sA第5章盾构隧道施工2.ppt

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1、sA第5章盾构隧道施工2 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望上海盾构技术的应用与发展上海盾构技术的应用与发展 19631963年年 直径为直径为4.2m4.2m实验工程（手掘式）；实验工程（手掘式）；19661966年直径为年直径为10.0m10.0m打浦路越江隧道（网格式）；打浦路越江隧道（网格式）；19891989年年 地铁施工采用土压平衡及泥水平衡盾构机（进地铁施工采用土压平衡及泥水平衡盾构机（进口）；口）；20012001年年 地铁施工采用地铁

2、施工采用DOTDOT盾构机盾构机 广州地铁盾构技术的应用广州地铁盾构技术的应用 19951995年年 一号线地铁采用土压平衡及泥水平衡盾构机（盾一号线地铁采用土压平衡及泥水平衡盾构机（盾构施工长度占构施工长度占30%30%）；）；二号线地铁工程二号线地铁工程 盾构施工长度占盾构施工长度占33%33%；三号线地铁工程三号线地铁工程 盾构施工长度占盾构施工长度占68%68%。北京盾构技术的应用北京盾构技术的应用 19991999年年 在亮马河污水工程首次采用现代盾构技术施工；在亮马河污水工程首次采用现代盾构技术施工；20012001年年 地铁五号线在雍和宫段进行盾构施工试验；地铁五号线在雍和宫段进

3、行盾构施工试验；20032003年年 五号线地铁正式采用盾构施工（盾构施工长度五号线地铁正式采用盾构施工（盾构施工长度占地下线长度占地下线长度39%39%）；）；20042004年年 十号线与四号线盾构施工长度占地下线长度平十号线与四号线盾构施工长度占地下线长度平均大于均大于50%50%。目前世界上主要盾构制造商生产盾构机台数一览目前世界上主要盾构制造商生产盾构机台数一览(表表)中国进口盾构机一览表中国进口盾构机一览表 国内盾构施工企业一览国内盾构施工企业一览 盾构法施工的优缺点：盾构法施工的优缺点：盾构法施工的优点：盾构法施工的优点：（1）施工作业在盾构设备的掩护下安全进行；）施工作业在盾构

4、设备的掩护下安全进行；（2）施工时振动和噪声小，对周围环境几附近居民几乎没）施工时振动和噪声小，对周围环境几附近居民几乎没有影响；有影响；（3）施工时不影响地表交通和航道通航；）施工时不影响地表交通和航道通航；（4）不受气候条件影响；）不受气候条件影响；（5）施工机械化程度高，施工管理容易。）施工机械化程度高，施工管理容易。盾构施工法的缺点盾构施工法的缺点（1）覆土较浅时，开挖面稳定困难；）覆土较浅时，开挖面稳定困难；（2）曲率半径较小的曲线段施工比较困难；）曲率半径较小的曲线段施工比较困难；（3）在饱和水层中，防水技术要求高；）在饱和水层中，防水技术要求高；（4）盾构施工地区地表沉降还不能完

5、全防止。）盾构施工地区地表沉降还不能完全防止。盾构即盾构机，简称盾构，全名叫盾构隧道掘盾构即盾构机，简称盾构，全名叫盾构隧道掘进机（进机（Tunnel Boring MachineTunnel Boring Machine），是一种隧道掘），是一种隧道掘进的专用工程机械，它是一个横断面外形与隧道横进的专用工程机械，它是一个横断面外形与隧道横断面外形相同，尺寸稍大，利用回旋刀具开挖，内断面外形相同，尺寸稍大，利用回旋刀具开挖，内藏排土机具，自身设有保护外壳用于暗挖隧道的机藏排土机具，自身设有保护外壳用于暗挖隧道的机械。械。盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体

6、的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。盾构施工法盾构施工法是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法，它使是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法，它使用盾构机在地下掘进，在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面用盾构机在地下

7、掘进，在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。其稳定的同时，在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。其施工过程需先在隧洞某段的一端开挖竖井或基坑，将盾构机施工过程需先在隧洞某段的一端开挖竖井或基坑，将盾构机吊入安装，盾构机从竖井或基坑的墙壁开孔处开始掘进并沿吊入安装，盾构机从竖井或基坑的墙壁开孔处开始掘进并沿设计洞线推进直至到达洞线中的另一竖井或隧洞的端点。盾设计洞线推进直至到达洞线中的另一竖井或隧洞的端点。盾构工法的选择，详尽地比较各种盾构工法的特征是关键。其构工法的选择，详尽地比较各种盾构工法的特征是关键。其中，选择适合土质条件并确保工作面稳定的盾构

8、机种及合理中，选择适合土质条件并确保工作面稳定的盾构机种及合理辅助工法最重要。所以，盾构机的选型原则是因地制宜，尽辅助工法最重要。所以，盾构机的选型原则是因地制宜，尽量提高机械化程度，减少对环境的影响。量提高机械化程度，减少对环境的影响。第一节盾构构造与分类第一节盾构构造与分类按形状分：按形状分：圆形；矩形；椭圆形；马蹄形圆形；矩形；椭圆形；马蹄形 半圆形；双圆形；三圆形半圆形；双圆形；三圆形按开挖面的施工方式分：按开挖面的施工方式分：敞胸盾构；闭胸盾构敞胸盾构；闭胸盾构目前主要形式：目前主要形式：泥水加压式；土压平衡式盾构泥水加压式；土压平衡式盾构盾构法隧道SHIELD-DRIVENTUNN

