第五章隧道其他施工方法第一節(jié)全斷面掘進(jìn)機(jī)法施工第二節(jié)沉管法施工第三節(jié)盾構(gòu)法施工第一節(jié)全斷面掘進(jìn)機(jī)法施工

隧道掘進(jìn)機(jī)法施工(簡稱TBM)：是一種機(jī)械化的隧道掘進(jìn)方法，是利用掘進(jìn)機(jī)切削破巖，開鑿隧道的施工方法。掘進(jìn)機(jī)施工具有著鉆爆法施工不可比擬的優(yōu)點。采用掘進(jìn)機(jī)開挖隧道，具有一次成洞；洞壁光滑；施工質(zhì)量好；速度快；勞動條件好；對圍巖的損傷小，幾乎不產(chǎn)生松弛，掉塊、崩塌的危險小，支護(hù)的工作量?。怀谛?、襯砌也省；震動、噪音小、對周圍的居民和結(jié)構(gòu)物的影響小等一系列優(yōu)越性。隧道掘進(jìn)機(jī)的缺點：機(jī)械的購置費和運輸、組裝解體等的費用高，機(jī)械的設(shè)計制造時間長，初期投資高；施工途中不能改變開挖直徑；掘進(jìn)機(jī)施工方式一經(jīng)確定，就不可能像鉆爆法施工那樣自由變更施工方法，難于適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)變化情況，對斷層、破碎帶和軟弱層，掘進(jìn)困難。開挖斷面的大小、形狀變更困難。返回

目前使用的TBM有敞開式、護(hù)棚式、護(hù)盾式等類型，在地質(zhì)條件較好時，多采用敞開式。圖5-1為護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)示意圖。圖5-1護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)示意圖圖5-2刀盤示意圖敞開式TBM循環(huán)掘進(jìn)示意圖5-3圖5-3掘進(jìn)機(jī)循環(huán)工作示意圖

圖5-4所示為一種典型的巖石隧道掘進(jìn)機(jī)。切削頭是焊接鋼結(jié)構(gòu)，通常向前呈弧面凸出，在凸面上按最佳切削作用和根據(jù)不同區(qū)域要求的間距布置切削刀具；它可以承受巨大的推力和扭矩。在切削頭的邊緣有一系列鏟斗，破巖后的石碴由鏟斗鏟起，旋轉(zhuǎn)至頂部導(dǎo)入輸送機(jī)系統(tǒng)，再運出洞外。圖5-4巖石隧道掘進(jìn)機(jī)圖5-5隧道掘進(jìn)機(jī)施工場面示意圖秦嶺隧道TBM掘進(jìn)機(jī)

第二節(jié)沉管法施工

沉管法全名叫預(yù)制管段沉埋法，它是用來修筑穿越江河、港灣、海峽的水底隧道的方法之一。此法的要點是先在船塢中或船臺上預(yù)制隧道管段，它可以是鋼殼混凝土的，也可以是鋼筋混凝土的，管段的長度一般為60~100m。然后兩端用臨時封墻密閉，浮放在水中，用拖輪拖運到設(shè)計的隧道位置上，在此以前，已經(jīng)在預(yù)定的隧址處用水下施工挖好溝槽，整好地基。接著往管段里灌水，使之下沉至預(yù)定的標(biāo)高，并將沉放就位的各節(jié)管段在水下連接起來，再在隧道上覆土回填。最后抽出隧道內(nèi)的水，拆除管段的密封墻，完成內(nèi)部裝修。返回沉埋管制作技術(shù)圖5-6是一般沉埋管段段水底隧道的縱縱斷面圖。圖5-7是沉埋管段的橫橫斷面圖，鐵路路隧道多用圓形形斷面，因其頂頂部可用來懸掛掛供電接觸網(wǎng)。。