盾構(gòu)法施工是在隧道的一端建造始發(fā)豎井，將盾構(gòu)安裝就位，在地層中沿設(shè)計(jì)軸線向另一端到達(dá)豎井掘進(jìn)。盾構(gòu)掘進(jìn)中受到的地層阻力，通過盾構(gòu)千斤頂傳至盾構(gòu)尾部拼裝好的襯砌管片上，盾構(gòu)機(jī)既能承受圍巖壓力又能在地層中自動(dòng)前進(jìn)。學(xué)習(xí)《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》（GB50446-2008）相關(guān)條文。

在現(xiàn)代城市地下工程建設(shè)中，盾構(gòu)法是修建地鐵軌道交通最好的施工方法之一。盾構(gòu)法適用于第四紀(jì)地層、濕陷性黃土、海相沉積地層等無側(cè)限抗壓強(qiáng)度中等偏低的地層和軟巖地層，隨著機(jī)械設(shè)備和施工工藝的不斷發(fā)展，盾構(gòu)法的適用范圍不斷擴(kuò)展。盾構(gòu)機(jī)施工流程見示意圖。

一、盾構(gòu)機(jī)

（一）盾構(gòu)機(jī)的種類

按盾構(gòu)斷面形狀不同可將盾構(gòu)分為：圓形、拱形、矩形和馬蹄形四種。其中，圓形因其抵抗地層中的土壓力和水壓力較好，襯砌拼裝簡(jiǎn)便，可采用通用構(gòu)件，便于更換，因而應(yīng)用廣泛。按開挖方式不同可將盾構(gòu)分為：手工挖掘式、半機(jī)械挖掘式和機(jī)械式；按盾構(gòu)前部構(gòu)造不同可將盾構(gòu)分為：敞胸式和閉胸式；按排除地下水與穩(wěn)定開挖面的方式不同可將盾構(gòu)分為：人工井點(diǎn)降水、泥水加壓式、土壓平衡式的無氣壓盾構(gòu)，局部氣壓盾構(gòu)，全氣壓盾構(gòu)等。隨著地下工程的發(fā)展，盾構(gòu)機(jī)的種類越來越多，適應(yīng)性越來越廣泛，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)性能及設(shè)計(jì)原理可將盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行如下分類

表盾構(gòu)機(jī)分類

（二）盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)

盾構(gòu)機(jī)主要構(gòu)造主要分為盾構(gòu)殼體、推進(jìn)系統(tǒng)和拼裝系統(tǒng)三大部分。

1、盾構(gòu)殼體

對(duì)于盾構(gòu)的形式，其本體從工作面開始均可分為切口環(huán)、支承環(huán)和盾尾三部分。

（1）切口環(huán)。切口環(huán)是開挖和擋土部分，它位于盾構(gòu)的最前端，施工時(shí)是先切入地層并掩護(hù)開挖作業(yè)，部分盾構(gòu)切口環(huán)前端設(shè)有刃口，以減少切入掘進(jìn)時(shí)對(duì)地層的擾動(dòng)。切口環(huán)保持著工作面的穩(wěn)定，并作為將開挖下來的土體向后運(yùn)輸?shù)耐ǖ?。切口環(huán)的長(zhǎng)度主要取決于盾構(gòu)正面支承、開挖的方式。

（2）支承環(huán)。支承環(huán)是盾構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)，是承受用于盾構(gòu)上全部載荷的骨架。它緊接與切口環(huán)，位于盾構(gòu)中部，通常是一個(gè)剛性很好的圓形結(jié)構(gòu)。地層壓力、所有千斤頂?shù)姆醋饔昧?、切開入土正面阻力和襯砌拼裝時(shí)的施工載荷均由支承環(huán)承受。支承環(huán)外沿布置有千斤頂，中間布置有拼接機(jī)及部分液壓設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備操縱控制臺(tái)。支承環(huán)的長(zhǎng)度應(yīng)不小于固定盾構(gòu)千斤頂所需的長(zhǎng)度。

