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摘要：隧道盾构施工法是靠旋转并推进刀盘，通过盘形滚刀破碎岩石而使隧洞全断面一次成型的隧道施工方法。盾构施工法以其高效、安全、环保等优点，已被广泛应用于隧道施工中，并在在国内外取得了巨大成就。然而隧道盾构施工法在施工应用中由于受多种因素影响，也存在安全隐患，这一点需要引起人们的注意。本文简单概述了隧道盾构施工法，分析了其施工中容易出现的安全问题，并有针对性的提出了安全控制措施。
关键词：盾构施工法；刀具更换；注浆；进水控制
Abstract: tunnel shield construction method is by rotating and advance the knife dish, through the disc cutter broken rock and tunnel whole section once molding method of tunnel construction. Of shield construction method for its advantages of efficient, safe, environmental protection, has been widely used in tunnel construction, and made great achievements at home and abroad. However tunnel shield construction method in construction application due to the effect of various factors, there is also a safety hazard, it need to attract the attention of people. Simple summarizes the tunnel shield construction method, this paper analyzes the construction of prone to security issues, and targeted safety control measures are put forward.
Key words: the shield construction method; Cutting tool replacement; Grouting; Feed water control
中图分类号：U455.43文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、隧道盾构施工法
（一）盾构法
盾构法(Shield Method)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。按破岩方式，大致分为挤压破碎与切削破碎式。前者是将大的推力给予刀具，通过刀具的楔子作用进行岩石的挤压破碎；后者利用旋转扭矩在刀盘上通过刀具的切线方向及垂直方向上进行切削的方式。从TBM的构造来讲，由切削破碎装置、行走推进装置、驱动装置、装碴运输装置等组成。
（二）盾构法的施工条件
在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深时，可以采用盾构法，即，
1、线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井；
2、隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m且不小于盾构直径；
3、相对均质的地质条件；
4、如果是单洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建（构）筑物之间所夹土（岩）体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m,竖直方向1.5m；
5、从经济角度讲，连续的施工长度不小于300m。
（三）盾构法的优点
1、对城市的正常功能及周围环境的影响很小，除竖井施工外，施工作业均在地下进行，无需拆迁，不影响地面交通，因而对城市的商业、交通、住居影响很小。还可减少对附近居民的噪声和振动影响；
2、盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也比较少；土方量少；可以在深部穿越地上建筑物、河流，穿越河道时不影响航运；施工不受风雨等气候条件的影响；在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性；
3、安全，在施工过程中可以通过计算机控制机械施工，机械化程度高，施工精度高，隧道形状准确，安全可靠，减少了在地下人工掘进隧道时的风险，劳动强度低，进度快；
4、质量好，盾构施工采用机械化施工，在质量上可以做到经久耐用；在地下穿过各种埋设物和已有隧道而不对其产生不良影响。施工一般不需要采取地下水降水等措施，地下水位可保持，可根据施工隧道的断面大小、埋深条件等施工隧道特点和地基围岩的基本条件进行设计、制造或改造盾构机，所以此法是适合于某一区间的专有方法。
