《盾構(gòu)施工技術(shù)》1.盾構(gòu)技術(shù)的國際演進(jìn)與創(chuàng)新從“蝸牛殼”到“鋼鐵巨龍”目錄CONTENTS01靈感起源：從船蛆鉆孔到工程實(shí)踐（1806-1825）02技術(shù)突破：圓形盾構(gòu)與三大革新（1869-1876）03代際演進(jìn)：四代盾構(gòu)的技術(shù)跨越04現(xiàn)代成就：超大直徑與智能化突破靈感起源：從船蛆鉆孔到工程實(shí)踐（1806-1825）01一、靈感萌芽起源期1806年法國工程師布魯諾爾受船蛆鉆孔原理啟發(fā)1818年完善盾構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)1825年世界首條矩形盾構(gòu)隧道（泰晤士河隧道）技術(shù)參數(shù)：斷面高6.8m，寬11.4m船蛆技術(shù)突破：圓形盾構(gòu)與三大革新（1869-1876）02二、技術(shù)突破期格瑞海圓形盾構(gòu)1869年格瑞海德圓形盾構(gòu)重大突破工程參數(shù)：外徑2.18m，長度402m重要?jiǎng)?chuàng)新：首次采用鑄鐵管片技術(shù)1874年泥水盾構(gòu)技術(shù)雛形出現(xiàn)代際演進(jìn)：四代盾構(gòu)的技術(shù)跨越03三、四代技術(shù)演進(jìn)?機(jī)械式盾構(gòu)（第二代）閉胸式盾構(gòu)（第三代）大直徑、高智能化、多樣化為特色的第四代盾構(gòu)手掘式盾構(gòu)（第一代）時(shí)間軸圖示第一代（1825-1874）：手掘式盾構(gòu)（Brunel）第二代（1876-1964）：機(jī)械式、氣壓式盾構(gòu)第三代（1964-1984）：閉胸式盾構(gòu)（泥水式、土壓式）第四代（1984-至今）：大直徑、高智能化、多樣化盾構(gòu)三、四代技術(shù)演進(jìn)?現(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)的“五臟六腑”?刀盤:??“鋒利的牙齒”盾體:??“堅(jiān)固的鎧甲”推進(jìn)系統(tǒng):??“強(qiáng)大的肌肉”管片拼裝機(jī):??“靈巧的尾巴”控制室:??“智慧的大腦”現(xiàn)代成就：超大直徑與智能化突破04四、現(xiàn)代技術(shù)成就?美國西雅圖項(xiàng)目：?17.52m土壓平衡盾構(gòu)香港屯門海底隧道：?17.6m泥水平衡盾構(gòu)技術(shù)特色大直徑智能化多模式四、現(xiàn)代技術(shù)成就?英吉利海峽隧道上海地鐵隧道瑞士圣哥達(dá)基線隧道中國深江鐵路海底隧道盾構(gòu)的應(yīng)用小結(jié)SUMMARY從生物仿生到智能工程的200年演進(jìn)四代技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新，安全效率不斷提升現(xiàn)代盾構(gòu)向智能化、巨型化方向發(fā)展思考THINKING盾構(gòu)技術(shù)從矩形斷面到圓形斷面的轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)了哪些工程力學(xué)原理的進(jìn)步？四代盾構(gòu)技術(shù)各自解決了哪些關(guān)鍵的技術(shù)難題？現(xiàn)代超大直徑盾構(gòu)在施工中面臨哪些新的技術(shù)挑戰(zhàn)？《盾構(gòu)施工技術(shù)》2.從技術(shù)引進(jìn)到自主創(chuàng)新的崛起之路中國盾構(gòu)技術(shù)的跨越發(fā)展目錄CONTENTS01黎明期：技術(shù)學(xué)習(xí)與初步探索（1953-2002）02創(chuàng)新期：自主突破與快速成長（2003-2008）03跨越期：技術(shù)引領(lǐng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展（2009-至今）04產(chǎn)業(yè)格局：完整產(chǎn)業(yè)鏈形成黎明期：學(xué)習(xí)探索階段?01一、黎明期：學(xué)習(xí)探索階段?1953年阜新煤礦直徑2.6m首條盾構(gòu)隧道1962年上海研制直徑4.16m手掘式盾構(gòu)1965年開發(fā)直徑5.8m網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)1988年：研制直徑5.64m土壓平衡盾構(gòu)手掘式敞胸盾構(gòu)始發(fā)1965年：開發(fā)直徑5.8m網