雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法

由上海隧道工程股份有限公司完成的工法雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法01形成過(guò)程操作原理質(zhì)量控制工法特點(diǎn)材料設(shè)備安全措施目錄030502040607環(huán)保措施應(yīng)用實(shí)例效益分析榮譽(yù)表彰目錄0908010基本信息《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》是上海隧道工程股份有限公司完成的建筑類施工工法，作者分別是吳惠明、顧春華、劉千偉、張曙、王旋東；該工法適用于淤泥質(zhì)粘土、粘土、砂性土、粉砂土，尤其適用于在市區(qū)狹窄道路下或遇間距較小且較難處理的地下樁基下穿行?！峨p圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》主要的工法特點(diǎn)：輻條式刀盤(pán)切削土體，靈敏度高且具有精確的同步性；土壓力設(shè)定精確；盾構(gòu)橫向尺寸較大，平面控制效果明顯；盾殼前端一圈注漿孔的布設(shè)可大大減少盾構(gòu)正上方的地表變形量；對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)出土量、同步注漿量、盾尾油脂壓注量以及盾構(gòu)與管片間建筑空隙等參數(shù)能形成自動(dòng)控制管理，提高施工技術(shù)精度，加快施工速度。2006年1月19日，《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》被中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部評(píng)定為2003~2004年度國(guó)家級(jí)工法。形成過(guò)程形成過(guò)程隨著城市市政建設(shè)和軌道交通的發(fā)展，地下空間的不斷開(kāi)發(fā)利用，有效、可發(fā)展的地下資源在大量縮減，并逐步開(kāi)始制約和限制城市的規(guī)劃發(fā)展。對(duì)地下空間的開(kāi)發(fā)利用提出了更高的要求，在遇兩側(cè)障礙物間距較小等特殊工況時(shí)無(wú)法采用傳統(tǒng)的單圓型盾構(gòu)進(jìn)行上下行線的設(shè)計(jì)施工，進(jìn)行工藝改進(jìn)，更合理有效地布置隧道斷面，在進(jìn)行工程建設(shè)的同時(shí)節(jié)約地下資源、保護(hù)環(huán)境。雙圓隧道有效節(jié)約地下空間資源，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響、降低工程造價(jià)，已逐漸在地鐵、市政、能源等工程建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。2003年，上海隧道工程股份有限公司率先采用Ф6.52米×W11.12米雙圓盾構(gòu)機(jī)（見(jiàn)圖1）成功建設(shè)了上海軌道交通M8線以及L4線雙圓隧道，使中國(guó)成為繼日本之后第二個(gè)擁有該項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家。上海隧道工程股份有限公司根據(jù)科研成果和施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)形成《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》。

雙圓盾構(gòu)機(jī)（圖1）工法特點(diǎn)工法特點(diǎn)《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》在整個(gè)施工過(guò)程中，整套控制系統(tǒng)以土壓平衡為工作原理，通過(guò)兩個(gè)刀盤(pán)對(duì)正面土體的切削，并不斷調(diào)整掘進(jìn)速度和左右螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制土倉(cāng)內(nèi)土體壓力，以維持正面土體的穩(wěn)定。該工法的主要特點(diǎn)：1．輻條式刀盤(pán)切削土體，靈敏度高且具有精確的同步性。2．土壓力設(shè)定精確。土壓計(jì)多，選擇自由可相互參照有利于土壓力的設(shè)定。3．盾構(gòu)橫向尺寸較大，平面控制效果明顯。4．特殊形狀所決定的盾構(gòu)偏轉(zhuǎn)姿態(tài)需著重控制。5．通過(guò)調(diào)整左右螺旋機(jī)的出土量可修正盾構(gòu)姿態(tài)。6．盾殼前端一圈注漿孔的布設(shè)可大大減少盾構(gòu)正上方的地表變形量。7．對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)出土量、同步注漿量、盾尾油脂壓注量以及盾構(gòu)與管片間建筑空隙等參數(shù)能形成自動(dòng)控制管理，提高施工技術(shù)精度，加快施工速度。

操作原理適用范圍工藝原理工藝流程操作要點(diǎn)勞動(dòng)組織12345操作原理適用范圍《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》適用于淤泥質(zhì)粘土、粘土、砂性土、粉砂土，尤其適用于在市區(qū)狹窄道路下或遇間距較小且較難處理的地下樁基下穿行，解決了原工藝上的不足。該工法不僅能代替以往地鐵隧道和地下高速公路等一直使用的大斷面圓形盾構(gòu)構(gòu)筑的單線（雙向）隧道及兩單圓形盾構(gòu)構(gòu)筑的雙線（單向）隧道。同時(shí)根據(jù)施工條件等因素，可對(duì)隧道形狀進(jìn)行各種選擇和變更，是一種自由度較大的施工方法。

