城市隧道盾构法施工技术

盾构法施工是城市隧道工程中一种重要的暗挖施工方法，一般分为始发、正常掘进和接收三个阶段。盾构机从始发工作井进入地层，沿设计轴线推进，依靠管片拼装形成隧道结构，广泛应用于城市轨道交通、地下管廊等工程建设。

一.盾构法施工步序

1.1 施工工艺流程

（1）在盾构法隧道的始发端和接收端各建一个工作井。

（2）盾构机在始发端工作井内安装就位。

（3）依靠盾构机千斤顶推力（作用在已拼装好的衬砌环和反力架上）将盾构机从始发工作井的墙壁预留洞门推出。

（4）盾构机在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片。

（5）及时向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置。

（6）盾构机进入接收工作井并被拆除，完成掘进工作。如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。

二.管片类型及技术要求

盾构法隧道采用的管片是工厂预制构件，在盾构盾尾拼装成衬砌环形成隧道结构。目前通常采用的管片类型有两种：

2.1 标准环+左右转弯环组合

直线地段除施工纠偏外，采用标准衬砌环；曲线地段可通过标准衬砌环与左、右转弯衬砌环组合使用以模拟曲线。该方法施工方便，操作简单，国内通常采用这种方式，有丰富的设计及施工经验。

2.2 通用型管片

通用管片为只采用一种类型的楔形管片衬砌环，盾构掘进时按照盾构机内环向千斤顶传感器的信息及线路线形设计的要求，根据曲线拟合确定下一环衬砌绕管片中心线转动的角度，以达到设计线路和纠偏的目的。

三.盾构始发施工技术要点

3.1 始发施工基本概念

盾构始发是指利用反力架和负环管片，将始发基座上的盾构，由始发工作井推入地层，开始沿设计线路掘进的一系列作业。盾构始发是盾构施工的关键环节之一。

3.2 始发施工主要内容

始发前工作井端头的地层加固、安装盾构始发基座、盾构组装及试运转、安装反力架、凿除洞门临时墙和围护结构（或盾构直接磨除）、安装洞门密封、盾构姿态复核、拼装负环管片、盾构贯入作业面建立土压（针对土压平衡盾构施工）和试掘进等。

四.盾构接收施工技术要点

4.1 接收施工流程

盾构接收一般按下列程序进行：洞门凿除→接收基座的安装与固定→洞门密封安装→到达段掘进→盾构接收。

4.2 接收施工要点

（1）盾构接收可分为常规接收、钢套筒接收和水（土）中接收。

（2）盾构接收前，应对洞口段土体进行质量检查，合格后方可接收掘进。

（3）当盾构到达距接收工作井100m时，应对盾构姿态进行测量和调整。

（4）当盾构到达距接收工作井10m内，应控制掘进速度和土仓压力等。

（5）当盾构到达接收工作井时，应使管片环缝挤压密实，确保密封防水效果。

（6）盾构主机进入接收工作井后，应及时密封管片环与洞门间隙。

五.土压平衡盾构掘进施工要点

（1）设定合理的土仓压力并保持土仓压力稳定。开挖渣土应充满土仓，渣土形成的土仓压力应与刀盘开挖面外的水土压力平衡，并应使排土量与开挖土量相平衡。

（2）应根据隧道工程地质和水文地质条件、埋深、线路平面与坡度、地表环境、施工监测结果、盾构姿态以及始发阶段的经验，设定盾构刀盘转速、掘进速度和土仓压力等掘进参数。

（3）掘进中应监测和记录盾构运转情况、掘进参数变化和排出渣土状况，并及时分析反馈，调整掘进参数和控制盾构姿态。

（4）应根据工程地质和水文地质条件，实时向刀盘前方及土仓注入改良剂改良渣土状态。

六.泥水平衡盾构掘进施工要点

泥水平衡盾构掘进过程中，一边用泥浆维持开挖面的稳定，一边用机械开挖方式开挖，渣土由泥浆输送到地面。

（1）泥浆压力与开挖面的水土压力应保持平衡，排出渣土量与开挖渣土量应保持平衡。应根据工程地质条件，经试验确定泥浆参数，掘进中对泥浆性能进行检测，并实施动态管理。

（2）泥水管路延伸和更换，应在泥水管路完全卸压后进行。

（3）泥水分离设备应满足地层粒径分离要求，处理能力应满足最大排渣量的要求，渣土的存放和运输应符合环境保护要求。

七.管片拼装

7.1 拼装方法

（1）管片选型：应根据设计要求选择管片类型、排版方法、拼装方式和拼装位置；曲线地段或需纠偏时，应根据隧道设计轴线和上一环管片姿态、盾构姿态、盾尾间隙、推进油缸行程差和铰接油缸行程差等参数综合确定。

