淺談盾構隧道推進及襯砌拼裝

任海文

（山西呂梁建設有限公司，山西 呂梁 033000）

淺談盾構隧道推進及襯砌拼裝

任海文

（山西呂梁建設有限公司，山西 呂梁 033000）

文章針對在松軟含水地層中采用手掘式敞胸盾構施工，需輔以氣壓、人工井點降水及其他地層加固措施，論述了在這種條件下盾構開挖掘進時的幾種施工方法。

盾構隧道；襯砌拼裝

1 盾構推進的概念

在松軟含水地層中采用盾構法施工，首先是盾構選型。因盾構只是施工的一種機具，但各條隧道所在位置的地層情況是復雜的，即使同一條隧道遇到不同的地層情況也是常見的。因此，隨著地層性質的改變，盾構的用功最好也能相應改變。特別是近年來，盾構種類較多，如何選擇要特別慎重。縱觀已建水底道路隧道所采用過的大直徑盾構，大部分都屬于手掘式敞胸盾構或閉胸擠壓盾構，或者是兩者兼有的盾構，很少采用技術先進的泥水盾構或土壓平衡盾構，特別是某些隧道地質變化較大，有軟弱黏土，也夾有巖石，更難采用。

2 人工井點降水加手掘式敞胸盾構施工

以人工井點降水，排除地下水穩定開挖面是一種較經濟的方法，尤其適用于漏氣大量的砂性土。它的要點是在通過盾構的兩側土層中先打入井點管，通過井點汲水濾管把地下水抽出，使井點附近形成一個降水漏斗，地下水位降低、疏干地層，增加土壤強度，以保證開挖面穩定。由于盾構是在地下水位以上通過，使施工人員能在較干燥的工作條件下進行操作。

降水開挖的最大優點是可以不用氣壓施工，但是也有局限性，如江中段就難以使用，故只能用在兩岸的岸邊段，且埋置深度不能太深，若太深因降水效果不好有時可能會引起盾構突然下沉。另外，兩岸建筑物也不能太密集，否則會因降水不勻引起建筑物不均勻沉降。

底層疏干后手掘式敞胸盾構施工的具體過程：①先借助盾構千斤頂使盾構推進，將切口環部分切入地層，然后在切口環下進行土體開挖與運輸，這樣對周圍地層擾動較小。②開挖程度從上而下分層開挖（一般分成幾個工作面室，視盾構的直徑而定，分成的高度應保證工人能自由操作）。施工工具為普通手工工具或手持式分動工具。③根據襯砌管片寬度、盾構切口長度，每環管片可分數次開挖和推進。盾構糾偏時可以利用超挖解決。④若土質較差，可以借助支撐千斤頂加撐對開挖面進行臨時支撐。支撐千斤頂為差壓式千斤頂，當盾構推進時能確保在開挖面支撐板頂力不變的條件下，同時將支撐千斤頂的活塞逐漸縮回，以免經常調換不同長度的支撐。在連續施工時，撐板視土質好壞不一定撐得很密。⑤當用網格式盾構時，根據地層主動土壓力與土和格網周邊的摩阻力相等，土就不會塌入盾構內部的原理，可以取代上述支撐，保證開挖面的穩定。

3 氣壓加手掘式敞胸盾構施工

盾構施工在含水量不穩定的地層中采用氣壓來疏干和支護開挖面。以防止涌水、開挖面崩塌，增強地層強度是一種極為古老而行之有效的施工方法。只有在粉碎砂及砂礫層中，由于漏氣量太大，用氣壓盾構法施工效果較差，若覆蓋層較小還有噴出的危險。此時壓氣量應盡量減少，亦與井點、注漿、凍結法等結合使用，使隧道埋深不致太大。