9、EL一盾构的基本构造一盾构的基本构造盾构壳体、推进系统、出土系统、拼装系统盾构壳体、推进系统、出土系统、拼装系统盾盾构构的的基基本本构构造造简简图图（一）盾构壳体（一）盾构壳体壳体组成：壳体组成：切口环；支承环；盾尾；竖直隔板；水平隔板切口环；支承环；盾尾；竖直隔板；水平隔板（1）切口环）切口环 切口环长度由开挖方法、开挖工具、人员活动空切口环长度由开挖方法、开挖工具、人员活动空间和支撑形式来确定。间和支撑形式来确定。（2）支撑环）支撑环支撑环承受的力：支撑环承受的力：地层压力地层压力、千斤顶的顶力及切口、盾尾、千斤顶的顶力及切口、盾尾、衬砌拼装时传来的施工荷载。衬砌拼装时传来的施工荷载。（3

10、）盾尾）盾尾密封装置作用：密封装置作用：防止地下水、外层土、衬砌背面压浆之浆液防止地下水、外层土、衬砌背面压浆之浆液倒流入隧道。倒流入隧道。盾尾密封材料：盾尾密封材料：橡胶系橡胶系 刷子系刷子系盾尾长度：盾尾长度：最小限度，能在盾构千斤顶缩回后，达到管片宽度最小限度，能在盾构千斤顶缩回后，达到管片宽度即可，但考虑到要调换损坏的管片、修千斤顶、对到曲即可，但考虑到要调换损坏的管片、修千斤顶、对到曲线施工等因素，还要增加管片宽度的线施工等因素，还要增加管片宽度的1/3-1/4余量余量盾构盾尾密封形式盾构盾尾密封形式盾构盾尾构造简图盾构盾尾构造简图（二）推进系统（二）推进系统推进系统组成：推进系统组

11、成：由盾构千斤顶和液压设备组成，并利用千斤顶上由盾构千斤顶和液压设备组成，并利用千斤顶上下左右活塞杆伸出长度不同达到纠偏目的，千斤顶沿下左右活塞杆伸出长度不同达到纠偏目的，千斤顶沿支承环均匀分布。支承环均匀分布。能量供应：电能转变为液压能。能量供应：电能转变为液压能。决定盾构推力的主要因素：决定盾构推力的主要因素：（）盾构壳体与土之间的摩擦力；（）盾构壳体与土之间的摩擦力；（）工作面的推进阻力；（）工作面的推进阻力；（）推进中切口插入土中的阻力；（）推进中切口插入土中的阻力；（）管片与盾尾的摩擦阻力。（）管片与盾尾的摩擦阻力。.盾构外围的阻力盾构外围的阻力砂土时：砂土时：粘土时：粘土时：作用于

12、盾构外围的土压和水压作用于盾构外围的土压和水压.盾构正面阻力盾构正面阻力作用于盾构作用于盾构正面的土压正面的土压和水压。和水压。.切口插入阻力：切口插入阻力：.管片与盾尾之间摩擦阻力：管片与盾尾之间摩擦阻力：盾构千斤顶总推力经验公式：盾构千斤顶总推力经验公式：0.7-1.2KN安全系数安全系数2（三）出土系统（三）出土系统包括：切削装置和运输装置包括：切削装置和运输装置.土体的切削装置土体的切削装置（）超挖刀容易安装。（）超挖刀容易安装。刀盘必须具备足够的扭矩，以克服土体阻力、机械阻力刀盘必须具备足够的扭矩，以克服土体阻力、机械阻力及盾构扭矩等，可以通过与盾构外径的经验公式求得。及盾构扭矩等，

13、可以通过与盾构外径的经验公式求得。适应条件：适应条件：（）适应于软弱地层，切口环插入地层。（）适应于软弱地层，切口环插入地层。刀盘外围突出于切口环特点：刀盘外围突出于切口环特点：超挖刀容易安装，方向容易控制。超挖刀容易安装，方向容易控制。刀盘与切口环在同一位置刀盘与切口环在同一位置垂直平面形垂直平面形圆锥形圆锥形半球形半球形切削刀盘和开挖面的形状切削刀盘和开挖面的形状2.土体的运输装置土体的运输装置 被切削下来的土体，通过搅拌，必要时加入作浆材料，被切削下来的土体，通过搅拌，必要时加入作浆材料，利用螺旋输送机将土体运出。利用螺旋输送机将土体运出。螺旋输送机螺旋输送机螺旋输送机将土体运出后，在盾

