盾构法施工技术.pdf

盾构法施工技术盾构施工技术林北就铁九弱工营HH!QLOIffl、9圈加拿大罗威特公司幅型厂口眼公司崎市腼嫡期管理有限隼 ieiiingMlR Conitmclion Admifiiilnlion Cw 削 u pn惊雕凄崩限却凋(EIJING URBAN CONSTRUCTION GROUP CO IW穗敢丽ME1.1 关于地下建筑空间施工的几个概念1.2 TBM和盾构机的具体区别2.1 盾构法施工技术2.2 盾构机械设备3盾构法隧道施工工艺1.1关于地下建筑空间 施工的 几个概炉、明挖法：也称挖盖法暗挖法：也称矿山法，钻爆法等浅埋暗挖法：盾构法：沉井法：沉管法：顶管法：地下连续墙法：TBM法1)明挖法地下结构施工示意图 7/暗挖法地下结构施工不意图G浅埋暗挖法地下结构施工示意审/(埋深一般小于5m初衬衬超前支护锚 杆、管棚或 灌浆一般用于城市交通繁忙地带，不允许中断交通，且 地质条件又较差的地段，武汉市的地下过街通道大 多采用该法施工。如武汉广场、武汉会展中心、洪 山广场过街通道等(4)盾构法地下结构(隧道)施工示意每9盾构法隧道施工适 用于软土地区埋深 大的隧道工程，可 穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物 和地下管线密集区 的下部。(5)沉井法地下结构施工不意图沉井底节填砂水面沉井结构用途十分广 泛，主要用于点式地 下建筑工程：如自来 水厂、电厂和化工厂 的水泵房、地下沉淀 池和水池、地下热电 站、地下油库、地下 车间和地下仓库等。此外，也可用作地铁、水底隧道等各种设备 井、通风井、盾构拼 装井、车间和区间段 连续沉井等。沉管法地下结构施工示意图7_/=一，管段制作I1内部安装I管段浮运II管段沉放沟槽开挖I-d设置支座I-水下连接一基础处理一覆土回填一内部安装(6)沉管法地下结构施工示意图2沉管法一般用于水下隧道施工，目前国内 已建成的最大的沉管隧道是上海外环越江 隧道，总长2880m(沉管段长736m),双向8车道。顶管法地下结构施工示意图3顶管法主要用于建造穿越城市交通繁忙地带的地下工程，其 长度、断面尺寸均受到较大限制。国内最长的顶管隧道是西 气东输工程穿越黄河的隧道，长度近3000m,直径约2m。(8)地下连续墙法施工示意图 二地下连续墙法可用于点式、条式地下工程的施工，如上海、广 州大部分地铁车站均采用该法施工。其特点类似于明挖法，但比明 挖法占用场地小，对周围环境影响较小，且造价相对较低。(9)TBM法地下结构施工示意图 3、目前国内，习惯上将用于岩石地层的隧道掘进 机称为TBM,将用于软土地层的隧道掘进机称 为盾构机。归类还是同在掘进机门下。MB471-316 f I描述，世界上最大的硬质岩石站头伯格：超过3100万美元尺寸：24米长.14米宽2000 吨速度：0.003千米/小时作人员敷量：230名工人它用来做什么？为了获取更多的电能加拿大的安大事发 电站正在尼亚加拉河下面挖掘一条10千米 长，预计我资10亿美元的嚷道.它能以50 万升/秒的流速把河水送往位于安大略湖 的水力发电站.这样每年就能额外地获将 可以供16万个家庭使用的电能.1.2TBM和盾构机的具体区别？JG 适用的工程不一样,TBM用于硬岩，盾构机用于土层命 挖掘。2.两者的掘进，平衡，支护系统都不一样。3.TBM比盾构技术更先进，更复杂。4.工作的环境也不一样，TBM是硬岩掘进机，一般用在山 岭隧道或大型引水工程，盾构是软土类掘进机，主要是城 市地铁，及小型管道。其实TBM和盾构除了这些本质的差别外，笼统的 来说，都是一样，都是隧道全断面掘进。只是不、同的工作环境应用不同的机械罢了。