（3）盾尾。盾尾一般是由盾構(gòu)外殼鋼板延伸構(gòu)成，主要用于掩護(hù)隧道管片襯砌的安裝工作。盾構(gòu)末端設(shè)有密封裝置，以防止水、土及壓注材料從盾尾和襯砌之間進(jìn)入盾構(gòu)內(nèi)。盾尾厚度從整體結(jié)構(gòu)上考慮應(yīng)盡量薄，這樣可以減少地層與襯砌形成的建筑間隙，從而減少壓漿工作量，對(duì)地層的擾動(dòng)范圍小，有利于施工。盾尾的長(zhǎng)度必須根據(jù)管片寬度、形狀和盾尾的道數(shù)確定。

2、推進(jìn)系統(tǒng)

推進(jìn)機(jī)構(gòu)主要由盾構(gòu)千斤頂和液壓設(shè)備組成。盾構(gòu)千斤頂沿支承環(huán)周圍均勻布置，對(duì)于千斤頂?shù)呐_(tái)數(shù)和每個(gè)千斤頂?shù)耐屏Γ鶕?jù)盾構(gòu)外徑、總推力大小、襯砌結(jié)構(gòu)、隧道斷面形狀等條件而定。推進(jìn)系統(tǒng)。

3、拼裝系統(tǒng)

拼裝系統(tǒng)即為襯砌拼裝器，其主要設(shè)備為舉重臂，以液壓為動(dòng)力。一般舉重臂安裝在支承環(huán)后部。舉重臂作旋轉(zhuǎn)、徑向運(yùn)動(dòng)，還能沿隧道中線作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成這些動(dòng)作的精度應(yīng)能保證待裝配的襯砌管片的螺栓與已拼裝好的管片螺栓孔對(duì)好，以便插入螺栓固定。

二、盾構(gòu)法施工流程

盾構(gòu)法施工流程包括盾構(gòu)的始發(fā)和到達(dá)、盾構(gòu)的掘進(jìn)、襯砌、注漿等，盾構(gòu)隧道施工流程如圖所示。

1、盾構(gòu)的始發(fā)和到達(dá)。盾構(gòu)法施工的隧道，在始發(fā)和到達(dá)時(shí)，需要有拼裝和拆卸盾構(gòu)用的豎井。豎井的平面形狀一般為矩形、圓形和其他特殊形狀，主要由豎井深度、擋土支護(hù)等決定。在豎井的端墻上應(yīng)預(yù)留出盾構(gòu)通過的封門。

目前常用的施工方法中，沉箱系列的有壓氣沉箱和開口沉箱法，擋土墻系列的有噴錨法、鋼板樁法、SMW法和地下連續(xù)墻法。根據(jù)土質(zhì)條件豎井施工法有所不同，但深度小于15m的豎井，多采用錨噴法、鋼板樁法和SMW施工法。特別是要求低噪音、低振動(dòng)的場(chǎng)合，不需要拆除時(shí)，采用錨噴施工法較多；深度超過20m的豎井，根據(jù)擋土墻的強(qiáng)度常采用護(hù)壁樁、地下連續(xù)墻或開口沉箱法等施工方法。

2、盾構(gòu)機(jī)拼裝。盾構(gòu)機(jī)拼裝前在拼裝室底部鋪設(shè)混凝土墊層并埋設(shè)鋼軌導(dǎo)向，防止盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)。由于起重設(shè)備和運(yùn)輸條件限制，通常將盾構(gòu)機(jī)拆成切口環(huán)、支承環(huán)和盾尾三部分運(yùn)輸，然后逐一放到墊層上。切口環(huán)和支承環(huán)用螺栓連接成整體，并在螺旋連接面外圈加薄層電焊，盾尾與支承環(huán)之間采用對(duì)接焊連接。拼接好的盾構(gòu)后面設(shè)置由型鋼拼成的反力支架和傳力管片。一般情況下，這種傳力管片均不封閉成環(huán)，故兩側(cè)都要將其支撐住。

3、洞口加固。當(dāng)盾構(gòu)工作井周圍地層條件不理想時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行加固，否則在鑿除封門后，土體和地下水會(huì)涌入井內(nèi)，導(dǎo)致地表沉陷并危及周邊建筑物的安全。常用的加固方法有注漿、旋噴、深層攪拌、井點(diǎn)降水、凍結(jié)等。加固好的土體應(yīng)有一定的自立性、防水性和強(qiáng)度，一般以單軸無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.3～1.0MPa為宜。

