《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》是中鐵三局集團有限公司、中國中鐵航空港建設集團有限公司完成的建築類施工工法，完成人是辛振省、朱俊陽、高俊峰、徐建中、康見星。該工法適用於複雜地質條件下盾構通過已有暗挖隧道或者通過中間車站的工況及相關細節工況。
《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》主要的工法特點是：縮短了工期、降低了造價，保證了施工安全和質量，效益效果明顯。
2011年9月30日，《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009~2010年度國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法
- 工法編號：GJEJGF229-2010
- 完成單位：中鐵三局集團有限公司、中國中鐵航空港建設集團有限公司
- 主要完成人：辛振省、朱俊陽、高俊峰、徐建中、康見星
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
隨著城市化進程的發展，交通壓力越來越大，捷運作為三維交通的重要部分在解決城市交通擁堵方面發揮著不可替代的作用。2009年前，城市捷運建設正在如火如荼的進行，盾構作為軟土隧道開挖的先進機具，以開挖速度快、勞動強度低、擾動小及地下作業等優點在捷運建設中被廣泛運用。但是地下工程具有較強的隱蔽性，地質條件有很多不確定性，遇到地裂縫等極端不利地質條件需要用暗挖法進行隧道開挖支護，然後盾構在修建好的暗挖法隧道中通過，進而繼續開挖前進。
盾構通過暗挖法隧道施工，存在諸多難點，如：盾構前進的反力提供困難，作業面狹窄，盾構進出洞，盾構整體穩定滑過導台等一系列技術難題。中鐵三局集團有限公司通過自主研發，成功實現了盾構自行整體通過暗挖法隧道及中間車站，掌握了該項施工方法的核心技術。特編制了《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》。
工法特點
《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》的工法特點是：
一、在已修好的暗挖法隧道兩個端頭進行端頭土體加固，保證盾構進洞和出洞時圍岩穩定，保證盾構安全進洞和出洞。
二、通過合理精確計算，確定暗挖法隧道中盾構通行導台的高度，使得盾構管片支護和暗挖法支護的合理銜接過渡，保證了盾構進洞後平順通行。
三、基於結構的力學分析和相關計算確定導台反力孔的布置和反力柱的選取，使得盾構既獲得足夠的反力又保證結構不被破壞，保證盾構安全快速通過導台。
四、基於三維仿真分析和相關計算，確定盾構再次始發時反力架的固定和安裝，一方面保證盾構始發頂進所需的反力，另一方面保證提供反力的基座和已有結構的安全。
五、該工法導台可以作為車站底板和軌道道床的一部分，不造成任何浪費，而且與傳統施工方法比較，縮短了工期、降低了造價，保證了施工安全和質量，效益效果明顯。
操作原理
適用範圍
《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》適用於複雜地質條件下盾構通過已有暗挖隧道或者通過中間車站的工況及相關細節工況。
工藝原理
《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》的工藝原理敘述如下：
一、預先對暗挖法隧道兩端的端頭土體進行加固，以保證盾構進出洞時端頭土體的穩定，保證工程的安全。加固的範圍通過計算確定，同時參考本地區成功的盾構始發或接收的端頭加固範圍。
二、通過計算確定導台的澆築高度和弧長。弧形導台的弧形底部標高與盾構刀盤下邊緣的標高相等，即，其標高與管片隧道的內徑底點標高差為管片的厚度、盾體外殼厚度、管片與外殼的間隙及刀盤大於前盾的寬度項之和，以保證盾構進洞時，刀盤和盾體平順地進入弧形導台。
三、當盾構被接收到弧形導台上後，盾構在弧形導台上不再安裝管片，進而失去了反力，該時在預留導台上反力孔中插入反力柱，盾構自行起吊兩片管片放於反力柱和推進千斤頂頂靴之間，起伸相應千斤頂以提供反力，使得整個盾構整體前進。待推進一環後，縮回千斤頂並起吊管片到下一環位置，拔出反力柱插入到下一環的反力孔中，繼續推進。依次完成盾構整體通過暗挖法隧道或者車站施工。
