定向钻、大开挖和顶管施工方法对于穿越地质情况复杂、地下水压高、透水性强、长距离的江河地区,无法满足施工要求。盾构法施工技术是一种现代的非开挖铺管技术,地质环境适应性强,特别是泥水平衡式盾构法施工能够适合以上要求。多项工程证明盾构法是一种安全可靠、高效的隧道施工技术。
1.盾构法施工技术简介
盾构法是一种暗挖式的、全机械化的隧道施工方法。在施工过程中,刀盘转动对土体产生切削,通过盾尾推进油缸的伸长,使设备向前行进。当推进油缸伸长到一定的行程后,在盾尾进行管片拼装,最终形成盾构隧道。盾构法施工能够适应各种地质条件。
盾构法施工属暗挖施工的一种,施工隐蔽性好,因噪音、振动引起的环境影响小;采用盾构法进行河流穿越施工,不影响河流通航,不受河道、潮汐和气候等自然条件影响;施工的机械自动化程度高、劳动强度相对较低,施工人员较为安全;能够适应泥质砂岩、花岗岩、卵石、砾石、粘土、粉细砂等各种地层;能够提供大口径、长距离的使用空间,可在空间内同时铺设光缆等;在隧道内空间安装的管道可多次维修,延长了穿越段管道的使用寿命。
根据其施工原理和出渣方式的不同,盾构机分为土压平衡式盾构机和泥水平衡式盾构机两种,这里我们仅介绍泥水平衡式盾构机。
2.泥水平衡式盾构机工作原理
泥水平衡式盾构机是以泥水压力来平衡开挖面的水土压力,随着加压后的泥水不断渗入土体,泥水中的砂土颗粒填入土体孔隙中,可形成渗透系数非常小的泥膜。由于泥膜形成后减小了开挖面的压力损失,泥水压力可有效地作用于开挖面,从而可防止开挖面的变形和崩塌,并确保开挖面的稳定。
3.施工工序
首先是竖井施工,盾构施工中竖井,是指设备始发时入井和到达时出井的通道,竖井施工是盾构法隧道施工的关键工序,占总工期的比重较大,施工难度较大,成本较高。按照竖井功能划分,把竖井分为出发井和到达井,有的隧道较长,还需根据实际需要,在隧道轴线上设置维修井。
然后是管片生产,管片生产是盾构施工中的一个重要工序,作为盾构支护结构的预制管片要求具有高强度、高精度、高质量、高抗渗性能和较高的外观质量,它对隧道的长期稳定性和安全运行起着至关重要的作用。管片生产包括钢筋加工、管片浇筑、管片养护、管片吊装等几个工序。
接着进行盾构掘进,盾构掘进是一个交替往复的过程,在操作人员的控制下,启动刀盘切削地层。切削下来的渣土,通过泥水循环,被泥浆携带出来,经过泥水设备的分离作用,与泥浆分开。待设备掘进到推进油缸的可拼装行程时,停止掘进,进行管片拼装。管片拼装结束后,继续进行掘进,如此周而复始,盾构隧道逐渐形成。
最后进行管道安装,隧道形成后将进行管道安装,在安装管道,施工难度较大,需要专用设备和机具。