第八章盾構(gòu)法施工謝雄耀教授§8.1概述§8.2盾構(gòu)機(jī)的分類與選型§8.3盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)造和工作原理§8.4盾構(gòu)法施工工藝第八章盾構(gòu)法施工§8.1概述1、盾構(gòu)法定義（MechanizedShieldTunnelling）盾構(gòu)法隧道施工是利用盾構(gòu)機(jī)在軟巖和土體中進(jìn)行隧道掘進(jìn)，同時(shí)完成隧道永久襯砌鋪設(shè)的一種施工工法?！?.1概述硬巖掘進(jìn)機(jī)——TBM(TunnelBoringMachine)1818年，法國(guó)的布魯諾爾(M.I.Brune1)從蛀蟲鉆孔得到啟示，最早提出了用盾構(gòu)法建設(shè)隧道的設(shè)想，并在英國(guó)取得了專利。每一個(gè)單元格可容納一個(gè)工人獨(dú)立工作并對(duì)工人起到保護(hù)作用。采用的方法是將所有的單元格牢靠地裝在盾殼上。1828年1月12日泰晤土河水涌入盾構(gòu)機(jī)

布魯諾爾發(fā)明盾構(gòu)法之后的另一個(gè)技術(shù)進(jìn)步是用機(jī)械開(kāi)挖代替人工開(kāi)挖。第一個(gè)機(jī)械化盾構(gòu)專利是1876年英國(guó)人約翰·荻克英森·布倫敦和姬奧基·布倫敦申請(qǐng)的。這臺(tái)盾構(gòu)有一個(gè)由幾塊板構(gòu)成的半球形的旋轉(zhuǎn)刀盤，開(kāi)挖的土料落入徑向裝在刀盤上的料斗中，料斗將渣料轉(zhuǎn)運(yùn)至膠帶輸送機(jī)上，再將它轉(zhuǎn)運(yùn)到后面從盾構(gòu)中運(yùn)出，這一構(gòu)想后來(lái)被用于修建地鐵隧道工程。1917年，日本引進(jìn)盾構(gòu)施工技術(shù)，是歐美國(guó)家以外第一個(gè)引進(jìn)盾構(gòu)法的國(guó)家。1963年，土壓平衡盾構(gòu)首先由日本SatoKogyo公司開(kāi)發(fā)出來(lái)?！龆軜?gòu)設(shè)計(jì)的兩種主流思想理念：

1、日本的設(shè)計(jì)思想——主要根據(jù)工程需要來(lái)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，考慮的是設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性；代表有日本三菱、IHI公司等2、歐美的設(shè)計(jì)思想——主要考慮設(shè)備的高可靠性、高效率，代表有美國(guó)羅伯特、德國(guó)海瑞克公司等。二者量化比較，日本的盾構(gòu)主要部件運(yùn)行4000小時(shí)無(wú)故障，歐美的盾構(gòu)機(jī)主要部件運(yùn)行10000小時(shí)無(wú)故障。

既要追求產(chǎn)品的高可靠性和適用性,又要達(dá)到產(chǎn)品的可維護(hù)性及長(zhǎng)壽命。設(shè)計(jì)原則

至2020年，我國(guó)將完成6000公里各類隧道的建設(shè)，年均290公里，其中不少是長(zhǎng)、大、寬隧道，且很多工程均首選盾構(gòu)法?！錾鲜兰o(jì)60年代，上海隧道股份設(shè)計(jì)制造中國(guó)第一臺(tái)網(wǎng)格式盾構(gòu)，用于上海打浦路隧道建設(shè)；■上世紀(jì)90年代初，自行開(kāi)發(fā)了我國(guó)第一臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)，研制水平已接近當(dāng)時(shí)的國(guó)際水平?！?/p>

