1、盾構法隧道施工的進出洞技術一、前言采用盾構法建造隧道或各種地下管道，一般是在預先建造好的工作井內進行盾構的安裝、調試和試運轉，并將其準確地擱置在符合TRANBBS設計軸線的基座上，待所有施工準備工作就緒后，開始沿設計軸線向地層內掘進施工，當盾構將要到達終點時，應準確測 定盾構的現狀位置，并調整和控制其的姿態，使盾構正確無誤地進入預先建造安裝好的接 收井內的基座上。盾構的進出洞工序是盾構法建造隧道的關鍵工序，該工序施工技術的優劣將直接影響到 建成后隧道或管道的軸線質量、進出洞口處環境保護的成效及工程施工的成敗。盾構的進出洞施工技術必須根據工程所處地層的土質、水文、環境條件和環境保護要求 的等級而

2、制定，如何科學、合理地運用各種不同的進出洞技術，使其符合各工程的特定工 況條件要求，是一項值得研究、探討的課題。二、盾構進出洞施工的關鍵技術建立推進施工的良好后盾系統后盾系統由后盾管片、支撐體系及后靠等組成，其不但要穩固牢靠，同時必須有一個準 確的后座支承面和適應施工的垂直與水平運輸的轉折通道口。確保洞口處土體穩定在盾構未靠上洞口處土體前，保護洞口附近地面和地下構筑物，使盾構順利切入土體， 并支護正面土體，從而進入正常施工狀態。洞口建筑空隙的密封技術洞口建筑空隙的密封問題，如不妥善解決，將會引起洞口滲漏，產生不可設想的后果，但目前對進洞施工時的洞口密封技術還不夠完善。三、盾構進出洞施工中易發生

3、的事故洞門處土體涌入井內洞口封門拆除后，井外土體不能自立，井內洞圈的密封裝置還不能阻擋洞外的土體，所 以洞口外土體隨之進入井內， 造成地面沉陷，影響附近地下管線和地面建筑物的安全使用， 如情況嚴重，則造成井下無法施工。洞口周圈涌泥水由于在出洞施工時損壞了洞口密封裝置，盾構出洞后沒有及時做好洞口防滲漏處理，故 在盾構未全部通過工作井洞圈或已經脫出洞圈時，井外泥水不斷從洞圈與盾構或隧道之間 的間隙涌入井內。如不及時處理，將導致地面沉陷和洞口處已建造好的隧道產生過量沉降。盾構出工作井洞口時上抬或下沉盾構出工作井洞口后，就失去了基座的支撐，若在施工中對正面平衡壓力值的設定和控 制不當，則極易產生盾構的

4、上抬或下沉，這將使剛建成的隧道偏離設計軸線，甚至無法正 常施工。進土部位和進土量控制不當，易使盾構上抬，于是地面也隨之隆起； 正面土體流失過量,超量出土，易使盾構產生下沉。管片產生碎裂、環面不平、內外張角嚴重、縱縫喇叭大、環向旋轉等不良現象。四、盾構進出洞施工技術穩定正面土體要確保洞口暴露后正面土體的穩定，必須對洞口狀況進行調查，然后采取有效的技術措施，使洞口處的土體不流失、不坍塌。（1）洞口狀況調查工作井的構造工作井一般用沉井法施工，但在建筑密集地區或大型結構的工作井是采用地下連續墻、鉆孔灌注樁、SMW工法建造的，由于圍護結構的不同，洞口的封門形式也不同。用沉井法施工，在制作沉井時已預留了洞

5、口（下沉前必須將洞口封閉），由于洞口的封閉方法與盾構進出洞口是否方便、安全、可靠關系極大，因此一般情況盡可能利用井壁厚度 設置防塌方、止泥、止水密封裝置，封門形式可按實際工況條件（工程埋深、洞口處土層的土質性能、水文條件等）綜合考慮選定，但還必須兼顧到拆封門的方便。水文地質狀況了解工程洞口處所處的土質性能、地下水位的深淺，采取適當的、最合理、最經濟的技術措施。隧道埋深和洞口直徑隧道埋深和洞口直徑與洞口處土體穩定密切關聯，所采用的相應措施隨條件不同而不同。工作井洞口附近地面環境地面環境要求的保護等級是洞口土體進行加固的依據。工作井洞口井壁的平面現狀工作井洞口井壁平面現狀是曲線型還是平直線以及井壁

6、厚度、洞圈構造等對進出洞施工技術的選定有一定關系。施工設備的性能隧道施工所用的盾構機型是進出洞方法選定的關鍵因素。對洞門外土體進行加固或穩定處理采用土體穩定措施后，洞門外土體能穩定自立相當長一段時間，可大膽拆除封門，盾構 即可進出洞，但在施工時必須對加固處理后的土體實際性能作檢測，確認其達到施工所規 定的要求，方可拆洞口封門。當前常用的土體穩定技術有降水、地基加固、凍結法等。降水降水可有效地疏干砂性土中的地下水，提高該層土的密實度，但不能大幅度提高土體的 強度。如洞口敞開面積大、埋深深、敞開時間長，仍會有土體失穩坍塌的問題存在，此時 降水僅能作為輔助措施；再則降水效果還受到降水深度、土質條件、

