第12章 隧道施工其他方法

1、第12章隧道施工的其他方法12.1TBM法12.2浅埋隧道施工法12.3盾构法12.4沉管法12.1TBM法12.1.1TBM法特点12.1.2TBM的类型12.1.3TBM的施工12.1.4衬砌施工12.1.5不良地质地段的TBM施工12.1.1TBM法特点TBM法广泛采用电子、信息、遥测、遥控等高新技术对全部作业进行制导和监控，使掘进过程始终处于最佳状态，可一次性完成隧道全断面掘进，初期支护，石渣运输，仰拱块铺设，注浆，风、水、电管路和运输线路的延伸等，它就像一列移动的列车，实现了隧道的工厂化施工。12.1.2TBM的类型1.敞开式掘进机2.护盾式掘进机1.敞开式掘进机(1)基本构造图12

2、-1所示为一种敞开式掘进机。(2)切削刀盘切削刀盘是钢结构焊接件，其前端是加强了的双层壁，通过溜渣槽与后隔板相连接，刀盘后隔板用螺栓与刀盘轴承连接，如图12-5所示。(3)支撑和推进系统支撑系统是掘进机的固定部分。(4)刀盘驱动系统刀盘驱动方式有两大类：电动和液压。(5)后部配套设备后部配套设备是由一系列轨道工作台组成的台车，长约150m。图12-1全断面掘进机1.敞开式掘进机图12-2单水平撑靴式掘进机1掘进刀盘2拱顶护盾3驱动组件4主梁5出渣输送机6后下支撑7撑靴8推进千斤顶9侧护盾10下支撑11刀盘支撑1.敞开式掘进机图12-3双水平支撑掘进机示意图1掘进刀盘2顶护盾3轴承外壳4、5水平

3、撑靴(前,后)6齿轮箱7出渣输送机8驱动电动机9星形变速箱10后下支撑11扭矩筒12推进液压千斤顶13主机架14仰拱刮板(前下支撑)1.敞开式掘进机图12-4掘进机撑靴形式1.敞开式掘进机图12-5掘进机切削刀盘1铲斗2中心刀3扩孔边刀4扩孔刮渣器5面刀6铲齿7边刀1.敞开式掘进机图12-6刀盘直径与盘形刀数量关系曲线图12-6刀盘直径与盘形刀数量关系曲线1.敞开式掘进机2.护盾式掘进机(1)单护盾掘进机单护盾掘进机如图12-7所示，单护盾的主要作用是保护掘进机本身和操作人员的安全。(2)双护盾掘进机双护盾掘进机如图12-8所示。图12-7单护盾掘进机1掘进刀盘2护盾3驱动组件4推进液压千斤顶

4、5管片安装机6超前钻机7出渣输送机8拼装好的管片9提升机10铰接液压千斤顶11主轴承、大齿圈12刀盘支撑2.护盾式掘进机图12-8双护盾掘进机1掘进刀盘2前护盾3驱动组件4推进油缸5铰接油缸6撑靴护盾7尾护盾8出渣输送机9拼装好的管片10管片安装机11辅助推进靴12水平撑靴13伸缩护盾14主轴承大齿圈15刀盘支撑2.护盾式掘进机12.1.3TBM的施工1.破岩机理2.掘进作业1.破岩机理图12-9掘进机切削岩石机理示意图2.掘进作业(1)掘进循环过程以双撑靴敞开式掘进机为例，具体说明掘进机的掘进循环过程。(2)出渣和除尘沿着刀盘周围布置的刮板和铲斗，把切削下来的石渣从开挖断面的底部铲起，并在刀

5、盘转动中随刀盘送到顶部，然后沿着刀盘内渣槽落到输送机上方的渣斗内，再通过带式输送机送到后配套上的矿车中，掘进机只要开动，带式输送机就不停地运转。图12-10敞开式掘进机作业循环过程示意图a)掘进状态b)进程达到最大c)水平撑靴前移2.掘进作业12.1.4衬砌施工1.管片式衬砌2.模筑混凝土衬砌1.管片式衬砌图12-11预制钢筋混凝土管片式衬砌示意图2.模筑混凝土衬砌图12-12复合式衬砌示意图12.1.5不良地质地段的TBM施工图12-13TBM进行的超前支护示意图12.2浅埋隧道施工法12.2.1明挖法12.2.2盖挖法12.2.3顶进法12.2.1明挖法1)优点。2)缺点。1.支护结构形式