（四）盾构法的缺点：
1、机械的购置费和运输、组装、解体等费用高，机械的设计、制造时间长、初期投资大。因此，很难用于短隧道。（适用于7km以上的隧道）；
2、施工途中不能改变开挖直径，形状变更难，在应用上受到一定的制约；
3、地质的适应性受到一定限制，例如遇到溶洞或岩石抗压强度超过250Mpa且又完整性好的地层，刀具的使用成本急剧增大，就是采用镶有硬质合金的刀具也难以奏效，开挖速度大大降低。
二、隧道盾构施工法安全控制
（一）盾构刀具更换安全控制
随着地质条件的变化， 隧道掘进过程中刀具会有不同程度的磨损，当磨损达到一定程度时需要对刀具进行更换。刀盘内更换刀具也是盾构法隧道施工過程中一项相对较危险的作业工序，所以在更换刀具之前要将换刀所需的工具、设备、简易药箱等应急物品准备齐全，对土舱内的气体进行检测，在保证无有毒气体的情况下才进行刀具更换。另外在土舱必须提供充足的照明，但刀盘内潮湿、水气大，随着温度的升高会产生雾化现象，对电器、电线绝缘性能要求高，需选用24V以下的安全电压，包括行灯等局部照明工具。
在地质条件比较稳定的情况下， 一般采取常压换刀。在盾构机前方或上方的土体不能自稳的情况下，则需进行气压换刀。除了与常压换刀一样需要对土体进行加固、加强监测、选派体格强壮且有经验的人员参加换刀外， 加压舱在使用前必须认真检查所有的阀门、管路是否有堵塞和漏气现象，压力表是否准确，通讯装置、照明设备是否正常，舱门开关是否灵便，所需的工具、器材是否完备和加压系统、供氧系统等辅助设备是否准备齐全， 必要时需对加压舱进行耐压和泄漏试验。在正式进行气压换刀之前，还应进行无人压力试验，作业人员进入时操作人员应掌握好升压的速度，若舱内有人感到升压过快要马上停止升压或适当降低压力，待机体适应后再适当增加升压的速度。
在压力舱内作业时，舱内的照明要求也更高，必须是经得起压力的防爆灯；通讯方面也需更加精准，外面值守人员必须无间断地与压力舱内的人员保持联络了解其情况；应急措施也需更加充分，除了准备一般的应急药品外， 还需有相关专业的医生在外面值守，以便采取抢救措施，有条件的最好配备专用的流动医疗舱，以便在送往医院的过程中保持伤员所受体外压力差基本一致。
(二)注浆作业安全控制
盾构机开挖直径一般比管片外径要大20—40 cm ,在掘进过程中需要对管片外侧的环形空隙中注人浆液体，大多以水泥、砂子、水为主要成份。浆液出口段为刚性管道，很容易堵塞，这些管多埋在盾壳内，不方便清理，常常整条管完全堵塞了才不得不清理，且砂浆已出现固化现象，清理非常困难。
清理过程中，一方面用具有弹性的硬质钢丝疏通，另一方面要加大注浆泵的压力。当管道突然畅通时，管道内的砂浆将会高速喷出，对周围的人员造成伤害。往往作业人员也意识到这点，在出口处用编织带防护，但大多没有将其固定绑扎，砂浆在高压下可以击穿编织物或顶开编织物，仍然会对人员造成伤害，尤其是眼部伤害。因此，要选用结实、坚固的编织物或加帆布，并用铁丝绑扎牢固，操作人员不可求快，压力要慢慢增加，不可突然急剧加压。
除了盾构机盾尾的注浆外，还需在管片中进行二次补浆(有的施工工艺是直接在管片注浆)，不管是一次注浆还是二次注浆，都很容易堵管，常常造成压力表失效。许多注浆操作是在没有压力表这个眼睛的情况下“盲”注或仅凭经验来完成注浆的，有的超出压力容许范围很多，这样轻者造成管片错台、开裂和漏水，重者直接将管片压脱掉人隧道中，后果不堪设想。
（三） 盾构内进水安全控制
盾构内进水事故引起的原因方面，主要有以下几点：（1）盾构姿态不好或者铰结密封本身存在缺陷引起的盾构铰结处漏水、漏砂和涌水、涌砂；盾尾密封刷损坏引起的盾尾漏水、漏砂和涌水、涌砂；管片错台和破裂引起盾构隧道进水事故。（2）盾构内进水事故一般与盾构设备损坏和盾构操作不当有关，盾构施工过程中必须严格监控盾构操作、盾构姿态和设备工作状态。（3） 盾构内进水造成的严重后果有管片下沉、管片间开裂、盾构下沉、地表沉陷、建构筑物倾斜、重要管线破裂等。
安全控制措施：
1、随时掌握盾构机推进的位置并详细掌握隧道周边工程地质资料、水文地质、环境资料的情况。
2、盾构施工过程中经常对盾尾铰结和密封情况进行调查，及时修补损坏的铰结密封、盾构密封和更换损坏的盾尾密封刷。
3、盾构施工过程中调整好盾构姿态，防止盾构铰结处漏水、漏砂一旦出现盾构铰结处漏水、漏砂现象、及时启动盾尾铰结紧急密封并进行相关处理。
4、严格控制盾构总推力、防止推力过大、顶破管片引起进水事故。
5、严格控制盾构推进速度，确保推进速度与同步注浆相适当、在水砂压力共存的底层推进时，防止管片錯台过大导致水橡胶条密封失效引起管片间漏水、漏砂。
6、洞内配备完善的排水系统，当盾构机处在长且坡度较大的坡底时，随时排除洞内积水，以免机器被淹。
参考文献
[1] GB50157-2003地下铁道设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2003.
[2] 周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.
