盾构法隧道结构_ppt

1、地下建筑结构主讲教师 ： xx第10章 盾构法隧道结构第10章 盾构法隧道结构盾构法 (shield method ) 采用盾构为施工机具，在地层中修建隧道和大型管道的一种暗挖式施工方法。施工时在盾构前端切口环的掩护下开挖土体，在盾尾的掩护下拼装衬砌（管片或砌块）。在挖去盾构前面土体后，用盾构千斤顶顶住拼装好衬砌，将盾构推进到挖去土体空间内，在盾构推进距离达到一环衬砌宽度后，缩回盾构千斤顶活塞杆，然后进行衬砌拼装，再将开挖面挖至新的进程。如此循环交替，逐步延伸而建成隧道。 第10章 盾构法隧道结构 历史和发展 用盾构法修建隧道已有 150余年的历史。最早进行研究的是法国工程师M.I.布律内尔，

2、他由观察船蛆在船的木头中钻洞，并从体内排出一种粘液加固洞穴的现象得到启发，在1818年开始研究盾构法施工，并于1825年在英国伦敦泰晤士河下，用一个矩形盾构建造世界上第一条水底隧道(宽11.4米、高6.8米)。 在修建过程中遇到很大的困难，两次被河水淹没，直至1835年，使用了改良后的盾构，才于1843年完工。其后P.W.巴洛于1865年在泰晤士河底,用一个直径2.2米的圆形盾构建造隧道。1847年在英国伦敦地下铁道城南线施工中，英国人J.H.格雷特黑德第一次在粘土层和含水砂层中采用气压盾构法施工，并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的空隙，创造了比较完整的气压盾构法施工工艺，为现代化盾

3、构法施工奠定了基础，促进了盾构法施工的发展。 第10章 盾构法隧道结构 20世纪3040年代，仅美国纽约就采用气压盾构法成功地建造了19条水底的道路隧道、地下铁道隧道、煤气管道和给水排水管道等。从18971980年，在世界范围内用盾构法修建的水底道路隧道已有21条。德、日、法、苏等国把盾构法广泛使用于地下铁道和各种大型地下管道的施工。1969年起，在英、日和西欧各国开始发展一种微型盾构施工法，盾构直径最小的只有1米左右,适用于城市给水排水管道、煤气管道、电力和通信电缆等管道的施工。 第10章 盾构法隧道结构 中国于第一个五年计划期间，首先在辽宁阜新煤矿，用直径 2.6米的手掘式盾构进行了疏水巷

4、道的施工。中国自行设计、制造的盾构，直径最大为11.26米，最小为3.0米。正在修建的第二条黄浦江水底道路隧道，水下段和部分岸边深埋段也采用盾构法施工，盾构的千斤顶总推力为108兆牛，采用水力机械开挖掘进。在上海地区用盾构法修建的隧道，除水底道路隧道外，还有地铁区间隧道、通向河海的排水隧洞和取水管道、街坊的地下通道等。 第10章 盾构法隧道结构 盾构法的优越性 盾构法施工得到广泛使用，因其具有明显的优越性；在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业，有足够的施工安全性；地下施工不影响地面交通,在河底下施工不影响河道通航；施工操作不受气候条件的影响；产生的振动、噪声等环境危害较小；对地面建筑物及地下管线的

5、影响较小。 第10章 盾构法隧道结构 盾构隧道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。盾构是这种施工方法中 最主要的施工机具，它是一个既能支撑地层压力又能在地层中推进的钢筒结构体隧道掘 进机。目前，盾构法建造的隧道主要用于水底公路隧道、地铁区间隧道、电力电讯隧道、市政管线隧道和进水排水隧道等地下工程。 第10章 盾构法隧道结构图10.1 盾构隧道示意图盾构机图片附1：武汉长江隧道工程 武汉长江隧道工程位于武汉长江大桥、长江二桥之间，建成后将成为连通武汉市长江两岸中心城区的过江交通主干道。隧道起于汉口大智路铭新街平交口，止 于武昌友谊大道东侧，

