任海文
（山西吕梁建设有限公司，山西 吕梁 033000）
浅谈盾构隧道推进及衬砌拼装
任海文
（山西吕梁建设有限公司，山西 吕梁 033000）
文章针对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，论述了在这种条件下盾构开挖掘进时的几种施工方法。
盾构隧道；衬砌拼装
1 盾构推进的概念
在松软含水地层中采用盾构法施工，首先是盾构选型。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，随着地层性质的改变，盾构的用功最好也能相应改变。特别是近年来，盾构种类较多，如何选择要特别慎重。纵观已建水底道路隧道所采用过的大直径盾构，大部分都属于手掘式敞胸盾构或闭胸挤压盾构，或者是两者兼有的盾构，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。
2 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较经济的方法，尤其适用于漏气大量的砂性土。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上通过，使施工人员能在较干燥的工作条件下进行操作。
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，如江中段就难以使用，故只能用在两岸的岸边段，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降。
底层疏干后手掘式敞胸盾构施工的具体过程：①先借助盾构千斤顶使盾构推进，将切口环部分切入地层，然后在切口环下进行土体开挖与运输，这样对周围地层扰动较小。②开挖程度从上而下分层开挖（一般分成几个工作面室，视盾构的直径而定，分成的高度应保证工人能自由操作）。施工工具为普通手工工具或手持式分动工具。③根据衬砌管片宽度、盾构切口长度，每环管片可分数次开挖和推进。盾构纠偏时可以利用超挖解决。④若土质较差，可以借助支撑千斤顶加撑对开挖面进行临时支撑。支撑千斤顶为差压式千斤顶，当盾构推进时能确保在开挖面支撑板顶力不变的条件下，同时将支撑千斤顶的活塞逐渐缩回，以免经常调换不同长度的支撑。在连续施工时，撑板视土质好坏不一定撑得很密。⑤当用网格式盾构时，根据地层主动土压力与土和格网周边的摩阻力相等，土就不会塌入盾构内部的原理，可以取代上述支撑，保证开挖面的稳定。
3 气压加手掘式敞胸盾构施工
盾构施工在含水量不稳定的地层中采用气压来疏干和支护开挖面。以防止涌水、开挖面崩塌，增强地层强度是一种极为古老而行之有效的施工方法。只有在粉碎砂及砂砾层中，由于漏气量太大，用气压盾构法施工效果较差，若覆盖层较小还有喷出的危险。此时压气量应尽量减少，亦与井点、注浆、冻结法等结合使用，使隧道埋深不致太大。
3.1 气压大小及耗气量的确定
气压大小主要取决于地下水位的高低，从理论上讲，每10 m水头必须用0.1 MPa的空气压力来平衡。但实际上，平衡压力的大小还与周围地层的性质、开挖面土层的干湿程度有关。如上海软土层的透气系数很小以及一部分水头压力消耗在土体空隙的阻力上，实际施工中所需的空气压力，仅为理论压力的50%～80%，所需要的空气量仅为理论空气量的10%～50%。
理论上的气压大小可按图1的中小型盾构，压力等于离盾构
图1 气压盾构空气压力值的决定
式中:H：盾构顶部地下水水头；
γw：水的容重。
式中：γ土：土的浮容重；
K：安全系数在砂质土层中K值不小于1.5。
用气压盾构修建水底隧道时，该t值过大则直接影响到隧道埋置深度，增大隧道长度，造价、工期也相应增加；过小则不覆盖不足，往往容易发生喷发事故，隧淹人亡，损失惨重。外国隧道规范规定：水底隧道的最小覆盖层必须大于盾构直径（日本）或等于盾构直径，覆盖层宽度应大于或等于盾构直径的6倍。若覆盖层较薄，应预先在河床底部加填黏土或在附近停泊装有黏土的船，以便隧道大量跑气时应急之用。事实上在黏性土层中或用黏土人工覆盖加厚时，大直径盾构能满足就可以了。上海打浦路隧道盾构直径为10.20 m，复土深度为0.7 m即是一例。
耗气量主要取决于盾构开挖面的漏气量、管片接缝和人员材料进出气闸时变压消耗量等，一般可参照已施工实践、相似地质条件用类比法确定，也可采用经验公式计算耗气量：Q=aD2。
式中：D：盾构外径；
a：土质系数，当压力大于0.1 MPa时，黏性土a=3.65；砂性土a=7.30。
此外，根据气压施工劳动保护卫生要求，规定在任何情况下应保证每个人的供气量不少于25～30 m3/h。在南方夏季施工时，应布置压缩空气的冷却设备，使送入作业区的空气温度低于22℃。
3.2 气压盾构施工
气压盾构施工作业示意见图2。闸墙和气闸作用式既能将作业区与常压作业区隔开，又能使材料、设备及工作人员顺利进出作业区的重要设备。闸墙必须有足够的强度用气密性，保证在0.35 MPa气压作用下不漏气。大断面隧道均用钢闸墙。气闸是钢板铆接或焊接而成的圆筒形结构，分人行闸和材料闸两种。人行闸又分内闸和外闸两部分，内闸能容纳每班施工人员数。人行闸的管理是气压施工的重要环节，要严格执行气压作业的工作时间及进出闸的变压时间，以防减压病。
图2 气压盾构施工作业示意图
4 泥水加压盾构施工
近来用泥水加压盾构是将压力为γ泥×（y+ΔH）的泥水（ΔH取2 m），压入盾构前部密封舱内，使其压力始终高于地下水压力γ水×y，这样就保持了开挖面稳定的基本条件。另外，开挖正面的大刀盘，当其不能转动切土时，成为一个大型的正面支撑板，再和泥浆膜一起增加了开挖正面的稳定性。
Discusses the Shield Tunnel Advancement and Lining Work Assembling
Ren Haiwen
The article in viewofuses the hand in the soft water-bearing stratum to dig the type to open the chest shield construction，Must auxiliary by the barometric pressure，the artificial well point precipitation and other stratum reinforcement measure，discussed the shield excavates the tunnelingwhen this kind ofcondition several job practice.
shield tunnel；liningwork assembling
U455.44
A
1000-8136(2011)05-0042-02
任海文，男，1976年12月15日出生，山西中阳县人，1995年7月毕业于山西省交通学校道桥专业，2004年6月毕业于北方交通大学公路工程管理专业，工程师。
