地铁盾构施工技术.ppt

地地铁铁施工技施工技术术1.盾构法盾构法n n 盾构法施工是以盾构盾构法施工是以盾构(Shield)(Shield)作作为为施工机械在地施工机械在地面下以暗挖修筑隧道的一种施工方法。盾构是一面下以暗挖修筑隧道的一种施工方法。盾构是一种种钢钢制的活制的活动动防防护护装置或活装置或活动动支撑，既能支撑地支撑，既能支撑地层压层压力，又能作力，又能作为为活活动钢动钢制制圆圆形或半形或半圆圆形装置在形装置在地地层层中推中推进进。盾构是通。盾构是通过软过软弱含水弱含水层层，特，特别别是江是江河底、海底以及城市中心区修建隧道的一种机械，河底、海底以及城市中心区修建隧道的一种机械，是一种集开挖、支是一种集开挖、支护护、推、推进进、衬衬砌等多种作砌等多种作业业一一体化的大型暗挖隧道施工机械，主要用于体化的大型暗挖隧道施工机械，主要用于软软弱、弱、复复杂杂地地层层的隧道施工。的隧道施工。2.第一第一节节 盾构法施工流程盾构法施工流程n n一、盾构在隧道施工中的作用n n（1 1）将隧道前端）将隧道前端约约二二环衬环衬砌的外周用盾构壳体支砌的外周用盾构壳体支护护，形成外部支撑，在盾壳的掩，形成外部支撑，在盾壳的掩护护下开挖地下开挖地层层及及装配隧道装配隧道衬衬砌。砌。n n（2 2）盾构壳体）盾构壳体为为内部内部结结构所支撑，在内部构所支撑，在内部结结构中构中如有必要如有必要时时可添可添设设水平及水平及竖竖向隔板，将盾构分隔向隔板，将盾构分隔成一些小工作室，既增加了盾构的成一些小工作室，既增加了盾构的刚刚度又度又带带来了来了操作上的方便。操作上的方便。n n（3 3）盾构后部盾尾部分无内部支撑）盾构后部盾尾部分无内部支撑结结构，可在其构，可在其掩掩护护下拼装隧道下拼装隧道衬衬砌。砌。n n（4 4）盾构的掘）盾构的掘进进靠液靠液压压千斤千斤顶顶在已拼装好的隧道在已拼装好的隧道衬衬砌砌环环上向前推上向前推进进。3.4.n n二 盾构法施工工序流程n n（1 1）在盾构法隧道的起始端和）在盾构法隧道的起始端和终终端各建一个工作端各建一个工作井。井。n n（2 2）盾构在起始端工作井内安装就位。）盾构在起始端工作井内安装就位。n n（3 3）依靠盾构千斤）依靠盾构千斤顶顶推力将盾构从起始端工作井推力将盾构从起始端工作井的的墙墙壁开孔壁开孔处处推出。推出。n n（4 4）盾构在地）盾构在地层层中沿着中沿着设计设计中中轴线轴线推推进进，在推，在推进进的同的同时时不断出土和安装不断出土和安装衬衬砌管片。砌管片。n n（5 5）及）及时时地向地向衬衬砌背后的空隙注砌背后的空隙注浆浆，防止地，防止地层层移移动动和固定和固定衬衬砌砌环环位置。位置。n n（6 6）盾构）盾构进进入入终终端井并被拆除，如施工需要，也端井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推可穿越工作井再向前推进进。5.第二第二节节 盾构法施工技盾构法施工技术术要求要求n n一、盾构法施工的一、盾构法施工的优优缺点及适用范缺点及适用范围围n n（一）盾构施工法的（一）盾构施工法的优优点点n n 1 1安全性安全性n n 盾构施工方法属于暗挖施工，具有良好的盾构施工方法属于暗挖施工，具有良好的隐隐蔽性，不蔽性，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季受地面交通、河道、航运、潮汐、季节节、气候等条件的影、气候等条件的影响，能响，能较经济较经济合理地保合理地保证证隧道安全施工，可在盾构支隧道安全施工，可在盾构支护护下下安全地安全地进进行开挖、行开挖、衬衬砌等。砌等。n n 2 2高效率高效率n n 盾构的推盾构的推进进、出土、拼装、出土、拼装衬衬砌等可全部机械化、自砌等可全部机械化、自动动化作化作业业，施工，施工劳动劳动强强度度较较低，而掘低，而掘进进速度比速度比较较快。快。n n 6.n n3 3危害小危害小n n 施工中噪声、振施工中噪声、振动动引起的公害小引起的公害小对对周周围环围环境没有干境没有干扰扰；隧道穿越河底、海底及地面建筑群下部；隧道穿越河底、海底及地面建筑群下部时时，可完全不，可完全不影响航道通行和地面建筑正常使用。影响航道通行和地面建筑正常使用。