第七章-盾构法施工

1、第七章盾构施工，7.1 7.2盾构施工概述，7.3盾构类型及7.4盾构隧道施工选择，7.1概述，盾构法是盾构保护下软土隧道施工的一种施工方法。它是在盾构下连续安全地进行开挖和支护工作。盾构机是与隧道断面形状相同但略大于隧道形状的钢圆筒或钢框架的组合，其被压入地层中以形成外壳，用于保护挖掘机、各种工作机械和外壳中的工作空间。盾构机是一种既能承受土层压力，又能在土层中前进的施工机械。以盾构机为核心的一整套隧道施工方法称为盾构法。7.1、概述，首先，隧道的基本原理是在一段竖井或基坑的一端，进行盾构安装就位。盾构从竖井或基坑壁上的预留孔开始，沿地层中的设计轴线前进到竖井或基坑另一端的设计预留孔。盾构推

2、进过程中的地层阻力通过盾构千斤顶传递到盾构尾部组装好的预制节段。盾构机大多为圆形，其外壳由直径略大于隧道衬砌外径的钢筒构成。前部设置各种类型的支撑和挖掘土壤的装置，沿周边切断顶进所需的千斤顶，尾部设置由几个环拼接而成的衬环。在推进过程中，从孔口外不断排出适量的土，每推进一段距离，在盾尾的支撑下组装一圈衬砌，并及时将注浆体压入衬砌环周围的空隙中。(2)主要优缺点：1)现场作业少，隐蔽性好，噪声和振动对环境影响小；2.施工不受地形、地貌、河水等地表环境的限制。并且不受气候条件的影响。3.隧道的施工成本和技术难度基本不受覆土深度的影响，适用于深厚覆土隧道的施工。4.穿越河底或海底时，隧道施工不会影响

3、航道，也不会受到气候的影响。5、穿越地面建筑物和地下管线密集区域，周边不受施工影响；6.自动化程度高，劳动强度低，施工速度快。7.对地层适应性广，包括软土、砂卵石、软岩甚至岩层。因此，盾构法已经在城市隧道(水下公路隧道、地铁区间隧道、排水污水隧道、导流隧道等)建设中确立了绝对优势。)，这被一些人称为城市隧道法。7.1概述，2。主要优点和缺点：1。当土壤较浅时，地表沉降难以控制；2、用于小曲率半径隧道施工时，掘进困难；3.盾构施工采用全风压法进行排水和稳定地层时，劳动保护要求高，施工条件差。4.盾构隧道上方一定范围内的地表沉降仍难以完全防止，尤其是在饱和软土层中。盾构技术的引进始于1825年，当

4、时布鲁纳在英国伦敦开创了泰晤士水下隧道，有180多年的历史。矩形盾构的横截面为11.3米* 6.7米。1826年，由于山体滑坡，砖段被切断。1834年，铸铁盾牌被用来重新开始建造。经过5次洪水，它于1843年完全完工。1869年，詹姆斯亨利大头在泰晤士河上修建了一条直径2.18米的人行隧道，内衬铸铁管段。1886年，这个人在建造伦敦地铁时第一次使用了压缩空气护罩。在19世纪末20世纪初，所有发达国家都得到提升。从1880年到1890年，在美国和加拿大之间的圣克莱尔河上修建了一条直径6.4米、长度超过1800米的水下铁路隧道。20世纪三四十年代，欧美国家利用盾构机成功修建了数条内径39.5m的地

5、铁和越江公路隧道。海峡隧道)，2号隧道于2006年10月12日开通1988年，另一条直径11.3米的延安东路越江隧道建成。自20世纪90年代以来，上海隧道公司成功地掌握了土压平衡盾构和泥水平衡盾构的施工方法。武汉长江隧道始于2004年11月，全长3630米，设计为双向四车道公路隧道，左右道路隔离。通过粉细砂不稳定地层，采用直径11.38米的泥水压力平衡盾构和法国NFM公司的复合刀具进行长距离开挖，无需更换刀具。正在施工的上海长江隧道，双向六车道，采用直径15.43米的泥水式充气平衡盾构，是目前世界上最大的盾构掘进机。7.1、7.2盾构结构概述，盾构机主要由通用机械(壳体、挖掘机构、挡土机构、推

6、进机构、管片拼装机构等)组成。)和特殊机制。外观：圆形、双圆形、三间距、矩形、马蹄形等。需要足够的强度和刚度。钢板大型分体式现场组装要求，7.2屏蔽结构，1。(1)盾构外壳及开挖系统盾构切割环位于盾构前端，配有挖掘机械和挡土设备，切割环的前端做成均匀的切割刃，施工时切入地面，进行盾构开挖作业。凹口环部分主要用于容纳施工人员或安装挖掘机。切割环的长度取决于盾构前支撑和开挖的方法。机械化盾构取决于各种盾构机所需的设备。(2)屏蔽支撑环位于屏蔽中间，紧接在切割环之后。所有地层压力、千斤顶的外力和来自切口、盾尾和衬砌组件的施工荷载应由支撑环承担。屏蔽插座设置在屏蔽的外边缘。由于大型盾构空间大，所有液压

