盾构法隧道施工原理、常见难点和问题

1、盾构法隧道施工原理、常见难点和问题谈家龙 目 录一、盾构法隧道施工发展历史二、盾构法隧道施工原理三、盾构法隧道施工流程四、盾构法隧道施工关键要素五、盾构法隧道施工常见难点和问题六、结语一、盾构法隧道施工的发展历史起源概念与分类盾构工法在中国发展趋势（一）起源1818年，英国工程师布鲁诺尔(M.I.Bruner)，最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并在英国取得了专利。1825年，他第一次在伦敦泰晤河下开始用一个断面高6.8m、宽11.4m的矩形盾构修建隧道。1843年，经过18年施工，完成了全长1100m的第一条盾构法隧道。1828年1月12日泰晤河水涌入盾构机（二）概念与分类盾构机(Shiel

2、d Machine),是一种全封闭的隧道掘进设备,主要由掘进系统、同步注浆系统、出渣系统、渣土改良系统、拼装系统、密封系统、导向系统等组成，利用衬砌管片提供反力,不能连续掘进。隧道掘进机(Tunnel Boring Machine),简称TBM，硬岩掘进机,部分封闭,围岩暴露并可提供反作用力,可连续掘进。（二）概念与分类“盾”“防御、保护” ，指刀盘、盾壳；“构”“构筑、修建”，即管片衬砌和注浆；指使用盾构机，一边保持开挖面及围岩稳定，一边进行开挖面土体掘进、出渣，同步实施管片背后注浆，在盾尾内拼装管片形成衬砌，从而在最大减少扰动围岩条件下修建隧道的方法。 （二）概念与分类1.按照开挖面平衡方

3、式分为：土压平衡式，适用于各种土层、岩层等复合地层 ；泥水平衡式，适用于含水砂层以及软流塑、流动性等软弱地层；对地面沉降要求高的项目；复合式，适应性更广 （二）概念与分类2.按照直径大小分为：巨型盾构，大于12米；15.43、14.9米； 常规盾构，大于6米；6.28、6.34、6.68米；微型盾构，小于3米。0.15到3米。（二）概念与分类3.按照开挖面敞开程度分为：全敞开式，手掘式、半机械式、机械式半敞开式，半挤压、全挤压、网格式全封闭式，土压、泥水、复合式（二）概念与分类4.按照断面形式分为圆形盾构矩形盾构异形盾构（双圆、三圆、球形）（三）盾构工法在中国北京地铁上海地铁广州地铁其它城市北

4、京地铁2000年9月，北京地铁五号线雍和宫站至北新桥站区间首次采用盾构法施工。 2000年-2014年，高速发展期。建成运营17条线路，总长527公里。日均客流约1000万人次。是国内最繁忙的轨道交通系统。根据线网规划，2020年将建成30条线路，运营里程超过1000公里。上海地铁1994年，上海延安东路南线隧道首次使用土压平衡盾构机施工。2003年上海隧道股份设计制造第一台国产盾构机。截至2014年，共建成运营14条线路，总计525.2公里。根据线网规划，2017年总里程689公里，2020年总里程808公里。 广州地铁1995-1999年1号线建成运营；首次引入盾构法进行隧道施工。1999

5、年以后，2、3、4号线大量采用盾构法隧道修建；2010年高峰期，75台盾构同时掘进。截至2014年，共有9条营运路线（1号线、2号线、3号线、4号线、5号线、6号线、8号线、广佛线及APM线），总长为260.5公里。2017年底，将新建10条线路，260公里新线。总里程超过500公里。其它城市国内目前地铁已经开工的共23个城市，国务院批准的有33个城市，国内地铁建设趋势由中心城区向四周辐射，十二五期间将是地铁建设发展高潮期。国内城市轨道交通建设盾构工法的使用比例已经超过85%。（四）发展趋势超大直径复合型大深度、大坡度、小曲率 二盾构法隧道施工原理盾构法隧道施工的工作原理盾构法隧道施工的特点盾

6、构法隧道施工的优点盾构法隧道施工的缺点（一）盾构法隧道施工工作原理盾构机千斤顶利用已成型管片提供反力，向前施加推力，利用刀盘旋转切削掌子面土体（保持土仓压力），通过螺旋输送机（管道）把渣土输送出来，拼装机拼装管片形成衬砌，管片背后同步注浆，形成永久结构。土压平衡盾构机工作原理示意图 泥水盾构机工作原理示意图（二）盾构法隧道施工的特点 地下施工，必须面对复杂的地质条件和敏感的地面环境。所用设备集成度高，技术含量高，对人的要求较高。涉及的专业领域较多，对复合型人才有较多需求。（三）盾构法隧道施工的优点高效率。机械化作业程度高，施工速度快，采用预制管片衬砌，一次成型，施工质量易于控制。经济效率显著。