施工工藝
- 工藝流程
《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》的施工工藝流程見下圖。
盾構通過暗挖隧道或車站施工工藝流程圖
- 操作要點
《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》的操作要點如下：
一、過站準備
對盾構機到達時的實際隧道中線及實際洞門中線進行測量，得出盾構姿態與設計隧道中線及洞門位置的偏差值，結合實測車站底板高程，從而計算出鋼板及接收托架的安裝高程。根據實際測量數據，保證把盾構機準確無誤地推上接收托架。
二、暗挖隧道的端頭加固
加固好盾構隧道和暗挖隧道的土體，加固範圍根據盾構開挖尺寸及土層地質條件確定，該項目採用攪拌樁加固配合使用旋噴樁的加固方法，沿隧道開挖方向加固9米，垂直隧道方向加固12米，深度方向為12米，而且對稱分布於隧道上下，同時保證加固體的強度和不透水性，滿足盾構機出洞安全，見下圖所示盾構隧道與暗挖隧道接口處土體加固示意圖。
端頭加固範圍
三、北測洞門混凝土的鑿除
為確保圍護結構的穩定，洞門混凝土鑿除分兩階段進行，第一階段在端頭土體加固檢驗合格後鑿除牆厚的一部分；第二階段在盾構機到達前和始發準備完成後快速進行。鑿除混凝土之前，先在豎牆上按設計尺寸畫出洞門的輪廓線。鑿除時分兩層進行。先鑿除洞圈內約3/4厚一層的鋼筋混凝土，為確保鑿除作業安全進行，出現意外情況以便及時封堵，剩下厚1/4的一層採取分塊、由上而下的次序鑿除，共分9塊，直至鑿出最外排主筋為止。分塊方法及鑿除順序見下圖。若土體壓力較大有坍塌危險時，迅速用木板和鋼管支撐迎土面，儘快在圍護結構內外側進行加固注漿。
洞門分塊及鑿除順序圖
四、洞門止水裝置的安裝
始發井出洞口內徑與盾構外徑之間存在環形建築空隙，為了防止盾構掘進機始發掘進時土體或地下水從空隙處流失，盾構掘進機始發前在洞圈處安裝密封裝置，作為施工階段臨時防泥水措施。盾構出洞防水裝置見下圖。
洞門止水安裝
五、盾構機出洞
盾構機接收後直接駛上弧形導台，然後開始對盾構機刀盤、土倉內和盾殼上面的泥土進行清理，如下圖所示，然後安排端頭洞門的封閉處理。
盾構機接收並清理渣土
六、盾構機過弧形導台
盾構機是整套一起推過弧形導台，台車及電瓶車鋼軌的鋪設只能每次鋪設一段距離，在弧形導台上鋪設20號工字鋼，軌道從F2暗挖區間北端一直鋪到盾構機再次始發位置（下圖4）。盾構機糾偏是盾構機往前推進移動過程中最重要的一個問題。移動過程中盾構機偏離中心線是不可避免的，重要的是及時發現，及時糾正。
七、盾構機推上始發托架
為了讓盾構機能夠更準確的再次始發，在暗挖區間南端始發位置布置了預埋件，在上面焊接9米長的43千克鋼軌和鋼板組成盾構始發托架（下圖）。
始發反力架
八、盾構機定位
盾構機推到暗挖隧道南端始發底座的時候需對盾構機進行調整定位，在推進過程中盾構機會發生側滾。定位時把千斤頂的一端固定於隧道兩側的預埋件上，另一端頂在盾構機焊接板，然後分別用千斤頂逐個調節盾構機的位置（下圖）。
暗挖區間始發底座
九、反力架支架及負環管片的安裝定位
反力架支架由300毫米×300毫米H鋼焊接構成，一端固定在隧道的牢固基面上，一端固定在隧道弧形導台的側邊上，由於反力架要提供前進時掘進力，對其製作必須嚴格。反力架鋼環仍用盾構先前始發鋼環，將反力架和鋼環固定在指定位置，對鋼環和反力架進行緊固。
十、盾構機檢查維修
在盾構機推上始發托架後必須對盾構機進行檢查和維修，主要是對盾構刀盤上摩損超過3厘米的刀具進行更換，對尾部三道盾尾刷進行割除並更換新的盾尾刷，然後對平時注漿不太順暢的注漿管進行檢修，並對四個注漿管進行全面的清洗，以保證盾構機能夠順利地通過下個區間。
十一、鑿除南側洞門
南端洞門圍護結構的鑿除應提前施作，在盾構機到達南端頭之前完成。鑿除完畢後對洞門進行北端洞門一樣的止水處理。
十二、盾構機的再次始發
盾構機所有工作準備就緒後對盾構機進行調試，一切正常後盾構機開始再次始發。始發程式完全與一般盾構始發程式相同。
十三、盾構空推通過車站施工