2.1盾构法施工技术Aw 盾构(shield)是一种钢制的活动防护装置或活动支撑，是通过软弱含水层，特别是河底、海底，以及城市居民区修建隧道的一种机械。头部可以安全地开挖地层，尾部可以装配预制 管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬砌。盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。适用条件在松软含水地层中修建隧道、水底隧道及 地下铁道时采用各种不同形式的盾构施工 最有意义，特别是该施工方法属地表以下 暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节等条件的影响，盾构优缺点安全性、高效率、危害小、经济性缺点：重复利用率低、施工复杂、适用性受限、工作条 件差、地表变形不易控制盾构隧道的历史 G八看盾构法修建隧道开始于1818年，法国工程 师布鲁诺尔；1825年在英国泰晤士河下首次用矩形盾构建造 隧道；混呈浦强i弱髓发展用途越来 我国于1957年北京下水道工程中首次出现2.6m 小盾构；上海市延安东路过江道路隧道使用ILOm直径的大盾构；/盾构按形状分类 大致有圆形（又称半盾构）、矩形、马蹄形等 几种。圆形因其抵抗水土压力较理想，衬砌拼装简便,构件可以互换，较为通用，数量最多。圆形盾构中，敞胸盾构和闭胸盾构两大类。按开挖方式分为：人工挖掘式、半机械挖掘式、机械挖掘式。2.2盾构机械设备一、盾构机定义二、盾构机构造三、盾构机分类及型式、盾构配套设施一、盾构机定义/盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进 机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切 削土体、输送土遗、同步衬砌注浆、拼装隧道衬砌管片、测 量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质 进行“定制式”的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机 已广泛用于地铁、铁路、地下公路、城市市政、水电等隧道 工程。盾构机构造盾构机是在钢壳体的保护下，进行地下隧道工程掌子面开挖及衬砌 连续作业，并依靠钢壳体内千斤顶的推力向前推进。盾构机主要由切削 刀盘、前部盾体、连接桥架、后配套台车等部分组成。切削刀盘根据工 程地质情况选择不同型式、配置相应刀具；前部盾体由主驱动系统、推 进系统、渣土输送系统、管片拼装系统、同步注浆等系统组成；后配套 台车主要为前部盾体内各系统配置动力源以及水、电、气、液、测量与 监测等辅助施工系统和人工操作系统；连接桥架是前部盾体和后配套台 车的连接桥梁，各系统的动力通过桥架上的管线路从后配套台车提供给 前部盾体内的执行元件。辐条泡沫口面板式刀盘型滚重型撕裂刀刮刀中心刀辐条辐条式刀盘先行撕裂刀中心刀前部盾体、0主驱动系统、推进系统、渣土输送系统、管片拼装系统、同步注浆等系统驱动装置 推进千斤顶.后配套台车主要配置盾构机各系统所需的动力源以及水、电、气、液、测量与监测等辅助施工系统以及人工操作等系统三、盾构机分类及型式适应不同工程的需要双圆盾构不同型式的盾构机圆形盾构矩形盾构CrankCutter frame/Rotational/center/CrankshaftScrew conveyor椭园形盾构球形盾构jM/m力子母盾构转向盾构II,能八旗付近枝嫁工.