2012年一級(jí)《市政工程》：盾構(gòu)機(jī)型的選擇

　　盾構(gòu)機(jī)型的選擇

　　一、盾構(gòu)機(jī)的種類

　　按開挖面是否封閉劃分，可分為密閉式和敞開式兩類。

　　按平衡開挖面土壓與水壓的原理不同，密閉式盾構(gòu)機(jī)又可分為土壓式（常用泥土壓式）和泥水式兩種。

　　敞開式盾構(gòu)機(jī)按開挖方式劃分，可分為手掘式、半機(jī)械挖掘式和機(jī)械挖掘式三種。

　　按盾構(gòu)機(jī)的斷面形狀劃分，有圓形和異型盾構(gòu)機(jī)兩類，其中異型盾構(gòu)機(jī)主要有多圓形、馬蹄形和矩形。

　　二、盾構(gòu)機(jī)的選擇

　?。ㄒ唬┻x擇原則

　　盾構(gòu)機(jī)的選擇原則主要有：

　?。?）適用性原則

　?。?）技術(shù)先進(jìn)性原則

　　技術(shù)先進(jìn)性有兩方面含義：一是不同種類盾構(gòu)機(jī)技術(shù)先進(jìn)性不同，二是同一種類盾構(gòu)機(jī)由于設(shè)備配置的差：異與功能的差異而技術(shù)先進(jìn)性不同。

　?。?）經(jīng)濟(jì)合理性原則

　　（二）各種盾構(gòu)機(jī)對(duì)地質(zhì)條件的適用性

　?。ㄈ┻x擇程序

　　噴錨暗挖法的掘進(jìn)方式選擇

　　“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”是淺埋暗挖法施工的十八字方針。

　　采用淺埋暗挖法施工時(shí)，常見的施工方法是正臺(tái)階法以及適用于特殊地層條件的其他施工方法，如全斷面法、正臺(tái)階法、正臺(tái)階環(huán)形開挖法、單側(cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法、中洞法、側(cè)洞法、柱洞法等。

　　一、全斷面法

　　地下工程結(jié)構(gòu)斷面采用一次開挖成型的施工方法叫全斷面開挖法，該法的優(yōu)點(diǎn)是可以減少開挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)，有利于圍巖天然承載拱的形成，工序簡單，便于組織大型機(jī)械化施工；施工速度快，防水處理簡單。缺點(diǎn)是對(duì)地質(zhì)條件要求嚴(yán)格，圍巖必須有足夠的自穩(wěn)能力。

　　二、臺(tái)階法

　　臺(tái)階法施工就是將結(jié)構(gòu)斷面分成兩個(gè)以上部分，即分成上下兩個(gè)工作面或幾個(gè)工作面，分步開挖。根據(jù)地層條件和機(jī)械配套情況，臺(tái)階法又可分為正臺(tái)階法和中隔壁臺(tái)階法等。正臺(tái)階法能較早使支護(hù)閉合，有利于控制其結(jié)構(gòu)變形及由此引起的地面沉降。

　?。ㄒ唬┡_(tái)階法開挖優(yōu)點(diǎn)

　　1．靈活多變，適用性強(qiáng)。凡是軟弱圍巖、第四紀(jì)沉積地層，必須采用正臺(tái)階法，這是各種不同方法中的基本方法。

　　2．具有足夠的作業(yè)空間和較快的施工速度。當(dāng)?shù)貙訜o水、洞跨小于10m時(shí)，均可采用該方法。

　?。ǘ┡_(tái)階法開挖注意事項(xiàng)

　　1．臺(tái)階數(shù)不宜過多，臺(tái)階長度要適當(dāng)，對(duì)城市第四紀(jì)地層，臺(tái)階長度一般以控制在1D內(nèi)（D一般指隧道跨度）為宜。

　　2．對(duì)巖石地層，針對(duì)破碎地段可配合掛網(wǎng)噴錨支護(hù)施工，以防止落石和崩塌。

　　三、正臺(tái)階環(huán)形開挖法

　　又稱環(huán)形開挖留核心土法，一般將斷面分成環(huán)形拱部（示意圖中的1、2、3）、上部核心土（4）、下部臺(tái)階（5）等三部分（見表1K413031）。根據(jù)斷面的大小，環(huán)形拱部又可分成幾塊交替開挖。環(huán)形開挖進(jìn)尺為0.5～1.Om，不宜過長。臺(tái)階長度一般以控制在1D內(nèi)（D一般指隧道跨度）為宜。

　　和臺(tái)階法一樣，核心土和下部開挖都是在拱部初次支護(hù)保護(hù)下進(jìn)行的，施工安全性好。這種方法適用于一般土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖中。

　　這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是：與超短臺(tái)階法相比，臺(tái)階長度可以適度加長，以減少上、下臺(tái)階施工干擾；而與下述的側(cè)壁法相比，施工機(jī)械化程度可相對(duì)提高，施工速度可加快。