6、2.桩板结构的施工1.支护结构形式(1)桩板式支护结构桩板式支护结构由工字钢桩、木挡板、腰梁(导梁)、顶撑或拉锚等组成，如图12-14所示。(2)锚喷网支护结构锚喷网支护通常由三部分组成，即锚杆、混凝土喷层和排水设施。(3)灌注桩根据施工方式不同，有钻孔钢筋混凝土灌注桩、人工挖孔钢筋混凝土灌注桩、钻孔搅拌水泥土桩、搅拌桩内插入H型钢的复合桩等。(4)地下连续墙此法主要适用于含水且又不能采用人工降水的松软地层或基坑深度较大的情况。图12-14桩板式支护结构1工字钢桩2木挡板3腰粱4托架5顶撑6活动节7销子1.支护结构形式图12-15地下连续墙施工工序a)准备开挖的地下连续墙沟槽b)进行沟槽开挖c

7、)安放接头管d)安放钢筋笼e)水下混凝土灌筑f)拔除接头管g)已完式的槽段1.支护结构形式2.桩板结构的施工(1)钢板桩施工(2)桩板式结构施工12.2.2盖挖法1)盖挖法的边墙既为结构的永久性边墙，又兼有基坑支护的双重作用，因而可简化施工程序，降低工程造价。2)采用盖挖法施工，占地宽度比一般明挖法小，且无振动和噪声。3)盖挖法的顶盖一般均距地表面很近，这可缩短从破坏路面、修筑顶盖到恢复路面所需的时间，从而最大限度地减少对地面交通的干扰。4)盖挖法由于是自上而下修建，先修的顶盖成为基坑内的一道横撑，如为多层结构，则盖板均将起到支撑的作用，从而可免去或减少施工时的水平支撑系统。5)此法是在松软地

8、层中修建地下多层建筑物的好方法。1)盖挖顺作法。2)盖挖逆作法。3)盖挖半逆作法。12.2.3顶进法1.顶入法2.中继间法1.顶入法图12-16顶入法施工示意图1基坑加固锚杆2基坑支护结构3反力座4液压千斤顶5滑板6混凝土箱涵7箱涵刃角8线路轨道1.顶入法图12-17顶入法的施工工艺流程图2.中继间法图12-18中继间法示意图12.3盾构法12.3.1盾构法简介12.3.2盾构构造12.3.3盾构施工12.3.1盾构法简介1)建造竖并(盾构出发竖井和接收竖井)或者基坑(出发基坑和接收基坑)。2)把盾构主机和配件分批吊入进发竖井中，并在预定进发掘进位置上组装成整机，随后调试其性能使之达到设计要求

9、。3)盾构从竖井或基坑墙壁上的开口(可人工开口，也可由盾构刀盘直接掘削)处进发，沿隧道的设计轴线掘进。4)盾构掘进到达预定终点的竖井或基坑时，盾构进入该竖井或基坑，掘进结束。1)将隧道前端新拼装的衬砌外周用盾构壳体支护，形成外部支撑，在盾壳的掩护下开挖地层及装配隧道衬砌。2)盾构壳体为内部结构所支撑，在内部结构中如有必要时可添设水平及竖向隔板，将盾构分隔成一些小工作室，既增加了盾构的刚度又带来了操作上的方便。3)盾构后部的盾尾部分无内部支撑结构，可在其掩护下拼装隧道衬砌。4)盾构的掘进靠液压千斤顶顶在已拼装好的隧道衬砌环上向前推进。1)对环境影响小，出土量少，故周围地层的沉降小，对周围构造物的

10、影响小；不影响地表交通；不必切断、搬迁地下管线等各种地下设施，故可节省搬迁费用；对周围居民生活、出行影响小；无噪声、振动污染问题。12.3.1盾构法简介2)施工不受地形、地貌、江河水域等地表环境条件的限制；占用地表面积小，故征地费用少；施工不受天气条件限制。3)适于大深度、大地下水压施工，施工成本相对较低；挖土、出土量少，利于降低成本。4)盾构法构筑隧道的抗震性极好；适用地层范围宽，软土、砂卵土、软岩直到岩层均可适用。图12-19盾构法施工示意图12.3.1盾构法简介12.3.2盾构构造(1)盾构壳体盾构壳体由切口环、支承环、盾尾与竖直隔板等组成，并由外壳钢板连成整体。(2)推进系统盾构的推进