7、高安全。施工作业环境好，施工人员安全得到有效保障。对周围环境影响小，地表沉降易于控制。高适应。不影响地面交通，不影响航运通航，不受风雨等气候条件影响。不受地质限制。 （四）盾构法隧道施工的缺点盾构机制造周期长，设备投入较大；准备难且费用高，短距离隧道不经济；小曲线隧道施工较为困难，施工质量得不到保障；浅埋隧道覆土太浅，盾构法施工难度很大；施工过程变化断面尺寸困难；三、盾构法隧道施工流程总体流程：盾构法施工总体流程局部流程：盾构机掘进流程（一）总体流程始发井（车站）交付使用盾构托架就位盾构机下井组装、调试、验收初始掘进（L=80-100米）负环拆除及其它调整（换装）正常掘进盾构机到达中间站盾构机

8、通过中间站盾构机再次组装、调试、验收盾构机再次初始掘进正常掘进盾构机到达终点站盾构机解体外运隧道清理、管片修补、堵漏工程验收。盾构机下井盾构机就位调试初始掘进正常掘进到达车站过 站再次始发到达终点站盾构机解体外运负环拆除始发端头加固反力架安装洞门密封圈安装洞门围护墙凿除到达端头加固洞门密封圈安装盾构机托架再次就位调试始发井中间站到达站盾构法隧道施工流程图（二）局部流程准备工作（风、水、电、浆液、渣车、管片）启动液压系统 启动刀盘 启动次级渣土运输系统（皮带机）启动推进千斤顶启动首级渣土运输系统（螺旋机）同步注浆停止掘进安装管片准备下一环掘进。开挖出土注浆拼装四 盾构法隧道施工关键要素研究对手，

9、地质研究兵器，盾构机研究招式，技术（一）研究对手，地质（二）研究兵器-盾构机系统总成（二）研究兵器-盾构机系统总成（二）研究兵器-盾构机系统总成（二）研究兵器-盾构机系统总成1 掘进系统2 同步注浆系统3 出渣系统4 管片拼装系统5 导向系统6 密封系统7 渣土改良系统8 风、水、电、气系统9 管片管片型式主要参数连接方式防水材料管片选型 盾构隧道管片衬砌构造示意图（三）研究招式盾构机操作技术 盾构机过站技术管片选型技术 端头地层处理技术盾构机测量导向技术 隧道防水技术 管片背后回填注浆技术 其它技术盾构机始发掘进技术盾构机到达技术1 盾构机的操作技术做好操作前的准备工作严格按操作规程进行操作

10、按照操作指令的控制掘进参数(刀盘转速扭矩土仓压力推力掘进速度铰接角度注浆压力等)对线路特点工程地质和地面的环境状况有充分认识对异常情况要及时采取措施并上报2 管片选型技术管片的类型管片的尺寸及分块管片的连接型式转弯环的楔形量管片选型应遵循的原则:管片跟着盾构走管片选型的考虑因素:盾尾间隙千斤顶行程差铰接角度盾构机姿态趋势重要性:决定隧道的质量(尤其是防水质量)3 盾构机导向技术主流VMT导向系统4 管片背后注浆技术注浆的目的注浆的方式浆液的种类注浆参数选择(压力、数量、强度）5 盾构机始发掘进技术始发托架的定位安装盾构机、后续台车的下井组装反力架的安装洞门密封环板的安装洞门围护结构的凿除盾尾密

11、封油脂的涂抹负环管片的安装6 盾构机到达技术到达阶段的贯通测量到达接收托架的安装洞门密封环板的安装洞门围护结构的凿除到达段管片的安装紧固和补充注浆7 盾构机过站、过隧道技术移动托架过站滚轴法过站盾构机整体吊装过站利用永久管片过隧道利用临时管片过隧道8 端头地层处理技术端头地层处理的目的端头地层处理的主要方法9 隧道防水技术管片的自防水(抗渗等级)管片接逢止水条的形式和种类嵌缝和手孔封堵堵漏和缺陷修补10 其它技术刀具更换技术发泡剂注入技术使用泡沫处理过的软土没有使用泡沫处理的软土五 常见难点和问题软弱含水地层且地面沉降控制要求高（塌陷）富水地层（如穿越江河或断层带）（喷涌）掘进断面内地层软硬相差悬殊（管片上浮）土质粘性大易结泥饼（刀具磨损）设计线路复杂五 常见难点和问题隧道内有建筑物桩基等