4、盾構(gòu)推進(jìn)。根據(jù)地層圍巖條件，通過調(diào)整千斤頂?shù)男谐毯屯屏ΓＷC盾構(gòu)機(jī)沿設(shè)計(jì)方向準(zhǔn)確推進(jìn)，同時(shí)保證開挖工作面的穩(wěn)定。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，必須隨時(shí)掌握盾構(gòu)的位置和方向，在適當(dāng)?shù)奈恢檬┘油屏?，通過曲線、變坡點(diǎn)來修正蛇形行為。由于地層軟弱或管片構(gòu)造等原因，盾構(gòu)前傾，推進(jìn)時(shí)可在盾構(gòu)前方的底部鋪筑混凝土，或用化學(xué)注漿法加固地基，或在盾構(gòu)前面的底部架設(shè)翹曲板。當(dāng)盾構(gòu)的直徑與長(zhǎng)度比較小時(shí)，盾構(gòu)轉(zhuǎn)向困難，故有時(shí)采用阻力板。當(dāng)盾構(gòu)出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)節(jié)平衡板的角度，或在偏轉(zhuǎn)方向的反側(cè)加設(shè)壓鐵，或在盾構(gòu)千斤頂和襯砌間插入墊塊，從而達(dá)到修正偏移的目的。

目前盾構(gòu)機(jī)的主流發(fā)展方向由開挖面開敞型向泥水式和土壓式的開挖面密封型轉(zhuǎn)變。盾構(gòu)掘進(jìn)管理的目的是保持隧道線形和開挖面穩(wěn)定的同時(shí)，盡早進(jìn)行尾隙處理，防止圍巖松弛和下沉。

表土體加固最小尺寸

5、襯砌、注漿注1。盾構(gòu)推進(jìn)后將若干管片組成環(huán)狀，完成一次襯砌施工。二次襯砌在一次襯砌、防水、清掃等作業(yè)后進(jìn)行，可用無筋或有筋混凝土澆筑。在盾構(gòu)推進(jìn)的同時(shí)或滯后立即進(jìn)行注漿，將襯砌背后的空隙全部充實(shí)，防止圍巖松弛下沉，增加結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性，回填注漿是工程成敗的關(guān)鍵因素之一。注漿材料有水泥砂漿、加氣砂漿、速凝砂漿、小礫石混凝土、纖維砂漿、可塑性裝材料等，注漿壓力取1.1～1.2倍的靜止土壓力。

三、盾構(gòu)法施工地表沉降防治

國(guó)內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，盾構(gòu)法施工會(huì)擾動(dòng)地層而引起地表沉降，且不可能完全消除。地表沉降達(dá)到一定程度就會(huì)危及周圍地下管線和建筑物的安全。做好盾構(gòu)掘進(jìn)的施工管理，即對(duì)盾構(gòu)施工參數(shù)優(yōu)化是防治地面沉降的基本措施：

1、保持開挖面的穩(wěn)定性，開挖面的穩(wěn)定性可用穩(wěn)定系數(shù)N來描述。當(dāng)N=1～2時(shí)，地層損失率可控制在1%；當(dāng)N=2～4時(shí)，地層損失率可控制在0.5%～11%；當(dāng)N=4～6時(shí)，地層損失率較大。

2、及時(shí)、有效、足量地充填襯砌背后的間隙，必要時(shí)還可以通過在管片上的注漿孔進(jìn)行二次注漿法加固，充填第一次注漿后留下的空隙。

3、嚴(yán)格控制盾構(gòu)施工中的偏差量。盾構(gòu)施工偏差量大，不但影響地鐵等交通的使用，還會(huì)導(dǎo)致地表沉降量偏大。

注1《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50157-2013規(guī)定：

11.5.4 盾構(gòu)法隧道襯砌的選型，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、功能要求、隧道大小、使用條件等因素確定。從國(guó)內(nèi)和國(guó)際地鐵隧道工程襯砌的應(yīng)用情況看，單層襯砌在耐久性、受力、變形和防水等方面均能夠較好的滿足需求，因此建議一般情況下宜優(yōu)先采用單層襯砌結(jié)構(gòu)?？紤]到地鐵工程的耐久性要求高，抗變形能力不如現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)好，尤其是處于對(duì)混凝士耐久性不利地層環(huán)境(如海水侵蝕環(huán)境等)時(shí)，管片結(jié)構(gòu)易腐蝕且修復(fù)比較困難，可以考慮在管片內(nèi)部澆筑鋼筋混凝土內(nèi)襯。