盾構(gòu)施工技術(shù)淺談

吳珍 許贛珍 汪黃翔

摘 要：從盾構(gòu)機(jī)基本原理及優(yōu)缺點(diǎn)入手，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)基本構(gòu)造和分類，對(duì)盾構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行了概述，并對(duì)其發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工技術(shù)；基本原理；優(yōu)缺點(diǎn)；分類及構(gòu)造

0引言

從1818年法國(guó)工程師M.I.布律內(nèi)爾由觀察蛀蟲在木板中分泌粘液鉆洞的現(xiàn)象中得到啟發(fā)而發(fā)明敞開式手動(dòng)掘進(jìn)技術(shù)。經(jīng)過大約200年的發(fā)展，在科學(xué)技術(shù)人員的努力下，盾構(gòu)施工技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入了新的活力。隨著全球經(jīng)濟(jì)建設(shè)前所未有的飛速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市密度不斷提高，高層建筑物不斷增加，地上空間利用的制約使人類將目光著眼于地下空間的利用?？梢灶A(yù)見未來在基礎(chǔ)設(shè)施密集的大型城市，人文自然景觀和居住辦公用建筑將留在地上，而儲(chǔ)存庫(kù)、安全區(qū)、發(fā)電廠和城市軌道交通等建筑都將出現(xiàn)在地下空間。盾構(gòu)施工技術(shù)憑借其安全性高、效率高、機(jī)械智能化程度高、對(duì)環(huán)境影響小和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在地下空間施工中將得到越來越廣泛的運(yùn)用。

1盾構(gòu)施工技術(shù)基本原理及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1基本原理

盾構(gòu)施工技術(shù)是暗挖法施工中的一種全機(jī)械化施工方法。其基本原理是運(yùn)用鋼質(zhì)組件在隧道設(shè)計(jì)軸線上利用刀盤在開挖面切削土體向前推進(jìn)，通過鋼質(zhì)組件外殼和管片支承四周圍巖防止發(fā)生隧道內(nèi)的坍塌和滲水。同時(shí)，將土渣通過機(jī)械設(shè)備運(yùn)出出洞外，拼裝預(yù)制混凝土管片，同時(shí)進(jìn)行注漿填補(bǔ)管片與周圍土體的間隙，形成隧道結(jié)構(gòu)的一種機(jī)械化施工方法。在盾構(gòu)施工技術(shù)領(lǐng)域，英美日德處于國(guó)際先進(jìn)水平。我國(guó)盾構(gòu)施工技術(shù)起步晚，發(fā)展快，具有極大的發(fā)展前景。

1.2盾構(gòu)施工技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）盾構(gòu)施工技術(shù)抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境造成影響小。

（2）智能化機(jī)械化程度高，可大幅度降低人工成本。

（3）安全可靠，施工速度快。

（4）設(shè)備昂貴，工藝較復(fù)雜，科技含量高，需要施工人員較高的基本素質(zhì)。

2盾構(gòu)的基本構(gòu)造及分類

2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造

盾構(gòu)主體結(jié)構(gòu)主要由盾構(gòu)主體、開挖裝置、推進(jìn)系統(tǒng)、管片組裝系統(tǒng)、液壓電氣控制系統(tǒng)和附屬設(shè)備等構(gòu)成。

1.盾構(gòu)主體

盾構(gòu)主體是由對(duì)內(nèi)部設(shè)施起保護(hù)作用抵抗外部荷載的盾殼部分及一些輔助設(shè)備構(gòu)成。盾構(gòu)主體一般分為前盾、中盾、盾尾三個(gè)部分，運(yùn)用鉸接裝置連接。不同類型的盾構(gòu)主體所運(yùn)用的鉸接裝置存在一定差異，主要分為主動(dòng)鉸接裝置和被動(dòng)鉸接裝置兩種。主動(dòng)鉸接裝置可使盾構(gòu)主體彎曲任意角度且推力較大，造價(jià)也更高。被動(dòng)鉸接裝置使盾構(gòu)主體彎曲的角度較小，推力較小，但造價(jià)較低。具體使用那種鉸接裝置應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況確定。

2.開挖裝置

開挖裝置選型時(shí)，應(yīng)綜合考慮盾構(gòu)形式、刀盤形式、刀盤支撐方式、刀盤開口、刀盤裝備扭矩、刀頭、裝備推力以及它們的組合方式等因素。如圖1所示。

圖1 盾構(gòu)機(jī)的刀盤布置

3.推進(jìn)系統(tǒng)

