工之前，為保證施工的安全，應(yīng)進(jìn)行超前支護(hù)施工。砂漿錨桿超前支護(hù)超前支護(hù)小導(dǎo)管掌子面超前支護(hù)隧道洞口大管棚的超前支護(hù)錨桿超前支護(hù)示意圖小導(dǎo)管掌子面超前支護(hù)（3）防水

層在初期支護(hù)完成且圍巖趨于穩(wěn)定之后，鋪設(shè)防水層，該防水層常用帶有錐形的聚脂隔水板或金屬板的構(gòu)筑在兩次支護(hù)結(jié)構(gòu)之間。防水層中的水可通過(guò)集水排水管排出。（4）二次支護(hù)亦稱二次襯砌， 稱之為模筑混凝土。其施工工序?yàn)椋貉龉盎虻装宓臐沧⑹┕ぁ∵厜Φ臐沧⑹┕ぁ龉俺涮罨炷痢叭厜沧⑹┕ぁ炷琉B(yǎng)護(hù)。澆注時(shí)采用長(zhǎng)度大于

8m的模板臺(tái)車。二次襯砌時(shí)，對(duì)初次噴錨支護(hù)時(shí)拱部和邊墻處存在的空隙，要求采用現(xiàn)澆混凝土或石砌圬工將空隙回填密實(shí)，使各部襯砌與圍巖緊密地結(jié)合起來(lái)。三、常見(jiàn)工程事故1.隧道山體滑坡。主要原因：邊仰坡坡度過(guò)大；巖層破碎;處于淺埋偏壓段，缺乏相應(yīng)的加固措施;未按設(shè)計(jì)施工邊仰坡及防護(hù)措施;無(wú)專項(xiàng)進(jìn)洞方案，或不按批準(zhǔn)方案施工;排水體系不完善。隧道出口段山體滑坡2.隧道初支坍塌。主要原因初支施工質(zhì)量存在缺陷;未按規(guī)定組織圍巖量測(cè)及二襯施工不及時(shí)等。地表沉降觀測(cè);隧道進(jìn)口初支坍塌3.隧道掌子面坍塌。主要原因：（1）隧道處于不良地質(zhì)段，或未及時(shí)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)調(diào)整；隧道處于淺埋段，超支措施、地表防護(hù)措施、沉降觀測(cè)，或開挖方法不當(dāng)；無(wú)專項(xiàng)方案，或不按方案組織 作業(yè);初期支護(hù)不及時(shí);掌子面圍巖變形過(guò)大，未及時(shí)處理等。掌子面坍塌4.

掌子面初支坍塌。主要原因：初支施工質(zhì)量存在缺陷；無(wú)圍巖量測(cè)專項(xiàng)實(shí)施方案，或量測(cè)工作實(shí)施

；未按規(guī)定施作鎖腳錨桿(管)，或鋼拱架牛腿接長(zhǎng)不符合規(guī)范要求；仰拱開挖不符合規(guī)范要求；初支變形過(guò)大，未及時(shí)處理；未及時(shí)施作二襯。6.2.2

淺埋暗挖法一、概述淺埋暗挖法是以加固和處理軟弱地層為前提，采用足夠剛性復(fù)合襯砌(由初期支護(hù)和二次襯砌及中間防水層所組成)為基本支護(hù)結(jié)構(gòu)的，一種用于軟土地層近地表修建各種類型洞室的暗挖施工方法。主要適用范圍：在不能明挖施工的軟弱無(wú)膠結(jié)的砂或土質(zhì)、卵石等第四紀(jì)地層，修建覆跨比大于

0.2的淺埋洞室。淺埋暗挖法沿用了新奧法的基本原理，主要區(qū)別在于淺埋暗挖法的初支具有一定的剛度。

采用先柔后剛復(fù)合襯砌，初期支護(hù)承擔(dān)全部基本荷載，二襯作為安全儲(chǔ)備，初支、二襯共同承擔(dān)特殊荷載；采用多種輔助工法，超前支護(hù)，改善加固圍巖，調(diào)動(dòng)部分圍巖自承能力；采用不同開挖方法及時(shí)支護(hù)封閉成環(huán),使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護(hù)體系。二、施工技術(shù)施工條件：淺埋暗挖法不允許帶水作業(yè)；開挖面具有一定的自立性和穩(wěn)定性。施工要點(diǎn)：“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的18字方針。此外，應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件選擇分部正臺(tái)階法及全斷面開挖法。3.施工步驟：修建工作豎井；將

打入地層，然后注入水泥漿或化學(xué)漿液，使地層加固。如遇含水地層，首先施工降水；地層加固后，進(jìn)行短尺開挖。通常每循環(huán)在0.5~1m，隨后即做初期支護(hù)；施做防水層。開挖面的穩(wěn)定時(shí)刻受水的威脅。嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致 ，因此處理好暗挖法施工非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)；（5）進(jìn)行二次襯砌。水是淺埋6.2.3

