盾构法是一种常用于城市地铁、铁路、公路及水下隧道施工的先进隧道施工方法。它通过在地层中使用盾构机进行掘进、支护和衬砌,实现了隧道施工的高效、安全与自动化。以下是详细介绍:
一、什么是盾构法?
简单来说,盾构法就是使用一个叫做 “盾构机” 的大型圆柱形钢制设备,在地下一边挖掘前方的土体,一边在尾部拼装预制的管片来形成隧道衬砌,并依靠千斤顶向前推进的施工方法。
二、盾构法的基本原理
盾构法是利用盾构机在地下推进,边挖掘土体、边支护围岩、边拼装衬砌管片,从而形成隧道结构的一种机械化施工方法。
盾构机前端配有刀盘,用于切削土体;中部有盾体支撑土压,防止地层坍塌;尾部则进行混凝土管片拼装,形成隧道结构。
三、盾构法施工的优点
1. 安全性高:盾构机自带钢质外壳(盾壳),能在开挖的同时支护周围土体,有效防止塌方。
2. 对环境影响小:施工主要在地下进行,地面沉降可控,适合城市密集建筑群、交通干线下方作业。
3. 自动化程度高:开挖、出渣、管片拼装等关键工序多由机械自动完成,减少人工干预,提升施工效率。
4. 隧道质量好:预制管片精度高,衬砌质量稳定,防水性能好。
四、盾构法施工的缺点:
1. 初期投资巨大:盾构机的设计、制造和采购成本非常高。
2. 适应性有局限:对复杂地质(如孤石、高强度岩层)的适应性较差,需要辅助工法。
3. 曲线半径限制:无法急转弯,需要较大的曲线半径。
4. 断面形状单一:通常只能挖掘圆形断面。
五、盾构法的基本施工流程
1. 盾构始发:在预先修建的“始发井”内组装盾构机,完成调试后,盾构机刀盘开始切削土体,逐步向地下推进。
2. 隧道开挖与支护:刀盘切削的渣土通过传送带输送至地面(出渣);同时,盾构机尾部的拼装机构将预制混凝土管片拼接成隧道内壁,形成永久支护。
3. 同步注浆:管片拼装完成后,向管片与土体之间的缝隙注入浆液,填充空隙、控制地面沉降,并增强隧道稳定性。
4. 盾构接收:当盾构机推进至预设的“接收井”时,完成隧道贯通,随后拆解并吊出盾构机。
六、盾构法的主要适用场景
① 地层条件:适用于软土地层(如黏土、粉土、砂层)、软岩地层,尤其适合无法采用矿山法(爆破开挖)的复杂地质。
② 工程类型:广泛应用于城市地铁隧道、越江/越海隧道、公路/铁路隧道,以及市政地下管廊等工程。
盾构法是一种技术成熟、安全高效的地下空间开发技术。它通过在掘进的同时完成隧道结构的构筑,完美地解决了在软弱不稳定地层中修建隧道的世界性难题。随着技术的发展,出现了双模盾构、矩形盾构等新型设备,使其应用领域不断拓宽,成为现代城市地下工程建设不可或缺的核心工法。