双圆土压平衡盾构施工工法

由上海隧道工程股份有限公司完成的工法双圆土压平衡盾构施工工法01形成过程操作原理质量控制工法特点材料设备安全措施目录030502040607环保措施应用实例效益分析荣誉表彰目录0908010基本信息《双圆土压平衡盾构施工工法》是上海隧道工程股份有限公司完成的建筑类施工工法，作者分别是吴惠明、顾春华、刘千伟、张曙、王旋东；该工法适用于淤泥质粘土、粘土、砂性土、粉砂土，尤其适用于在市区狭窄道路下或遇间距较小且较难处理的地下桩基下穿行。《双圆土压平衡盾构施工工法》主要的工法特点：辐条式刀盘切削土体，灵敏度高且具有精确的同步性；土压力设定精确；盾构横向尺寸较大，平面控制效果明显；盾壳前端一圈注浆孔的布设可大大减少盾构正上方的地表变形量；对盾构掘进出土量、同步注浆量、盾尾油脂压注量以及盾构与管片间建筑空隙等参数能形成自动控制管理，提高施工技术精度，加快施工速度。2006年1月19日，《双圆土压平衡盾构施工工法》被中华人民共和国住房和城乡建设部评定为2003~2004年度国家级工法。形成过程形成过程随着城市市政建设和轨道交通的发展，地下空间的不断开发利用，有效、可发展的地下资源在大量缩减，并逐步开始制约和限制城市的规划发展。对地下空间的开发利用提出了更高的要求，在遇两侧障碍物间距较小等特殊工况时无法采用传统的单圆型盾构进行上下行线的设计施工，进行工艺改进，更合理有效地布置隧道断面，在进行工程建设的同时节约地下资源、保护环境。双圆隧道有效节约地下空间资源，减少对周边环境的影响、降低工程造价，已逐渐在地铁、市政、能源等工程建设中得到广泛的应用。2003年，上海隧道工程股份有限公司率先采用Ф6.52米×W11.12米双圆盾构机（见图1）成功建设了上海轨道交通M8线以及L4线双圆隧道，使中国成为继日本之后第二个拥有该项技术的国家。上海隧道工程股份有限公司根据科研成果和施工经验总结形成《双圆土压平衡盾构施工工法》。

双圆盾构机（图1）工法特点工法特点《双圆土压平衡盾构施工工法》在整个施工过程中，整套控制系统以土压平衡为工作原理，通过两个刀盘对正面土体的切削，并不断调整掘进速度和左右螺旋机转速来控制土仓内土体压力，以维持正面土体的稳定。该工法的主要特点：1．辐条式刀盘切削土体，灵敏度高且具有精确的同步性。2．土压力设定精确。土压计多，选择自由可相互参照有利于土压力的设定。3．盾构横向尺寸较大，平面控制效果明显。4．特殊形状所决定的盾构偏转姿态需着重控制。5．通过调整左右螺旋机的出土量可修正盾构姿态。6．盾壳前端一圈注浆孔的布设可大大减少盾构正上方的地表变形量。7．对盾构掘进出土量、同步注浆量、盾尾油脂压注量以及盾构与管片间建筑空隙等参数能形成自动控制管理，提高施工技术精度，加快施工速度。

操作原理适用范围工艺原理工艺流程操作要点劳动组织12345操作原理适用范围《双圆土压平衡盾构施工工法》适用于淤泥质粘土、粘土、砂性土、粉砂土，尤其适用于在市区狭窄道路下或遇间距较小且较难处理的地下桩基下穿行，解决了原工艺上的不足。该工法不仅能代替以往地铁隧道和地下高速公路等一直使用的大断面圆形盾构构筑的单线（双向）隧道及两单圆形盾构构筑的双线（单向）隧道。同时根据施工条件等因素，可对隧道形状进行各种选择和变更，是一种自由度较大的施工方法。

工艺原理《双圆土压平衡盾构施工工法》利用土压平衡盾构的基本原理，利用盾构千斤顶推进盾构机，利用布置在盾构机前左右两个通过变频驱动控制同步性的刀盘进行土体切削，并利用左右螺旋机向外排土。在盾构推进过程中，通过控制和调整盾构土压舱内切削土体的压力和盾构开挖面前水土压力的相对平衡，保证开挖面前土体的稳定，从而有效地控制地层和地面沉降。通过纠偏盾构千斤顶和合理的编组等盾构机姿态控制手段，有效的控制双圆盾构的轴线偏差。在推进一定距离后，由设在盾构本体上的拼装机将预制钢筋混凝土管片在盾构外壳的保护下拼装成环，从而实现一次掘进完成两条隧道的施工任务。双圆土压平衡盾构主机构造如图2。

