水利地下设施的盾构法施工技术浅析

[摘 要] 盾构是集地下掘进和衬砌为一体的施工设备，广泛应用于地下给水排水管沟、地下隧道、水下隧道、水工隧洞、城市地下综合管廊等工程。本文对水利地下设施采用盾构法施工进行论析。

[关键词] 地下隧道；水工隧洞；城市地下管廊；盾构法

[作者简介] 韦昌宝，南宁泰宇水利工程建设监理有限公司，广西 南宁，530023

[中图分类号] TV554 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723（2012）12-0063-0003

盾构是集地下掘进和衬砌为一体的施工设备，广泛应用于地下给水排水管沟、地下隧道、水下隧道、水工隧洞、城市地下综合管廊等工程。

桂西北某大型水利设施施工给排水管道和管廊施工中采用盾构施工，现结合施工实际介绍盾构法施工技术。

一、下放和始顶

整体盾构可用起重设备下放到起点井，类似顶管施工时下管。大直径盾构难以进行整体搬运时，可在现场组装或在工作坑内装配。盾构下放至工作坑导轨上后，自起点井开始至完全没入土中的这一段距离，称为盾构的始顶。盾构始顶需借另外的千斤顶顶进。盾构从起点井进入土层时，起点井壁挖口土方很容易坍塌，也可对土层进行局部加固。

盾构千斤顶以已砌好的砌块环作为支承结构而推进盾构。在一般情况下，砌块环长度约需30～50m，才足以支承盾构千斤顶。在此之前，应设立临时支承结构。通常做法是：盾构没入土中后，在起点井后背与盾构衬砌环内，各设置一个其外径和内径均与砌块环的外径与内径相同的圆形木环。在两木环之间砌半圆形的砌块环，而在木环水平直径以上用圆木支撑，如图1所示，作为始顶段的盾构千斤顶的支承结构。随着盾构的推进，第一圈永久性砌块环用粘结料紧贴木环砌筑。

二、盾构掘进的挖土及顶进

盾构掘进的挖土方法取决于土的性质和地下水情况，手挖盾构适用于比较密实的土层。工人在切削环保护罩内挖土，工作面挖成锅底形，一次挖深一般等于砌块的宽度。为了保证坑道形状正确，减少与砌块间的空隙，贴进盾壳的土应由切削环切下，厚度约10～15cra。在工作中不能直立地对松散土层中掘进时，将盾构刃脚先切入工作面，然后工人在保护罩切削环内挖土。根据土质条件，进行局部挖土。局部挖出的工作面应支设支撑，见图2所示。应依次进行到全部挖掘面。局部挖掘从顶部开始，当盾构刃脚难于先切入工作面，如砂砾石层，可以先挖后顶，但必须严格控制每次掘进的纵深。

盾构推进时，应确保前方土体的稳定，在软土地层，应根据质构类型采取不同的正面支护方法；盾构推进轴线应按设计要求控制质量，推进中每环测量一次；纠偏时应在推进中逐步进行；盾构顶进应在砌块衬砌后立即进行。

推进速度应根据地质、埋深、地面的建筑设施及地面的隆陷值等情况，而确定，通常为50mm/min。

盾构推进中，遇有需要停止推进且间歇时间较长时，必须做好正面封闭、盾尾密封并及时处理；在拼装管片或盾构推进停歇时，应采取防止盾构后退的措施；当推进中盾构旋转时，采取纠正的措施。弯道、变坡掘进和校正误差时，应使用部分千斤顶。

根据盾构选型，施工现场环境，土方可以由斗车、矿车、皮带或泥浆等方式运出。

三、管片安装与注浆

盾构顶进后应及时进行衬砌工作，衬砌的目的是：砌块作为盾构千斤顶的后背，随受顶力；掘进施工过程作为支撑；盾构施工结束后作为永久性承载结构。

通常采用钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土砌块。砌块形状有矩形、梯形、中缺形等。矩形砌块如图3所示，根据施工条件和盾构直径，确定每环的分割数。矩形砌块形状简单，容易砌筑，产生误差时容易纠正，但整体性差。梯形砌块的衬砌环的整体性较短形砌块为好。为了提高砌块环的整体性，可采用图4所示的中缺形砌块，但安装技术水平要求高，而且产生误差后不易调整。砌块的连接有平口和企口两种。企口接缝防水性好，但拼装不易。

上述砌块用粘结剂连接。常用粘结剂有沥青胶或环氧胶泥等。粘结剂连接易产生偏斜。

为了提高砌块的整圆度和强度，可采用如图5所示的彼此间有螺栓连接的砌块。

砌块拼装的工具常用由举重臂与动力部分组成的杠杆式拼装器，举重臂的作用是夹住砌块，并将其举到安装的位置。另一种是弧形拼装器，它是由卷扬机操纵，砌块沿导向弧形构件由导向滑轮运到安装位置，再由千斤顶使其就位，进行拼装。

为了在衬砌后用水泥砂浆灌入砌块外壁与土壁间留有的盾壳厚度的空隙，一部分砌块应有灌注孔。通常，每隔3～5环应砌一灌注孔环，此环上设有4～10个灌注孔。灌注孔直径不小于36mm。这种填充空隙的作业称为“缝隙填灌”。

砌块砌筑和缝隙填灌合称为盾构的一次衬砌。填灌的材料有水泥砂浆、细石混凝土、水泥净浆等。灌浆材料不应产生离析、不丧失流动性、灌人后体积不减少，早期强度不低于承受压力。灌浆作业应该在盾尾土方未坍以前进行。灌入顺序是自下而上，左右对称地进行，以防止砌块环周的孔隙宽度不均匀。浆料灌入量应为计算孔隙量的130%～150%。灌浆时应防止料浆漏入盾构内，为此，在盾尾与砌块外皮间应作止水。

螺栓连接砌块的轴向与环向螺栓孔也应灌浆。为此，在砌块上也应留设螺栓孔的浆液灌注孔。

二次衬砌按隧道使用要求而定，在一次衬砌质量完全合格的情况下进行。二次衬砌采用浇灌细石混凝土，或采用喷射混凝土。

[参考文献]

[1]陈柏荣.防汛与抗旱[M].北京：中国水利水电出版社，2005.