户二沙棣 Q 1 啰盛“2.B9E)fK：楣段共同企篥体盾构配套设施与盾构机组成完备的施_浆液城建搅拌站团一水平运输系统W 电机车13.1盾构法隧道施工工艺一、盾构法的由来二、土压平衡盾构法施工工艺一、盾构法的由来 0-屋于19世纪初起源于欧洲，受启发于蛀虫挖洞，20世纪初日本引 进盾构施工技术，并使其得以较大发展。上世纪60年代该技术引入中国。目前，日本及欧洲处于盾构技术的领先地位。随着盾构机制造业的发展和 施工工艺的不断改进，逐步形成了比较完善的盾构系列施工工法。近年来随着城市建设的发展，地下空间得到广泛的开发利用，盾构设 备的自动化程度越来越高，其适用性得以拓展，能够适用于多种地质条件 和复杂环境条件。已在城市地铁、市政管道、地下公路、越江隧道等基础 设施建设中得到广泛应用。二、土压平衡盾构法施工工艺目前在盾构工程中普遍 采用的多为闭胸式盾构机,其中以泥水平衡式与土压 平衡式盾构机最为普及。而且由于盾构工程大部分 位于人口密集的城区，从 减少施工污染、降低施工 造价等多方面综合考虑，又以土压平衡盾构法施工 为主。盾渣 构土掘排 进出盾构机现场组装图片盾构机主体组装过程操作平台组装螺旋输送机、整圆器组装桥架、皮带输送机、单轨梁、反力架的安装_j-切口 支承环/盾尾4缸（千斤顶）蠕旋箍送机盾构尾需封装茸/、由盾构千斤顶和液压设备组成，上下左右活塞杆伸出 长度不同达到纠偏目的。盾构千斤顶一般是沿支承环圆周均匀分布的；3）拼装系统彳衬砌拼装器又称举重臂，是拼装系统的主、要设备，以油压系统为动力，一般举重臂 均安装在支承环上。举重臂能作旋转、径向运动，还能沿隧道中轴线作往复运动。完成这些运动的精度应该保证待装配的管片上的螺栓孔能和已装配好的螺栓孔对齐,以便螺栓固定。4)出土系统出土方式一般有三种：(1)有轨运输：皮带运输机一矿车一洞口 一垂直起吊至地面。(2)无轨运输：自卸卡车(3)管道运输：混合泥浆，压力输出,出土连续化El芮利施工示塞1同格2转盍3配电箱4操傕台5首袈/6率某7利板运给丸8加展 9千斤顶】0油系U盾基由封12米土箱13电车14蝌筋混凝土片出6盾构法施工示意盾构分类及其适用范围 6%人工开掘式、半机械式敞胸盾构全部敞开，随时观察地层变化情况，并配 备简便的液压、风动挖掘，机具、人工挖 掘，当开挖面难以保持稳定时可以采用气 压等人工措施及正面支撑、支撑千斤顶等 随挖随撑。1）挤压式闭胸盾构 P-个塑性粘土及淤泥中采用，盾构正面用胸板密闭起来 厚兰隧道、林肯隧道和打浦路隧道都采用过半挤压及全挤 压推进的闭胸盾构施工.衬砌结构常发生椭圆率的现象，先衬砌水平直径缩小，竖 向直径增大，继之，盾构离远时，竖向直径减小，水平直 径增大。主要是隧道上方土壤结构破坏、隆起，形成一个卸载拱，而水平压力仍然保持着初始数值之故。3)机械式闭胸盾构(1)局部气压盾构(2)泥水加压式盾构(3)土压平衡式盾构C12m,L/D=0.450.754）盾构千斤顶推力计算阻力包括:盾构外表面与四周地层的摩阻力；盾尾内壳与衬砌结构之间的摩阻力；盾构切口部分刃口切入土层的阻力；盾构切口环切入土层时的正面阻力；开挖面正面支撑阻力；以及盾构自重引起的阻力，纠偏时的阻力，局部气y或泥水压力，阻力板阻力等。,盾构推进及衬砌拼装 3盾构推进、已建隧道所采用过的大直径盾构，大部分都属于手 掘式敞胸盾构或闭胸挤压盾构，或者是两者兼有的 盾构。技术先进的泥水盾构或土压平衡盾构很少采用。本节将主要介绍在松软含水地层中采用手掘式敞胸 盾构施工，辅以气压，人工井点降水及其它地层加 固措施，盾构开挖掘进时的几种施工方法。1）人工井点降水加 手工掘式敞胸盾构施工 人工井点降水，经济，适用于漏气量大的 砂性土。地下水位降低、疏干地层，增加土体强度,以保证开挖面稳定，盾构在地下水位以上通过，施工场地较干燥。一般都采用喷射井点，深度曾用到27m,使 埋深为25 m的隧道能顺利开挖。