6、与规划的沙湖路衔接。总建筑长度3630米，其中东线隧道长3295米，西线隧道长3303.6米，每线各设2车道，宽7米。并在汉口端设胜利街右进隧道匝道、天津路右出隧道匝道，在武昌端设友谊大道南北方向右进匝道和右出匝道各两条，疏解交通车流。附1：武汉长江隧道工程 工程概算总投资20.486亿。隧道的越江段为两条各长约2537米的圆形断面隧道，内径10米，采用盾构法施工，两台盾构机均由武昌工作井始发向汉口方向掘进；两岸段为双线矩形断面，两端引道段为U形断面，采用明挖法施工。附1：武汉长江隧道工程 武汉长江隧道于2004年11月开工，预计2008年8月建成通车。工程采用并肩的东线、西线两台盾构机，按安

7、全间距分先后从江南向江北掘进。东线的“长江一号”盾构机率先投入使用，进入长达2538米的盾构施工段。 “长江一号”盾构机为高性能复合式泥水平衡盾构机，直径11.38米、长57米、重1100吨，是目前世界上最先进的隧道掘进机。“长江一号”盾构机将穿越宽约1400米的高水压、强透水的长江江底地层，最深施工处在水下近60米，施工难度堪称国内之最。 长江隧道北出口 长江隧道南出口 武汉长江隧道工程开挖现场 掘进中的长江隧道工程 第10章 盾构法隧道结构 盾构法隧道的设计内容基本上可以分为三个阶段进行： 第一阶段为隧道的方案设计，以确定隧道的线路、线形、埋置深度以及隧道的横断面形状与尺寸等； 第二阶段为

8、衬砌结构与构造设计，其中包括管片的分类、厚度、分块、接头形式、管片孔洞、螺孔等； 第三阶段为管片内力的计算及断面设计。第10章 盾构法隧道结构 本章主要介绍以下内容：1.盾构的构造、分类与选型及适用范围；2.盾构隧道衬砌断面的型式与选型、衬砌分类、衬砌防水；3.盾构施工的准备工作，盾构的推进、隧道衬砌的拼装及衬砌壁后的压浆；4.盾构掘进中的辅助施工方法；5.工程实例。第10章 盾构法隧道结构图10.210.1 盾构的构造、分类和选型10.1.1 盾构的基本构造一盾构的外形和材料1.盾构的外形 盾构的外形就是指盾构的断面形状，有圆形、双圆、三圆、矩形、马蹄形、半圆形或与隧道断面相似的特殊形状等。

9、2.制造盾构的材料 盾构主要用钢板（单层厚板或多层薄板）制成，钢板一般用A3钢。钢板间连接可采用焊接和铆接两种方法，大型盾构考虑到水平运输和垂直吊装的困难，可制成分体式，到现场进行就位拼装，部件的连接一般采用定位销定位，高强度螺栓联接，最后焊接成型。10.1 盾构的构造、分类和选型二、盾构的基本构造（一）盾壳 盾构的壳体由切口环、支撑环和盾尾三部分构成，外壳采用钢板焊接成整体，如图所示。1.切口环部分它位于盾构的最前端，用于开挖和挡土，施工时切入地层并掩护开挖作业。切口环前端设有刃口，以减少切土时对地层的扰动。切口环的长度主要取决于支撑、开挖方法以及挖土机具和操作人员的工作回旋余地。2.支撑环

10、部分它是盾构的主体，内部装有千斤顶、举重臂、真圆保护器等各种设备，它紧接于切口环后，位于盾构的中部，是一个刚性较好的圆环结构。地层土压力、所以千斤顶的顶力以及切口、盾尾、衬砌拼装时传来的施工荷载均由支撑环承担。 3.盾尾部分盾尾一般由盾构外壳钢板延长构成，主要用于掩护隧道衬砌的安装工作。盾尾末端设有密封装置，以防止水、土及注浆材料从盾尾与衬砌之间进入盾构内。盾尾钢壳厚度从结构上考虑尽可能减薄，但它除承受土压力外，遇到纠偏及弯道施工时，还有难以估计的施工荷载，受力复杂，所以其厚度应综合考虑上述因素。10.1 盾构的构造、分类和选型 （二）推进系统 盾构的推进系统由液压设备和盾构千斤顶组成。千斤顶

