盾構(gòu)隧道排水通風(fēng)論文
采用盾構(gòu)為施工機具，在地層中修建隧道和大型管道的一種暗挖式施工方法。施工時在盾構(gòu)前端切口環(huán)的掩護下開挖土體，在盾尾的掩護下拼裝襯砌（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)推進到挖去土體空間內(nèi)，在盾構(gòu)推進距離達到一環(huán)襯砌寬度后，縮回盾構(gòu)千斤頂活塞桿，然后進行襯砌拼裝，再將開挖面挖至新的進程。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。最早進行研究的是法國工程師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年開始研究盾構(gòu)法施工，并于1825年在英國倫敦泰晤士河下，用一個矩形盾構(gòu)建造世界上第一條水底隧道（寬11.4米、高6.8米）。在修建過程中遇到很大的困難，兩次被河水淹沒，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，用一個直徑2.2米的圓形盾構(gòu)建造隧道。1847年在英國倫敦地下鐵道城南線施工中，英國人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填補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)，促進了盾構(gòu)法施工的發(fā)展。20世紀30～40年代，僅美國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、日和西歐各國開始發(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。
中國于第一個五年計劃期間，首先在遼寧阜新煤礦，用直徑 2.6米的手掘式盾構(gòu)進行了疏水巷道的施工。中國自行設(shè)計、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，采用水力機械開挖掘進。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：
①在盾構(gòu)的掩護下進行開挖和襯砌作業(yè)，有足夠的施工安全性；
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盾構(gòu)法施工準備工作
采用盾構(gòu)法施工時，首先要在隧道的始端和終端開挖基坑或建造豎井，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，以滿足鉚、焊等操作的要求。當(dāng)采用整體吊裝的小盾構(gòu)時，則井寬可酌量減小。井的長度，除了滿足盾構(gòu)內(nèi)安裝設(shè)備的要求外，還要考慮盾構(gòu)推進出洞時，拆除洞門封板和在盾構(gòu)后面設(shè)置后座，以及垂直運輸所需的空間。中、小型盾構(gòu)的拼裝井長度，還要照顧設(shè)備車架轉(zhuǎn)換的方便。盾構(gòu)在拼裝井內(nèi)拼裝就緒，經(jīng)運轉(zhuǎn)調(diào)試后，就可拆除出洞口封板，盾構(gòu)推出工作井后即開始隧道掘進施工。盾構(gòu)拆卸井設(shè)有盾構(gòu)進口，井的大小要便于盾構(gòu)的起吊和拆卸。
盾構(gòu)法施工工序
主要有土層開挖、盾構(gòu)推進操縱與糾偏、襯砌拼裝、襯砌背后壓注等。這些工序均應(yīng)及時而迅速地進行，決不能長時間停頓，以免增加地層的擾動和對地面、地下構(gòu)筑物的影響。
土層開挖
在盾構(gòu)開挖土層的過程中，為了安全并減少對地層的擾動，一般先將盾構(gòu)前面的切口貫入土體，然后在切口內(nèi)進行土層開挖，開挖方式有：
①敞開式開挖。適用于地質(zhì)條件較好、掘進時能保持開挖面穩(wěn)定的地層。由頂部開始逐層向下開挖，可按每環(huán)襯砌的寬度分數(shù)次完成。
�、跈C械切削式開挖。用裝有全斷面切削大刀盤的機械化盾構(gòu)開挖土層。大刀盤可分為刀架間無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)進行開挖。
�、蹟D壓式開挖。使用擠壓式盾構(gòu)的開挖方式，又有全擠壓和局部擠壓之分。前者由于掘進時不出土或部分出土，對地層有較大的擾動，使地表隆起變形，因此隧道位置應(yīng)盡量避開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，要根據(jù)地表變形情況，嚴格控制出土量，務(wù)使地層的擾動和地表的變形減少到最低限度。
�、芫W(wǎng)格式開挖。使用網(wǎng)格式盾構(gòu)開挖時，要掌握網(wǎng)格的開孔面積。格子過大會喪失支撐作用，過小會產(chǎn)生對地層的擠壓擾動等不利影響。在飽和含水的軟塑土層中，這種掘進方式具有出土效率高、勞動強度低、安全性好等優(yōu)點。
推進操縱與糾偏
推進過程中，主要采取編組調(diào)整千斤頂?shù)耐屏�、調(diào)整開挖面壓力以及控制盾構(gòu)推進的縱坡等方法，來操縱盾構(gòu)位置和頂進方向。一般按照測量結(jié)果提供的偏離設(shè)計軸線的高程和平面位置值，確定下一次推進時須有若干千斤頂開動及推力的大小，用以糾正方向。此外，調(diào)整的方法也隨盾構(gòu)開挖方式有所不同：如敞開式盾構(gòu)，可用超挖或欠挖來調(diào)整；機械切削開挖，可用超挖刀進行局部超挖來糾正；擠壓式開挖，可用改變進土孔位置和開孔率來調(diào)整。
襯砌拼裝
常用液壓傳動的拼裝機進行襯砌（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縫拼裝。通縫拼裝是使管片的縱縫環(huán)環(huán)對齊，拼裝較為方便，容易定位，襯砌圓環(huán)的施工應(yīng)力較小，但其缺點是環(huán)面不平整的誤差容易積累。錯縫拼裝是使相鄰襯砌圓環(huán)的縱縫錯開管片長度的1/2～1/3.錯縫拼裝的襯砌整體性好，但當(dāng)環(huán)面不平整時，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，減少開挖面土體的走動。而先環(huán)后縱的拼裝順序，在拼裝時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壓注充填。壓注后還可改善襯砌受力狀態(tài)，并增進襯砌的防水效果。壓注的方法有二次壓注和一次壓注。二次壓注是在盾構(gòu)推進一環(huán)后，立即用風(fēng)動壓注機通過襯砌上的預(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)推進數(shù)環(huán)后，再用壓漿泵將水泥類漿體壓入砂間空隙，使之凝固。因壓注豆粒砂不易密實，壓漿也難充滿砂間空隙，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，當(dāng)盾尾和襯砌之間出現(xiàn)空隙時，立即通過預(yù)留孔壓注水泥類砂漿，并保持一定的壓力，使之充滿空隙。壓漿時要對稱進行，并盡量避免單點超壓注漿，以減少對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。
盾構(gòu)法施工時，還須配合進行垂直運輸和水平運輸，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)量和施工進度，同時還須準備安全設(shè)施與相應(yīng)的設(shè)備。
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