盾构法在我国地铁施工中应用论文

浅谈盾构法在我国地铁施工中的应用

[摘要]阐述了盾构法施工的基本原理，分析了该方法的优缺点，列举了常见的盾构施工方案，介绍了我国盾构施工技术的应用进展。

[关键词]盾构法 地铁 施工

盾构法(shield method)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，是采用盾构机在地表以下土层或松软岩层中暗挖隧道的一种施工方法。它是将盾构机械在地层中推进，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。盾构法施工最早出现在欧洲，法国工程师布鲁诺尔于1818年最早提出盾构法的思路。他由观察船蛆在船的木头中钻洞，并从体内排出一种粘液加固洞穴的现象得到启发，开始研究盾构法施工，并于1825年在建造伦敦泰晤士河下的一条矩形隧道时第一次使用该方法。随后，盾构法在美洲和日本发展较快。经过一百八十多年的应用与发展，从气压盾构到泥水加压盾构、从土压平衡盾构再到复合式盾构，盾构法已能适用于各种复杂的水文地质条件施工，并在世界各地得到广泛应用。 1、盾构法的施工原理

盾构施工原理就是利用盾构的盾壳在开挖隧道时充作临时支护，然后在盾壳的保护下拼装管片，形成永久衬砌。构成盾构法施

工的主要内容是：先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处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计孔洞推进。盾构施工法的优点是机械化程度高、进度快、隧洞形状准确、质量高、衬砌经济；对环境无不良影响、地下水位可保持；对地面结构影响小；对于现场施工人员的安全性较高、劳动强度低。该施工方法的缺点是盾构的规划、设计、制造和组装时间较长，准备困难且费用高，只有长距离掘进时才较经济施工工艺复杂；需熟练掌握机器操作，当地层条件变化时实施有风险。

盾构机是盾构施工法中最主要的施工机具。盾构机全名叫盾构隧道掘进机，是一个能支承地层压力而又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊形状的钢筒结构，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，以防止隧道及地面下沉。在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。

盾构机按形式的差异可分为不同的类型。按掘土方式的不同可划分为手掘式、半机械式及机械式等；以工作面挡土方式的不同可划分敞开式和密闭式；以气压和泥水加压方式的不同可划分气压式、泥水加压式、土压平衡式、加水式、加泥式及高浓度泥水加压

式等。为了能使用同一台盾构机能够适于挖掘地基中不同性状的地层，又产生了组合式盾构。该盾构是由于上述几种盾构方法中的两种或多种组合而成。如压缩空气式盾构一敞开式盾构、泥浆式盾构一敞开式盾构、土压平衡式一敞开式盾构、敞开式盾构一泥浆式盾构一土压平衡式盾构等。根据各种机器的原理，组合盾构可以按照地基的地质和水文条件进行调整，这些改变基本上与工作面支撑方法以及刀具、输送系统和其他设备有关。现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。 盾构法施工技术大大减少了施工时周围土层的扰动，使得作用在衬砌上的荷载变得更加稳定与均匀。当在不良的地层条件下做长距离掘进，对进尺有和地面沉陷有严格的要求时，盾构法相对其它方法在技术上更合理更经济。 2、盾构法在我国的应用进展

1950年，我国在第一个五年计划期间，辽宁阜新煤矿用直径2.6m盾构及小型混凝土预制块建造了疏水巷道。1957年起在北京市区的下水道工程中采用过直径2.0m及2.6m的小断面盾构。能够较为完整地反映盾构技术在我国应用历史的还是具有软土地基特点的上海地区。1963年，上海隧道公司开始系统地开发我国的盾构技术并试验性地采用盾构法掘进隧道，最初为直径4.2m的开胸盾构干挖

法，后逐步发展为干出土的网格式盾构、水力出土网格式盾构、局部气压水力开挖网格式盾构及土压平衡式盾构施工法，这些盾构的设计、加工、施工为盾构在软土中施工创造了宝贵经验。1966年，用可封闭式网格盾构建造了直径为10m的上海第一条黄浦江越江隧道。1966年水利部杭州机械研究所研究试制了我国第一台隧道掘进机并应用于水电工程。1970-1973年，大屯煤电公司徐庄风井，首次用直径5.1m的盾构施工了表土段。1980年，上海地铁1号线试验段破土动工，采用φ6.1m的盾构。1984年，上海隧道工程公司用日本进口的φ4.33m小刀盘土压平衡盾构，建造了内径为3.6m的下水道总管；1988年，上海隧道公司设计和使用了加泥式土压平衡盾构。经过工程实践，得到适合上海地层的加泥材料宜为粘土或膨润土类的结论；1990年，上海隧道公司设计了刀盘削土土压平衡盾构。同年，上海地铁1号线全线开工，7台盾构机同时运转。1991年上海地铁1号线引进法国fcb公司的7台土压平衡式盾构，采用大刀盘开挖、螺旋输送机排土，同时备有同步压浆、计算机控制系统等，性能比较完善。上海利用这7台盾构机建成地铁1号线区间隧道，全长18.5kin。该盾构直径为6.2m，混凝土管片厚度0.35m，每环6块，环宽1.0m。隧道经过淤泥土和淤泥质亚粘土，覆土深度5-18m，盾构进尺为4-6m／d，地面沉降控制在10-30mm。该工程于1995年4月10日正式全线试运营，为我国在含水软土地区的城市中修建隧道提供了宝贵的经验。接着，上海地铁2号线区间隧道也采用了盾构法施工。1995年，上海隧道公司，使用以日本为主制造

的φ11.22m泥水盾构建造了上海黄浦江下的延安路南线隧道。1998年至今，上海隧道公司掌握了国际最新盾构施工技术，成为一家国际隧道界认可的盾构隧道施工专业公司，标志着20世纪末在总体上代表中国盾构施工技术。1998年，由北京地铁建设公司和铁道部隧道局研究所组成课题组研制成功了半断面插刀结构并在地铁复八线区间隧道进行试验，取得了成功。北京地铁5号线试验段工程采用从德国进口的直径6.19m的土压平衡盾构进行开挖；北京市政工程总公司也在亮马河污水工程中，引进日本石川岛播磨外径3.33m土压平衡式盾构，建成了污水隧道1700余米。与此同时，广州地铁1号线、2号线、3号线部分区间及南京地铁隧道也采用了盾构法。

进入二十一世纪后，我国的我国隧道和地下工程项目繁多。目前，沈阳、哈尔滨、大连等城市均在修建地铁，盾构施工法已经成为地铁施工必不可少的施工手段。 3、结语

虽然，盾构法施工技术它一次性投资大、造价较高。但由于其具有快速、安全、减少地面沉降的优点，使得盾构法施工技术在世界许多国家不断得到发展。我国的隧道与地下工程建设项目逐年增多，为保证施工质量，确保施工进度，采用盾构法将有较好的发展前景。