n n4 4经济经济性性n n 适宜在不同适宜在不同颗颗粒条件下的土粒条件下的土层层中施工，多中施工，多车车道的隧道道的隧道可做到分期施工，分期运可做到分期施工，分期运营营，可减少一次性投，可减少一次性投资资；在松；在松软软含水地含水地层层中修筑埋置深度中修筑埋置深度较较大的大的长长大隧道，具有大隧道，具有经济经济、技技术术、安全等方面的、安全等方面的优优越性。越性。n n（二）盾构施工法的缺点（二）盾构施工法的缺点n n 1 1重复利用率低重复利用率低n n 盾构是一种价格盾构是一种价格较较昂昂贵贵，针对针对性很性很强强的的专专用施工机械，用施工机械，对对每一座采用盾构法施工的隧道，均每一座采用盾构法施工的隧道，均应应根据工程地根据工程地质质、水、水文地文地质质条件、条件、衬衬砌砌结结构断面尺寸的大小构断面尺寸的大小进进行行专门专门制造、运制造、运送、拼装与拆卸等，且送、拼装与拆卸等，且设备较设备较复复杂杂。因此，一般不能随便。因此，一般不能随便将其他隧道施工用的盾构重复使用。将其他隧道施工用的盾构重复使用。7.n n 2 2施工复施工复杂杂n n 盾构施工需要有气盾构施工需要有气压压供供应设备应设备、人工并点降水、人工并点降水、衬衬砌砌管片管片预预制、制、衬衬砌砌结结构的防水构的防水设设施及施工堵漏、隧道内的运施及施工堵漏、隧道内的运输输、施工、施工测测量、量、场场地布置、拼装与拆卸工作并等施工技地布置、拼装与拆卸工作并等施工技术术的密切配合才能的密切配合才能顺顺利施工；且用气利施工；且用气压压法施工法施工时时，会遇到，会遇到压压n n缩缩空气泄出倔空气泄出倔压压病等病等问题问题。n n 3 3适用性受限适用性受限n n 当工程当工程对对象象规规模模较较小小时时，工程造价相，工程造价相对较对较高，如高，如对对于于短于短于750m750m的隧道，有的隧道，有统计资统计资料料显显示，被示，被认为认为是不是不经济经济的；的；对对隧道曲隧道曲线线半径半径过过小或隧道埋深小或隧道埋深较较浅浅时时，施工因，施工因难较难较大大(对对水底隧道当覆盖土太浅水底隧道当覆盖土太浅时时施工反而不太安全施工反而不太安全)；盾构一；盾构一次掘次掘进进的的长长度有限，国内、外的施工度有限，国内、外的施工实绩实绩分分别为别为l400ml400m和和2500m2500m左右。面且技目前的水平，盾构直径左右。面且技目前的水平，盾构直径难难以做到以做到过过大，大，一般一般认为认为：直径：直径D12mD12m时为时为超大型盾构，世界最大直径超大型盾构，世界最大直径为为14.14m14.14m。8.n n 4 4工作条件差工作条件差n n 当盾构法施工采用全气当盾构法施工采用全气压压方法以疏干和方法以疏干和稳稳定地定地层时层时，由于施工条件由于施工条件较较差，因此差，因此对劳动对劳动保保护护要求要求较较高。当采用气高。当采用气压压施工施工时时，工作面周，工作面周围围1Mm1Mm范范围围有缺氧和枯井的情况，井有缺氧和枯井的情况，井且有隧道冒且有隧道冒顶顶和施工人和施工人员员因减因减压压不当而患减不当而患减压压病病(沉箱病沉箱病)的危的危险险。n n 5 5地表地表变变形不易控制形不易控制n n 用盾构法施工用盾构法施工时时，在隧道上方一定范，在隧道上方一定范围围内，尤其是内，尤其是饱饱和含水松和含水松软软土土层层很很难难防止地表沉陷，而且拼装防止地表沉陷，而且拼装衬衬砌砌时对时对整整体防水技体防水技术术要求很高。要求很高。9.n n(三三)盾构法施工的适用范盾构法施工的适用范围围n n 现现代的盾构能适用于各种复代的盾构能适用于各种复杂杂的工程地的工程地质质和水文地和水文地质质条件，从流条件，从流动动性很大的第四性很大的第四纪纪淤泥淤泥质质土土层层到中到中风风化和微化和微风风化岩化岩层层。既可用来修建小断面的区。既可用来修建小断面的区间间隧道，也可用来修建隧道，也可用来修建大断面的大断面的车车站隧道。而且施工速度快站隧道。而且施工速度快(540m/d)(540m/d)，对对控制控制地面沉降有地面沉降有较较大把握。但大把握。但应应指出，盾构法施工需要指出，盾构法施工需要较长较长的的时间时间和和较较高的投高的投资资用于用于质质构与附属构与附属设备设备的的设计设计和制造，以和制造，以及建造端及建造端头头工作井等工程工作井等工程设设施。同施。同时时，盾构法的施工技，盾构法的施工技术术方案和施工方案和施工细节对围细节对围岩条件的依岩条件的依赖赖件，件，较较之其他方法尤甚，之其他方法尤甚，这这就要求事先就要求事先对对沿沿线线的工程地的工程地质质和水文地和水文地质质条件做条件做细细致的致的勘探工作，井要根据勘探工作，井要根据围围岩的复岩的复杂杂程度做好各种程度做好各种应变应变的准的准备备。