14、构外运输方式有：螺旋输送机将土体运出后，在盾构外运输方式有：F（）有轨运输（）有轨运输F（）无轨运输（）无轨运输F（）管道运输（）管道运输（1）有轨运输）有轨运输 矿车由电机车牵引到洞口或工作井，再经垂直起吊送矿车由电机车牵引到洞口或工作井，再经垂直起吊送至地面。至地面。缺点：缺点：受一次通过矿车数量的限制，运输速度慢，效受一次通过矿车数量的限制，运输速度慢，效率低。率低。（2）无轨运输）无轨运输 大型自卸卡车直接送到弃土场，效率高。大型自卸卡车直接送到弃土场，效率高。缺点：缺点：要求隧道断面大，须先将洞口引道作好。要求隧道断面大，须先将洞口引道作好。（3）管道运输）管道运输 开挖下来的土体搅

15、拌成泥浆经泥浆泵接力压送到地面，开挖下来的土体搅拌成泥浆经泥浆泵接力压送到地面，使出土实现了连续化，提高了功效。且隧道内干净，实现使出土实现了连续化，提高了功效。且隧道内干净，实现了文明施工。了文明施工。缺点：缺点：必须设置泥水循环系统和泥水处理系统。必须设置泥水循环系统和泥水处理系统。（四）拼装系统（四）拼装系统管片拼装器具有的四个功能：管片拼装器具有的四个功能：（）夹钳（）夹钳 （）使管片位置伸缩（）使管片位置伸缩 （）前后滑动（）前后滑动 （）旋转（）旋转杠杆式拼装机杠杆式拼装机环式拼装机环式拼装机二二.盾构分类盾构分类 全敞开式盾构机全敞开式盾构机（全敞开式盾构机的特点是（全敞开式盾构

16、机的特点是掘削面敞露，故挖掘状态时干态状，所以出土效掘削面敞露，故挖掘状态时干态状，所以出土效率高。适用于掘削面稳定的性好的地层，对于自率高。适用于掘削面稳定的性好的地层，对于自稳定性差的冲积地层应辅以压气、降水、注浆加稳定性差的冲积地层应辅以压气、降水、注浆加固等措施）固等措施）全敞开式盾构机全敞开式盾构机 （1）手掘式盾构机）手掘式盾构机 （2）半机械式盾构机）半机械式盾构机 （3）机械式盾构机）机械式盾构机 敞开型机械式盾构机敞开型机械式盾构机 盾构机的前部装有旋转刀盘，故掘削能力大增。盾构机的前部装有旋转刀盘，故掘削能力大增。掘削下来的砂土由装在掘削刀盘上的旋转铲斗，经掘削下来的砂土由

17、装在掘削刀盘上的旋转铲斗，经过斜槽送到输送机。由于掘削和排土连续进行，故过斜槽送到输送机。由于掘削和排土连续进行，故工期缩短，作业人员减少。工期缩短，作业人员减少。部分开放式盾构机部分开放式盾构机 （即挤压式盾构机，其构造简单、造价低。挤（即挤压式盾构机，其构造简单、造价低。挤压盾构适用于流塑性高、无自立性的软粘土层和压盾构适用于流塑性高、无自立性的软粘土层和粉砂层）粉砂层）（1）半挤压式盾构机（局部挤压式盾构机）半挤压式盾构机（局部挤压式盾构机）（2）全挤压式盾构机）全挤压式盾构机（3）网格式盾构机）网格式盾构机封闭式盾构机封闭式盾构机（1）泥水式盾构机）泥水式盾构机 是通过加压泥水或泥浆是

18、通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。泥浆重复使用。封闭式盾构机封闭式盾构机（2）土压式盾构机）土压式盾构机 是把土料是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖

19、使泥土料增加，再由螺形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度旋转速度)进进行调节。它又可细分为削土加压盾构、加水土压盾行调节。它又可细分为削土加压盾构、加水土压盾构、加泥土压盾构和复合土压盾构构、加泥土压盾构和复合土压盾构 全断面硬岩隧道掘进机简称全断面硬岩隧道掘进机简称TBM盾构，适用于各类岩石地层盾构，适用于各类岩石地层的隧道施工，公司与美国罗宾斯公司合作制造的的隧道施工，公司与美国罗宾斯公司合作制造的2台台TBM盾构，盾构，

20、是用于岩石隧道施工的典型装备。该盾构成功运用于山西万家是用于岩石隧道施工的典型装备。该盾构成功运用于山西万家引黄工程，达到日掘进引黄工程，达到日掘进99.37米米的掘进速度。的掘进速度。2008年年09月月05日，当日，随着超日，当日，随着超大直径盾构顺利进入上海长兴岛大直径盾构顺利进入上海长兴岛接收井，世界最大直径盾构隧道接收井，世界最大直径盾构隧道上海长江隧道工程实现双线上海长江隧道工程实现双线贯通。被誉为贯通。被誉为“万里长江第一隧万里长江第一隧”的长江隧道长约的长江隧道长约8.9公里，隧道公里，隧道内径内径13.7米，隧道外径米，隧道外径15.43米，米，为世界最大直径盾构隧道。为世界