管幕法管幕法斷面一、概述管幕法是以單管頂進(jìn)為基礎(chǔ)，各單管間依靠鎖口在側(cè)面相接形成管排，并在鎖口間注漿，形成密封的止水管幕。然后對(duì)管幕內(nèi)的土體進(jìn)行加固處理，隨后在 邊開挖邊支撐，直到管幕段貫通再澆筑結(jié)構(gòu)體?；蛘呦仍趦蓚?cè)工作井內(nèi)現(xiàn)澆箱涵,然后邊開挖土體邊牽引對(duì)拉箱涵。管幕法適用范圍廣，從目前已有的國(guó)內(nèi)外工程來(lái)看，適用于回填土、砂土、粘土、巖層等各種地層。管幕是指用小口徑頂管機(jī)構(gòu)筑的從推進(jìn)井延伸至接收井形成的隔水擋土的 圍幕。幕管是一種剛性的臨時(shí)擋土結(jié)構(gòu)，減少開挖時(shí)對(duì) 土體的擾動(dòng)并相應(yīng)減少周圍土體的變形，達(dá)到開挖時(shí)不影響地面活動(dòng)，維持上部建（構(gòu)）筑物體與管線正常使用功能的目的。管幕法二、施工技術(shù)管幕法施工可分為兩大部分:

幕施工及在管幕保護(hù)下 結(jié)構(gòu)體的施工。施工步驟：構(gòu)筑頂管出發(fā)井和接收井,必要的情況下需進(jìn)行土體加固；將 按一定的順序分節(jié)頂入土層中,之間設(shè)有鎖口，使 彼此搭接,

形成管幕；鎖口處涂刷止水潤(rùn)滑劑,且通過(guò)預(yù)埋注漿管在接頭處注入止水劑,使?jié){液縱向流動(dòng)并充滿鎖口處的間隙,防止開挖時(shí)水滲入管幕內(nèi)；在內(nèi)進(jìn)行注漿或注入混凝土,并進(jìn)行養(yǎng)護(hù),以提高管幕的剛度,減小開挖時(shí)管幕的變形；在管幕內(nèi)全斷面開挖,邊開挖邊支撐,形成從始發(fā)井至接收井的通道；（6）依次逐段構(gòu)筑混凝土管幕內(nèi)支撐,最終形成完整的結(jié)構(gòu),并逐步拆除通道。三、技術(shù)特點(diǎn)該工法施工時(shí)無(wú)噪音和振動(dòng),對(duì) ?。徊槐卮蠓秶_挖,不影響城市道路正常運(yùn)行；不必降低 水位，地面沉降??；既有建筑物附近施工時(shí)，不對(duì)建筑物產(chǎn)生不良影響，故無(wú)需加固房屋地基和樁基；使用小型頂管機(jī)進(jìn)行施工，要求頂管機(jī)具有較高的頂進(jìn)精度和頂進(jìn)速度；作為管幕的 埋入土體后不能回收,

造成了資源浪費(fèi),成本較高。6.3

沉井法沉井基礎(chǔ)6.3.1

概述沉井法是修建 結(jié)構(gòu)的法。橋梁墩臺(tái)重型工業(yè)建筑物的深基礎(chǔ)各種泵房沉淀池、水池、

槽各種

廠房或車間和倉(cāng)庫(kù)人防工程鐵道或水底隧道的通風(fēng)井盾構(gòu)拼裝和拆卸井利用其空間供生產(chǎn)使用或其他用途的建筑物最初用途逐步發(fā)展沉井法施工一般現(xiàn)在建筑地點(diǎn)平整場(chǎng)地，分節(jié)（或一次）制作井筒；然后從井內(nèi)不斷取土，隨著土體的挖深，沉井因自重作用克服井壁和土體之間的摩擦力和刃腳下土的阻力而逐漸下沉，必要時(shí)采用助沉措施；達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用混凝土封底，并按使用要求修筑結(jié)構(gòu)；最后修筑頂蓋和出。沉井構(gòu)造沉井一般由刃腳、井壁、內(nèi)隔墻、凹槽、封底及頂蓋等組成。有時(shí)沉井還配有射水管系及探測(cè)管等其他部分。6.3.2

施工技術(shù)一、施工方法沉井的施工根據(jù)不同情況（如沉井高度、地基承載力、施工設(shè)備等），可分為以下三種：

1.一次制作一次下沉。在一般中小型沉井、井高不大、地基情況良好時(shí)采用。分節(jié)制作、接高一次下沉。分節(jié)制作井身，全部澆筑完畢并達(dá)到強(qiáng)度要求后，連續(xù)挖土下沉。制作與下沉交替進(jìn)行。制作一節(jié)，下沉一節(jié)，循環(huán)進(jìn)行。操作方便，工序多工期長(zhǎng)。二、施工準(zhǔn)備在松軟地基上進(jìn)行沉井制作，應(yīng)先處理地基。平整場(chǎng)地和修建臨時(shí)設(shè)施。測(cè)量控制和沉降控制。三、施工工序測(cè)量放線、開挖基坑和搭設(shè)工作臺(tái)→鋪砂墊層、承墊木→沉井制作→抽取墊木→沉井下沉→封底、回填、澆筑其他部分結(jié)構(gòu)。沉井法施工主要工序示意圖如下圖所示。沉井法施工主要工序示意圖四、沉井下沉工藝最常用的沉井下沉方式主要為：全降排水下沉施工

