关于地铁盾构技术的简单介绍

摘要：地铁盾构机根据其适用的土质及工作方式的不同主要分为压缩空气式、泥浆式，土压平衡式等不同类型。盾构机主要由开挖系统、推进系统排土系统管片拼装系统、油压、电气、控制系统、资态控制装置、导向系统、壁后注浆装置、后方台车、集中装置、超前钻机及预注浆、铰接装置、通风装置、土碴改良装置及其他一些重要装置如盾壳、稳定翼、人闸等组成。

关键词：压缩空气式盾构，地铁

中图分类号：U231+.1 文献标识码：A 文章编号：

1886 年Greatbhad 首次在盾构掘进隧道中引了这种工法,该工法利用压缩空气使整个盾构都防止地下水的侵入, 它可在游离水体下或地下水位下运作。其工作原理是利用用压缩空气来平衡水压和土压。传统的压缩空气式盾构要求在隧道工作面和止水隧道之间封闭一个相对较大的工作腔,大部分工人经常处于压缩空气下, 这会对掘进隧道和衬砌造成干扰,为了解决这些问题,又出现了用无压工作腔及全断面开挖的压缩空气式盾构和带有无压工作腔及部分断面开挖的压缩空气式盾构等。

土压平衡式盾构

20 世纪70 年代日本就开发土压平衡式盾构,不用辅助的支撑介质,切割轮开挖出的材料可作为支撑介质。该法用旋转的刀盘开挖地层,挖下的渣料通过切割轮的开口被压入开挖腔,然后在开挖腔内与塑性土浆混合。推力由压力舱壁传递到土浆上。当开挖腔内的土浆不再被当地的土和水压固化时就达到平衡。

泥浆式盾构

1912 年,Grauel 首次建造了泥浆式盾构。该法可以适用于各种松散地层,有无地下水均可,在稳定的地层中使用该法优点很多。使用该法隧道工作面由泥浆支护,泥浆液被注入隧道工作面前封闭的开挖腔,有压力的悬浮液进入地层,封闭地层并形成滤饼,滤饼上开挖腔中有压的悬浮液能平衡土压及水压。用作支护的液体同时又作为运输介质。由开挖工具开挖的地层在开挖腔中与支护液混合。然后悬浮液的混合物被泵送到地面,在地面的分离场中支护液从地层中分离出来。与一般的全断面盾构机不同，地铁盾构机是软土类掘进机，尤其适用于城市地铁及小型管道。地铁盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时文撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。地铁盾机施工主要为稳定开挖面、挖掘及排土、衬砌（壁后灌浆）三大部分。地铁盾构机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、可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响、水下开挖不影响水面交通等特点，在隧洞较长、埋深较大的情况下，用地铁盾构法施工更为经济合理。

拿沈阳地铁举例来说，沈阳地铁区间线路全长1206.032m。 区间隧道设计内径为φ5400mm，管片外径6000mm均采用单层管片衬砌，壁厚300mm。全环由六块管片错缝拼装而成，即一块封顶块、两块邻接块和三块标准块，环间及块间以M24螺栓连接，曲线地段按R=350m半径配设楔形调整管片。衬砌纵、环缝防水采用多孔特殊断面的三元乙丙（EPDM）橡胶。衬砌内弧面在隧道贯通后按设计要求作嵌缝、抹孔等防水处理。

合同段的土建工程，包括南市车站主体及附属工程、南市站至青年大街区间隧道工程。工程重点为周边建筑物保护、地下管线保护、合理进行交通疏解、环境保护、施工降水控制、施工监测，确保防水施工及冬季施工质量。南市站有效中心里程为DK14+199.675，车站总长147.9m，车站起讫里程为DK14+131.975～DK14+279.875；区间起点里程为DK14+281.175处，终点里程DK15+219.215 ，区间全长938.04m。主要施工内容包括交通疏解、施工准备、车站围护结构工程、基坑开挖及支撑体系、车站主体及附属结构工程（包括风道、风亭及出入口工程），结构防水工程等土建工程项目。南市站为双层双跨箱型结构，沿十一纬路东西向布置，为地铁1号线的中间站。车站外包长度147.9m，标准段宽度18.5 m，结构顶板覆土厚度约2.9 m，整个车站建筑物由车站主体、出入口及风道三部分组成。车站设有出入口4个,其中2号出入口为远期预留出入口,不在本次招标范围内,风道2个，消防专用通道1个。车站总建筑面积8557㎡，车站主体建筑面积6680㎡，其中站厅层建筑面积3340㎡，站台层建筑面积3340㎡，车站附属建筑面积1877㎡。 南市站至青年大街区间设计起讫里程为DK14+281.175～DK15+219.215，全长938.04m，沿十一纬路纵向布置,从南市站向东经五经街、四经街、三经街、二经街、文汇街、一经街到青年大街，区间结构为马蹄形断面，纵向线路自西向东呈向下单面坡，最大纵坡2.5%,区间在青年大街站站前设置渡线、停车线及联络线。线路隧道断面由单线单洞、双线单洞、三线三洞等断面组成。

首先施工基坑围护。该站主体、通道及出入口、风道及站后区间围护结构均采用水泥土复合搅拌桩（SMW工法），搅拌桩采用Φ850＠600，以间隔或满布形式在搅拌桩插入“H” 700×300的型钢； 一般桩长19m，风道处24m。在进入冬季施工前，先行施工导沟，在冻深范围内回填干砂，为进入冬季施工做准备。搅拌桩采用三轴深层搅拌机四拌两喷法施工，履带吊机配合打拔桩机插入H型钢。施工配备两台三轴深层搅拌机、一台50t履带吊机、一台打拔桩机。同时施工基坑降水井，该站采用管井井点、潜水泵、基坑内降水。采用转盘式转机成孔，吊车配合下井管，人工回填砂卵石。配备两台转盘式转机。降水在开挖前20天开始进行，地下水经汇水沟、沉淀池排入城市下水管道。主体基坑开挖采用分段分层、分步、对称、平衡的原则进行开挖与支撑，按照三层（风道四层）台阶，在基坑中做坡道，挖掘机挖装、自卸汽车直接进入基坑的出土方式进行，台阶长度8—10m，车站中心部位采用岛式开挖。配备三台挖掘机、八台自卸汽车组织土方开挖和外运，开挖终点采用履带吊机配合垂直出土。履带吊机及时配合安装钢围囹和横撑。基坑基底形成一段后，及时施做接地网、垫层混凝土，按照与基坑开挖相同的16个施工区段流水作业组织主体结构施工。主体结构分成底板、立墙、顶板三次浇注施工，使用商品混凝土，配备一台混凝土泵进行混凝土浇注。及时施做顶板防水层和保护层。待强度满足要求后回填土方，采用推土机初平、平地机精平、压路机碾压。

如今，地铁已经遍布中国十几个城市。计至2016年止，轨道地铁将遍布北京﹑天津﹑成都﹑武汉等各大中型城市。而范围也将由测量﹑施工延伸至招标﹑施组。这个相关近十几个行业的建设工程将变得越来越庞大，进而向更精确﹑更细致﹑更简洁的方向迈进。

参考文献

谢雄耀 隧道工程的诊断师 中国科学人 2013(05)

北京工业大学 地铁盾构施工对临近建筑物的影响与控制技术 2008

沈阳 地铁盾构施工组织设计 2007

【作者简介】吴雅丹（1989——）女 ，辽宁沈阳人， 研究方向：隧道及隧道工程