第二章 盾构法与顶管法 盾构是在軟岩和土体中进行隧道施工的专门机具使用盾构机的结构开挖隧道的方法称为盾构法。顶管法是将分节预制好的地下管道（或小型隧道）在土层中顶进穿越障碍物的一种施工方法。盾构法和顶管法是软土地层中隧道暗挖施工的两类主要方法 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的结构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爿，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莋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設计轴线顶人土层中，直至工具管后的第一个管节进人目标工作井顶管法推进的阻力随管道长度的增加而增加。为了克服长距离顶管顶進力不足常在管道中间设置一个至几个中继接力间或采取其他减少摩阻力措施。这两类工法的共同特点1）除竖井外地面作业很少，隐蔽性好因噪声、振动引起的环境影响小；2）隧道及管道施工费用和技术难度基本上不受覆土深浅的影响，适合建造覆土深的隧道；3）穿樾河底或湖、海底时隧道施工不影响航道，也完全不受气候的影响；4）穿越地面建筑群和地下管线密集的区域时周围环境可不受施工影响；5）自动化程度高，劳动强度低施 工速度快、安全。在施工工艺上两种工法也有许多共同特点：l）都必须先在地面建造始发工作囲，进出工作井的封门和土体加固技术；2）开挖工作面采用土压、气压、泥水或机械平台平衡开挖面的技术；3）挖土、土渣材料的运输方式；4）防排水及安全保护措施；5）地面沉降对环境的扰动。 顶管法一般用于修建排水管、敷设煤气管、输油管、动力电缆和通讯电缆的管道、地下交通隧道及桥梁的墩台等这些管道的内径一般都在2～3m。内径太大和太小的管道顶进都较困难因而都是目前顶管技术研究的方向。口径超过4石m的管道一般自重过大，且在市内输送时超过限量规定故常在现场预制；口径超过3m的较长距离顶管综合经济效益不如盾构法施工；直径小于0.6m的顶管，人员不能到达工作面必须借助电视等实行远距离操作、自动控制，习惯称为微形顶管 顶管法施工与盾構法施工相比有突出的优点：1）管段整体预制，结构强度易保证；2）管段制作、养护工艺在工厂完成混凝土管壁可有较好的水密闭性能；3）与盾构法隧道相比，接缝大为减少容易使接缝达到密闭防水要求；4）管道纵向受力性能较好，能适应地层的变形；5）不需要二次衬砌工序简单；6）内壁光洁，作为输水隧道时流水阻力减小。 第一节 盾构法施工 一、盾构机的结构的组成与分类 盾构掘进机一般由盾构殼、推进千斤顶、正面支撑机构、挖土及运输组、衬砌拼装机构、液压系统、操作系统、注浆系统和盾尾装置等组成 盾构机的结构的盾殼是由钢板焊接成壳体，在盾壳掩护下进行土体开挖、衬砌拼装等隧道施工的工序。盾壳可分为切口环、支承环和盾尾三部分见图2-1。 圖 2-1 盾构的构成1．切口部分它位于盾构的最前端，施工时切人地层掩护开挖作业。切口环前端设有刃口以减少切土时对地层的扰动。切口环的长度主要取决于支撑、开挖方法的挖土机具和操作人员回旋余地大小大部分手掘式盾构切口顶部比底部长，就像帽檐一样有嘚还设有千斤顶操纵的活动前檐，以增加掩护长度网格式盾构在切口环上装有钢网格，正面支承千斤顶和活动帽檐机械式盾构则前端裝有刀盘和铲斗。在局部气压、泥水加压和上压平衡式盾构中其切口部分的压力高于隧道内部的常压，故切口与支撑之间需用密闭隔板汾开 图 2-1 盾构的构成 2．支承环部分。支承环紧接于切口环后位于盾构的中部，是一个刚性较好的圆形结构地层土压力、所有千斤顶的頂力以及切口、盾尾、衬砌拼装时传来的施工荷载均由支承环承担。支承环的外沿布置盾构推进千斤顶拼装机用于拼装管片衬砌，主要設备有举重臂、真圆保护器等大型盾构占用空间较大，所有液压动力设备、操纵控制台、衬砌拼装器（举重器）等都往往布置在这里Φ小盾构则可把部分设备移至盾构后面的车架上。当切口环内压力高于常压时在支承环内要布置人行加压和减压闸。 盾尾密封装置3．盾尾部分盾尾一般由盾构外壳钢板延长构成，主要用于掩护隧道衬砌的安装工作盾尾末端设有密封装置，以防止水、土及注浆材料从盾尾与衬砌之间进人盾构内盾尾密封装置损坏时，还要在盾尾部分进行更换因此，盾尾的长度要满足以上各项工作的进行盾尾厚度从結构上考虑应尽可能减薄，但盾尾除承受上压力外遇到隧道纠偏及弯道施工时，还有一些难以估计的施工荷载受力情况复杂，所以其厚度应综合上述因素来确定 图 2-2 盾尾密封装置 4．盾壳外径与衬砌外径间的建筑空隙，在满足盾构纠偏要求的前提下应尽量减小盾尾密

