淺談盾構(gòu)隧道推進(jìn)及襯砌拼裝

任海文

（山西呂梁建設(shè)有限公司，山西 呂梁 033000）

淺談盾構(gòu)隧道推進(jìn)及襯砌拼裝

任海文

（山西呂梁建設(shè)有限公司，山西 呂梁 033000）

文章針對在松軟含水地層中采用手掘式敞胸盾構(gòu)施工，需輔以氣壓、人工井點(diǎn)降水及其他地層加固措施，論述了在這種條件下盾構(gòu)開挖掘進(jìn)時(shí)的幾種施工方法。

盾構(gòu)隧道；襯砌拼裝

1 盾構(gòu)推進(jìn)的概念

在松軟含水地層中采用盾構(gòu)法施工，首先是盾構(gòu)選型。因盾構(gòu)只是施工的一種機(jī)具，但各條隧道所在位置的地層情況是復(fù)雜的，即使同一條隧道遇到不同的地層情況也是常見的。因此，隨著地層性質(zhì)的改變，盾構(gòu)的用功最好也能相應(yīng)改變。特別是近年來，盾構(gòu)種類較多，如何選擇要特別慎重?？v觀已建水底道路隧道所采用過的大直徑盾構(gòu)，大部分都屬于手掘式敞胸盾構(gòu)或閉胸?cái)D壓盾構(gòu)，或者是兩者兼有的盾構(gòu)，很少采用技術(shù)先進(jìn)的泥水盾構(gòu)或土壓平衡盾構(gòu)，特別是某些隧道地質(zhì)變化較大，有軟弱黏土，也夾有巖石，更難采用。

2 人工井點(diǎn)降水加手掘式敞胸盾構(gòu)施工

以人工井點(diǎn)降水，排除地下水穩(wěn)定開挖面是一種較經(jīng)濟(jì)的方法，尤其適用于漏氣大量的砂性土。它的要點(diǎn)是在通過盾構(gòu)的兩側(cè)土層中先打入井點(diǎn)管，通過井點(diǎn)汲水濾管把地下水抽出，使井點(diǎn)附近形成一個(gè)降水漏斗，地下水位降低、疏干地層，增加土壤強(qiáng)度，以保證開挖面穩(wěn)定。由于盾構(gòu)是在地下水位以上通過，使施工人員能在較干燥的工作條件下進(jìn)行操作。

降水開挖的最大優(yōu)點(diǎn)是可以不用氣壓施工，但是也有局限性，如江中段就難以使用，故只能用在兩岸的岸邊段，且埋置深度不能太深，若太深因降水效果不好有時(shí)可能會引起盾構(gòu)突然下沉。另外，兩岸建筑物也不能太密集，否則會因降水不勻引起建筑物不均勻沉降。

底層疏干后手掘式敞胸盾構(gòu)施工的具體過程：①先借助盾構(gòu)千斤頂使盾構(gòu)推進(jìn)，將切口環(huán)部分切入地層，然后在切口環(huán)下進(jìn)行土體開挖與運(yùn)輸，這樣對周圍地層擾動較小。②開挖程度從上而下分層開挖（一般分成幾個(gè)工作面室，視盾構(gòu)的直徑而定，分成的高度應(yīng)保證工人能自由操作）。施工工具為普通手工工具或手持式分動工具。③根據(jù)襯砌管片寬度、盾構(gòu)切口長度，每環(huán)管片可分?jǐn)?shù)次開挖和推進(jìn)。盾構(gòu)糾偏時(shí)可以利用超挖解決。④若土質(zhì)較差，可以借助支撐千斤頂加撐對開挖面進(jìn)行臨時(shí)支撐。支撐千斤頂為差壓式千斤頂，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)能確保在開挖面支撐板頂力不變的條件下，同時(shí)將支撐千斤頂?shù)幕钊饾u縮回，以免經(jīng)常調(diào)換不同長度的支撐。在連續(xù)施工時(shí)，撐板視土質(zhì)好壞不一定撐得很密。⑤當(dāng)用網(wǎng)格式盾構(gòu)時(shí)，根據(jù)地層主動土壓力與土和格網(wǎng)周邊的摩阻力相等，土就不會塌入盾構(gòu)內(nèi)部的原理，可以取代上述支撐，保證開挖面的穩(wěn)定。

3 氣壓加手掘式敞胸盾構(gòu)施工

盾構(gòu)施工在含水量不穩(wěn)定的地層中采用氣壓來疏干和支護(hù)開挖面。以防止涌水、開挖面崩塌，增強(qiáng)地層強(qiáng)度是一種極為古老而行之有效的施工方法。只有在粉碎砂及砂礫層中，由于漏氣量太大，用氣壓盾構(gòu)法施工效果較差，若覆蓋層較小還有噴出的危險(xiǎn)。此時(shí)壓氣量應(yīng)盡量減少，亦與井點(diǎn)、注漿、凍結(jié)法等結(jié)合使用，使隧道埋深不致太大。

