盾構施工技術淺談

吳珍 許贛珍 汪黃翔

摘 要：從盾構機基本原理及優缺點入手，結合盾構機基本構造和分類，對盾構施工技術進行了概述，并對其發展進行了展望。

關鍵詞：盾構施工技術；基本原理；優缺點；分類及構造

0引言

從1818年法國工程師M.I.布律內爾由觀察蛀蟲在木板中分泌粘液鉆洞的現象中得到啟發而發明敞開式手動掘進技術。經過大約200年的發展，在科學技術人員的努力下，盾構施工技術有了長足的發展，為經濟發展注入了新的活力。隨著全球經濟建設前所未有的飛速發展和城市化進程的不斷推進，城市密度不斷提高，高層建筑物不斷增加，地上空間利用的制約使人類將目光著眼于地下空間的利用。可以預見未來在基礎設施密集的大型城市，人文自然景觀和居住辦公用建筑將留在地上，而儲存庫、安全區、發電廠和城市軌道交通等建筑都將出現在地下空間。盾構施工技術憑借其安全性高、效率高、機械智能化程度高、對環境影響小和抗干擾能力強等優勢，在地下空間施工中將得到越來越廣泛的運用。

1盾構施工技術基本原理及優缺點

1.1基本原理

盾構施工技術是暗挖法施工中的一種全機械化施工方法。其基本原理是運用鋼質組件在隧道設計軸線上利用刀盤在開挖面切削土體向前推進，通過鋼質組件外殼和管片支承四周圍巖防止發生隧道內的坍塌和滲水。同時，將土渣通過機械設備運出出洞外，拼裝預制混凝土管片，同時進行注漿填補管片與周圍土體的間隙，形成隧道結構的一種機械化施工方法。在盾構施工技術領域，英美日德處于國際先進水平。我國盾構施工技術起步晚，發展快，具有極大的發展前景。

1.2盾構施工技術的優缺點

（1）盾構施工技術抗干擾能力強，對環境造成影響小。

（2）智能化機械化程度高，可大幅度降低人工成本。

（3）安全可靠，施工速度快。

（4）設備昂貴，工藝較復雜，科技含量高，需要施工人員較高的基本素質。

2盾構的基本構造及分類

2.1盾構的基本構造

盾構主體結構主要由盾構主體、開挖裝置、推進系統、管片組裝系統、液壓電氣控制系統和附屬設備等構成。

1.盾構主體

盾構主體是由對內部設施起保護作用抵抗外部荷載的盾殼部分及一些輔助設備構成。盾構主體一般分為前盾、中盾、盾尾三個部分，運用鉸接裝置連接。不同類型的盾構主體所運用的鉸接裝置存在一定差異，主要分為主動鉸接裝置和被動鉸接裝置兩種。主動鉸接裝置可使盾構主體彎曲任意角度且推力較大，造價也更高。被動鉸接裝置使盾構主體彎曲的角度較小，推力較小，但造價較低。具體使用那種鉸接裝置應根據工程實際情況確定。

2.開挖裝置

開挖裝置選型時，應綜合考慮盾構形式、刀盤形式、刀盤支撐方式、刀盤開口、刀盤裝備扭矩、刀頭、裝備推力以及它們的組合方式等因素。如圖1所示。

圖1 盾構機的刀盤布置

3.推進系統

推進系統是盾構機關鍵部分，一般指可以使盾構機在土體中向前掘進的系統，主要由配備在盾構主體內測的液壓千斤頂群組成。盾構機所需要的總推力必須根據在掘進過程中各種阻力的綜合再加上一定的安全量所決定。如圖2所示。

圖2 盾構機液壓千斤頂

4.管片組裝系統

管片組裝系統一般設置在中盾或前盾部位，主要由管片拼裝機械組成。常見的管片拼裝機械有環式、中空軸式和齒輪式。管片組裝系統的選擇需要依據盾構型式和規模、管片的尺寸、工作循環的方法因素決定。如圖3所示。

圖3 盾構機管片拼裝機

5.液壓電氣控制系統

液壓系統由盾構機千斤頂群、刀盤系統、組裝機系統等分別構成，可以分別配備，也可以一同使用。可靠耐用和與盾構機相匹配是選擇液壓設備的原則。

電氣系統需要注意的事項是受外界環境因素影響小，在選定時盡可能結構緊湊，這樣便于后期掘進施工時系統的維修與保養。

控制系統是連接控制盾構機各個部分，使其能夠正常工作的系統。核心在于對異常狀態的分析與顯示，為工程技術人員提供維修的方向，確保安全可靠的工作。如圖4所示。

圖4 盾構機控制系統

6.附屬設備臺車

附屬設備主要包括，盾構機姿態控制裝置、測量裝置、壁厚注漿系統、潤滑設備和后方臺車，對盾構設備起重要作用。如圖5所示。

圖5 盾構機后方臺車

2.2盾構設備的分類

盾構設備按照開挖面同工作倉之間的密封狀態，主要可分為敞開式盾構、半敞開式盾構、密閉式盾構。主要介紹當代實際工程鄰域常用的土壓平衡式盾構和泥水平衡式盾構。

（1）土壓平衡式盾構

土壓平衡式盾構利用儲存在土艙內的土體來穩定開挖面的土體水壓力，適應在軟弱的沖擊土層中推進，特別適用于黏性土或有一定黏性的粉砂土。當在礫石層或砂土層中推進時，可通過加進適當的泥土或改良材料來實現安全高效掘進。

（2）泥水平衡式盾構

泥水平衡盾構是通過向密封艙中注入適當壓力的泥漿使其在開挖面形成泥膜，用以平衡掘進面前的土壓力，并由刀盤切削土體表層泥膜，使其進入密封艙與泥水混合后，由泥漿泵及管道輸送到地面處理。

一般認為土壓平衡式盾構適用于各種地質條件，但在含水砂層和礫石砂層，尤其在高水壓條件下，土壓平衡式盾構在開挖面穩定性、控制地面沉降等方面難達到理想效果，泥水平衡式盾構在這方面更具優勢。

3結語

盾構施工技術隨著城市化進程的不斷推進和經濟的飛速發展，必將更大規模的投入生產實踐工程中。只要我們加大投入，力爭實現技術的完全自主化，順應時代發展潮流，必將使盾構施工技術實現跨越式的大發展。

參考文獻

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作者簡介：吳珍（1969年4月），女，漢族，江西省，大專，工程師，江西天巖建設工程有限公司。