盾构施工工艺及相关知识

盾构施工工艺是市政工程常用工艺之一，盾构法采用了特殊的施工工具盾构机。盾构机是根据施工对象“量身定做”的，盾构机制造所依据的对象，称之为施工环境，它是基础地质、工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地下管线和构筑物等特征的总和。由此可以看出，如果不详细研究施工环境，也就造不出适应性强的盾构机，也就谈不上顺利地进行盾构施工。在施工环境的诸多因素中，基础地质和工程地质特征是最重要的，因为它们是盾构机选型及采用盾构施工工艺最重要的先决条件。在实践当中，对地质特征的研究往往被忽视。殊不知，没有什么盾构施工技术不是与地质特征有关的，尤其是在复合地层中的盾构施工。1、盾构的外形

盾构的外形就是指盾构的断面形状，有圆形、双圆、三圆、矩形、马蹄形、

半圆形或与隧道断面相似的特殊形状等。例如：将人行隧道筑成矩形，最大地利

用了挖掘空间；将水利隧道筑成马蹄形，使流体的力学性能达到最佳状态；将穿

山隧道筑成半圆形，可以使底边直接与公路连接等等。但是，绝大多数盾构还是

采用传统的圆形。

2、制造盾构的材料

盾构在地下穿越，要承受水平载荷、垂直载荷和水压力，如果地面有构筑物，

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还要承受这些附加载荷，盾构推进时，还要克服正面阻力，所以，要求盾构具有

足够的强度和刚度。盾构主要用钢板单层厚板或多层薄板制成，钢板一般采用

A3钢。钢板间连接可采用焊接和铆接两种方法，大型盾构考虑到水平运输和垂

直吊装的困难，可制成分体式，到现场进行就位拼装，部件的连接一般采用定位

销定位，高强度螺栓联接，最后焊接成型。二、盾构的基本构造

盾构的基本构造主要分为盾构壳体、推进系统、拼装系统三大部分，见简单

的手掘式盾构的基本构造图5－2。

1、盾构壳体

从工作面开始可分为切口环、支承环和盾尾三部分。

(1)切口环

切口环位于盾构的最前端，起开挖和挡土作用，施工时最先切入地层并掩护

开挖作业，部分盾构切口环前端还设有刃口以减少切入地层的扰动。切口环保持

工作面的稳定，并作为把开挖下来的土砂向后方运输，因此，采用机械化开挖、

土压式、泥水加压式盾构时，应根据开挖下来土砂的状态，确定切口环的形状、

尺寸。

切口环的长度主要取决于盾构正面支承、开挖的方法，就手掘式盾构而言，

考虑到正面施工人员、挖土机具有回旋的余地等。大部分手掘式盾构切口环的顶

部比底部长，犹如帽檐，有的还设有千斤顶控制的活动前沿，以增加掩护长度；

对于机械化盾构切口环内按盾构种类安装各种机械设备。盾构直径必须根据管片外径、盾尾空隙和盾尾钢板厚度等设计要素确定，而盾尾空隙应根据管片的形状尺寸、隧道的平面形状、纠偏、盾尾密封结构的安装等进行确定。盾构直径是指盾壳的外径，而与刀盘、稳定翼、同步注浆用配管等突出部分无关。所谓盾尾空隙，是指盾壳钢板内表面与管片的外表面的空隙。盾构法施工技术方案

盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。盾构是与隧道形状一致的盾构外壳内，装备着推进机构、挡土机构、出土运输机构、安装衬砌机构等部件的隧道开挖专用机械。采用此法建造隧道，其埋设深度可以很深而不受地面建筑物和交通的限制。近年来由于盾构法在施工技术上的不断改进，机械化程度越来越强，对地层的适应性也越来越好。城市市区建筑公用设施密集，交通繁忙，明挖隧道施工对城市生活干扰严重，特别在市中心，若隧道埋深较大，地质又复杂时，用明挖法建造隧道则很难实现。而盾构法施工城市地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道具有明显优点。此外，在建造水下公路和铁路隧道或水工隧道中，盾构法也往往以其经济合理而得到采用。盾构施工技术盾构施工技术

在盾构施工的过程中，围岩岩土力学、基础地质和工程地质等特征的各向均匀性直接影响盾构机的选型、盾构施工工艺的选择等关键性问题。从这个意义上讲，可以宏观地将围岩地层区分为两类：均一地层和复合地层。1.2.2复合地层盾构施工的主要特点