工藝原理《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》利用土壓平衡盾構(gòu)的基本原理，利用盾構(gòu)千斤頂推進(jìn)盾構(gòu)機(jī)，利用布置在盾構(gòu)機(jī)前左右兩個(gè)通過(guò)變頻驅(qū)動(dòng)控制同步性的刀盤(pán)進(jìn)行土體切削，并利用左右螺旋機(jī)向外排土。在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)控制和調(diào)整盾構(gòu)土壓艙內(nèi)切削土體的壓力和盾構(gòu)開(kāi)挖面前水土壓力的相對(duì)平衡，保證開(kāi)挖面前土體的穩(wěn)定，從而有效地控制地層和地面沉降。通過(guò)糾偏盾構(gòu)千斤頂和合理的編組等盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制手段，有效的控制雙圓盾構(gòu)的軸線偏差。在推進(jìn)一定距離后，由設(shè)在盾構(gòu)本體上的拼裝機(jī)將預(yù)制鋼筋混凝土管片在盾構(gòu)外殼的保護(hù)下拼裝成環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)一次掘進(jìn)完成兩條隧道的施工任務(wù)。雙圓土壓平衡盾構(gòu)主機(jī)構(gòu)造如圖2。

雙圓土壓平衡盾構(gòu)主機(jī)構(gòu)造圖（圖2）工藝流程《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》施工工藝流程見(jiàn)圖3。

工藝流程圖（圖3）操作要點(diǎn)《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》操作要點(diǎn)有以下5項(xiàng)：1．雙圓盾構(gòu)出洞（1）出洞前準(zhǔn)備工作。盾構(gòu)出洞前，需確認(rèn)外側(cè)土體狀態(tài)良好、盾構(gòu)機(jī)性能良好、人員、材料準(zhǔn)備充足后方可進(jìn)行。盾構(gòu)出洞段施工應(yīng)結(jié)合盾構(gòu)設(shè)備性能、周邊環(huán)境要求及工程質(zhì)量要求，對(duì)土壓力、總推力、刀盤(pán)扭矩、推進(jìn)速度、出土量、注漿量等施工參數(shù)不斷優(yōu)化。雙圓盾構(gòu)洞門(mén)止水裝置主要采用簾布橡膠板結(jié)合氣囊形式，在凹槽部位利用氣囊的壓力將簾布橡膠板緊貼住盾構(gòu)殼體，從而起到良好的洞門(mén)止水作用。2．雙圓盾構(gòu)軸線控制雙圓盾構(gòu)推進(jìn)軸線控制分為：平面控制、高程控制和偏轉(zhuǎn)控制。（1）平面控制。由于雙圓盾構(gòu)機(jī)相對(duì)于單圓來(lái)說(shuō)寬度較大，為此，在左右側(cè)千斤頂推力差相同的情況下，由于雙圓盾構(gòu)力矩半勞動(dòng)組織《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》技術(shù)含量高、專業(yè)性強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)除配備技術(shù)、質(zhì)量、安全、設(shè)備、電氣、材料等各類管理技術(shù)人員外，每個(gè)盾構(gòu)推進(jìn)班組還需配備施工人員。作業(yè)人員考慮一天24h連續(xù)作業(yè)，每作業(yè)班配備人員見(jiàn)表1。

材料設(shè)備材料設(shè)備《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》需用的主要機(jī)具設(shè)備見(jiàn)表2。

質(zhì)量控制質(zhì)量控制《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》質(zhì)量控制應(yīng)遵循以下要求：由于是中國(guó)首次采用雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法進(jìn)行隧道施工，隧道推進(jìn)質(zhì)量驗(yàn)收尚無(wú)現(xiàn)成的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)可循，故參考日本方面的有關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)并借鑒上海地區(qū)單圓盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，并在建設(shè)，監(jiān)理，設(shè)計(jì)和施工單位各方有關(guān)專家論證的基礎(chǔ)上，制定了雙圓盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量控制和驗(yàn)收的暫行標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表3）。盾構(gòu)施工過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境的影響控制在規(guī)定范圍內(nèi)，地表最大隆沉量范圍＋20～-40毫米。