40多年來(lái)，自行設(shè)計(jì)制造了不同類型的盾構(gòu)機(jī)60余臺(tái)■中國(guó)當(dāng)前面臨巨大的市場(chǎng)需求和良好的發(fā)展契機(jī).1963年上海隧道工程公司研制了1臺(tái)直徑4.2m的手掘式盾構(gòu)；1965年上海隧道工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、江南造船廠制造的2臺(tái)直徑5.8m的網(wǎng)格擠壓型盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)；1987年上海隧道股份研制成功了我國(guó)第一臺(tái)φ4.35m加泥式土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)；1990年引進(jìn)法國(guó)FCB公司φ6.34m土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)；

1996年上海延安東路隧道南線工程1300m圓形主隧道采用從日本引進(jìn)的φ11.22m泥水加壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工。盾構(gòu)法施工的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：對(duì)地面干擾小，施工速度快，機(jī)械自動(dòng)化程度高。缺點(diǎn)：施工設(shè)備費(fèi)用高；當(dāng)覆土較淺時(shí)，地表沉降較難控制；小曲率半徑難以推進(jìn)；盾構(gòu)法隧道襯砌和接縫滲漏水，隧道后期沉降過(guò)大?！?.2盾構(gòu)機(jī)的分類與選型1盾構(gòu)機(jī)的分類§8.2盾構(gòu)機(jī)的分類與選型§8.2盾構(gòu)機(jī)的分類與選型§8.2盾構(gòu)機(jī)的分類與選型土壓平衡式盾構(gòu)（

EPBshield)：利用刀盤切削下來(lái)的土充滿整個(gè)密封艙，并保持一定壓力來(lái)平衡開(kāi)挖面的土壓力。土體改良土壓平衡盾構(gòu)最理想土體：內(nèi)摩擦角小、易流動(dòng)、滲透系數(shù)小的黏性土。對(duì)于內(nèi)摩擦角大、流動(dòng)性差、滲透系數(shù)大的砂性土地層而言,土壓平衡盾構(gòu)易發(fā)生事故。為了滿足土壓平衡式盾構(gòu)的順利施工,土體的力學(xué)性質(zhì)應(yīng)該滿足:①土體不易固結(jié)排水(不易“結(jié)餅”);②土體處于流塑狀態(tài)(易于壓力傳遞,易于攪拌,不易“閉塞”);③土體具有不透水性(不發(fā)生“噴涌”)。土體棟的坍造落度抬在10～15c嗓m的范圍分內(nèi)時(shí),可以強(qiáng)認(rèn)為饒其滿對(duì)足塑幕性流架動(dòng)狀災(zāi)態(tài)的掉要求跟。滲透提系數(shù)<1贈(zèng)0減-饑5肆m/馬s的泡沫職混合砂塔土,固結(jié)壓絨縮系數(shù)0.1飯MP玻a-1(壓力饒范圍案取值10拴0～200惠kP奸a);土體降屬于擦中等柿壓縮務(wù)性土,強(qiáng)度試裝驗(yàn)得到串其強(qiáng)度馬參數(shù)內(nèi)貝摩擦角φ<2做7°,土體與準(zhǔn)刀盤、宰強(qiáng)制攪漸拌裝置澇和隔板巖的摩擦遭力都得架到了一鎮(zhèn)定程度妙的降低土體改守良指標(biāo)土體發(fā)泡岔改良蜜處理竿使用鹿對(duì)比§8目.2盾構(gòu)俗機(jī)的民分類捆與選軟型泥水階平衡參式盾丘構(gòu)（SPB賴sh想iel酬d）：在檢密封艙殊內(nèi)通入獸泥水（高泥漿）委以平衡甩盾構(gòu)前息方水土呈壓力。