（1）经常变换盾构施工模式。在软土地层或以软土地层为主的“上软下硬”地层施工时，一般要采用“闭胸模式”，而在以岩石地层，特别是自稳性较好的（包括风化程度不一）岩石地层施工时则可采用半开胸式（欠土压平衡模式）或开胸模式；在以砂层或以砂层为主的“上软下硬”地层中采用土压平衡模式施工时，可能需要通过加注膨润土等工艺转化为“泥水平衡”模式等等。经常根据地层结构来转换盾构机模式，是在复合地层中施工的一大特点。

（2）盾构机的配置需要做出适当的调整。在硬岩段施工时，通常要采用全断面滚刀破岩模式，采用的刀盘开口率会较小；当掘进在软岩或软土地段时，通常都要将部分或全部滚刀换成适应软岩或软土的刮刀，此时的开口率也相应增大。

（3）采用的施工工艺和施工参数也要根据地层的变化而变化。这些变化主要表现在不同地层需要的添加剂的种类和数量的不同；需要的辅助设备（比如破岩机、超前钻机）的不同；盾构机姿态控制的不同等等。

（4）某些特殊的复合地层，可能需要一些辅助工法。采用辅助工法的主要原因是由于盾构机本身的设计功能的局限性造成的，而这种局限性在目前的技术发展阶段还较难以克服。比如，广州地区白垩系红层的粉砂岩、砂岩一般的单轴抗压强度最大为30~45MPa，但有时在这些区间会碰到几十米或几百米长的坚硬的花岗岩，或花岗岩的球状风化体，其强度一般达到80MPa以上，甚至会超过120MPa。在这种条件下，以软岩为主设计的刀盘和刀具，显然不能适应硬岩的要求，在无法更换新刀盘的情况下，采用其它可行的辅助工法，比如先采用矿山法，开挖通过坚硬岩石段，之后，用盾构机拼装管片完成隧道，事实证明，这将是一种比较好的辅助选择。

2复合地层的分类及其对盾构施工技术的影响

复合地层的组合是极其复杂的，仅以在广州、深圳地区常见的几种形式说明其对盾构施工的影响。

2.1以第四系淤泥质土层（工程地层编号为<2>）或易液化的粉细砂层为主与其它松散地层的组合

广州地铁一号线黄沙～长寿路区间最北端约80m地段，盾构机全断面通过<2>地层（见图6），这是广州地铁已建和在建盾构工程中唯一的一段盾构隧道下部有淤泥层的地质剖面。隧道建成后不久，下沉了近100mm。

2.1.1在类似地层的盾构施工过程中应密切注意和预防的主要问题有：

（1）建筑物和构筑物的沉降。隧道断面上部为<2>地层时，应注意土仓中土（水）压平衡的问题，因为<2>地层大部分呈软塑或流塑状态，有些还具有液化特性，对盾构机密封仓内的土压反映非常灵敏，而土仓内压力是否保持动态平衡，直接关系到地面及其建筑物是否发生沉降的问题。

（2）隧道的后期沉降。盾构隧道下部如果有一定厚度的淤泥或液化层<2>，一旦由于某种原因造成失水发生淤泥层的重固结或液化，就会使已建好的隧道出现沉降，位移或变形。

2.2以第四系砂层(工程地层编号为<3>)为主与风化岩层的组合

第四系砂层有二种成因，一是陆相冲洪积形成的，一种是海陆交互相沉积形成的，其特点是在河床及河漫滩内十分发育，其形态多呈透镜状，有些地段厚度大。此层粉粒和粘粒成份低，渗透系数大，是盾构施工过程中也应十分重视的地层。

以隧道上部断面或隧道上方为<3>砂层的问题为例，这类围岩情况在广州地区的盾构施工过程中经常碰到，尤其是下部为较硬岩石的情况下会给施工造成较多的问题。典型的例子是广地铁一号线盾构施

工在长寿路～中山七路区间横通道地段时，干砂量变化发生异常，由于砂层流失很快，造成了较大的地面沉降，使三幢三层楼塌方（见图7、8）。

广州地铁二号线海珠广场站—市二宫区间采用的土压平衡盾构机的刀盘（见图10），41把滚刀。而地层是白垩系上统三水组东湖段的泥岩和粉砂质泥岩。工程地层为残积粘性土层<5>，全风化和强风化<6>和<7>地层。由于过江施工时多次严重结泥饼（见图11），平均日进不足2m，掘进速度仅达到0-5.0mm／min。地铁四号线琶～仑区间过涌段与海～江区间是同一时代的地层，盾构施工过程中碰到了与海～江区间相同的问题。

施工现场安全生产检查表

（企业自检和安全监督部门复检）工程名称：

项目负责人（签字）：

监理单位总监(签字):施工单位（盖章）:

