盾构施工方法

1、盾构法施工技术,-,路上,盾,构,施,工,技,术,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,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：,(1),明挖法地下结构施工示意图,挖,建,盖（填）,(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,(3),浅埋暗挖法地下结构

2、施工示意图,初,衬,二,衬,超前支护锚,杆、管棚或,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,(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,。,(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

3、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,。,(6),沉管法地下结构施工示意图,1,(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。,(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,。,(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

4、，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,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。,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，

5、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,?,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,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

6、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，,优点：,?,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,盾构优缺点,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；,

7、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。,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,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

8、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,二、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

9、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。,切削刀盘,盘型滚刀,重型撕裂刀,刮刀,钢格栅,面板,辐条,辐条,泡沫口,中心刀,面板式刀盘,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,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,不同型式的盾构机,适应不同工程的需要,圆形盾构,

10、双圆盾构,矩形盾构,椭圆形盾构,球形盾构,异型盾构,多联盾构,子母盾构,转向盾构,浆液,搅拌站,盾构配套设施,与盾构机组成完备的施工系统,水平运输系统,电机车,垂直运输系统,龙门吊,地面监控室,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,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,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

11、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。,一、盾构法的由来,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,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

12、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,盾构施工工艺流程图（一个循环）,盾渣,构土,掘排,进出,壁,后,同,步,注,浆,管,片,拼,装,始发台架图片,折叶式密封环,盾构机现场组装图片,盾构机主体组装过程,后,方,张,出,台,盾,构,掘,进,方,向,操作平台组装,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,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,反力架的结构型式,

13、初始掘进,?,（,1,）洞口土体加固,?,（,2,）地面配套设施安装施工,?,（,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

14、,?,（,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,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,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

15、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,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量的对应统一。,出碴控制,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,

16、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,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,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

17、。,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

18、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,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,洞门剩余部分的凿除,碴土的清理,贯通后上接收托架,?,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

19、,、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,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,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

20、；,12-,排水管；,13-,给水管；,14-,纵向螺栓；,15-,环向螺栓,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。,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

21、其内部安装衬砌。,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,；,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,。,4,）出土系统,?,出土方式一般有三种,：,?,（,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,）

22、管道运输：混合泥浆，压力输出，,出土连续化,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,。,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，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

23、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,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,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。,2,）盾构灵敏度,L/D,?,经验数

24、值,:,?,小型盾构,D=23m,，,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=0.450.75,4,）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。,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

25、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,27 m,，使,埋深为,25 m,的隧道能顺利开挖。,具体过程,：,?,（,1,）先借助盾构千斤顶,使盾构

26、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,；,?,（,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,

27、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%,。,?,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,?,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,?

28、,?,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,。,?,（,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,。,3,）泥水加压盾构施工,?,用泥水加压盾构代替上述气压盾构施工，克服了,气压施工的弊病,。,?,地面沉降，减压病，,覆土深时