泥水卷平衡啄盾構(gòu)賤的工簽作原多理（1）泥暖水盾健構(gòu)是柔將一景定濃乏度的定泥漿匠，泵閑入泥井水盾辮構(gòu)的議泥水搬室中研，隨畢著刀得盤切渴下來(lái)耽的土薄渣和可地下錫水順頃著刀干槽流瓶入開(kāi)失挖室進(jìn)中，創(chuàng)泥水埋室中角的泥產(chǎn)漿濃谷度和炊壓力萌逐漸柱增大丸，并險(xiǎn)平衡屑于開(kāi)捐挖面粗的泥郵土壓份和水尋壓，鋤在開(kāi)急挖面領(lǐng)上形拜成泥謀膜或騾泥水話壓形饅成的銜滲透雷壁，猶對(duì)開(kāi)糾挖面諒形成支穩(wěn)定勞挖掘派。（2）泥鐘水平椅衡理哈論中喝，泥膜的去形成是織至關(guān)重脈要的。①泥膜梨形成的阻機(jī)理：當(dāng)泥死水壓府力大償于地長(zhǎng)下水恰壓力五時(shí)，堵泥水枕按照僚達(dá)西洞定理帶滲入視土壤雅，形瓣成與噴土壤粱間隙叫成一潮定比共例的吸懸浮蘭顆粒膜，在陵“阻刻塞”右和“旨架橋蓋”效喜應(yīng)的粥作用頂下，杜被捕嗓獲并屈積聚籮于土秘壤與拴泥水定的接伏觸表存面，濟(jì)從而赤形成皺泥膜閉。②泥水平未衡的產(chǎn)躲生隨著禮時(shí)間誼的推漸移，株泥膜廳的厚綁度不禍斷增糞加，肢滲透布抵抗餡力逐患漸增耽強(qiáng)，泥膜飽的抵殊抗力他遠(yuǎn)大返于正森面土助壓時(shí)樹(shù)，產(chǎn)敘生泥而水平爸衡效貧果，邀使開(kāi)影挖面雄保持尼相對(duì)宴穩(wěn)定。2.泥水平岡衡的適食用范圍在軟旬弱的喇淤泥為質(zhì)黏烤土層黑、松傳散的襪砂土漫層、風(fēng)砂礫太層、臂卵石號(hào)砂礫它層、梯沙礫仰和硬宇土等渠地層點(diǎn)，尤杠其適腐用于計(jì)地層筆含水劫量大所、上甜方有智大水候體的禁越江薦隧道肌和海沙底隧挑道的你施工指采用線泥水邁平衡兩式盾析構(gòu)。粒徑尺繡寸表粘土淤泥砂質(zhì)礫石卵石土壓平刊衡盾構(gòu)食不含添潑加劑土壓平炸衡盾構(gòu)輛含添加這劑泥水袖盾構(gòu)栗含添堪加劑泥水枝盾構(gòu)旅不含多添加舟劑土壓平渴衡和泥孔水盾構(gòu)晝適應(yīng)性幻玉圖表粒徑大事小(mm迅)通過(guò)率(%掀)泥水市盾構(gòu)EP苦BEPB土壓平衡愛(ài)或泥水才？標(biāo)準(zhǔn)EPBSL鑰UR悉RY刀盤動(dòng)答力/扭矩高低成本低高工地規(guī)捆模中等大出渣冒方式簡(jiǎn)單復(fù)雜掘進(jìn)額速度快中等隧道清定潔度低好工地整滑體耗電矩量中等高對(duì)添加頌劑的需箱求需要需要土倉(cāng)熱壓力許計(jì)算預(yù)定自動(dòng)§8寇.2盾構(gòu)機(jī)含的分類匪與選型2盾構(gòu)向選型盾構(gòu)機(jī)場(chǎng)選型的晃關(guān)鍵在活于地質(zhì)晌與環(huán)境菜保護(hù)條龍件、工衛(wèi)程規(guī)模災(zāi)、經(jīng)濟(jì)貌性。1）在峽地下煌水位被低的日地區(qū)梨，應(yīng)庫(kù)優(yōu)先喚考慮糧半機(jī)碼械式比盾構(gòu)教；2)在地下古水位高推的軟土捧地區(qū)泥水平拖衡式盾抓構(gòu)施工不引起的擱沉降可傭控制在10m屋m以內(nèi)膜；土壓平曉衡式盾商構(gòu)施工仇引起的戴沉降可解控制在20吩mm以內(nèi)。§8.防2盾構(gòu)凍機(jī)的箏分類拉與選鍛型泥水教加壓堵盾構(gòu)物地質(zhì)宰適應(yīng)集性條爭(zhēng)件：A在以旋砂性征土為星主的穴沉積列層中分；B在不需陷要做泥痰水分離升的工程石中；C在水妹頭高姿度很脊高（疫如大濫于50m）的絞江川辜和海臨峽水短底下蠻施工管時(shí)；D在某運(yùn)些對(duì)創(chuàng)地表挺沉降愈要求擋高的咬地段俘。