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【摘 要】盾构是在软岩和土体中进行隧道施工的专门机具,使用盾构机开挖隧道的方法称为盾构法.本文对盾构法施工工艺过程进行简要的分析.
【关 键 词】建筑；盾构法；施工；工艺过程
盾构法隧道前进是依靠设在盾尾的一组千斤顶克服盾构机重和周围土体产生的正面和侧壁的摩阻力,千斤顶支撑在已拼装好的环形隧道衬砌上,每拼装一环管片,千斤顶向前推进一个衬砌环间宽度.理论上,盾构法施工隧道,前进阻力不受隧道长度增加而增加.顶管法的推力来自始发工作井内作用在后背井壁上的分组千斤顶,千斤顶将装有切口和支护开挖装置的工具管顶出工作井井壁,以工具管为先导,逐步将预制好的管节按设计轴线顶入土层中,直至工具管后的第一个管节进入目标工作井.
1．盾构的组装及拆卸
在盾构施工段的始端和终端,要布置基坑或井,用以进行盾构的安装和拆卸工作.若盾构推进线路特:别长时,还应设置检修工作井,这些井和基坑应尽量结合隧道规划线路上的通风井、设备井、地铁车站、排水泵房以及立体交叉、平行交叉、施工方法转换处来设置.作为拼装和拆卸室用的井,其建筑尺寸应根据盾构装、拆及施工要求来确定,其宽度一般应比盾构直径大1.6~2.0mm,以满足安装时铆、焊等工作的要求.采用整体吊装的小型盾构时,井的宽度可酌情减小,井的长度方向要考虑盾构设备安装的要求.目前,中、小盾构的动力装置、配电设备大部分布置在盾构后面的设备车架上.若考虑安装全部设备车架,会使工作井尺寸过长.一般盾构可采用临时操纵措施安装部分车架,但确定井的长度时也要考虑将来转换成全套车架的方便.从施工要求考虑,井的宽度具有盾构安装尺寸已够,而长度则要考虑在盾构前面拆除洞门封板和在盾构后面布置后座和垂直运输所需的尺寸.
盾构拆卸井要满足起吊、拆卸工作的方便,其要求一般比拼装井稍低,但应考虑进行洞门与隧道外径间空隙充填工作的余地.盾构起始和终端工作井可以用沉井法施工,也可连续墙支护、锚喷支护明挖法施工,视工程地质和水文地质情况而定.
2．盾构基座
盾构基座在井内用作安装及稳妥地搁置盾构,更重要的是通过设在基座上的导轨使盾构在施工前获得正确的导向.因此,导轨需要根据隧道设计、施工要求定出的平面及高程位置进行测量定位.基座可以采用现浇钢筋混凝土或钢结构,导轨一般布置在盾构下半部的90°范围内,由两根或多根钢轨组成.基座除承受盾构自重外,还应考虑盾构切入地层后,进行纠偏时产生的集中荷载.
3．盾构进出洞方法
盾构进出洞是盾构法施工最重要的工序之一.在始发井内,盾构按设计高程及方向推出预留孔洞,进入正常土层的过程称为盾构出洞,反之,盾构在地层中完成某一区间的隧道施工后,进人盾构接受井的过程称为盾构进洞.盾构进出工作井涉及洞门预留块制作、四周土体、封门凿除、盾构后座支撑下顶进、施工参数的调整.一般出洞50m之后,盾构法隧道施工才进入正常.
3．1封门形式及作法
预留封门在盾构出洞前必须抵挡洞外土体侧向压力和水压力,保证封门不断裂倒塌,同时不产生大量地下水渗漏,既保持井内施工场地干燥,又保证洞周土体不出现大的沉降变形.盾构出洞时,封门材料应该易于拆除,最好能直接由盾构机刀盘切削,推出洞门.盾构工作井封门主要有以下几种形式：
3．1．1现浇钢筋混凝土封门及相应施工方法
盾构工作井的施工一般使用沉井或连续墙法,按照盾构外径尺寸在井壁预埋环形钢板内的钢筋混凝土圆板,可按四周弹性固定进行受力分析及断面设计.这种封门施工简单,结构安全,但是在盾构出洞之前,必须花费很多人力凿除钢筋混凝土封门.由于工作面狭窄,机械施展不开,工人劳动强度高.如能将静态爆破和定向爆破技术引入封门拆除作业,将可加快施工进度,减少工人劳动强度.
3．1．2钢板封门.在盾构工作沉井制作时,按照设计要求在井壁上预留圆形孔洞.沉井下沉前,井壁外侧密排钢板桩,密封预留孔洞,在沉井下沉后,钢板桩抵挡住侧向水土压力.盾构刀盘切入洞口抵近钢板桩时,用大型起重机将钢板桩逐根拔起.当沉井下沉盾糊
较深时,钢板桩可焊接加长.
3．1．3装配式禊体封门方案
这是一种较新颖的施工方法,按照设计尺寸,以泡沫〈膨胀)混凝土、陶粒、蛭石珍珠岩轻集料制成圆形混凝土楔块,沉井下沉前将上述混凝土楔块嵌入井壁预留孔洞.沉井下沉之后,楔块承担侧向水土压力.盾构挤出洞后,依靠大刀盘扭转切削,将楔块破碎,并由螺旋出土器吸出.
3．2洞周土体加固
不论是松散的砂土,还是饱和含水软粘土,自身都缺少自立性和防水性.一旦有临空面时,土体都将产生大量的滑坡坍塌或涌水,因此对封门外土体进行加固处理是不可缺少的.通过注浆、深层粉喷桩或水泥搅拌桩井点降水疏干土体、冻结法等,可使洞周土体具有自立性、防水性和一定的强度.加固后土体也不能太硬,否则将造成盾构机大刀盘切土的困难,引发机器故障.土体改良的范围太大,会造成工程上的浪费,加固土体太小,则不能保证洞周土体的稳定.加固土体厚度和尺寸要通过力学分析确定.
3．3盾构进洞
盾构进洞时需防止地下水和流砂等涌入接收井.当进洞区的土体为砂性土或有可能产生流砂的地层时,应按盾构进洞的要求对地层进行改良.考虑到壁后注浆区的封闭要求,改良土体范围的长度宜选为盾构长度的基础上加上管片的宽度尺寸.进洞区土体为粘性土,且无产生流砂的条件时,可按盾构出洞时的情况进行计算,确定改良土体的范围.
3．4盾构后座
盾构刚开始掘进时,其推力要靠工作井井壁来承担,因此,在盾构与井壁之间需要传力设施,此设施称为后座.通常采用隧道衬砌管片或专用顶块与顶撑做后座.利用管片做后座有很多优点:可以利用管片拼装器迅速安装后座,满足快速掘进的要求,井内后座衬砌与隧道衬砌联接方便,井底车场与隧道内有轨运输联接方便等.使用管片做后座时,要设计专用的人行洞门,在井内要留出垂直运输的开口,故不能拼成整环.为保证后座的刚度,环纵向螺栓要全部拧紧,开口部分不影响垂直运输的区段最好加支撑.采用无螺栓连接的砌块做后座时,砌块要预埋铁块或凿出钢筋用电焊连接,以保证施工安全.
工作井平面位置的施工误差,将影响隧道轴线与后座壁的垂直度.后座衬砌与后座井壁之间的空隙,一般采用浇注低标号混凝土来填平,使盾构推力均匀地传给后座壁,而将来拆除后座衬砌也较方便.当盾构向前掘进达到一定距离,盾构顶力可由隧道衬砌与地层间的摩擦力来承担时,后座即可拆除.