成 绩 评阅人 日 期 中国矿业大学力学与建筑工程学院
2010~2011学年度第二学期
《地铁与轻轨》课程报告
学 号 班 级 姓 名
力学与建筑工程学院教学管理办公室
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城市地铁盾构法施工技术经济分析
（中国矿业大学力学与建筑工程学院矿建08-1班 XXX）
摘 要：随着技术的进步,盾构技术的出现使得掘进效率更高,盾构法施工技术将会在隧道和地下工程得到较多的应用。本文主要介绍了盾构法的基本原理，叙述了盾构法施工的基本条件和施工步骤，通过盾构法施工的经济分析说明了在地铁区间施工引进盾构施工工法的合理性及实用性。
关键词：盾构法施工；地铁；基本条件；施工方法；经济分析
盾构法隧道施工是一种在地面下暗挖建造隧道的施工方法，利用盾构作为开挖地下土体及支护土体和拼装隧道衬砌的机具，掘进1环，拼装1环，循环工作，直至完成整条隧道[1]。盾构法作为目前最为安全有效、品质兼优的城市轨道施工工艺，已经被绝大多数市政工程所青睐，在21世纪中国社会、经济高速发展的时代，全国范围内各大中型城市都倾向于城市地铁及类似的市政工程的修建，因此盾构法施工在目前国内的市场不可估量。
1 盾构的原理及其优缺点
盾构的基本原理是基于一圆柱形的钢组件沿隧洞轴线被向前推进的同时开挖土壤，该钢组件总在防护着开挖出的空间，直到初步或最终隧洞衬砌建成。盾构必须承受周围地层的压力 ,而且要防止地下水的侵入。
一般来讲 ,盾构掘进隧道不应也不能取代其它工法 ,但在不良的地层条件下做长距离掘进 ,对进尺有较高的要求和对地面沉陷又有严格的要求时 ,它相对其它方法在技术上更合理更经济[2]。其主要的优点和缺点如下:
优点:a)机械化程度高;b)隧洞形状准确;c)对地面结构影响可能性最小;d)对工作人员较安全 ,劳动强度低 ,进度快;e)对环境无不良影响 ,地下水位可保持;f)质量高 ,衬砌经济。
缺点:a)盾构的规划、设计、制造和组装时间长; b)施工工艺复杂 ,熟练操作机器需要时间长;c)准备困难且费用高 ,只有长距离掘进时才较经济;d)当地层条件变化时 ,实施有风险;e)隧道断面变化的可能性小 ,断面如需变化时 ,费用较高。
盾构法施工技术大大减少了施工时周围土层的扰动 ,使得作用在衬砌上的荷载变得更加稳定与均匀。在上海地区盾构法隧道建设中 ,大量实测资料表明 ,作用在隧道衬砌上的土压力是比较均匀的 ,施工阶段土侧压系数一般在0.18 以上;使用阶段也在0.17以上 ,在这种荷载条件下 ,大部分的隧道衬砌断面处于小偏心受压状态 ,这对衬砌结构的受力是十分有利的。
2 盾构法施工的基本条件
盾构法施工的基本条件是：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，覆土深度宜不小于隧道直径的1倍；③相对均质的地质条
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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，当工程规模较小时，工程造价相对较高，如对于短于750m的隧道，用统计资料显示，被认为是不经济的[3]。因此，地铁施工时，在地面交通繁忙，地面建筑物和地下管线密布，对地面沉降要求严格的城区，不宜采用明挖法，且地下水发育，围岩稳定性差，或隧道很长而又工期要求紧迫，采用盾构法施工才是经济合理的。
盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，适合在软土地基段施工。在上海绝大部分都是软土地基，而且考虑到地面建筑、设施密集，地下管线众多，环境保护要求高等因素，采用盾构法施工是比较合理经济的。
3 盾构法施工的步骤
盾构法施工的工序较为复杂且施工精度及技术含量很高，其主要施工步骤[4]为: 在盾构法施工隧道的起始端和终端各建一个工作井，分别称为始发井和到达井(或称拼装室、拆卸室)； 盾构在端头井内拼装就位；洞口地层加固；依靠盾构千斤顶推力(作用在已拼装好的衬砌环和工作井后壁上)将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出(此工序为盾构出洞)；盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片；及时向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置；盾构进入终端工作井并被拆除(此工序为盾构进洞)，如施工需要，可穿越工作井或盾构过站再向前推进。 盾构掘进过程可划分为4 个阶段:①负环段掘进(从拼装后靠管片起至盾尾离开出洞井内壁止)；②出洞段掘进(从盾尾离开出洞井内壁至盾尾离开出洞井内壁40 m 止)；③正常段掘进(从出洞段掘进结束到进洞段掘进开始)；④进洞段掘进(从盾构切口距进洞井外壁5 倍盾构直径起到盾构入基座止)。
4 盾构法施工的经济分析
对于地铁建设，区间隧道结合车站结构施工，盾构工作井可以作为车站结构一部分，隧道施工可以省去工作井建造，这样可以节省投资。
地铁隧道盾构法施工预算的编制应包括以下内容：封门制作及拆除；管片制作及拼装；管片场内外运输；结构防水；盾构基座；平台安装(制作)及拆除；负环管片拆除；盾构掘进；盾构机吊装及拆除；注浆；盾构机部件进场运输；监测；土石方运输。 现以上海轨道交通杨浦线一期工程中的中兴路站～曲阜路站及曲阜路站～人民广场站区间两处为例[5]，按上述方法计算盾构法施工隧道技术经济指标，含税指标如表1所示。
表1 盾构法施工技术经济指标
序号 1 1.1 (1)
项目名称 中兴路站～曲阜路站区间工程 盾构掘进工程 进出洞地基加固
数量 2113m 2113m 2900m3
经济指标/元 37831 24365 535
备注 工作井与车站结构一起施工不包括在
内 上下行线共计2113m 共计4 个洞口
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