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【摘 要】：盾构法施工是城市的隧道施工方法的一种，近年来取得了长足的发展。本文从基本原理、盾构类型等入手，较全面的介绍了盾构法施工技术。
【关键词】盾构类型盾构选择基本原理盾构特点
地铁是大城市各种交通工具中运能最大的一种，而且还有其他交通工具所无法比拟的优点，如：快速、安全、可靠、准时、舒适等。因而世界上几乎所有百万人口以上的城市都已建有或正在建设地铁系统。在现代城市建设中，地下空间的开发利用已成为一个重要的组成部分。而盾构法隧道，由于其先进的施工工艺和不断完善的施工技术，使得其在城市地下空间的开发中取得了巨大的成功，并被越来越多地应用于城市地铁隧道工程建设中。盾构法具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点，在我国的各大主要城市，如上海、北京、深圳、广州和南京等地，已建和在建的地铁隧道大都采用盾构法施工。
1、盾构法类型和选择
1.1盾构的分类
盾构的分类方法有很多。按切削断面形式分，有圆形和非圆形；按稳定切削面的加压方式分，有压气式、泥水加压式、削土加压式、加水式、泥浆式和加泥式；按盾构前方的构造分，有敞开式、半敞开式和封闭式；按盾构正面对土体的开挖预支护的方法分，有手掘式盾构、挤压式盾构、半机械式盾构、机械式盾构。下面介绍几种典型的盾构。
1）泥水平衡盾构。泥水平衡盾构的特点是：在盾构正面与支承环前面装置隔板的密封舱中，由有适当压力的泥浆来支撑开挖面，并由安装在正面的大刀盘切削土体，进土与泥水混合成泥浆后，通过泥浆泵和管道输送到隧道外的地面，由泥浆分离设备除掉土砂后，再通过管道把合格的泥浆送到工作面。反复循环地切割地层、推进并安装管片以形成隧道结构，这种开挖方式适用于多种复杂的地层。特别是地下水位较高的地层，上海、广州都有成功案例。泥水盾构对地层扰动最小，地面沉降小，但盾构及与其配套的泥浆制造、分离设备造价高、占地面积大。
2）土压平衡盾构。土压平衡盾构的前端设有一个全断面大刀盘，切削刀盘后是密封舱，在密封舱的下部装置长筒形螺旋输送机，输送机一头设有出入口。所谓土压平衡就是刀盘切削下来的土体和泥水充满密封舱，具有适当压力，与开挖面保持土体的相对平衡。土压平衡盾构适用于可用切削刀开挖且含砂量少的塑性流动性软粘土。
3）气压盾构。穿越饱和含水地层所采用的压缩气体防漏水的盾构称为气压盾构，气压盾构要设一个闸室来保证工作面跟隧道隔断，以确保工作面的压力。工作人员进入工作室时，要通过闸室增压或减压，管片和其他材料进出也必经闸室。气压盾构的气压容易对施工人员产生不良影响，长期在这种条件下工作容易得“ 气压病”，故应尽量减少这种方法。
4）混合盾构。混合盾构是目前世界上最先进的盾构，适合于复杂多变的地层。混合盾构的特点是：在大刀盘上安 装适合各种地层的多种刀具，其在辐条上安装刀头的方法和角度的不同使之能适应不同松散的土质， 同时在大刀盘上还要安装有 能粉碎大石块和岩石的圆盘式切削刀头。这种具有特殊大刀盘的盾构，已在广州地铁工程中应用并获得成功。
1.2盾构的选择
影响盾构施工的因素很多，主要有地层条件、地下水的含量及水压、隧道长度和线形、后续没备与盾构机的配套能力、工作环境、覆盖层厚度以及有无辅助工法等。选择原则有：1)以开挖面稳定为核心，盾构选型应在充分把握地层条件的基础上进行。2）应考虑土的塑性流动性、土的渗透系数等，这对开挖面的稳定非常重要。3）应考虑地下水的含量及水压，这往往要与土的塑性流动性及透水性结合考虑，高水压、高渗透性的情况是非常不利的，这涉及到是选用泥水盾构还是土压盾构以及盾尾密封的选型。4）应视地层中有无砂砾和大卵石，这直接影响到土的渗透性、切削刀盘的磨耗、切削刀开挖时对地层的扰动范围、刀盘的开口率、对卵石的破碎方式及其排出方式。5）应考虑土层的粒径分布。 一般都采用土层颗粒曲线来界定不同盾构的适用土层。
