盾构施工方法精选

1、1,盾构法施工技术,路上,2,盾,构,施,工,技,术,3,目录,1.1,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,4,1.1,关于地下建筑空间施工的几个概念,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,5,1,明挖法地下结构施工示意图,挖,建,盖（填,6,2,暗挖法地下结构施工示意图,一般坚硬岩层中的隧道,均采用该方法施工,挖,衬,埋深一般大于,10m,7,3,浅埋暗挖法地下结构施工示意图,初,衬,二,衬,超前支护锚,杆、管

2、棚或,灌浆,埋深一般小于,5m,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,8,4,盾构法地下结构,隧道,施工示意图,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,9,5,沉井法地下结构施工示意图,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

3、、车间和区间段,连续沉井等,10,6,沉管法地下结构施工示意图,1,11,6,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,12,7,顶管法地下结构施工示意图,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,13,8,地下连续墙法施工示意图,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,

4、法占用场地小，对周围环境影响较小，且造价相对较低,14,9)TBM,法地下结构施工示意图,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,15,1.2,TBM,和盾构机的具体区别,1,适用的工程不一样,TBM,用于硬岩，盾构机用于土层的,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

5、全断面掘进。只是,不同的工作环境应用不同的机械罢了,16,2.1,盾构法施工技术,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,概述,17,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,18,优点,安全性、高效率、危害小、经济性,缺点,重

6、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,盾构优缺点,19,盾构隧道的历史,用盾构法修建隧道,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,近代,日本盾构法,得到了迅速发展，用途越来,越广，并研制了大量新型盾构,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,11.0 m,直径,的大盾构,20,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

7、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,21,一、盾构机定义,二、盾构机构造,三、盾构机分类及型式,四、盾构配套设施,2.2,盾构机械设备,22,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、输送土碴、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,一、盾构机定义,23,二、盾构机构造,盾

8、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,24,切削刀盘,盘型滚刀,重型撕裂刀,刮刀,钢格栅,面板,辐条,辐条,泡

9、沫口,中心刀,面板式刀盘,25,辐条式刀盘,外周强化刀,先行撕裂刀,刮刀,辐条,辐条,泡沫口,中心刀,前部盾体,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,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,28,三、盾构机分类及型式,开敞式,土压平衡式,泥水式,泥土加压式,复合式,岩石盾构,盾构机分类,29,不同型式的盾构机,适应不同工程的需要,圆形盾构,双圆盾构,30,矩形盾构,椭圆形盾构,31,球形盾构,32,异型盾构,33,多联盾构,34,子母盾构,35,转向盾构,浆液,搅拌站,盾构配套设施,与盾构机组成完备

10、的施工系统,水平运输系统,电机车,垂直运输系统,龙门吊,地面监控室,37,管片生产厂,盾构配套设施,碴土坑,现场管片,堆放场,风、水、电、照明,38,一、盾构法的由来,二、土压平衡盾构法施工工艺,3.1,盾构法隧道施工工艺,39,盾构法于,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

11、，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,一、盾构法的由来,40,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,二、土压平衡盾构法施工工艺,41,土压平衡盾构法施工工艺流程,施工准备,盾构推进,渣土排出,管片拼装,测量,轴线控制,盾尾油脂压注,施工监测,壁后注浆,输送,浆液制备,土方运输,开启皮带输送机、螺旋输送机及出土口,管片运输,管片生产,盾构施工工

12、艺流程图（一个循环,42,盾渣,构土,掘排,进出,壁,后,同,步,注,浆,44,管,片,拼,装,45,始发台架图片,46,折叶式密封环,47,盾构机现场组装图片,48,盾构机主体组装过程,49,后,方,张,出,台,盾,构,掘,进,方,向,操作平台组装,50,第,二,节,台,车,第,一,节,台,车,盾,构,掘,进,方,向,吊,装,螺,旋,输,送,机,吊,装,整,圆,器,螺旋输送机、整圆器组装,51,第,三,节,台,车,第,二,节,台,车,第,一,节,台,车,盾,构,掘,进,方,向,桥架、皮带输送机、单轨梁、反力架的安装,52,反力架的结构型式,53,初始掘进,1,洞口土体加固,2,地面配套设施安

