浙江省大成建设集团有限责任公司 310013
摘 要：以封闭型土压式泥水加压式盾构为例，从挖掘构造和挖掘面保持构造、地基变形变形机理等方面探讨盾构工程施工内容。
关键词：挖掘面保持构造；地基变形；地基变形机理
盾构施工法是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法，使用盾构机在地下掘进，在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，在盾构机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。与其它施工方法相比，这种技术的优势在于地上不用大量拆迁、不用开挖地面、地面上无噪声、无尘土、不扰民、工程造价低、能够确保临近构筑物的安全，而且全部采用自动化控制，工程进度较快。但是在市区和各种重要构筑物交叉、临近施工的盾构隧道工程日益增多，对盾构工法而言最为重要的课题是尽量将掘进过程引发的地基变形控制到最小、对临近构筑物的不良影响控制在最小范围。
1、盾构工法的挖掘构造
如图1前面刀盘面封闭型泥水加压盾构机械回转前面刀盘，切削下来的土砂从密封隔舱面板的衩口进入泥水舱（室），在掘进的过程中，机械整体以 2cm/min-5cm/min的速度前进。进入泥水舱（室）的岩土和泥水混合，经过强制搅拌成稠泥浆后由管路排送到地面。根据前面的土压和水压大小对泥水进行压力调整从而起到防止挖掘面坍塌和地下水涌入的作用。因此这种盾构的一个显著特点是对周围地基的不良影响非常小。
如图 1所示，封闭型土压式盾构刀盘后隔面板构造和封闭型泥水加压盾构的类似，所不同的是把切削下来的土料（必要时需要添加一些添加材料） 作为稳定挖掘面的介质。盾构刀盘后隔面板与挖掘面之间形成泥土室，刀盘旋转掘进使土料再由螺旋输料器旋转将土料旋出。为了确保排土顺畅需要增加土砂的流动性，因此需要添加泥土等添加材料。另外，泥水加压盾构泥水舱（室）的土砂呈流动状态，而土压式盾构泥水舱（室）的土砂呈半固体状态。
图一
封闭型盾构的挖掘面是封闭的，因此挖掘面地基的应力释放很小。封闭型挖掘面保持构造能够抵抗作用在前面刀盘挖掘面上的土压和水压，对盾构机械泥水（土）舱内的泥水或是泥土加压，保持应力平衡的结构构造。关于加压方法，泥水加压盾构是通过泥水泵进行加压，泥土加压盾构可以由刀盘旋转掘进速度和螺旋输料器出土量（旋转速度）进行调节。泥水(土)舱内压力的大小一般情况下是根据作用在盾构机中心的土压和水压之和确定的。
3 盾构隧道掘进过程中地基变形
通常认为在地表面产生的位移与具体的盾构隧道施工方法没有太大的关系，其形状基本上都类似，其形状模式地基变形基本上上可以分为以下 5 个阶段。
1）先行下沉（塌陷）：随着切削刀盘逐渐接近计量点，切削刀盘或是盾尾孔隙引发的地基松弛影响逐渐向前方扩展而导致先行下沉。
2）切削刀盘前方下沉（塌陷）或隆起：这是切削刀盘位置的地基土体涌入泥土（水）室内或是挤压周围地基所产生的不良影响。
3）通过时盾尾下沉（塌陷）或隆起：盾构壳板、姿势控制装置等与周边地基的摩擦抵抗作用或是开挖量过大扰动周边地基引发的不良影响。
4）盾尾孔隙下沉（塌陷）或隆起：盾尾孔隙产生导致应力释放及向盾尾孔隙内的背后注浆压力过大或过小是造成这种地基变形的主要原因。
5）后续下沉：周边地基扰动，地下水位变化或是由于压气等压密下沉，以及由于一次衬砌变化所产生的影响。盾构掘进过程中对整体地基产生的扰动及应力释放。通常在软弱黏性土地基中可以出现这种现象。地基下沉量的大小和传播情况主要取决于地基条件和上覆土层厚度比（上覆土层和盾构直径的比值）。洪积地基、冲积砂质土的情况下在地下产生的下沉在向地表传播的过程中会有所衰减，但是冲积黏性土的情况下盾构机通过以后下沉还要经过漫长的时间，即使上覆土层厚度比很大地表下沉量最终也会达到地下下沉量。
4 地基变状机理
以封闭型土压式、泥水加压式盾构为例论述刀盘前面应力释放和地下水的变化情况。土压式盾构工法刀盘前面应力释放很小，但是存在土料、地下水大量涌入泥土室内的倾向。但是一般来讲采用这种工法，地基产生的变形很小。泥水加压式盾构工法，由于根据刀盘前面的土压和水压调整施加的泥水压力，刀盘前面的应力释放很小。虽然存在泥水中的水向地中渗透的倾向，但不存在地下水涌入泥水室内的倾向。这种工法的地基变形很小，甚至可以说是最适于临近施工的盾构工法。如上所述，施工方法不同，地基举动情况也就不同，与此相对应地基下沉机理也就不同。根据“盾构隧道掘进过程中地基变形”地基变形机理如表 1 所示。
地基举动机理的详细情况随着适用地基的地质，施工状况而不同。本单位结合现场实测对土压式封闭型盾构，提出冲积黏性土层及砂地基进行的研究报告。
从黏性土地基的计量结果可知，在掘进面正面发生取土区域、在盾构周围产生挤压区域，该两区域的产生导致刀盘掘进面前方地基隆起。对于盾尾后地基，由于盾尾孔隙的产生导致扩展到地表面等量下沉（塌陷）。从砂土地基的计量结果可知：其变形形状类似于变形形状类似于黏性土地基，但是范围较小。在盾尾后方，由于在盾构隧道正上方“拱桥效应”起作用，因此不会产生直接连接到地表面的下沉现象。
5、结语
后构隧道在地下掘进小叫避免地要导致地基产生变形，影响隧道及临近重要构筑物。为了将掘进过程引发的地基变形控制到最小、对临近构筑物的小良影响控制在最小范围，需要考虑小同的后构工法其地基变形机理也小同，需要采用适用变形机理的各种计量手段(方法)来预测地基变形，同时必须采取有效措施尽量减小变形从而确保后构隧道及临近重要构筑物的安全。
参考文献
[1] 周文波 .盾构法隧道施工技术及应用.中国建筑工业出版社,2004.
[2] 王梦恕 .岩石隧道掘进机（TBM）施工及工程实例.中国铁道出版社,2004
[3] 谭复兴 高伟君.城市轨道交通系统概论. 中国水利水电出版社,2007.
论文作者:陈晓飞,吴祥泰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年1月下
论文发表时间:2017/5/11
标签：盾构论文; 地基论文; 泥水论文; 隧道论文; 机理论文; 应力论文; 构筑物论文; 《建筑学研究前沿》2017年1月下论文;