11、数量由设计总推力和千斤顶类型确定，其直径宜小不宜大，故采用高压液压系统提供动力，其位置应均匀地安装在盾壳支撑环的内周，方向与隧道轴线平行。 （三）正面支撑系统 开挖面支撑系统类型有千斤顶类、刀盘面板类和网格类。此外，采用气压法施工时由压缩空气提供的压力也可使开挖面保持稳定。开挖面支撑上常设有土压计，以监测开挖面土体的稳定性。（四）衬砌拼装系统 衬砌拼装系统的主要设备为衬砌拼装器（俗称举重臂）和真圆保持器。衬砌拼装器是一种专用的机械手，用于钳住管片并使其平转、升举和 旋转，使管片能按预定的位置就位，并安全、迅速地拼装成环。一般设置在盾尾或支撑环内，也可安装在车架上。真圆保持器是使隧道管片保持真圆

12、的装置。10.1 盾构的构造、分类和选型 （五）液压系统 液压系统由高压油泵、油马达、油箱、液压阀及管路等组成，为千斤顶、举重臂和大刀盘等提供动力。一般油泵和油箱设在盾构后面的车架上。（六）操作系统 操作系统控制盾构掘进机的工作状态。10.1 盾构的构造、分类和选型10.1.2 盾构的分类和适用范围 盾构可按开挖方式、挡土方式及其工作加压的方式分类，如下表所示： 按开挖方式分类按挡土形式分类按工作面加压方式分类1. 手掘式盾构2. 半机械式盾构3. 机械式盾构1. 开放式2. 密闭式1. 气压式2. 泥水加压式3. 削土加压式4. 加水式5. 加泥式6. 高浓度泥水加压式10.1 盾构的构造、

13、分类和选型一、 手掘系统盾构1.手掘式盾构 手掘盾构是最原始的一类盾构，其构造简单，配备较少，造价低，目前在地质条件较好的工程中仍广泛使用。盾构顶部有活动前檐以支护上部土体。挖土由人工从上往下进行，每隔23m设一作业平台，可适应各种复杂地层，开挖面可根据地质条件全部敞开，也可采用正面支撑，随开挖随支撑。施工人员可观察到地层变化情况，遇到桩、孤石等地下障碍物时，比较容易处理，容易进行盾构纠偏，也便于在曲线段施工。10.1 盾构的构造、分类和选型2.挤压式盾构 挤压式盾构分为全挤压及半挤压两种，前者将手掘式盾构的开挖工作面用胸板封闭起来，把土层挡在胸板外，没有水土涌入及土体坍塌的危险，并省去了出土

14、工序。后者在封闭胸板上局部开孔，土体从孔中挤入盾构，装车外运，省去了人工开挖，劳动条件比手掘式盾构大为改善，效率也成倍提高。挤压式盾构仅适用于软弱可塑的粘性土层。10.1 盾构的构造、分类和选型3.网格式盾构 网格式盾构在开挖面装有钢制的开口格栅，当盾构向前推进时，土被网格切成条状，进入盾构后运走，当盾构停止推进时，网格起到挡土的作用，有效地防止开挖面坍塌。这种盾构对土体的挤压作用比挤压式小，因而引起的地表变形也小些。网格式盾构只适用于软弱可塑的粘性土层，当地层含水时，尚需要辅以降水、气压等措施。10.1 盾构的构造、分类和选型二、 半机械式盾构 在手掘式盾构正面装上挖土机械和出土装置，即成为

15、半机械式盾构。挖土装置有铲斗式、切削式和混合式三种形式。铲土式适用于粘土和砂砾混合层，切削式适用于硬粘土和硬砂土层，混合式适用于自立性较好的土层。如遇土质坚硬可安装软岩掘进机的切削头子。其适用范围基本上与手掘式盾构一样。10.1 盾构的构造、分类和选型三、 机械系统盾构1.机械式盾构 在手掘式盾构的切口环部分，安装与盾构直径大小相同的旋转大刀盘，对土体进行全断面开挖的盾构，称为机械式盾构。它适用于各类土层，尤其适用于极易坍塌的砂性土层中的长隧道，可连续掘进挖土。由刀盘切削产生的土经过刀盘上的预留槽口进入土舱，提升和流入漏斗后，再通过传送带运人出土车。这类盾构有作业环境好、省力、省时、省工、效率

