盾構(gòu)隧道排水通風(fēng)論文
采用盾構(gòu)為施工機(jī)具，在地層中修建隧道和大型管道的一種暗挖式施工方法。施工時(shí)在盾構(gòu)前端切口環(huán)的掩護(hù)下開(kāi)挖土體，在盾尾的掩護(hù)下拼裝襯砌（管片或砌塊）。在挖去盾構(gòu)前面土體后，用盾構(gòu)千斤頂頂住拼裝好襯砌，將盾構(gòu)推進(jìn)到挖去土體空間內(nèi)，在盾構(gòu)推進(jìn)距離達(dá)到一環(huán)襯砌寬度后，縮回盾構(gòu)千斤頂活塞桿，然后進(jìn)行襯砌拼裝，再將開(kāi)挖面挖至新的進(jìn)程。如此循環(huán)交替，逐步延伸而建成隧道。
歷史和發(fā)展
用盾構(gòu)法修建隧道已有 150余年的歷史。最早進(jìn)行研究的是法國(guó)工程師M.I.布律內(nèi)爾，他由觀察船蛆在船的木頭中鉆洞，并從體內(nèi)排出一種粘液加固洞穴的現(xiàn)象得到啟發(fā)，在1818年開(kāi)始研究盾構(gòu)法施工，并于1825年在英國(guó)倫敦泰晤士河下，用一個(gè)矩形盾構(gòu)建造世界上第一條水底隧道（寬11.4米、高6.8米）。在修建過(guò)程中遇到很大的困難，兩次被河水淹沒(méi)，直至1835年，使用了改良后的盾構(gòu)，才于1843年完工。其后P.W.巴洛于1865年在泰晤士河底，用一個(gè)直徑2.2米的圓形盾構(gòu)建造隧道。1847年在英國(guó)倫敦地下鐵道城南線施工中，英國(guó)人J.H.格雷特黑德第一次在粘土層和含水砂層中采用氣壓盾構(gòu)法施工，并第一次在襯砌背后壓漿來(lái)填補(bǔ)盾尾和襯砌之間的空隙，創(chuàng)造了比較完整的氣壓盾構(gòu)法施工工藝，為現(xiàn)代化盾構(gòu)法施工奠定了基礎(chǔ)，促進(jìn)了盾構(gòu)法施工的發(fā)展。20世紀(jì)30～40年代，僅美國(guó)紐約就采用氣壓盾構(gòu)法成功地建造了19條水底的道路隧道、地下鐵道隧道、煤氣管道和給水排水管道等。從1897～1980年，在世界范圍內(nèi)用盾構(gòu)法修建的水底道路隧道已有21條。德、日、法、蘇等國(guó)把盾構(gòu)法廣泛使用于地下鐵道和各種大型地下管道的施工。1969年起，在英、日和西歐各國(guó)開(kāi)始發(fā)展一種微型盾構(gòu)施工法，盾構(gòu)直徑最小的只有1米左右，適用于城市給水排水管道、煤氣管道、電力和通信電纜等管道的施工。
中國(guó)于第一個(gè)五年計(jì)劃期間，首先在遼寧阜新煤礦，用直徑 2.6米的手掘式盾構(gòu)進(jìn)行了疏水巷道的施工。中國(guó)自行設(shè)計(jì)、制造的盾構(gòu)，直徑最大為11.26米，最小為3.0米。正在修建的第二條黃浦江水底道路隧道，水下段和部分岸邊深埋段也采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)的千斤頂總推力為108兆牛，采用水力機(jī)械開(kāi)挖掘進(jìn)。在上海地區(qū)用盾構(gòu)法修建的'隧道，除水底道路隧道外，還有地鐵區(qū)間隧道、通向河海的排水隧洞和取水管道、街坊的地下通道等。
盾構(gòu)法的優(yōu)越性
盾構(gòu)法施工得到廣泛使用，因其具有明顯的優(yōu)越性：
�、僭诙軜�(gòu)的掩護(hù)下進(jìn)行開(kāi)挖和襯砌作業(yè)，有足夠的施工安全性；
②地下施工不影響地面交通，在河底下施工不影響河道通航；
�、凼┕げ僮鞑皇軞夂驐l件的影響；
�、墚a(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲等環(huán)境危害較�。�
⑤對(duì)地面建筑物及地下管線的影響較小。
盾構(gòu)法施工準(zhǔn)備工作