部分降排水下沉施工不排水下沉施工沉井下沉的助沉措施宜在設(shè)計(jì)之初予以考慮，助沉措施會(huì)起到事半功倍的效果。泥漿潤(rùn)滑套法：井壁周圍填充泥漿，減小摩阻力。壓 ：沉井頂面鋪設(shè)平臺(tái)，加以壓重助沉。高壓射水法：井壁腔內(nèi)埋設(shè)水管，高壓射水助沉。壁后壓氣法：沿井壁輸送壓縮空氣，減小摩阻力。6.3.3

施工常見(jiàn)問(wèn)題一、流砂現(xiàn)象當(dāng)排水下沉?xí)r，沉井穿過(guò)水位以下的粉、細(xì)砂土層時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，使施工發(fā)生，沉井容易傾斜，并影響附近地面及建筑物引起沉陷開裂。流砂現(xiàn)象的排除方法有：若估計(jì)有粉細(xì)砂層可能會(huì)出現(xiàn)流砂，在下沉前在沉井

設(shè)置井點(diǎn)降水系統(tǒng)，排除產(chǎn)生流砂的條件；在遇到薄層流砂時(shí)，可加快沉井下沉速度以穿越流砂層；若施工遇流砂現(xiàn)象、影響比較嚴(yán)重?zé)o法克服時(shí)，則應(yīng)停止挖土，在井內(nèi)灌水，改為不排水下沉。二、突沉在黏粘土層中沉井下沉?xí)r，常因側(cè)面摩阻力小而會(huì)發(fā)生突然下沉。突沉容易使沉井傾斜或超沉，防止突沉的措施有：注意均勻挖土，井壁刃腳下挖土不宜過(guò)深，加大沉井的下沉系數(shù)，使刃腳始終埋在土中下沉；設(shè)置下框架橫梁，加寬刃腳踏面寬度。施工時(shí)，有時(shí)利用突沉可以穿越流沙層，防止流沙現(xiàn)象的發(fā)生。三、不沉或慢沉若由于側(cè)面摩阻力過(guò)大而造成可在井壁外側(cè)射水沖刷，同時(shí)壓重強(qiáng)迫下沉，在不排水挖土施工時(shí)，可抽除部分井內(nèi)水，以減少浮力加重沉井 摩擦阻力；若是刃腳踏面過(guò)大時(shí)，應(yīng)挖除刃腳下的土，遇到有大石塊等 物時(shí)，可進(jìn)行小型 排除，不排水施工時(shí)常由潛水員進(jìn)行水下清理。四、偏斜沉井下沉過(guò)程中，會(huì)經(jīng)常位移兩種。，主要是傾斜和客觀原因：是土質(zhì)不均勻或出現(xiàn)個(gè)別 物；原因：施工過(guò)程中管理不嚴(yán)等人為因素。沉井糾偏的方法主要由以下幾種：沉井向某側(cè)傾斜時(shí)，可在下沉少的一側(cè)多挖土，恢復(fù)平衡后再均勻挖土。沉井邊長(zhǎng)產(chǎn)生偏心逆差時(shí)，可采用偏心壓重進(jìn)行糾偏。小沉井或矩形沉井短邊方

向產(chǎn)生偏差時(shí)，應(yīng)在下沉少的一側(cè)外部用高壓水沖井壁附近的土，并加偏心壓重，在下沉多的一側(cè)加水平推力，以糾正傾斜，如右圖所示。直徑較小的圓形沉井出現(xiàn)傾斜時(shí)，應(yīng)在下沉多的方向挖土，下沉少的一側(cè)加重，并用鋼繩從橫向給沉井一定拉力，以糾正沉井傾斜。當(dāng)采用觸變泥漿潤(rùn)滑套時(shí)，可采用導(dǎo)向木法糾偏。沉井位移糾偏。當(dāng)沉井中心線與設(shè)計(jì)中心線不重合時(shí)，可現(xiàn)在一側(cè)挖土，使沉井傾斜，然后均勻挖土，使沉井傾斜方向下沉到沉井底面中心線位置，再糾正傾斜。6.3.4 技術(shù)特點(diǎn)一、沉井下沉過(guò)程中無(wú)需設(shè)置坑壁支撐或板樁圍壁，與明挖法相比，簡(jiǎn)化了施工；二、沉井可就地制作，機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單；三、主體部分混凝土在地面建筑，質(zhì)量較易保證，整體剛度亦較大；四、作為

結(jié)構(gòu)使用，其單體造價(jià)較低；五、防水可靠，對(duì)