16、高、后续设备多、发生偏差时难纠偏、造价高等特点。10.1 盾构的构造、分类和选型2.泥水加压盾构 泥水加压盾构就是在机械式盾构大刀盘后面设置一道隔板，隔板与刀盘之间作为泥水室，在开挖面和泥水室中充满加压的泥水，通过加压作用，保证开挖面土体的稳定。盾构推进时开挖下来的土体进入泥水室，由搅拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用流体输送系统送出地面，把送出的浓泥水进行水土分离，然后把分离后的泥水再送入泥水室，不断循环使用，其全部工程均由中央控制台综合管理，可实现施工自动化。其适用于以砂性土为主的洪积地层，也较适用于以粘性土为主的冲击地层，但泥水处理费用较高。 10.1 盾构的构造、分类和选型3.土压平

17、衡盾构 土压平衡盾构前端有一个全断面切削刀盘，盾构的中心或下部有长筒形螺旋运输机的进土口，其出土口在密封舱外。所谓土压平衡，就是用刀盘切削下来的土，如同压缩空气或泥水一样充满整个密封舱，并保持一定压力来平衡开挖面的土压力。其适用于变形较大的淤泥、软弱粘土、粘土、粉质粘土、粉砂、粉细砂等土层。10.1 盾构的构造、分类和选型10.1.3 盾构隧道衬砌一、衬砌断面的形式与选型（一）断面形式根据隧道的使用要求、施工技术的可能、外围土层的特性、隧道受力等因素，其断面一般有圆形、矩形、半圆形、马蹄形等多种形式，最常用衬砌的断面形式是圆形。因为圆形隧道衬砌断面有以下优点：（1） 可以等同地承受各方向的外部

18、压力。尤其是在饱和含水软土地层中修建地下隧道，由于顶压、侧压较为接近、更可显示出圆形隧道断面的优越性。（2） 施工中易于盾构推进。（3） 便于管片的制作、拼装。（4） 盾构即使发生转动，对断面的利用也毫无妨碍。10.1 盾构的构造、分类和选型（二） 内部使用限界的确定 隧道内部轮廓的净尺寸应根据建筑限界或工艺要求并考虑曲线影响及盾构施工偏差和隧道不均匀沉降来决定。对于地铁，为了确保列车安全运行，凡接近地铁线路的各种建筑物（隧道衬砌、站台）及设备、管线，必须与线路保持一定距离。因此，应根据线路上运行的车辆在横断面上所占有的一定空间，正确决定内部使用限界。1.车辆限界 车辆限界是在平、直线路上运行

19、中的车辆可能达到的最大运动包迹线，就是车辆在运行中横断面的极限位置，车辆任何部分都不得超出这个限界。2.建筑限界 建筑限界是决定隧道内轮廓尺寸的依据，是在车辆限界以外一个形状类似的限界。任何固定的结构、设备、管线都不得侵入这个限界以内。建筑限界是由车辆限界外增加适量安全间隙来求得的，其值一般为150200mm。10.1 盾构的构造、分类和选型三） 单双层衬砌的选用 应根据隧道的功能、外围土层的特点、隧道受力等条件，分别选用单层装配式衬砌，或在单层装配式衬砌内再浇筑整体式混凝土、钢筋混凝土内衬的双层衬砌。双层衬砌施工周期长，造价贵，且它的止水效果在很大程度上还是取决于外层衬砌的施工质量、渗漏情况

