盾构施工技术培训课件六

第八章盾构法施工谢雄耀教授§8.1概述§8.2盾构机的分类与选型§8.3盾构机的构造和工作原理§8.4盾构法施工工艺第八章盾构法施工§8.1概述1、盾构法定义（MechanizedShieldTunnelling）盾构法隧道施工是利用盾构机在软岩和土体中进行隧道掘进，同时完成隧道永久衬砌铺设的一种施工工法。§8.1概述硬岩掘进机——TBM(TunnelBoringMachine)1818年，法国的布鲁诺尔(M.I.Brune1)从蛀虫钻孔得到启示，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。每一个单元格可容纳一个工人独立工作并对工人起到保护作用。采用的方法是将所有的单元格牢靠地装在盾壳上。1828年1月12日泰晤土河水涌入盾构机

布鲁诺尔发明盾构法之后的另一个技术进步是用机械开挖代替人工开挖。第一个机械化盾构专利是1876年英国人约翰·荻克英森·布伦敦和姬奥基·布伦敦申请的。这台盾构有一个由几块板构成的半球形的旋转刀盘，开挖的土料落入径向装在刀盘上的料斗中，料斗将渣料转运至胶带输送机上，再将它转运到后面从盾构中运出，这一构想后来被用于修建地铁隧道工程。1917年，日本引进盾构施工技术，是欧美国家以外第一个引进盾构法的国家。1963年，土压平衡盾构首先由日本SatoKogyo公司开发出来。■盾构设计的两种主流思想理念：

1、日本的设计思想——主要根据工程需要来进行选型设计，考虑的是设备的经济性；代表有日本三菱、IHI公司等2、欧美的设计思想——主要考虑设备的高可靠性、高效率，代表有美国罗伯特、德国海瑞克公司等。二者量化比较，日本的盾构主要部件运行4000小时无故障，欧美的盾构机主要部件运行10000小时无故障。

既要追求产品的高可靠性和适用性,又要达到产品的可维护性及长寿命。设计原则

至2020年，我国将完成6000公里各类隧道的建设，年均290公里，其中不少是长、大、宽隧道，且很多工程均首选盾构法。■上世纪60年代，上海隧道股份设计制造中国第一台网格式盾构，用于上海打浦路隧道建设；■上世纪90年代初，自行开发了我国第一台土压平衡盾构，研制水平已接近当时的国际水平。■

40多年来，自行设计制造了不同类型的盾构机60余台■中国当前面临巨大的市场需求和良好的发展契机.1963年上海隧道工程公司研制了1台直径4.2m的手掘式盾构；1965年上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的2台直径5.8m的网格挤压型盾构掘进机；1987年上海隧道股份研制成功了我国第一台φ4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机；1990年引进法国FCB公司φ6.34m土压平衡盾构掘进机；

1996年上海延安东路隧道南线工程1300m圆形主隧道采用从日本引进的φ11.22m泥水加压平衡盾构掘进机施工。盾构法施工的优缺点优点：对地面干扰小，施工速度快，机械自动化程度高。缺点：施工设备费用高；当覆土较浅时，地表沉降较难控制；小曲率半径难以推进；盾构法隧道衬砌和接缝渗漏水，隧道后期沉降过大。§8.2盾构机的分类与选型1盾构机的分类§8.2盾构机的分类与选型§8.2盾构机的分类与选型§8.2盾构机的分类与选型土压平衡式盾构（

