土压平衡盾构PPT课件

.,1,第三节盾构施工法,.,2,盾构施工技术的发展历史,1.盾构施工法的发明1818年，Brunel从一种食船虫在船身上打洞一事受到启发，研究出了盾构工法。历经艰辛，终在1841年使泰晤士河底隧道贯通，该隧道自1825年开工，历时17年，可充分说明新技术的成功是多么的坎坷！2.盾构施工法的发展阶段自1818年诞生发展到现在已有180多年的历史，概括而言，有四个阶段：（1）初期盾构：以Brunel盾构为代表；（2）第二代盾构：以机械式、气压式、TBM及城市盾构工法为代表；（3）第三代盾构：以闭胸式盾构为代表（泥水式、土压式）；（4）第三代盾构：以安全、高速、大深度、大断面、断面多样化、异形化为特色。,.,3,盾构施工技术的国内外发展现状,1.国外盾构施工技术现状以欧洲和日本最为发达。美国：纽约自1900年起用气压盾构就建造了数十条水底隧道，目前盾构施工占90以上；前苏联：莫斯科自1932年开始采用盾构法施工地铁等地下工程；德国、法国、英国、新加坡等也在广泛采用盾构法施工地下工程。日本：自1917年在国铁羽越线折渡隧道（新泻县）的建设中首次采用盾构工法。日本从盾构施工法正式开始用于城市隧道建设的1964年至1984年约20年间，研制盾构机超过5000台。目前日本已经成为世界上盾构制造技术以及施工技术的大国，占据世界上80的盾构份额。,.,4,1917年日本国铁隧道建设中首次采用盾构工法1953年日本关门隧道采用盾构工法1957年日本地铁采用顶盖式盾构施工，这是城市隧道首次采用盾构1960年日本名古屋地铁采用盾构施工1962年东京下水道采用圆形盾构。此后，盾构逐渐用于小断面的市政管道建设1964年日本下水道工程，最先采用泥水式盾构1974年日本独立研究出土压式盾构1975年日本研究出砾石泥水式盾构1981年日本研究出加气泡盾构,.,5,2.国内盾构施工技术现状国内最早是在1956年，阜新海州露天煤矿采用直径2.66m的盾构，在砂土层中成功地开掘了一条流水巷道。北京：1957年在下水道工程中成功的使用直径2.0m及2.6m的盾构。北京地层不同于国内其他城市，以砂卵石、粉细砂及黏土层为主，对地层的摸索以及全面实践方面，北京市政集团在北京地区实现了零的突破，可谓是积累了相当丰富的施工经验。上海：自60年代开始在黄浦江水底隧道进行试验，经过多年摸索，针对上海软土积累了丰富的经验，特别是在消化引进盾构机方面走在全国前列，尤其是近年引进的双圆盾构的成功实施。,.,6,60年代北京地铁用盾构试验,.,7,广州：以砂层和风化岩为主，于90年代引进和应用了能适应地层的复合式盾构技术。深圳、南京、杭州等都是近年地铁建设时期才引入盾构施工技术。,.,8,2003年6月，当时中国最大的盾构法隧道翔殷路开工，采用直径为11.58m的超大型泥水平衡盾构掘进。,上海上中路隧道工程盾构直径达14.87m。,翔殷路盾构,.,9,截至目前，对内径为2700mm3000mm范围内的市政隧道，北京市政已拥有4台盾构设备，并已完成市政盾构隧道施工近几十公里。,3.64m盾构机,.,10,一、盾构的基础构造1、盾构组成三大系统：壳体推进系统拼装系统壳体组成：切削环支承环衬砌环,砌块形成的管道,.,11,盾构工作原理：当砌完一环砌块后，以已砌好的砌块作后背，由支承环内的千斤顶顶进盾构本身，开始下一循环的挖土和衬砌。盾构施工时，需推进是的盾构本身，而非砌块形成的管道。,.,12,盾构施工的主要工序,.,13,2、盾构特点：在同一土层中所需施工顶力为一常数，向一个方向顶进的长度不受顶力大小的限制。管径范围大。断面形状多样，圆形，矩形，多边形等。机动性好，可以开挖曲线走向的隧道。可进行水底施工，不影响地面水体。不断交通，不影响地面建筑物。,3、适用土质岩层，砂卵层，密实砂层，粘土层，流砂层等，均可适用。,.,14,二、盾构的尺寸确定1、外径D=D1+2(H+X+T)D1管竣工内径H衬砌的总厚度X衬砌块与盾壳间的空隙量T盾构的外壳厚度2、长度,L=L1+L2+L3为切削环，支承环，衬砌环的长度之和。