20、，所以只有当隧道功能有特殊要求时，才选用双层衬砌。通常在满足工程使用要求的前提下，应优先选用单层装配式钢筋混凝土衬砌。单层预制装配式钢筋混凝土衬砌的施工工艺简单，工程施工周期短，节省投资。10.1 盾构的构造、分类和选型二、衬砌分类1.铸铁管片 铸铁管片强度高，易铸成薄壁结构，管片重量轻，搬运安装方便，管片精度高外形准确，防水性能好。但加工设备要求高，造价大。该管片需翻砂成型后用大型金属切削机械加工。10.1 盾构的构造、分类和选型图10.3 铸铁管片10.1 盾构的构造、分类和选型2.钢管片 主要用型钢或钢板焊接加工而成，其强度高、延性好、运输安装方便，精度稍低于铸铁管片。但在施工应力作用下

21、易变形，在地层内也易锈蚀。10.1 盾构的构造、分类和选型3.钢筋混凝土管片 该种材料制作而成的管片有一定强度，加工制作比较容易，耐腐蚀，造价低，是最常用的管片形式。但较笨重，在运输、安装施工工程中易损坏。10.1 盾构的构造、分类和选型图10.4 钢筋混凝土管片10.1 盾构的构造、分类和选型4.挤压混凝土衬砌 这是一类新工艺，盾尾后部设有相连接的滑模台车，盾构推进时混凝土泵同时向盾尾连续压注混凝土，形成衬砌，并兼作盾构推进的后座。这类衬砌的施工速度比拼装衬砌快，防水效果更好，造价也低。10.1 盾构的构造、分类和选型三、衬砌防水（一）衬砌管片自身防水 管片自身防水主要靠提高混凝土抗渗能力和

22、管片制作精度实现。钢筋混凝土管片的抗渗等级应根据隧道埋深及地下水压力确定，一般要求达到S4S8，混凝土级配需选用干硬性密实级配，且可掺入塑化剂，调整级配，增加混凝土的和易性，严格控制水灰比，一般不大于0.4。浇筑、养护、堆放和运输中应严格执行质量管理。近年来研制成功的渗透型外防水涂料，可用于改善管片混凝土的抗渗性能。10.1 盾构的构造、分类和选型（二） 拼装接缝防水1. 密封垫防水目前已普遍使用弹性密封橡胶条防水，并以粘结力强、延伸性好、耐久、能适应一定量变形的防水材料嵌缝。弹性密封垫防水条由天然橡胶、合成橡胶等制作，近年来又采用了防水性能好的遇水膨胀橡胶。防水条在管片拼装前粘贴于接缝面的预

23、留沟槽内。10.1 盾构的构造、分类和选型 2. 嵌缝放水 嵌缝防水作业一般在管片拼装完成和变形已达到相对稳定时进行。管片内弧面边缘留有嵌缝槽，嵌缝材料可选用乳胶水泥、环氧树脂和焦油聚氨酯材料等。最近研制成功的遇水膨胀嵌缝膏是一种较好的嵌缝材料。3. 螺栓孔防水 管片上的螺栓孔也易渗漏水，需要采取措施加以密封。常见的做法是在螺栓上穿上由合成树脂或合成橡胶类材料制作的圆环形密封垫，然后拧紧螺母，使其充填或覆盖螺孔壁与螺杆之间的空隙，堵塞漏水通道。10.2 隧道法施工 盾构法施工是在盾构保护下建造隧道的一种施工方法。其特点是掘进地层、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等主要作业都在盾构

24、保护下进行，同时需要随时排除地下水和控制地面沉降，因而盾构法施工是一项施工工艺技术要求高、综合性强的施工方法。盾构法施工的主要施工程序：（1）建造竖井或基坑，作为盾构施工的工作井；（2）盾构掘进机安装就位；（3）盾构出洞口处的土体加固处理；（4）初推段盾构掘进施工，即包括推进、出土、运土、衬砌拼装、盾尾注浆、轴线测量等；（5）盾构掘进机设备转换，即增加装有动力、电器、辅助工艺设备的后车驾； （6）隧道连续掘进施工；（7）盾构接收井洞口的土体加固处理；（8）盾构进入接收井，并运出地面。10.2 隧道法施工10.2.1 盾构法施工的准备工作一、 盾构拼装和拆卸的工作井 在盾构施工段的始端和终端，要