双圆土压平衡盾构主机构造图（图2）工艺流程《双圆土压平衡盾构施工工法》施工工艺流程见图3。

工艺流程图（图3）操作要点《双圆土压平衡盾构施工工法》操作要点有以下5项：1．双圆盾构出洞（1）出洞前准备工作。盾构出洞前，需确认外侧土体状态良好、盾构机性能良好、人员、材料准备充足后方可进行。盾构出洞段施工应结合盾构设备性能、周边环境要求及工程质量要求，对土压力、总推力、刀盘扭矩、推进速度、出土量、注浆量等施工参数不断优化。双圆盾构洞门止水装置主要采用帘布橡胶板结合气囊形式，在凹槽部位利用气囊的压力将帘布橡胶板紧贴住盾构壳体，从而起到良好的洞门止水作用。2．双圆盾构轴线控制双圆盾构推进轴线控制分为：平面控制、高程控制和偏转控制。（1）平面控制。由于双圆盾构机相对于单圆来说宽度较大，为此，在左右侧千斤顶推力差相同的情况下，由于双圆盾构力矩半劳动组织《双圆土压平衡盾构施工工法》技术含量高、专业性强，现场除配备技术、质量、安全、设备、电气、材料等各类管理技术人员外，每个盾构推进班组还需配备施工人员。作业人员考虑一天24h连续作业，每作业班配备人员见表1。

材料设备材料设备《双圆土压平衡盾构施工工法》需用的主要机具设备见表2。

质量控制质量控制《双圆土压平衡盾构施工工法》质量控制应遵循以下要求：由于是中国首次采用双圆土压平衡盾构施工工法进行隧道施工，隧道推进质量验收尚无现成的规范和标准可循，故参考日本方面的有关施工经验并借鉴上海地区单圆盾构隧道施工质量验收标准，并在建设，监理，设计和施工单位各方有关专家论证的基础上，制定了双圆盾构隧道施工质量控制和验收的暂行标准（见表3）。盾构施工过程中对周边环境的影响控制在规定范围内，地表最大隆沉量范围＋20～-40毫米。

安全措施安全措施采用《双圆土压平衡盾构施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，应遵守注意下列事项：（1）必须遵循安全第一的原则。由于盾构工作面作业空间比较广，同时作业人数较多，因此对整个盾构推进实施安全过程控制。（2）由于双圆盾构左、右两条隧道同时掘进成型，在材料运输以及管片拼装等方面存在交错施工，因此每班班前的安全讲评突出对垂直运输、水平运输、管片拼装等重点安全部位的重视。（3）双圆隧道由于在单位时间内工程量大，为了确保出土、管片运输车辆进出工地大门的安全工作，委派专人维护交通，确保了行人、车辆的安全。（4）由于双圆盾构施工较单圆单条隧道施工对周边环境的影响面较广，因此凡涉及盾构吊运、施工沿线的高压线保护、地下管线的保护、盾构进出洞等重要项目时，落实监控人员并采取必要监控措施方案和方式。

环保措施环保措施《双圆土压平衡盾构施工工法》应采取以下环保措施：（1）施工前，对工作井周围及隧道轴线沿途建筑物、构筑物进行调查，以便采取对策。采用低噪声设备，音源配置合理或采用隔音设备。（2）施工时，建筑物保护措施及时有效，有效控制盾构施工过程中地面变形量以及后期变形量，尽量减少对周边环境的影响。

效益分析效益分析《双圆土压平衡盾构施工工法》与以往的盾构工法相比，一方面双圆盾构工法由于其合理的隧道空间的利用，较大地节约了地下空间资源，而且对高楼林立、地下障碍物较多的地区的地铁施工具有较为实用的使用价值，可减少动拆迁量，有着较好的社会环境效益和经济效益；另一方面，由于双圆盾构一次掘进即完成二条隧道，施工工期缩短，减少了建设周期和对周边环境的影响，也降低了工程造价。

应用实例应用实例《双圆土压平衡盾构施工工法》应用实例：由上海隧道工程股份有限公司承建的黄兴绿地站～翔殷路站～嫩江路站～开鲁路站双圆盾构隧道工程，共三个隧道区间，于2003年4月10日开工。隧道断面尺寸：外尺寸Ф6300毫米×W10900毫米（外径x宽度）、内尺寸Ф5700毫米×W10300毫米（内径×宽度），双线中心间距：4600毫米，全长2491米；工程首次采用两台双圆加泥式土压平衡盾构来完成三个区间隧道的推进任务。隧道衬砌采用预制钢筋混凝土管片，错缝拼装；管片纵、环向连接采用球墨铸铁预埋手孔结合短螺栓形式，纵、环向螺栓尺寸为M27；每环由圆形管片A（8块：A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8）、大海鸥形管片B（1块）、小海鸥形管片C（1块）及柱形管片D（1块）共11块管片构成，管片厚度300毫米，环宽1200毫米；混凝土强度等级C50、混凝土抗渗等级1.0兆帕。接缝防水均采用遇水膨胀橡胶止水条。在三条区间隧道施工过程中，双圆加泥式土压平衡盾构顺利地在②3-1灰色粘质粉土、②3-2灰色砂质粉土以及④灰色淤泥质粘土等土质中掘进，克服了浅覆土施工、曲率半径小施工等困难；尤其是该工程进、出洞都处于透水性强，孔隙水压变化大的②3层砂质粉土，且覆土仅为