监理单位（盖章）:主监人：

监督员：

二OO年

月

日安全管理检查用表

序号自检项目自检标准自检得分复查得分1安全生产责任制（10分）未建立安全责任制的扣5分各级各部门未执行责任制的扣4—6分未制定各工种安全技术操作规程的扣5分未按规定配备专职安全员的扣8分管理人员责任制考核不合格的扣5分2施工组织设计（15分）施工组织设计中无安全措施扣10分施工组织设计未经审批扣5分专业性较强的项目，未单独编制专项安全施工组织设计扣8分安全措施不全面扣2~4分安全措施无针对性扣4~6分安全措施未落实扣8分3安全技术交底（15分）无书面安全技术交底扣10分交底针对性不强扣4~6分交底不全面扣6分交底未履行签字手续扣2~4分4安全检查（20分）无定期安全检查制度扣5分安全检查无记录扣10分安全检查记录不实扣10分检查出事故隐患整改做不到定人、定时间、定措施扣5分对重大事故隐患整改通知书所列项目未如期完成扣5分5安全教育（10分）无安全教育制度扣10分新入厂工人未进行三级安全教育扣10分无具体安全教育内容扣5分变换工种时未进行安全教育扣10分每有1人不懂本工种安全技术操作规程扣1分施工管理人员未按规定进行年度培训的扣5分6特种作业持证上岗（10分）一人未经培训从事特种作业扣4分一人未持操作证上岗扣2分7工伤事故处理（15分）工伤事故未按规定报告扣10分发生人员伤亡事故的扣10分8安全标志（5分）无现场安全标志布置总平面图，扣5分现场未按安全标志总平面图设置安全标志的扣5分9合计得分场容场貌检查用表