而公路隧道則則多用矩形斷面面，因為公路隧隧道多數(shù)是多車車道的，圓形斷斷面不經(jīng)濟(jì)。圖6-7沉埋管段橫斷面面圖沉管隧道的基礎(chǔ)礎(chǔ)處理主要是墊墊平基槽底部，，其處理方法按按墊平的途徑不不同有很多種，，從基礎(chǔ)處理的的發(fā)展趨勢，主主要有四種：刮刮鋪法、噴砂法法、壓注法和樁樁基法。1.刮鋪法：刮鋪法法在管段沉放前前進(jìn)行，又稱先先鋪法。在管段段沉放前采用專專用的刮鋪船上上的刮板在基槽槽底刮平鋪墊材材料(粗砂或碎石或砂砂礫石)作為管段基礎(chǔ)(圖5-8)。返回1-砂石墊層；2-駁船組；3-車駕；4-桁架及軌道；5-刮板；6-錨塊圖6-8刮鋪法2.噴砂法：噴砂法法和壓注法在管管段沉放后進(jìn)行行，又稱后填法法。噴砂法(圖5-9)是從水面上用砂砂泵將砂、水混混合料通過伸人人管段底下的噴噴管向管段底噴噴注，填滿空隙隙。1-噴砂管；2-回吸管圖5-9噴砂法返回3.壓注法：壓注法法(圖5-10)是在管段沉放后后向管段底面壓壓注水泥砂漿或或砂，作為管段段基礎(chǔ)，根據(jù)壓壓注材料不同分分成壓漿法和壓壓砂法兩種。4.樁基法：樁基法法(圖5-11)主要用于特別軟軟弱地基。1-碎石墊層；2-砂、石封閉欄；；3-壓漿孔；4-壓入砂漿圖5-10壓注法1-基樁；2-碎石；3-水下混凝土；4-砂石墊層圖5-11樁基法第一次運用沉埋埋管段技術(shù)建成成的寧波甬江水水底隧道盾構(gòu)實質(zhì)上就是是軟土隧道掘進(jìn)進(jìn)機(jī)。不過，它它既可能是機(jī)械械開挖，也可能能是人工開挖。。它既是一種施施工機(jī)具，又是是一個強(qiáng)有力的的臨時支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)。在盾殼的保保護(hù)下，既可進(jìn)進(jìn)行開挖，又能能進(jìn)行襯砌；采采用盾構(gòu)施工，，具有不影響地地面交通、沒有有振動、對地面面鄰近建筑物危危害較??；施工工費用不受埋深深的很大影響；；在土質(zhì)差、水水位高的地方建建設(shè)埋深較大的的隧道，盾構(gòu)法法有較高的技術(shù)術(shù)經(jīng)濟(jì)勢。盾構(gòu)由盾殼、推推進(jìn)機(jī)構(gòu)、取土土機(jī)構(gòu)、拼裝或或現(xiàn)澆襯砌機(jī)構(gòu)構(gòu)以及盾尾等部部分組成(圖5-3-1)。第三節(jié)盾構(gòu)構(gòu)法施工返回圖5-3-1盾構(gòu)的組成一、盾構(gòu)的類型型：可以從不同同的方面進(jìn)行分分類。按構(gòu)造類型分為為敞胸和閉胸式式。1.按開挖方式：（１）手掘式盾盾構(gòu)：開挖和出出土可用人工進(jìn)進(jìn)行。（２）半機(jī)械式式盾構(gòu)：大部分分的開挖工作和和出土由機(jī)械進(jìn)行。（３）機(jī)械式盾盾構(gòu)：從開挖到到出土均采用機(jī)機(jī)械。2.按開挖面的支護(hù)護(hù)方式：（１）無固定支支護(hù)式的盾構(gòu)（２）固定機(jī)械械支護(hù)式盾構(gòu)（３）工作面近近旁帶有氣壓室室的盾構(gòu)（４）泥水加壓壓式盾構(gòu)（５）土壓平衡衡式盾構(gòu)二、盾構(gòu)法的施施工過程1.