因此，在地面交通繁忙，地面建筑因此，在地面交通繁忙，地面建筑韧韧和地下管和地下管线线密布，密布，对对地面沉降要求地面沉降要求严严格的城区不宣采用明挖法，且地下水格的城区不宣采用明挖法，且地下水发发育，育，围围岩岩稳稳定性差，或隧道很定性差，或隧道很长长而又工期要求而又工期要求紧紧迫，不能迫，不能采用采用较为经济较为经济的的矿矿山法山法时时，采用盾构法施工才是，采用盾构法施工才是经济经济合理合理的。的。10.n n二、盾构分二、盾构分类类与构造与构造n n(一一)盾构的分盾构的分类类n n 盾构的盾构的类类型很多，可按盾构的断面形状、开挖方式、型很多，可按盾构的断面形状、开挖方式、盾构前部构造和排水与盾构前部构造和排水与稳稳定开挖面方式定开挖面方式进进行分行分类类。按盾构。按盾构断面形状不同可将盾构分断面形状不同可将盾构分为为：圆圆形、拱形、矩形和形、拱形、矩形和马马蹄形蹄形四种。四种。圆圆形因其抵抗地形因其抵抗地层层中的土中的土压压力和水力和水压压力力较较好，好，衬衬砌砌拼装拼装简简便，可采用通用构件，易于更便，可采用通用构件，易于更换换，因而，因而应应用用较较广泛。广泛。按开挖方式不同可将盾构分按开挖方式不同可将盾构分为为：手工挖掘式、半机械挖掘：手工挖掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式三种。按盾构前部构造不同可将盾构分式和机械挖掘式三种。按盾构前部构造不同可将盾构分为为：敞胸式和敞胸式和闭闭胸式两种。按排除地下水与胸式两种。按排除地下水与稳稳定开挖面的方式定开挖面的方式不同可将盾构分不同可将盾构分为为：人工并点降水、泥水加：人工并点降水、泥水加压压、土、土压压平衡平衡式的元气式的元气压压盾构，局部气盾构，局部气压压盾构，全气盾构，全气压压盾构等。盾构等。按开挖按开挖面与作面与作业业室之室之间间隔隔墙墙构造可分构造可分为为全敞开式、半敞开式及密全敞开式、半敞开式及密封式三种。封式三种。11.12.n n(二二)盾构的构造盾构的构造n n 1 1手工挖掘式盾构手工挖掘式盾构n n 手工挖掘式盾构是盾构的最基本形式，多用于开挖面手工挖掘式盾构是盾构的最基本形式，多用于开挖面基本能自基本能自稳稳的土的土层层中，主要由盾壳、支中，主要由盾壳、支护结护结构、推构、推进进机构、机构、拼装机构和附属拼装机构和附属设备设备等五部分等五部分组组成。成。n n(1)(1)盾壳盾壳n n 盾壳盾壳为钢为钢板板焊焊成的成的圆圆形壳体，由切口形壳体，由切口环环、支承、支承环环和盾和盾尾三部分尾三部分组组成。成。n n 切口切口环环n n 切口切口环环位于盾构的前部，前端位于盾构的前部，前端设设有刃口，施工有刃口，施工时时可以可以切人土中。刃口大都采用耐磨切人土中。刃口大都采用耐磨钢钢材材焊焊成，加成，加劲劲肋也制成坡肋也制成坡形，从而减少切入阻力，在形，从而减少切入阻力，在稳稳定的地定的地层层中切口中切口环环上下上下长长度度可以相等，在开挖面不能自可以相等，在开挖面不能自稳稳的地的地层层(淤泥、流砂淤泥、流砂)中切口中切口环顶环顶部比底部部比底部长长，长长出部分称前檐，以掩出部分称前檐，以掩护护工人在开挖面工人在开挖面安全地开挖。有的盾构安全地开挖。有的盾构设设活活动动前檐靠干斤前檐靠干斤顶顶操操纵纵可以向前可以向前伸伸长长，以增加掩，以增加掩护长护长度。一般切口度。一般切口环环不易不易过长过长，否，否则则将使将使盾构盾构稳稳定性定性变变差，增大盾构推差，增大盾构推进进阻力。阻力。13.n n 支承支承环环n n 支承支承环环位于盾构的中部，是盾构受力的主要部分，它位于盾构的中部，是盾构受力的主要部分，它由外壳、由外壳、环环状加状加强强肋和肋和纵纵向加向加强强肋肋组组成，成，环环状加状加强强肋肋焊焊在在支承支承环环两端，两端，纵纵向加向加强强肋肋焊焊在在环环状加状加强强肋之肋之间间，盾构千斤，盾构千斤顶顶就布置在此就布置在此间间并将千斤并将千斤顶顶推力推力传给传给壳体。壳体。为为增加盾构增加盾构刚刚度度须须加固支承加固支承环环，在支承，在支承环环内安内安设竖设竖向和水平向隔板形成向和水平向隔板形成井字型隔架，二井字型隔架，二层层水平隔板上水平隔板上设设置工作平台：置工作平台：n n盾尾盾尾n n 盾尾位于盾壳尾部，由盾尾位于盾壳尾部，由环环状外壳与安装在内状外壳与安装在内侧侧的密封的密封装置构成。