21、最大直径盾构隧道。（一）人工开挖盾构（一）人工开挖盾构.一般手掘式盾构一般手掘式盾构人工开挖盾构优缺点人工开挖盾构优缺点 优点：优点：（1）一般采用全敞胸式，便于观察地层和清除障碍；）一般采用全敞胸式，便于观察地层和清除障碍；（2）盾构推进在开挖面出现故障时，比较容易排除；）盾构推进在开挖面出现故障时，比较容易排除；（3）易于纠偏，也便于曲线段的施工。）易于纠偏，也便于曲线段的施工。缺点：缺点：（1）劳动强度大，效率低，如遇正面塌方，易危及人身安）劳动强度大，效率低，如遇正面塌方，易危及人身安全及工程安全。全及工程安全。.挤压式盾构挤压式盾构 分为：全挤压式盾分为：全挤压式盾 局部挤压式盾构局

22、部挤压式盾构 全挤压式盾构工作面胸板全部封闭不出土，而将盾全挤压式盾构工作面胸板全部封闭不出土，而将盾构经过区域的土挤压向外部，因而会引起很大的地表构经过区域的土挤压向外部，因而会引起很大的地表隆起变形，一般只适用于空旷地带、河底海滩等处。隆起变形，一般只适用于空旷地带、河底海滩等处。开口率：开口率：开口大小与盾构断面的比值。开口大小与盾构断面的比值。开口率过大时进土量增加，会引起周围地层沉降，反开口率过大时进土量增加，会引起周围地层沉降，反之，就会增大盾构的切入阻力，使地面隆起。之，就会增大盾构的切入阻力，使地面隆起。盾构开口率一般为盾构开口率一般为2%-0.8%；在极软弱地层中，开口；在极

23、软弱地层中，开口率也可小于率也可小于0.3%。局部挤压式盾构工作原理局部挤压式盾构工作原理.网格式盾构网格式盾构网格式盾构网格式盾构（二）半机械化盾构（二）半机械化盾构（三）机械化盾构（三）机械化盾构 机械化盾构：是在盾构切口环部分紧贴开挖工机械化盾构：是在盾构切口环部分紧贴开挖工作面装上与盾构直径相仿的旋转刀盘进行全断面开挖作面装上与盾构直径相仿的旋转刀盘进行全断面开挖的盾构，分有的盾构，分有:单轴式、双轴式、多轴式等。单轴式、双轴式、多轴式等。刀盘分为刀盘分为:敞开形和封闭形。敞开形和封闭形。.局部气压盾构局部气压盾构支承环和切口环之间装密封隔板，形成密封支承环和切口环之间装密封隔板，形成

24、密封仓，通入压缩空气，以平衡开挖面的土压力，达仓，通入压缩空气，以平衡开挖面的土压力，达到稳定开挖的作用，但在密封舱、盾尾及管片接到稳定开挖的作用，但在密封舱、盾尾及管片接缝处容易漏气。缝处容易漏气。.泥水加压盾构泥水加压盾构 泥水加压就是在盾构的封闭隔仓内注入泥水，通过泥泥水加压就是在盾构的封闭隔仓内注入泥水，通过泥水加压和外部压力平衡，一保证开挖面土体的稳定。水加压和外部压力平衡，一保证开挖面土体的稳定。要求从盾构推进、排泥到泥水的处理全部按系统化作要求从盾构推进、排泥到泥水的处理全部按系统化作业。通过泥水压力、泥水流量、泥水浓度等测定，计算业。通过泥水压力、泥水流量、泥水浓度等测定，计算

25、出开挖土量，全部作业由中央控制台管理。出开挖土量，全部作业由中央控制台管理。泥水加压盾构泥水加压盾构 泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润通常为膨润土悬浮液土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。重复使用。（）泥水加压盾构稳定作用（）泥水加压盾构稳定作用泥水加压盾构工作原理泥水加压盾构工作原理泥水压力泥水压

26、力水压力水压力（）泥水循环和管理（）泥水循环和管理整个作业，送泥排泥泵、自动阀门、泥水处理设整个作业，送泥排泥泵、自动阀门、泥水处理设备以及盾构动力设备均安装有测量控制装置，测量的备以及盾构动力设备均安装有测量控制装置，测量的数据传到中央控制室，操作人员综合判断，正确控制数据传到中央控制室，操作人员综合判断，正确控制各个环节。各个环节。.土压平衡盾构土压平衡盾构 适应条件：适应条件：适用含水饱和软弱地层中施工适用含水饱和软弱地层中施工土压平衡盾构原理：土压平衡盾构原理：随着盾构的推进，由旋转刀盘切削下来的土体进入密随着盾构的推进，由旋转刀盘切削下来的土体进入密封舱内，在舱内的土砂中注入一种封舱

27、内，在舱内的土砂中注入一种具有流动性和不透水性具有流动性和不透水性的的“作浆材料作浆材料”经搅拌把土拌成一种具有一定流动性、又经搅拌把土拌成一种具有一定流动性、又不透水的浆化泥土，不透水的浆化泥土，充满密封舱及与之相连的螺旋输送机，充满密封舱及与之相连的螺旋输送机，盾构推进时，浆化泥土产生压力与土体静压及水压平衡，盾构推进时，浆化泥土产生压力与土体静压及水压平衡，同时螺旋输送机送土。同时螺旋输送机送土。）土压平衡盾构开挖面稳定机构）土压平衡盾构开挖面稳定机构 可采用两种稳定机构：可采用两种稳定机构：（）适用于粘性土层中（）适用于粘性土层中由充满在密封舱内和螺旋输送机内的土压与开挖面的由充满在密

