睢向國

（山西省高速公路管理局，山西 太原 030006）

目前圓形盾構隧道種類繁多，新式盾構更是層出不窮，為便于了解其概貌，現(xiàn)歸納列入表1。

表1 圓形盾構隧道種類

1 人工開挖手掘式、半機械式敞胸盾構

此類盾構可根據(jù)地質條件全部敞開，隨時觀察地層變化情況，并配備簡便的液壓、風動挖掘，機具、人工挖掘，當開挖面難以保持穩(wěn)定時可以采用氣壓等人工措施及正面支撐、支撐千斤頂?shù)入S挖隨撐。它是盾構中最老式、最普通的一種，絕大多數(shù)水底道路隧道都采用這種盾構。它的特點是構造簡單，配套設備少，造價低（一個中等直徑的泥水盾構比敞胸盾構貴1倍左右），操作容易，維修簡便，結構耐用。缺點是盾構正面敞開，工作面易發(fā)生坍方事故，危及人身及工程安全；道路隧道直徑大，勞動強度大，進度慢。盡管有不少缺點，但由于新型盾構用在大直徑盾構上還僅是近兩年的事，技術上尚不成熟。所以至今只有我國打浦路隧道采用了一臺網(wǎng)格、閉胸兩用盾構，新易北河隧道和哈姆迪隧道也只采用了半機械式盾構，即手掘式再配備4～5臺液壓挖掘機代替人工開挖。

2 擠壓式閉胸盾構

厚蘭隧道、林肯隧道和打浦路隧道都采用過半擠壓及全擠壓推進的閉胸盾構施工，在塑性黏土及淤泥中即使采用氣壓也不能自立，需將盾構正面用胸板密閉起來。施工時將盾構壓入地層，土體從孔中擠入盾構，裝車外運。用這種方法施工時，不需要人工開挖與支撐開挖面，施工效率成倍提高。

缺點是適用范圍較小，只適用于上述這種地層；且全擠壓會造成地表隆起（約2倍盾構直徑的范圍），故又只適用于空曠地段，或河底（不影響通航條件下）、海灘等處。至于開孔面積大小，視隧道直徑大小及土質密實情況而定，一般無公式計算，需在施工中反復試驗確定。通常直徑愈小，放入土體也少，約1%～3.5%。林肯隧道有意放入205的土堆在隧道底部作壓重，直到土壤重新固結后才清除，主要是為了防止襯砌結構上浮，控制盾構在縱斷面設計范圍內(nèi)移動。

用閉胸式盾構施工時襯砌結構常會發(fā)生一種橢圓率的現(xiàn)象。先是襯砌水平直徑縮小，豎向直徑增大。繼之，盾構已離很遠時，豎向直徑減小，水平直徑增大。這主要是隧道上方土壤結構破壞、隆起，形成一個卸裝拱，而水平壓力仍然保持著初始數(shù)值之故。

3 機械式閉胸盾構

3.1 局部氣壓盾構

這種盾構的主要優(yōu)點是可取代在隧道內(nèi)加壓的全氣壓施工，使施工人員不在氣壓艙內(nèi)工作，大大改善了勞動條件。其缺點是存在一些技術難點，目前尚未很好解決。例如盾尾密封較難；已拼好的襯砌區(qū)段易滲水；氣壓容量少，若遇透氣系數(shù)大的地層，漏氣量大，氣壓難保持；出土裝置也存在連續(xù)出土、漏氣和壽命不長等問題。因此目前很少使用。

3.2 泥水加壓式盾構

這種盾構過去一直局限于直徑小于3 m的管道工程，1970年做到7.29 m直徑（河底單線鐵路隧道）?，F(xiàn)在日本最大泥水加壓式盾構做到10 m直徑（用在地下鐵道雙線區(qū)段）。它以機械式盾構為基礎，遇到含水砂礫層時可在切削刀盤后方回設隔板將盾構密閉起來，在開挖面與隔板之間形成泥水室，注以泥漿形成承壓面，以抵抗地層水壓力，防止塌方。同時刀盤切削下來的砂土，經(jīng)攪拌機拌成泥漿，通過排泥管道由泥漿泵排出，輸送到地面進行泥水發(fā)離。這種盾構的特點是，既能均勻抵抗水壓，又無局部氣壓盾構漏氣及連續(xù)出土困難等問題，故特別適用于不宜采用氣壓盾構的淺埋地層。由于隔板后方也屬正常氣壓，因此也適用于深埋地層。日本修建河底、海底隧道時多用這種方法。

該類盾構的缺點是盾尾漏水問題也沒有很好解決；開挖面狀態(tài)不明；特別是要配備許多設備，如自動控制、泥水輸送系統(tǒng)、泥水處理系統(tǒng)和泥水處理場地等。后者的造價為盾構的2倍多。

泥水壓力目前一般采用比地下水高0.02 MPa，泥水容重為1.1～1.2。

3.3 土壓平衡式盾構

這種盾構是在上述兩種機械化盾構的基礎上發(fā)展起來的，既避免了漏氣缺點，也省略了投資大的泥水輸送設備和處理設備，是最新型盾構。這種盾構前端也設有刀盤和隔板，形成一個密封艙。所謂土壓平衡，就是用刀盤切削下來的土，如同用壓力泥水一樣充滿整個密封艙，并保持有一定壓力，使切削下來的土與開挖面的土體壓力平衡，開挖面土砂不會從刀盤面處崩潰坍塌。

排土是靠螺旋輸送機進行，出土量要密切配合刀盤的切削速度，使之盡量相等。密封艙內(nèi)既充滿泥土，又不致過于飽滿。此外，還要控制盾構千斤頂推力、推進速度、螺旋輸送機的速度和閘門千斤頂?shù)拈_口度，使之不斷與開挖面的土壓保持平衡。

這種盾構與手掘式閉胸擠壓盾構的差別在于前者是依靠土砂的自然流入，適用場合受到限制。后者則有積極的取土設備，在通常情況下可利用螺旋輸送機的壓實作用止水，保持開挖面的穩(wěn)定。因此，幾乎任何地層都可以施工。當?shù)貙油杆禂?shù)大，且地下水位又高時，還可以采用土壓平衡型加水式盾構，在出土箱處注水，并用管道將泥漿排出地面。這種情況類似泥水加壓式盾構，但它采用清水，泥水處理設備規(guī)模也較小。由于這種盾構屬最新型，失敗和成功的例子差別很大，還有待進一步完善。