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)1988年研制直徑5.64m土壓平衡盾構(gòu)創(chuàng)新期：自主突破階段?02二、創(chuàng)新期：自主突破階段?2001年盾構(gòu)國產(chǎn)化列入國家"863"計(jì)劃2004年“先行號(hào)”首臺(tái)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)地鐵盾構(gòu)2008年首臺(tái)直徑6.4m復(fù)合盾構(gòu)研制成功2004年盾構(gòu)掘進(jìn)模擬試驗(yàn)平臺(tái)重要意義結(jié)束國外技術(shù)壟斷局面2008年跨越期：技術(shù)引領(lǐng)階段03三、跨越期：技術(shù)引領(lǐng)階段“云嶺號(hào)”在四川（德陽）下線鐵建重工集團(tuán)直徑達(dá)12.19米的超大直徑盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)規(guī)模30余家企業(yè)從事盾構(gòu)制造2020年出口印度直徑12.19m超大盾構(gòu)；自主研制直徑9.83m敞開式TBM國際地位從“跟跑”到“并跑”再到“領(lǐng)跑”產(chǎn)業(yè)格局形成?04四、產(chǎn)業(yè)格局形成?主要企業(yè)小結(jié)SUMMARY黎明期（1953-2002）：技術(shù)學(xué)習(xí)與積累創(chuàng)新期（2003-2008）：自主突破與成長跨越期（2009-至今）：技術(shù)引領(lǐng)與發(fā)展思考THINKING中國盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段各有什么顯著特點(diǎn)？國家863計(jì)劃對中國盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展起到了怎樣的推動(dòng)作用？中國盾構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)從“技術(shù)引進(jìn)”到“產(chǎn)品出口”的跨越，有哪些值得總結(jié)的成功經(jīng)驗(yàn)？《盾構(gòu)施工技術(shù)》3.盾構(gòu)法地下長龍的智慧??目錄CONTENTS01隧道施工的“武器庫”??02盾構(gòu)法??03盾構(gòu)典型工法??隧道施工的“武器庫”??01一、隧道施工的“武器庫”??隧道施工的主要方法隧道施工指修建隧道及地下洞室的施工方法、施工技術(shù)和施工管理的總稱。一、隧道施工的“武器庫”??隧道施工的主要方法明挖法淺埋暗挖法一、隧道施工的“武器庫”??隧道施工的主要方法礦山法盾構(gòu)法頂管法一、隧道施工的“武器庫”??隧道施工的主要方法沉管法巖石掘進(jìn)機(jī)盾構(gòu)法02二、盾構(gòu)法定義用盾構(gòu)修建隧道的方法，是地下暗挖隧道的一種施工方法，它使用盾構(gòu)在地下掘進(jìn)，在邊防止軟基開挖面土砂崩塌和保持開挖面穩(wěn)定的同時(shí)，邊在機(jī)內(nèi)安全地進(jìn)行隧道的開挖作業(yè)和襯砌作業(yè)，從而構(gòu)筑成隧道的施工法。三大要素穩(wěn)定開挖面盾構(gòu)挖掘襯砌施工原理盡可能在不擾動(dòng)圍巖的前提下完成施工，從而最大限度地減少對地面建筑物及地基內(nèi)埋設(shè)物的影響。二、盾構(gòu)法（一）盾構(gòu)法的主要技術(shù)特點(diǎn)對城市的正常功能及周圍環(huán)境的影響很小盾構(gòu)是根據(jù)隧道施工對象“度身定做”對施工精度的要求高盾構(gòu)施工是不可后退的二、盾構(gòu)法（二）盾構(gòu)法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)快速、優(yōu)質(zhì)、高效、安全、環(huán)保適宜于建造深埋隧道施工不影響航道，不受氣候的影響自動(dòng)化、信息化程度高二、盾構(gòu)法（二）盾構(gòu)法的優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)盾構(gòu)機(jī)械造價(jià)昂貴工藝復(fù)雜、系統(tǒng)工程協(xié)調(diào)復(fù)雜地表沉降風(fēng)險(xiǎn)大特別在飽和含水松軟的土層中，要采取嚴(yán)密的技術(shù)措施建造短隧道經(jīng)濟(jì)性差，小曲率半徑隧道或隧道埋深過淺時(shí)施工存在困難施工中的質(zhì)量缺陷問題尚未得到很好解決二、盾構(gòu)法（三）盾構(gòu)法的適用范圍1.