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[分享]隧道盾构法施工方法详解
盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工办法。它是将盾构机械在地中推进，经过盾构外壳和管片支承周围围岩避免发作往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削安装停止土体开挖，经过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，构成隧道构造的一种机械化施工办法。
盾构机于1847年创造，它是一种带有护罩的专用设备。应用尾部已装好的衬砌块作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。盾构机掘进的出碴方式有机械式和水力式，以水力式居多。水力盾构在工作面处有一个注满膨润土液的密封室。澎润土液既用于均衡土压力和公开水压力，又用作保送排出土体的介质。
盾构机既是一种施工机具，也是一种强有力的暂时支撑构造。盾构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道局部略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。它包括三局部：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。大多数盾构的外形为圆形，也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他方式。
一、开展历史
用盾构法修建隧道已有 150余年的历史。
最早停止研讨的是法国工程师M.I.布律内尔，他由察看船蛆在船的木头中钻洞，并从体内排出一种粘液加固洞穴的现象得到启示，在1818年开端研讨盾构法施工，并于1825年在英国伦敦泰晤士河下，用一个矩形盾构建造世界上第一条水底隧道(宽11.4米、高6.8米)。在修建过程中遇到很大的艰难，两次被河水吞没，直至1835年，运用了改进后的盾构，才于1843年竣工。
其后P.W.巴洛于1865年在泰晤士河底，用一个直径2.2米的圆形盾构建造隧道。
1847年在英国伦敦公开铁道城南线施工中，英国人J.H.格雷特黑德第一次在粘土层和含水砂层中采用气压盾构法施工，并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的空隙，发明了比拟完好的气压盾构法施工工艺，为现代化盾构法施工奠定了根底，促进了盾构法施工的开展。
20世纪30～40年代，仅美国纽约就采用气压盾构法胜利地建造了19条水底的道路隧道、公开铁道隧道、煤气管道和给水排水管道等。从1897～1980年，在世界范围内用盾构法修建的水底道路隧道已有21条。德、日、法、苏等国把盾构法普遍运用于公开铁道和各种大型公开管道的施工。
1969年起，在英、日和西欧各国开端开展一种微型盾构施工法，盾构直径最小的只要1米左右，适用于城市给水排水管道、煤气管道、电力和通讯电缆等管道的施工。
中国于第一个五年方案期间，首先在辽宁阜新煤矿，用直径 2.6米的手掘式盾构停止了疏水巷道的施工。中国自行设计、制造的盾构，直径最大为11.26米，最小为3.0米。正在修建的第二条黄浦江水底道路隧道，水下段和局部岸边深埋段也采用盾构法施工，盾构的千斤顶总推力为108兆牛，采用水力机械开发掘进。在上海地域用盾构法修建的隧道，除水底道路隧道外，还有地铁区间隧道、通向河海的排水隧洞和取水管道、邻居的公开通道等。
二、盾构法适用条件
在松软含水地层，或公开线路等设备埋深到达10m或更深时，能够采用盾构法。
1、线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井;
2、隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m且不小于盾构直径;
3、相对均质的地质条件;
4、假如是单洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建(构)筑物之间所夹土(岩)体加固处置的最小厚度为程度方向1.0m,竖直方向1.5m;
5、从经济角度讲，连续的施工长度不小于300m。
三、盾构特性
1、优点
(1)平安开挖和衬砌，掘进速度快;
(2)盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可完成自动化作业，施工劳动强度低。
(3)不影响空中交通与设备，同时不影响公开管线等设备;
(4)穿越河道时不影响航运，施工中不受时节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动;
(5)在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道常常具有技术和经济方面的优越性。
2、缺陷
(1)断面尺寸多变的区段顺应才能差;
(2)新型盾构置办费昂贵，对施工区段短的工程不太经济。
(3)工人的工作环境较差。