2、盾构法施工的基本原理和优缺点
2.1盾構法施工的基本原理
盾构法施工是一种在地面下暗挖建造隧道的施工方法，先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，使盾构安装就位。盾构机从预留孔出发，在地层中沿设计轴线，向另一端预留孔推进。利用盾构作为开挖地下土体及支护土体和拼装隧道衬砌的机具，掘进一环，拼装一环，循环工作，直至完成整条隧道。盾构推进过程中必须承受周围地层的压力，而且要防止地下水的侵入。它要求尽可能在不扰动围岩的前提下完成施工。从而最大限度地减少对地面建筑物及地基内埋设物的影响。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。
2.2盾构法施工的特点
盾构法施工有很多优点，盾构施工时所需要顶进的是盾构机本身，故在同一土层顶进时顶力基本不变，因此盾构法施工不受顶进长度限制。操作安全，可在盾构的支持下挖土和衬砌。盾构施工法避免了明挖对地面建筑物的影响，减少了弃土处理。有利于城市环境保护，对城市的正常功能及周围环境的影响很小，并在一定程度上节省了工程投资。如采用平衡式盾构施工可不降低地下水施工， 避免了因降水造成地面下沉，再加上合理调整盾构施工参数，能控制正面土体稳定，另外可加强衬砌背面空隙的填充，可控制地表的沉降。但是同时也存在着一定的缺点。盾构机是适合于某一特定区间的专用设备，它必须根据施工隧道的断面大小、埋深条件、地基围岩的基本条件进行设计、制造或改造；施工工艺复杂，施工精度要求商。盾构施工一旦开始，盾构机就无法后退，一旦遇到障碍物或刀头磨损等问题只能通过实施辅助施工措施后，打开隔板上设置的出入孔进入压力舱进行处理。
3、结语
本文只是对盾构设备类型和选择及其基本原理作了一个简单介绍，在具体的工程施工过程中，还需结合工程特点，选择合理的设备和辅助方法等，使工程顺利进行。盾构技术作为一种隧道施工技术，有它独特的特点，在城市地铁、公路隧道、跨海隧道的建设以及城市市政管道的改造中、有很大的优势。 这些优势决定了盾构这一先进的施工方法不断的发展与进步，值得我们一直学习。
【关键词】盾构类型盾构选择基本原理盾构特点
地铁是大城市各种交通工具中运能最大的一种，而且还有其他交通工具所无法比拟的优点，如：快速、安全、可靠、准时、舒适等。因而世界上几乎所有百万人口以上的城市都已建有或正在建设地铁系统。在现代城市建设中，地下空间的开发利用已成为一个重要的组成部分。而盾构法隧道，由于其先进的施工工艺和不断完善的施工技术，使得其在城市地下空间的开发中取得了巨大的成功，并被越来越多地应用于城市地铁隧道工程建设中。盾构法具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点，在我国的各大主要城市，如上海、北京、深圳、广州和南京等地，已建和在建的地铁隧道大都采用盾构法施工。
1、盾构法类型和选择
1.1盾构的分类
盾构的分类方法有很多。按切削断面形式分，有圆形和非圆形；按稳定切削面的加压方式分，有压气式、泥水加压式、削土加压式、加水式、泥浆式和加泥式；按盾构前方的构造分，有敞开式、半敞开式和封闭式；按盾构正面对土体的开挖预支护的方法分，有手掘式盾构、挤压式盾构、半机械式盾构、机械式盾构。下面介绍几种典型的盾构。
1）泥水平衡盾构。泥水平衡盾构的特点是：在盾构正面与支承环前面装置隔板的密封舱中，由有适当压力的泥浆来支撑开挖面，并由安装在正面的大刀盘切削土体，进土与泥水混合成泥浆后，通过泥浆泵和管道输送到隧道外的地面，由泥浆分离设备除掉土砂后，再通过管道把合格的泥浆送到工作面。反复循环地切割地层、推进并安装管片以形成隧道结构，这种开挖方式适用于多种复杂的地层。特别是地下水位较高的地层，上海、广州都有成功案例。泥水盾构对地层扰动最小，地面沉降小，但盾构及与其配套的泥浆制造、分离设备造价高、占地面积大。