具体过程:11）先借助盾构千斤顶使盾构推进，将切口环部 分切入地层，然后在切口环保护下进行土体开挖 与运输，这样对周围地层扰动较小。（2）分层开挖，施工工具为普通手工工具或手持 式风动工具。（3）每环管片可分数次开挖和推进，盾构纠偏时 可以利用超挖解决。（4）可借助支撑千斤顶加撑板对开挖面进行临时 支撑；卜（5）当用网格式盾构时，防止盾构后退。2)气压加手掘式敞胸盾构施工。盾构施工在含水松软不稳定地层中采用气压来疏干 和支护开挖面，以防止涌水、开挖面崩坍，增强地 层强度，是一种极古老，且行之有效的施工方法。(1)气压大小及耗气量的确定 理论上，每10m水头必须用O.IMpa的气压力来平衡。实际上，仅为理论压力的50%60%,空气量仅为 理论空气量的10%50%厂 中小型盾构,压力等于离盾构上端约D/2处的地下 水压力；大直径盾为2/3 D处的地下水压力；顶部均超压，需有足够的覆盖层a)b)c)施工时为了防止空气泄出，盾构顶部必须有足够厚 的覆盖层t即 八t=-K t值过大则直接影响到隧道埋置深度，过小则覆盖不 足，往往容易发生喷发事故。国外隧道规范规定；水底隧道的最小覆盖层必须大 于盾构直径（日本）或等于盾构直径，覆盖层宽度 应大于或等于盾构直径的6倍。采用经验公式计算耗气量：。Q 二 4戊一土质系数，当压力大于0.1 MPa时，粘性=3.65；砂性=7.30。(2)气压盾构施工从气压盾构施工中闸墙和气闸作用是将血 区与常压作业区隔开。闸墙必须有足够的强度与气密性.气闸是钢板钏接或焊接而成的圆筒形结构，分人行闸和外闸两部分。人行闸的管理是气压施工的重要环节，要 严格遵守气压作业的工作时间及进出气闸 的变压时间，以防减压病。3）泥水加压盾构施工 5、，由泥水加压盾构代替上述气压盾构施工，克服亍、气压施工的弊病。地面沉降，减压病，覆土深时，气压太高无法施 工，覆土浅时，漏气等。泥水加压盾构是将压力为晚x（y+M）的泥水，（式中H取2m），压入盾构前部密封舱内，使其压 力始终高于地下水压力琮XH，这样就保持了开挖 面稳定的基本条件。衬砌拼装一 介隧道衬砌是在盾构尾部壳保护下的空间内 进行拼装。组成：铸铁、钢、钢筋混凝土或钢与钢筋 混凝土的复合材料等制成的管片或砌块。结构受力及使用要求决定盾构及衬砌结构 形式并决定其拼装方法。拼装方法臂拼装或拱托架拼靠、通缝拼装（管片的纵缝环对齐）或错缝拼 装；螺栓联结的管片或无螺栓联结的砌块等。按其程序可分为“先纵后环”和“先环后 纵”。采用举重臂拼装管片的原则应是自下而上,I左右交叉，最后封顶成环。J装配式圆形衬砌构造/“管片”是建成隧道后的永久性支撑结检 应满足强度要求、使用要求；施工阶段须装配简便、容易替换、承受 盾构千斤顶顶力及其它施工荷载。箱形管片平板形管片环宽与厚度C 国内外常用的环宽是7501000m；曲线段推进时设有楔形管片，按隧道曲率半径计算;管片厚度一般为250600mm。分块-大断面隧道可分成6810块，小断面可分 为46块。管片的最大弧长一般不超过4 m,管片愈薄甘*田土拈后拼装型式 一般有通缝、错缝拼装两种。纵缝环环对齐的称通缝，适用于需要拆除管片修 建旁侧通道或结构需要比较柔的情况下，以便于 进行结构处理。纵缝互相错开，对称错缝，其优点在于能加强圆 环接缝刚度，使圆形结构可近似地按均质圆环等 刚度考虑，因此使用较普遍的，缺点是错缝拼装 容易使管片顶碎。环、纵向螺栓 环向螺栓根据接缝内力情况可设置成单排或双排。双排：外排螺栓抵抗负弯矩，内排螺栓抵抗正弯矩。纵向螺栓目的是使隧道衬砌结构具有抵抗隧道纵向变形的 能力，一块管片设34个螺栓。螺栓材料一般采用高强度合金钢，直螺栓。Thank You