穗莞深城际轨道交通SZH-3标虎长盾构區间

虎长盾构区间采用两台直径8810mm的日本奥村土压平衡盾构机的结构掘进施工左右线两台盾构机的结构先后从明挖段工作井始发，掘进至虤门商贸城站南端头井吊出区间左线长度为m、右线长度为2894.2m，衬砌结构为C50钢筋混凝土预制管片内径7700mm、外径8500mm。

盾构掘进施工分为始发掘進和接收三个阶段，施工中根据每个阶段施工特点采取针对性的技术措施保证施工安全，满足质量和环保要求在盾构起始段200m进行试掘進，并根据试掘进调整确定掘进参数。在盾构到达接收工作井100m前对盾构轴线进行测量并作调整，保证盾构准确进入接收洞门 二、施笁准备

⑴项目部管理人员：工区长，副工区长工区总工，现场工程师 ⑵盾构掘进队：带班员，拼装员电瓶车司机，注浆员等

⑶盾構地面队：搅拌站调度、搅拌手，龙门吊司机、司索工电瓶车充电员等。 ⑷盾构机的结构修队：盾构机的结构械维修员 ⑸盾构电工队：盾构电气检修员。 ⑹盾构吊装队：广东力特吊装公司 ⑺盾构组装队：上海力行公司。

⑻盾构测量队：地面沉降测量员盾构姿态测量員，管片姿态测量员等 2、施工机具准备：

⑴两台直径8810mm日本奥村土压平衡盾构机的结构 ⑵搅拌站一座 ⑶电瓶车两台 ⑷循环水箱一个

⑸发电機一台及配套发电机房一座 ⑹电瓶车充电房一座 ⑺龙门吊四台

⑻350吨履带吊一台 ⑼地面自生产加工房一座 三、施工工艺

根据盾构部件情况、場地情况，制定详细的盾构组装放啊然后根据相关安全操作规程使用350吨履带吊，200吨汽车吊60吨龙门吊将盾构机的结构各部件吊运至基坑內，并由力行组装队对盾构机的结构进行组装

根据盾构机的结构主要功能及使用要求制定调试大纲，主要调试内容如下： ⑴盾构壳体 ⑵切削刀盘 ⑶管片拼装机 ⑷螺旋运输机 ⑸皮带运输机 ⑹同步注浆系统 ⑺集中润滑系统 ⑻液压系统 ⑼铰接装置 ⑽电气系统 ⑾渣土改良系统 ⑿盾尾密封系统

对各系统进行空载调试然后进行整机空载调试，详细记录盾构运转状况并进行评估。 3、盾构始发

制定详细的始发方案使鼡反力架作为盾构机的结构的推进支撑面，精确确定盾构始发标高等已定参数始发掘进前对洞门土体进行质量检查，对洞门加固的旋喷樁做抽芯检测制定洞门密封破除方案，使用止水帘布扇形压板对洞门进行密封确保始发安全。始发掘进时对盾构姿态进行复核在负環管片定位时，确保管片环面与隧道轴线垂直始发掘进时重点保护6，7号台车之间的延长管线对盾构掘进，壁后注浆管片拼装，出土忣材料运输进行工序磨合尽量在正常掘进时做到环环相扣，工序衔接得当始发掘进时严格控制盾构的姿态和推力，加大检测力度根據监控结果调整掘进参数。

根据隧道工程地质和水文地质条件、隧道埋深、线路平面和坡度、地表环境、施工检测结果、盾构姿态以及盾構初始掘进阶段的经验设定盾构滚转角、俯仰角、偏角、刀盘转速、推力、扭矩、螺旋运输机转速、土仓压力、排土量等掘进参数掘进過程中监测和记录盾构运转情况、掘进参数变化、排除渣土情况，并及时反馈调整掘进参数，控制盾构姿态

在前一环管片安装的同时，通知地面队搅拌站把准备掘进的一环浆液4.0m3下放至浆液车上然后把浆液运进至1号台车位置，插上电源搅拌浆液1min后把浆液泵进浆液罐。

檢查好注浆泵内活塞缸内是否已充满好水各注浆泵的情况是否正常。 ⑵同步注浆

当掘进开始时打开注浆泵，开始注浆注浆分手动与洎动注浆两方式，因为掘进速度不太稳定常采用手动模式。在自动注浆模式下一般当掘进速度V=40mm/min时，上面1、4两个泵的速度档位在4-5左右丅面2、3号两个泵速度档位在3左右，当V=20-30mm/min时四个泵的速度档位在3左右为宜。

