建筑结构论文

盾构隧道适应性分析作者:尤海娇地址：安徽建筑工业学院邮编：230601 学号:07201030236 摘要：盾构隧道施工法是广泛注目的新技术。

但是这一技术的使用尚须准确把握其适用范围和使用特点。

因此，本文结台我国盾构隧道施工技术的应用前景，介绍盾构新技术并探讨我国盾构技术的发展方向。

关键词：盾构隧道技术适应性应用前景Adaptability of shield tunnelYouHaijiao（Anhui University of Architecture 230601 107201030236）Abstract :Shield tunneling method is widely watched in the new technology. However, the use of this technology yet to accurately grasp the characteristics of its application and use. Therefore, this statement sets our shield tunnel construction technology prospects, introduce new technology and explore Shield Shield technology development in China.Keywords: Shield Tunnel Technology Adaptability Prospects盾构隧道施工技术在我国已进人广泛使用阶段。

未来十年，在施工技术上将会有突飞猛进的发展相对于我国的使用情况，一些国家已经开发了大量的新型盾构技术。

在日本，虽然其使用历史不如欧洲悠久，但近些年为满足其独特的地质条件和土地使用要求，在新型盾构技术发展方面作了大量的工作，其中一些技术代表了盾构技术的发展方向。

作为发展中的国家，为了避免引进新技术的盲目性，必须考虑什么样的新技术更加适合于我国的国情，更加符合于我国建设工程的需要。

因此，总结国外盾构新技术及背景、探讨我国盾构技术的发展方向和应用前景是非常重要的。

在地铁等隧道建设过程中，为了减少对地面交通的干扰、保护现有的建筑、构筑物及地下管线等的正常使用，保证隧道工程的安全和质量，利用盾构法修建隧道成为一种最佳选择。

如图1图1 盾构机图示1.盾构新技术盾构隧道施工技术最早是以穿越江河为目的而开发的，此后，在城市地下工程中得到了广泛的使用从80年代开始，由于人13的增加和城市设施的高度密集化，城市对盾构隧道施工技术的要求越来越高。

为了满足在城市繁华地区及一些特殊工程的施工，大量的新型盾构施工技术应运而生。

这些新型技术不但解决了一些常规技术难以解决的施工工程问题，而且使得盾构技术的效率，精度和安全性都大大提高。

这些新技术主要反应在以下三个方面：①施工断面的多元化，从常规的圆形向2圆形、3圆形、方形、矩形及复合断面发展。

②施工新技术，包括出洞技术、地中接合、长距离施工、急转弯、扩径盾构、球体盾构等。

③隧道村砌新技术，包括压注混凝土衬砌、管片自动化组装、管片接头等技术。

其中最主要的技术发展见图21．1 盾构断面的多元化传统的盾构多以圆形断面为主。

这是由于圆形断面具有结构受力均匀、施工方便等优点。

但是由于隧道功能要求上的多样化和施工用地方面的问题使圆形以外的隧道得到了发展。

从隧道功能上讲，使用双圆形或眼镜形隧道一次修建双线地铁隧道，具有一次施工互不干扰的特点。

而在城市繁华地带无法使用明挖等施工方法时，采用三圆形盾构修建地铁车站具有一定的技术、经济效果。

从土地使用上讲，由于国外的土地所有权包括地下的部分，(在日本，地下50 m范围内的土地使用权属于地面所有者) 所以，为了避免交涉土地使用权而付出大量的费用，公用设施一般在国有公路的下部设置。

这样，当公路狭窄而需要隧道断面较大突出到公路以外时，不得不使用圆形以外的断面，象椭圆形、矩形、方形盾构等。

虽然这些断面的结构受力上不如圆形，但是空间利用上往往优于圆形，这也是最近被应用的主要理由之一。

由于各种使用用途、施工条件的要求，各种断面已发展成为一个大家庭(图3)。

复杂断面盾构的设计、施工一般复杂于单圆断面从设计上讲，管片的分块、受力状况比较复杂。

而施工上的难度也远远高于单圆形盾构，除必须采用特殊的盾构机械以外，线路管理，尤其是曲线施工时的线路管理需要很高的施工技术。

由于形状复杂，防水设计及施工都要难于单圆形。

另外，管片的制作和组装要考虑其断面形状，分割数、组装顺序、组装精度进行周密计划。

图2盾构新技术的发展图3 复杂断面盾构的种类1．2 施工新技术(1)出洞技术(出发)：出洞技术的改进主要集中于对竖井地下连续墙进行改进。

由于使用一般的地下连续墙，在出发时需要将墙体开口，并对墙体后部采取加固、降水等措施。

为了能够省去这些辅助施工而直接推进，开发了可开挖混凝土墙体，一般称为NOMST出洞技术。

NOMST出洞技术是在连续墙的盾构通过部位，代替钢筋而使用盾构机可以直接切削的NOMST 构件，达到可以直接推进的目的切削部的混凝土是由使用炭素纤维等高强度加固材料的NOMST构件和石灰石粗骨料进行施工(2)长距离施工：一般认为盾构施工法在施工长度大于5OO m 以后才能发挥较为显著的优势由于盾构机造价昂贵，加上盾构竖井建造的费用和用地问题，长距离施工一直是一个重要的问题。