25、建造竖井或基坑，用以进行盾构安装和拆卸。如果盾构推进线路特别长时，还应设置检修工作井。这些竖井或基坑都应尽量结合隧道规划线路上的通风井、设备井、地铁车站、排水泵房、立体交叉、平面交叉、施工方法转换处等需要来设置。作为拼装和拆卸用的竖井，其建筑尺寸应根据盾构装、拆及施工来确定。盾构拆卸井要满足起吊、拆卸工作的方便，其要求一般比拼装稍低，但应考虑留有进行洞门与隧道外径间空隙充填工作的余地。10.2 隧道法施工二、 盾构基座盾构基座在井内用作安装及稳妥地搁置盾构，更重要的是通过设在基座上的导轨使盾构在施工前获得正确的导向。因此，导轨需要根据隧道设计、施工要求定出的平面及高程位置进行测量定位。基座可以

26、采用现浇钢筋混凝土或钢结构。导轨一般布置在盾构下部的90o范围内，由两根或多根钢轨组成。基座除受盾构自重外，还应考虑盾构切入地层后，进行纠偏时产生的集中荷载。10.2 隧道法施工三、 盾构进出洞技术 盾构进出洞是盾构法施工的重要环节，涉及到竖井洞门的形式和盾构切口内设备的布置，对地面沉降及隧道的防水都有很大的影响。进出洞问题处理的好，能减少许多后患，保证施工速度和安全。1.盾构进出洞方法a.临时基坑法b.逐步掘进法c.工作井进出洞法2.临时封门的构造形式a.钢结构封门b.砖石或混凝土封门10.2 隧道法施工四、 盾构后座 盾构刚开始掘进时，其推力要靠工作井井壁来承担。因此，在盾构与井壁之间需要

27、传力设施，此设施称为后座。通常采用隧道衬砌管片或专用顶块与顶撑作后座。后座衬砌与后座井壁之间的空隙，一般采用浇筑低标号混凝土来填平，使盾构推力均匀地传给后座壁，将来拆除后座衬砌也较方便。当盾构向前掘进达到一定距离，盾构顶力可由隧道衬砌与地层间摩阻力来承担时，后座即可拆除。10.2 隧道法施工10.2.2 盾构推进一、 盾构开挖方法1.敞开式开挖 手掘式及半机械式盾构均为敞开式开挖。这种方式适用于地质条件好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施时能维持稳定的情况。其开挖程序一般是从顶部开始逐层向下挖掘。若土质较差，还可以借助支撑千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。根据其切口长度，每环可分几次开挖

28、和推进。2.网格式开挖网格式开挖由网格梁与隔板将开挖面分成许多格子。开挖面的支撑作用时由土的粘聚力和网格厚度范围内的阻力产生的。当盾构推进时，克服这项阻力，土体就从格子里呈条状挤出来。要根据土的性质，调节网格的开挖面积。采用网格式开挖时，在所有千斤顶缩回之后，会产生较大的盾构后退现象，导致地表沉降，因此施工时要防止盾构后退。10.2 隧道法施工 3.挤压式开挖 全挤压式和局部挤压式开挖，由于不出土或只部分出土，对土层有较大的扰动，在考虑施工轴线时，应尽量避开地面建筑物。局部挤压施工时，要严格控制出土量，以减少和控制地表变形。全挤压施工时，盾构把四周一定范围内的土体挤压密，由于只有上部有自由面，

29、所以大部分土体被挤向地表，部分则挤向盾尾及盾构下部，建筑空隙自然得到充填。4.机械切削开挖 使用机械式盾构进行开挖，它适用于各类土层，尤其适用于极易坍塌的砂性土层的长隧道，可连续掘进挖土。由旋转刀盘切削产生的渣土经过刀盘上的预留槽口进入土舱，提升和流入漏斗后，在通过传送带运人出土车。目前采用的泥水加压盾构、土压平衡盾构是这种开挖方式的典型例子。10.2 隧道法施工 二、 施工管理1.土压平衡式盾构 土压平衡式盾构的施工管理是通过排土机构的机械控制方式进行，这种排土机构可以调整排土量，使之与挖土量保持平衡，以避免地面沉降或对附近构筑物造成影响。2.加泥式或加泥浆式盾构 加泥或加泥浆式盾构为了确保