推進(jìn)系統(tǒng)是盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵部分，一般指可以使盾構(gòu)機(jī)在土體中向前掘進(jìn)的系統(tǒng)，主要由配備在盾構(gòu)主體內(nèi)測(cè)的液壓千斤頂群組成。盾構(gòu)機(jī)所需要的總推力必須根據(jù)在掘進(jìn)過程中各種阻力的綜合再加上一定的安全量所決定。如圖2所示。

圖2 盾構(gòu)機(jī)液壓千斤頂

4.管片組裝系統(tǒng)

管片組裝系統(tǒng)一般設(shè)置在中盾或前盾部位，主要由管片拼裝機(jī)械組成。常見的管片拼裝機(jī)械有環(huán)式、中空軸式和齒輪式。管片組裝系統(tǒng)的選擇需要依據(jù)盾構(gòu)型式和規(guī)模、管片的尺寸、工作循環(huán)的方法因素決定。如圖3所示。

圖3 盾構(gòu)機(jī)管片拼裝機(jī)

5.液壓電氣控制系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)由盾構(gòu)機(jī)千斤頂群、刀盤系統(tǒng)、組裝機(jī)系統(tǒng)等分別構(gòu)成，可以分別配備，也可以一同使用。可靠耐用和與盾構(gòu)機(jī)相匹配是選擇液壓設(shè)備的原則。

電氣系統(tǒng)需要注意的事項(xiàng)是受外界環(huán)境因素影響小，在選定時(shí)盡可能結(jié)構(gòu)緊湊，這樣便于后期掘進(jìn)施工時(shí)系統(tǒng)的維修與保養(yǎng)。

控制系統(tǒng)是連接控制盾構(gòu)機(jī)各個(gè)部分，使其能夠正常工作的系統(tǒng)。核心在于對(duì)異常狀態(tài)的分析與顯示，為工程技術(shù)人員提供維修的方向，確保安全可靠的工作。如圖4所示。

圖4 盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)

6.附屬設(shè)備臺(tái)車

附屬設(shè)備主要包括，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制裝置、測(cè)量裝置、壁厚注漿系統(tǒng)、潤(rùn)滑設(shè)備和后方臺(tái)車，對(duì)盾構(gòu)設(shè)備起重要作用。如圖5所示。

圖5 盾構(gòu)機(jī)后方臺(tái)車

2.2盾構(gòu)設(shè)備的分類

盾構(gòu)設(shè)備按照開挖面同工作倉(cāng)之間的密封狀態(tài)，主要可分為敞開式盾構(gòu)、半敞開式盾構(gòu)、密閉式盾構(gòu)。主要介紹當(dāng)代實(shí)際工程鄰域常用的土壓平衡式盾構(gòu)和泥水平衡式盾構(gòu)。

（1）土壓平衡式盾構(gòu)

土壓平衡式盾構(gòu)利用儲(chǔ)存在土艙內(nèi)的土體來穩(wěn)定開挖面的土體水壓力，適應(yīng)在軟弱的沖擊土層中推進(jìn)，特別適用于黏性土或有一定黏性的粉砂土。當(dāng)在礫石層或砂土層中推進(jìn)時(shí)，可通過加進(jìn)適當(dāng)?shù)哪嗤粱蚋牧疾牧蟻韺?shí)現(xiàn)安全高效掘進(jìn)。

（2）泥水平衡式盾構(gòu)

泥水平衡盾構(gòu)是通過向密封艙中注入適當(dāng)壓力的泥漿使其在開挖面形成泥膜，用以平衡掘進(jìn)面前的土壓力，并由刀盤切削土體表層泥膜，使其進(jìn)入密封艙與泥水混合后，由泥漿泵及管道輸送到地面處理。

一般認(rèn)為土壓平衡式盾構(gòu)適用于各種地質(zhì)條件，但在含水砂層和礫石砂層，尤其在高水壓條件下，土壓平衡式盾構(gòu)在開挖面穩(wěn)定性、控制地面沉降等方面難達(dá)到理想效果，泥水平衡式盾構(gòu)在這方面更具優(yōu)勢(shì)。

3結(jié)語

盾構(gòu)施工技術(shù)隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，必將更大規(guī)模的投入生產(chǎn)實(shí)踐工程中。只要我們加大投入，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的完全自主化，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流，必將使盾構(gòu)施工技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越式的大發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：吳珍（1969年4月），女，漢族，江西省，大專，工程師，江西天巖建設(shè)工程有限公司。