建筑物的影響較明挖法少。6.4.1

概述盾構(gòu)法是利用盾構(gòu)的切口環(huán)充作臨時(shí)支護(hù)，在保

持開挖面及圍巖的穩(wěn)定的條件下，進(jìn)行隧道掘進(jìn)開挖，同時(shí)在盾尾的掩護(hù)下拼裝管片、壁后注漿，在襯砌施

做完成后，用盾構(gòu)千斤頂頂住拼裝好的襯砌，將盾構(gòu)

向前方挖去土的空間推進(jìn)，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)距離達(dá)到一個(gè)

襯砌環(huán)的寬度后，縮回盾構(gòu)千斤頂活塞桿，進(jìn)行新的

開挖和襯砌作業(yè)。如此交替循環(huán)直至工程完成。6.4

盾構(gòu)法

歐美將全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)統(tǒng)稱為TBM，則一般統(tǒng)稱為盾構(gòu)機(jī)，細(xì)分可稱為硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)和軟地層隧道掘進(jìn)機(jī)。中國(guó)則一般將硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)稱為TBM，將軟地層掘進(jìn)機(jī)稱為盾構(gòu)機(jī)。

盾構(gòu)法是以盾構(gòu)為主要施工機(jī)具，盾構(gòu)法中，“盾”是指保持開挖面穩(wěn)定性的刀盤和壓力艙、支護(hù)圍巖的盾型鋼殼?！皹?gòu)”是指構(gòu)成襯砌的管片和壁后注漿體。盾構(gòu)法現(xiàn)已成為我國(guó)城市地鐵隧道的主要施工方法。盾構(gòu)法最大的特點(diǎn)是不受地面建筑物和交通的影響，埋設(shè)的深度也可根據(jù)設(shè)計(jì)要求而定。6.4.2

盾構(gòu)一、盾構(gòu)的構(gòu)造盾構(gòu)是遂道施工時(shí)進(jìn)行土方開挖和襯砌拼裝時(shí)起保護(hù)作用的施工設(shè)備。盾構(gòu)基本構(gòu)造主要由盾構(gòu)殼體、推進(jìn)系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)三大部分組成。1－切口環(huán)；2－支承環(huán)；3－盾尾部分；4－支承千斤頂；5－活動(dòng)平臺(tái)；6－活動(dòng)平臺(tái)千斤頂；7－切口環(huán)；8－盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂；9－盾尾空隙；10－管片拼裝器；11－管片盾構(gòu)機(jī)示意圖1.盾構(gòu)殼體盾構(gòu)殼體由切口環(huán)、支承環(huán)和盾尾三部分組成，由外殼鋼板將這三部分連接成整體。切口環(huán)。切口環(huán)位于盾構(gòu)最前端，其前端設(shè)有刃口，施工時(shí)切入地層，掩護(hù)開挖作業(yè)。切口環(huán)的長(zhǎng)度主要取決于支撐、開挖方法的挖土機(jī)具和操作人員的回旋余地大小。支承環(huán)。支撐環(huán)緊接于切口環(huán)后，處于盾構(gòu)中部、為剛性較好的圓環(huán)結(jié)構(gòu)。支承環(huán)為基本的承載結(jié)構(gòu)，所有地層土壓力、千斤頂頂力、切口、盾尾、襯砌拼裝時(shí)傳來(lái)的施工荷載均由支承環(huán)承擔(dān)。（3）盾尾。盾尾一般由盾構(gòu)外殼鋼板延伸而成，主要作用保護(hù)襯砌的安裝工作。盾尾末端設(shè)有密封裝置，以防止水、土和注漿材料從盾尾和襯砌之間的間隙進(jìn)入

盾構(gòu)內(nèi)。1－橡膠帶；2－彈簧鋼板；3－盾構(gòu)殼體盾尾密封部分2.推進(jìn)系統(tǒng)盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)由 設(shè)備和 千斤頂所組成。千斤頂 系統(tǒng)示意圖3.拼裝系統(tǒng)襯砌拼裝系統(tǒng)常采用杠桿式拼裝器，常以油壓系統(tǒng)為動(dòng)力。杠桿式拼裝器由舉重臂和驅(qū)動(dòng)器兩部分組成。二、盾構(gòu)的分類全面敞開式盾構(gòu)部分敞開式盾構(gòu)閉胸式盾構(gòu)敞開式盾構(gòu)在隔板和開挖面之間形成壓力艙，保持充滿泥砂、泥水或壓縮空氣的壓力艙的壓力，以保證開挖面穩(wěn)定性。敞開式盾構(gòu)沒(méi)有設(shè)置隔板，開挖面部分或全部敞開。泥水加壓式盾構(gòu)土壓平衡式盾構(gòu)壓縮空氣式盾構(gòu)6.4.3