其作用是支承坑道周装置构成。其作用是支承坑道周边边，防止地下水与注，防止地下水与注浆浆材材料被料被挤挤入盾构隧道内。同入盾构隧道内。同时时也是也是进进行隧道行隧道衬衬砌砌组组装的地方。装的地方。盾尽的盾尽的环环状外壳大都用高状外壳大都用高强强度薄型度薄型钢钢板制作，以减少盾构板制作，以减少盾构向前推向前推进进后留下的后留下的环环状状间间隙。隙。14.n n 盾尾密封材料一殷安装在盾尾盾尾密封材料一殷安装在盾尾钢钢板和管片外表面板和管片外表面之之间间，除了具有防止注，除了具有防止注桨桨材料和地下水漏入盾构的作用外，材料和地下水漏入盾构的作用外，在后面所述泥水加在后面所述泥水加压压盾构和土盾构和土压压平衡盾沟中，平衡盾沟中，还还有保持其有保持其各自泥各自泥浆压浆压力的作用。力的作用。为为了提高密封性，有了提高密封性，有时时要安装几段要安装几段密封材料；安装的段数，必密封材料；安装的段数，必须须根据盾构外径、地根据盾构外径、地质质条件和条件和施工中是否更施工中是否更换换密封材料等条件决定。密封材料有橡胶、密封材料等条件决定。密封材料有橡胶、树树脂、脂、铜铜、不、不锈钢锈钢或由它或由它们组们组合面成。密封材料的形状有合面成。密封材料的形状有板状、刷子状等。密封材料的寿命依其材板状、刷子状等。密封材料的寿命依其材质质、构造面定，、构造面定，此外此外还还与管片材与管片材质质及及组组装精度有关。装精度有关。手工挖掘式盾构的盾手工挖掘式盾构的盾尾密封装置，多采用双尾密封装置，多采用双级级密封装置密封装置结结构构(图图55)55)。15.16.17.n n (2)(2)支支护结护结构构n n 支支护结护结构一般由活构一般由活动动前檐、活前檐、活动动工作平台和支工作平台和支护挡护挡板板构成。构成。n n 活活动动前据前据n n 活活动动前檐由多前檐由多块块扇形体扇形体组组成，位于切口成，位于切口环环拱部的滑槽拱部的滑槽和和滚轮滚轮滑道内。扇形体的前端滑道内。扇形体的前端带带有特殊的刃口，后端与千有特殊的刃口，后端与千斤斤顶顶一端相一端相连连，千斤，千斤顶顶的另一端被固定在支承的另一端被固定在支承环环后部的横后部的横向隔板上。当千斤向隔板上。当千斤顶顶伸出伸出时时，推，推动动活活动动前檐向前伸出，伸前檐向前伸出，伸出出长长度度为为千斤千斤顶顶的行程的行程o on n 活活动动平台平台n n 活活动动平台安置于横向两平台安置于横向两层层工作平台内。后端与面定在工作平台内。后端与面定在工作平台内的千斤工作平台内的千斤顶顶相相连连。当千斤。当千斤顶顶伸出伸出时时，活，活动动平台沿平台沿着工作平台内的着工作平台内的轨轨道向前伸出，伸出道向前伸出，伸出长长度和千斤度和千斤顶顶的伸出的伸出行程相同。行程相同。18.n n 支支护挡护挡板板n n 支支护挡护挡板由板由挡挡板与其相板与其相连连的框架和支的框架和支护护千斤千斤顶顶构成。构成。支支护挡护挡板安装在框架的前端，支板安装在框架的前端，支护护千斤千斤顶顶一端安装在框架一端安装在框架内，另内，另端固定在盾构的端固定在盾构的环环形隔板上或形隔板上或纵纵向隔板上。千斤向隔板上。千斤顶顶伸出伸出时时，推，推动动框架在支座上滑框架在支座上滑动动将将挡挡板向前推板向前推进进，伸，伸出出长长度同千斤度同千斤顶顶行程：由于切口行程：由于切口环为倾环为倾斜式，上、下两斜式，上、下两层层的支的支护挡护挡板伸出板伸出长长度将有不同。度将有不同。n n 支支护挡护挡板可根据开挖面情况，每外挖一板可根据开挖面情况，每外挖一块块就支就支护护一一块块，根据需要可在根据需要可在较较大区域内大区域内对对开挖面开挖面进进行支行支护护。为为确保盾构确保盾构在推在推进过进过程中，不影响支程中，不影响支护挡护挡板的作用，支板的作用，支护护千斤千斤顶顶的行的行程要比盾构千斤程要比盾构千斤顶长顶长出出100100300mm300mm。19.n n(3)(3)推推进进机构机构n n 推推进进机构主要由盾构千斤机构主要由盾构千斤顶顶和液和液压设备组压设备组成。盾构千成。盾构千斤斤顶顶沿支承沿支承环圆环圆周均匀分布，千斤周均匀分布，千斤顶顶的台数和每个千斤的台数和每个千斤顶顶推力要根据盾构外径、推力要根据盾构外径、总总椎力大小、椎力大小、衬衬砌构造、隧道断向砌构造、隧道断向形状等条件而定。形状等条件而定。n n 盾构千斤盾构千斤顶顶支座一般用支座一般用铰铰接形式与千斤接形式与千斤顶顶端部端部联结联结，以使千斤以使千斤顶顶推力能均匀分布在推力能均匀分布在衬衬砌端面上，尤其在曲砌端面上，尤其在曲线线段段施工施工时铰时铰接支座更有必要。