3.1 氣壓大小及耗氣量的確定

氣壓大小主要取決于地下水位的高低，從理論上講，每10 m水頭必須用0.1 MPa的空氣壓力來平衡。但實際上，平衡壓力的大小還與周圍地層的性質、開挖面土層的干濕程度有關。如上海軟土層的透氣系數很小以及一部分水頭壓力消耗在土體空隙的阻力上，實際施工中所需的空氣壓力，僅為理論壓力的50%～80%，所需要的空氣量僅為理論空氣量的10%～50%。

理論上的氣壓大小可按圖1的中小型盾構，壓力等于離盾構

圖1 氣壓盾構空氣壓力值的決定

式中:H：盾構頂部地下水水頭；

γw：水的容重。

式中：γ土：土的浮容重；

K：安全系數在砂質土層中K值不小于1.5。

用氣壓盾構修建水底隧道時，該t值過大則直接影響到隧道埋置深度，增大隧道長度，造價、工期也相應增加；過小則不覆蓋不足，往往容易發生噴發事故，隧淹人亡，損失慘重。外國隧道規范規定：水底隧道的最小覆蓋層必須大于盾構直徑（日本）或等于盾構直徑，覆蓋層寬度應大于或等于盾構直徑的6倍。若覆蓋層較薄，應預先在河床底部加填黏土或在附近停泊裝有黏土的船，以便隧道大量跑氣時應急之用。事實上在黏性土層中或用黏土人工覆蓋加厚時，大直徑盾構能滿足就可以了。上海打浦路隧道盾構直徑為10.20 m，復土深度為0.7 m即是一例。

耗氣量主要取決于盾構開挖面的漏氣量、管片接縫和人員材料進出氣閘時變壓消耗量等，一般可參照已施工實踐、相似地質條件用類比法確定，也可采用經驗公式計算耗氣量：Q=aD2。

式中：D：盾構外徑；

a：土質系數，當壓力大于0.1 MPa時，黏性土a=3.65；砂性土a=7.30。

此外，根據氣壓施工勞動保護衛生要求，規定在任何情況下應保證每個人的供氣量不少于25～30 m3/h。在南方夏季施工時，應布置壓縮空氣的冷卻設備，使送入作業區的空氣溫度低于22℃。

3.2 氣壓盾構施工

氣壓盾構施工作業示意見圖2。閘墻和氣閘作用式既能將作業區與常壓作業區隔開，又能使材料、設備及工作人員順利進出作業區的重要設備。閘墻必須有足夠的強度用氣密性，保證在0.35 MPa氣壓作用下不漏氣。大斷面隧道均用鋼閘墻。氣閘是鋼板鉚接或焊接而成的圓筒形結構，分人行閘和材料閘兩種。人行閘又分內閘和外閘兩部分，內閘能容納每班施工人員數。人行閘的管理是氣壓施工的重要環節，要嚴格執行氣壓作業的工作時間及進出閘的變壓時間，以防減壓病。

圖2 氣壓盾構施工作業示意圖

4 泥水加壓盾構施工

近來用泥水加壓盾構是將壓力為γ泥×（y+ΔH）的泥水（ΔH取2 m），壓入盾構前部密封艙內，使其壓力始終高于地下水壓力γ水×y，這樣就保持了開挖面穩定的基本條件。另外，開挖正面的大刀盤，當其不能轉動切土時，成為一個大型的正面支撐板，再和泥漿膜一起增加了開挖正面的穩定性。

Discusses the Shield Tunnel Advancement and Lining Work Assembling

Ren Haiwen

The article in viewofuses the hand in the soft water-bearing stratum to dig the type to open the chest shield construction，Must auxiliary by the barometric pressure，the artificial well point precipitation and other stratum reinforcement measure，discussed the shield excavates the tunnelingwhen this kind ofcondition several job practice.

shield tunnel；liningwork assembling

U455.44

A

1000-8136(2011)05-0042-02

任海文，男，1976年12月15日出生，山西中陽縣人，1995年7月畢業于山西省交通學校道橋專業，2004年6月畢業于北方交通大學公路工程管理專業，工程師。