11、系统主要由盾构液压千斤顶和液压源设备组成。(3)出土系统盾构内的出土系统主要包括土体的切削装置和运输装置两大部分。(4)拼装系统管片拼装机是拼装系统的主要设备。12.3.2盾构构造图12-20盾构的基本构造简图切口环支承环纵剖面1盾构液压千斤顶2开挖面液压千斤顶3工作平台液压千斤顶4凸起5盾尾孔隙6拼接盖板7水平隔板8竖直隔板9工作平台10管片拼装器11管片图12-21盾构盾尾的密封形式图12-22盾构盾尾构造12.3.2盾构构造图12-23切削刀盘与切口环的位置关系a)刀盘在切口环内b)刀盘外围突出于切口环c)刀盘与切口环几乎在同一位置图12-24切削刀盘和开挖面的形状a)垂直平面形b)圆锥

12、形c)半球形12.3.2盾构构造图12-25常用螺旋输送机类型12.3.2盾构构造图12-26管片拼装机a)杠杆式拼装机b)环式拼装机12.3.2盾构构造12.3.3盾构施工1.盾构推进2.盾构操纵与纠偏3.盾构隧道衬砌施工4.衬砌背后注浆1.盾构推进(1)泥水加压盾构施工泥水加压盾构修建隧道时，需设置泥水循环系统和采用自然沉淀及药品沉淀相结合的泥水处理系统。(2)土压平衡盾构施工土压平衡盾构推进时，依靠盾构前部刀盘进行旋转切削土体，土体进入密封舱，搅拌成浆化泥土。12.4沉管法12.4.1沉管法特点12.4.2沉管隧道施工12.4.3沉埋管段地基处理12.4.1沉管法特点1)施工方法简单，对

13、地质水文条件适应性强。2)施工工期短，施工质量容易保证。3)工程造价较低。4)有利于多车道和大断面布置。图12-27沉管隧道示意图a)沉管隧道纵断面b)船台型管段横断面c)干船坞型管段断面12.4.1沉管法特点12.4.2沉管隧道施工1.基槽开挖与航道疏浚2.管段的浮运3.管段的沉放4.管段的连接1.基槽开挖与航道疏浚(1)基槽开挖泥质基槽开挖的挖泥工作分为两个阶段进行，即粗挖和精挖。(2)航道疏浚航道疏浚包括临时航道和管段浮运航道的疏浚。3.管段的沉放(1)准备工作在完成沟槽浚挖和临时支座设置后，即可提前通知有关部门协助做好水上交通管制和其他协调工作。(2)浮运管段从干坞浮运到沉放点的浮运过

14、程中，要注意拖运水路的深度和宽度；水流、波浪和潮水涨落对管段本身的影响；非均匀荷载(如端墙、压载水箱、沉放设备)引起的弯矩，浮运及沉放期间管段受力等的影响。(3)管段就位当浮运船只到达指定位置上，校正好前后左右位置，并固定好地锚。(4)管段下沉管段下沉一般分三步进行，即初次下沉、靠拢下沉和着地下沉。(5)水上交通管制在沉放作业时，为保证施工和航运双方安全，必须采取水上交通管制措施，即将主航道的临时改道和局部水域的暂时封锁。4.管段的连接(1)水下混凝土连接法采用水下混凝土连接法时，先在接头两侧管段的端部安设平堰板，待管段沉放完后，在前后两块平堰板左右两侧，水中安放圆弧形堰板，围成一个圆形钢围堰

15、，同时在隧道衬砌的外边，用钢堰板把隧道内外隔开，最后往围堰内灌筑水下混凝土，形成管段的连接。(2)水力压接法目前几乎所有的沉管隧道都采用了这种简单可靠的水力压接法。(3)管段接头管段水下连接完毕后，需在管段内侧构筑永久性的管段接头，使前后两个管段连成一体。图12-28水力压接法a)连接前b)对位c)连接后1超声波检测仪2橡皮垫3临时支承托架4拉紧液压千斤顶5调节管段位置液压千斤顶6从接头缝内抽水4.管段的连接图12-29尖肋形橡胶垫4.管段的连接图12-30先柔后刚式接头1胶垫2后封混凝土3钢模4钢筋混凝土保护层5锚栓4.管段的连接图12-31柔性接头1压缩的尖肋形橡胶垫2形橡胶密封垫3密封固定装置4.管段的连接12.4.3沉埋管段地