四、盾构法施工步骤
盾构施工办法由以下几个步骤组成：
第一，在置放盾构机的中央打一个垂直井，再用混泥土墙停止加固;
第二，将盾构机装置到井底，并装配相应的千斤顶;
第三，用千斤顶之力驱动井底部的盾构机往程度方向行进，构成隧道;
第四，将开挖好的隧道边墙用事前制造好的混泥土衬砌加固，地压较高时能够采用浇铸的钢制衬砌加固来替代混泥土衬砌。
盾构法施工中，其隧道普通采用以预制管片拼装的圆形衬砌，也可采用挤压混凝土圆形衬砌，必要时可再浇筑一层内衬砌，构成防水功用好的圆形双层衬砌。
五、盾构法施工工序
采用盾构法施工时，首先要在隧道的始端和终端开挖基坑或建造竖井，用作盾构及其设备的拼装井(室)和拆卸井(室)，特别长的隧道，还应设置中间检修工作井(室)。拼装和拆卸用的工作井，其建筑尺寸应依据盾构装拆的施工请求来肯定。拼装井的井壁上设有盾构出洞口，井内设有盾构基座和盾构推进的后座。井的宽度普通应比盾构直径大1.6～2.0米，以满足铆、焊等操作的请求。当采用整体吊装的小盾构时，则井宽可酌量减小。井的长度，除了满足盾构内装置设备的请求外，还要思索盾构推进出洞时，撤除洞门封板和在盾构后面设置后座，以及垂直运输所需的空间。中、小型盾构的拼装井长度，还要照顾设备车架转换的便当。盾构在拼装井内拼装就绪，经运转调试后，就可撤除出洞口封板，盾构推收工作井后即开端隧道掘进施工(图2)。盾构拆卸井设有盾构进口，井的大小要便于盾构的起吊和拆卸。
其他施工主要有土层开挖、盾构推进支配与纠偏、衬砌拼装、衬砌背后压注等。这些工序均应及时而疾速地停止，决不能长时间停顿，以免增加地层的扰动和对空中、公开构筑物的影响。
1、土层开挖
在盾构开挖土层的过程中，为了平安并减少对地层的扰动，普通先将盾构前面的切口贯入土体，然后在切口内停止土层开挖，开挖方式有：
(1)敞开式开挖。适用于地质条件较好、掘进时能坚持开挖面稳定的地层。由顶部开端逐层向下开挖，可按每环衬砌的宽度分数次完成。
(2)机械切削式开挖。用装有全断面切削大刀盘的机械化盾构开挖土层。大刀盘可分为刀架间无封板的和有封板的两种，分别在土质较好的和较差的条件下运用。在含水不稳定的地层中，可采用泥水加压盾构和土压均衡式盾构停止开挖。
(3)挤压式开挖。运用挤压式盾构的开挖方式，又有全挤压和部分挤压之分。前者由于掘进时不出土或局部出土，对地层有较大的扰动，使地表隆起变形，因而隧道位置应尽量避开公开管线和空中建筑物。此种盾构不适用于城市道路和邻居下的施工，仅能用于江河、湖底或郊外空阔地域。用部分挤压方式施工时，要依据地表变形状况，严厉控制出土量，务使地层的扰动和地表的变形减少到最低限度。
(4)网格式开挖。运用网格式盾构开挖时，要控制网格的开孔面积。格子过大会丧失支撑作用，过小会产生对地层的挤压扰动等不利影响。在饱和含水的软塑土层中，这种掘进方式具有出土效率高、劳动强度低、平安性好等优点。推进支配与纠偏
2、推进纠偏
推进过程中，主要采取编组调整千斤顶的推力、调整开挖面压力以及控制盾构推进的纵坡等办法，来支配盾构位置和顶进方向。普通依照丈量结果提供的偏离设计轴线的高程战争面位置值，肯定下一次推进时须有若干千斤顶开动及推力的大小，用以纠正方向。此外，调整的办法也随盾构开挖方式有所不同：如敞开式盾构，可用超挖或欠挖来调整;机械切削开挖，可用超挖刀停止部分超挖来纠正;挤压式开挖，可用改动进土孔位置和开孔率来调整。
3、衬砌拼装
常用液压传动的拼装机停止衬砌(管片或砌块)拼装。拼装办法依据构造受力请求，可分为通缝拼装和错缝拼装。通缝拼装是使管片的纵缝环环对齐，拼装较为便当，容易定位，衬砌圆环的施工应力较小，但其缺陷是环面不平整的误差容易积聚。错缝拼装是使相邻衬砌圆环的纵缝错开管片长度的1/2～1/3。错缝拼装的衬砌整体性好，但当环面不平整时，容易惹起较大的施工应力。衬砌拼装办法按拼装次第，又可分为先环后纵和先纵后环两种。先环后纵法是先将管片(或砌块)拼成圆环，然后用盾构千斤顶将衬砌圆环纵向顶紧。先纵后环法是将管片逐块先与上一环管片拼接好，最后封顶成环。这种拼装次第，可轮番缩回和伸出千斤顶活塞杆以避免盾构后退，减少开挖面土体的走动。而先环后纵的拼装次第，在拼装时须使千斤顶活塞杆全部缩回，极易产生盾构后退，故不宜采用。
(4)衬砌压注
为了避免地表沉降，必需将盾尾和衬砌之间的空隙及时压注充填。压注后还可改善衬砌受力状态，并促进衬砌的防水效果。压注的办法有二次压注和一次压注。二次压注是在盾构推进一环后，立刻用风动压注机经过衬砌上的预留孔，向衬砌背后的空隙内压入豆粒砂，以避免地层坍塌;在继续推进数环后，再用压浆泵将水泥类浆体压入砂间空隙，使之凝固。因压注豆粒砂不易密实，压浆也难充溢砂间空隙，不能避免地表沉降，已趋于淘汰。一次压注是随着盾构推进，当盾尾和衬砌之间呈现空隙时，立刻经过预留孔压注水泥类砂浆，并坚持一定的压力，使之充溢空隙。压浆时要对称停止，并尽量防止单点超压注浆，以减少对衬砌的不平均施工荷载;一旦压浆呈现毛病，应立刻暂停盾构的推进。盾构法施工时，还须配合停止垂直运输和程度运输，以及装备通风、供电、给水和排水等辅助设备，以保证工程质量和施工进度，同时还须准备平安设备与相应的设备。
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