淺談盾構(gòu)隧道施工準(zhǔn)備工作

高建平

（山西省公路局忻州公路分局，山西 忻州 034000）

盾構(gòu)施工準(zhǔn)備工作主要有盾構(gòu)拼裝室和拆卸室的修建、盾構(gòu)基礎(chǔ)的安裝、盾構(gòu)進(jìn)出洞的設(shè)置、后盾管片的拼接及拆除，以及其他配合盾構(gòu)施工的一些附屬設(shè)施等。

1 盾構(gòu)拼裝與拆除室

由于盾構(gòu)施工屬暗挖施工，上部覆蓋有一層厚度的土層，如水底隧道的河床下面部分，為了穿越河道拼裝盾構(gòu)需專門修建盾構(gòu)拼裝室。到了河對(duì)面，盾構(gòu)施工終端為了拆卸盾構(gòu)需修建拆卸室。若推進(jìn)長(zhǎng)度很長(zhǎng)，中間還應(yīng)設(shè)置檢修工作井。一般這些井都結(jié)合隧道規(guī)劃線路上的通風(fēng)豎井、設(shè)備井、泵房或兩種施工方法、兩種結(jié)構(gòu)斷面的連接井綜合考慮設(shè)置。在不穩(wěn)定地層中常采用沉井法施工。沉井的位置設(shè)于隧道中線上，低端作為盾構(gòu)拼裝室，盾構(gòu)可在井內(nèi)拼裝或拆卸（小盾構(gòu)總重量較輕，可以在地面拼裝好后直接吊置在井內(nèi)）。盾構(gòu)拼裝井的尺寸可根據(jù)盾構(gòu)裝、拆及施工要求確定。其寬度比盾構(gòu)直徑大1.6～2.0 m，以滿足拼裝工人鉚、焊等工作要求，長(zhǎng)度應(yīng)能滿足盾構(gòu)前面拆除洞門封板，盾構(gòu)后面布置后座設(shè)置一定數(shù)量的后盾管片，以及井內(nèi)垂直運(yùn)輸所需要的工作范圍。此外，還要考慮洞門與襯砌間空隙的充填、封板工作及臨時(shí)后座襯砌環(huán)與軌道的填實(shí)工作，在盾構(gòu)下部保證留有1 m左右的高度。當(dāng)然，盾構(gòu)拼裝室在綜合使用時(shí)，其尺寸還應(yīng)滿足建筑上及運(yùn)營(yíng)上的要求。

2 盾構(gòu)基座

在井內(nèi)底部需構(gòu)筑盾構(gòu)基座，以便拼裝及擱置盾構(gòu)，更重要的是通過(guò)基座上的導(dǎo)軌使盾構(gòu)獲得正確的導(dǎo)向。盾構(gòu)基座一般可以采用鋼筋混凝土或鋼結(jié)構(gòu)，其表面與盾構(gòu)外殼相適應(yīng)。導(dǎo)軌要測(cè)量定位，布置在盾構(gòu)上半部90°范圍內(nèi)，由兩根或多根鋼軌組成（一般為38 kg/m以上的重鋼軌）。基座除承受盾構(gòu)自重外，還要考慮糾偏時(shí)產(chǎn)生的集中荷載。

3 盾構(gòu)進(jìn)出洞設(shè)施

盾構(gòu)從工作并進(jìn)出是盾構(gòu)法施工的重要環(huán)節(jié)，處理得好，能減少許多后患，保證施工速度和安全。當(dāng)盾構(gòu)在工作時(shí)間內(nèi)安裝完畢，所有掘進(jìn)準(zhǔn)備工作就緒后即可出洞。常見(jiàn)的方法是在沉井壁上預(yù)留洞及設(shè)臨時(shí)封門，故只要拆除臨時(shí)封門，逐步推進(jìn)盾構(gòu)進(jìn)入地層，使盾構(gòu)最終脫離工作并說(shuō)明出洞完畢。當(dāng)盾構(gòu)直徑大、埋深大、地層松軟、含水量大時(shí)，出洞還需要考慮人工井點(diǎn)降水、局部地層加固等輔助設(shè)施，以穩(wěn)定洞口地層和防止漏水。若用氣壓盾構(gòu)施工時(shí)，還需將盾構(gòu)推進(jìn)到足夠距離保證設(shè)置氣閥墻及將出洞口部分井壁與襯砌環(huán)連接的防水堵漏工作做好后，才可停止輔助設(shè)施工作。

臨時(shí)封門呈圓形，直徑稍大于盾構(gòu)，其構(gòu)造形式較多，常見(jiàn)的有磚石、木塊、混凝土、鋼筋混凝土及鋼封門等多種。大型盾構(gòu)常采用鋼封門——橫豎向鋼板梁或桁架梁與梁間鋼封板組成。在沉井施工中可承受水土壓力，沉完后，盾構(gòu)出洞拆起來(lái)也比較方便。