盾構空推通過車站施工和盾構空推通過暗挖隧道施工工藝過程完全相同，車站空間大，更加有利於施工。
- 勞動力組織
《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》安排兩班制，24小時輪流上班，項目主要管理人員也相應安排成兩個班組，輪流24小時在現場指揮，發現問題及時作出反應，並在第一時間處理。保證盾構機安全快速通過導台。人員安排見下表。
序號 | 職務名稱 | 數量（人） |
1 | 總指揮 | 1 |
2 | 土木技術人員 | 3 |
3 | 機械技術人員 | 6 |
4 | 技術工人 | 8 |
5 | 普通工人 | 20 |
/ | 合計 | 38 |
- 其他注意事項
《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》施工的其他注意事項如下：
盾構機在經過暗挖區間後，由於路程距離長，水和通風機不能達到相應的供應。在相應的暗挖區間修一個水池，再從水池中抽水滿足下一區間的需要；軸流風機也移至暗挖區間，更加的改善其工作環境；高壓電仍由原始發站提供。
材料設備
《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》所用的材料及設備明細如下：
一、材料準備
盾構過站或通過暗挖隧道所要用到的主要材料及材料數量見下表。
序號 | 材料名稱 | 規格型號 | 數量 | 備註 |
1 | 鋼板 | 20毫米 | 100毫米 | 盾構機過弧形導台 |
2 | 潤滑脂 | 2號油脂 | 16千克 | 減小摩擦阻力 |
3 | H型鋼 | 300×300毫米 | 300米 | 反力架 |
4 | 鋼軌 | 43千克 | 300米 | 鋪設軌道 |
5 | 工字鋼 | 20毫米 | 5噸 | 鋪設後配套軌道 |
二、設備準備
盾構過站或通過暗挖隧道所要用到的主要材料及材料數量見下表。
序號 | 材料名稱 | 規格型號 | 數量 | 備註 |
1 | 千斤頂 | 100噸 | 4個 | 調整盾構機姿態 |
2 | 反力架 | / | 1套 | 提供盾構掘進力 |
3 | 鏈拉葫蘆 | 10噸 | 5個 | 提升設備 |
4 | 電焊機 | BX1-400 | 2台 | 焊接支座 |
5 | 氣割設備 | / | 2套 | 切割鋼板 |
質量控制
《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》嚴格按照《盾構法隧道施工與驗收規範》GB50446-2008、《地下鐵道工程施工及驗收規範》，國家規範及地方相關質量控制法規、規程，精心組織，嚴格控制。具體控制要求如下：
一、盾構進站前的管片拼裝質量控制
1、環面控制：環面不平整度應<3毫米。
2、鄰環高差控制：相鄰環管片高差應控制在4毫米以內。
3、環橢圓度：安裝成環後，在縱向螺栓擰緊前，應進行補砌環橢圓度測量，當橢圓度>2毫米時，應作調整。
二、注漿質量控制
1、注漿壓力和注漿量達到設計值，作為注漿結束標準。
2、整理分析注漿記錄資料，分析注漿施工過程中的P（壓力）、Q（注漿量）及Q~T（注漿時間）曲線是否正常，並通過總注漿量反算地層孔隙率，與原始孔隙率進行比較，以分析漿液在地層中的擴散滲透情況。
3、每天對漿液進行強度試驗，確保漿液強度滿足設計要求。
三、盾體及後配套過站質量控制
1、盾體的接收
盾構機進站時刀盤前推落的渣土清理完成後，盾構機儘快連續推進和拼裝管片，確保盾體能夠順利步上接收托架，如下圖所示。
盾構接收進站
2、機站內移動施工
（1）站內移動方案與程式
盾構機站內移動時要將盾體與後配套台車進行解體，盾體採用整體搬動方式，用兩台80噸千斤頂頂推橫移再進行頂推縱移，後配套台車過站直接通過先行鋪設的軌道進行整體拖運，盾構站內移動具體施工程式見下圖盾構站內移動工序圖。
盾構站內移動工序圖
（2）站內移動施工步驟
①盾構機解體
當盾體在到達端完全步上托架後盾體與托架進行焊接固定，同時進行盾構機盾體部分與後配套台車部分分解工作，盾構機分為兩部分進行站內移動。
②盾體橫移