接支座更有必要。n n 推推进进机构的液机构的液压设备压设备主要由液主要由液压泵压泵、驱动马驱动马达、操作达、操作控制装置、油冷却装置和控制装置、油冷却装置和输输油管路油管路组组成。除操作控制装置成。除操作控制装置安装在支承安装在支承环环工作平台上外，其余大多数都安装在盾构后工作平台上外，其余大多数都安装在盾构后面的液面的液压动压动力台力台车车上。上。20.n n (4)(4)拼装机构拼装机构n n 拼装机构即拼装机构即为衬为衬砌拼装器其主要砌拼装器其主要设备为举设备为举至臂，以至臂，以液液压为动压为动力。一般力。一般举举重臂安装在支承重臂安装在支承环环后部。中小型盾构后部。中小型盾构因受空因受空间间限制也有的安装在盾构后面的台限制也有的安装在盾构后面的台车车上。上。举举重臂可重臂可以作旋以作旋转转、径向运、径向运动动，还还能沿隧道中能沿隧道中线线作往复运作往复运动动，完成，完成这这些运些运动动的精度的精度应应能保能保证证待装配的待装配的衬衬砌管片的螺栓孔与已砌管片的螺栓孔与已拼装好的管片螺栓孔拼装好的管片螺栓孔对对好，以便插入螺校固定。好，以便插入螺校固定。n n 常用的常用的衬衬砌拼装器有砌拼装器有环环形式、中空形式、中空轴轴式、式、齿轮齿齿轮齿条式条式三种，其中以三种，其中以环环形拼装器形拼装器(图图56)56)最多。最多。n n(5)(5)附属附属设备设备n n 手工挖掘式盾构的附属手工挖掘式盾构的附属设备较简单设备较简单，主要，主要为为液液压动压动力力台台车车、排水注、排水注浆设备浆设备台台车车以及真以及真圆圆保持器等。保持器等。n n 真真圆圆保持器是保持器是为为把把衬衬砌砌环组环组装在正确位置上而装在正确位置上而设设置的置的调调整整设备设备，以，以顶顶伸式伸式为为最多最多(图图57)57)。21.22.23.n n 手工挖掘盾构施工手工挖掘盾构施工手工挖掘盾构施工手工挖掘盾构施工时时时时，其工作，其工作，其工作，其工作过过过过程程程程为为为为：开启开启全部或大部分盾构千斤全部或大部分盾构千斤顶顶，盾构在千斤，盾构在千斤顶顶推力作推力作用下向前推用下向前推进进，切口，切口环环切人土切人土层层中，如开挖面自中，如开挖面自稳稳性好，开挖作性好，开挖作业业即可在切口即可在切口环环的保的保护护下下进进行。行。当开挖面自当开挖面自稳稳性性较较差差时时，可开启活，可开启活动动前檐千斤前檐千斤顶顶使前檐使前檐贯贯入土入土层层中，或同中，或同时时时时开启支开启支护护千斤千斤顶顶与与活活动动平台一起平台一起顶顶住开挖面，保住开挖面，保证证开挖作开挖作业业的正常的正常进进行。盾构千斤行。盾构千斤顶顶不断地伸出，盾构切口不断地伸出，盾构切口环环不断不断地切人土地切人土层层，直到盾构千斤，直到盾构千斤顶顶伸出全部行程伸出全部行程为为止，止，这时这时盾构向前移盾构向前移动动一个一个衬衬砌砌环环的的宽宽度。此度。此时时即可即可用拼装机用拼装机进进行管片行管片衬衬砌作砌作业业和其他和其他辅辅助作助作业业，完，完成一个工作循成一个工作循环环。24.n n 2 2半机械化盾构半机械化盾构n n 半机械化盾构是在手工挖掘式盾构的基半机械化盾构是在手工挖掘式盾构的基础础上上发发展起来展起来的一种盾构。它保留了手工挖掘式盾构的的一种盾构。它保留了手工挖掘式盾构的优优点，克服了点，克服了劳劳动动强强度大、效率低的缺点，将下半部的手工开挖改度大、效率低的缺点，将下半部的手工开挖改为为机械机械开挖，减开挖，减轻轻了了劳动劳动强强度提高了度提高了劳动劳动效率。在土效率。在土质质条件适条件适合合时时，就成，就成为为盾构施工的首盾构施工的首选选盾构而受到重盾构而受到重视视。半机械化。半机械化盾构具有盾构具有结结构构简单简单、造价、造价较较低、施工效率低、施工效率较较同等特点，主同等特点，主要用于开挖面基本上能白要用于开挖面基本上能白稳稳且又无水的土且又无水的土层层中。下部的开中。下部的开挖机械根据不同地挖机械根据不同地质质条件可采用不同的挖掘机械。条件可采用不同的挖掘机械。25.n n 3 3泥水加泥水加压压盾构盾构n n 泥水加泥水加压压盾构由盾壳、开挖机构、推盾构由盾壳、开挖机构、推进进机构、送排泥机构、送排泥浆浆机构、拼装机构，附属机构等机构、拼装机构，附属机构等组组成。成。n n(1)(1)盾壳盾壳n n 泥水加泥水加压压盾构的盾完基本上同手工挖掘式盾构的盾壳。