4 盾構(gòu)后座

盾構(gòu)剛開(kāi)始掘進(jìn)時(shí)，其后座推力要靠工作井井壁來(lái)承擔(dān)，因此，在盾構(gòu)與井壁之間需要設(shè)傳力設(shè)施給后座以緩沖井壁受力。通常采用隧道襯砌管片（頂部不能連續(xù)成整環(huán)，作為垂直運(yùn)輸?shù)倪M(jìn)出口）或以專用頂塊與頂撐作為后座。利用管片后座有許多優(yōu)點(diǎn)：隧道襯砌管與后座襯砌尺寸一致，連接方便，拆除也方便，且不需另行設(shè)計(jì)，可以利用隧道施工的整套設(shè)備，井底車場(chǎng)與隧道內(nèi)有軌運(yùn)輸連接方便等。為保證后座管片的剛度，管片之間要錯(cuò)縫，連接螺旋要擰緊。頂部開(kāi)口部分，在不影響垂直運(yùn)輸?shù)膮^(qū)段需加支撐拉桿拉住。脫出盾尾后，在基座與管片表面間要及時(shí)用木塞打好，使拼好的后座管片平穩(wěn)地落在盾構(gòu)基座的導(dǎo)軌上，以保證施工安全。

后座襯砌除了垂直運(yùn)輸?shù)拈_(kāi)口外，要根據(jù)隧道施工布置的人行平臺(tái)，拼出一個(gè)門洞（做成一個(gè)鋼制框架，與后座襯砌拼裝在一起，它能承受盾構(gòu)千斤頂?shù)捻斄Γ蛔冃危┮怨┦┕と藛T進(jìn)出。

當(dāng)工作井平面位置出現(xiàn)施工誤差，影響到隧道軸線與后座壁的垂直度時(shí)，后座襯砌與后座井壁間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不等距的建筑空隙，此時(shí)常用低標(biāo)號(hào)混凝土填平補(bǔ)齊，使盾構(gòu)推力均勻地傳給井壁，將來(lái)拆除后座襯砌時(shí)也比較方便。

后座襯砌一般要從盾構(gòu)出洞，進(jìn)入另一個(gè)工作井后才可拆除，主要是為了保證襯砌不擠裂。若隧道較長(zhǎng)，盾構(gòu)頂力已能由隧道襯砌與地層間摩阻力來(lái)平衡時(shí)（至少推進(jìn)200 m），也可拆除。

5 盾構(gòu)施工附屬設(shè)施的準(zhǔn)備

盾構(gòu)施工的附屬設(shè)施主要有供電照明設(shè)備、通風(fēng)及空壓機(jī)房、排水泵房、涂料棚、充電間、出土有軌運(yùn)輸系統(tǒng)及工作井垂直運(yùn)輸系統(tǒng)等。若為管道運(yùn)輸尚有泥水處理系統(tǒng)等。圖1為盾構(gòu)出洞及附屬設(shè)施布置示意圖。

圖1 盾構(gòu)出洞示意圖

6 盾構(gòu)的推進(jìn)

在松軟含水層中采用盾構(gòu)法施工，首要問(wèn)題是盾構(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(jiàn)的。因此，隨著地層情況的改變，盾構(gòu)的功用做好也能相應(yīng)改變。特別是近代，盾構(gòu)種類較多，如何選擇要特別慎重。然而縱觀已建水底道路隧道所采用的大直徑盾構(gòu)，大部分都屬于手掘式敞胸盾構(gòu)或閉胸?cái)D壓盾構(gòu)，或者二者兼有的盾構(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。

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，以下主要敘述在這種條件下盾構(gòu)開(kāi)挖掘時(shí)的幾種施工方法。

6.1 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(kāi)挖面是一種經(jīng)濟(jì)的方法，尤其適用于漏氣量大的砂性土。它的要點(diǎn)是在通過(guò)盾構(gòu)的兩側(cè)土層中先打入井點(diǎn)管，通過(guò)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(kāi)挖面穩(wěn)定。由于盾構(gòu)是在地下水位以下通過(guò)，使施工人員能在干燥的工作條件下進(jìn)行操作。

由于隧道埋深一般都超過(guò)常用的輕型井點(diǎn)的有效工作深度（小于10 m），因此，一般都采用0.063 m的噴射井點(diǎn)，深度曾用到27 m，使埋深為25 m的隧道能順利開(kāi)挖。

根據(jù)國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)進(jìn)出洞時(shí)都要采取特殊的防水措施，采用降水法施工也取得了成功。降水開(kāi)挖的最大優(yōu)點(diǎn)是可以不用氣壓施工，但是也有局限性，如在江中段就難于使用，故只能在兩岸的岸邊段，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(huì)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(huì)因降水不勻引起建筑物不均勻沉陷。

6.2 地層疏干后手掘式敞胸盾構(gòu)施工

（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)保護(hù)下進(jìn)行土體開(kāi)挖與運(yùn)輸，這樣對(duì)周圍地層擾動(dòng)較小。

（2）開(kāi)挖程度從上而下，分層（一般分成幾個(gè)工作室，視盾構(gòu)的直徑大小而定，分層高度能保證工人自由操作）開(kāi)挖，施工工具為普通手工工具或手扶式風(fēng)動(dòng)工具。

（3）根據(jù)襯砌管片寬度、盾構(gòu)切口長(zhǎng)度，每環(huán)管片可分?jǐn)?shù)次開(kāi)挖和掘進(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辦對(duì)開(kāi)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(kāi)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(zhǎng)度的支撐。

（5）當(dāng)用網(wǎng)格式盾構(gòu)時(shí)，根據(jù)地層主動(dòng)土壓力與土的周邊的摩阻力相等，就不會(huì)陷入盾構(gòu)內(nèi)部，可以取代上述支撐，保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定。