（2）拼装顺序：一般从下部的标准管片开始，依次左右两侧交替安装标准管片，然后拼装邻接管片，最后安装楔形管片。

（3）盾构千斤顶操作：拼装时，禁止盾构千斤顶同时全部缩回，否则在开挖面土压作用下盾构会后退，开挖面将异常不稳定。应随管片拼装顺序分别缩回该位置的千斤顶。

（4）紧固连接螺栓：先紧固环向连接螺栓，后紧固轴向连接螺栓，采用扭矩扳手紧固。

（5）楔形管片安装：楔形管片安装在邻接管片之间，为方便插入，可装备能将邻接管片沿径向向外顶出的千斤顶。

（6）复紧连接螺栓：一环管片拼装后，利用全部盾构千斤顶均匀施加压力，充分紧固轴向连接螺栓。待推进到千斤顶推力影响不到的位置后，再一次紧固连接螺栓。

7.2 真圆保持

管片拼装呈真圆并保持真圆状态，对于确保隧道尺寸精度、提升施工速度与止水性及减少地层沉降非常重要。管片环从盾尾脱出后，到注浆浆体硬化将管片间隙填充密实前，多采用真圆保持装置。

八.壁后注浆

壁后注浆是向管片与围岩之间的空隙注入填充浆液的工艺，应根据工程对隧道变形及地层沉降的控制要求来确定注浆方式。

8.1 壁后注浆的目的

管片壁后注浆按与盾构推进的时间和注浆目的不同，可分为同步注浆和二次注浆。

同步注浆与盾构掘进同时进行，浆液在盾尾建筑空隙形成的瞬间充填，使周围土体获得及时支撑，可有效防止岩土体坍塌，控制地表沉降。

二次注浆在同步注浆结束后，通过管片预留的注浆孔对管片背后进行补充注浆，提升管片背后土体的密实度。管片有渗漏的也可通过二次注浆治理。

8.2 注浆材料与参数

（1）应根据注浆要求，通过试验确定注浆材料和配合比，可选用单液或双液注浆材料。

（2）注浆材料的强度、流动性、可填充性、凝结时间、收缩率和环保等应满足施工要求。

（3）应根据注浆量和注浆压力控制同步注浆过程，注浆速度根据注浆量和掘进速度确定。

（4）注浆压力应根据地质条件、注浆方式、管片强度、设备性能、浆液特性和隧道埋深等因素确定。

（5）同步注浆的充填系数宜为1.30～2.50。

（6）二次注浆的注浆量和注浆压力应根据环境条件和沉降监测结果等确定。

8.3 壁后注浆施工要点

（1）注浆前，应根据注浆施工要求准备拌浆、储浆、运浆和注浆设备，并进行试运转。

（2）浆液的相对密度、稠度、和易性、杂物最大粒径、凝结时间、凝结后强度和浆体固化收缩率均应满足工程要求。

（3）宜配备自动记录注浆量、注浆压力和注浆时间等参数的仪器。

（4）注浆作业应连续进行，作业后应及时清洗注浆设备和管路，采用管片注浆口注浆后应封堵注浆口。

九.盾构姿态控制

线形控制的主要任务是通过控制盾构姿态，使构建的衬砌结构几何中心线线形顺滑，且位于设计中心线的容许误差范围内。

9.1 推进管理测量

（1）为了使隧道线路控制在施工容许误差以内，在盾构推进时须人工复测轴线，使用适当的测量设备，力求提高作业效率。

（2）推进管理测量原则上每天进行两次，测定盾构的纵向偏差、横向偏差和转动偏差等量值，以掌握盾构的位置和状态。

（3）通过测量左右、上下千斤顶的行程差和盾尾空隙，就能确定盾构与管片的相对位置。通过使用自动测量系统，也能实时取得测量结果。

9.2 姿态控制要点

（1）应通过调整盾构掘进液压缸和铰接液压缸的行程差控制盾构姿态。

（2）应实时测量盾构里程、轴线偏差、俯仰角、方位角、滚转角和盾尾管片间隙。

（3）纠偏时应控制单次纠偏量，应逐环和小量纠偏，不得过量纠偏。

（4）根据盾构的横向和竖向偏差及滚转角，调整盾构姿态可采取液压缸分组控制或使用仿形刀适量超挖或反转刀盘等措施。

总结

盾构法施工是城市隧道工程的核心技术之一，涵盖始发、正常掘进和接收三个阶段。从施工步序、管片选型到始发接收，再到土压平衡与泥水平衡两种掘进方式，以及管片拼装、壁后注浆和姿态控制等关键环节，各工序紧密衔接。施工中需严格控制各项参数，实施全过程监测并及时调整，确保隧道施工安全、质量和效率。