　　四、單側(cè)壁導(dǎo)坑法

　　這種方法一般是將斷面分成三塊：側(cè)壁導(dǎo)坑（1）、上臺(tái)階（2）、下臺(tái)階（3）（見表1K413031中的示意圖）。側(cè)壁導(dǎo)坑尺寸應(yīng)本著充分利用臺(tái)階的支撐作用，并考慮機(jī)械設(shè)備和施工條件而定。一般側(cè)壁導(dǎo)坑寬度不宜超過0.5倍洞寬，高度以到起拱線為宜，這樣導(dǎo)坑可分二次開挖和支護(hù)，不需要架設(shè)工作平臺(tái)，人工架立鋼支撐也較方便。

　　單側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于斷面跨度大，地表沉陷難于控制的軟弱松散圍巖中。

　　五、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

　　又稱眼鏡工法。當(dāng)隧道跨度很大，地表沉陷要求嚴(yán)格，圍巖條件特別差，單側(cè)壁導(dǎo)坑法難以控制圍巖變形時(shí)，可采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法?，F(xiàn)場實(shí)測表明，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法所引起的地表沉陷僅為短臺(tái)階法的1／2.

　　這種方法一般是將斷面分成四塊：左、右側(cè)壁導(dǎo)坑、上部核心土（2）、下臺(tái)階（3）（見表1K413031中的示意圖）。導(dǎo)坑尺寸擬定的原則同前，但寬度不宜超過斷面最大跨度的1／3.左、右側(cè)導(dǎo)坑錯(cuò)開的距離，應(yīng)根據(jù)開挖一側(cè)導(dǎo)坑所引起的圍巖應(yīng)力重分布的影響不致波及另一側(cè)已成導(dǎo)坑的原則確定。

　　雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工安全，但速度較慢，成本較高。

　　六、中隔壁法和交叉中隔壁法

　　中隔壁法也稱CD工法，主要適用于地層較差和不穩(wěn)定巖體、且地面沉降要求嚴(yán)格的地下工程施工。當(dāng)CD工法不能滿足要求時(shí)，可在CD工法基礎(chǔ)上加設(shè)臨時(shí)仰拱，即所謂的交叉中隔壁法（CRD工法）。CD工法和CRD工法在大跨度隧道中應(yīng)用普遍，在施工中應(yīng)嚴(yán)格遵守正臺(tái)階法的施工要點(diǎn)，尤其要考慮時(shí)空效應(yīng)，每一步開挖必須快速，必須及時(shí)步步成環(huán)，工作面留核心土或用噴混凝土封閉，消除由于工作面應(yīng)力松弛而增大沉降值的現(xiàn)象。

　　七、中洞法、側(cè)洞法、柱洞法、洞樁法

　　當(dāng)?shù)貙訔l件差、斷面特大時(shí)，一般設(shè)計(jì)成多跨結(jié)構(gòu)，跨與跨之間有梁、柱連接，一般采用中洞法、側(cè)洞法、柱晌法及洞樁法等施工，其核心思想是變大斷面為中小斷面，提高施工安全度。

　　1．中洞法施工就是先開挖中間部分（中洞），在中洞內(nèi)施作梁、柱結(jié)構(gòu)，然后再開挖兩側(cè)部分（側(cè)洞），并逐漸將側(cè)洞頂部荷載通過中洞初期支護(hù)轉(zhuǎn)移到梁、柱結(jié)構(gòu)上。由于中洞的跨度較大，施工中一般采用CD．CRD或眼鏡工法進(jìn)行施工。中洞法施工工序復(fù)雜，但兩側(cè)洞對(duì)稱施工，比較容易解決側(cè)壓力從中洞初期支護(hù)轉(zhuǎn)移到梁柱上時(shí)的不平衡側(cè)壓力問題，施工引起的地面沉降較易控制。該工法的特點(diǎn)是初期支護(hù)自上而下，每一步封閉成環(huán)，環(huán)環(huán)相扣，二次襯砌自下而上施工，施工質(zhì)量容易得到保證。

　　2．側(cè)洞法施工就是先開挖兩側(cè)部分（側(cè)洞），在側(cè)洞內(nèi)做梁、柱結(jié)構(gòu)，然后再開挖中間部分（中洞），并逐漸將中洞頂部荷載通過初期支護(hù)轉(zhuǎn)移到梁、柱上，這種施工方法在處理中洞頂部荷載轉(zhuǎn)移時(shí)，相對(duì)于中洞法要困難一些。兩側(cè)洞施工時(shí)，中洞上方土體經(jīng)受多次擾動(dòng)，形成危及中洞的上小下大的梯形、三角形或楔形土體，該土體直接壓在中洞上，中洞施工若不夠謹(jǐn)慎就可能發(fā)生坍塌。

　　3．柱洞法施工是先在立柱位置施作一個(gè)小導(dǎo)洞，當(dāng)小導(dǎo)洞做好后，在洞內(nèi)再做底梁，形成一個(gè)細(xì)而高的縱向結(jié)構(gòu)，該工法的關(guān)鍵是如何確保兩側(cè)開挖后初期支護(hù)同步作用在頂縱梁上，而且柱子左右水平力要同時(shí)加上且保持相等。

　　4．洞樁法就是先挖洞，在洞內(nèi)制作挖孔樁，梁柱完成后，再施作頂部結(jié)構(gòu)，然后在其保護(hù)下施工，實(shí)際上就是將蓋挖法施工的挖孔樁梁柱等轉(zhuǎn)入地下進(jìn)行。

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