盾構(gòu)法施工技術(shù)一、施工工序測(cè)量放線→建造豎井或基坑→盾構(gòu)安裝就位→盾

構(gòu)出發(fā)井洞口處理→初推段盾構(gòu)掘進(jìn)施工→管片襯砌，拼接后部輔助設(shè)備車→連續(xù)掘進(jìn)施工→盾構(gòu)接收井洞

口處理→盾構(gòu)進(jìn)入接收井，并運(yùn)出地面。二、施工工藝1.始發(fā)豎井。作為拼裝盾構(gòu)的井，其建筑尺寸應(yīng)滿足盾構(gòu)拼裝的施工工藝要求，一般井寬應(yīng)大于盾構(gòu)直徑1.6~2.0m。盾構(gòu)始發(fā)井2.盾構(gòu)拼裝。我國(guó)很多城市地處內(nèi)陸，道路條件和通過(guò)能力有限，只能采用分體，將盾頭部分分為切削刀盤、上、下盾殼、主機(jī)四部分運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，再在始發(fā)豎井內(nèi)進(jìn)行組裝。盾構(gòu)頭部在始發(fā)井拼裝3.反力裝置。由固定支撐座和臨時(shí)支撐墊兩部分組成，一般采用安裝負(fù)環(huán)管片作支撐反力架，負(fù)環(huán)管片由

10

環(huán)預(yù)制的隧道管片拼裝而成，全部閉口環(huán)。反力架示意圖始發(fā)基座進(jìn)發(fā)導(dǎo)口。盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)前，需要在開挖方向設(shè)置進(jìn)發(fā)導(dǎo)口，一般是在掘進(jìn)前方采用注漿或冷凍法對(duì)土體進(jìn)行加固，范圍是掘進(jìn)前方大于盾體長(zhǎng)度。洞口止水。為防止土體及水從此空隙涌出和滲出、避免地表沉陷和確保盾構(gòu)的安全出洞，在盾構(gòu)靠上洞門土體前，在洞門設(shè)置一道環(huán)形橡膠止水帶和一道環(huán)形鋼板封堵空隙，盾構(gòu)完全進(jìn)入土體后，將環(huán)形板與有預(yù)埋件的洞口管片滿焊固定，完全封堵洞口空隙。6.盾構(gòu)始發(fā)。將推進(jìn)油缸頂在反力裝置上，啟動(dòng)切削刀盤和推進(jìn)油缸即可進(jìn)行掘削推進(jìn)，推進(jìn)油缸推進(jìn)到一個(gè)行程，收回推進(jìn)油缸，在推進(jìn)油缸與反力裝置間加墊臨時(shí)支撐墊（負(fù)環(huán)管片），即可進(jìn)行推進(jìn)。反力架及負(fù)環(huán)管片反力架負(fù)環(huán)管片7.盾構(gòu)的掘進(jìn)。盾體進(jìn)入隧道之后，進(jìn)行管片安裝和后部輔助設(shè)備平車的拼接，推進(jìn)油缸頂在管片上繼續(xù)推進(jìn)，這樣，推進(jìn)一節(jié)，拼接一節(jié)，直至盾構(gòu)設(shè)備完全進(jìn)入隧道。盾構(gòu)的掘進(jìn)推進(jìn)油缸管片8.管片襯砌。在盾構(gòu)設(shè)備掘進(jìn)完一個(gè)節(jié)距以后，即可進(jìn)行管片襯砌，由管片車將管片運(yùn)送到安裝臺(tái)位，再由管片襯砌臺(tái)車將管片送至安裝位置安裝就位，襯砌的同時(shí)進(jìn)行壁后注漿。管片安裝完畢后，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的掘進(jìn)。直至整個(gè)隧道工程的完成。管片拼裝管片襯砌示意圖9.盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞。接收井洞口混凝土鑿除應(yīng)分層分塊進(jìn)行。在盾構(gòu)距洞口約為10m時(shí)，將洞口混凝土全部拆除。待盾構(gòu)機(jī)刀盤露出洞口時(shí)，將盾構(gòu)接收架準(zhǔn)確地定位安設(shè)在洞口的底板上，高程比盾構(gòu)機(jī)略低。進(jìn)洞后及時(shí)對(duì)全隧道的管片螺栓進(jìn)行復(fù)緊和洞口止水處理。盾構(gòu)進(jìn)洞口盾構(gòu)進(jìn)洞接收架6.4.4

技術(shù)特點(diǎn)一、盾構(gòu)法具有明顯的優(yōu)越性：機(jī)械化程度高，隧洞形狀準(zhǔn)確；對(duì)地面結(jié)構(gòu)影響可能性最小，對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響；對(duì)

較安全

，勞動(dòng)強(qiáng)度低，進(jìn)度快；質(zhì)量高,襯砌經(jīng)濟(jì)。二、盾構(gòu)法也存在以下缺點(diǎn)：施工設(shè)備投入費(fèi)用較高；覆土較淺時(shí)，地表沉降較難控制；施做小曲率半徑隧道或者管道時(shí)掘進(jìn)

