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第十二部分 盾构法 盾构施工法是软土隧道掘进施工的一种有效方法，在城市地下铁道施工中已得到广泛应用。近十多年来盾构技术又有了飞跃发展，可适用于任何地层。 盾构实质上就是软土隧道掘进机。不过，它既可能是机械开挖，也可能是人工开挖。它既是一种施工机具，又是一个强有力的临时支撑结构。在盾壳的保护下，既可进行开挖，又能进行衬砌；采用盾构施工，具有不影响地面交通、没有振动、对地面邻近建筑物危害较小；施工费用不受埋深的很大影响；在土质差、水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性等优点。 盾构由盾壳、推进机构、取土机构、拼装或现浇衬砌机构以及盾尾等部分组成图12-1。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制隧道衬砌结构，再传到竖井或基坑的后靠壁上。它是一个能支承地层荷载而又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊的形状的钢筒结构。在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内面安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以拼装一至二环预制的隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向紧靠盾尾后面的开挖坑道周边与衬砌环外周之间的空隙中压注足够的浆体，以防止围岩松弛和地面下沉。在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。 盾构的类型可以从不同的方面进行分类。 1按开挖方式 ① 手掘式盾构，开挖和出土可用人工进行； ② 半机械式盾构，大部分的开挖工作和出土由机械进行； ③ 机械式盾构，从开挖到出土均采用机械； 2按开挖面的支护方式 ① 无固定支护式的盾构。如开胸式盾构（包括幅射式带转子构件的盾构在内），带隔板（隔开工作面）的盾构，开挖面带压板和旋转压板的盾构以及带有活动迭梁的盾构等； ② 固定机械支护式盾构。如带有开挖面封闭衬板（闭胸式）盾构，用粘土作护壁面移动或是在盾构下面隔板上设有小孔的盾构，以及刀盘可以调节岩石进入量的转子开缝式盾构； ③ 工作面近旁带有气压室的盾构，用一定的压气平衡地下水，以稳定工作面。这类盾构由于喷射压缩空气易发危险面较少采用。近年来在德国和法国，研制了利用压缩空气使触变性溶液注入开挖面表面形成粘土表层，使压缩空气不再喷出。 图12-1 盾构的组成 ④ 泥水加压式盾构。这种盾构图12-2的旋转切削头后面有一个用隔板密封起来的泥浆室，其间充满从地面泥水处理设备输送来的有压泥浆，泥浆的压力比开挖面的地下水压力高，从而保持开挖面稳定。弃碴与泥浆混合后由输泥管抽出洞外进行碴泥分离处理。 使用泥水加压盾构，能在很浅覆盖层的砂卵石地层中，在很高的水压下挖掘，而不会像气压盾构施工那样有喷气的危险。施工人员可以在常压下工作，不会像在气压盾构的高压下工作那样困难。但此种盾构需要附有庞大的泥水处理设备，成本较高。它适宜于粘性软土或砂质含水地层的施工。此类盾构自1975年问世以来，用此法修建的工程数量剧增。 ⑤ 土压式盾构。这种盾构（图12-3）把旋刀切削下来的土留存于储土室内，然后根据掘进量并在保持对开挖面施加一定压力的条件下，由螺旋输送器自动控制出土量，连续出土。这样不仅可以防止开挖面坍塌，滞留在螺旋输送器内的土砂还可以起隔水墙的作用来抵抗地下水压力。基本型土压盾构适用粘结性土壤的开挖。 这类盾构比泥水加压式盾构具有更明显的优越性。故自1974年问世以来以更快的速度发展。近年来已超过泥水加压式盾构的发展速度。 盾构法的施工过程①在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位，盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，和向另一竖井或基坑的设计孔洞推进。；②盾构掘进相当于装配式衬砌的一环长度；③千斤顶顶在已拼装好的管片上，使盾构前进；④缩回千斤顶；⑤用举重设备拼装管片衬砌，同时在开挖面进行开挖。 图12-4为盾构的施工概貌。 图12-4为盾构的施工概貌。 