考慮地質(zhì)條件及環(huán)境條件的適用性二、盾構(gòu)法（三）盾構(gòu)法的適用范圍2.考慮盾構(gòu)直徑的適用性大直徑盾構(gòu)直徑10m以上，多用于修建水底公路隧道和鐵路隧道或暗埋地鐵車站中直徑盾構(gòu)直徑6.3m左右，適用于修建地下鐵道的區(qū)間隧道。小直徑盾構(gòu)直徑3m左右，較多用于引水、排水、電纜、通信及其他市政公用設(shè)施綜合管道的建設(shè)。典型盾構(gòu)工法介紹03三、典型盾構(gòu)工法介紹（一）泥水盾構(gòu)工法新鮮泥漿泥水倉稠泥漿泥水分離處理站泥漿池送泥泵泥土混合排泥泵排土渣三、典型盾構(gòu)工法介紹（二）土壓平衡盾構(gòu)工法三、典型盾構(gòu)工法介紹（三）特種盾構(gòu)工法特種盾構(gòu)工法，也稱異形盾構(gòu)工法，是指釆用特種盾構(gòu)施工隧道的方法。所謂特種盾構(gòu)是指單圓盾構(gòu)以外的其他類盾構(gòu)。目前，特種盾構(gòu)工法主要有擴(kuò)徑盾構(gòu)工法、球體盾構(gòu)工法、多圓盾構(gòu)工法、H&V盾構(gòu)工法、變形斷面盾構(gòu)工法、偏心多軸盾構(gòu)工法、ECL盾構(gòu)工法等。小結(jié)SUMMARY隧道施工方法盾構(gòu)法概念、技術(shù)特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)、適應(yīng)范圍典型盾構(gòu)工法思考THINKING盾構(gòu)法施工的“三大要素”是什么？它們是如何協(xié)同工作的？與明挖法相比，盾構(gòu)法在城市中心區(qū)施工時(shí)有哪些核心優(yōu)勢？某工程需穿越一條寬江河流，河床下方為富含承壓水的砂卵石層。請問應(yīng)優(yōu)先考慮哪種盾構(gòu)工法？為什么？《盾構(gòu)施工技術(shù)》4.盾構(gòu)機(jī)的“家族圖譜”?土壓還是泥水？如何為地層選擇對的“盾構(gòu)君”目錄CONTENTS01盾構(gòu)機(jī)分類02土壓平衡盾構(gòu)03泥石平衡盾構(gòu)04選型實(shí)戰(zhàn)??盾構(gòu)的分類01一、盾構(gòu)的分類一、按斷面形狀分類橢圓形矩形類矩形馬蹄形半圓形雙圓三圓單圓盾構(gòu)異型盾構(gòu)復(fù)圓盾構(gòu)（多圓盾構(gòu)）非圓盾構(gòu)單圓盾構(gòu)雙圓盾構(gòu)三圓盾構(gòu)矩形盾構(gòu)類矩形盾構(gòu)馬蹄形盾構(gòu)一、盾構(gòu)的分類二、按直徑分類日本造船公司17.45m超大直徑土壓平衡盾構(gòu)微型盾構(gòu)：直徑0.2~2m小型盾構(gòu)：直徑2~4.2m，較多用于飲水、排水、電纜、通信及其它市政公用設(shè)施綜合管道項(xiàng)目。中型盾構(gòu)：直徑4.2~7m，廣泛應(yīng)用與地鐵隧道工程中。大型盾構(gòu)：直徑7~12m，較多用于水底公路隧道及鐵路隧道。超大型盾構(gòu)：直徑12m以上盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展方向：超大和微小型化一、盾構(gòu)的分類三、按支護(hù)地層的分類一、盾構(gòu)的分類三、按支護(hù)地層的分類核心問題：如何穩(wěn)定開挖面？一、盾構(gòu)的分類四、按開挖面與作業(yè)室之間隔板的構(gòu)造分類已被淘汰土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理02二、土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理一、概念土壓平衡（EarthPressureBalance）盾構(gòu)，簡稱EPB盾構(gòu)，是由刀盤開挖工作面的土壤，在土艙中以渣土為主要介質(zhì)平衡隧道開挖面地層壓力，通過螺旋輸送機(jī)出渣的壓力平衡式盾構(gòu)。二、土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理二、工作原理1.刀盤切削土體；2.土體進(jìn)入土倉，與注入的泡沫混合；3.螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)，控制出土量；4.土倉內(nèi)壓力傳感器顯示壓力值穩(wěn)定。二、土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理三、適用范圍及特點(diǎn)適用范圍主要特點(diǎn)粘土、粉質(zhì)黏土、淤泥等細(xì)粒（粒徑?