隧道盾构法施工概述

(山东建筑大学 山东 济南 250000)

隧道盾构法施工概述

郏建树

(山东建筑大学山东济南250000)

随着我国经济建设的快速的发展与综合国力的不断增强，城市的规模也不断的扩大，人口流量不断的增加，并且机动车辆也不断的加多，相应的城市的交通随之下降。为了改善这种交通环境，各城市都采取了许多的措施，高架桥、公交车、车牌号的限制，以及地铁的修建，其中地下铁道得到了人们普遍的称赞，特别是近些年一些一线和省会城市都为了缓解交通压力而兴建大量的城市地铁。城市地铁的兴建期间会遭到许多的阻碍，这些阻碍有来自人为因素、技术因素，以及城市本身固有的特点。

隧道；盾构法；原理；施工工序

一、引言

盾构实际上是盾构机的简称。它是一个横断面外形与隧道横断面外形相同、尺寸稍大，内藏挖土、排土机具，自身设有保护外壳的暗挖隧道的机械。盾构工法问世以前隧道施工主要靠开挖法。但就城市隧道施工而言，开挖法存在受地形、地貌、环境条件的限制；开挖法给城市交通带来极大不便；开挖产生的地层沉降较大；施工机械的噪声和振动；施工对环境构成的污染等诸多不利因素。相对而言，盾构工法不存在这些缺陷，故受到人们的极大重视，并得以迅速发展。人们不仅开发了软土盾构工法，而且还开发了适于卵石地层等多种其它地层的盾构工法。此外，还在提高安全性、提高工程质量、缩短工期及降低成本等方面作了精心的研究和开发，并取得了较大的成功。目前盾构工法在城市隧道施工技术中已确立了稳固的统治地位，且已成为一种必不可少的通用隧道施工技术。

目前隧道科技工作者正在致力于更先进的全机械化的计算机控制的智能化的盾构工法，适于地下大深度的盾构工法及特殊断面、特殊功能的盾构工法的研究和开发。

二、盾构法的特点

归纳起来有以下几个特点：

(一)盾构隧道长距离化、大直径化。首先是英法两国共同建造的英吉利海峡隧道(长48km)采用φ8.8m的土压盾构工法于1993年竣工[1]；日本东京湾隧道(长15.1km)采用泥水盾构(φ14.14m)于1996年竣工；丹麦斯多贝尔特海峡隧道(长7.9km)采用φ8.5m土压盾构工法于1996年竣工；德国易北河第4条隧道采用复合盾构(φ14.2m)于2003年竣工；荷兰格累恩哈特隧道(φ14.87m、泥水式)预计2004年竣工；第2条英吉利海峡隧道(φ15m、土压盾构)于2003年动工，预计2008年竣工。

(二)盾构多样化。从断面形状方面讲出现了矩形，马蹄形、椭圆形、多圆搭接形(双圆搭接、3圆搭接)等多种异圆断面盾构；从功能上讲出现了球体盾构、母子盾构、扩径盾构、变径盾构、分岔盾构、途中更换刀具(无需竖井)盾构、障碍物直接切除盾构等特种盾构；从盾构机的掘削方式上看出现了摇动、摆动掘削方式的盾构，打破了以往的传统的旋转掘削方式。

(三)施工自动化。施工设备出现了管片供给、运送、组装自动化装置；盾构机掘进中的方向、姿态自动控制系统；施工信息化、自动化的管理系统及施工故障自诊断系统。

三、盾构法施工的原理及分类

(一)盾构法的原理。盾构法[2](Shield Method)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。

盾构施工方法由以下几个步骤组成[2]：第一，在置放盾构机的地方打一个垂直井，再用混泥土墙进行加固；第二，将盾构机安装到井底，并装配相应的千斤顶；第三，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；第四，将开挖好的隧道边墙用事先制作好的混泥土衬砌加固，地压较高时可以采用浇铸的钢制衬砌加固来代替混泥土衬砌。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。

(二)盾构法的分类。盾构可根据施工环境分为全开放式、部分开放式和封闭式，其中全开放式盾构依据施工方式分为手掘式、半机械式和机械式，封闭式盾构有根据平衡原理分为泥水平衡式盾构和土压平衡式盾构。而最为常用的则是泥水平衡式盾构和土压平衡式盾构。施工流程明确，容易控制，效果完善。

四、盾构法施工工序

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1.6～2.0米，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。盾构拆卸井设有盾构进口，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[2]。

五、盾构法的优缺点

(一)优点：(1)安全开挖和衬砌，掘进速度快;(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。

(二)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)盾构机械造价较昂贵，隧道的衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺较复杂；在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险极大；(4)需要设备制造、气压设备供应、衬砌管片预制、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布置、盾构转移等施工技术的配合，系统工程协调难[3]。

六、结语

盾构法隧道施工是一项综合性的施工技术。近年来，由于盾构法隧道施工在施工技术上的不断改进，机械化程度越来越高，对地层的适应性也越来越好。采用此法建造隧道，其埋设深度可以很深而不受地面建筑物和交通的限制。高科技成果的引进和开发应用，使盾构技术日益完善，更加适用于长大隧道现代化快速施工的需要，并在世界长大隧道中取得世人瞩目的成就。

[1]周文波.盾构法隧道施工技术及应用.中国建筑工业出版社,2004.

[2]龙帅.盾构法隧道施工[D].重庆:重庆大学，2013.

[3]卢普伟，梁邦炎，资利军.港珠澳大桥隧道工程沉管法与盾构法比选分析[J].施工技术，2012.

郏建树(1993-)，男，汉族，山东济宁人，学生，硕士研究生，山东建筑大学，桥梁与隧道工程。