盾构的盾完基本上同手工挖掘式盾构的盾壳。不同之不同之处处在于切口在于切口环为环为平直式，平直式，环环口呈内口呈内锥锥形切口；支承形切口；支承环环两端无井字形支撑架。盾尾密封装置两端无井字形支撑架。盾尾密封装置为为多多级级密封密封结结构。构。n n(2)(2)开挖机构开挖机构n n 开挖机构由切削刀开挖机构由切削刀盘盘、泥水室、泥水、泥水室、泥水搅搅拌装置，刀拌装置，刀盘盘支承密封系支承密封系统统、刀、刀盘驱动盘驱动系系统统等部分等部分组组成成o on n 切削刀切削刀盘盘n n 切削刀切削刀盘盘包括：刀包括：刀盘盘，主、副刀槽，主、副刀梁，切，主、副刀槽，主、副刀梁，切削刀削刀头头，转转鼓等。刀鼓等。刀盘盘盘盘面开有呈放射状的主、副刀槽，面开有呈放射状的主、副刀槽，盘盘背面背面焊焊有径向与有径向与环环向加向加劲劲肋和肋和环环形座，形座，环环形座将刀形座将刀盘盘、刀梁刀梁联结联结成一体。刀槽开口大小与主、副刀槽的个数取决成一体。刀槽开口大小与主、副刀槽的个数取决于土于土质质、地下水量、开挖速度、地下水量、开挖速度、砾砾石大小等因素。刀梁有石大小等因素。刀梁有主、副刀梁，均在刀槽的中主、副刀梁，均在刀槽的中间间，断面呈箱形，是开挖机构，断面呈箱形，是开挖机构中的中的传传力与承力力与承力结结构。刀梁上面定着刀构。刀梁上面定着刀头头，刀，刀头头分切削刀、分切削刀、超挖刀、切割刀、保超挖刀、切割刀、保护护刀等。刀等。26.n n 数量最多的是切削刀，呈数量最多的是切削刀，呈环环状或螺旋状，安装于刀架状或螺旋状，安装于刀架上。上。转转鼓呈鼓呈阶阶梯形梯形环环状状结结构，前端有凸台，通构，前端有凸台，通过过凸台与切凸台与切削刀削刀盘盘上的上的环环形座相形座相联结联结。转转鼓的后端鼓的后端联结联结有有环环状接状接盘盘接接盘盘上有内、外上有内、外齿齿圈供圈供马马达达驱动驱动刀刀盘盘做正、逆做正、逆转转。n n 泥水室泥水室n n 由切削刀由切削刀盘盘、切口、切口环环、锥锥形切口、固定鼓、支承密封形切口、固定鼓、支承密封结结构、构、转转鼓、鼓、圆圆形隔板形隔板围围成的区域称成的区域称为为泥水室。在泥水室泥水室。在泥水室的上部有的上部有压压力泥水的力泥水的进进人口，下部有人口，下部有搅搅拌器和泥拌器和泥浆浆排出口。排出口。泥水室和开挖面之泥水室和开挖面之间间只有刀槽，刀只有刀槽，刀盘盘与切口与切口环环端部接端部接缝处缝处是相通的，其余是相通的，其余为为完全封完全封闭闭状状态态。n n 刀刀盘盘支承系支承系统统n n 泥水加泥水加压压盾构刀盾构刀盘盘支承系支承系统统的的结结构随刀构随刀盘盘支承形式不支承形式不同而异。周同而异。周边边支承式的支承式的结结构由固定鼓、构由固定鼓、转转鼓、复合式或多鼓、复合式或多唇式密封唇式密封环环、径向、径向、轴轴向向轴轴承等承等组组成。成。大型泥水加大型泥水加压压盾构盾构常用周常用周边边支承式支承刀支承式支承刀盘盘。这这种支承式具有作种支承式具有作业业空空间间大、大、受力受力较较好等特点。中小型泥水加好等特点。中小型泥水加压压盾构的刀盾构的刀盘盘多用中心支多用中心支承式。承式。27.28.n n(3)(3)推推进进机构、拼装机构、真机构、拼装机构、真圆圆保持器保持器n n 泥水加泥水加压压盾构的推盾构的推进进机构、拼装机构、真机构、拼装机构、真圆圆保持器基本上同手工保持器基本上同手工挖掘式盾构的推挖掘式盾构的推进进机构、拼装机构、真机构、拼装机构、真圆圆保持器，保持器，仅结仅结构尺寸大小、构尺寸大小、数量、行程、功率大小不同而已。数量、行程、功率大小不同而已。n n(4)(4)送、排泥机构送、排泥机构n n 送、排泥机构由送泥水管、排泥送、排泥机构由送泥水管、排泥浆浆管、管、闸门闸门、碎石机、泥、碎石机、泥浆泵浆泵、驱动驱动机构、流量机构、流量监监控机构等控机构等组组成。成。该该机构大部分机构大部分设备设备都安装在盾构后都安装在盾构后端的后端的后续续台台车车上。上。n n (5)(5)附属机构附属机构n n 泥水加泥水加压压盾构的附属机构由操作控制盾构的附属机构由操作控制设备设备、泥水、泥水处处理理设备设备等等组组成。成。n n 操作控制操作控制设备设备n n 操作控制操作控制设备设备包括开挖面状包括开挖面状态监态监控控设备设备、盾构位置与状、盾构位置与状态态的的检测检测控控制制设备设备、泥、泥浆浆的的输输送与排出的控制送与排出的控制设备设备等。等。