30、开挖面的稳，在盾构推进时进行排土量管理和土压管理。排土量管理以使掘进量和排土量之间取得平衡为目的；土压管理以通过土压计测出密封舱内的泥土压力来保持土压力平衡为目的。10.2 隧道法施工 3.加水式盾构 加水式盾构施工法的开挖面稳定管理有两种方式：一是不间断地掌握盾构掘进中的掘土量和排土量之间的关系，从而将密封舱内的切削土的积存量保持在最佳状态的排土率管理；二是保证同地下水压力取得平衡的附加水压力管理。 4.泥水加压平衡式盾构 泥水加压式盾构一面要保持泥水压力来平衡作用于开挖面的外部压力，一面又要向前推进，所以要对开挖面泥水压力、密封舱内的土压力，以及同掘土量平衡的出土量等进行必要的检测和管理。

31、10.2 隧道法施工三、 盾构操纵与纠偏1.盾构的操纵与偏向 盾构操纵，主要是使盾构运动轨迹始终在设计轴线容许偏差值范围内，达到隧道衬砌拼装在理想的位置上的目的。盾构在地层中推进时，导致偏向的因素很多，主要有：a.地质条件的因素 由于地层土质不均匀，以及地层有卵石或其它障碍物，造成正面及四周的阻力不一致。b.机械设备的因素 各千斤顶工作不同步，由于加工精度误差造成伸出阻力不一致，盾构外壳形状误差、设备在盾构内安置偏重于某一侧，千斤顶安装后轴线不平行。c.施工操作的因素 部分千斤顶使用频率过高，导致衬砌环缝的防水材料压密量不一致，累积后使推进后座面不正，挤压式盾构推进时有明显上浮；盾构下部土体如

32、有过量流失，引起盾构下沉。 10.2 隧道法施工2.盾构的纠偏a.千斤顶编组的调整 通过调整千斤顶的编组，使其千斤顶合力位置与外力合力位置组成一个有利于纠偏的力偶，从而调整高程位置及平面位置。b.盾构纵坡的控制 通过变坡法或稳坡法控制纵坡来调整盾构高程，以及盾构与已成管片端面间的间隙。c.开挖面阻力的调整 当利用千斤顶编组无法达到纠偏目的时，可采用调整开挖面阻力，也就是人为地改变阻力的合力位置，从而得到一个理想的纠偏力偶，来达到控制盾构轴线的目的。d.盾构自传的控制 当盾构有少量自转时，可用盾构内的举重臂、转盘等大型旋转设备的使用地方来纠正；当自转量较大时，采用压重的方法，使其形成一个纠旋转力

33、偶。10.2 隧道法施工四、衬砌管片的拼装 目前采用的基本的接头结构有螺栓接头、铰接头、销插入式接头、楔形接头、榫接头等。 （一）螺栓接头图 弯螺栓连接形式10.2 隧道法施工图10.5 直螺栓连接形式 图10.6 斜弯螺栓连接形式10.2 隧道法施工（二）铰接头 作为多铰环的环向接头，一般多为转向接头结构，在地基条件良好的英国和俄罗斯得到广泛应用。由于几乎不产生弯曲，轴向压力占主导地位，在良好地基条件下是一种合理的结构，但对于地基软弱，地下水位又高的日本几乎未被采用。为了防止从管片组装到壁后注浆硬化为止这段时间内的变形，最好在采用不损坏其结构特性的接头的同时，也采取防止变形的辅助手段。另外，

34、此类接头般紧固力不大，所以对于地下水位以下的隧道，对防水要作特殊的考虑。10.2 隧道法施工（三）销插入式接头结构 这也可以作为环向接头来使用(图10-7)，但主要是作为纵向接头使用的接头结构(图10-8)。 图10-7 暗销接头 图10-8 纵向销接头10.2 隧道法施工 (四)楔形接头 这是环向接头和纵向接头都可使用的结构，是利用楔作用将管片拉合紧固的接头，以混凝土平板型管片为对象开发使用。由于其难以变形的结构特征，所以使用在会受到强制变位的隧道的环向接头时应特别注意。 (五)榫接头 这也可以作为环向接头来使用，但主要是作为纵向接头使用的接头结构。接头部分设有凹凸，通过凹凸部位的啮合作用进