≤?1.5?mm）軟土層；通過加水、膨潤土、聚合物等改良后可適用于粒徑?≈?1.5?mm?以上的細(xì)?；虿糠稚巴翆舆m合城市地鐵、地下綜合管廊、城市排水隧道等對占地、設(shè)備成本要求較高的中小直徑工程采用渣土（原狀土）在土艙內(nèi)形成“土塞”，利用土體自身壓力平衡開挖面，控制地表沉降設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單，施工現(xiàn)場占地小，造價(jià)低，掘進(jìn)速度快采用螺旋輸送機(jī)直接將渣土運(yùn)至地面，排土方式較為間歇，施工空間占用大，刀盤扭矩大、刀具磨損相對較快對高水壓或高滲透性地層適應(yīng)性差，需進(jìn)行土壤改良或加壓泵提升土艙壓力地表沉降控制精度一般，適用于對沉降要求不極高的項(xiàng)目泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理03三、泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理一、概念泥水盾構(gòu)也稱泥水加壓平衡盾構(gòu)（SlurryPressureBalanceShield），簡稱SPB盾構(gòu)。泥水盾構(gòu)是在機(jī)械式盾構(gòu)的前部設(shè)置隔板，裝備刀盤及輸送泥漿的送排泥管和推進(jìn)盾構(gòu)的推進(jìn)油缸，在地面上還配有泥水處理設(shè)備。三、泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理二、工作原理新鮮泥漿泥水倉稠泥漿泥水分離處理站泥漿池送泥泵泥土混合排泥泵排土渣泥漿從進(jìn)漿管泵入泥水艙；泥漿在開挖面形成“泥膜”；渣土與泥漿混合；混合液通過排漿管被抽到地面；泥水分離系統(tǒng)工作。三、泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理三、適用范圍及特點(diǎn)適用范圍主要特點(diǎn)軟弱的淤泥質(zhì)土層、松散砂土層、砂礫層、卵石層以及硬土?軟土互層粒徑范圍寬廣（0.01?mm?~?80?mm），尤其適用于含水量大、地下水壓力?>?0.3?MPa的高水壓地層，如水下隧道、河道穿越等適用于大直徑（≥?1?m）或長距離、轉(zhuǎn)彎半徑小的盾構(gòu)工程通過向土艙注入配比泥漿形成“泥膜”，利用泥漿加壓實(shí)現(xiàn)開挖面與外部水土壓力平衡，壓力控制精準(zhǔn)，地表沉降極小泥漿循環(huán)系統(tǒng)使排土連續(xù)、效率高，泥漿在地面進(jìn)行分離處理后再循環(huán)使用設(shè)備成本高、現(xiàn)場需建設(shè)泥漿處理場，占地大，施工噪聲、振動(dòng)及渣土運(yùn)輸對環(huán)境影響相對較大刀盤扭矩小、刀具磨損低，刀具壽命長，適合大直徑、長距離掘進(jìn)對高水壓、含水量大的地層適應(yīng)性強(qiáng)，幾乎可覆蓋所有土層（經(jīng)改良后）三、泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理維度土壓平衡盾構(gòu)（EPB）泥水平衡盾構(gòu)（泥水盾構(gòu)）核心原理依靠原土體在密封土艙內(nèi)產(chǎn)生的被動(dòng)土壓平衡開挖面通過高濃度泥漿形成泥膜，加壓平衡開挖面適用地層細(xì)粒軟土（黏土、粉質(zhì)黏土、淤泥），改良后可處理細(xì)砂軟弱粘土、砂土、砂礫、卵石及高水壓層，粒徑≤?60?80?mm出土形態(tài)塊狀/堆積渣土，間歇式排出連續(xù)流動(dòng)泥漿，泵送至地面后分離循環(huán)場地要求占地小，僅需豎井、土艙、渣土堆放區(qū)占地大，需要泥漿處理站、管道系統(tǒng)、廢渣場優(yōu)勢成本低、現(xiàn)場占地少、設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單，適合城市中心工程對高水壓、滲透性強(qiáng)的地層適應(yīng)性強(qiáng)，沉降控制精度高，適合大直徑、長距離或跨水體工程局限對高水壓、滲透性強(qiáng)的層不友好，出土量控制精度一般設(shè)施投資大、現(xiàn)場占地大、泥漿處理對環(huán)境有更高要求土壓平衡盾構(gòu)與泥水平衡盾構(gòu)對比選型實(shí)戰(zhàn)如何選擇？04四、選型實(shí)戰(zhàn)如何選擇？根據(jù)這個(gè)繪制流程圖工程地質(zhì)條件判斷1：地下水豐富、壓力極高？是SPB否判斷2：地層以黏土/軟土為主？是EPB否判斷3：場地狹小、位于市區(qū)？