市政管道盾构施工-盾构组成

模块9

盾构施工

单元一盾构施工简介一、盾构法施工优点1.因需在顶进的是盾构本身，在同一土层中所需顶力为一常数，不受顶力大小的限制；2.盾构断面形状可以任意选择，而且可以形成曲线走向；3.操作安全，可在盾构设备的掩护下，进行土层一式挖和衬砌；。4.施工时不扰民，噪声小，影响交通少；5.盾构法进行水底施工，不影响航道通行；6.严格控制正面超挖，加强衬砌背面空隙的填充，可控制地表沉降。二、盾构组成盾构基本构造由开挖系统、推进系统和衬砌拼装系统三部分组成。1.开挖系统盾构壳体形状可任意选择，多采用钢制圆形筒体，由切削环、支撑环、盾尾三部分组成，由外壳钢板连接成一个整体。如图1-1所示。图1-1盾构构造1-切削环2-支撑环3-盾尾部分4-支撑千斤顶5-活动平台6-活动平台千斤顶7-切口8-盾构推进千斤顶9-盾尾空间10-管片拼装器11-管片1）切削环部分位于盾构的最前端，它的前端做成刃口，以减少切土时对地层的扰动。切削环也是盾构施工时容纳作业人员挖土或安装挖掘机械的部位。盾构开挖系统均设置于切削环中。根据切削环与工作面的关系，可分开放式和密封两类。当土质不能保持稳定，如松散的粉细砂，液化土等，应采用密闭式盾构。当需要对工作面支撑，可采用气压盾构或泥水压力盾构，这时在切削环与支撑环之间设密封隔板分开。2）支撑环部分位于切削环之后，处于盾构中间部位。它承担地层对盾构的土压力、千斤顶的顶力以及刃口、盾尾、砌块拼装时传来的施工荷载等。它的外沿布置千斤顶，大型盾构将液压、动力设备，操作系统，衬砌拼装机等均集中布置在支撑环中。在中、小型盾构中，可把部分设备放在盾构后面的车架上。

3）盾尾部分它的作用主要是掩护衬砌的拼装，并且防止水、土及注浆材料从盾尾间隙进入盾构。盾尾密封装置由于盾构位置千变万化，极易损坏，要求材耐磨、耐拉并富有弹性。曾采用单纯橡胶的、橡胶加弹簧钢板的、充气式的、毛刷型的等多种盾尾密封装置，一般多采用多道密封及可更换盾尾密封装置。2.推进系统推进系统是盾构核心部分，依靠千斤顶将盾构向前移动。千斤顶控制采用油压系统，其组成由高压油泵、操作阀件和千斤顶等设备构成。盾构千斤顶液压回路系统如图1-2所示。图1-2千斤顶液压回路系统1-高压油泵；2-总油泵；3-分油箱；4-阀门转换器；5-千斤顶；6-进油管；7-回油管；8-盾构外壳图1-3为阀门转换器工作示意图。当滑块2处于左端时，高压油自进油管1流入经分油箱4将千斤顶5出镐；若需回镐时，将滑块2移向右端，高压油从阀门转换器4，推动千斤顶回镐，并将回油管中的油流向分油箱。图1-3阀门转换器工作示意图1-进油管2-滑块3-阀门转换器4-分油箱5-千斤顶6-回油管3.衬砌拼装系统盾构顶进后应及时进行衬砌工作，衬砌块作为盾构千斤顶的后背，承受顶力，施工过程中作为支撑结构，施工结束后作为永久性承载结构。砌块采用钢管或预应力钢管、砌块状有矩形、梯形、缺形等，砌块尺寸视衬砌方法。如图1-4所示。图1-4砌块形式三、盾构壳体尺寸的确定盾构壳体尺寸应适应隧道的尺寸，按下列几个模数确定。1．盾构的外径盾构的内径D内应大于隧道衬砌的外径。D=d+2（χ+δ）式中：D—盾构外径（mm）；d—衬砌外径（mm）；χ—盾构厚度（mm）；δ—盾构外壳与衬砌间隙量（mm）；

根据盾构调整方向的要求，一般盾构外壳与衬砌间隙为盾构外径0.8～1.0%左右。其最小值要满足：

χ=Ml/d式中：l—盾尾内衬砌环上顶点能转动的最大水平距离，通常采用l=d/80；M—盾尾掩盖部分的衬砌长度。所以χ=0.0125M，一般取用30～60mm.2．盾构长度盾构全长为前檐、切削环、支撑环和盾尾长度的总和。取决于盾构开挖方法及预制衬砌环的宽度。也与盾构的灵敏度有关系。盾构灵敏度指盾构总度长与其外径D的比例关系。灵敏度采用：小型盾构（D=2～3m），L/D=1.5左右；中型盾构（D=3～6m），L/D=1.0左右；大型盾构L/D=0.75左右。盾构直径确定后，选择适当灵敏度，即可决定盾构长度。四、盾构推进时系统顶力计算盾构的前进是靠千斤顶来推进和调整方向。所以千斤顶应有足够的力量，来克服盾构前进过程中所遇到的各种阻力。1.外壳与周围土层间摩擦阻力F1F1=υ１

[2（PV+Ph）L·D]式中：PV—盾构顶部的竖向土压力（ｋＮ／ｍ²）；Ph—水平土压力值（ｋＮ／ｍ²）；v1—土与钢之间的摩擦系数，一般取０.２～０.６；Ｌ—盾构长度（ｍ）；Ｄ—盾构外径（ｍ）。2.切削环部分刃口切入土层阻力F2Ｆ２＝Ｄπｌ（ＰＶｔｇØ＋Ｃ）式中：Ø—土的内摩擦角；Ｃ—土的内聚力（ｋＮ／ｍ²）；3.砌块与盾尾之间的摩擦力Ｆ３Ｆ３＝υ２·Ｇ′·L′

式中：υ２—盾尾与衬砌之间的摩擦系数，０.４～０.５；Ｇ′—环衬砌重量；L′—盾尾中衬砌的环数。4.盾构自重产生的摩擦阻力F4F4=G·υ１式中：G—盾构自重；υ１—钢土之间的摩擦系数，一般为0.2～0.6。5.开挖面支撑阻力F5，按支撑面上的主动土压力计算。实际确定千斤顶总顶力时，尚乘1.5～2.0的安全系数。经验公式确定盾构总顶力为：P=（70