浅谈盾构隧道施工准备工作

2011-08-23高建平

科学之友 2011年1期

高建平

（山西省公路局忻州公路分局，山西忻州 034000）

盾构施工准备工作主要有盾构拼装室和拆卸室的修建、盾构基础的安装、盾构进出洞的设置、后盾管片的拼接及拆除，以及其他配合盾构施工的一些附属设施等。

1 盾构拼装与拆除室

由于盾构施工属暗挖施工，上部覆盖有一层厚度的土层，如水底隧道的河床下面部分，为了穿越河道拼装盾构需专门修建盾构拼装室。到了河对面，盾构施工终端为了拆卸盾构需修建拆卸室。若推进长度很长，中间还应设置检修工作井。一般这些井都结合隧道规划线路上的通风竖井、设备井、泵房或两种施工方法、两种结构断面的连接井综合考虑设置。在不稳定地层中常采用沉井法施工。沉井的位置设于隧道中线上，低端作为盾构拼装室，盾构可在井内拼装或拆卸（小盾构总重量较轻，可以在地面拼装好后直接吊置在井内）。盾构拼装井的尺寸可根据盾构装、拆及施工要求确定。其宽度比盾构直径大1.6～2.0 m，以满足拼装工人铆、焊等工作要求，长度应能满足盾构前面拆除洞门封板，盾构后面布置后座设置一定数量的后盾管片，以及井内垂直运输所需要的工作范围。此外，还要考虑洞门与衬砌间空隙的充填、封板工作及临时后座衬砌环与轨道的填实工作，在盾构下部保证留有1 m左右的高度。当然，盾构拼装室在综合使用时，其尺寸还应满足建筑上及运营上的要求。

2 盾构基座

在井内底部需构筑盾构基座，以便拼装及搁置盾构，更重要的是通过基座上的导轨使盾构获得正确的导向。盾构基座一般可以采用钢筋混凝土或钢结构，其表面与盾构外壳相适应。导轨要测量定位，布置在盾构上半部90°范围内，由两根或多根钢轨组成（一般为38 kg/m以上的重钢轨）。基座除承受盾构自重外，还要考虑纠偏时产生的集中荷载。

3 盾构进出洞设施

盾构从工作并进出是盾构法施工的重要环节，处理得好，能减少许多后患，保证施工速度和安全。当盾构在工作时间内安装完毕，所有掘进准备工作就绪后即可出洞。常见的方法是在沉井壁上预留洞及设临时封门，故只要拆除临时封门，逐步推进盾构进入地层，使盾构最终脱离工作并说明出洞完毕。当盾构直径大、埋深大、地层松软、含水量大时，出洞还需要考虑人工井点降水、局部地层加固等辅助设施，以稳定洞口地层和防止漏水。若用气压盾构施工时，还需将盾构推进到足够距离保证设置气阀墙及将出洞口部分井壁与衬砌环连接的防水堵漏工作做好后，才可停止辅助设施工作。

临时封门呈圆形，直径稍大于盾构，其构造形式较多，常见的有砖石、木块、混凝土、钢筋混凝土及钢封门等多种。大型盾构常采用钢封门——横竖向钢板梁或桁架梁与梁间钢封板组成。在沉井施工中可承受水土压力，沉完后，盾构出洞拆起来也比较方便。

4 盾构后座

盾构刚开始掘进时，其后座推力要靠工作井井壁来承担，因此，在盾构与井壁之间需要设传力设施给后座以缓冲井壁受力。通常采用隧道衬砌管片（顶部不能连续成整环，作为垂直运输的进出口）或以专用顶块与顶撑作为后座。利用管片后座有许多优点：隧道衬砌管与后座衬砌尺寸一致，连接方便，拆除也方便，且不需另行设计，可以利用隧道施工的整套设备，井底车场与隧道内有轨运输连接方便等。为保证后座管片的刚度，管片之间要错缝，连接螺旋要拧紧。顶部开口部分，在不影响垂直运输的区段需加支撑拉杆拉住。脱出盾尾后，在基座与管片表面间要及时用木塞打好，使拼好的后座管片平稳地落在盾构基座的导轨上，以保证施工安全。

后座衬砌除了垂直运输的开口外，要根据隧道施工布置的人行平台，拼出一个门洞（做成一个钢制框架，与后座衬砌拼装在一起，它能承受盾构千斤顶的顶力，不变形）以供施工人员进出。

当工作井平面位置出现施工误差，影响到隧道轴线与后座壁的垂直度时，后座衬砌与后座井壁间会产生一个不等距的建筑空隙，此时常用低标号混凝土填平补齐，使盾构推力均匀地传给井壁，将来拆除后座衬砌时也比较方便。

后座衬砌一般要从盾构出洞，进入另一个工作井后才可拆除，主要是为了保证衬砌不挤裂。若隧道较长，盾构顶力已能由隧道衬砌与地层间摩阻力来平衡时（至少推进200 m），也可拆除。

5 盾构施工附属设施的准备

盾构施工的附属设施主要有供电照明设备、通风及空压机房、排水泵房、涂料棚、充电间、出土有轨运输系统及工作井垂直运输系统等。若为管道运输尚有泥水处理系统等。图1为盾构出洞及附属设施布置示意图。

图1 盾构出洞示意图

6 盾构的推进

在松软含水层中采用盾构法施工，首要问题是盾构选型。因盾构只是施工的一种机具，但各条隧道所在位置的地层情况是复杂的，即使同一条隧道遇到不同的地层情况也是常见的。因此，随着地层情况的改变，盾构的功用做好也能相应改变。特别是近代，盾构种类较多，如何选择要特别慎重。然而纵观已建水底道路隧道所采用的大直径盾构，大部分都属于手掘式敞胸盾构或闭胸挤压盾构，或者二者兼有的盾构。很少采用技术先进的泥水盾构或土压平衡盾构，特别是某些隧道地质变化较大，有软弱黏土，也夹有岩石，更难采用。

在松软含水地层中采用手掘式敞胸盾构施工，需辅以气压、人工井点降水及其他地层加固措施，以下主要叙述在这种条件下盾构开挖掘时的几种施工方法。

6.1 人工井点降水加手掘式敞胸盾构施工

以人工井点降水，排除地下水稳定开挖面是一种经济的方法，尤其适用于漏气量大的砂性土。它的要点是在通过盾构的两侧土层中先打入井点管，通过井点汲水滤管把地下水抽出，使井点附近形成一个降水漏斗，地下水位降低、疏干地层、增加土壤强度，以保证开挖面稳定。由于盾构是在地下水位以下通过，使施工人员能在干燥的工作条件下进行操作。

由于隧道埋深一般都超过常用的轻型井点的有效工作深度（小于10 m），因此，一般都采用0.063 m的喷射井点，深度曾用到27 m，使埋深为25 m的隧道能顺利开挖。

根据国内经验，盾构进出洞时都要采取特殊的防水措施，采用降水法施工也取得了成功。降水开挖的最大优点是可以不用气压施工，但是也有局限性，如在江中段就难于使用，故只能在两岸的岸边段，且埋置深度不能太深，若太深因降水效果不好有时可能会引起盾构突然下沉。另外，两岸建筑物也不能太密集，否则会因降水不匀引起建筑物不均匀沉陷。