安全措施安全措施采用《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》施工時(shí)，除應(yīng)執(zhí)行國(guó)家、地方的各項(xiàng)安全施工的規(guī)定外，應(yīng)遵守注意下列事項(xiàng)：（1）必須遵循安全第一的原則。由于盾構(gòu)工作面作業(yè)空間比較廣，同時(shí)作業(yè)人數(shù)較多，因此對(duì)整個(gè)盾構(gòu)推進(jìn)實(shí)施安全過(guò)程控制。（2）由于雙圓盾構(gòu)左、右兩條隧道同時(shí)掘進(jìn)成型，在材料運(yùn)輸以及管片拼裝等方面存在交錯(cuò)施工，因此每班班前的安全講評(píng)突出對(duì)垂直運(yùn)輸、水平運(yùn)輸、管片拼裝等重點(diǎn)安全部位的重視。（3）雙圓隧道由于在單位時(shí)間內(nèi)工程量大，為了確保出土、管片運(yùn)輸車輛進(jìn)出工地大門(mén)的安全工作，委派專人維護(hù)交通，確保了行人、車輛的安全。（4）由于雙圓盾構(gòu)施工較單圓單條隧道施工對(duì)周邊環(huán)境的影響面較廣，因此凡涉及盾構(gòu)吊運(yùn)、施工沿線的高壓線保護(hù)、地下管線的保護(hù)、盾構(gòu)進(jìn)出洞等重要項(xiàng)目時(shí)，落實(shí)監(jiān)控人員并采取必要監(jiān)控措施方案和方式。

環(huán)保措施環(huán)保措施《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》應(yīng)采取以下環(huán)保措施：（1）施工前，對(duì)工作井周圍及隧道軸線沿途建筑物、構(gòu)筑物進(jìn)行調(diào)查，以便采取對(duì)策。采用低噪聲設(shè)備，音源配置合理或采用隔音設(shè)備。（2）施工時(shí)，建筑物保護(hù)措施及時(shí)有效，有效控制盾構(gòu)施工過(guò)程中地面變形量以及后期變形量，盡量減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。

效益分析效益分析《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》與以往的盾構(gòu)工法相比，一方面雙圓盾構(gòu)工法由于其合理的隧道空間的利用，較大地節(jié)約了地下空間資源，而且對(duì)高樓林立、地下障礙物較多的地區(qū)的地鐵施工具有較為實(shí)用的使用價(jià)值，可減少動(dòng)拆遷量，有著較好的社會(huì)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益；另一方面，由于雙圓盾構(gòu)一次掘進(jìn)即完成二條隧道，施工工期縮短，減少了建設(shè)周期和對(duì)周邊環(huán)境的影響，也降低了工程造價(jià)。

應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例《雙圓土壓平衡盾構(gòu)施工工法》應(yīng)用實(shí)例：由上海隧道工程股份有限公司承建的黃興綠地站～翔殷路站～嫩江路站～開(kāi)魯路站雙圓盾構(gòu)隧道工程，共三個(gè)隧道區(qū)間，于2003年4月10日開(kāi)工。隧道斷面尺寸：外尺寸Ф6300毫米×W10900毫米（外徑x寬度）、內(nèi)尺寸Ф5700毫米×W10300毫米（內(nèi)徑×寬度），雙線中心間距：4600毫米，全長(zhǎng)2491米；工程首次采用兩臺(tái)雙圓加泥式土壓平衡盾構(gòu)來(lái)完成三個(gè)區(qū)間隧道的推進(jìn)任務(wù)。隧道襯砌采用預(yù)制鋼筋混凝土管片，錯(cuò)縫拼裝；管片縱、環(huán)向連接采用球墨鑄鐵預(yù)埋手孔結(jié)合短螺栓形式，縱、環(huán)向螺栓尺寸為M27；每環(huán)由圓形管片A（8塊：A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8）、大海鷗形管片B（1塊）、小海鷗形管片C（1塊）及柱形管片D（1塊）共11塊管片構(gòu)成，管片厚度300毫米，環(huán)寬1200毫米；混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50、混凝土抗?jié)B等級(jí)1.0兆帕。接縫防水均采用遇水膨脹橡膠止水條。在三條區(qū)間隧道施工過(guò)程中，雙圓加泥式土壓平衡盾構(gòu)順利地在②3-1灰色粘質(zhì)粉土、②3-2灰色砂質(zhì)粉土以及④灰色淤泥質(zhì)粘土等土質(zhì)中掘進(jìn)，克服了淺覆土施工、曲率半徑小施工等困難；尤其是該工程進(jìn)、出洞都處于透水性強(qiáng)，孔隙水壓變化大的②3層砂質(zhì)粉土，且覆土僅為