§8.譯2盾構(gòu)機(jī)鈔的分類憑與選型土壓平汗衡盾構(gòu)鏡地質(zhì)適歌應(yīng)性條押件A在軟祝弱的緞沖積題土層議中；B在礫石銅層或砂薦土層中繳，需摻舟入適當(dāng)甩的泥漿渡；C當(dāng)工作獲面水壓PW≤0銷.4薦MP程a的軟尚土地傾區(qū)?！?.陳3盾構(gòu)機(jī)群的構(gòu)造旺和工作淺原理1基本構(gòu)殘?jiān)於軜?gòu)掘揪進(jìn)機(jī)由恭盾構(gòu)殼哪體、推進(jìn)系拾統(tǒng)、拼瞞裝系園統(tǒng)、守出土泊系統(tǒng)爆四大暖部分童組成誘。盾構(gòu)殼于體：切窯口環(huán)、諷支承環(huán)串、盾尾推進(jìn)俊系統(tǒng)恭：盾財(cái)構(gòu)千斯斤頂晨和液涂壓設(shè)病備拼裝剪系統(tǒng)薄：襯她砌拼勾裝器漏（舉雷重臂榴）出土系訪統(tǒng)：有狗軌、無(wú)彩軌或管嚇道運(yùn)輸在盾繭殼的疾掩護(hù)乳下，切削刀蛛盤可以冤安全慮地開(kāi)不挖地性層，炒一次貌掘進(jìn)消相當(dāng)雪于裝脾配式糾襯砌辱一環(huán)患的寬慈度。刀盤呆設(shè)計(jì)見(jiàn)要求(1偽)能夠訊降低剖對(duì)刀直具的貝磨損(2)保護(hù)繳刀盤吳的鋼損結(jié)構(gòu)(3)能夠哄實(shí)現(xiàn)繼高的核貫入陣度(4)刀盤開(kāi)含口率為欄最小36米%。大限的開(kāi)受口率泉能夠終大大往降低古刀具深的磨包損。(5舍)端4個(gè)幅物輪設(shè)亞計(jì)以姑使每嶄個(gè)旋患轉(zhuǎn)方僻向都居有4個(gè)碴搖土矩出口(6祝)乏2個(gè)旋墾轉(zhuǎn)方窗向(左/右)(7首)刀盤前燥面4條獨(dú)立平的泡沫漆注入管促用于渣描土改良藝以降低選磨損(8鼠)連接唯到主復(fù)驅(qū)動(dòng)疑的連建接臂攤（厚少壁管檔）保模證刀贊盤良榴好的因穩(wěn)定饑性(9咸)出渣丙通道振的幾丑何設(shè)懂計(jì)必圓須滿顏?zhàn)汩_(kāi)避挖艙服容易駛出渣(10搖)大的物玩料通道悅從刀盤液外緣通峰到刀盤掠中心區(qū)梅域，這次樣便于軌將挖掘葉的物料苗運(yùn)輸?shù)侥洪_(kāi)挖艙依。(1帆1)渣土需開(kāi)口趣設(shè)計(jì)蜘限制類大的膚石塊元進(jìn)入帶，這漠些石首塊可幸以通溜過(guò)螺魔旋輸鉤送機(jī)物運(yùn)出岸去。刀盤監(jiān)的材村料與險(xiǎn)刀具刀盤跑的結(jié)卸構(gòu)材胳料為Q3劑45陽(yáng)B、16宮Mn嚷R、GS5撈2或相乓當(dāng)于滴這種桂材料以的鑄四鋼。切削聲刀具誰(shuí)數(shù)量昌：軟土?xí)灥毒邔殻ü嗡频叮┫迹?2倡0把中心膚刀：1把鏟刀：16把仿形刀開(kāi)：2把刮刀模：刮刀蜜安裝南在碴真土通湊道的浸一側(cè)皇。高質(zhì)彈量的黃碳質(zhì)院刀刃,寬度10進(jìn)0m首m。可以從脾刀盤后摸面更換裁刀具。鏟刀槳：鏟刀勞的設(shè)社計(jì)保圣證了禿快速苗、清璃潔的藍(lán)開(kāi)挖茫；它們橫可以擴(kuò)雙向引進(jìn)行份開(kāi)挖,同時(shí)捐保證培了開(kāi)麗挖直買徑的殃穩(wěn)定魔不變娃。鏟刀用后可更換屠的螺紋京固定到候鋼結(jié)構(gòu)外上，因挽此，可莊以被單玻獨(dú)更換弓。仿形震刀舉：刀盤氏上安親裝了蟻仿形銳刀。屬安裝濫的仿邀形刀旬通過(guò)刮一個(gè)測(cè)行程輔（50m謙m海瑞克犯；120芳mm三菱蓋）的爺油缸炮進(jìn)行女操作能。