采用盾構(gòu)法施工時(shí)，首先要在隧道的始端和終端開(kāi)挖基坑或建造豎井，用作盾構(gòu)及其設(shè)備的拼裝井（室）和拆卸井（室），特別長(zhǎng)的隧道，還應(yīng)設(shè)置中間檢修工作井（室）。拼裝和拆卸用的工作井，其建筑尺寸應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)裝拆的施工要求來(lái)確定。拼裝井的井壁上設(shè)有盾構(gòu)出洞口，井內(nèi)設(shè)有盾構(gòu)基座和盾構(gòu)推進(jìn)的后座。井的寬度一般應(yīng)比盾構(gòu)直徑大1.6～2.0米，以滿(mǎn)足鉚、焊等操作的要求。當(dāng)采用整體吊裝的小盾構(gòu)時(shí)，則井寬可酌量減小。井的長(zhǎng)度，除了滿(mǎn)足盾構(gòu)內(nèi)安裝設(shè)備的要求外，還要考慮盾構(gòu)推進(jìn)出洞時(shí)，拆除洞門(mén)封板和在盾構(gòu)后面設(shè)置后座，以及垂直運(yùn)輸所需的空間。中、小型盾構(gòu)的拼裝井長(zhǎng)度，還要照顧設(shè)備車(chē)架轉(zhuǎn)換的方便。盾構(gòu)在拼裝井內(nèi)拼裝就緒，經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試后，就可拆除出洞口封板，盾構(gòu)推出工作井后即開(kāi)始隧道掘進(jìn)施工。盾構(gòu)拆卸井設(shè)有盾構(gòu)進(jìn)口，井的大小要便于盾構(gòu)的起吊和拆卸。
盾構(gòu)法施工工序
主要有土層開(kāi)挖、盾構(gòu)推進(jìn)操縱與糾偏、襯砌拼裝、襯砌背后壓注等。這些工序均應(yīng)及時(shí)而迅速地進(jìn)行，決不能長(zhǎng)時(shí)間停頓，以免增加地層的擾動(dòng)和對(duì)地面、地下構(gòu)筑物的影響。
土層開(kāi)挖
在盾構(gòu)開(kāi)挖土層的過(guò)程中，為了安全并減少對(duì)地層的擾動(dòng)，一般先將盾構(gòu)前面的切口貫入土體，然后在切口內(nèi)進(jìn)行土層開(kāi)挖，開(kāi)挖方式有：
①敞開(kāi)式開(kāi)挖。適用于地質(zhì)條件較好、掘進(jìn)時(shí)能保持開(kāi)挖面穩(wěn)定的地層。由頂部開(kāi)始逐層向下開(kāi)挖，可按每環(huán)襯砌的寬度分?jǐn)?shù)次完成。
�、跈C(jī)械切削式開(kāi)挖。用裝有全斷面切削大刀盤(pán)的機(jī)械化盾構(gòu)開(kāi)挖土層。大刀盤(pán)可分為刀架間無(wú)封板的和有封板的兩種，分別在土質(zhì)較好的和較差的條件下使用。在含水不穩(wěn)定的地層中，可采用泥水加壓盾構(gòu)和土壓平衡式盾構(gòu)進(jìn)行開(kāi)挖。
�、蹟D壓式開(kāi)挖。使用擠壓式盾構(gòu)的開(kāi)挖方式，又有全擠壓和局部擠壓之分。前者由于掘進(jìn)時(shí)不出土或部分出土，對(duì)地層有較大的擾動(dòng)，使地表隆起變形，因此隧道位置應(yīng)盡量避開(kāi)地下管線和地面建筑物。此種盾構(gòu)不適用于城市道路和街坊下的施工，僅能用于江河、湖底或郊外空曠地區(qū)。用局部擠壓方式施工時(shí)，要根據(jù)地表變形情況，嚴(yán)格控制出土量，務(wù)使地層的擾動(dòng)和地表的變形減少到最低限度。
④網(wǎng)格式開(kāi)挖。使用網(wǎng)格式盾構(gòu)開(kāi)挖時(shí)，要掌握網(wǎng)格的開(kāi)孔面積。格子過(guò)大會(huì)喪失支撐作用，過(guò)小會(huì)產(chǎn)生對(duì)地層的擠壓擾動(dòng)等不利影響。在飽和含水的軟塑土層中，這種掘進(jìn)方式具有出土效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。
推進(jìn)操縱與糾偏
