盾構(gòu)隧道

1974年第一臺(tái)土壓平衡式盾構(gòu)在東京采用。該盾構(gòu)由日本制造商IHI（石川島播磨）設(shè)計(jì)，其外徑為3.72m，用它掘進(jìn)了長1900m的主管線。在以后的年代里，很多制造廠商以土壓盾構(gòu)、壓力保持盾構(gòu)、軟泥盾構(gòu)、土壤壓力盾構(gòu)、受壓的土壤盾構(gòu)、泥壓盾構(gòu)、或泥漿狀的土壤盾構(gòu)等名稱生產(chǎn)了“土壓平衡式盾構(gòu)”。這些名稱的盾構(gòu)基本上都應(yīng)用了同一種工法，國際上稱為“土壓平衡系統(tǒng)”（EARTH PRESSURE BALANCE SYSTEM，簡(jiǎn)稱EPBS）。

土壓平衡式盾構(gòu)（EPB）自1974年在日本首次使用以來，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)已廣泛用于世界各地的隧道工程中。1984年上海市隧道工程公司在我國首次應(yīng)用從日本引進(jìn)的φ4.36m土壓平衡盾構(gòu)建成了芙蓉江下水道總管工程。土壓平衡式盾構(gòu)在在全國地鐵、市政、能源等工程建設(shè)中得到更為廣泛的應(yīng)用。實(shí)踐證明，土壓平衡式盾構(gòu)因其能較好地控制地表沉降、保護(hù)環(huán)境、適應(yīng)在市區(qū)和建筑密集處施工等優(yōu)點(diǎn)，在我國正走向普及 。

盾構(gòu)隧道施工法是指使用盾構(gòu)機(jī)，一邊控制開挖面及周圍土體不發(fā)生坍塌失穩(wěn)，一邊進(jìn)行隧道掘進(jìn)、出渣，并在機(jī)內(nèi)拼裝管片形成襯砌、實(shí)施壁后注漿，從而不擾動(dòng)周圍土體而修筑隧道的方法。盾構(gòu)機(jī)的所謂”盾“是指保持開挖面穩(wěn)定性的刀盤和壓力艙、支護(hù)周圍土體的盾構(gòu)鋼殼，所謂“構(gòu)”是指構(gòu)成隧道襯砌的管片和壁后注漿體。

盾構(gòu)法施工是一個(gè)非常復(fù)雜的工程過程，它對(duì)周圍環(huán)境的影響與施工技術(shù)環(huán)節(jié)密切相關(guān)。早在1969年P(guān)eck就指出盾構(gòu)法施工引起的地層損失以及對(duì)相鄰結(jié)構(gòu)的影響與施工的具體細(xì)節(jié)是分不開的。因此，理論分析時(shí)只有準(zhǔn)確把握盾構(gòu)施工的主要因素才能得出符合實(shí)際情況的結(jié)果。盾構(gòu)施工階段主要包括以下幾個(gè)主要的技術(shù)環(huán)節(jié)：

①土體開挖與開挖面支護(hù)

土壓平衡式盾構(gòu)施工過程中，通過切削刀盤的切削前方土體。挖土量的多少由刀盤的轉(zhuǎn)速、切削扭矩以及千斤頂推力決定，排土量的多少則是通過螺旋排土器的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。因?yàn)橥翂浩胶馐?a target="_blank" data-lemmaid="2835488" style="color:#136EC2;text-decoration:none;">盾構(gòu)機(jī)是借助土壓艙內(nèi)土體壓力來平衡開挖面土水壓力的，為使土壓艙壓力波動(dòng)較小，施工中要經(jīng)常調(diào)節(jié)螺旋排土器的轉(zhuǎn)速和千斤頂?shù)耐七M(jìn)速度，來保持挖土量和排土量保持平衡。

②盾構(gòu)推進(jìn)與襯砌拼裝

盾構(gòu)依靠千斤頂推力作用向前推進(jìn)。盾構(gòu)推進(jìn)過程中需要克服開挖面土體壓力、摩擦阻力和內(nèi)部機(jī)械設(shè)備阻力，盾構(gòu)的總推力必須根據(jù)各種阻力的總和及其所需要的富裕量決定。推力過大會(huì)使正面土體因擠壓而前移和隆起，而推力過小又影響推進(jìn)速度。千斤頂推動(dòng)盾構(gòu)前進(jìn)后，依次收縮千斤頂在盾構(gòu)內(nèi)部拼裝襯砌。

③盾尾脫空與壁后注漿

千斤頂推動(dòng)盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)時(shí)，使得本來位于盾構(gòu)殼內(nèi)部的拼裝襯砌脫出盾殼的保護(hù)，在襯砌外圍產(chǎn)生建筑空隙（其體積等于盾殼對(duì)應(yīng)圓筒體積與盾尾操作空間體積之和），引起較大地層損失。如不采取補(bǔ)救措施會(huì)引起很大的地層位移和地面沉降。

壁后注漿是對(duì)盾尾形成的施工空隙進(jìn)行填充注漿，以減小由于盾尾空隙而產(chǎn)生的地基應(yīng)力釋放和地層變形，是盾構(gòu)施工的重要環(huán)節(jié)之一。壁后注漿是通過在盾構(gòu)殼上設(shè)置注漿管，在空隙生成的同時(shí)進(jìn)行注漿的同步注漿方式和通過管片上預(yù)留的注漿孔進(jìn)行注漿的及時(shí)注漿方式兩種，其中同步注漿更有利于地基沉降的控制。

1）安全開挖和襯砌，掘進(jìn)速度快；

2）盾構(gòu)的推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等全過程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，施工勞動(dòng)強(qiáng)度低。

3）不影響地面交通與設(shè)施，同時(shí)不影響地下管線等設(shè)施；

4）穿越河道時(shí)不影響航運(yùn)，施工中不受季節(jié)、風(fēng)雨等氣候條件影響，施工中沒有噪音和擾動(dòng)；

5）在松軟含水地層中修建埋深較大的長隧道往往具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)越性。

1）價(jià)格昂貴且針對(duì)性很強(qiáng)，對(duì)每一條用隧道施工的隧道，都需要根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件以及結(jié)構(gòu)斷面尺寸專門進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，一般不能簡(jiǎn)單地在其他隧道中重復(fù)使用；

2）隧道曲率半徑過小或隧道頂覆土太淺時(shí)施工難度較大；

3）在富水松軟土層中，地表沉降難以控制，對(duì)襯砌整體防水技術(shù)要求很高；

4）對(duì)水底隧道，覆土太淺時(shí)施工不夠安全；

5）采用全氣壓法疏干和穩(wěn)定地層時(shí)，施工條件差，對(duì)勞動(dòng)保護(hù)要求較高。