序号自检项目自检标准自检得分复查得分1现场围挡（10分）在市区主要路段的工地周围未设置高于2.5m的围挡扣10分一般路段的工地周围未设置高于1.8m的围挡扣10分围挡材料不坚固、不稳定、不整洁、不美观扣5分围挡没有沿工地四周连续设置的扣5分2封闭管理（10分）施工现场进出口无大门的扣5分无门卫和无门卫制度的扣5分3施工场地（15分）工地地面未做硬化处理的扣5分道路不畅通的扣5分无排水设施、排水不通畅的扣5分无防止泥浆、污水、废水外流或堵塞下水道和排水措施的扣5分工地有积水的扣2分4材料堆放（15分）建筑材料、构件、料具不按总平面布局堆放的扣5分堆放不整齐的扣2分未做到工完场地清的扣5分易燃易爆物品未分类存放的扣5分5现场住宿（10分）在建工程兼作住宿的扣5分宿舍周围环境不卫生、不安全的扣5分6现场防火（10分）无消防措施、制度或无灭火器材的扣10分灭火器材配置不合理的扣5分无动火审批手续和动火监护的扣5分7施工现场标牌（10分）大门口处挂的五牌一图、内容不全，缺一项扣5分标牌不规范、不整齐的扣5分8生活设施（10分）无厕所，随地大小便扣5分食堂不符合卫生要求扣5分无卫生责任制扣5分生活垃圾末及时清理，未装容器，无专人管理的扣5分9社区服务（10分）无防粉尘、防噪音措施扣5分夜间未经许可施工的扣5分现场焚烧有毒、有害物质的扣5分未建立施工不扰民措施的扣5分10合计得分外脚手架检查用表序号自检项目自检标准自检得分复查得分1施工方案（10分）脚手架无施工方案的扣10分脚手架高度超过规范规定无设计计算书或未经审批的扣10分施工方案，不能指导施工的扣8分2立杆基础（10分）每l0延长米立杆基础不平、不实、不符合方案设计要求的扣5分每10延长米无扫地杆的扣5分每l0延长米木脚手架立杆不埋地或无扫地杆的扣5分每10延长米无排水措施的扣5分3架体与建筑结构拉结（5分）脚手架高度在7m以上，架体与建筑结构拉结，按规定要求每少一处的扣2分拉结不坚固每一处的扣1分4杆体间距与剪刀撑（5分）每10延长米立杆、大横杆、小横杆间距超过规定要求的每一处扣1分不按规定设置剪刀撑的每一处扣5分剪刀撑未沿脚手架高度连续设置或角度不符合要求的扣5分5脚手架与防护栏杆（15分）脚手板不满铺扣10分脚手板材质不符合要求扣10分每有一处探头板处扣2分脚手架外侧未设置密目式安全网的，或网间不严密扣10分施工层不设1.2m高防护栏杆和挡脚板扣5分6交底与验收（5分）脚手架搭设前无交底扣5分脚手架搭设完毕未办理验收手续扣10分无量化的验收内容扣6分7小横杆设置（5分）不按立杆与大横杆交点处设置小横杆的每有一处扣2分小横杆只固定一端的每有一处扣2分8杆件搭接（5分）钢管立杆采用搭接的每一处扣2分9架体内封闭（5分）施工层以下每隔10m未用平网或其他措施封闭的扣5分施工层脚手架内立杆与建筑物之间未进行封闭的扣5分10脚手架材质（5分）钢管弯曲、锈蚀严重的扣5分11卸料平台（10分）卸料台搭设不符合设计要求扣10分卸料平台支撑系统与脚手架连结的扣10分卸料平台无限定荷载标牌的扣2分12悬挑脚手架支撑（20分）未使用型钢的扣20分13合计得分“三宝”、“四口”防护检查用表序号自检项目自检标准自检得分复查得分1安全帽（10分）有一人不戴安全帽的扣4分安全帽不符合标准的每发现一顶扣1分不按规定佩戴安全帽的有一人扣1分2安全网（20分）在建工程外侧未用密目安全网封闭的扣20分安全网规格、材质不符合要求的扣20分安全网未取得建筑安全监督管理部门准用证的扣20分3安全带（10分）每有一人未系安全带的扣5分有一人安全带系挂不符合要求的扣4分安全带不符合标准，每发现一条扣2分4楼梯口、电梯井口防护（15分）每一处无防护措施的扣5分每一处防护措施不符合要求或不严密的扣4分防护设施未形成定型化、工具化的扣5分电梯井内每隔两层(不大于l0m)少一道平网的扣8分5预留洞口、坑井防护（15分）每一处无防护措施扣8分防护设施未形成定型化、工具化的扣8分每一处防护措施不符合要求或不严密的扣4分6通道口防护（10分）每一处无防护棚扣5分每一处防护不严扣4分每一处防护棚不牢固、材质不符合要求扣4分7阳台、楼板、屋面等临边防护（20分）每一处临边无防护的扣8分每一处临边防护不严、不符合要求的扣4分8合计得分施工用电检查用表序号自检项目自检标准自检得分复查得分1外电防护（20分）小于安全距离又无防护措施的扣20分防护措施不符合要求、封闭不严密的扣8分2接地与接零保护系统（10分）工作接地与重复接地不符合要求的扣10分未按规定采用TN—S系统的扣10分专用保护零线设置不符合要求的扣8分保护零线与工作零线混接的扣10分3配电箱开关箱（15分）不符合“三级配电两级保护”要求的扣10分开关箱(末级)无漏电保护或保护器失灵，每一处扣5分漏电保护装置参数不匹配，每发现一处扣4分电箱内无隔离开关每一处扣4分违反“一机、一闸、一漏、一箱”的每一处扣4分安装位置不当、周围杂物多等不便操作的每一处扣4分闸具损坏、闸具不符合要求的每一处扣4分配电箱内多路配电无标记的每一处扣4分电箱下引出线混乱每一处扣1分电箱无门、无锁、无防雨措施的每一处扣1分4现场照明（10分）照明专用回路无漏电保护扣5分灯具金属外壳未作接零保护的每1处扣1分潮湿作业未使用36v以下安全电压的扣10分使用36v安全电压照明线路混乱和接头处未用绝缘布包扎扣扣5分手持照明灯未使用36v及以下电源供电扣10分5配电线路（15分）电线老化、破皮未包扎的每一处扣10分线路过道无保护的每一处扣5分电杆、横担不符合要求的扣5分架空线路不符合要求的扣20分未使用五芯线(电缆)的扣10分使用四芯电缆外加一根线替代五芯电缆的扣10分电缆架设或埋设不符合要求的扣20分6电器装置（10分）闸具、熔断器参数与设备容量不匹配、安装不合要求的每一处扣4分用其他金属丝代替熔丝的每一处扣4分7用电档案（20分）无专项用电施工组织设计的扣10分无地极阻值摇测记录的扣4分无电工巡视维修记录或填写不真实的扣4分档案乱、内容不全、无专人管理的扣4分8合计得分模板工程安全检查用表序号自检项目自检标准自检得分复查得分1施工方案（10分）模板工程无施工方案或施工方案未经审批的扣10分2支撑系统（15分）现浇混凝土模板的支撑系统无设计计算的扣8分支撑系统不符合设计要求的扣10分3立柱稳定（15分）支撑模板的立柱材料不符合要求的扣6分立柱底部无垫板或用砖垫高的扣6分不按规定设置纵横向支撑的扣5分立柱间距不符合规定的扣10分4