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　　1B414037　公路隧道盾構(gòu)施工

　　一、盾構(gòu)法工作原理

　　盾構(gòu)法是暗挖法施工中的一種全機(jī)械化施工方法。它是將盾構(gòu)機(jī)械在地層中推進(jìn)，通過(guò)盾構(gòu)外殼和管片支承四周圍巖防止發(fā)生往隧道內(nèi)的坍塌。同時(shí)在開挖面前方用切削裝置進(jìn)行土體開挖，通過(guò)出土機(jī)械運(yùn)出洞外，靠千斤頂在后部加壓頂進(jìn)，并拼裝預(yù)制混凝土管片，形成隧道結(jié)構(gòu)的一種機(jī)械化施工方法。

　　二、盾構(gòu)機(jī)分類及適用范圍

　　盾構(gòu)機(jī)外形上看是一個(gè)大的鋼管機(jī)，較隧道部分略大，它是設(shè)計(jì)用來(lái)抵擋外向水壓和地層壓力的。它包括三部分：前部的切口環(huán)、中部的支撐環(huán)以及后部的盾尾。

　　盾構(gòu)的三大要素：開挖面穩(wěn)定、掘進(jìn)及排渣、管片襯砌及壁后注漿。

　　縱構(gòu)盾剖圖

　　國(guó)內(nèi)盾構(gòu)施工常用的盾構(gòu)形式：土壓平衡盾構(gòu)、泥水平衡盾構(gòu)。

　　盾構(gòu)整個(gè)施工過(guò)程：包含盾構(gòu)始發(fā)、盾構(gòu)掘進(jìn)、掘進(jìn)方向控制、壁后注漿、管片安裝、盾構(gòu)到達(dá)等6個(gè)主要施工工序。

　　通用機(jī)構(gòu)一般由外殼、掘土機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、擋土機(jī)構(gòu)、管片組裝機(jī)構(gòu)、附屬機(jī)構(gòu)等組成。

　　外殼：

　　目的是保護(hù)掘削、排土、推進(jìn)、做襯等所有作業(yè)設(shè)備、裝置的安全，故整個(gè)外殼用鋼板制作，并用環(huán)形梁加固支承。一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的外殼沿縱向從前到后分為前、中、后三段，通常又將這三段稱為切口、支承、盾尾三部分。

　　推進(jìn)機(jī)構(gòu)：

　　盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)是靠設(shè)置在支承環(huán)內(nèi)側(cè)的盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏ψ饔迷诠芷�上，進(jìn)而通過(guò)管片產(chǎn)生的反推動(dòng)力使盾構(gòu)前進(jìn)的。

　　擋土機(jī)構(gòu)

　　擋土機(jī)構(gòu)是為了防止掘削時(shí)，掘削面地層坍塌和變形，確保掘削面穩(wěn)定而設(shè)置的機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)因盾構(gòu)種類的不同而不同。

　　對(duì)泥水盾構(gòu)而言，擋土機(jī)構(gòu)是泥水艙內(nèi)的加壓泥水和刀盤面板。對(duì)土壓盾構(gòu)而言，擋土機(jī)構(gòu)是土艙內(nèi)的掘削加壓土和刀盤面板。

　　掘削機(jī)構(gòu)：

　　對(duì)機(jī)械式盾構(gòu)、封閉式(土壓式、泥水式)盾構(gòu)而言，掘削機(jī)構(gòu)即掘削刀盤。

　　盾構(gòu)機(jī)按開挖面是否封閉劃分，可分為密閉式和敞開式兩類;按平衡開挖面土壓與水壓的原理不同，密閉式盾構(gòu)機(jī)又可分為土壓式和泥水式兩種;敞開式盾構(gòu)機(jī)按開挖方式劃分，可分為手掘式、半機(jī)械式和機(jī)械式三種。各類盾構(gòu)機(jī)的適用范圍如下：

　　(1)手掘式盾構(gòu)

　　手掘式盾構(gòu)是最原始的一類盾構(gòu)，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，配備較少，造價(jià)低。盾構(gòu)頂部有活動(dòng)前檐以支護(hù)上部土體，挖土由人工從上往下進(jìn)行，每隔2～3m設(shè)一作業(yè)平臺(tái)，可適應(yīng)各種復(fù)雜地層，開挖面可根據(jù)地質(zhì)條件全部敞開，也可采用正面支撐，隨開挖隨支撐。施工人員可觀察到地層變化情況，遇到樁、孤石等地下障礙物時(shí)，比較容易處理，容易進(jìn)行盾構(gòu)糾偏，也便于在曲線段施工。

　　(2)半機(jī)械式盾構(gòu)

　　在手掘式盾構(gòu)正面裝上挖土機(jī)械和出土裝置，即成為半機(jī)械式盾構(gòu)。挖土裝置有鏟斗式、切削式和混合式三種形式。鏟土式適用于黏土和砂礫混合層，切削式適用于硬黏土和硬砂土層，混合式適用于自立性較好的土層，如遇土質(zhì)堅(jiān)硬可安裝軟巖掘進(jìn)機(jī)的切削頭子，其適用范圍基本上與手掘式盾構(gòu)一樣。

　　(3)機(jī)械式盾構(gòu)

　　在手掘式盾構(gòu)的切口環(huán)部分，安裝與盾構(gòu)直徑大小相同的旋轉(zhuǎn)大刀盤，對(duì)土體進(jìn)行全斷面開挖的盾構(gòu)，稱為機(jī)械式盾構(gòu)。它適用于各類土層，尤其適用于極易坍塌的砂性土層中的長(zhǎng)隧道，可連續(xù)掘進(jìn)挖土。由刀盤切削產(chǎn)生的土經(jīng)過(guò)刀盤上的預(yù)留槽口進(jìn)入土艙，提升和流入漏斗后，再通過(guò)傳送帶運(yùn)入出土車。這類盾構(gòu)有作業(yè)環(huán)境好、省力、省時(shí)、省工、效率高、后續(xù)設(shè)備多、發(fā)生偏差時(shí)難糾偏、造價(jià)高等特點(diǎn)。