仿脂形刀村的伸蛋縮則構(gòu)在主娛控室題內(nèi)按棵每10溉°事先加禿以設(shè)置脆控制。盾構(gòu)具驚有仿形超紛挖功能是目前童盾構(gòu)中押較為先恐進(jìn)的一砍種，其仿形雄超挖攔方位著、超撿挖量敘可根雙據(jù)不非同的蛇施工贏要求片而調(diào)母整。仿形貓刀示鹿意圖刀具壓圖片刀具更燒換所有的挎滾刀、泡刮刀和蘋鏟刀都積可以在嫁隧道內(nèi)拘從刀盤夫后部更面換。一幼般不需叛要中途淹換刀。蘋如有必孝要，刀具改更換售作業(yè)蘿可以塘在常尺壓和班帶壓薄方式鉛下進(jìn)搭行。如果掃地面飄具備嘗地層鼓加固趴條件任或事畫先已音經(jīng)進(jìn)他行了破地層聲加固專處理疲，開(kāi)挖多面的訂穩(wěn)定桌有保族障，則可在常頌壓下進(jìn)偉行刀具虧?rùn)z查和等更換作市業(yè)。盾襯構(gòu)在兆選定限地點(diǎn)濫停機(jī)餐后，洪將土惡倉(cāng)里怪的土勒排出過(guò)一部?jī)敺郑瑑芍敝僚羵}(cāng)低內(nèi)土拜體高寶度低辛于土央艙隔返板上圈的密擴(kuò)封門徑，此龍時(shí)作抽業(yè)人糖員可醉以通嘉過(guò)氣忠閘打脅開(kāi)通祖往土喇倉(cāng)的嫂密封液門在慮不帶棚壓的傍情況惹下進(jìn)鉗入土婦倉(cāng)，永從而走進(jìn)行殘刀具鑒檢查用和更概換。如果歐沒(méi)有捆注漿套加固老條件芬，開(kāi)波挖面境又不橋是可崗以自咱穩(wěn)的競(jìng)地層撤，則狠需要天用壓縮野空氣來(lái)維持龍開(kāi)挖面曉的穩(wěn)定武。作業(yè)權(quán)人員需致在土倉(cāng)首內(nèi)帶壓娃作業(yè)。做這項(xiàng)遍工作就耽由經(jīng)過(guò)謙培訓(xùn)的堂專業(yè)人糟員進(jìn)行。具體步豈驟如下驚：盾構(gòu)掀推進(jìn)瞞到選博定地惑點(diǎn)停軌機(jī)。將土欲倉(cāng)內(nèi)哥的土觀排出初一部飽分，商使倉(cāng)艦內(nèi)土壺體高餐度下蘋降至幟土倉(cāng)刊隔板云上的夫密封柔門以錘下。烈在排間土的己同時(shí)焰，通縣過(guò)盾謙構(gòu)機(jī)霸上自沖帶的情保壓版系統(tǒng)準(zhǔn)向土稻倉(cāng)內(nèi)就注入局壓縮鳴空氣可。壓己縮空媽氣的答壓力呢經(jīng)過(guò)昏設(shè)定駱，可互以自仰動(dòng)維驕持在壯設(shè)定濟(jì)值，山以確誤保倉(cāng)獻(xiàn)內(nèi)的施壓力量與在鎖停機(jī)致前的效相同撤，從澤而保戲證開(kāi)螞挖面彩穩(wěn)定澤。與此同狐時(shí)，作鵝業(yè)人員肥進(jìn)入氣賭閘，開(kāi)宿始對(duì)人輔閘加壓餅，逐步忍把人閘謀內(nèi)的氣壓新升到她與土妖倉(cāng)壓域力一托致。當(dāng)人垮閘內(nèi)藍(lán)壓力劑與土檔倉(cāng)內(nèi)史壓力漫一致正達(dá)到眨平衡弓時(shí)，慕作業(yè)湯人員侮從人厲閘內(nèi)莫打開(kāi)漿土倉(cāng)耐隔板嚼上的程密封奸門，誦進(jìn)入苦土倉(cāng)。進(jìn)行刀饒具檢查百和更換岡。刀盤脂上的刀眠具可以憑方便地?cái)_從刀盤嘩后部更岡換，人煉員不需熔要到刀雪盤前方哈。逐步秒將刀具逢檢查和吩更換完擺畢后，人員叫退回床到人植閘，琴關(guān)閉骨密封兆門。人員盜在人閘陶內(nèi)減壓肌。與此佩同時(shí)，桶可以恢冰復(fù)掘進(jìn)光。人員減淋壓結(jié)束蓋，退出項(xiàng)人閘?！?.霞3盾構(gòu)身機(jī)的俯構(gòu)造妥和工含作原棵理§8貌.3盾構(gòu)耐機(jī)的蝦構(gòu)造遮和工倒作原屢理3盾構(gòu)烘