[4] 王振信,侯学渊.盾构法水底公路隧道展望[J].地下工程与隧道, 2011（04）.
[5]宋博.地下隧道双圆盾构施工技术研究[J].建筑施工,2008(03).
[6]邓永双.盾构隧道掘进方向控制技术[J].山西建筑,2007,33(01).
关键词：盾构施工法；刀具更换；注浆；进水控制
Abstract: tunnel shield construction method is by rotating and advance the knife dish, through the disc cutter broken rock and tunnel whole section once molding method of tunnel construction. Of shield construction method for its advantages of efficient, safe, environmental protection, has been widely used in tunnel construction, and made great achievements at home and abroad. However tunnel shield construction method in construction application due to the effect of various factors, there is also a safety hazard, it need to attract the attention of people. Simple summarizes the tunnel shield construction method, this paper analyzes the construction of prone to security issues, and targeted safety control measures are put forward.
Key words: the shield construction method; Cutting tool replacement; Grouting; Feed water control
中图分类号：U455.43文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、隧道盾构施工法
（一）盾构法
盾构法(Shield Method)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。按破岩方式，大致分为挤压破碎与切削破碎式。前者是将大的推力给予刀具，通过刀具的楔子作用进行岩石的挤压破碎；后者利用旋转扭矩在刀盘上通过刀具的切线方向及垂直方向上进行切削的方式。从TBM的构造来讲，由切削破碎装置、行走推进装置、驱动装置、装碴运输装置等组成。
（二）盾构法的施工条件
在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深时，可以采用盾构法，即，
1、线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井；
2、隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m且不小于盾构直径；
3、相对均质的地质条件；
4、如果是单洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建（构）筑物之间所夹土（岩）体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m,竖直方向1.5m；
5、从经济角度讲，连续的施工长度不小于300m。
（三）盾构法的优点
1、对城市的正常功能及周围环境的影响很小，除竖井施工外，施工作业均在地下进行，无需拆迁，不影响地面交通，因而对城市的商业、交通、住居影响很小。还可减少对附近居民的噪声和振动影响；
2、盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也比较少；土方量少；可以在深部穿越地上建筑物、河流，穿越河道时不影响航运；施工不受风雨等气候条件的影响；在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性；
3、安全，在施工过程中可以通过计算机控制机械施工，机械化程度高，施工精度高，隧道形状准确，安全可靠，减少了在地下人工掘进隧道时的风险，劳动强度低，进度快；
4、质量好，盾构施工采用机械化施工，在质量上可以做到经久耐用；在地下穿过各种埋设物和已有隧道而不对其产生不良影响。施工一般不需要采取地下水降水等措施，地下水位可保持，可根据施工隧道的断面大小、埋深条件等施工隧道特点和地基围岩的基本条件进行设计、制造或改造盾构机，所以此法是适合于某一区间的专有方法。
（四）盾构法的缺点：
1、机械的购置费和运输、组装、解体等费用高，机械的设计、制造时间长、初期投资大。因此，很难用于短隧道。（适用于7km以上的隧道）；