13、装施工,3,洞门范围内的钻孔灌注桩凿除,4,始法台架安装,5,盾构始发轨道铺设,6,反力架安装,7,洞门橡胶密封圈安装,8,盾尾密封刷涂满密封油脂,9,盾构机的联动调试满足要求,10,临时管片准备就绪,11,碴土运输准备工作就绪,12,盾构机已准确定位,13,自动导向系统安装、测试完毕,14,初始掘进范围内的地面监测点已布设完毕并获得初始的数据,15,供电系统（含备用电源）、给排水系统、通信系统等正常,16,始发反力架和基准环已在始发井地面试拼装，在井下安装时要经过精确定位测量,确保第一环临时管片的准确位置,掘进前的准备工作,54,1,土压力的平衡（开挖过程控制,2,进尺与出土量的平衡（即时控

14、制,3,注浆量与建筑孔隙量的平衡（填充控制,4,盾构掘进参数变化量的平衡（掘进参数控制,5,盾构与管片两者各项姿态间的平衡（轴线控制,通过盾构施工控制达到五种平衡状态,55,施工参数和开挖面稳定控制的好坏直接影响地表沉降大,小、地下管线和地表建筑物的安全。因此施工中应对开挖面,的稳定进行严格控制,为了保证盾构机顺畅排土，需对掘削下来的土砂加泥或,加化学泡沫等添加剂以控制土仓内土砂的塑性、流动性处于,适当的范围内，以保证盾构机能够顺畅排土,开挖面稳定控制,56,管理重点,不同地层条件下进尺与出土量的平衡（即时控制），及,时进行土质状态记录与分析，并及时调整每环总出土量，保,证掘进过程中进尺与出土

15、量的对应统一,出碴控制,57,在施工中实时进行施工数据采,集，建立完善的信息化施工模式,1,盾构机掘进参数的采集,2,盾构机导向数据的采集,3,施工监测系统,4,人工控制测量数据,盾构施工类似工厂流水线作业，因此施工中要求各环节紧密衔接，任,何一道工序发生滞后，都将直接影响施工工效，或导致施工停止。因此应,进行信息化施工管理，收集各阶段的施工参数，通过分析、归纳，在施工,中不断对各种参数的设定进行优化，将会提高施工的质量、效率,盾构掘进参数控制,即信息化施工,58,盾尾密封,地层,同步注浆原理图,管片,浆液,地表沉降控制是盾构施工的重点，及时的进行壁后注浆,是有效控制地表沉降的措施之一。在壁后

16、注浆施工中，由于,盾构隧道穿越地层的多样性，注浆量变化幅度较大，因此采,取以注入压力控制为主，兼顾注入量的方法进行注浆管理,注浆参数控制,注浆压力及注浆量平衡,59,注浆材料选用,壁后注浆浆液分为单液砂浆和双液化学浆液，单液砂浆浆液应具,备以下性能,1,具有良好的长时间稳定性及流动性，并能保证适当的初凝时间,以适应盾构施工以及远距离输送的要求,2,具有良好的充填性能,3,在满足注浆施工的前提下，尽可能早地获得高于地层的早期强,度,4,浆液在地下水环境中，不易产生稀释现象,5,浆液固结后收缩率小，泌水率低,6,原料来源丰富、经济，施工管理方便，并能满足施工自动化技,术要求,7,浆液无公害，价格合

17、理,通过施工测量以及盾构设备的自动导向系统，实时取得,盾构的当前姿态，再通过盾构操作系统调整掘进控制，使盾,构姿态保持在要求的偏差范围内；管片拼装前认真测量已经,成环的管片姿态，根据盾构隧道曲线方向、推进千斤顶的行,程差、盾尾间隙等条件合理选择管片类型，拼装过程中要注,意保证管片的拼装质量满足要求,管理重点：盾构姿态；成环管片姿态；管片选型,隧道轴线控制,盾构掘进纠偏施工过程,已建隧道,设计轴线,盾构机,纠偏曲线,盾构方位,纠偏曲线隧道,62,六、盾构机接收及解体,盾构接收施工流程图,模拟贯通测量,测量结果分析与验证,掘进计划,洞门部分凿除,洞门密封的安装,接收托架的安装与固定,到达段的掘进,