35、行的力传递。用于接头时，环的组装精度高，反过来，从其结构上讲需要有很好的施工管理。还有，从确保隧道轴向的连续性和防水的观点出发，一般都要同时使用有紧固力的接头结构。10.2 隧道法施工五、 衬砌壁后压浆 为防止地表沉降，必须将盾尾和衬砌之间的建筑空隙及时压浆充填，压浆还可以改善隧道衬砌的受力状态，增强衬砌的防水效能，有利于盾构推进纠偏，因此是盾构施工的关键工序。1.压浆方法a.二次压注 当盾构推进一环后，立即用风动压注机通过衬砌管片的压注孔，向衬砌壁后的建筑空隙注入豆粒砂，防止地层的坍塌。继续推进58环后，再用压浆泵将水泥类浆体灌入砂间空隙，使之固结。二次压注法施工繁琐，压注豆粒砂不易保证密实

36、，尤其是拱顶部分，此外灌注水泥浆时也难填满。地表沉降略大，后期常需进行补充压浆，但对保护盾尾密封装置有利。 b.一次压注 若地层条件较差，盾尾空隙一出现就会发生坍塌时，则希望盾尾空隙内始终保持一定的压力。在这种情况下尾宜采取一次压注法，即随着盾尾空隙的出现，立即压注水泥砂浆，并保持一定压力。一旦出现压浆故障，盾构也要暂停推进。这种工艺对盾尾密封装置要求较高，容易产生盾尾漏浆，须准备采取有效的堵漏措施。10.2 隧道法施工 2.压浆材料压浆的常用材料拌制成浆体要满足下列要求：a.和易性要好b.凝结时间要合适c.要有一定的强度d.收缩率要小e.具有一定的抗渗能力目前通常采用无水泥的压浆材料，它是以

37、石灰、膨润土（或粘土）、磨细粉煤灰和砂配置而成。 3.压浆设备隧道内的压浆设备由压浆泵、软管、连接管片压浆孔的旋塞注浆嘴、管路接头、阀门等组成。目前施工压浆泵一般采用活塞式压浆泵或自吸式压浆泵。10.2 隧道法施工周围环境保护措施 (一) 积极保护法的概念 所谓积极保护法，是指对盾构推进的施工过程进行优化设计，尽量减少对现有工程进行事先拆迁或加固的工程量，以及在施工过程中依据监测结果随时调整，以使在工程施工结束后用于修复受影响的建筑物和设施的费用尽量减少。10.2 隧道法施工（二） 积极保护法的主要内容1.对隧道沿线建筑物和公用设施较多的地段进行详细勘探，力求确切了解土质特性、地下水情况和建筑

38、设施的特点，明确对地面沉降的控制要求，并通过综合分析确定合理的盾构选型及施工工艺。一般说来，合理的盾构选型是满足环境保护要求的关键。2.制定施工组织设计和操作规程，并在施工工程中严格地予以执行。重点内容为：a.根据地质材料、盾构选型及覆土条件等提出施工总体安排、施工细节规定和风险段的施工设计；b.进行地表沉降预测和提出减少沉降量的技术措施；c.制定明确的施工管理、施工记录和实施施工监测的制度。3.进行施工监测。先依据设定的施工参数提出监测方案，然后在经过初始试验段的监测实践后加以修改和完善。监测结果出现异常情况时，随时提出可供采用的施工方法改进措施或应变措施。10.2 隧道法施工10.2.2 盾构法施工监测一、 监测的作用1. 监测和判断各种施工因素对地表变形的影响，提供改进施 工的方法和减少地面沉降的重要依据；2. 根据前一段的观测结果，预测下一段的地表沉降和对周围建筑物及其它设施的影响；3. 检验施工方法是否达到控制地面沉降和隧道沉降的要求；4. 研究土壤特性、地下水条件、施工方法与地表沉降的关系，作为将来设计的参考依据；5. 通