在隧道某段的一一端建造豎井或或基坑，以供盾盾構(gòu)安裝就位，，盾構(gòu)從豎井或或基坑的墻壁開開孔出發(fā)，在地地層中沿著設(shè)計計軸線，向另一一豎井或基坑的的設(shè)計孔洞推進(jìn)進(jìn)。2.盾構(gòu)掘進(jìn)進(jìn)尺相相當(dāng)于裝配式襯襯砌的一環(huán)長度度。3.千斤頂頂在已拼拼裝好的管片上上，使盾構(gòu)前進(jìn)進(jìn)。4.縮回千斤頂。5.用舉重設(shè)備拼裝裝管片襯砌，同同時在開挖面進(jìn)進(jìn)行開挖。圖5-3-2為盾構(gòu)的施工概概貌。轉(zhuǎn)到下張圖5-3-2盾構(gòu)法施工概貌貌圖車站碴土儲艙和料斗龍門吊車泥漿處理設(shè)備豎井皮帶運輸機(jī)盾構(gòu)機(jī)螺旋輸送機(jī)管片運輸車泥漿注入車斗車電瓶車返回三、盾構(gòu)推進(jìn)工工作（一）盾構(gòu)開挖挖方法1.敞開式開挖手手掘式式及半機(jī)械式盾盾構(gòu)均為敞開式式開挖。這種方方式適用于地質(zhì)質(zhì)條件好，開挖挖面在掘進(jìn)中能能維持穩(wěn)定或在在有輔助措施時時能維持穩(wěn)定的的情況。其開挖挖程序一般是從從頂部開始逐層層向下挖掘。若若土質(zhì)較差，還還可以借助支撐撐千斤頂加撐板板對開挖面進(jìn)行行臨時支撐。根根據(jù)其切口長度度，每環(huán)可分幾幾次開挖和推進(jìn)進(jìn)。2.網(wǎng)格式開挖網(wǎng)格式開挖由網(wǎng)網(wǎng)格梁與隔板將將開挖面分成許許多格子。開挖挖面的支撐作用用時由土的粘聚聚力和網(wǎng)格厚度度范圍內(nèi)的阻力力產(chǎn)生的。當(dāng)盾盾構(gòu)推進(jìn)時，克克服這項阻力，，土體就從格子子里呈條狀擠出出來。要根據(jù)土土的性質(zhì)，調(diào)節(jié)節(jié)網(wǎng)格的開挖面面積。采用網(wǎng)格格式開挖時，在在所有千斤頂縮縮回之后，會產(chǎn)產(chǎn)生較大的盾構(gòu)構(gòu)后退現(xiàn)象，導(dǎo)導(dǎo)致地表沉降，，因此施工時要要防止盾構(gòu)后退退。3.擠壓式開挖全擠壓式和局部部擠壓式開挖，，由于不出土或或只部分出土，，對土層有較大大的擾動，在考考慮施工軸線時時，應(yīng)盡量避開開地面建筑物。。局部擠壓施工工時，要嚴(yán)格控控制出土量，以以減少和控制地地表變形。全擠擠壓施工時，盾盾構(gòu)把四周一定定范圍內(nèi)的土體體擠壓密，由于于只有上部有自自由面，所以大大部分土體被擠擠向地表，部分分則擠向盾尾及及盾構(gòu)下部，建建筑空隙自然得得到充填。4.機(jī)械切削開挖使使用用機(jī)械式盾構(gòu)進(jìn)進(jìn)行開挖，它適適用于各類土層層，尤其適用于于極易坍塌的砂砂性土層的長隧隧道，可連續(xù)掘掘進(jìn)挖土。由旋旋轉(zhuǎn)刀盤切削產(chǎn)產(chǎn)生的渣土經(jīng)過過刀盤上的預(yù)留留槽口進(jìn)入土艙艙，提升和流入入漏斗后，在通通過傳送帶運入入出土車。目前前采用的泥水加加壓盾構(gòu)、土壓壓平衡盾構(gòu)是這這種開挖方式的的典型例子。（二）施工工管理1.