7、、动力设备、操作控制部件、清污运输部件、衬砌接头等都集中布置。支撑环的长度不得小于固定屏蔽插座所需的长度。对于带刀盘的盾构，还应考虑刀盘的承载装置、驱动装置和排土装置的空间。7.2、盾构结构，(3)盾构尾壳延伸结构，其作用是覆盖衬砌装配工作；盾尾厚度应尽可能薄，以减少地层和衬砌之间形成的建筑孔隙，从而减少灌浆量；为防止水、土和灌浆材料从盾尾与衬砌之间的缝隙挤入盾内，盾尾与支架之间应设置密封装置，密封质量关系到施工质量。7.2屏蔽结构，2。屏蔽体尺寸屏蔽体直径：d:隧道外径x:屏蔽体尾部间隙t:屏蔽体尾部钢板厚度，7.2屏蔽体结构，7.2屏蔽体结构，屏蔽体总长度l与屏蔽体直径d之比称为屏蔽体灵敏

8、度。总直径确定后，灵敏度值有一些经验数据参考：小直径屏蔽： ()，=1.21.5中直径屏蔽： ()，=0.81.2大直径屏蔽： ()，=0.70.8、屏蔽长度：屏蔽结构7.2、缺口环长度、支撑环长度、屏蔽尾部长度、屏蔽结构7.2、最大衬环宽度、组装节段备用量，200-300毫米，考虑维护千斤顶的方便性。千斤顶顶块厚度，剩余长度80-200毫米，包括尾部密封材料的安装，盾构尾部的组成和尺寸分布图，7.2盾构结构，2。推进系统主要是推进千斤顶组和安装在盾构壳体内环形中梁上的控制设备，其中千斤顶是推动盾构机在土层中前进的关键部件。设计主旨：2。设备推力：A:安全系数，通常为2.7.2盾构结构，盾构壳

9、体与周围地层的摩擦，盾构推进时的前推力阻力，千斤顶的选择和配置：(1)要尽可能轻，直径应小而不是大，耐用，易于维护和更换。(2)使用高压液压系统使千斤顶紧凑。(3)一般来说，它应该等间距地布置在支撑环的内侧，靠近屏蔽壳。(4)膨胀方向平行于盾构隧道轴线。7.2、盾构结构、千斤顶推力及数量设置：中、小口径各千斤顶推力为6001500KN，大千斤顶推力为2000 4000 kn。千斤顶数量：千斤顶推进速度一般为50 100 mm/min。7.2屏蔽结构，3。挖掘机构为手动挖掘型，挖掘机构为镐、风镐、铲等。半机械、铲斗、挖掘头；对于机械式(土压式、泥水式)盾构，切割刀头。(1)刀盘的结构和功能(2)

10、刀盘和凹口环的位置：(内部、外部突起、对准)(3)刀盘的形状(4)刀盘的支撑形式，7.2盾形结构，3。分段组装系统杠杆式组装器(1)重量提升臂重量提升臂有一个杠杆，用于在一端夹紧分段或块装置，在另一端有一个配重，用于平衡衬里构件的重量，以便重量提升臂易于旋转。举重臂的主要功能是牢牢夹住衬件，将衬块送至安装位置，将其组装到位并固定。7.2、盾构结构，(2)真圆支架当盾构前进时，管片装配环会从盾构尾部脱出，管片在重力和土压力的作用下会产生横向变形，管片已经变成环，装配环在装配时会产生凹凸不平，给安装纵向螺栓带来困难。组装后，有必要使用真正的圆形固定器来保持管环的正确位置。7.2、盾构结构，首先，手

11、挖盾构在采用人工全部露天开挖时，也可以随开挖随支护开挖，支护结构简单，支护设备少，成本低。其优点是正面开阔，施工人员可以随时观察地层变化，及时采取措施进行处理。当遇到地层中的桩和巨石等地下障碍物时，相对容易处理。可按要求方向开挖，易于进行盾构纠偏，也便于在隧道弯道施工；成本低，结构和设备简单，易于制造。缺点：在含水地层中，当开挖面出现渗水和流砂时，必须补充降水、气压或地层加固等措施。如果工作面坍塌，很容易造成人身和工程安全事故；劳动强度大，效率低，进度慢。7.3盾构选型、2、挤压式盾构1、全挤压式：人工开挖盾构的开挖面用护胸板封闭，土层被挡在护胸板外，不存在水、砂流入和土坍塌的危险，节省了开挖