是EPB否綜合評估四、選型實(shí)戰(zhàn)如何選擇？??小試牛刀：你會(huì)怎么選？?場景A上海地鐵某號(hào)線，淤泥質(zhì)黏土，水位較高，位于市區(qū)。場景B長江過江隧道，穿越富水砂卵石層，水壓高。場景C廣州地鐵，穿越上部為砂層、下部為殘積土的復(fù)合地層。小結(jié)SUMMARY盾構(gòu)分類（形狀、直徑、支護(hù)方式、隔板構(gòu)造）土壓平衡盾構(gòu)VS泥水平衡盾構(gòu)型工作原理出土形態(tài)適用地層土壓平衡（EPB）刀盤切削→土倉加壓→螺旋輸送機(jī)出土固態(tài)渣土黏土、粉質(zhì)黏土、軟土地層泥水平衡（SPB）泥漿支護(hù)→形成泥膜→排漿管排渣液態(tài)泥漿混合物高水壓、砂卵石、富水地層思考THINKING土壓平衡盾構(gòu)（EPB）的“土壓平衡”是如何實(shí)現(xiàn)的？其出土形態(tài)與泥水盾構(gòu)有何本質(zhì)區(qū)別？某工程需穿越長江口，主要為流塑性高的淤泥質(zhì)黏土層，但地下水壓力巨大。請問應(yīng)優(yōu)先選擇土壓平衡盾構(gòu)還是泥水平衡盾構(gòu)？請簡述你的理由。是否存在一種能同時(shí)兼顧土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的盾構(gòu)機(jī)？如果能，它可能需要什么樣的設(shè)計(jì)《盾構(gòu)施工技術(shù)》5.泥水平衡盾構(gòu)核心原理揭秘“以柔克剛”的智慧??目錄CONTENTS01核心思路：從“對抗”到“隔離”??02神秘盾牌：“泥膜”的形成奧秘??03生命循環(huán)：泥漿系統(tǒng)的運(yùn)作??從“對抗”到“隔離”??01一、從“對抗”到“隔離”????EPB：直接對抗vsSlurry：柔性隔離?土壓平衡盾構(gòu)直接對抗泥水平衡盾構(gòu)柔性隔離“泥膜”的形成奧秘??02二、“泥膜”的形成奧秘??一、核心部件：泥水艙視頻展示2：18——2：24二、“泥膜”的形成奧秘??二、關(guān)鍵環(huán)節(jié)：泥膜的形成——?jiǎng)討B(tài)“掛毯”?視頻展示2：28——3:14泥漿在壓力作用下沖向開挖面；泥漿中的細(xì)小顆粒（黏土）在壓力篩選作用下，在土層表面的孔隙上“掛毯”般形成一層致密的薄膜；這層薄膜最終密封了整個(gè)開挖面。二、“泥膜”的形成奧秘??三、壓力的平衡??泥漿壓力>地下水壓力??，泥膜形成并保持穩(wěn)定。??泥漿壓力≈水土壓力??，泥膜將這個(gè)壓力牢牢頂住開挖面，使其穩(wěn)如泰山。生命循環(huán)：泥漿系統(tǒng)的運(yùn)作??03三、生命循環(huán)：泥漿系統(tǒng)的運(yùn)作??三大路徑：??進(jìn)漿路徑（紅色）：??地面泥水站

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進(jìn)漿泵

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進(jìn)漿管道

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泥水艙。????排漿路徑（藍(lán)色）：??泥水艙（含渣土）

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排漿管道

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排漿泵

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地面泥水分離站。??處理回路（綠色）：

泥水分離站（分離渣土）

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調(diào)整泥漿性能

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回到進(jìn)漿泵。視頻展示2:16——4:05全流程動(dòng)畫演示小結(jié)SUMMARY特征土壓平衡盾構(gòu)(EPB)泥水平衡盾構(gòu)(Slurry)??平衡介質(zhì)??改良后的渣土（塑性體）泥漿??核心機(jī)理????直接支撐??：用渣土直接頂住開挖面??間接密封??：通過泥膜傳遞壓力??關(guān)鍵結(jié)構(gòu)??土倉、螺旋輸送機(jī)泥水艙、泥漿循環(huán)系統(tǒng)??哲學(xué)思想????“剛性對抗”????“柔性隔離”?思考THINKING泥水平衡盾構(gòu)中的“泥膜”是如何形成的？