28、封舱内和螺旋输送机内的土压与开挖面的土压达到平衡，同时输送机排土，使得开挖量与出土土压达到平衡，同时输送机排土，使得开挖量与出土量保持平衡，保持开挖面的稳定。量保持平衡，保持开挖面的稳定。（）砂质土层中（）砂质土层中由于地下水丰富，土层透水系数高，仅靠排土机构的由于地下水丰富，土层透水系数高，仅靠排土机构的机械控制使砂土开挖面稳定就很困难，需要用水、膨机械控制使砂土开挖面稳定就很困难，需要用水、膨润土、粘土、高浓度泥水、泥浆材料等的混合料向开润土、粘土、高浓度泥水、泥浆材料等的混合料向开挖面加压灌注，并不断进行搅拌，改变切削下来土体挖面加压灌注，并不断进行搅拌，改变切削下来土体的性质，保证土的

29、流动性和止水性，以求的开挖面的的性质，保证土的流动性和止水性，以求的开挖面的稳定。稳定。）土压系列的机械控制机构）土压系列的机械控制机构（）切削土与地下水压力的控制机构：（）切削土与地下水压力的控制机构：机械控制机构：机械控制机构：在螺旋输送机排土口设置控制排土量的机构，是内部在螺旋输送机排土口设置控制排土量的机构，是内部充满切削土或混合土。充满切削土或混合土。物性控制机构：物性控制机构：在切削刀盘前面，密封舱内或输送机排土口注入添加在切削刀盘前面，密封舱内或输送机排土口注入添加材料，改变土体性状。材料，改变土体性状。（）开挖面稳定控制装置（）开挖面稳定控制装置 分类：分类：土压力、土量、水压

30、力和切削刀盘负荷控制装置土压力、土量、水压力和切削刀盘负荷控制装置第第2节盾构隧道施工作业节盾构隧道施工作业第第2节盾构隧道施工作业节盾构隧道施工作业一一.施工准备施工准备 （一）盾构拼装和拆卸室（一）盾构拼装和拆卸室 （二）盾构机座（二）盾构机座材料：钢筋混凝土或钢结构；除受自重外还要考虑纠材料：钢筋混凝土或钢结构；除受自重外还要考虑纠偏产生的集中荷载偏产生的集中荷载导轨：布置在盾构下半部的度范围内，由两根或导轨：布置在盾构下半部的度范围内，由两根或多根钢轨组成。多根钢轨组成。盾构托架盾构托架 盾构隧道1.jpg 无标题.jpg（三）盾构进出洞设施（三）盾构进出洞设施在井壁上预留临时的封门洞

31、口，出洞时拆除临时封门，在井壁上预留临时的封门洞口，出洞时拆除临时封门，逐步推进盾构进入地层，使盾构最终脱离工作井。逐步推进盾构进入地层，使盾构最终脱离工作井。洞口周围土体加固方法：洞口周围土体加固方法：注浆法、旋喷法、冻结法、压气法、注浆法、旋喷法、冻结法、压气法、托换基础法、承压板法等。托换基础法、承压板法等。（四）盾构后座（四）盾构后座后座推力靠工作井井壁承担，在盾构和井壁之间设后座推力靠工作井井壁承担，在盾构和井壁之间设传力设施，缓冲给后座的压力。传力设施，缓冲给后座的压力。后座衬砌与后座井壁产生不等距的空隙，要用低强度后座衬砌与后座井壁产生不等距的空隙，要用低强度的混凝土填平补齐，使

32、盾构推力均匀传给井壁。的混凝土填平补齐，使盾构推力均匀传给井壁。（五）盾构施工附属设施（五）盾构施工附属设施供电照明设备、通风及空压机房、排水泵房、涂供电照明设备、通风及空压机房、排水泵房、涂料棚、充电间、出土有轨余数系统及工作井垂直运输料棚、充电间、出土有轨余数系统及工作井垂直运输系统等。在管道运输时还需要设置泥水处理系统或排系统等。在管道运输时还需要设置泥水处理系统或排土装置等土装置等盾盾构构出出洞洞示示意意图图盾构拼装井盾构后座管片盾构基座盾构拼装井盾构后座管片盾构基座盾构运输轨道盾构运输轨道二二.盾构推进盾构推进 （一）盾构的技术性能参数（一）盾构的技术性能参数 1.盾构外径盾构外径为

33、满足曲线段或纠偏旋转角为满足曲线段或纠偏旋转角a所必须的最小建筑空隙值所必须的最小建筑空隙值x，可按几何关系求得：，可按几何关系求得：盾构直径尺寸计算图盾构直径尺寸计算图盾构外径：盾构外径：.盾构长度盾构长度F盾盾构构长长度度尺尺寸寸计计算算图图盾构长度：盾构长度：.盾构灵敏度盾构灵敏度灵敏度：盾构长度与直径之比，即。灵敏度：盾构长度与直径之比，即。国内外地下隧道盾构性能特征表国内外地下隧道盾构性能特征表（二）盾构推进（二）盾构推进.手掘式敞胸盾构施工手掘式敞胸盾构施工完全敞胸式：完全敞胸式：纠偏：超挖纠偏：超挖土质较差时：支撑千斤顶加撑板进行临时支护。土质较差时：支撑千斤顶加撑板进行临时支护

