第2章 盾构法施工教学课件

1、地下工程施工第第2 2章章 盾构法盾构法施工施工CONTENTS主要内容主要内容盾构机的基本构造2.1盾构机的分类2.2盾构机的始发和接收2.3正常掘进2.4衬砌2.5第2章盾构法施工 盾构一词中“盾”本指盾壳，含有保护之意，“构”是指构筑、构建，盾构法，该法是指在盾壳的保护之下进行隧道构筑的方法，其核心设备是盾构机，该机器在开挖土体的同时，不仅能防止开挖面的崩塌，也能防止上覆土体的塌陷，保护内部作业人员和设备的安全。第2章盾构法施工 施工步骤大体如下:修建竖井;盾构机就位;开挖、出渣;支护;壁厚注浆;循环往复。盾构机法施工示意图2.1盾构机的基本构造 盾构机由专用机构和通用机构组成。专用机构

2、因机种的不同而不同，通用机构主要由壳体、推进系统、掘削机构、排土系统、拼装机构等组成。 壳体一般分为切口环、支撑环和盾尾三部分。(1)壳体支撑环2.1盾构机的基本构造 推进系统包括设置在盾构机钢壳支撑环内侧环向千斤顶群及其控制设备，如图所示，千斤顶群是使盾构机在土层中向前推进的关键性设备，设计中需进行推力计算，所有千斤顶推力之和就是盾构机的总推力。（2）推进系统推进系统2.1盾构机的基本构造 掘削机构通俗讲就是挖土设备。 对人工掘削式盾构机而言，掘削机构即铁锹、风镐、鹤嘴锄等； 对半机械式盾构机而言，掘削机构即铲斗、掘削头； 对机械式、封闭式、复合式盾构机而言，掘削机构即切削刀盘。(3)掘削机

3、构刀盘2.1盾构机的基本构造 盾构施工的排土系统因机器类型的不同而异。 土压平衡盾构采用螺旋输送机排渣。 泥水平衡盾构采用排浆泵排渣。(4)排土系统螺旋输送机排浆泵排渣2.1盾构机的基本构造 管片拼装机构设置在盾构机的尾部，由举重臂和真圆保持器构成。(5)拼装机构举重臂真圆保持器2.2盾构机的分类 盾构机从外形上分，主要有圆形、双圆搭接形、三圆搭接形、矩形、马蹄形或与隧道断面相似的特殊形状等，但绝大多数为圆形。2.2盾构机的分类 手掘式盾构机采用人工开挖隧道，属于全敞开式的一种。开挖采用铁锹、风镐、碎石机等工具由人工进行开挖。在含水地层中，往往需辅以降水等措施，劳动强度大、效率低且进度慢。不过

4、正是由于人工开挖，施工人员可以随时观测地层变化情况，能够及时采取相应措施，遇到块石等障碍物时比较容易处理，便于曲线施工，容易纠偏。（1）手掘式盾构机2.2盾构机的分类 半机械式盾构机也是一种全敞开式盾构机，它用机械代替人工开挖，其余与手掘式盾构机类似。（2）半机械式盾构机半机械式盾构机2.2盾构机的分类 当掌子面土体形状较好，能够自立或采用辅助措施后能够自立时，可采用敞开机械式盾构机。与土压平衡盾构主要区别是刀盘后没有封闭隔板。（3）敞开机械式敞开式机械盾构机2.2盾构机的分类 盖板挤压盾构机的开挖面用胸板封起来，把土体挡在胸板外，避免掌子面坍塌，确保施工人员和机具设备的安全。（4）盖板挤压盾

5、构机盖板挤压盾构机2.2盾构机的分类 网格挤压盾构机包括干式网格盾构机和水力网格盾构机，是一种半敞开式。（5）网格挤压盾构机网格挤压盾构机2.2盾构机的分类 土压平衡盾构机属封闭式，它的前端有一个全断面切削刀盘，切削刀盘的后面有一个贮留切削土体的密封舱，在密封舱中心线下部设有长筒形螺旋输送机进行旋转出土，所谓土压平衡就是密封舱中切削下来的土体和泥浆充满密封舱，并可具有适当压力以平衡掌子面土压力。（6）土压平衡盾构机土压平衡盾构机压力平衡示意图2.2盾构机的分类 泥水平衡盾构机为封闭式，隔板与刀盘之间作为泥水仓。在开挖面和泥水仓中充满加压的泥水，以保持开挖面土体的稳定。因靠泥水压力使掘削面稳定，