盾體總重不大於350噸，有潤滑情況下鋼對鋼的滑動摩擦係數小於0.1，需要的推力大約為35噸，考慮其他不利因素在內通過兩台80噸千斤頂進行橫移及縱移作業可以滿足要求，如下圖所示。在車站底板上，盾構橫移拖運路線範圍內按托架寬度均布鋪設固定4條長7000毫米、寬2000毫米、厚20毫米的鋼板，鋼板下部用黃砂找平壓實。托架底部縱主梁底面焊接兩條寬1000毫米、厚20毫米的鋼板。盾體過站採取與托架一起搬運的方式進行。由於站內標準側牆距線路中心線2.15米，首先在鋪設的鋼板相應位置處（靠近盾體重心）前後兩側焊接千斤頂支撐點，利用千斤頂在鋼板上橫向頂推託架，使其橫移1.3米。
盾體橫向移動
③盾體縱移
盾體橫移到位後，在盾體上左右兩側各焊接兩個200T電動液壓千斤頂的基底，基座位置左右距始發托架中心2260毫米，前後距盾構機重心（距刀盤面板2675毫米）位置1000毫米。然後裝上4個千斤頂，將盾體頂升200毫米，將縱移平台穿入托架底部。縱移平台是由寬1000毫米、長13米、厚20毫米的兩條鋼板組成。兩條鋼板前端用兩個20a工字鋼對焊連線並在梁中間焊接牽引環，兩條鋼板後端用寬200毫米的橫鋼連線，用於保證兩條鋼板能夠同時前稱使用。每條鋼板上焊接3條43重型鋼軌，靠近外側的兩條鋼軌打孔作為千斤頂反力座的固定點（穿銷子固定）來提供反力，左右兩條鋼軌孔位對稱防止千斤頂頂推時左右不均，用於固定反力座的孔兩個一組，每組間距為30厘米（千斤頂行程為35厘米）共有6組。利用兩台80噸千斤頂將盾構機沿隧道方向頂推縱移。當盾體每向前移動3米時，用4台200噸液壓千斤頂將盾體頂起，利用始發端安裝的一台5噸卷揚機將縱移平台前移3米。如此循環操作，直至始發托架前端距始發端內襯牆面1米左右處。
④盾體就位
當托架距始發端內襯牆面左右後，撤出縱移鋼板軌道，採用與進站後橫移同樣方法將其橫移至盾體軌線與隧道軌線重合。開始固定始發托架，要求在鋪設橫移鋼板時就考慮好始發端的盾體中心比設計隧道中心線高25毫米，預防盾構機始發時低頭造成的不良影響。
⑤後配套過站
在盾體過站後，在車站底板上鋪設後配套台車走行軌道，該軌道與隧道內台車走行軌道對正連線在一起。後配套台車通過電瓶機車將其牽引就位。保證在有效的限界情況下，運輸軌道可直線延伸，提高了施工進度又保證了以後的運輸路線不必改動，在二次始發完成後再將移動的部件重新安裝到原來的位置，盾構機與配套台車就位。
四、盾構拆卸質量控制
盾構機掘進至終點進入接收井後，進行拆卸。
1、拆卸順序
盾體全部進入接收井一螺旋輸送機一刀盤一盾尾一中盾一前盾一橋架一車架1一車架2一車架3一車架4一車架5。
2、盾構拆卸的注意事項
（1）嚴格遵守起重作業安全操作規程，作業前制定詳細的施工方案。
（2）拆卸之前對整機各部進行全面複查，對機、電、液、水、氣等各系統管路、電路與組件做詳細標識，補全短缺或損壞部件，入庫零件須詳細標明性能狀態。
（3）貫通前對整機進行帶負荷性能測試，為拆除後及時維護保養和制定配件計畫提供依據。
（4）施工前向所有作業人員進行詳細的技術與安全交底，明確整個作業過程及各人職責。
（5）現場設專職安全監督人員，負責檢查安全工作的落實與改進。
（6）確保拆卸工作所用的各種車輛、機具準備充分並且功能完好。
安全措施
採用《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應嚴格執行《安全生產行業標準管理規定》、《安全生產法》及安全管理制度及操作規程，下隧道和車站作業人人必須配戴安全帽，同時井口井下等掛醒目警示牌，施工現場設定安全宣傳標語牌，危險地點按《安全色》GB 22893-82和《安全標誌》GB 2894-82要求懸掛標牌，有人經過的坑洞夜間設紅燈示警。工人著裝一律為統一的工作服，同時做到以下安全措施。
一、在隧道中走動、搬運東西時注意安全，嚴禁在隧道端頭車站龍門吊下站人，特別需要通過時，通知龍門吊暫時移開。
二、規範用電，要時時檢查電纜線，如有絕緣不良要即時處理，電箱要保持完好無損，保證用電安全。
三、東方紅照明動力要分開，並有二級保護，用電設備一機一閘，嚴禁亂接亂拖，一閘多機。
四、安裝負環時，連線螺栓要鎖緊到位，保證負環牢固、可靠。
五、垂直運輸時注意安全，必須信號明確、聽從指揮。
六、時時注意觀察前移狀況，發現問題立即停止並檢查，排除不安全因素，確保正常後方可繼續前進。
七、嚴格按照安全管理施工制度和相關的機械操作規程施工。
