盾构施工工法研讨

【摘 要】： 盾构法指的是利用盾构进行隧道开挖，衬砌等作业的施工方法。用盾构在软质地基或破碎岩层中掘进隧洞的施工方法。盾构是一种带有护罩的专用设备，利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。

【关键词】：盾构施工；工法，施工原理

中图分类号：TU74 文献标识码： A

引言

盾构法起源于欧洲，用盾构修建地下隧道至今已有160多年的历史，最早是法国的工艺师 MarelsambrardBmnel发明的，1834年建成第一条盾构法隧道。受启发于蛀虫挖洞，在日本得以较大发展。目前，日本及欧洲处于该技术的领先地位。我国在五十年代就开始采用盾构法施工。至今也有四十多年的历史。上海是在1983年施工了第一条盾构法隧道。

一、地铁隧道盾构法施工原理

盾构（如图1）法自法国工程师布鲁诺尔（Brunel）1818年发明以来，至今已有一百多年的历史，其发展迅速，已广泛应用于德国、美国、日本、法国和中国等。

地铁隧道盾构法施工就是在盾构的掩护下连续安全地进行地层开挖与管片衬砌支护工作，其基本构造（如图2）包括盾构壳体、刀盘、人闸系统、螺旋输送机与保压泵喳装置、铰接装置、盾尾密封装置、管片拼装机和管片整圆器、刀盘驱动系统、盾构推进系统、同步注浆系统、泡沫发生系统、膨润土设备、数据采集系统、SLS-T隧道导向系统、后配套设备等部分，其主要施工工序包括盾构的安设与拆卸、土体开挖与推进、衬砌拼装与防水等部分。

二、盾构法的施工特点

盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，适合在软土地基段施工。盾构通常由盾构壳体、推进系统、拼装系统、出土系统等四大部分组成。用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。

现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高，被广泛应用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

三、几种盾构施工方法

1、MF盾构法

MF（Multi Face）盾构是由多个圆形断面的一部分错位重合而成，可同时开挖多个圆形断面的盾构法。隧道有效面积较开挖面积相等的单圆断面而言要大，是一种较为经济合理的断面形式。两个或多个大小不同的圆形断面通过一定规则的叠合可提供任意断面形式的隧道，在隧道线路规划时，对线性的选择有更多的灵活性。上下空间受限制的情况下，则可选择横向叠合式。MF盾构法更适用于地铁车站，共同沟和地下停车场等大断面隧道的开挖。

MF盾构法的特点：

（1）由MF盾构法建成的隧道基本结构形式为圆形，所以它保持了圆形断面的力学特性；

（2）隧道可由多个小型圆断面叠合形成，开挖量小，断面利用率高：

（3）在隧道线路规划时对线形的选择有更多的灵活性，可根据需要选择横向MF盾构或纵向MF盾构，更加适用于地下空间受到限制的隧道建设；

（4）根据土质情况和施工条件以及对周围环境影响的需要，采用泥水盾构或土压盾构；

2、偏心多轴盾构法

偏心多轴盾构采用多根主轴，垂直于主轴方向固定一组曲柄轴，在曲柄轴上再安装刀架。运转主轴刀架将在同一平面内作圆弧运动，被挖开的断面接近于刀架的形状。因此，可根据隧道断面形状要求设计刀架是矩形，圆形，椭圆形或马蹄形。

偏心多轴盾构特点：

（1）可根据需要选择刀架形状开挖任意断面的隧道：

（2）刀架转动半径小，可选择较小的驱动扭矩。因采用多个转动轴同时驱动刀架，所以盾构掘进机具有紧凑玲珑，易装，易拆，易运等特点，适用于大断面隧道开挖；

（3）刀架转动半径小，刀具的行走距离也小。从刀片的磨损角度上来说，比一般盾构至少可多开挖3倍以上的距离，适合于长距离隧道的开挖：

3、自由断面盾构法

所谓自由断面盾构法就是在一个普通圆形盾构主刀盘的外侧设置数个规模比主刀盘小的行星刀盘。随主刀盘的旋转行星刀盘在作自转的同时绕主刀盘公转，行星刀盘公转的轨道由行星刀盘扇动臂的扇动角度确定。通过对行星刀盘扇动臂的调节可开挖各种非圆形断面的隧道。也就是说，通过对行星刀盘公转轨道的设计可选择如矩形断面，椭圆形断面，马蹄形断面，卵形断面等非圆形断面。此盾构法尤其适用于地下空间受限制的，如穿越既成管线和水道之间的中小型隧道工程。