3.1 氣壓大小及耗氣量的確定

氣壓大小主要取決于地下水位的高低，從理論上講，每10 m水頭必須用0.1 MPa的空氣壓力來平衡。但實(shí)際上，平衡壓力的大小還與周圍地層的性質(zhì)、開挖面土層的干濕程度有關(guān)。如上海軟土層的透氣系數(shù)很小以及一部分水頭壓力消耗在土體空隙的阻力上，實(shí)際施工中所需的空氣壓力，僅為理論壓力的50%～80%，所需要的空氣量僅為理論空氣量的10%～50%。

理論上的氣壓大小可按圖1的中小型盾構(gòu)，壓力等于離盾構(gòu)

圖1 氣壓盾構(gòu)空氣壓力值的決定

式中:H：盾構(gòu)頂部地下水水頭；

γw：水的容重。

式中：γ土：土的浮容重；

K：安全系數(shù)在砂質(zhì)土層中K值不小于1.5。

用氣壓盾構(gòu)修建水底隧道時(shí)，該t值過大則直接影響到隧道埋置深度，增大隧道長度，造價(jià)、工期也相應(yīng)增加；過小則不覆蓋不足，往往容易發(fā)生噴發(fā)事故，隧淹人亡，損失慘重。外國隧道規(guī)范規(guī)定：水底隧道的最小覆蓋層必須大于盾構(gòu)直徑（日本）或等于盾構(gòu)直徑，覆蓋層寬度應(yīng)大于或等于盾構(gòu)直徑的6倍。若覆蓋層較薄，應(yīng)預(yù)先在河床底部加填黏土或在附近停泊裝有黏土的船，以便隧道大量跑氣時(shí)應(yīng)急之用。事實(shí)上在黏性土層中或用黏土人工覆蓋加厚時(shí)，大直徑盾構(gòu)能滿足就可以了。上海打浦路隧道盾構(gòu)直徑為10.20 m，復(fù)土深度為0.7 m即是一例。

耗氣量主要取決于盾構(gòu)開挖面的漏氣量、管片接縫和人員材料進(jìn)出氣閘時(shí)變壓消耗量等，一般可參照已施工實(shí)踐、相似地質(zhì)條件用類比法確定，也可采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算耗氣量：Q=aD2。

式中：D：盾構(gòu)外徑；

a：土質(zhì)系數(shù)，當(dāng)壓力大于0.1 MPa時(shí)，黏性土a=3.65；砂性土a=7.30。

此外，根據(jù)氣壓施工勞動保護(hù)衛(wèi)生要求，規(guī)定在任何情況下應(yīng)保證每個(gè)人的供氣量不少于25～30 m3/h。在南方夏季施工時(shí)，應(yīng)布置壓縮空氣的冷卻設(shè)備，使送入作業(yè)區(qū)的空氣溫度低于22℃。

3.2 氣壓盾構(gòu)施工

氣壓盾構(gòu)施工作業(yè)示意見圖2。閘墻和氣閘作用式既能將作業(yè)區(qū)與常壓作業(yè)區(qū)隔開，又能使材料、設(shè)備及工作人員順利進(jìn)出作業(yè)區(qū)的重要設(shè)備。閘墻必須有足夠的強(qiáng)度用氣密性，保證在0.35 MPa氣壓作用下不漏氣。大斷面隧道均用鋼閘墻。氣閘是鋼板鉚接或焊接而成的圓筒形結(jié)構(gòu)，分人行閘和材料閘兩種。人行閘又分內(nèi)閘和外閘兩部分，內(nèi)閘能容納每班施工人員數(shù)。人行閘的管理是氣壓施工的重要環(huán)節(jié)，要嚴(yán)格執(zhí)行氣壓作業(yè)的工作時(shí)間及進(jìn)出閘的變壓時(shí)間，以防減壓病。

圖2 氣壓盾構(gòu)施工作業(yè)示意圖

4 泥水加壓盾構(gòu)施工

近來用泥水加壓盾構(gòu)是將壓力為γ泥×（y+ΔH）的泥水（ΔH取2 m），壓入盾構(gòu)前部密封艙內(nèi)，使其壓力始終高于地下水壓力γ水×y，這樣就保持了開挖面穩(wěn)定的基本條件。另外，開挖正面的大刀盤，當(dāng)其不能轉(zhuǎn)動切土?xí)r，成為一個(gè)大型的正面支撐板，再和泥漿膜一起增加了開挖正面的穩(wěn)定性。

Discusses the Shield Tunnel Advancement and Lining Work Assembling

Ren Haiwen

The article in viewofuses the hand in the soft water-bearing stratum to dig the type to open the chest shield construction，Must auxiliary by the barometric pressure，the artificial well point precipitation and other stratum reinforcement measure，discussed the shield excavates the tunnelingwhen this kind ofcondition several job practice.

shield tunnel；liningwork assembling

U455.44

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1000-8136(2011)05-0042-02

任海文，男，1976年12月15日出生，山西中陽縣人，1995年7月畢業(yè)于山西省交通學(xué)校道橋?qū)I(yè)，2004年6月畢業(yè)于北方交通大學(xué)公路工程管理專業(yè)，工程師。