土壓平衡式盾盾構(gòu)土土壓平衡衡式盾構(gòu)的施施工管理是通通過排土機(jī)構(gòu)構(gòu)的機(jī)械控制制方式進(jìn)行，，這種排土機(jī)機(jī)構(gòu)可以調(diào)整整排土量，使使之與挖土量量保持平衡，，以避免地面面沉降或?qū)Ω礁浇鼧?gòu)筑物造造成影響。2.加泥式或加泥泥漿式盾構(gòu)加加泥或加泥漿漿式盾構(gòu)為了了確保開挖面面的穩(wěn)定，在在盾構(gòu)推進(jìn)時時進(jìn)行排土量量管理和土壓壓管理。排土土量管理以使使掘進(jìn)量和排排土量之間取取得平衡為目目的；土壓管管理以通過土土壓計測出密密封艙內(nèi)的泥泥土壓力來保保持土壓力平平衡為目的。。3.加水式盾構(gòu)加加水式盾構(gòu)施施工法的開挖挖面穩(wěn)定管理理有兩種方式式：一是不間間斷地掌握盾盾構(gòu)掘進(jìn)中的的掘土量和排排土量之間的的關(guān)系，從而而將密封艙內(nèi)內(nèi)的切削土的的積存量保持持在最佳狀態(tài)態(tài)的排土率管管理；二是保保證同地下水水壓力取得平平衡的附加水水壓力管理。。4.泥水加壓平衡衡式盾構(gòu)泥泥水水加壓式盾構(gòu)構(gòu)一面要保持持泥水壓力來來平衡作用于于開挖面的外外部壓力，一一面又要向前前推進(jìn)，所以以要對開挖面面泥水壓力、、密封艙內(nèi)的的土壓力，以以及同掘土量量平衡的出土土量等進(jìn)行必必要的檢測和和管理。（三）盾構(gòu)操操縱與糾偏1.盾構(gòu)的操縱與與偏向盾盾構(gòu)操操縱，主要是是使盾構(gòu)運動動軌跡始終在在設(shè)計軸線容容許偏差值范范圍內(nèi)，達(dá)到到隧道襯砌拼拼裝在理想的的位置上的目目的。盾構(gòu)在地層中中推進(jìn)時，導(dǎo)導(dǎo)致偏向的因因素很多，主主要有：a.地質(zhì)條件的因因素由于地層土質(zhì)質(zhì)不均勻，以以及地層有卵卵石或其它障障礙物，造成成正面及四周周的阻力不一一致。b.機(jī)械設(shè)備的因因素各千斤頂工作作不同步，由由于加工精度度誤差造成伸伸出阻力不一一致，盾構(gòu)外外殼形狀誤差差、設(shè)

備在在盾構(gòu)內(nèi)安置置偏重于某一一側(cè)，千斤頂頂安裝后軸線線不平行。c.施工操作的因因素部部分千斤斤頂使用頻率率過高，導(dǎo)致致襯砌環(huán)縫的的防水材料壓壓密量不一致致，累積后使使推進(jìn)后座面面不正，擠壓壓式盾構(gòu)推進(jìn)進(jìn)時有明顯上上??；盾構(gòu)下下部土體如有有過量流失，，引起盾構(gòu)下下沉。2.盾構(gòu)的糾偏a.千斤頂編組的的調(diào)整通通過調(diào)調(diào)整千斤頂?shù)牡木幗M，使其其千斤頂合力力位置與外力力合力位置組組成一個有利利于糾偏的力力偶，從而調(diào)調(diào)整高程位置置及平面位置置。b.盾構(gòu)縱坡的控控制通通過變坡坡法或穩(wěn)坡法法控制縱坡來來調(diào)整盾構(gòu)高高程，以及盾盾構(gòu)與已成管管片端面間的的間隙。c.開挖面阻力的的調(diào)整當(dāng)當(dāng)利用用千斤頂編組組無法達(dá)到糾糾偏目的時，，可采用調(diào)整整開挖面阻力力，也就是人人為地改變阻阻力的合力位位置，從而得得到一個理想想的糾偏力偶偶，來達(dá)到控控制盾構(gòu)軸線線的目的。