6、故称为泥水平衡盾构机，简称泥水盾构机。（7）泥水平衡盾构机泥水平衡盾构机主机示意图2.3盾构机的始发和接收 为了便于进行盾构机安装和拆卸，在盾构施工段的始端和终端要建立竖井或基坑，建立的竖井或基坑称为工作井。2.3.1盾构工作井盾构法工作井2.3盾构机的始发和接收 正常段掘进掌子面的土体稳定是通过土仓压力来平衡土体，始发段(一般为1倍盾构主机长度)由于未建立起土仓压力，为确保掌子面土体稳定，需要对土层进行预加固；接收段由于在洞口处要凿除围护结构需要停机，土仓压力会下降至零，因此也需要对土体进行预加固。2.3.2洞口加固洞口土体加固方法2.3盾构机的始发和接收 盾构机基座置于工作井的底板上，如图

7、所示，用作安装及稳妥地搁置盾构机，更重要的是通过设在基座上的导轨使盾构机在施工前获得正确的导向。2.3.3基座与后座盾构机基座2.3盾构机的始发和接收 盾构机刚开始向前推进时，其推力要靠工作井后井壁来承担，因此在盾构与后井壁之间要有传力设施，此设施称为后座，一般分利用专用工作井布设和利用车站布设两种形式。2.3.3基座与后座2.3盾构机的始发和接收 针对某种土质和某台盾构机，盾构掘进的前100200m应作为试掘进段，目的是检验掘进的各项参数是否与盾构机相匹配，以便在后续的盾构掘进施工中做到安全、快速、保证施工质量。2.3.4始发2.3盾构机的始发和接收 盾构机接收是指距离接收井端100m左右时

8、的施工过程。盾构机离接收井100m和50m时，必须对隧道轴线进行贯通测量，确保盾构机顺利到达。当刀盘距离洞门10m时要求开始控制土仓压力，要在洞门混凝土上开设观察孔，加强对其变形和土体的观测，并控制好推进时的土压力。在盾构机刀盘抵达洞门围护结构后，即距洞门2050cm时，盾构机一般停止掘进，尽可能掏空平衡仓内的泥土，使正面的土压力降到最低值，以确保混凝土封门拆除的施工安全；洞门破除后，盾构机立即接收，并拼装管片，直至进入工作井，以防止洞口土体坍塌。2.3.5接收2.4正常掘进 土压平衡盾构掘进应根据工程地质和水文地质条件在土仓内注入适当添加剂，改良渣土性状，改善掘进参数。土压模式时应使开挖土充

9、满土仓，并应保持土仓内泥土压力与开挖面水土压力相平衡；控制掘进速度和排渣速度，并保持排土量与开挖土量相平衡；根据掘进状况及时对土仓压力和排土量进行调整，控制地表沉降。2.4.1土压平衡盾构掘进2.4正常掘进 设定并保持泥水仓泥浆压力应与开挖面水土压力相平衡；控制掘进速度和送排泥浆流量，并应保持排出渣土量与开挖渣土量相平衡；根据掘进状况应及时对泥水仓压力和排渣进行调整，并应控制地表沉降。2.4.2泥水平衡盾构掘进2.4正常掘进 应调查和分析影响盾构掘进范围内的特殊地质条件和环境条件，并应编制特殊地段盾构掘进专项施工方案，掘进前要检修盾构设备。特殊地段包括:浅覆土层地段，小半径曲线地段，大坡度地段

10、，建(构)筑物、地下管线地段，地下障碍物地段，小净距隧道地段，水域地段，不良地质条件地段和存在有害气体地段。2.4.3特殊地段掘进2.4正常掘进 随着盾构机的推进，盾尾将逐渐前行，从而在管片与土体之间留下一圈环向空隙，施工中应及时对这些空隙进行注浆充填。 注浆的作用有三个方面:填充空隙，抑制隧道周边地层松弛，防止或减小地表变形；尽快让浆液包裹管片，改善衬砌的受力状况，减少隧道自身的沉降，减少衬砌变形；改善衬砌接缝的防水性能，形成有效的防水层。2.4.4壁后注浆2.4正常掘进 控制盾构姿态是为实现对管片拼装允许偏差的控制要求，主要包括推进的方向控制和自身扭转控制，盾构掘进施工中，经常测量和复核隧道轴线、管片状态及盾构姿态，发现偏差应及时纠正。2.4.5盾构姿态控制2.5衬砌