34、。辅助施工：辅助施工：人工井点降水排除地下水或气压派稳定开挖面。人工井点降水排除地下水或气压派稳定开挖面。网格式盾构：纠偏：千斤顶网格式盾构：纠偏：千斤顶.泥水加压盾构施工泥水加压盾构施工 泥水从泥水池用泥浆泵通过进浆管送至密封舱内，刀盘切泥水从泥水池用泥浆泵通过进浆管送至密封舱内，刀盘切削下来的泥土经刀盘及搅拌器与工作泥水混合，使泥水相对密削下来的泥土经刀盘及搅拌器与工作泥水混合，使泥水相对密度增加，变稠的泥水用泥浆泵排出，送至地面进行泥水处理。度增加，变稠的泥水用泥浆泵排出，送至地面进行泥水处理。.土压平衡盾构施工土压平衡盾构施工 刀盘切削土体，土体进入密封舱，搅拌成浆化泥土。充满刀盘切削

35、土体，土体进入密封舱，搅拌成浆化泥土。充满在密封舱和螺旋输送机内的浆化泥土，随着盾构推进和螺旋输在密封舱和螺旋输送机内的浆化泥土，随着盾构推进和螺旋输送机排土，实现在出土与进土的平衡以及切削工作面的土体平送机排土，实现在出土与进土的平衡以及切削工作面的土体平衡。衡。三、盾构操纵与纠偏三、盾构操纵与纠偏导致偏离隧道设计轴线的因素：导致偏离隧道设计轴线的因素：（）土层不均匀；（）土层不均匀；（）正面四周阻力不一致；（）正面四周阻力不一致；（）千斤顶的顶力不一致；（）千斤顶的顶力不一致；（）盾构重心偏于一侧；（）盾构重心偏于一侧；（）衬砌缝防水材料压密不一致（）衬砌缝防水材料压密不一致;（6）闭胸挤

36、压上浮，下部土体流失下沉。）闭胸挤压上浮，下部土体流失下沉。目前盾构操纵与纠偏主要采取的方法：目前盾构操纵与纠偏主要采取的方法：（）调整千斤顶的编组：（）调整千斤顶的编组：cm,避免引起拼装困避免引起拼装困难及对地层产生多大的扰动难及对地层产生多大的扰动（）调整开挖面的阻力：（）调整开挖面的阻力：进土孔位，开孔率等进土孔位，开孔率等（）控制盾构推进纵坡等：（）控制盾构推进纵坡等：先压后抬和先抬后压先压后抬和先抬后压（）盾构旋转的防止（）盾构旋转的防止旋转的原因：旋转的原因：盾构的重心不通过轴线或有大型旋转设备引起盾构的重心不通过轴线或有大型旋转设备引起 防止措施：防止措施：在反侧加压或在两侧装

37、水平鳍板在反侧加压或在两侧装水平鳍板四、盾构隧道衬砌施工四、盾构隧道衬砌施工 拼装方法：拼装方法：举重臂拼装或拱拖架拼装举重臂拼装或拱拖架拼装 通缝拼装或错缝拼装通缝拼装或错缝拼装 拼装方法按其程序可分：拼装方法按其程序可分：“先纵后环法先纵后环法”和和“先环后纵法先环后纵法”拼装管片的原则：拼装管片的原则：自下而上，左右交叉最后封顶成环自下而上，左右交叉最后封顶成环保证质量的措施：保证质量的措施：（）（）保证环面接封平整纵向通缝防水涂料压密；保证环面接封平整纵向通缝防水涂料压密；（）注意衬砌的准圆度，避免出现外张和内张角。（）注意衬砌的准圆度，避免出现外张和内张角。五、衬砌后注浆五、衬砌后注

38、浆（1）提高隧道周围土层稳定性，防止地表沉降与地层压力增）提高隧道周围土层稳定性，防止地表沉降与地层压力增长；长；（2）改善隧道衬砌的受力状态，避免隧道的不均匀变形，减）改善隧道衬砌的受力状态，避免隧道的不均匀变形，减小衬砌在自重及拼装荷载作用下的椭圆率；小衬砌在自重及拼装荷载作用下的椭圆率；（3）形成一种水泥连结起来的地层壳体，增强衬砌的防水效）形成一种水泥连结起来的地层壳体，增强衬砌的防水效能。能。一次压注：一次压注：地层条件较差，随着盾尾出现立即注水泥沙浆，并保地层条件较差，随着盾尾出现立即注水泥沙浆，并保持一定的压力，以便在强压下充衬砌背后遗漏的空隙。持一定的压力，以便在强压下充衬砌背

39、后遗漏的空隙。间隔间隔30m需进行一次额外的控制注浆，充填衬砌背后需进行一次额外的控制注浆，充填衬砌背后遗留的孔隙。遗留的孔隙。若地表沉陷或隧道严重渗漏时，局部补充注浆。若地表沉陷或隧道严重渗漏时，局部补充注浆。两次压注：两次压注：通过管片的注浆孔向衬砌背后压注石英砂或卵石，以通过管片的注浆孔向衬砌背后压注石英砂或卵石，以防止地层塌陷，继续推进环后，进行二次压注胶结防止地层塌陷，继续推进环后，进行二次压注胶结材料，充填空隙固结。材料，充填空隙固结。左右对称，从下向上，避免单点超压注浆。左右对称，从下向上，避免单点超压注浆。第三节盾构隧道衬砌结构及设计计算第三节盾构隧道衬砌结构及设计计算（一）衬