n n 后后续续台台车设备车设备n n 后后续续台台车设备车设备有以下几有以下几组组平板平板车车：动动力力组组台台车车，自，自动闸门动闸门台台车车，碎，碎石机台石机台车车，差，差压压式密度式密度计计台台车车、注、注浆设备浆设备台台车车、送排泥、送排泥泵泵台台车车等。上等。上述述这这些后些后续续台台车车是与盾构是与盾构联结联结在一起的。在一起的。n n 29.n n泥水泥水处处理理设备设备 泥水泥水处处理理设备设备由泥由泥浆浆制制备备与泥水分离两部分与泥水分离两部分组组成。成。设备设备的的规规模大小取决于开挖速度与土模大小取决于开挖速度与土质质等条件。等条件。n n泥水加泥水加泥水加泥水加压压压压盾构施工盾构施工盾构施工盾构施工时时时时的工作的工作的工作的工作过过过过程程程程为为为为：开启刀开启刀盘驱动盘驱动液液压马压马达，达，驱动转驱动转鼓并鼓并带动带动切削刀切削刀盘转动盘转动。开启送泥。开启送泥泵泵，将一定，将一定浓浓度的泥度的泥浆泵浆泵入送泥管入送泥管压压入泥水室中。再开启盾构千斤入泥水室中。再开启盾构千斤顶顶，使盾构向前推使盾构向前推进进。此。此时时切削刀切削刀盘盘上的切削刀便切人土上的切削刀便切人土层层，切下的土渣与地下水切下的土渣与地下水顺顺着刀槽流人泥水室中，土渣着刀槽流人泥水室中，土渣经经刀刀盘盘与与搅搅拌器的拌器的搅搅拌而成拌而成为浓为浓度更大的泥度更大的泥浆浆。随着盾构不断地。随着盾构不断地推推进进，土渣量不断地增加，泥水不断地注入，泥水室内的，土渣量不断地增加，泥水不断地注入，泥水室内的泥泥浆压浆压力逐力逐渐渐增大。当泥水室的泥增大。当泥水室的泥浆压浆压力足以抵抗开挖面力足以抵抗开挖面的土的土压压力与地下水力与地下水压压力力时时，开挖面就能保持相，开挖面就能保持相对对的的稳稳定定而而不致坍塌，只要控制不致坍塌，只要控制进进入泥水室的泥水量和渣土量与从泥入泥水室的泥水量和渣土量与从泥水室中排出去的泥水室中排出去的泥浆浆量相平衡，开挖工作就能量相平衡，开挖工作就能顺顺利利进进行。行。30.n n 当盾构向前推当盾构向前推进进到一个到一个衬衬砌砌环宽环宽度后，即可度后，即可进进行拼装行拼装衬衬砌；将砌；将缩缩回的千斤回的千斤顶继续顶继续伸出，重新推伸出，重新推进进，进进行下一工行下一工序。从泥水室排出的序。从泥水室排出的浓浓泥泥浆经浆经排泥管及碎石机，由排泥排泥管及碎石机，由排泥泵泵运至地面泥水运至地面泥水处处理理设备进设备进行泥水分离行泥水分离处处理，被分离山的渣理，被分离山的渣土运至弃渣土运至弃渣场场处处理后的泥水再送入泥水室理后的泥水再送入泥水室继续继续使用。使用。n n 泥水加泥水加压压盾构适用范盾构适用范围较围较广，多用于含水率广，多用于含水率较较高的砂高的砂质质、砂、砂砾砾石石层层、江河、海底等特殊的超、江河、海底等特殊的超软软弱地弱地层层中。能中。能获获得其他得其他类类型盾构型盾构难难以达到的以达到的较较小的地表沉陷与隆起。由于小的地表沉陷与隆起。由于开挖面泥开挖面泥浆浆的作用，刀具和切削刀的作用，刀具和切削刀盘盘的使用寿命相的使用寿命相应应地延地延长长：泥水加：泥水加压压盾构排出的土渣盾构排出的土渣为浓为浓泥泥浆输浆输出，泥出，泥浆输浆输送管送管道道较较其他排渣其他排渣设备结设备结构构简单简单方便。泥水加方便。泥水加压压盾构的操作控盾构的操作控制亦比制亦比较较容易，可容易，可实现远实现远距离的运控操作与控制。由于泥距离的运控操作与控制。由于泥水加水加压压盾构的排渣盾构的排渣过过程始程始终终在在进进行，故施工行，故施工现场现场与沿途隧与沿途隧道十分干道十分干净净而不受土渣而不受土渣污污染。染。31.n n 泥水加泥水加压压盾构也有缺点：由于切削刀盾构也有缺点：由于切削刀盘盘和泥水室泥和泥水室泥浆浆的阻隔，不能直接的阻隔，不能直接观观察到开挖面的工作情况察到开挖面的工作情况对对开挖而的开挖而的处处理和故障的排除都十分困理和故障的排除都十分困难难。泥水加。泥水加压压盾构必盾构必须须有泥水有泥水分离分离设备设备配套才能使用，面泥水分离配套才能使用，面泥水分离设备结设备结构复构复杂杂，规规模模较较大，尤其在粘土大，尤其在粘土层层中中进进行开挖行开挖时时，泥水分离更加困，泥水分离更加困难难。庞庞大的泥水大的泥水处处理理设备设备占地面占地面积积亦亦较较大，不宜用于市内建筑大，不宜用于市内建筑物稠密区。泥水加物稠密区。泥水加压压盾构在目前各盾构在目前各类类盾构中是盾构中是结结构构员为员为复复杂杂的，也是价格最的，也是价格最贵贵的一种机械。的一种机械。