　　(4)土壓平衡盾構(gòu)

　　土壓平衡盾構(gòu)前端有一個(gè)全斷面切削刀盤，盾構(gòu)的中心或下部有長(zhǎng)筒形螺旋運(yùn)輸機(jī)的進(jìn)土口，其出土口在密封艙外。所謂土壓平衡，就是用刀盤切削下來(lái)的土，如同壓縮空氣或泥水一樣充滿整個(gè)密封艙，并保持一定壓力來(lái)平衡開挖面的土壓力。

　　(5)泥水平衡盾構(gòu)

　　泥水平衡盾構(gòu)就是在機(jī)械式盾構(gòu)大刀盤后面設(shè)置一道隔板，隔板與刀盤之間作為泥水室，在開挖面和泥水室中充滿加壓的泥水，通過(guò)加壓作用，保證開挖面土體的穩(wěn)定。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)開挖下來(lái)的土體進(jìn)入泥水室，由攪拌裝置進(jìn)行攪拌，攪拌后的高濃度泥水用流體輸送系統(tǒng)送出地面，把送出的濃泥水進(jìn)行水土分離，然后把分離后的泥水再送入泥水室，不斷循環(huán)使用，其全部工程均由中央控制臺(tái)綜合管理，可實(shí)現(xiàn)施工自動(dòng)化。

　　其中土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu)應(yīng)用較為廣泛。

　　三、盾構(gòu)施工

　　1.盾構(gòu)機(jī)運(yùn)輸、組裝和解體

　　2.盾構(gòu)掘進(jìn)

　　(1)盾構(gòu)始發(fā)及試掘進(jìn)階段應(yīng)符合的要求

　　①盾構(gòu)始發(fā)前應(yīng)驗(yàn)算盾構(gòu)反力架及其支撐的剛度和強(qiáng)度，反力架應(yīng)牢固支撐在始發(fā)井結(jié)構(gòu)上;盾構(gòu)反力架整體傾斜度應(yīng)與盾構(gòu)基座的安裝坡度一致。

　　鋼封門

　　③應(yīng)拆除刀盤不能直接破除的洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)，拆除前始發(fā)工作井端頭地基加固與止水效果應(yīng)良好;拆除時(shí)，應(yīng)將洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)分成多個(gè)小塊，從上往下逐個(gè)依次拆除，拆除作業(yè)應(yīng)迅速連續(xù)。

　　④洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)拆除后，盾構(gòu)刀盤應(yīng)及時(shí)靠緊開挖面。

　�、荻軜�(gòu)始發(fā)時(shí)應(yīng)在洞口安裝密封裝置;盾尾通過(guò)洞口后，應(yīng)盡早穩(wěn)定洞口。

　　盾構(gòu)進(jìn)洞前鑿除封門(地下墻)

　　(2)盾構(gòu)正常掘進(jìn)階段應(yīng)符合的要求

　�、偻翂浩胶舛軜�(gòu)掘進(jìn)，開挖土體應(yīng)充滿土倉(cāng)，并應(yīng)核算排土量和開挖量;泥水平衡盾構(gòu)掘進(jìn)，泥漿壓力與開挖面水土壓力、排土量與開挖量應(yīng)保持平衡。掘進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)采取防止螺旋輸送機(jī)發(fā)生噴涌的措施。

　　3.盾構(gòu)到達(dá)接收階段應(yīng)符合的要求

　�、鬯淼镭炌ㄇ�10環(huán)管片應(yīng)設(shè)置管片縱向拉緊裝置，貫通后應(yīng)快速頂推并迅速拼裝管片。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)同步注漿和二次補(bǔ)充注漿，盾尾通過(guò)洞口后應(yīng)及時(shí)密封管片環(huán)與洞門間隙。

　　3.管片制作與拼裝

　　(1)管片制作應(yīng)符合的要求

　�、诠芷瑧�(yīng)先進(jìn)行試生產(chǎn)，并隨機(jī)抽取3環(huán)管片進(jìn)行水平拼裝檢驗(yàn)，合格后方可正式生產(chǎn)。

　　③管片原材料、鋼筋加工、混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。鋼筋混凝土管片不得有內(nèi)外貫通裂縫和寬度大于0.2mm的裂縫及混凝土剝落現(xiàn)象。

　　④混凝土管片應(yīng)進(jìn)行檢漏抽檢測(cè)試，每生產(chǎn)200環(huán)應(yīng)進(jìn)行水平拼裝檢驗(yàn)1次。

　　(2)管片拼裝應(yīng)符合的要求

　�、趹�(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)千斤頂?shù)膲毫�和伸縮量，并保持盾構(gòu)姿態(tài)穩(wěn)定。

　�、鄹鶕�(jù)拼裝要求逐塊拼裝，并及時(shí)連結(jié)成環(huán)。

　　螺栓連接

　　無(wú)螺栓連接

　�、萜囱b管片時(shí)應(yīng)防止管片及防水密封損壞。

　�、迣�(duì)已拼裝成環(huán)的襯砌環(huán)應(yīng)進(jìn)行橢圓度檢查。

　　4.壁后注漿

　　盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)應(yīng)進(jìn)行同步注漿作業(yè)，為提高背襯注漿層的防水性及密實(shí)度，還應(yīng)在同步注漿結(jié)束后進(jìn)行補(bǔ)充注漿，注漿材料性能應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

　　5.盾構(gòu)施工運(yùn)輸