盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地中推进,通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖,通过出土机械运出洞外,靠千斤顶在后部加压顶进,并拼装预制混凝土管片,形成隧道结构的一种机械化施工方法。
盾构机于1847年发明,它是一种带有护罩的专用设备。利用尾部已装好的衬砌块作为支点向前推进,用刀盘切割土体,同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。盾构机掘进的出碴方式有机械式和水力式,以水力式居多。水力盾构在工作面处有一个注满膨润土液的密封室。膨润土液既用于平衡土压力和地下水压力,又用作输送排出土体的介质。
盾构机既是一种施工机具,也是一种强有力的临时支撑结构。盾构机外形上看是一个大的钢管机,较隧道部分略大,它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。它包括三部分:前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。大多数盾构的形状为圆形,也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形式。
3.1.3.1 盾构法特点
(1)盾构法施工的优越性
①在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业,有足够的施工安全性。
②地下施工不影响地面交通,在河底下施工不影响河道通航。
③施工操作不受气候条件的影响。
④产生的振动、噪声对环境危害较小。
⑤对地面建筑物及地下管线的影响较小。
(2)适用条件
在松软含水地层,或地下线路等设施埋深达到10m或更深时,可以采用盾构法。
①线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井。
②隧道要有足够的埋深,覆土深度宜不小于6m且不小于盾构直径。
③相对均质的地质条件。
④如果是单洞则要有足够的线间距,洞与洞及洞与其他建(构)筑物之间所夹土(岩)体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m,竖直方向1.5m。
(3)优点
①安全开挖和衬砌,掘进速度快。(www.xing528.com)
②盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业,施工劳动强度低。
③不影响地面交通与设施,同时不影响地下管线等设施。
④穿越河道时不影响航运,施工中不受季节、风雨等气候条件影响,施工中没有噪音和扰动。
⑤在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。
(4)缺点
①断面尺寸多变的区段适应能力差。
②新型盾构购置费昂贵,对施工区段短的工程不太经济。
③工人的工作环境较差。
3.1.3.2 施工步骤
盾构施工方法由以下几个步骤组成:
在置放盾构机的地方打一个垂直井,再用混凝土墙进行加固。
将盾构机安装到井底,并装配相应的千斤顶。
用千斤顶之力驱动井底部的盾构机往水平方向前进,形成隧道。
将开挖好的隧道边墙用事先制作好的混凝土衬砌加固,地压较高时可以采用浇铸的钢制衬砌加固来代替混凝土衬砌。
盾构法施工中,其隧道一般采用以预制管片拼装的圆形衬砌,也可采用挤压混凝土圆形衬砌,必要时可再浇筑一层内衬砌,形成防水功能好的圆形双层衬砌。
3.1.3.3 施工工序
采用盾构法施工时,首先要在隧道的始端和终端开挖基坑或建造竖井,用作盾构及其设备的拼装井(室)和拆卸井(室),特别长的隧道,还应设置中间检修工作井(室)。拼装和拆卸用的工作井,其建筑尺寸应根据盾构装拆的施工要求来确定。拼装井的井壁上设有盾构出洞口,井内设有盾构基座和盾构推进的后座。井的宽度一般应比盾构直径大1.6~2.0m,以满足铆、焊等操作的要求。当采用整体吊装的小盾构时,则井宽可酌量减小。井的长度,除了满足盾构内安装设备的要求外,还要考虑盾构推进出洞时,拆除洞门封板和在盾构后面设置后座,以及垂直运输所需的空间。中、小型盾构的拼装井长度,还要照顾设备车架转换的方便。盾构在拼装井内拼装就绪,经运转调试后,就可拆除出洞口封板,盾构推出工作井后即开始隧道掘进施工。盾构拆卸并设有盾构进口,井的大小要便于盾构的起吊和拆卸。
其他施工主要有土层开挖、盾构推进操纵与纠偏、衬砌拼装、衬砌背后压注等。这些工序均应及时而迅速地进行,决不能长时间停顿,以免增加地层的扰动和对地面、地下构筑物的影响。
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