7、周圍環境條件等的限 制，所以只能在許可條件下使用。地基加固地基加固可采用深層攪拌、壓密注漿、化學注漿等方法，目的是將洞口處一定范圍內土體預先固結起來，達到進出洞時所需的強度， 能使洞口封門拆除后洞口處暴露的土體自立。 但地基加固后的土體強度均勻性差，特別是在軟土地層中尤為突出，所以必須加強檢測， 使加固土體的強度及其均勻性、加固范圍等，均符合加固設計的標準。在作加固設計時要考慮到工程所用盾構的性能，如網格盾構是擠壓性的正面無切削設 備，則就不宜采用加固技術；對于全斷面切削刀盤，要考慮加固土體的強度以及出渣輸送固體支護下，拆除洞口封門，待掘進設備進入洞門圈內、洞口密封裝置安裝完畢、洞口施 工時的

8、密封性能建立后再解凍，進入正常進出洞施工。這種技術在煤礦建井施工中已廣泛應用，國外用于隧道施工已有許多實例，我國在隧道 施工中亦已開始應用。（3）在井內或洞門口采取的措施外封門形式當工作井采用沉井法施工時，洞口封門一般采用鋼板柱（常用槽鋼組合），一種方法是在沉井下沉施工時，將封門安裝在洞口（封門板樁與沉井洞口的固定連接均設于井內的洞圈內，出洞施工時要能方便拆除 ），然后與沉井一起下沉到位，封門安置要牢固，不應在沉井 下沉施工時遭到破壞；另一種方法是待沉井下沉到位后再緊貼井外壁打入封門板樁，但沉 井在沉井下沉施工時須將預留洞口臨時封閉，待洞門板樁打入后再拆除。盾構出洞時先進入井壁洞圈內，安裝好推

9、進施工時的洞口密封裝置 （圖1），然后拔除封門板樁進入推進施工。外封門形式一般用于出洞施工，因其受到鋼板樁長度、構造及拔樁等影響，當洞口埋深 較深時不宜采用。內封門形式盾構進洞的封門一般采用內封門形式。封門可用型鋼組合（有豎封門及橫封門兩種形式），固定在井內壁洞口處（在沉井下沉施工時，洞圈內用粘土填封密實），當盾構最前端離封門50mm時停止推進施工，拆除封門，盡快將盾構推入井內的接收基座上，并及時封堵管片 與洞圈之間的空隙，防止泥水從間隙處滲漏。當洞口埋深較深、洞口處土質較好，自立性能強或洞口土體進行了加固處理，則內封門形式也可用于出洞施工， 但洞圈內必須用粘土夯填密實，使洞圈內土體起到一個土

10、塞作用，用以平衡井外土體的側向壓力。特殊封門（井內外封門）當工程埋深深、井外砂性土滲透系數大、地下水位高，要平衡地下水壓力較為困難，則盾構出洞時可采用另一種”外封門形式，即在井內筑一定長度的筒套（采用鋼筋混凝土結構或鋼結構），內徑與井壁預留洞口相同，筒套與井壁連成一體，筒套后端設有密封裝置，在 筒套與井壁內面間用密排豎向鋼板樁封閉洞口，沉井下沉前在井壁洞圈內填粘土，盾構先 進入筒套內（圖3）。出洞施工時，逐根拔除鋼板樁，每拔除 1根，須及時封住上開口。該封門形式具有如下特點：i盾構出洞前已建立正面平衡體系，在出洞過程中能較好地控制正面平衡壓力，使洞口外土體流失能控制在允許范圍內，有效地保護環境

11、；ii井壁洞口內及筒套內均用粘土填充，土塞效應長度大，洞口間隙密封效果好，土體不易流失；iii洞口封門板樁由于設在井內，板樁長度略大于洞口直徑，只需用推進施工用的行車即可方便、迅速拔除，不需另行配置大型設備；iv 筒套構造設計時，考慮了出洞時可能出現的問題，降低了施工難度。用SMW 工法施工洞口封門當工作井采用圍護開挖施工工藝時，可在工作井進出洞口處用SMW工法作結構施工圍護，在進出洞施工時，先拔除 SMW樁內的H型鋼，利用掘進設備刀盤切削 SMW樁的水 泥土，逐步完成進出洞施工。基座的設置（1）基座設置前的準備基座設置前不能僅以圖紙為依據，必須核對實際預留洞口的位置和尺寸，洞口的內凈尺寸是否

12、滿足施工所需（要考慮設備的最大尺寸），否則須加大洞口直徑。將洞口實際中心位置的水平方向引至洞口兩側井壁上，以等高表示；垂直方向引到洞口 下部井壁上，以作基座前端定位的依據。對于內封門形式，由于實際洞口被掩蓋住，因此 最好能在未圭寸洞口前就把中心位置引到不受圭寸門影響的井壁上標識出來。基座軸線的測定基座設置的條件除了洞口中心外，還必須有其坡度與平面方向符合隧道設計軸線的要求。當隧道設計軸線是平曲線時，需要事先加以計算并把標識引至后井壁上方，若有條件,可將基座精確地安裝好。導向軌的設置設在基座頂部的2根平行導軌即為導向軌，盾構擱其上面進行安裝調試，其不僅要承受盾構的安裝重量，而且還是盾構推進的軸線

