淺談盾構隧道施工準備工作

高建平

（山西省公路局忻州公路分局，山西 忻州 034000）

盾構施工準備工作主要有盾構拼裝室和拆卸室的修建、盾構基礎的安裝、盾構進出洞的設置、后盾管片的拼接及拆除，以及其他配合盾構施工的一些附屬設施等。

1 盾構拼裝與拆除室

由于盾構施工屬暗挖施工，上部覆蓋有一層厚度的土層，如水底隧道的河床下面部分，為了穿越河道拼裝盾構需專門修建盾構拼裝室。到了河對面，盾構施工終端為了拆卸盾構需修建拆卸室。若推進長度很長，中間還應設置檢修工作井。一般這些井都結合隧道規劃線路上的通風豎井、設備井、泵房或兩種施工方法、兩種結構斷面的連接井綜合考慮設置。在不穩定地層中常采用沉井法施工。沉井的位置設于隧道中線上，低端作為盾構拼裝室，盾構可在井內拼裝或拆卸（小盾構總重量較輕，可以在地面拼裝好后直接吊置在井內）。盾構拼裝井的尺寸可根據盾構裝、拆及施工要求確定。其寬度比盾構直徑大1.6～2.0 m，以滿足拼裝工人鉚、焊等工作要求，長度應能滿足盾構前面拆除洞門封板，盾構后面布置后座設置一定數量的后盾管片，以及井內垂直運輸所需要的工作范圍。此外，還要考慮洞門與襯砌間空隙的充填、封板工作及臨時后座襯砌環與軌道的填實工作，在盾構下部保證留有1 m左右的高度。當然，盾構拼裝室在綜合使用時，其尺寸還應滿足建筑上及運營上的要求。

2 盾構基座

在井內底部需構筑盾構基座，以便拼裝及擱置盾構，更重要的是通過基座上的導軌使盾構獲得正確的導向。盾構基座一般可以采用鋼筋混凝土或鋼結構，其表面與盾構外殼相適應。導軌要測量定位，布置在盾構上半部90°范圍內，由兩根或多根鋼軌組成（一般為38 kg/m以上的重鋼軌）。基座除承受盾構自重外，還要考慮糾偏時產生的集中荷載。

3 盾構進出洞設施

盾構從工作并進出是盾構法施工的重要環節，處理得好，能減少許多后患，保證施工速度和安全。當盾構在工作時間內安裝完畢，所有掘進準備工作就緒后即可出洞。常見的方法是在沉井壁上預留洞及設臨時封門，故只要拆除臨時封門，逐步推進盾構進入地層，使盾構最終脫離工作并說明出洞完畢。當盾構直徑大、埋深大、地層松軟、含水量大時，出洞還需要考慮人工井點降水、局部地層加固等輔助設施，以穩定洞口地層和防止漏水。若用氣壓盾構施工時，還需將盾構推進到足夠距離保證設置氣閥墻及將出洞口部分井壁與襯砌環連接的防水堵漏工作做好后，才可停止輔助設施工作。

臨時封門呈圓形，直徑稍大于盾構，其構造形式較多，常見的有磚石、木塊、混凝土、鋼筋混凝土及鋼封門等多種。大型盾構常采用鋼封門——橫豎向鋼板梁或桁架梁與梁間鋼封板組成。在沉井施工中可承受水土壓力，沉完后，盾構出洞拆起來也比較方便。

4 盾構后座

盾構剛開始掘進時，其后座推力要靠工作井井壁來承擔，因此，在盾構與井壁之間需要設傳力設施給后座以緩沖井壁受力。通常采用隧道襯砌管片（頂部不能連續成整環，作為垂直運輸的進出口）或以專用頂塊與頂撐作為后座。利用管片后座有許多優點：隧道襯砌管與后座襯砌尺寸一致，連接方便，拆除也方便，且不需另行設計，可以利用隧道施工的整套設備，井底車場與隧道內有軌運輸連接方便等。為保證后座管片的剛度，管片之間要錯縫，連接螺旋要擰緊。頂部開口部分，在不影響垂直運輸的區段需加支撐拉桿拉住。脫出盾尾后，在基座與管片表面間要及時用木塞打好，使拼好的后座管片平穩地落在盾構基座的導軌上，以保證施工安全。

后座襯砌除了垂直運輸的開口外，要根據隧道施工布置的人行平臺，拼出一個門洞（做成一個鋼制框架，與后座襯砌拼裝在一起，它能承受盾構千斤頂的頂力，不變形）以供施工人員進出。

當工作井平面位置出現施工誤差，影響到隧道軸線與后座壁的垂直度時，后座襯砌與后座井壁間會產生一個不等距的建筑空隙，此時常用低標號混凝土填平補齊，使盾構推力均勻地傳給井壁，將來拆除后座襯砌時也比較方便。

后座襯砌一般要從盾構出洞，進入另一個工作井后才可拆除，主要是為了保證襯砌不擠裂。若隧道較長，盾構頂力已能由隧道襯砌與地層間摩阻力來平衡時（至少推進200 m），也可拆除。

5 盾構施工附屬設施的準備

盾構施工的附屬設施主要有供電照明設備、通風及空壓機房、排水泵房、涂料棚、充電間、出土有軌運輸系統及工作井垂直運輸系統等。若為管道運輸尚有泥水處理系統等。圖1為盾構出洞及附屬設施布置示意圖。

圖1 盾構出洞示意圖

6 盾構的推進

在松軟含水層中采用盾構法施工，首要問題是盾構選型。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，隨著地層情況的改變，盾構的功用做好也能相應改變。特別是近代，盾構種類較多，如何選擇要特別慎重。然而縱觀已建水底道路隧道所采用的大直徑盾構，大部分都屬于手掘式敞胸盾構或閉胸擠壓盾構，或者二者兼有的盾構。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。

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，以下主要敘述在這種條件下盾構開挖掘時的幾種施工方法。

6.1 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經濟的方法，尤其適用于漏氣量大的砂性土。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下通過，使施工人員能在干燥的工作條件下進行操作。

由于隧道埋深一般都超過常用的輕型井點的有效工作深度（小于10 m），因此，一般都采用0.063 m的噴射井點，深度曾用到27 m，使埋深為25 m的隧道能順利開挖。

根據國內經驗，盾構進出洞時都要采取特殊的防水措施，采用降水法施工也取得了成功。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，如在江中段就難于使用，故只能在兩岸的岸邊段，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陷。

6.2 地層疏干后手掘式敞胸盾構施工

（1）先借助盾構千斤頂使盾構推進，將切口環部分切入地層，然后在切口環保護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（一般分成幾個工作室，視盾構的直徑大小而定，分層高度能保證工人自由操作）開挖，施工工具為普通手工工具或手扶式風動工具。

（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掘進。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辦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。

（5）當用網格式盾構時，根據地層主動土壓力與土的周邊的摩阻力相等，就不會陷入盾構內部，可以取代上述支撐，保證開挖面的穩定。