；襯砌和接縫滲漏水，隧道后期沉降過(guò)大。6.4.5

常見(jiàn)工程事故一、盾構(gòu)刀盤結(jié)泥餅。盾構(gòu)機(jī)穿越易結(jié)泥餅的地層時(shí)，會(huì)在刀盤特別是刀盤的中心部位產(chǎn)生泥餅。當(dāng)產(chǎn)生泥餅時(shí)，掘進(jìn)速度急劇下降，刀盤扭矩也會(huì)上升，大大降低開挖效率，甚至無(wú)法掘進(jìn)。二、襯砌管片上浮。盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中，隧道管片位移多數(shù)情況下是管片上浮。主要原因有：不及時(shí)進(jìn)行同步注漿填充環(huán)形建筑空間，注漿量注漿壓力未達(dá)設(shè)計(jì)要求。硬巖含水地層，管片所受浮力大于本身自重。三、盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)偏滾動(dòng)偏差。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)滾動(dòng)偏差超過(guò)0.

5°時(shí)，盾構(gòu)機(jī)會(huì) ，提示盾構(gòu)機(jī)操作手必須對(duì)刀盤進(jìn)行糾偏，盾構(gòu)機(jī)滾動(dòng)偏差采 盤反轉(zhuǎn)的方法糾正。方向偏差。在盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)上安裝導(dǎo)向系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)電腦程序化和自動(dòng)化控制。同時(shí)采用人工測(cè)量復(fù)核，以確保掘進(jìn)方向的準(zhǔn)確?？刂贫軜?gòu)機(jī)方向的主要因素是控制推進(jìn)千斤頂?shù)耐屏?，通過(guò)調(diào)整各推進(jìn)油缸的推力來(lái)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)機(jī)的姿態(tài)。四、注漿管堵塞。主要與漿液配合比、漿液

、注漿管路被污染、材料品質(zhì)等有關(guān)。五、盾構(gòu)機(jī)卡盾在隧道施工過(guò)程中，如果出現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)情況導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度變慢或者長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)時(shí)就有可能會(huì)出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)卡盾現(xiàn)象。導(dǎo)致卡盾的主要原因是盾構(gòu)機(jī)盾體的土體收縮增大了盾構(gòu)機(jī)與土體之間的摩擦力。案例： 地鐵5號(hào)線火車西站——新安站區(qū)間隧道工程，屬 隧道局盾構(gòu)施工隧道，因前期 欠挖，盾構(gòu)在推進(jìn)過(guò)程中被巖石卡死2個(gè)多月，進(jìn)退不得。解決方法：施工采用風(fēng)槍打孔和一臺(tái)強(qiáng)力巖石破拆機(jī)配合進(jìn)行。施工作業(yè)時(shí)，首先在巖石上用風(fēng)槍傾斜鉆孔，用巖石破拆機(jī)小塊劈出凌空面，逐步將卡住刀頭的巖石劈列剝離。6.5

頂管法6.5.1

概述頂管法是繼盾構(gòu)法之后發(fā)展起來(lái)的一種通道暗挖施工方法。頂管法是采用千斤頂或是具有頂進(jìn)牽引功能設(shè)備，以頂管工作井作承壓壁，在地層土體開挖的同時(shí)，將預(yù)制好的管道（或隧道）一起沿著設(shè)計(jì)路線分節(jié)向前推進(jìn)，直達(dá)目的地。頂管法一般用于修建排水管、敷設(shè)煤氣管、輸油管、動(dòng)力電纜和通信電纜的管道、交通隧道及橋梁的墩臺(tái)等?；驹恚喉敼芊ㄊ┕ねǔ６际欠侄芜M(jìn)行的。施工時(shí)，先在設(shè)計(jì)路線上施做一定數(shù)量的小基坑作為頂管工作井；然后，將預(yù)制好的管道卸入工作井中，以工作井為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)傳力頂鐵和導(dǎo)軌，用支承坑后座墻上的千斤頂將頂進(jìn)管頂入土層中，同時(shí)挖除并運(yùn)走管道正面的土體，當(dāng)?shù)谝还?jié)管道全部頂入土層后，繼續(xù)進(jìn)行第二節(jié)管道的頂進(jìn)施工，在千斤頂能克服足夠阻力的前提下，整個(gè)頂進(jìn)過(guò)程可以重復(fù)循環(huán)進(jìn)行，直至下一個(gè)工作井。頂管法示意圖6.5.2