,盾构,衬砌环,.,15,衬砌环,.,16,.,17,砌块,.,18,三、盾构的千斤顶及其顶力计算P=P1+P2+P3+P4+P5P1盾构外壳与土的摩擦力P2盾构内壁与砌块环的摩擦力P3盾构切削环切入土层的阻力P4盾构自重产生的摩擦力P5开挖面支撑阻力,.,19,盾构千斤顶：小型断面用50-60T中型断面用100-150T大型断面用250T左右千斤顶的布置：等分布置（力等分）不等分布置,等分布置,不等分布置,.,20,四、盾构的分类和构造分类：手挖挖掘盾构：开放式，土质好时用半机械化盾构：开放式，土质好时用机械化式盾构：开放式或密闭式，土质适用性强1、手掘盾构人工挖土，前有支撑或开放优点：构造简单，设备少，造价低缺点：工人劳动强度大，效率低，进度慢适用条件：土质好的小型遂道，土方量小,.,21,Brunel盾构,原始盾构,伦敦Blackwall盾构隧道,.,22,2、半机械化盾构手掘前端装有挖土机械，多用反铲挖土机或螺旋切削机。优点：减轻人工劳动强度，效率高，成本比人工高，但比机械低。适用条件：土质较好的地层中。3、机械化盾构采用全断面切削盘切土，分为有封板和无封板两种。优点：速度快，效率高。缺点：纠偏难，除障碍困难，盾构构造复杂。,.,23,4、非全断面密闭式盾构前端有许多进土孔，可出土，孔可调节。优点：易控制和纠偏，顶力比全密闭要小。适用：街道下，应尽量避开地面有建筑物段。5、闭腔机械化盾构分类：全部气压盾构：整个施工段在气压支撑下。局部气压盾构：切削环与开挖面间有气压。,.,24,闭胸式盾构,辐条式盾构,面板式盾构,.,25,泥水加压盾构：切削环与开挖面间用泥水持压。泥浆由输泥管输出。适用：高低覆土条件均可，地层透水性差。特点：泥水比气压流失小。不会出现坍塌和涌水的情况。挖土和出土实现机械化，改善了作业条件。减小地下水的移动，减小地表沉降。土压平衡盾构：在切削环和支承环间设密封隔板，切削环与开挖面间密闭，在原土中加入一种外加剂，使切削土具有流动性。适用：软弱土层中，含水饱和土层。,.,26,.,27,土压平衡主要组成部分示意图,.,28,6、挤压盾构切削环与开挖面间用钢板封闭，挤压前进。适用：软的可塑的粘土层，地面会有隆起。适用于空旷地带。1）挤压网格盾构开挖面有网格，挤进时切的土条进入管内，再运出。特点：网格具有一定的阻力，可防止坍塌。挤压作用力比全挤压式要小。在有地下水时要辅以降水施工。,.,29,7、微型盾构特点：小直径管道，埋深较浅时易形成地面突起。适用性不强。,.,30,Microtunneling微型,.,31,开敞式盾构,网格式盾构,插刀盾构,.,32,复合式盾构,.,33,五、盾构施工（一）勘察和准备工作1、勘察内容：用地条件，障碍物，地形与地质。2、准备工作：测量，工作坑准备，衬块准备，盾构机组装，地下水排放，土层加固等。,.,34,（三）挖土运土与顶进1、挖土：一次挖深为砌块宽度。在密实土中，先挖后顶，在松散土中，先顶后挖。,（二）盾构的下放和始顶理论上顶力与距离无关，但开挖距离过长会增加土方与砌块的运输距离。下放：用起重机，或下面组装。始顶：开始顶至盾构完全没入土中。,.,35,2、顶进要点衬砌后应立即顶进。顶进速度不能过快，一般cm/min。千斤顶顶力不能过大破坏衬砌环。弯道时，调整千斤顶的顶力。如盾构转动，用偏心堆载法纠偏。3、运土矿车皮带,.,36,（四）衬砌块与缝隙填灌1、衬砌的目的作为后背，作为支撑，作为永久性承载管。材料：钢砼，或钢，铸铁。形状：矩，梯，中缺形。2、衬砌的要求能承受荷载，具有一定的强度，刚度，稳定性。具有良好的水密性。装配要安全，简单。坚固耐久。,.,37,3、砌块的连接主要分为平口和企口。处理用粘接剂。常用：沥青胶和环氧水泥。4、砌块的灌缝拼装完成后灌缝处理。填密衬砌环与土的缝隙。材料：水泥砂浆，水泥净浆，细石混凝土。方法：每隔三到五环有一孔，注入。注意：自上而下灌注。防止漏进管内。灌注量应多一些。,.,38,大直径盾构,荷兰14.87泥水盾构,易北河盾构14.5m,.,39,第四节挤密土层法,.,40,一、不出土挤压顶管（一）适用条件潮湿粘土，砂土和砂粘性