18、洞门剩余部分的凿除,碴土的清理,贯通后上接收托架,63,1,根据盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划进行推进，纠偏要逐步完成,每一环纠偏量不能过大,2,在盾构机距离端头墙,50,米时,选择合理的掘进参数，逐渐放慢掘进速,度，逐渐降低推力，缓慢均匀地切削洞口土体，以确保到达围护桩和墙体,的稳定和防止地层坍塌,3,加强地表沉降监测，及时反馈信息以指导盾构机掘进,4,在拼装的管片进入加固范围后，浆液改为快硬性浆液，提前在加固范,围内将泥水堵在加固区外。当最后一环管片拼装完成后，通过管片的二次,注浆孔，注入双液浆进行封堵,5,由于盾构到站时推力较小，致洞门附近的管片环与环之间连接不够紧,密，因此作好后,20

19、,环管片的螺栓紧固和复紧工作。防止管片松弛而影响密,封防水效果,盾构到达施工技术措施,64,隧道剖面图,1,进风道,2,进风口,3,排风口,4,排风道,5,路面（下拉杆,6,天棚（上拉杆,7,吊杆,8,照明灯,9,灭火器,10,消防栓,11,电缆,12,排水管,13,给水管,14,纵向螺栓,15,环向螺栓,65,盾构的基本构造,1-1,切口环,2-2,支承环,3-3,纵剖面,通常由,盾构壳体、推进系统、拼装系统、出土系统,等,四大部分组成,66,1,盾构壳体,盾构壳体由切口环、支承环、盾尾与竖直隔板,水平隔板组成，并由外壳钢板连成整体,切口环,开挖,上下宽度可以等值、也可以不,等值，甚至是活动

20、的,容纳各种专门的挖土设备,支承环,承受荷重的核心部分，刚性较好的圆环,结构,水平隔板和竖直隔板,增加盾构刚度,水平承受,拉力，竖直承受压力,盾尾,掩护工人在其内部安装衬砌,67,2,推进系统,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,68,3,拼装系统,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,69,4,出土系统,出土方式一

21、般有三种,1,有轨运输：皮带运输机矿车洞口,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,70,71,72,盾构分类及其适用范围,1,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,73,1,挤压式闭胸盾构,在,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，

22、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,74,3,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,75,76,盾构几何尺寸的选定及盾构千斤顶,推力计算,主要指盾构外径,D,和盾构,长度,L,盾构灵敏度,L/D,最小建筑空隙值,x,x=m=m,D=d+2(x,0.02+0.01,D-4,d,l,77,1,盾构长度,L,L=L,0,L,1,L,2,L,3,L,0,盾尾长度,L,1,支承环长度,L,2,切口环长度,L,3,前檐长度,78,2,盾构灵敏度,L/D,经验数值,小型盾构,D=23

23、m,L/D=1.5,中型盾构,D=36m, L/D=1.00,大型盾构,D=69m, L/D=0.75,特大型盾构,D,12m, L/D=0.450.75,79,4,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,压或泥水压力，阻力板阻力等,80,盾构推进及衬砌拼装,3.1,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

24、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,81,1,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,27 m,使,埋深为,25 m,的隧道能顺利开挖,82,具体过程,1,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,

25、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,5,当用网格式盾构时,防止盾构后退,83,2,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,0.1Mpa,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%50,84,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

26、水压力,顶部均超压，需有足够的覆盖层,85,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,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,2,Q,D,p,t,K,土,采用经验公式计算耗气量,土质系数，当压力大于,0.1MPa,时，粘性土,3.65,砂性土,7.30,86,2,气压盾构施工,气压盾构施工中,闸墙和气闸,作用是将,作业,区,与,常压作业区,隔开,闸墙必须有足够的,强度,与,气密性,气闸是钢板铆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,87,3,泥水加压盾构施工,用泥水加