40、砌的断面形式和作用（一）衬砌的断面形式和作用横断面：横断面：圆形、矩形、半圆形、马蹄形等。圆形、矩形、半圆形、马蹄形等。一、盾构隧道衬砌结构一、盾构隧道衬砌结构衬砌的作用衬砌的作用在施工阶段：在施工阶段：防止土体变形、土体坍塌及泥水渗入，承受盾构推进防止土体变形、土体坍塌及泥水渗入，承受盾构推进时千斤顶顶力及其他施工荷载；时千斤顶顶力及其他施工荷载；竣工后：竣工后：衬砌单独或与内衬一起作为隧道的永久性支护结构，衬砌单独或与内衬一起作为隧道的永久性支护结构，支撑衬砌周围的水、土压力以及使用阶段和某些特殊需要支撑衬砌周围的水、土压力以及使用阶段和某些特殊需要的荷载，同时防止泥水渗入。的荷载，同时防

41、止泥水渗入。（二）装配式衬砌管片（二）装配式衬砌管片 从结构分：从结构分：带肋的箱形管片和不带肋的平板形管片；带肋的箱形管片和不带肋的平板形管片；材料：材料：铸铁、钢、钢筋混凝土；铸铁、钢、钢筋混凝土；钢筋混凝土：钢筋混凝土：箱形和平板形。强度等级以上；箱形和平板形。强度等级以上；刚性连接：刚性连接：较粗螺栓连接管片，使管片圆环成为一个等刚度的较粗螺栓连接管片，使管片圆环成为一个等刚度的整体结构容易产生次应力；整体结构容易产生次应力；柔性连接：柔性连接：是以少量的单排较细的螺栓连接管片。是以少量的单排较细的螺栓连接管片。带带肋肋的的箱箱形形管管片片铸铁箱形管片铸铁箱形管片钢筋混凝土箱形管片钢筋

42、混凝土箱形管片不带肋的平板形钢筋混凝土管片不带肋的平板形钢筋混凝土管片（三）衬砌分块和拼装（三）衬砌分块和拼装管片最大弧弦长度管片最大弧弦长度一般小于一般小于m 分块接头应设置在内力最小处分块接头应设置在内力最小处厚度：厚度：钢筋混凝土：米以下：钢筋混凝土：米以下：米以上直径：米以上直径：封顶：封顶：大封顶；小封顶大封顶；小封顶封顶形式：封顶形式：径向楔入；纵向楔入径向楔入；纵向楔入纵向封顶管片示意图纵向封顶管片示意图 管片顶部楔块.jpg（四）衬砌管片的连接（四）衬砌管片的连接直螺栓连接直螺栓连接弯螺栓连接弯螺栓连接连接形式：连接形式：纵向连接和环向连接；螺栓连接和无螺栓连接。纵向连接和环向

43、连接；螺栓连接和无螺栓连接。球铰形连接球铰形连接槽形连接槽形连接暗销形连接暗销形连接二、盾构隧道衬砌结构计算二、盾构隧道衬砌结构计算 隧道衬砌周围地层的水文、工程地质情况复杂多变，隧道衬砌周围地层的水文、工程地质情况复杂多变，土层性质又具有很大的区域性，衬砌结构的理论计算与土层性质又具有很大的区域性，衬砌结构的理论计算与工程实际有差别。工程实际有差别。整体式圆形衬砌计算法，把衬砌环看作为以按自由整体式圆形衬砌计算法，把衬砌环看作为以按自由变形的均质刚度圆环来计算。变形的均质刚度圆环来计算。（一）荷载计算（一）荷载计算 分为：分为：基本使用阶段荷载、基本使用阶段荷载、施工阶段荷载和特殊荷载施工阶

44、段荷载和特殊荷载.基本使用阶段基本使用阶段 作用于每衬砌上的荷载有：作用于每衬砌上的荷载有：地层压力、水压力和自重等地层压力、水压力和自重等作用在衬砌结构上的荷载简图作用在衬砌结构上的荷载简图（）衬砌拱顶竖向地层压力（）衬砌拱顶竖向地层压力拱顶部拱顶部拱背部拱背部（）地面超载（根据实际情况和埋深而定），竖向压力为：（）地面超载（根据实际情况和埋深而定），竖向压力为：（）侧向水平均匀土压力（）侧向水平均匀土压力（）侧向三角形水平土压力（）侧向三角形水平土压力（）静水压力（）静水压力静水压力计算简图静水压力计算简图（）自重（）自重（）衬砌拱底反力（）衬砌拱底反力（1）进行理论计算）进行理论计算（2