13、導向，因此必須使導向軌夾角中心與隧道軸線 相一致，盾構的擱置方向要正確。基座形式基座可以是鋼結構、鋼筋混凝土(整體現澆及預制裝配)等形式。基座要有足夠的強度和剛度，特別是鋼結構形式的基座，還必須有整體穩定性能與局部穩定性，以免施工應力作 用后產生事故。接收基座用于接收運動著的盾構，由于在安裝基座時，盾構的進洞姿態是未知的，所以只能以隧道設計軸線設置平面，且高程導軌面不能超過洞圈面。當其與盾構的實際姿態不 符時，則盾構在上基座后會產生姿態突變，造成洞口處成環襯砌軸線的突變、環縫拉開、 圓環變形等不良現象。如能設計一個可調節的基座，當盾構進入接收井洞口時，可按其實 際姿態調整基座導軌軸線，符合盾構

14、的實際軸線，使盾構平穩推上基座。后座的設置盾構在基座上開始向前掘進施工時，其前面的頂力必須傳遞到后靠，因此后座在受到最 大施工頂力后，首先是不能產生破壞及變形；其次是后座頂力面必須與隧道設計軸線相垂 直，使盾構推進時有一個正確的方向，并把頂力良好地傳遞至后井壁；最后是設置的后座 系統要能滿足推進施工時垂直與水平運輸轉折通道口的要求。后靠后靠一般借用工作井井壁或圍護結構，亦有另設支撐的，或者作用在已建隧道襯砌上。設計后靠要考慮盾構入土以后的最大推進力，使其能承受正面傳遞過來的所有阻力，以免 出現井壁破壞、工作井移位等現象，影響掘進施工。所以應針對不同的客觀條件，對后靠 予以完善。頂力的傳遞一般采

15、用后盾支撐體系(圖5)將推進頂力傳至后靠，該后盾支撐體系必須在最大頂力作用 下不變形，保持后盾面垂直隧道設計軸線。后盾支撐體系一般用隧道襯砌與鋼支撐的結構，為了能在施工過程中可以垂直、水平運輸，往往上半部分是開口的，這給力的傳遞造成了困難。為此采用上部加鋼支撐作為頂力 傳遞的途徑，必須使后盾管片及鋼支撐有一個良好的強度和整體穩定性來適應施工頂力的 傳遞。后盾支撐體系是否良好，直接關系到推進施工是否能順利進行，亦關系著出洞起始階段的隧道襯砌拼裝質量。洞口間隙的密封技術在盾構通過洞口及整過隧道施工過程中，洞口與盾構、洞口與隧道結構之間總有一個圓 環間隙存在，若不作密封處理，洞口外土體及水就會從此間

16、隙中流入工作井內，使洞口處土體流失，引起地層沉降變形、破壞環境，影響極大，所以，洞口間隙的密封技術也是進出洞施工中的一項重要技術。出洞時的間隙密封目前，出洞時間隙密封采用的單向鉸鏈板加襪套技術是較為理想的，但在施工中必須保證襪套不向井內翻出。該技術是依 ？quot;襪套”的固緊及單向鉸鏈板的保護，阻止洞外 土體向井內流失，但對泥水加壓平衡盾構，還是阻止不了壓力泥水的滲泥，使切口平衡壓 力難以建立，所以可采用多道氣囊密封。氣囊環密封是在洞口的圈板面上安置氣囊，當盾構進入洞口，向氣囊內加充壓力氣體， 使氣囊膨脹，嵌于盾構與洞圈之間，封堵間隙，密封洞口。氣囊用橡膠澆制，一塊圈板上 可設多道環形氣囊，

17、提高密封效果。氣體的壓力應根據洞口處土體側向壓力通過計算設定。 當盾構脫出氣囊環，則氣囊環嵌于襯砌與洞圈間，成為施工間隙的臨時密封設施。進洞時的間隙密封盾構進洞時，由于洞口土體的流向與密封襪套同向，土體在側向壓力作用下較易向井內流失，所以當洞口處于土體性能流動性大、自立能力差和地下水位高的砂性土層中是較 難封住的。目前，各工程上采用可徑向調節的眉毛板，用電焊固定在洞口環板與襯砌洞口環外弧面的預埋鋼板間。當洞口在滲漏條件下較難封住時，只能采用埋管引流封堵，最后由引流 管壓入漿液完成洞口間隙的密封，但易產生地面變形的不良后果。因此可采用氣囊環及洞 圈填料盒進行密封。洞圈填料盒密封是在洞口形成一個圓形盒，盒上裝有填料壓緊裝置，用以調節止水填料 的壓密程度，使填入材