第十三部分 沉管法 全名叫预制管段沉埋法，它是用来修筑穿越江河、港湾、海峡的水底隧道的方法之一。 1894年采用沉管法在美国波士顿建成条城市下水道工程和1904年建成底特律水底铁路隧道宣告沉埋法的成功诞生。自1959年加拿大迪斯Deas隧道成功的采用水力压接法进行管段水下连接后，很快为世界各国普遍采用，使得沉管法变得更加优越。 我国在台湾1984年首先建成了高雄海底沉管隧道。1984年开始进行沉埋法修建广州珠江和宁波甬江水底隧道的论证，对沉埋法的各项关键技术进行了大量的基础理论研究及关键工序的施工工艺研究。1993年在广州珠江建成我国第一条沉管隧道，1995年又在宁波甬江建成我国第二条沉管隧道。这二条沉管隧道的建成为我国进一步在长江、黄河、海峡修建沉管隧道积累了丰富的经验。我国香港特别行政区穿越维多利亚海湾连接九龙半岛与香港岛的通道中，没有修建一座桥梁，均为沉管隧道。目前已建成5座沉管隧道，这样既解决了交通问题，又不影响海湾船舶通航，同时保持了海湾的自然景观的美感。 此法的要点是先在船坞中或船台上预制隧道管段，它可以是钢壳混凝土的，也可以是钢筋混凝土的，管段的长度一般为60100m。然后两端用临时封墙密闭，浮放在水中，用拖轮拖运到设计的隧道位置上，在此以前，已经在预定的隧址处用水下施工挖好沟槽，整好地基。接着往管段里灌水，使之下沉至预定的标高，并将沉放就位的各节管段在水下连接起来，再在隧道上覆土回填。最后抽出隧道内的水，拆除管段的密封墙，完成内部装修。 图13-1 图13-1是一般沉埋管段水底隧道的纵断面图。 图13-2是沉埋管段的横断面图，铁路隧道多用圆形断面，因其顶部可用来悬挂供电接触网。而公路隧道则多用矩形断面，因为公路隧道多数是多车道的，圆形断面不经济。 图13-2 由于管段沉放前，基槽开挖不平整，使槽底表面与沉管底面之间存在很多不规则的空隙，而使地基受力不均，产生局部破坏，从而引起地基不均匀沉降，使沉管结构受到较大的局部应力而开裂。因此在沉管隧道施工中必须进行基础处理，其目的是使管段底面与地基之间的空隙充填密实。沉管隧道的基础处理主要是垫平基槽底部，其处理方法按垫平的途径不同有很多种，从基础处理的发展趋势，主要有四种刮铺法、喷砂法、压注法和桩基法。 1刮铺法刮铺法在管段沉放前进行，又称先铺法。在管段沉放前采用专用的刮铺船上的刮板在基槽底刮平铺垫材料粗砂或碎石或砂砾石作为管段基础图13-3。 2喷砂法喷砂法和压注法在管段沉放后进行，又称后填法。 喷砂法图13-4是从水面上用砂泵将砂、水混合料通过伸人管段底下的喷管向管段底喷注，填满空隙。喷填的砂垫层厚度一般为1m左右。喷砂的材料要求平均砂粒径为0.5mm左右，混合料中含砂量一般为10％，有时可达到20％，但喷出的砂垫层比较疏松，孔隙比为 40％～42％。 3压注法压注法图13-5是在管段沉放后向管段底面压注水泥砂浆或砂，作为管段基础，根据压注材料不同分成压浆法和压砂法两种。 由于压注法不需要专用设备，操作简单，施工费用低，且不受水深、流速、浪潮及气象条件的影响，因不干扰航运，不需潜水作业，便于日夜连续施工方面的突出优点，因而在今后的发展中将会取代其它基础处理方法得到普遍推广。 4桩基法桩基法图13-6主要用于特别软弱地基。当沉管下的地基特别软弱时，其容许承载力很小，仅作“垫平”处理是不够的。采用桩基础支撑沉管，承载力和沉降都能满足要求，抗震能力也较强，而且桩较短，花费不大，因而是一种适宜的办法。 1-砂石垫层；2-驳船组；3-车驾；4-桁架及轨道；5-刮板；6-锚块 图13-3刮铺法 1-喷砂管；2-回吸管 图13-4喷砂法 1-碎石垫层；2-砂、石封栏；3-压浆孔；4-压入砂浆 图13-5 压注法 1-基桩；2-碎石；3-水下混凝土；4-砂石垫层 图13-6 桩基法 用沉管法修筑隧道的优点为覆盖层不需要很大，只要防止船只下锚时不会损坏隧道即 可。因此，两端引道较短；能适用于各种地层条件；由于隧道结构是预制的，质量较高，水密性高；因有浮力作用在隧道上，所以视比重小。要求的地层承载力不大，故也适用于软弱地层; 断面形状无特殊限制。可按用途自由选择,特别适应较宽的断面形式; 断面形状无特殊限制。可按用途自由选择,特别适应较宽的断面形式; 因采用预制方式施工，效率高，工期短。 它的缺点是管段浮运就位期间，会妨碍水面船只航行；掘沟槽时，会出现弃碴处理等问题；施工技术比较复杂；沉管法修筑的隧道可能会产生不均匀沉降，而使接头漏水。 8
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