EPBshield)：利用刀盘切削下来的土充满整个密封舱，并保持一定压力来平衡开挖面的土压力。土体改良土压平衡盾构最理想土体：内摩擦角小、易流动、渗透系数小的黏性土。对于内摩擦角大、流动性差、渗透系数大的砂性土地层而言,土压平衡盾构易发生事故。为了满足土压平衡式盾构的顺利施工,土体的力学性质应该满足:①土体不易固结排水(不易“结饼”);②土体处于流塑状态(易于压力传递,易于搅拌,不易“闭塞”);③土体具有不透水性(不发生“喷涌”)。土体的它坍落度妄在10～15赏cm的范围缎内时,可以傍认为伯其满续足塑嘉性流军动状仗态的轰要求宫。渗透系限数<10节-贷5m妹/s的泡弄沫混乖合砂你土,固结绿压缩州系数0.1占MP味a-1(压力盐范围桨取值100～200墙kP潜a);土体属湾于中等野压缩性帖土,强度劳试验弃得到奴其强依度参候数内碌摩擦晋角φ<2直7°,土体饥与刀枯盘、致强制福搅拌纸装置均和隔哨板的裹摩擦扶力都锯得到踏了一放定程治度的毅降低土体公改良角指标土体发泡改膨良处理哑使用对否比§8柳.2盾构呜机的递分类谈与选石型泥水阿平衡用式盾灰构（SP赵B追sh厦ie答ld）：福在密扰封舱消内通益入泥胀水（走泥浆透）以召平衡网盾构戏前方捷水土凯压力奥。泥水平锯衡盾构塑的工作峡原理（1）泥越水盾磨构是垫将一饮定浓荒度的搬泥浆慰，泵营入泥辉水盾疑构的视泥水浅室中贞，随景着刀殃盘切松下来阀的土殿渣和筑地下妥水顺号着刀希槽流闸入开摆挖室枣中，柱泥水萌室中报的泥拣浆浓愧度和释压力商逐渐班增大景，并纠平衡遭于开什挖面牺的泥赢土压岛和水宋压，歌在开破挖面筹上形豪成泥稠膜或份泥水驱压形瞧成的升渗透孔壁，飘对开当挖面境形成充稳定泉挖掘恭。（2）泥冤水平沸衡理蚁论中弹，泥膜的植形成是如至关重尾要的。①泥若膜形籍成的扔机理孝：当泥礼水压郊力大亦于地捏下水异压力鬼时，孩泥水贪按照奸达西艳定理效渗入斜土壤您，形舒成与扯土壤红间隙霸成一缩慧定比棵例的有悬浮由颗粒张，在幸“阻错塞”算和“划架桥轧”效肥应的劈燕作用冶下，张被捕港获并愚积聚种于土刊壤与写泥水抗的接孝触表夸面，顺从而将形成渣泥膜猾。②泥水平躺衡的产胡生随着时帜间的推境移，泥撞膜的厚岗度不断置增加，岛渗透抵追抗力逐石渐增强办，泥膜毕的抵泰抗力掩远大宰于正僚面土尖压时索，产化生泥蚁水平挪衡效拔果，队使开瓣挖面瘦保持槐相对兄稳定。2.泥水汽平衡满的适求用范投围在软弱贯的淤泥吗质黏土河层、松考散的砂汤土层、士砂砾层灭、卵石梯砂砾层军、沙砾丽和硬土饶等地层担，尤其援适用于仅地层含伍水量大女、上方兴有大水奶体的越廉江隧道恼和海底泽隧道的沿施工采肿用泥水爬平衡式勉盾构。粒径厅尺寸续表粘土淤泥砂质砾石卵石土压平猾衡盾构糟不含添蛙加剂土压欢平衡翅盾构愁含添桶加剂泥水盾括构含添诵加剂泥水弦盾构购不含宜添加昏剂土压平通衡和泥黄水盾构舅适应性栽图表粒径大岁小(mm慈)通过榜率(%)泥水盾谎构EP世BEPB土压平衡阵或泥水雄？标准EP泳BSLU旁RRY刀盘动悉力/扭矩高低成本低高工地爆规模中等大出渣方粗式简单复杂掘进崇速度快中等隧道知清洁您度低好工地仍整体用耗电纤量中等高对添加是剂的需讲求需要需要土仓压乓力计算预定自动§8.壶2盾构机守的分类菜与选型2盾构选纲型盾构机服选型的拴关键在英于地质城与环境袋保护条崖件、工校程规模的、经济蒙性。1）在漠地下通水位遗低的听地区皮，应挤优先璃考虑励半机付械式娘盾构困；2)在地下羞水位高依的软土谎地区泥水平彻衡式盾业构施工否引起的桐沉降可虑控制在10愚mm以内；土压水平衡众式盾订构施胳工引蛇起的说沉降铺可控斯制在20m掏m以内。§8祥.2盾构机沿的分类胸与选型泥水季加压悟盾构孙地质棒适应撤性条削件：A在以档砂性姥土为咬主的甩沉积颠层中盾；B在不需缴要做泥虏水分离泽的工程奋中；C在水头经高度很止高（如双大于50顾m）的竭江川厕和海纵峡水垫底下掏施工达时；D在某纹些对锯地表乞沉降库要求健高的静地段嚷。§8俩.2盾构霞机的填分类呢与选灾型土压平深衡盾构历地质适惩应性条恭件A在软弱吐的冲积经土层中望；B在砾脂石层耍或砂顿土层距中，珠需掺台入适狐当的姐泥浆询；C当工推作面痰水压PW≤0涉.4项MP块a的软宇土地枣区。§8锋.3盾构机愚的构造决和工作膝原理1基本嚼构造盾构掘乘进机由繁盾构壳所体、推进系铲统、拼踏装系绑统、定出土谁系统钻四大叹部分译组成乳。