施工技術(shù)一、施工設(shè)備1.頂管機(jī)。頂管掘進(jìn)機(jī)械，也稱頂管掘進(jìn)機(jī)或掘

進(jìn)機(jī)，安放在所頂管道的最前端，其作用是導(dǎo)向出土。它有各種形式，是決定頂管成敗的關(guān)鍵。主頂裝置。由主頂油缸、主頂油泵和操作臺(tái)及高壓油管等四部分組成?；訉?dǎo)軌。由兩根平行的箱型鋼結(jié)構(gòu)焊接在軌枕上制成，為管道提供穩(wěn)定的導(dǎo)向。輸土裝置。因不同推進(jìn)方式而不同。手掘式，人力勞動(dòng)車出土；土壓平衡式，蓄電池拖車、土砂泵等出土；泥水平衡式，泥漿泵和管道輸送泥土。量測(cè)裝置。最普遍的量測(cè)裝置是置坑后部的經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀。注漿系統(tǒng)。由拌漿、注漿和管道三部分組成。中繼站。其內(nèi)均勻的安放許多臺(tái)油缸，這些油缸把它們面前的一段管子推進(jìn)一段長(zhǎng)度以后，再讓它后面的中繼站或主頂油缸把該中繼站油缸縮回。二、施工工序測(cè)量放線→施做頂管工作井→設(shè)置平臺(tái)→施做后座墻→鋪設(shè)導(dǎo)軌→頂管機(jī)、頂鐵、主頂裝置就位→復(fù)測(cè)高程及中心線→安裝頂進(jìn)管道→開挖管前土方→第一節(jié)管道頂進(jìn)施工→復(fù)測(cè)、糾偏→第二節(jié)管道安裝、連接、頂進(jìn)→漿體壓注→復(fù)測(cè)、糾偏、連接、頂進(jìn)、壓漿循環(huán)作業(yè)→工作坑回填。三、施工工藝頂管法施工的主要工藝有管道頂進(jìn)、管道連接、漿體壓注、糾偏等。管道頂進(jìn)。按頂進(jìn)土體開挖方式的不同，頂進(jìn)方式可分為機(jī)械開挖頂進(jìn)、擠壓頂進(jìn)、水利機(jī)械開挖頂進(jìn)和人工開挖頂進(jìn)。管道連接。在頂進(jìn)過(guò)程中采用性的焊接連接?；炷凉艹２捎闷罂谛?、T型和F型接口方式進(jìn)行連接。漿體壓注。在頂進(jìn)施工過(guò)程中，在頂進(jìn)范圍內(nèi)，要不斷的壓注膨脹性漿體，并使其均勻的分布在管壁周圍，通常通過(guò)在管壁四周均勻布置壓漿嘴來(lái)實(shí)現(xiàn)。糾偏。偏差在1~2m范圍內(nèi)時(shí)，可采用超挖或欠挖的方法來(lái)調(diào)整；偏差大于2m時(shí)，采用頂木糾偏法。6.5.3

技術(shù)特點(diǎn)頂管法與盾構(gòu)法在施工工藝上有許多相似之處，因?yàn)榧夹g(shù)特點(diǎn)也有很多相似之處。與盾構(gòu)法相比，有以下特點(diǎn)：一、頂進(jìn)管體制作養(yǎng)護(hù)在工廠完成，強(qiáng)度和防水密閉性良好；二、接縫減少，接縫處的密閉防水容易保證；三、管道縱向受力性能較好，能適應(yīng)地層的變形；四、工藝簡(jiǎn)單。6.6

沉管法6.6.1

概述沉管法又稱預(yù)制管沉放法，是水底隧道主要施工方法之一?；驹恚合仍谒碇芬酝獾念A(yù)制場(chǎng)或臨時(shí)干塢制作隧道管段(一般每節(jié)長(zhǎng)60

～

140

m)，并用臨時(shí)封墻密封兩端，制成后用拖輪拖運(yùn)到隧址指定位置，待管段定位就緒后，往管段里灌水壓載，使之沉入預(yù)先挖好的水底溝槽，然后在水下連接起來(lái)，再覆土回填并排水以完成隧道。因?yàn)樵缫呀鉀Q了水力壓接法(水下連接)和壓漿法(基礎(chǔ)處理)兩大技術(shù)難關(guān)，沉管法與盾構(gòu)法一起成為世界各國(guó)的水底隧道建設(shè)中最常用的施工方法。我國(guó)應(yīng)用沉管法修建水底隧道雖然起步較晚，但發(fā)展較快。6.6.2

施工技術(shù)一、施工工序二、施工工藝1.干塢。是塢底低于水面的水池式建筑物，通常是在隧道附近開挖一塊低洼場(chǎng)地，用于預(yù)制隧道管段。干塢內(nèi)外還要修筑車道，塢底設(shè)有明溝、暗溝和集水井等，塢外設(shè)置截水溝和排水溝。臨時(shí)干塢2.管段的制作沉管管段是在地面預(yù)制的，所以其基本工藝與地上制作其它大型鋼筋混凝土構(gòu)件類似。預(yù)制管段的對(duì)稱均勻性和水密性要求很高。為保證浮運(yùn)和下沉，管段上還要設(shè)置端封墻和壓載設(shè)施。管段在臨時(shí)干塢中制作（1）管段的對(duì)稱均勻性控制。管段制作時(shí)對(duì)稱性控制是為了確保矩形管段在浮運(yùn)時(shí)有足夠的干舷。（2）管段的水密性控制。水密性控制的目的是確保管段的防水性能，使隧道投入使用后無(wú)滲漏。（3）端封墻。需在管段的兩端離端面50~100