2）土压平衡盾构。土压平衡盾构的前端设有一个全断面大刀盘，切削刀盘后是密封舱，在密封舱的下部装置长筒形螺旋输送机，输送机一头设有出入口。所谓土压平衡就是刀盘切削下来的土体和泥水充满密封舱，具有适当压力，与开挖面保持土体的相对平衡。土压平衡盾构适用于可用切削刀开挖且含砂量少的塑性流动性软粘土。
3）气压盾构。穿越饱和含水地层所采用的压缩气体防漏水的盾构称为气压盾构，气压盾构要设一个闸室来保证工作面跟隧道隔断，以确保工作面的压力。工作人员进入工作室时，要通过闸室增压或减压，管片和其他材料进出也必经闸室。气压盾构的气压容易对施工人员产生不良影响，长期在这种条件下工作容易得“ 气压病”，故应尽量减少这种方法。
4）混合盾构。混合盾构是目前世界上最先进的盾构，适合于复杂多变的地层。混合盾构的特点是：在大刀盘上安 装适合各种地层的多种刀具，其在辐条上安装刀头的方法和角度的不同使之能适应不同松散的土质， 同时在大刀盘上还要安装有 能粉碎大石块和岩石的圆盘式切削刀头。这种具有特殊大刀盘的盾构，已在广州地铁工程中应用并获得成功。
1.2盾构的选择
影响盾构施工的因素很多，主要有地层条件、地下水的含量及水压、隧道长度和线形、后续没备与盾构机的配套能力、工作环境、覆盖层厚度以及有无辅助工法等。选择原则有：1)以开挖面稳定为核心，盾构选型应在充分把握地层条件的基础上进行。2）应考虑土的塑性流动性、土的渗透系数等，这对开挖面的稳定非常重要。3）应考虑地下水的含量及水压，这往往要与土的塑性流动性及透水性结合考虑，高水压、高渗透性的情况是非常不利的，这涉及到是选用泥水盾构还是土压盾构以及盾尾密封的选型。4）应视地层中有无砂砾和大卵石，这直接影响到土的渗透性、切削刀盘的磨耗、切削刀开挖时对地层的扰动范围、刀盘的开口率、对卵石的破碎方式及其排出方式。5）应考虑土层的粒径分布。 一般都采用土层颗粒曲线来界定不同盾构的适用土层。
2、盾构法施工的基本原理和优缺点
2.1盾構法施工的基本原理
盾构法施工是一种在地面下暗挖建造隧道的施工方法，先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，使盾构安装就位。盾构机从预留孔出发，在地层中沿设计轴线，向另一端预留孔推进。利用盾构作为开挖地下土体及支护土体和拼装隧道衬砌的机具，掘进一环，拼装一环，循环工作，直至完成整条隧道。盾构推进过程中必须承受周围地层的压力，而且要防止地下水的侵入。它要求尽可能在不扰动围岩的前提下完成施工。从而最大限度地减少对地面建筑物及地基内埋设物的影响。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。
2.2盾构法施工的特点
盾构法施工有很多优点，盾构施工时所需要顶进的是盾构机本身，故在同一土层顶进时顶力基本不变，因此盾构法施工不受顶进长度限制。操作安全，可在盾构的支持下挖土和衬砌。盾构施工法避免了明挖对地面建筑物的影响，减少了弃土处理。有利于城市环境保护，对城市的正常功能及周围环境的影响很小，并在一定程度上节省了工程投资。如采用平衡式盾构施工可不降低地下水施工， 避免了因降水造成地面下沉，再加上合理调整盾构施工参数，能控制正面土体稳定，另外可加强衬砌背面空隙的填充，可控制地表的沉降。但是同时也存在着一定的缺点。盾构机是适合于某一特定区间的专用设备，它必须根据施工隧道的断面大小、埋深条件、地基围岩的基本条件进行设计、制造或改造；施工工艺复杂，施工精度要求商。盾构施工一旦开始，盾构机就无法后退，一旦遇到障碍物或刀头磨损等问题只能通过实施辅助施工措施后，打开隔板上设置的出入孔进入压力舱进行处理。
3、结语
本文只是对盾构设备类型和选择及其基本原理作了一个简单介绍，在具体的工程施工过程中，还需结合工程特点，选择合理的设备和辅助方法等，使工程顺利进行。盾构技术作为一种隧道施工技术，有它独特的特点，在城市地铁、公路隧道、跨海隧道的建设以及城市市政管道的改造中、有很大的优势。 这些优势决定了盾构这一先进的施工方法不断的发展与进步，值得我们一直学习。