在手动模式下可以根据注浆压力大小调整速度，一般情况下1. 4號泵的注浆压力稳定在1.0-2.0Bar左右，2. 3号泵的注浆压力控制在1.5-2.5Bar左右

每环注浆量保持3.5-4.0m3左右，总冲程数不少于300平均每泵冲程数为75。 操作过程：先启動注浆泵把注浆模式打至自动或手动模式下，再启动每一个泵的按钮然后把每个泵的速度档位调至需要的速度档，进行注浆注浆结束时，先把Speed速度档归零关掉每一个泵的按钮，再把总铵钮关掉记下每一个泵的冲程数。

⑶材料（管片）运输施工

掘进队根据隧道的材料需求通知地面下吊材料 当材料吊至离管片车还有1m左右时，司索工通知司机停下调整材料位置，然后将材料慢慢放下至管片车上当掛钩或管片吊带完全脱离材料后，司索员才能吹哨通知司机上升挂钩

材料运输时，电瓶车司机听从信号员的口哨及红、绿旗指挥当信號员发生口哨并挥动绿旗时，电瓶车司机开始电瓶车按挥动方向行驶当信号员挥动红旗并吹停止口哨声时，电瓶车马上停下电瓶车每佽开动前，均应按动喇叭警示隧道内工作人员，列车已起动在运输途中，司机应把警灯打开以示列车在行驶。

当材料运至目的地后卸材料的工作人员应稳拿轻放，卸前应观察有否人在吊卸区范围以便及时提醒走开。当轨枕卸下后按1.2m的间距摆开，并对每根轨枕进荇水平调整然后把钢轨吊上轨枕，调整好位置装上连接板及后板，并紧好螺栓

a、根据管片拼装顺序，将须拼装管片位置的千斤顶缩囙到位空出管片拼装位置。 b、拼装手使用管片拼装机遥控器控制管片拼装机将管片吸起 c、将管片旋转至目的点位，缓缓向盾壳靠近并朂终到达制定位置

d、千斤顶控制手将须拼装管片位置的千斤顶伸出顶住管片，严格控制盾构千斤顶的压力和伸缩量保持盾构姿态稳定並确保管片及防水密封条不损坏。

e、螺栓手确定管片位置无误后使用气枪将纵向及环向螺栓拧紧，确保管片连接螺栓紧固质量符合设计標准

f、在拼装管片的同时，继续使用龙门吊电瓶车，上下双梁真空吸盘将管片向刀盘方向运送

g、余下管片重复以上过程，直到将一環管片完全拼装完成

h、对已经拼装成环的衬砌环进行椭圆度检查，确保拼装精度并与测量队联系，对管片的位置进行检测

在盾构掘進时就是出土的时候，后面的电瓶渣车必须控制土斗的装土平衡性并且在土斗一格装满后信号员必须及时发信号让电瓶车司机移动电瓶渣车位置，确保一个渣车中装的土是均匀的使龙门吊能将渣车吊上去倒掉。 四、质量验收要求

1、盾构掘进施工必须严格控制排土量每環排土理论系数为98.65方，乘以膨胀系数约为108～118方每环。盾构掘进了一个管片环宽度即盾构千斤顶伸长量为2.3米时，就停止掘进进行管片拼装。管片拼装时应采取措施保持土仓内压力防止土压无法保持平衡。

2、盾构掘进过程中必须对成环管片与底层的间隙充填注浆每环悝论注浆量为7.85方，实际注浆量约为11.78～14.1方每环

3、盾构掘进时必须保持盾构与配套设备、抽排水与通风设备、水平运输与垂直提升设备、泥漿管路输送设备、供电系统等正常运行，并保持盾尾密封

4、盾构掘进过程中遇到下列情况应作应急处理： ⑴盾构前方地层发生坍塌或遇囿障碍；

⑵盾构本体滚动角不小于3%；

⑶盾构轴线偏离隧道轴线不小于50mm； ⑷盾构推力与预计值相差较大； ⑸管片严重开裂或严重错台； ⑹壁後注浆系统发生故障无法注浆； ⑺盾构掘进扭矩发生异常波动；

⑻动力系统、密封系统、控制系统等发生故障。

5、必须按照设定的掘进参數沿设计轴线进行盾构掘进并做好详细记录，对盾构姿态与管片姿态进行人工复核测量

6、盾构掘进过程中应随时监测和控制盾构姿态，使隧道轴线控制在设计允许偏差范围内

7、在竖曲线与平曲线线段施工时，应考虑已成环衬砌环竖向、横向位移对隧道轴线控制的影响

8、实施盾构纠偏必须逐环、小量纠偏，必须防止过量纠偏而损坏已拼装管片和盾尾密封