盾构号壳体绪：切榜口环牺、支托承环伴、盾恢尾推进该系统识：盾既构千窄斤顶拒和液革压设振备拼装钟系统番：衬隐砌拼受装器奥（举鸭重臂柜）出土系悬统：有华轨、无除轨或管匙道运输在盾壳害的掩护截下，切削刀厦盘可以副安全雅地开粮挖地瘦层，扛一次舒掘进陪相当受于装稀配式妻衬砌费一环简的宽言度。刀盘枣设计穗要求(1讨)能够例降低演对刀疯具的宣磨损(2纸)保护薄刀盘杠的钢雨结构(3)能够实广现高的职贯入度(4想)刀盘胁开口盼率为删最小36%。大的烤开口率呆能够大码大典降低刀混具的磨浙损。(5)消4个幅轮罢设计以名使每个梨旋转方罢向都有4个碴土邪出口(6)慌2个旋转悔方向(左/右)(7品)刀盘农前面4条独绩立的沈泡沫配注入淹管用辱于渣俘土改疼良以测降低锅磨损(8)连接到限主驱动欠的连接到臂（厚惑壁管）元保证刀辨盘良好枝的稳定铸性(9)出渣通踏道的几灯何设计础必须满澡足开挖优舱容易排出渣(1鸣0)大的物废料通道鹊从刀盘园外缘通键到刀盘及中心区携域，这屯样便于睬将挖掘叼的物料离运输到元开挖舱回。(11挽)渣土开项口设计队限制大堵的石块吼进入，脸这些石辜块可以栏通过螺泊旋输送俩机运出爷去。刀盘版的材售料与胞刀具刀盘余的结许构材剑料为Q3茎45毅B、16蔬Mn愿R、GS嫌52或相当宣于这种称材料的搅铸钢。切削索刀具顽数量抖：软土刀澡具（刮退刀）：12带0把中心刀衡：1把铲刀强：16把仿形丈刀：2把刮刀税：刮刀骑安装伍在碴伐土通秋道的楼一侧馋。高质寺量的哨碳质泰刀刃,宽度100仰mm。可以从搂刀盘后笛面更换顾刀具。铲刀矩：铲刀华的设仁计保野证了奥快速闲、清艘洁的景开挖被；它们丧可以教双向搬进行少开挖,同时保棉证了开帅挖直径各的稳定自不变。铲刀用序可更换蜜的螺纹恋固定到树钢结构延上，因韵此，可洞以被单万独更换押。仿形刀勉：刀盘上盼安装了筋仿形刀么。安装匪的仿形贴刀通过渗一个行兄程（50m挂m海瑞克填；12站0m前m三菱全）的工油缸战进行也操作泊。仿拖形刀婚的伸轰缩则慎在主水控室迅内按呜每10°事先追加以低设置稿控制惕。盾构期具有仿形超庆挖功能是目前志盾构中订较为先驳进的一张种，其仿形超耳挖方位搜、超挖渣量可根疫据不同肿的施工蛙要求而疯调整。仿形未刀示愿意图刀具图谈片刀具更烂换所有滩的滚奸刀、突刮刀舞和铲净刀都池可以隆在隧此道内处从刀条盘后弄部更缴换。桌一般市不需劫要中阻途换睡刀。化如有假必要伞，刀具尿更换权作业役可以模在常狂压和医带压隐方式扣下进陈行。如果地吩面具备庸地层加宜固条件品或事先繁已经进编行了地养层加固叨处理，开挖面强的稳定汇有保障，则可在常闭压下进摆行刀具谜检查和插更换作肝业。盾构距在选定泊地点停惩机后，伪将土仓旅里的土炊排出一留部分，雕直至土村仓内土轨体高度烈低于土替舱隔板狱上的密维封门，朱此时作煤业人员宁可以通架过气闸究打开通援往土仓覆的密封者门在不葵带压的岭情况下雕进入土风仓，从辛而进行抗刀具检谜查和更桃换。如果没资有注浆慢加固条出件，开暑挖面又抚不是可登以自稳躲的地层探，则需验要用压缩空投气来维达持开浴挖面路的稳批定。贝作业龙人员局需在千土仓帝内带敲压作冤业。做这项腹工作就贡由经过腾培训的伸专业人鹊员进行。具体脚步骤先如下赢：盾构鼻推进茄到选最定地泡点停悲机。将土远仓内近的土手排出饥一部费分，率使仓芽内土方体高项度下月降至句土仓画隔板跪上的计密封宴门以巾下。拖在排句土的魄同时绣，通述过盾知构机祝上自趋带的标保压蛾系统说向土拢仓内君注入辆压缩咳空气爽。压陪缩空我气的阴压力镰经过腥设定李，可吨以自冤动维顽持在热设定丽值，绳以确采保仓锋内的劈燕压力昼与在丸停机染前的景相同极，从著而保竿证开俱挖面窜稳定做。与此同责时，作胀业人员骨进入气繁闸，开鬼始对人京闸加压香，逐步俭把人闸言内的气压升最到与土联仓压力阅一致。当人兼闸内貌压力榨与土甲仓内软压力哪一致顺达到买平衡傻时，部作业烧人员凉从人拼闸内链打开勒土仓拒隔板搞上的火密封寇门，碧进入耐土仓。进行争刀具忌检查站和更帆换。总刀盘锄上的孕刀具瓶可以堆方便消地从工刀盘搂后部狸更换更，人窄员不堆需要鄙到刀禽盘前尚方。究逐步劝将刀顺具检集查和摆更换汉完毕覆后，人员退棕回到人父闸，关洲闭密封跪门。人员绞在人闸仙内减压骨。与此忌同时，寒可以恢甜复掘进蜡。人员喝减压名结束亩，退摩出人粮闸。§8.羽3盾构机解的构造毙和工作雷原理§8.肯3盾构辱机的携构造樱和工屯作原她理3盾构倘