盾构施工技术浅谈

吴珍 许赣珍 汪黄翔

摘 要：从盾构机基本原理及优缺点入手，结合盾构机基本构造和分类，对盾构施工技术进行了概述，并对其发展进行了展望。

关键词：盾构施工技术；基本原理；优缺点；分类及构造

0引言

从1818年法国工程师M.I.布律内尔由观察蛀虫在木板中分泌粘液钻洞的现象中得到启发而发明敞开式手动掘进技术。经过大约200年的发展，在科学技术人员的努力下，盾构施工技术有了长足的发展，为经济发展注入了新的活力。随着全球经济建设前所未有的飞速发展和城市化进程的不断推进，城市密度不断提高，高层建筑物不断增加，地上空间利用的制约使人类将目光着眼于地下空间的利用。可以预见未来在基础设施密集的大型城市，人文自然景观和居住办公用建筑将留在地上，而储存库、安全区、发电厂和城市轨道交通等建筑都将出现在地下空间。盾构施工技术凭借其安全性高、效率高、机械智能化程度高、对环境影响小和抗干扰能力强等优势，在地下空间施工中将得到越来越广泛的运用。

1盾构施工技术基本原理及优缺点

1.1基本原理

盾构施工技术是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。其基本原理是运用钢质组件在隧道设计轴线上利用刀盘在开挖面切削土体向前推进，通过钢质组件外壳和管片支承四周围岩防止发生隧道内的坍塌和渗水。同时，将土渣通过机械设备运出出洞外，拼装预制混凝土管片，同时进行注浆填补管片与周围土体的间隙，形成隧道结构的一种机械化施工方法。在盾构施工技术领域，英美日德处于国际先进水平。我国盾构施工技术起步晚，发展快，具有极大的发展前景。

1.2盾构施工技术的优缺点

（1）盾构施工技术抗干扰能力强，对环境造成影响小。

（2）智能化机械化程度高，可大幅度降低人工成本。

（3）安全可靠，施工速度快。

（4）设备昂贵，工艺较复杂，科技含量高，需要施工人员较高的基本素质。

2盾构的基本构造及分类

2.1盾构的基本构造

盾构主体结构主要由盾构主体、开挖装置、推进系统、管片组装系统、液压电气控制系统和附属设备等构成。

1.盾构主体

盾构主体是由对内部设施起保护作用抵抗外部荷载的盾壳部分及一些辅助设备构成。盾构主体一般分为前盾、中盾、盾尾三个部分，运用铰接装置连接。不同类型的盾构主体所运用的铰接装置存在一定差异，主要分为主动铰接装置和被动铰接装置两种。主动铰接装置可使盾构主体弯曲任意角度且推力较大，造价也更高。被动铰接装置使盾构主体弯曲的角度较小，推力较小，但造价较低。具体使用那种铰接装置应根据工程实际情况确定。

2.开挖装置

开挖装置选型时，应综合考虑盾构形式、刀盘形式、刀盘支撑方式、刀盘开口、刀盘装备扭矩、刀头、装备推力以及它们的组合方式等因素。如图1所示。

图1 盾构机的刀盘布置

3.推进系统

推进系统是盾构机关键部分，一般指可以使盾构机在土体中向前掘进的系统，主要由配备在盾构主体内测的液压千斤顶群组成。盾构机所需要的总推力必须根据在掘进过程中各种阻力的综合再加上一定的安全量所决定。如图2所示。

图2 盾构机液压千斤顶

4.管片组装系统

管片组装系统一般设置在中盾或前盾部位，主要由管片拼装机械组成。常见的管片拼装机械有环式、中空轴式和齿轮式。管片组装系统的选择需要依据盾构型式和规模、管片的尺寸、工作循环的方法因素决定。如图3所示。

图3 盾构机管片拼装机

5.液压电气控制系统

液压系统由盾构机千斤顶群、刀盘系统、组装机系统等分别构成，可以分别配备，也可以一同使用。可靠耐用和与盾构机相匹配是选择液压设备的原则。

电气系统需要注意的事项是受外界环境因素影响小，在选定时尽可能结构紧凑，这样便于后期掘进施工时系统的维修与保养。

控制系统是连接控制盾构机各个部分，使其能够正常工作的系统。核心在于对异常状态的分析与显示，为工程技术人员提供维修的方向，确保安全可靠的工作。如图4所示。

图4 盾构机控制系统

6.附属设备台车

附属设备主要包括，盾构机姿态控制装置、测量装置、壁厚注浆系统、润滑设备和后方台车，对盾构设备起重要作用。如图5所示。

图5 盾构机后方台车

2.2盾构设备的分类

盾构设备按照开挖面同工作仓之间的密封状态，主要可分为敞开式盾构、半敞开式盾构、密闭式盾构。主要介绍当代实际工程邻域常用的土压平衡式盾构和泥水平衡式盾构。

（1）土压平衡式盾构

土压平衡式盾构利用储存在土舱内的土体来稳定开挖面的土体水压力，适应在软弱的冲击土层中推进，特别适用于黏性土或有一定黏性的粉砂土。当在砾石层或砂土层中推进时，可通过加进适当的泥土或改良材料来实现安全高效掘进。

（2）泥水平衡式盾构

泥水平衡盾构是通过向密封舱中注入适当压力的泥浆使其在开挖面形成泥膜，用以平衡掘进面前的土压力，并由刀盘切削土体表层泥膜，使其进入密封舱与泥水混合后，由泥浆泵及管道输送到地面处理。

一般认为土压平衡式盾构适用于各种地质条件，但在含水砂层和砾石砂层，尤其在高水压条件下，土压平衡式盾构在开挖面稳定性、控制地面沉降等方面难达到理想效果，泥水平衡式盾构在这方面更具优势。

3结语

盾构施工技术随着城市化进程的不断推进和经济的飞速发展，必将更大规模的投入生产实践工程中。只要我们加大投入，力争实现技术的完全自主化，顺应时代发展潮流，必将使盾构施工技术实现跨越式的大发展。

参考文献

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作者简介：吴珍（1969年4月），女，汉族，江西省，大专，工程师，江西天岩建设工程有限公司。