地下工程施工与管理讲义(第12部分).doc

第十二部分 盾构法 盾构施工法是软土隧道掘进施工的一种有效方法，在城市地下铁道施工中已得到广泛应用。近十多年来盾构技术又有了飞跃发展，可适用于任何地层。 盾构实质上就是软土隧道掘进机。不过，它既可能是机械开挖，也可能是人工开挖。它既是一种施工机具，又是一个强有力的临时支撑结构。在盾壳的保护下，既可进行开挖，又能进行衬砌；采用盾构施工，具有不影响地面交通、没有振动、对地面邻近建筑物危害较小；施工费用不受埋深的很大影响；在土质差、水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性等优点。 盾构由盾壳、推进机构、取土机构、拼装或现浇衬砌机构以及盾尾等部分组成(图12-1)。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制隧道衬砌结构，再传到竖井或基坑的后靠壁上。它是一个能支承地层荷载而又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊的形状的钢筒结构。在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内面安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以拼装一至二环预制的隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向紧靠盾尾后面的开挖坑道周边与衬砌环外周之间的空隙中压注足够的浆体，以防止围岩松弛和地面下沉。在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。 盾构的类型可以从不同的方面进行分类。 1按开挖方式： ① 手掘式盾构，开挖和出土可用人工进行； ② 半机械式盾构，大部分的开挖工作和出土由机械进行； 机械式盾构，从开挖到出土均采用机械； 2按开挖面的支护方式： ① 无固定支护式的盾构。如开胸式盾构（包括幅射式带转子构件的盾构在内），带隔板（隔开工作面）的盾构，开挖面带压板和旋转压板的盾构以及带有活动迭梁的盾构等； ② 固定机械支护式盾构。如带有开挖面封闭衬板（闭胸式）盾构，用粘土作护壁面移动或是在盾构下面隔板上设有小孔的盾构，以及刀盘可以调节岩石进入量的转子开缝式盾构； ③ 工作面近旁带有气压室的盾构，用一定的压气平衡地下水，以稳定工作面。这类盾构由于喷射压缩空气易发危险面较少采用。近年来在德国和法国，研制了利用压缩空气使触变性溶液注入开挖面表面形成粘土表层，使压缩空气不再喷出。 图12-1 盾构的组成 ④ 泥水加压式盾构。这种盾构(图12-2)的旋转切削头后面有一个用隔板密封起来的泥浆室，其间充满从地面泥水处理设备输送来的有压泥浆，泥浆的压力比开挖面的地下水压力高，从而保持开挖面稳定。弃碴与泥浆混合后由输泥管抽出洞外进行碴泥分离处理。 使用泥水加压盾构，能在很浅覆盖层的砂卵石地层中，在很高的水压下挖掘，而不会像气压盾构施工那样有喷气的危险。施工人员可以在常压下工作，不会像在气压盾构的高压下工作那样困难。但此种盾构需要附有庞大的泥水处理设备，成本较高。它适宜于粘性软土或砂质含水地层的施工。此类盾构自1975年问世以来，用此法修建的工程数量剧增。 ⑤ 土压式盾构。这种盾构（图12-3）把旋刀切削下来的土留存于储土室内，然后根据掘进量并在保持对开挖面施加一定压力的条件下，由螺旋输送器自动控制出土量，连续出土。这样不仅可以防止开挖面坍塌，滞留在螺旋输送器内的土砂还可以起隔水墙的作用来抵抗地下水压力。基本型土压盾构适用粘结性土壤的开挖。 这类盾构比泥水加压式盾构具有更明显的优越性。故自1974年问世以来以更快的速度发展。近年来已超过泥水加压式盾构的发展速度。 盾构法的施工过程：①在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位，盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，和向另一竖井或基坑的设计孔洞推进。；②盾构掘进相当于装配式衬砌的一环长度；③千斤顶顶在已拼装好的管片上，使盾构前进；④缩回千斤顶；⑤用举重设备拼装管片衬砌，同时在开挖面进行开挖。 图12-4为盾构的施工概貌。 图12-4为盾构的施工概貌。 第十三部分 沉管法 全名叫预制管段沉埋法，它是用来修筑穿越江河、港湾、海峡的水底隧道的方法之一。 1894年采用沉管法在美国波士顿建成—条城市下水道工程和1904年建成底特律水底铁路隧道宣告沉埋法的成功诞生。自1959年加拿大迪斯(Deas)隧道成功的采用水力压接法进行管段水下连接后，很快为世界各国普遍采用，使得沉管法变得更加优越。 我国在台湾1984年首先建成了高雄海底沉管隧道。1984年开始进行沉埋法修建广州珠江和宁波甬江水底隧道的论证，对沉埋法的各项关键技术进行了大量的基础理论研究及关键：工序的施工工艺研究。1993年在广州珠江建成我国第一条沉管隧道，1995年又在宁波甬江建成我国第二条沉管隧道。这二条沉管隧道的建成为我国进一步在长江、黄河、海峡修建沉管隧道积累了丰富的经验。我国香港特别行政区穿越维多