自由断面盾构法特点：

（1）可开挖多种非圆形断面的隧道，选择细长型断面使宽度或深度受限制的地下空间更有效的得到利用；

（2）可根据不同的使用目的合理选择不同断面，比如共同沟和电力管线等选择矩形断面，公路和铁路隧道则选择马蹄形断面等；

（3）隧道断面的最大纵横尺寸之比为椭圆形1.5：1.0，矩形1.2：1.0，马蹄形1.35：1.0；

4、球体盾构法

球体盾构是利用球体本身可自由旋转的特点，将一球体内藏于先行主机盾构内部，在其他内部又设计一个后续次机盾构。先行盾构完成前期开挖后，利用球体的旋转改变隧道的推进方向，进行后期隧道的开挖。改向后盾构掘进机刀具交换和维修非常方便。到目前为止在日本已开发了三种用途的球体盾构掘进机在9个工程中得到了运用。

5、纵横式连续推进球体盾构

纵横式球体盾构是用一台盾构掘进机完成竖向工作井和横向隧道开挖的一种特殊盾构掘进机。在纵向主机盾构内预先设置一个可旋转的球体，在球体内又收藏了一台专门用于开挖横向隧道的长度较短的盾构。在纵向盾构内设有驱动轴可自由旋转的球体，横向盾构的主体切削刀盘兼用于开挖竖向工作井。也就是说，只要在横向盾构的主体刀盘的外侧安装一个环状的超挖刀具，就可以用同一个切削装置开挖两个功能和尺寸不同的地下空间。纵横式球体盾构共享一个切削驱动装置，主体切削刀和外侧环状刀具之间采用铰接式拉杆连接，通过油压千斤顶可使铰按式拉杆伸缩。竖向工作井开挖结束后外侧环状刀具脱离主体刀盘残留在土中。纵横式球体盾构的主要特点

（1）因竖向工作井和横向盾构隧道是连续推进的，所以它无需考虑盾构进出洞时的土体加固处理和漏水等技术问题，提高了大深度工作和隧道施工的安全性和施工速度，对缩短施工工期有积极的作用；

（2）竖向工作井施工时对周围环境和地基沉降的影响较一般的施工法相比要小；

（3）竖向工作井的内部空间的井壁厚度都可以减小，节省工作井的工程费用；

（4）隧道推进过程中，开挖刀具的交换和维修非常方便，更适用于长距离隧道开挖。

6、横横式连续推进球体盾构

横横式球体盾构的开挖原理与纵横式球体盾构基本相同，先行主机盾构和后续次机盾构可在同一水平面内进行直角开挖。交通拥挤的十字路口以及在地下一定深度内存在有各种管线设施无法构筑竖向工作的地区可采用此施工方法。

结束语

进入21世纪，世界经济的迅猛发展加速了城市化建设。随着城市密集度的提高，地面可利用空间越来越少。一个完整的地铁盾构建设项目都是由一个或多个单项工程组成的，单项工程由单位工程组成，单位工程又分为分部分项工程。所以，能详尽地辨识出分部、分项工程施工过程中存在的危险源，也就保证了整个施工过程中的危险源辨识的全面性。而地下又布满了各种用途的管线，所以，如何更有效利用和创造地下空间已成为当今城市现代化建设的重要课题，采用盾构法来开发地下空间则是一种最佳选择，新的盾构法将会层出不穷。

参考文献：

[1]周顺华.我国城市轨道交通地下工程的施工技术现状与发展[J].城市轨道交通研究，2005.

[2]顾国明，陆运.我国城市地下铁道施工技术综述[J].现代隧道技术，2005.

[3]张俊伟.浅谈人工挖孔桩施工过程控制研究[J].安防科技，2006.