推進(jìn)過(guò)程中，主要采取編組調(diào)整千斤頂?shù)耐屏�、調(diào)整開(kāi)挖面壓力以及控制盾構(gòu)推進(jìn)的縱坡等方法，來(lái)操縱盾構(gòu)位置和頂進(jìn)方向。一般按照測(cè)量結(jié)果提供的偏離設(shè)計(jì)軸線的高程和平面位置值，確定下一次推進(jìn)時(shí)須有若干千斤頂開(kāi)動(dòng)及推力的大小，用以糾正方向。此外，調(diào)整的方法也隨盾構(gòu)開(kāi)挖方式有所不同：如敞開(kāi)式盾構(gòu)，可用超挖或欠挖來(lái)調(diào)整；機(jī)械切削開(kāi)挖，可用超挖刀進(jìn)行局部超挖來(lái)糾正；擠壓式開(kāi)挖，可用改變進(jìn)土孔位置和開(kāi)孔率來(lái)調(diào)整。
襯砌拼裝
常用液壓傳動(dòng)的拼裝機(jī)進(jìn)行襯砌（管片或砌塊）拼裝。拼裝方法根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求，可分為通縫拼裝和錯(cuò)縫拼裝。通縫拼裝是使管片的縱縫環(huán)環(huán)對(duì)齊，拼裝較為方便，容易定位，襯砌圓環(huán)的施工應(yīng)力較小，但其缺點(diǎn)是環(huán)面不平整的誤差容易積累。錯(cuò)縫拼裝是使相鄰襯砌圓環(huán)的縱縫錯(cuò)開(kāi)管片長(zhǎng)度的1/2～1/3.錯(cuò)縫拼裝的襯砌整體性好，但當(dāng)環(huán)面不平整時(shí)，容易引起較大的施工應(yīng)力。襯砌拼裝方法按拼裝順序，又可分為先環(huán)后縱和先縱后環(huán)兩種。先環(huán)后縱法是先將管片（或砌塊）拼成圓環(huán)，然后用盾構(gòu)千斤頂將襯砌圓環(huán)縱向頂緊。先縱后環(huán)法是將管片逐塊先與上一環(huán)管片拼接好，最后封頂成環(huán)。這種拼裝順序，可輪流縮回和伸出千斤頂活塞桿以防止盾構(gòu)后退，減少開(kāi)挖面土體的走動(dòng)。而先環(huán)后縱的拼裝順序，在拼裝時(shí)須使千斤頂活塞桿全部縮回，極易產(chǎn)生盾構(gòu)后退，故不宜采用。
襯砌背后壓注
為了防止地表沉降，必須將盾尾和襯砌之間的空隙及時(shí)壓注充填。壓注后還可改善襯砌受力狀態(tài)，并增進(jìn)襯砌的防水效果。壓注的方法有二次壓注和一次壓注。二次壓注是在盾構(gòu)推進(jìn)一環(huán)后，立即用風(fēng)動(dòng)壓注機(jī)通過(guò)襯砌上的預(yù)留孔，向襯砌背后的空隙內(nèi)壓入豆粒砂，以防止地層坍塌；在繼續(xù)推進(jìn)數(shù)環(huán)后，再用壓漿泵將水泥類(lèi)漿體壓入砂間空隙，使之凝固。因壓注豆粒砂不易密實(shí)，壓漿也難充滿(mǎn)砂間空隙，不能防止地表沉降，已趨于淘汰。一次壓注是隨著盾構(gòu)推進(jìn)，當(dāng)盾尾和襯砌之間出現(xiàn)空隙時(shí)，立即通過(guò)預(yù)留孔壓注水泥類(lèi)砂漿，并保持一定的壓力，使之充滿(mǎn)空隙。壓漿時(shí)要對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，并盡量避免單點(diǎn)超壓注漿，以減少對(duì)襯砌的不均勻施工荷載；一旦壓漿出現(xiàn)故障，應(yīng)立即暫停盾構(gòu)的推進(jìn)。
盾構(gòu)法施工時(shí)，還須配合進(jìn)行垂直運(yùn)輸和水平運(yùn)輸，以及配備通風(fēng)、供電、給水和排水等輔助設(shè)施，以保證工程質(zhì)量和施工進(jìn)度，同時(shí)還須準(zhǔn)備安全設(shè)施與相應(yīng)的設(shè)備。
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