复杂盾构法施工技术

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复杂盾构法施工技术

1.11.1 技术内容
盾构法是一种全机械化的隧道施工方法，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械外运出洞，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。由于盾构施工技术对环境影响很小而被广泛地采用，得到了迅速的发展。
复杂盾构法施工技术为复杂地层、复杂地面环境条件下的盾构法施工技术，或大断面圆形（洞径大于10m）、矩形或双圆等异形断面形式的盾构法施工技术。
选择盾构形式时，除考虑施工区段的围岩条件、地面情况、断面尺寸、隧道长度、隧道线路、工期等各种条件外，还应考虑开挖和衬砌等施工问题，必须选择安全且经济的盾构形式。盾构施工在遇到复杂地层、复杂环境或者盾构截面异形或者盾构截面大时，可以通过分析地层和环境等情况合理配置刀盘、采用合适的掘进模式和掘进技术参数、盾构姿态控制及纠偏技术、采用合适的注浆方式等各种技术要求来解决以上的复杂问题。盾构法施工是一个系统性很强的工程，其设计和施工技术方案的确定，要从各个方面综合权衡与比选，最终确定合理可行的实施方案。
盾构机主要是用来开挖土、砂、围岩的隧道机械，由切口环、支撑环及盾尾三部分组成。就断面形状可分为单圆形、复圆形及非圆形盾构。矩形盾构是横断面为矩形的盾构机，相比圆形盾构，其作业面小，主要用于距地面较近的工程作业。矩形盾构机的研制难度超过圆形盾构机。目前，我国使用的矩形盾构机主要有2个、4个或6个刀盘联合工作。
1.11.2 技术指标
（1）承受荷载：设计盾构时需要考虑的荷载，如土压力、水压力、自重、上覆荷载的影响、变向荷载、开挖面前方土压力及其他荷载。
（2）盾构外径：所谓盾构外径，是指盾壳的外径，不考虑超挖刀头、摩擦旋转式刀盘、固定翼、壁后注浆用配管等突出部分。
（3）盾构长度：盾构本体长度指壳板长度的最大值，而盾构机长度则指盾构的前端到尾端的长度。盾构总长系指盾构前端至后端长度的最大值。
（4）总推力：盾构的推进阻力组成包括盾构四周外表面和土之间的摩擦力或粘结阻力（F1）；推进时，口环刃口前端产生的贯入阻力（F2）；开挖面前方阻力(F3)；变向阻力（曲线施工、蛇形修正、变向用稳定翼、挡板阻力等）（F4）；盾尾内的管片和壳板之间的摩擦力（F5）；后方台车的牵引阻力（F6）。以上各种推进阻力的总和（∑F），须对各种影响因素仔细考虑，留出必要的余量。
1.11.3 适用范围
（1）适用于各种复杂的工程地质和水文地质条件，从淤泥质土层到中风化和微风化岩层。
（2）盾构法施工隧道应有足够的埋深，覆土深度不宜小于6m。隧道覆土太浅，盾构法施工难度较大；在水下修建隧道时，覆土太浅盾构施工安全风险较大。
（3）地面上必须有修建用于盾构进出洞和出土进料的工作井位置。
（4）隧道之间或隧道与其他建(构)筑物之间所夹土(岩)体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m，竖直方向1.5m。
（5）从经济角度讲，盾构连续施工长度不宜小于300m。
1.11.4 工程案例
盾构法广泛应用于隧道和地下工程中。上海地铁、跨江隧道均采用盾构法施工；深圳地铁5号线的盾构工程穿越复杂地层；南京地铁四号线盾构区间穿越了上软下硬地层以及大量厂房民居，地质情况复杂多变、地下水丰富、施工难度大、安全风险高等特点；郑州中州大道采用6个刀盘联合工作的矩形盾构机，是我国自主研发的世界最大矩形盾构机。西安地铁4号线与武汉地铁11号线都采用了盾构法施工；北京的众多地铁线路也采用了盾构法施工，其中16号线首次采用外径6.4m地铁管片，使隧道空间明显增大。

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