八、工人操作要求達到標準化、規範化、制度化，施工現場堅持工完料清，場地上無淤泥積水，施工區間平整暢通。
環保措施
《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》的生產過程中，貫徹執行《環境保護法》、地方政府環保法規及ISO14001、OHSAS18001的有關規定，組織生產，具體執行如下：
一、防止揚塵污染
1、指定專人負責出入車輛的清洗及出入口周圍環境及道路的清掃工作，運輸車輛不帶泥沙出現場，並做到沿途不遺灑。
2、建築垃圾採用容器吊運，嚴禁隨意凌空拋灑，並採用密閉容器及時外運，嚴禁隨意傾倒。
3、施工現場採取措施降低揚塵，並按作業組劃分區域管理，指定專人每天灑水清掃，保持清潔。
4、土方、水泥、砂子及地材等鬆散材料運輸時，採用遮蓋防護措施，防止粉塵對大氣的污染，各類機動車完善消排煙系統，減少尾氣排放，減少對大氣的污染。
5、施工現場使用電茶爐供應熱水。
6、施工現場建封閉式的垃圾站，進行封閉管理，並及時清運。
二、防止水污染
1、設定沉澱池，使施工廢水經沉澱後再排入市政污水管線，廢泥漿和淤泥使用專門的車輛運輸，防止遺灑，污染路面，做到現場無積水，排水不外溢，不堵塞，水質達標。
2、各種機械油存儲和使用時都要採取措施，防止污染環境。
三、防止噪聲污染
在施工現場嚴格遵照《中華人民共和國建築施工場界噪聲限制》來控制噪聲，選用低噪聲設備，採取消聲措施降低施工過程中的施工噪聲，盾構過站需要打磨切割的部件儘量不在夜間進行，而且安排在井下進行作業。
四、確保工人身體健康
1、工人施工時必須佩戴勞保用品，堅決不讓帶病上崗。
2、保持施工時工作面的空氣新鮮，用排風機和通風機及時排除施工時產生的有毒氣體，現場施工工人必須戴上勞動防護用品，確保身體健康。
效益分析
《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》的效益分析如下：
一、經濟效益
該工法採用盾構整體自行的方法通過暗挖隧道段或車站，較傳統的分體式通過方法或前拉牽引式方法具有安全快捷、節約成本等諸多優點。整體自行的方法通過暗挖隧道或車站節約工期在50%以上，整個過程成本基本為傳統方法的60%，即節約成本在40%左右。經濟效益顯著。
二、社會效益
運用該工法進行盾構的整體自行通過暗挖隧道或車站，基本與盾構正常推進方法相同，省去了地面吊裝或牽引，對車站和地面沒有要求，無需拆遷或封堵路面，無需單位間的系統配合，獨立性強，社會效益明顯，在中國日益增多的盾構項目中推廣前景廣闊。
套用實例
《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》的套用實例如下：
西安市城市快速軌道交通二號線一期工程TJSG一10標段包括四站三區間，其中需要盾構通過兩個暗挖段兩個車站，整個標段起訖里程ZCK8+415.89~ZCK12+136.57，線路跨度總長3720.68米，其中盾構隧道長度3015雙線延米，另外還有部分區間正線、渡線及聯絡線為暗挖隧道。龍首村~北關區間通過F2地裂縫，設施工豎井一座，豎井連通道中線與區間左線交點里程為ZCK10+542.00，豎井平面淨空尺寸4.6米×6米，井深17.745米。豎井井位中心至區間右線交點全長25.65米，設橫通道與區間正線相連；暗挖隧道左線起止里程ZCK10+504.700~ZCK10+634.700，右線起止里程YCK10+509.200~YCK10+639.200，暗挖隧道各130米，線路縱向坡度為3‰。其中盾構通過暗挖隧道和車站施工均是採用該工法，工程工期為2009年2月~2009年3月，整個標段節約成本在500萬以上，自從盾構下井，直到盾構在北大街站最終的接收，沒有給地面造成任何影響，即使期間的基本材料運輸，也是利用電瓶車通過第一始發井直接運達，整個施工過程基本不需要其他單位配合施工，經濟效益和社會效益顯著。
註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算
榮譽表彰
2011年9月30日，中華人民共和國住房和城鄉建設部審定《2009-2010年度國家二級工法名單》，以建質[2011]154號檔案公布，《盾構空推通過暗挖隧道或車站施工工法》被評定為中國國家二級工法。
