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(dāng)大（11.3*6.7），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)，從計(jì)劃計(jì)劃制定后花了18年才搞通。他用的盾構(gòu)有很多類似點(diǎn)，在盾構(gòu)中間分成能互相獨(dú)立推進(jìn)的構(gòu)格這一復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，和現(xiàn)在的盾構(gòu)又有所不同。當(dāng)時(shí)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)開挖土層，此后英國美國和蘇聯(lián)對(duì)機(jī)械式盾構(gòu)作了很多改進(jìn)。近年來日本開發(fā)了具有不同特點(diǎn)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(dǎo)盾構(gòu)法（1、先導(dǎo)盾構(gòu)降低地下水位法2、先導(dǎo)盾構(gòu)化學(xué)注漿法）3、建筑物防護(hù)法（1、托換基礎(chǔ)法2、承壓板臨時(shí)支撐法）4、自動(dòng)化小斷面盾構(gòu)法5、盾構(gòu)隧道地下對(duì)接法盾構(gòu)法的特點(diǎn)：1、除豎井外幾乎無地面作業(yè)。噪音、振動(dòng)引起的公害小，對(duì)交通影響也小。2、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。3、開挖、拼裝管片、推進(jìn)等作業(yè)能反復(fù)進(jìn)行，施工管理較容易。4、當(dāng)隧道穿過河底或其它建筑物時(shí)，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(jì)上，施工進(jìn)度上越有利。缺點(diǎn)：1、當(dāng)覆土極淺時(shí)，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(dòng)，要有解決的措施。3、在曲率半徑較小的曲線段施工時(shí)，施工比較困難。4、用氣壓施工時(shí)，周圍有發(fā)生“缺氧”和枯井的危險(xiǎn)，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。地形調(diào)查一般以城市地面圖為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)查。地質(zhì)調(diào)查一般以50~100M為間距進(jìn)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(xué)試驗(yàn)外，還須作抽水試驗(yàn)和透水試驗(yàn)。此外，還希望作進(jìn)一步試驗(yàn)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(shí)，選擇盾構(gòu)機(jī)種要用到地質(zhì)調(diào)查的結(jié)果，因此對(duì)土的性質(zhì)及數(shù)值須作仔細(xì)的調(diào)查。如用氣壓法施工，因氧化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(jìn)行缺氧情況調(diào)查，調(diào)查范圍一般為周圍1000M?；居?jì)劃盾構(gòu)隧道的平面線形和縱斷線形，起始豎井、到達(dá)豎井、中間豎井等的選定，各企業(yè)都根據(jù)自己的標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)，考慮到盾構(gòu)施工精度和隧道完成后列車的運(yùn)營，應(yīng)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(fù)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(shí)，除考慮到自然落水縱向坡度應(yīng)滿足最小在1/1000到5/1000外，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20~35倍，即5M級(jí)盾構(gòu)施工的最小曲線半徑為100M，4M級(jí)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(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。襯砌其構(gòu)造：盾構(gòu)法隧道的襯砌應(yīng)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(jìn)時(shí)在盾尾內(nèi)進(jìn)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)。二次襯砌能常是用來加強(qiáng)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(yàn)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(jià)。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(jià)。當(dāng)然，當(dāng)管片的背板厚度較薄、腔格偏大時(shí)，在盾構(gòu)千斤頂作用下砼將會(huì)發(fā)生剝落，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(qiáng)度均大于箱型管片，有時(shí)，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(shí)的隧道區(qū)段，用來抵搞較大的外荷載。當(dāng)管片的接頭采用鋼盒子型式時(shí)，其連接件費(fèi)用較高，在地鐵工程中并非能大量推廣應(yīng)用。2、復(fù)合管片復(fù)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(shí)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(fù)合而成的管片。它的優(yōu)點(diǎn)是：強(qiáng)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(diǎn)。但是，其耐腐蝕性差，造價(jià)也較高，無特殊要求時(shí)，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。現(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(qiáng)度高、機(jī)械加工后的精度也高、接頭剛度大、拼裝準(zhǔn)確，因此防水效果也好。但是造價(jià)非常高，因此只限于用在建筑物下面需要高強(qiáng)度管片的部位或盾構(gòu)法施工的車站、通風(fēng)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應(yīng)的施工曲線半徑而定，現(xiàn)假定標(biāo)準(zhǔn)管處的寬度為900MM。外徑為5M，當(dāng)曲率半徑R=250M時(shí)，楔形管片的最大寬度與標(biāo)準(zhǔn)寬度相同，為900MM。曲率半徑R=150M時(shí)，楔形管片的最大寬度應(yīng)減到750MM，曲率半徑R=100M以下時(shí)，楔形管片的最大寬度應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)寬度相同，糾偏用的楔形環(huán)數(shù)量的大致標(biāo)準(zhǔn)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5~10%。楔形環(huán)的楔形量、楔形角由標(biāo)準(zhǔn)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(gè)成功的實(shí)例，其特點(diǎn)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(jìn)的后座，盾構(gòu)在推進(jìn)進(jìn)程中，不產(chǎn)生建筑空隙?？障队勺⑷氲捻胖苯犹畛?，因此地表沉降就很小。盾構(gòu)推進(jìn)，澆砼等過程。管片設(shè)計(jì)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(shí)，必須考慮水的流量，抗腐蝕內(nèi)襯、斷面的充余量。電力通迅隧道，需考慮