45、）进行实地现场量测）进行实地现场量测（3）两者结合进行调整）两者结合进行调整.施工阶段施工阶段 盾构衬砌施工过程，三种状态的荷载，需作相应的附盾构衬砌施工过程，三种状态的荷载，需作相应的附加验算。加验算。（）衬砌拼装完成，随着盾构推进而脱出盾尾，尚未（）衬砌拼装完成，随着盾构推进而脱出盾尾，尚未注浆，此时衬砌在自重作用下可自由变形，可按自由变注浆，此时衬砌在自重作用下可自由变形，可按自由变形圆环进行验算。形圆环进行验算。衬砌圆环计算简图衬砌圆环计算简图（）盾构推进阶段（）盾构推进阶段千斤顶总推力作用在衬砌环缝面积上的验算。千斤顶总推力作用在衬砌环缝面积上的验算。（）衬砌建筑间隙压注阶段（）衬砌

46、建筑间隙压注阶段建筑空隙内压注浆液时，浆液聚集在孔附近一定范建筑空隙内压注浆液时，浆液聚集在孔附近一定范围，压力集中、过大引起圆环变形和局部集中应力，甚至围，压力集中、过大引起圆环变形和局部集中应力，甚至导致封顶楔形管片滑移。导致封顶楔形管片滑移。.特殊荷载阶段特殊荷载阶段战备防护等级进行人防荷载演算；地震力验算战备防护等级进行人防荷载演算；地震力验算.衬砌按自由变形圆环计算衬砌按自由变形圆环计算 隧道建于淤泥、流沙、塑形粘土等软土层时，地层对衬隧道建于淤泥、流沙、塑形粘土等软土层时，地层对衬砌结构的弹性抗力很小，可按自由变形圆环计算。砌结构的弹性抗力很小，可按自由变形圆环计算。弹性中心法计算

47、弹性中心法计算 两个未知力的超静定结构，弹性中心处的相对角变和相两个未知力的超静定结构，弹性中心处的相对角变和相对水平位移等于零对水平位移等于零（二）结构计算（二）结构计算弹性中心法计算，弹性中心法计算，两个未知力的超静定结构，弹性中心处的相两个未知力的超静定结构，弹性中心处的相对角变和相对水平位移等于零。对角变和相对水平位移等于零。可以得衬砌结构中与垂直轴成可以得衬砌结构中与垂直轴成a角的任一截面上的角的任一截面上的弯矩和轴向力为：弯矩和轴向力为：不考虑弹性抗力，计算出的弯矩偏大，初步既定衬砌不考虑弹性抗力，计算出的弯矩偏大，初步既定衬砌截面尺寸。截面尺寸。.假定土体介质有侧向弹性抗力的圆环

48、内力计算假定土体介质有侧向弹性抗力的圆环内力计算 外荷载作用下，隧道衬砌变形而产生的地层抗力，其外荷载作用下，隧道衬砌变形而产生的地层抗力，其分布规律难以确定，通常假定为三角形、二次或三次抛分布规律难以确定，通常假定为三角形、二次或三次抛物线形式分布。物线形式分布。内力计算完毕，进行内力组合，得出圆环上各截面的内力计算完毕，进行内力组合，得出圆环上各截面的最大内力值后，根据钢筋混凝土基本构件知识进行截面最大内力值后，根据钢筋混凝土基本构件知识进行截面设计。设计。第四节盾构隧道辅助施工技术第四节盾构隧道辅助施工技术 软弱地层中，采用特殊土体加固稳定技术配套进行辅助施工。软弱地层中，采用特殊土体加

49、固稳定技术配套进行辅助施工。（1）盾构机在工作井内组装、调试完毕，从工作井出发，开始）盾构机在工作井内组装、调试完毕，从工作井出发，开始段够隧道施工；段够隧道施工；（2）盾构隧道施工结束，盾构机推入接收井；）盾构隧道施工结束，盾构机推入接收井；（3）长大盾构隧道进行地下或海底对接；）长大盾构隧道进行地下或海底对接；（4）城市地铁区间隧道的旁通道、泵房和其它隧道的急转弯部）城市地铁区间隧道的旁通道、泵房和其它隧道的急转弯部分的施工；分的施工；（5）盾构推进线路上建筑物基础、地层与地表沉陷处理，以及）盾构推进线路上建筑物基础、地层与地表沉陷处理，以及盾构隧道发生涌水、坍塌事故处理。盾构隧道发生涌水

50、、坍塌事故处理。一、盾构出洞、进铜的土体加固技术一、盾构出洞、进铜的土体加固技术 （一）盾构出洞土体加固（一）盾构出洞土体加固气压法气压法注浆法注浆法高压喷射法高压喷射法冻结法冻结法板桩法结合注浆法板桩法结合注浆法降水法降水法洞口冻结加固洞口冻结加固冻结孔布冻结孔布冻结加固体设计冻结加固体设计 日本东京环线调节水日本东京环线调节水仓隧道盾构出洞土体加固仓隧道盾构出洞土体加固（二）盾构进洞土体加固（二）盾构进洞土体加固盾构进洞水平圆筒形冻结盾构进洞水平圆筒形冻结冻结施工平面图冻结施工平面图冻结加固结构体断面冻结加固结构体断面上海延安东路隧道南线盾构进洞前冻结加固施工上海延安东路隧道南线盾构进洞前