cm處設(shè)置封墻，通常叫端封墻。封墻一般用鋼材或鋼筋混凝土制成，也有的采用鋼梁與鋼筋混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)。（4）壓載設(shè)施。加載可用石碴礦碴壓載，也可用水來(lái)壓載。3.基槽的浚挖基槽施工主要是利用浚挖設(shè)備，在水底沿隧道軸線按基槽設(shè)計(jì)斷面挖出一道溝槽，用以安放管段。基槽浚挖應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)與水力資料確定合理的浚挖方式和浚挖設(shè)備。管段基槽浚挖亦可分粗挖和精挖兩次進(jìn)行。粗挖挖到離管底標(biāo)高約1

m處，精挖在 管段沉放時(shí)超前2~3節(jié)管段進(jìn)行，這樣可以避免因管段基槽 過(guò)久回淤沉積過(guò)多而影響沉放施工。4.管段的沉放與連接基槽檢驗(yàn)完成后，利用工程駁船將管段絞移至沉放區(qū)，在沉管面上吊裝控制塔A和控制塔B（盡量選擇在寄放區(qū)完成）；然后安裝管段的沉放區(qū)系泊定位；隨后安裝吊駁1和吊駁2并與管段面上的四個(gè)吊點(diǎn)連接，待命沉放對(duì)接。調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使沉管在管段沉放區(qū)系泊及沉放調(diào)節(jié)系統(tǒng)構(gòu)造圖管段在水下完成對(duì)接時(shí)，無(wú)論連接時(shí)采用水下混凝土法或水力壓接法，均需在水下混凝土或膠墊的止水掩護(hù)下，在其內(nèi)側(cè)構(gòu)筑后兩節(jié)管段連成一體。性的管段接頭，以使前性管段接頭的構(gòu)造，按其連接方法主要有剛性接頭、柔性接頭和先柔后剛（剛性接頭）式接頭三種形式：（1）剛性接頭。指管段于水下完成連接后，在相鄰兩節(jié)管段的接頭部位，在兩層鋼板之間沿管段兩側(cè)外墻、底板和頂班之間澆筑一圈鋼筋混凝土，形成一個(gè)性接頭。（2）“先柔后剛”式接頭。水力壓接法出現(xiàn)之后，目前許多沉管隧道仍采用剛性接頭，但現(xiàn)在的剛性接

頭與以前的接頭有較大的不同，它的外圈采用CINA橡膠止水帶，內(nèi)側(cè)采用連接鋼板和后封鋼筋混凝土。先柔后剛式接頭（3）柔性接頭柔性接頭一般是采用水力壓接法來(lái)形成初始密封，即用GINA橡膠止水帶作為第一道防水。（a）采用或W型鋼板的柔性接頭（b）采用預(yù)應(yīng)力鋼索及連接裝置的柔性接頭5.基礎(chǔ)處理基礎(chǔ)處理是沉管隧道的重要工序?；A(chǔ)處理主要目的是將基礎(chǔ)墊平，而不是象地面基礎(chǔ)處理主要是增加基礎(chǔ)的承載力。因?yàn)槌凉芩淼乐饕膯?wèn)題不是怕地基承載力不夠，而是怕沉管段浮起。因?yàn)椴徽撌褂萌魏畏N類的挖泥船，浚挖后的基槽底表面，總留有15～50cm的不平整度(鏟斗挖泥船可達(dá)

100cm)，這使基槽底表面與管節(jié)底面之間存在凹凸不平的空隙，導(dǎo)致管節(jié)結(jié)構(gòu)受力不勻而局部破壞。所以沉管隧道的基礎(chǔ)處理就是將基礎(chǔ)墊平，以使管片結(jié)構(gòu)受力均勻?；A(chǔ)處理方法大體上分為兩類，即先鋪法和后填法。先鋪法是在管段沉沒(méi)之前先鋪好砂、石墊層；后

鋪法是先將管段沉沒(méi)在槽底事先預(yù)制好的臨時(shí)支座上，隨后再補(bǔ)填墊實(shí)。這兩種方法又可分為：先鋪法——刮砂法、刮石法；后鋪法——灌砂法、噴砂法、灌囊法、壓漿法、壓混凝土法和壓砂法。6.回填處理回填處理主要指對(duì)已經(jīng)基礎(chǔ)處理好的管段進(jìn)行覆土回填。目的是對(duì)沉管隧道進(jìn)行保護(hù)，使其具有較好的防沖刷、防錨、防沉船能力?；靥顣r(shí)一般要在管節(jié)的基礎(chǔ)兩側(cè)和頂面進(jìn)行覆土回填，管節(jié)兩側(cè)的回填還具有防止基礎(chǔ)邊緣外側(cè)可能形成的抗液化薄弱區(qū)。References:工程施工技術(shù)在我國(guó)的現(xiàn)狀,分類和發(fā)展.現(xiàn)代隧[1].

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