n n 4 4土土压压平衡盾构平衡盾构n n 土土压压平衡盾构是在平衡盾构是在总结总结泥水加泥水加压压盾构和其他盾构和其他类类型盾构型盾构优优缺点的基缺点的基础础上上发发展起来的一种新型盾构，在展起来的一种新型盾构，在结结构和原理构和原理上与泥水加上与泥水加压压盾构有很多相似之盾构有很多相似之处处。n n 土土压压平衡盾构由盾壳、开挖机构、推平衡盾构由盾壳、开挖机构、推进进机构、拼装机机构、拼装机构和附属机构等构和附属机构等组组成。成。32.n n(1)(1)盾壳盾壳n n 土土压压平衡盾构的盾壳平衡盾构的盾壳结结构同泥水加构同泥水加压压盾构盾构o on n (2)(2)开挖机构开挖机构n n 开挖机构由切削刀开挖机构由切削刀盘盘、泥土、泥土仓仓、切削刀、切削刀盘盘支承系支承系统统、切削刀切削刀盘驱动盘驱动系系统统等部分等部分组组成。除泥土成。除泥土仓仓不同于泥水室外，不同于泥水室外，其余基本上同泥水加其余基本上同泥水加压压盾构。盾构。n n 土土压压平衡盾构的泥土平衡盾构的泥土仓仓是由刀是由刀盘盘、转转鼓、中鼓、中间间隔板所隔板所围围成的空成的空间间，转转鼓呈内鼓呈内锥锥形，前端与切削刀形，前端与切削刀盘盘外外缘连缘连成一成一体，后端与中体，后端与中间间隔板相配合。泥土隔板相配合。泥土仓仓与开挖而之与开挖而之间间的唯一的唯一通道是刀槽，其余通道是刀槽，其余处处于完全封于完全封闭闭状状态态。n n 土土压压平衡盾构的刀平衡盾构的刀盘盘支承系支承系统统，如，如图图512c512c所示的混所示的混合支承式，既有周合支承式，既有周边边支承，也有中心支承，支承，也有中心支承，这这是大型土是大型土压压平衡盾构常用的刀平衡盾构常用的刀盘盘支承形式。支承形式。n n (3)(3)推推进进机构、拼装机构、真园保持器机构、拼装机构、真园保持器n n 土土压压平衡盾构的推平衡盾构的推进进机构、拼装机构及真机构、拼装机构及真圆圆保持器同保持器同手工挖掘式盾构。手工挖掘式盾构。33.n n(4)(4)排土机构排土机构n n 土土压压平衡盾构的排土机构出大螺旋平衡盾构的排土机构出大螺旋输输送机、小螺旋送机、小螺旋输输送机、排土送机、排土闸门闸门、闸门闸门滑滑阀阀、驱动马驱动马达等达等组组成。成。n n(5)(5)附属机构附属机构n n 土土压压平衡盾构的附属机构由操作控制平衡盾构的附属机构由操作控制设备设备、动动力力变电变电设备设备、后、后续续台台车设备车设备等等组组成。在操作控制成。在操作控制设备设备中，土中，土压压平平衡盾构重点是衡盾构重点是对对土土压压的管理土的管理土压压管理主要是通管理主要是通过电过电子子计计算机将安装于盾构有关重要部位的土算机将安装于盾构有关重要部位的土压计压计信号收集并信号收集并综综合合处处理，理，进进行自行自动调节动调节控制。或者控制。或者发发出信号，指示出有关数出信号，指示出有关数据据进进行人工行人工调节调节控制。控制。n n 土土土土压压压压平衡盾构的工作平衡盾构的工作平衡盾构的工作平衡盾构的工作过过过过程程程程为为为为：开启液开启液压马压马达，达，驱动转驱动转鼓鼓带动带动切削刀切削刀盘盘旋旋转转，同，同时时开启盾构千斤开启盾构千斤顶顶，将盾构向前推，将盾构向前推进进。土渣被切下并。土渣被切下并顺顺着刀槽着刀槽进进入泥土入泥土仓仓。随着盾构千斤。随着盾构千斤顶顶的不断推的不断推进进，切削刀，切削刀盘盘不断地旋不断地旋转转切削，切削，经经刀槽刀槽进进人泥土人泥土仓仓的土渣不断增多。的土渣不断增多。这时这时开启螺旋开启螺旋输输送机，送机，调调整整闸门闸门，使，使土渣充土渣充满满螺旋机。螺旋机。当泥土当泥土仓仓与螺旋与螺旋输输送机中的土渣送机中的土渣积积累到累到34.n n一定数量一定数量时时，开挖面被切下的土渣，开挖面被切下的土渣经经刀槽刀槽进进人泥土人泥土仓仓内的内的阻力加大，当阻力加大，当这这个阻力足以抵抗土个阻力足以抵抗土层层的土的土压压力和地下水的力和地下水的水水压压力力时时，开挖面就能保持相，开挖面就能保持相对稳对稳定面不致坍塌。定面不致坍塌。这时这时，只要保持从螺旋只要保持从螺旋输输送机与泥土送机与泥土仓仓中中输输送出去的土渣量与切送出去的土渣量与切削下来流人泥土削下来流人泥土仓仓中的土渣量相平衡，开挖工作就能中的土渣量相平衡，开挖工作就能顺顺利利进进行。土行。土压压平衡盾构就是通平衡盾构就是通过过土土压压管理来保持土管理来保持土压压力或土力或土渣量的相渣量的相对对平衡与平衡与稳稳定来定来进进行