12、过程。由于没有土壤排水，地表有较大的隆起变形。适用范围：孔隙大、可塑性大、淤泥层流动的开阔地区，或河底、海滩等地。7.3屏蔽的类型和选择，2。半挤压式：部分开口在封闭的胸板上。当盾构向前推进时，土壤从开口处被挤压到盾构中，并被运出车辆。节省人工开挖，改善劳动和移动条件，提高效率。虽然可以在城市房屋和街道下进行，但会对地层和地面变形造成很大的扰动。适用条件：仅适用于软、塑性粘性土层。7.3、屏蔽类型及选择，3、半挤压式和手挖式之间的屏蔽网。开挖面配有开口格栅。当盾构推进时，土壤被格栅切割成条状，进入盾构后被运走。当盾构停止推进时，格栅充当土壤屏障，有效防止开挖面坍塌。适用土层：软塑粘土层。当土壤

13、层含有大量水分时，需要辅以降水和气压等措施。7.3、盾构选型及选型，3、半机械盾构在手挖式前方安装挖掘机械代替手动开启，根据地层条件，可安装反铲或螺旋切割机。适用条件：与人工开挖基本相同，适合在较好的土层中开挖，成本低，施工人员劳动强度低，效率高。7.3盾构机的类型和选择4。机械化盾构机在盾构机的切割环上装有一个类似隧道掘进机的全断面旋转切割刀盘，以实现连续掘进它能使施工人员不在压缩空气中作业，与全气压法相比有很大优势，但仍有许多技术问题没有解决，没有得到广泛应用。7.3、盾构选型及选型，2、泥水压力盾构是在盾构开挖面的密封腔内灌入泥浆，泥浆压力抵抗前方的土压力，用管道输送泥浆代替电机车牵引土

14、车出土，从而完成开挖过程。这种方法是国外发展迅速的一种新型盾构机。它起源于英国，后来被用于日本和德国的各种隧道建设中。特点：(1)盾构施工可在浅覆土条件下进行；(2)隧道施工对地下水位高、不稳定的软弱地层和河流及海床(3)安全高效(4)设备庞大复杂、成本高、控制技术要求严格。7.3、盾构的类型和选择、泥浆在泥浆压力盾构中的作用：泥浆压力与开挖面水土压力的平衡；泥浆和水作用于地层后，形成一层不透水的泥皮，产生一定的有效压力。加压泥浆水可以渗透到地层的某个区域，以稳定该区域的开挖面。适用范围：宽范围、软淤泥质土、松散砂层、砾石层、卵石砾石层等。7.3、盾构选型及选型，3、土压平衡盾构头部装有全断面

15、切割刀盘，切割环和支撑环之间装有密封隔板，使前切割环部分形成密封腔。所谓土压平衡是指密封舱中的切土和泥水充满舱体，并有适当的压力与开挖面上的土压平衡，以减少对土的扰动，控制地表沉降。应注意保持螺旋卸土机挖掘量和排土量之间的平衡。7.3、盾构的类型和选择：当在砂质土层中开挖时，局部土层中的含砂量超过一定限度，或路堑土的流动性变差。当密封室中的土壤太满且凝固时，很难挖掘和排放土壤，这迫使推进停止。此时，具有流动性和不渗透性的“泥浆制造材料”被注入到腔室中。然后，搅拌刀盘后面的搅拌叶片，使土壤成为具有流动性和不透水性的明显流动的土壤，该土壤被填充在挖掘的表层土壤室中，并从连接的螺旋输入机中排出。泥浆

16、材料：膨润土、粘土、水、高浓度泥浆水、泥浆材料等。7.3、盾构选型和选择、盾构安装和拆除、土壤开挖和推进、衬砌装配和防水。首先，盾构机的安装和拆卸是施工中进出隧道的重要环节。1.工作良好：开始、结束和中间维护；尽量设置规划路线上的通风井、设备井、地铁站和立交。井的宽度比盾构直径大1-2m，长度应考虑盾构设备的安装空间和出口施工所需的最小尺寸。7.4、盾构施工技术，2。底座和后座工作底板用于安装和牢固地保持护罩，并且护罩可以在施工前通过设置在底座上的导轨被正确地引导。当隧道开始退出时，推力应由工作井的后壁承担。因此，在护盾和后墙之间应该有传力设施，这就是所谓的后挡板。隧道衬砌管片或特殊顶撑通常用作后座。7.4、盾构施工技术，3。出洞入洞和出洞入洞临时基坑的方法是用板桩或剪刀撑盖成临时基坑，在其中进行盾构安装和后座安装并直接运输出门施工，然后部分基坑回填并拔出板桩，开始盾构施工。适用于浅盾构始发端。对于纵向坡度较大且与地面直接相连的倾斜隧道，采用渐进式开挖方法。工作井法(常用)在沉箱或沉箱上预留开口和临时密封门，当盾构安装完成后，临时密封7.4、盾构施工技术，2、土体开挖及推进切环切进土-土体开挖-衬砌组装-墙后注浆1、土体开挖方法：敞开式、机械切割开挖、网格开挖、挤压开挖，7.4盾构施工技术，2、掘进管理的