采用盾構法施工時,首先要在隧道的始端和終端開挖基坑或建造豎井,用作盾構及其設備的拼裝井(室)和拆卸井(室),特別長的隧道,還應設置中間檢修工作井(室)。拼裝和拆卸用的工作井,其建筑尺寸應根據盾構裝拆的施工要求來確定。拼裝井的井壁上設有盾構出洞口,井內設有盾構基座和盾構推進的后座。井的寬度一般應比盾構直徑大1.6~2.0米,以滿足鉚、焊等操作的要求。當采用整體吊裝的小盾構時,則井寬可酌量減小。井的長度,除了滿足盾構內安裝設備的要求外,還要考慮盾構推進出洞時,拆除洞門封板和在盾構后面設置后座,以及垂直運輸所需的空間。中、小型盾構的拼裝井長度,還要照顧設備車架轉換的方便。盾構在拼裝井內拼裝就緒,經運轉調試后,就可拆除出洞口封板,盾構推出工作井后即開始隧道掘進施工。盾構拆卸井設有盾構進口,井的大小要便于盾構的起吊和拆卸。
其他施工主要有土層開挖、盾構推進操縱與糾偏、襯砌拼裝、襯砌背后壓注等。這些工序均應及時而迅速地進行,決不能長時間停頓,以免增加地層的擾動和對地面、地下構筑物的影響。
土層開挖
在盾構開挖土層的過程中,為了安全并減少對地層的擾動,一般先將盾構前面的切口貫入土體,然后在切口內進行土層開挖,開挖方式有:①敞開式開挖。適用于地質條件較好、掘進時能保持開挖面穩(wěn)定的地層。由頂部開始逐層向下開挖,可按每環(huán)襯砌的寬度分數(shù)次完成。②機械切削式開挖。用裝有全斷面切削大刀盤的機械化盾構開挖土層。大刀盤可分為刀架間無封板的和有封板的兩種,分別在土質較好的和較差的條件下使用。在含水不穩(wěn)定的地層中,可采用泥水加壓盾構和土壓平衡式盾構進行開挖。③擠壓式開挖。使用擠壓式盾構的開挖方式,又有全擠壓和局部擠壓之分。前者由于掘進時不出土或部分出土,對地層有較大的擾動,使地表隆起變形,因此隧道位置應盡量避開地下管線和地面建筑物。此種盾構不適用于城市道路和街坊下的施工,僅能用于江河、湖底或郊外空曠地區(qū)。用局部擠壓方式施工時,要根據地表變形情況,嚴格控制出土量,務使地層的擾動和地表的變形減少到最低限度。④網格式開挖。使用網格式盾構開挖時,要掌握網格的開孔面積。格子過大會喪失支撐作用,過小會產生對地層的擠壓擾動等不利影響。在飽和含水的軟塑土層中,這種掘進方式具有出土效率高、勞動強度低、安全性好等優(yōu)點。
推進糾偏
推進過程中,主要采取編組調整千斤頂?shù)耐屏Α⒄{整開挖面壓力以及控制盾構推進的縱坡等方法,來操縱盾構位置和頂進方向。一般按照測量結果提供的偏離設計軸線的高程和平面位置值,確定下一次推進時須有若干千斤頂開動及推力的大小,用以糾正方向。此外,調整的方法也隨盾構開挖方式有所不同:如敞開式盾構,可用超挖或欠挖來調整;機械切削開挖,可用超挖刀進行局部超挖來糾正;擠壓式開挖,可用改變進土孔位置和開孔率來調整。
襯砌拼裝
常用液壓傳動的拼裝機進行襯砌(管片或砌塊)拼裝。拼裝方法根據結構受力要求,可分為通縫拼裝和錯縫拼裝。通縫拼裝是使管片的縱縫環(huán)環(huán)對齊,拼裝較為方便,容易定位,襯砌圓環(huán)的施工應力較小,但其缺點是環(huán)面不平整的誤差容易積累。錯縫拼裝是使相鄰襯砌圓環(huán)的縱縫錯開管片長度的1/2~1/3。錯縫拼裝的襯砌整體性好,但當環(huán)面不平整時,容易引起較大的施工應力。襯砌拼裝方法按拼裝順序,又可分為先環(huán)后縱和先縱后環(huán)兩種。先環(huán)后縱法是先將管片(或砌塊)拼成圓環(huán),然后用盾構千斤頂將襯砌圓環(huán)縱向頂緊。先縱后環(huán)法是將管片逐塊先與上一環(huán)管片拼接好,最后封頂成環(huán)。這種拼裝順序,可輪流縮回和伸出千斤頂活塞桿以防止盾構后退,減少開挖面土體的走動。而先環(huán)后縱的拼裝順序,在拼裝時須使千斤頂活塞桿全部縮回,極易產生盾構后退,故不宜采用。
襯砌壓注
為了防止地表沉降,必須將盾尾和襯砌之間的空隙及時壓注充填。壓注后還可改善襯砌受力狀態(tài),并增進襯砌的防水效果。壓注的方法有二次壓注和一次壓注。二次壓注是在盾構推進一環(huán)后,立即用風動壓注機通過襯砌上的預留孔,向襯砌背后的空隙內壓入豆粒砂,以防止地層坍塌;在繼續(xù)推進數(shù)環(huán)后,再用壓漿泵將水泥類漿體壓入砂間空隙,使之凝固。因壓注豆粒砂不易密實,壓漿也難充滿砂間空隙,不能防止地表沉降,已趨于淘汰。一次壓注是隨著盾構推進,當盾尾和襯砌之間出現(xiàn)空隙時,立即通過預留孔壓注水泥類砂漿,并保持一定的壓力,使之充滿空隙。壓漿時要對稱進行,并盡量避免單點超壓注漿,以減少對襯砌的不均勻施工荷載;一旦壓漿出現(xiàn)故障,應立即暫停盾構的推進。盾構法施工時,還須配合進行垂直運輸和水平運輸,以及配備通風、供電、給水和排水等輔助設施,以保證工程質量和施工進度,同時還須準備安全設施與相應的設備。