2、施工途中不能改变开挖直径，形状变更难，在应用上受到一定的制约；
3、地质的适应性受到一定限制，例如遇到溶洞或岩石抗压强度超过250Mpa且又完整性好的地层，刀具的使用成本急剧增大，就是采用镶有硬质合金的刀具也难以奏效，开挖速度大大降低。
二、隧道盾构施工法安全控制
（一）盾构刀具更换安全控制
随着地质条件的变化， 隧道掘进过程中刀具会有不同程度的磨损，当磨损达到一定程度时需要对刀具进行更换。刀盘内更换刀具也是盾构法隧道施工過程中一项相对较危险的作业工序，所以在更换刀具之前要将换刀所需的工具、设备、简易药箱等应急物品准备齐全，对土舱内的气体进行检测，在保证无有毒气体的情况下才进行刀具更换。另外在土舱必须提供充足的照明，但刀盘内潮湿、水气大，随着温度的升高会产生雾化现象，对电器、电线绝缘性能要求高，需选用24V以下的安全电压，包括行灯等局部照明工具。
在地质条件比较稳定的情况下， 一般采取常压换刀。在盾构机前方或上方的土体不能自稳的情况下，则需进行气压换刀。除了与常压换刀一样需要对土体进行加固、加强监测、选派体格强壮且有经验的人员参加换刀外， 加压舱在使用前必须认真检查所有的阀门、管路是否有堵塞和漏气现象，压力表是否准确，通讯装置、照明设备是否正常，舱门开关是否灵便，所需的工具、器材是否完备和加压系统、供氧系统等辅助设备是否准备齐全， 必要时需对加压舱进行耐压和泄漏试验。在正式进行气压换刀之前，还应进行无人压力试验，作业人员进入时操作人员应掌握好升压的速度，若舱内有人感到升压过快要马上停止升压或适当降低压力，待机体适应后再适当增加升压的速度。
在压力舱内作业时，舱内的照明要求也更高，必须是经得起压力的防爆灯；通讯方面也需更加精准，外面值守人员必须无间断地与压力舱内的人员保持联络了解其情况；应急措施也需更加充分，除了准备一般的应急药品外， 还需有相关专业的医生在外面值守，以便采取抢救措施，有条件的最好配备专用的流动医疗舱，以便在送往医院的过程中保持伤员所受体外压力差基本一致。
(二)注浆作业安全控制
盾构机开挖直径一般比管片外径要大20—40 cm ,在掘进过程中需要对管片外侧的环形空隙中注人浆液体，大多以水泥、砂子、水为主要成份。浆液出口段为刚性管道，很容易堵塞，这些管多埋在盾壳内，不方便清理，常常整条管完全堵塞了才不得不清理，且砂浆已出现固化现象，清理非常困难。
清理过程中，一方面用具有弹性的硬质钢丝疏通，另一方面要加大注浆泵的压力。当管道突然畅通时，管道内的砂浆将会高速喷出，对周围的人员造成伤害。往往作业人员也意识到这点，在出口处用编织带防护，但大多没有将其固定绑扎，砂浆在高压下可以击穿编织物或顶开编织物，仍然会对人员造成伤害，尤其是眼部伤害。因此，要选用结实、坚固的编织物或加帆布，并用铁丝绑扎牢固，操作人员不可求快，压力要慢慢增加，不可突然急剧加压。
除了盾构机盾尾的注浆外，还需在管片中进行二次补浆(有的施工工艺是直接在管片注浆)，不管是一次注浆还是二次注浆，都很容易堵管，常常造成压力表失效。许多注浆操作是在没有压力表这个眼睛的情况下“盲”注或仅凭经验来完成注浆的，有的超出压力容许范围很多，这样轻者造成管片错台、开裂和漏水，重者直接将管片压脱掉人隧道中，后果不堪设想。
（三） 盾构内进水安全控制
盾构内进水事故引起的原因方面，主要有以下几点：（1）盾构姿态不好或者铰结密封本身存在缺陷引起的盾构铰结处漏水、漏砂和涌水、涌砂；盾尾密封刷损坏引起的盾尾漏水、漏砂和涌水、涌砂；管片错台和破裂引起盾构隧道进水事故。（2）盾构内进水事故一般与盾构设备损坏和盾构操作不当有关，盾构施工过程中必须严格监控盾构操作、盾构姿态和设备工作状态。（3） 盾构内进水造成的严重后果有管片下沉、管片间开裂、盾构下沉、地表沉陷、建构筑物倾斜、重要管线破裂等。
安全控制措施：
1、随时掌握盾构机推进的位置并详细掌握隧道周边工程地质资料、水文地质、环境资料的情况。
2、盾构施工过程中经常对盾尾铰结和密封情况进行调查，及时修补损坏的铰结密封、盾构密封和更换损坏的盾尾密封刷。
3、盾构施工过程中调整好盾构姿态，防止盾构铰结处漏水、漏砂一旦出现盾构铰结处漏水、漏砂现象、及时启动盾尾铰结紧急密封并进行相关处理。
4、严格控制盾构总推力、防止推力过大、顶破管片引起进水事故。
5、严格控制盾构推进速度，确保推进速度与同步注浆相适当、在水砂压力共存的底层推进时，防止管片錯台过大导致水橡胶条密封失效引起管片间漏水、漏砂。
6、洞内配备完善的排水系统，当盾构机处在长且坡度较大的坡底时，随时排除洞内积水，以免机器被淹。
参考文献
[1] GB50157-2003地下铁道设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2003.
[2] 周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.
[4] 王振信,侯学渊.盾构法水底公路隧道展望[J].地下工程与隧道, 2011（04）.
[5]宋博.地下隧道双圆盾构施工技术研究[J].建筑施工,2008(03).
[6]邓永双.盾构隧道掘进方向控制技术[J].山西建筑,2007,33(01).