浅谈四种地铁盾构施工工法

四种地铁盾构施工工法

工法之一：土压平衡盾构施工工法

1、特点

1.1盾构施工为多工序程序化作业，其自动化程度高，施工速度快、质量好、安全性高。

12盾构掘进不需降水辅助施工，且管片属工厂预制，有利于环境保护和减少施工对城市正常生活秩序的干扰。

1.3通过建立并保持密封仓内土压与开挖面水土压力的动态平衡，减少了施工对土层的扰动，工作面稳定，能有效地控制地表隆陷。

1.4与泥水盾构工法相比，其所需场地面积小，施工成本低。

2工艺原理

土压平衡式盾构机的工作原理是随着盾构机的推进，刀盘切削下来的土体进入密封仓，利用该部分土体使仓内维持适当压力，使之与开挖面水土压力相平衡。同时，通过螺旋输送机及其排土阀门等排土机构的控制，实现排土量与盾构推进量的匹配，形成盾构推进的同时保持开挖面稳定的动态平衡。

3、应用实例

北京地铁四号线角门北路站～北京南站区间工程，作为北京地铁四号线工程一部分。整个工程自南四环马家楼，向北沿终至龙背村，线路全长28.14km，共设24座车站。其中角门北路站～北京南站区间盾构法施工隧道长：2392.922m（见图3所示），其中左线长：1161.488m，右线长：1231.434m。

区间管片外径6000mm，内径5400mm，宽1200mm，每环6块。隧道埋深约10～17m，线路最小水平曲线半径350m，最大水平曲线半径600m，线间距12～21.49m；最小竖曲线半径3000m，最大竖曲线半径5000m；区间线路纵坡成“V”字形，角门北路站位于纵坡最大坡度2‰上坡段，出站后区间线路以15‰的坡率下坡，至最低点后左右线分别以6.863‰和6.906‰的坡率上坡，北京南站位于纵坡2‰上坡段。

工法之二：小半径曲线段盾构始发施工工法

1、特点

1.1纠偏能力强，轴线控制好。

1.2能利用CAD软件进行纠偏曲线拟合，清晰直观，预控性强。

1.3能最大限度利用了始发空间和盾构机本身的纠偏能力。

1.4始发阶段超挖范围少，节省成本，有利于地表沉降控制。

2、工艺原理

盾构机在始发机座上不能开铰接和采用分区油压差来进行曲线纠偏，只能直线推进，因而小半径曲线段盾构机始发主要是通过对盾构机始发轴线向曲线内侧的旋转和偏移，在始发段盾构机长度范围内直线推进，过该直线段后用比设计转弯半径小的实际推进曲线来拟合设计曲线，充分利用盾构机自身的纠偏设计如超挖刀、铰接、分区油压差等，再加上合理的管片选型来保证实际推进曲线与设计曲线偏差在规范允许的范围内。

3、应用实例

北京地铁四号线工程角门北路站-北京南站盾构区间右线于2005年9月10日开工。设计里程：右K2+446.318-右K3+778.224，全长1382.858m，其中盾构法区间长度为1231.434m，在K3+635.000处设盾构始发竖井。盾构法区间隧道设计断面形式为圆形，外径为6.0米，内径5.4米。本区间隧道轨顶设计标高为17.75m-25.00m，隧道结构顶标高为22.75m-30.0m，隧道结构底标高为16.75m-24.00m，隧道埋深约为16.0-23.5m，覆土厚度约为10.0m-17.5m，盾构机在设计线路为半径350m的圆曲线上始发。如下图所示。

工法之三：地面工作井盾构刀盘修复及换刀工法

1、特点

1.1施工中基本不使用土体加固等辅助施工措施，节省进舱技术措施费，并对环境无污染。

1.2有利于施工过程中通风换气，便于刀盘修复及刀具更换的焊接作业。

1.3刀盘修复和刀具更换时，作业人员处于工作井内，安全可靠性好。

14工作井占地面积小，对周边环境影响小。

1.5换刀作业期间，只需少量排出盾构土仓内的渣土，有利于保持盾构前方掌子面的稳定。

1.6工作井采用简易可靠的圆形结构，施工速度快，成本低。

2、工艺原理

地面工作井法刀盘修复及刀具更换的工作原理，就是从地面在盾构刀盘正上方施工工作井，工作井一般为净空1.5米的圆形结构；作业人员通过工作井到达盾构刀盘，对刀盘及刀具的磨损情况进行检查，制定针对性强的修复方案，在工作井内对刀盘进行修复和对刀具进行更换。由于工作井远小于盾构的刀盘，采取小角度转动刀盘的方法，实现对全部刀盘和刀具的检查、修复和更换。刀盘和刀具修复和更换完成后，回填工作井，恢复盾构掘进作业。

3、应用实例

本次盾构刀具修复及更换施工位于北京地铁四号线角门北路站～北京南站区间万芳亭公园内，左线工作井位置位于区间历程K2+946.77，隧道埋深16.941m；右线工作井位置位于区间历程K3+045.152，隧道埋深16.572m。根据现场勘探、原位测试及室内土工试验成果，换刀位置地层为全断面砂卵石地层，隧道下方处于层间潜水层，在成孔深度内无地下水影响，为此不考虑地下水对工作井施工影响。工作井开挖直径为1500mm，深度18m，工作井护壁厚度采用150mm，工作井护壁用C25混凝土浇注。

工法之四：盾构始发与到达掘进端头高压旋喷桩加固土体施工工法

1、特点

1.1盾构始发与到达掘进端头土体高压旋喷桩加固与一般地基加固、建筑物纠偏等高压旋喷注浆施工不同，盾构端头土体高压旋喷桩加固主要是对端头一定范围内的土体进行改良，使土体的抗剪、抗压强度适当提高，透水性减弱，能保持短时间的自稳。

1.2经高压旋喷桩加固后的土体单轴无侧限抗压强度以0.3～1.0MPa为宜，太高则盾构机刀盘切土困难，易引起机器故障。

1.3高压旋喷桩施工设备简单、轻便

，结构紧凑、机动性强、占地少，适合地铁工程施工场地狭小的特点。

1.4盾构始发与到达掘进端头高压旋喷桩所形成的土体与其它加固方法如注浆法、冻结法等工法所形成的加固土体相比，质量均匀、加固体形状可控，有利于始发与到达时盾构机各项参数的稳定控制；

2、工艺原理

盾构机始发与到达端头土体高压旋喷桩加固是在地表利用工程钻机钻孔至要求深度后，用高压旋喷台车把安有水平喷嘴的注浆管下到设计标高，利用高压设备使喷嘴以一定的压力（一般大于20MPa）把浆液喷射出去，高压射流冲击切割土体，使一定范围内的土体结构破坏，浆液与土体搅拌混合固化，随着注浆管的旋转和提升而形成圆柱形桩体，凝固后便在土体中形成圆柱形状、有一定强度、相邻桩体相互咬合成一体的固结体，该固结体有一定的抗剪与抗压强度，能保持一定的自稳性。

3、应用实例

北京地铁四号线工程角门北路站－北京南站区间、北京南站－陶然亭站区间位于北京市丰台区与宣武区交界处从万芳亭公园至陶然亭公园段，于2006年1月1日开工。两区间段采用盾构法及暗挖法施工，其中盾构区间总长4319m，暗挖区间总长1217m。角门北路站～北京南站盾构区间段采用盾构井始发，车站接收；北京南站～陶然亭站盾构区间段采用盾构井始发，盾构接收井接收。两区间段共施工始发及接收竖井6个，端头土体高压旋喷桩加固6个小分段。