影响盾构长距离施工的因素主要是刀头、面板、轴承等部件的磨损问题。

为了提高盾构隧道的施工距离，主要有两种方法，一是设法提高机械的抗磨损能力；另一则是进行地下接合(合龙)的技术。

通过向面板外周部位堆焊耐磨钢、高硬度钢材；采用先行刀头、轮刀、高低错位刀头以及研究刀头更换技术，单个盾构的施工距离越来越长。

据作者掌握的资料，在日本已有直径9.5m左右的隧道，一次施工4.44km的记录，而且这一记录正在不断的更新。

地中接合则是两台盾构机从不同的两个竖井出发，在中间的某一部位进行合龙的方法，在长距离施工以及海底施工时经常采用。

其中接合方法分为图4所示的4种，从地面或盾构机内对接合部位先进行加固然后完成对接的(a)、(b)法和直接在盾构机上设置可以滑动推出的接合环进行机械式接合的(c)法。

尤其是对机械接合法的研究最近很为活跃。

(a)从地面实施地基加固(b)盾构内冻结施I法(c)机槭接合 (d)不同断面的机槭接旨图4 地下接合施工方法(4)扩径盾构施工法:扩径盾构施工法是对原有盾构隧道上的部分区间进行直径扩展，以满足修建地铁车站和安装其他设备之需要。

扩径盾构的施工过程见图5。

施工时，先依次撤除原有部分衬砌和挖去部分围岩，修建能够设置扩径盾构机的空间作为其出发基地。

随着衬砌的撤除，原有隧道的结构，作用荷载和应力将发生变化，所以必须在原有隧道开孔部及附近采取加固措施。

扩径盾构在撤除村砌后的空问里组装完成后便可进行掘进，为使推力均匀作用于机体尾部的围岩，需要设置合适的反力支承装置。

当尾部围岩抗力不足时，需要采用增加围岩强度的措施，也可设置将推力转移到原有管片上的装置。

图5 扩径盾构法的施工工艺(5)球体盾构施工法：此施工法又称直角方向连续掘进施工法。

主要是在难以保证盾构竖井的用地或需要进行直角转弯时进行使用。

球体盾构的施工方法分为纵一横和横一横施工两种。

盾构机的刀盘部分设计为球体，可以进行转向。

纵一横方向连续掘进施工是从地面开始连续沿直角方向向下开挖到达预定位置后，进行转向，然后实施横向隧道施工的方法(图6)。

采用这种方法可以省略修建盾构竖井。

横一横方向连续掘进则是先沿一个方向完成施工后，水平旋转球体进行另一个横向隧道的施工，可以满足盾构9o度转弯的要求。

球体盾构的关键是防水的问题，可旋转的球体与周围的密封必须保证在施工和旋转时不发生渗谵问题。

图6 球体盾构纵一横连续施工工艺1．3 隧道衬砌新技术盾构隧道衬砌技术的发展主要是围绕几个目的，就是管片组装的自动化、高速化；管片制造费用的降低；特殊荷载的承受等目的。

村砌施工高速化的代表方法就是压注混凝土施工法。

这一方法主要是在盾构尾部直接浇筑混凝土，通过盾构加压千斤顶对混凝土加压来修筑村砌，无需使用村砌管片的施工方法。

压注混凝土衬砌的结构可根据围岩条件分为钢筋混凝土结构和素混凝土结构两类。

钢筋混凝}结构的施工方法是在盾构尾部绑扎钢筋，在盾构推进的同时压注混凝土，使填充盾尾空隙与混凝土加压同时进行而形成衬砌，而素混凝土衬砌的结构的施工方法则无需绑扎钢筋这一施工方法的特点是省去管片的制造和组装并可对混凝土进行加压形成紧贴围岩的衬砌。

衬砌自动化施工要是对传统的螺栓进行改进，采用嵌入式、楔式、销式嵌合式接头，可免去人工紧固螺栓而实现自动化机械施．在人工费很高的发达国家较为广泛地得到使用最近，尤其是对于环向接头，采用销式进行插入的施工实例有所增加。

图6 衬砌技术图7 销式进行插入的施工工艺管片制造费用的降低，主要表现在两个方面，一是管片自身的制造费用的降低，另一则是螺栓费用的降低。

在日本，由于螺栓的费用一般占到管片费用的30—40％，所以降低螺栓费用的研究开发相对较多。

其中，用PC钢棒代替螺栓的作法、管片设计为凹凸互相嵌合的作法以及省略螺栓盒内预埋件的作法等等。

其他还有减少原材料费、模板费、搬运费等各种各样的方法。

但是，不管那一种新型管片都必须保证管片的安全性。

2 我国盾构技术的适应性及发展方向如上所述，在国外，盾构隧道施工技术已经发展、细化为大量、复杂的施工技术。

而这种新技术的开发、产生有其必然的市场需求。

在考虑引进、吸收这些新型技术时必须根据我国的国情，进行仔细的论证。

就目前我国盾构技术使用的情况而言，一些题的解决、新技术的开发将成为当务之急。

(1)盾构机的反复使用问题：盾构机是根据施工隧道的特点和围岩情况进行设计、制造盾构机必须根据施工隧道的断面大小、埋深条件、地基围岩的基本条件进行设计、制造，是适合于某一区问的专用设备但是，由于盾构机本身是一个非常昂贵的设备，以我国的工程造价水准，还不具备各项工程完全折旧的能力。

事实上，我国的许多盾构机都是通过改造后进行反复使用。

因此，在购置设备时，一定要考虑到机械的反复使用问题，尽可能设计多功能、多用途的机械以充分发挥其作用。

另外，也要开发比较系统的盾构改造、维修技术以满足市场的要求。

(2)长距离施工：我国正在酝酿一些长距离隧道的施工工程，而在一些地铁施工、排污隧道施工中也经常遇到长距离施工的问题。

这一问题的解决，除依靠提高盾构机的耐磨性能以外，研究刀头等易磨损部件的更换技术也是比较实用的方法。

当然，地下接台技术也是一个非常有效的技术，但必须考虑到使用时地下接合对盾构机的要求和对施工管理精度的要求。