1、盾構(gòu)法施工,第三部分,地下工程系 劉 勇,從它的定義可以看出：盾構(gòu)施工法由穩(wěn)定開挖面、盾構(gòu)機挖掘和襯砌三大部分組成。 在鬧市區(qū)或軟弱地層中，盾構(gòu)法是修建地鐵的主要施工方法之一。 使用的主要機械就是盾構(gòu)機。,一,盾構(gòu)法施工概念,（一）什么是盾構(gòu)法施工？,“使用盾構(gòu)機在地下掘進，在護盾的保護下，在機內(nèi)安全的進行開挖和襯砌作業(yè)，從而構(gòu)筑成隧道的施工方法”。,一,盾構(gòu)法施工概念,（一）什么是盾構(gòu)法施工？,雙護盾盾構(gòu)機,單護盾盾構(gòu)機,一,盾構(gòu)法施工概念,（二）盾構(gòu)法的發(fā)展, 1825年到1843年英國首次采用盾構(gòu)法修建了一條河底隧道。 早期盾構(gòu)法是手掘式或機械開挖式盾構(gòu)機用壓氣方法保證開挖面穩(wěn)定。 在地

2、下水較豐富的地區(qū)，用注漿法進行止漏，而對軟弱地層，則采用掌子面封閉式施工。 現(xiàn)在常用的是泥水平衡式和土壓平衡式兩種盾構(gòu)機。將維持掌子面穩(wěn)定和開挖融為一體，不需要輔助施工措施，能適應(yīng)地質(zhì)較廣的變化。,一,盾構(gòu)法施工概念,（二）盾構(gòu)法的發(fā)展,盾構(gòu)法應(yīng)用范圍不斷擴大 盾構(gòu)機斷面通常是圓形，但各種斷面形式（多圓盾構(gòu)、橢圓形、矩形）和具有特殊功能的盾構(gòu)機械(急轉(zhuǎn)變盾構(gòu)、擴大盾構(gòu)法、地下對接盾構(gòu)等)的相繼出現(xiàn)，盾構(gòu)法的應(yīng)用范圍也不斷的擴大。,一,盾構(gòu)法施工概念,（三）盾構(gòu)法施工的優(yōu)點,施工作業(yè)在地下進行，不影響地面交通； 采用機械開挖，減少了對附近居民的噪音和振動影響； 施工費用不受埋深的影響，有較高的技

3、術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性； 盾構(gòu)的推進、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進行，易于管理，施工人員較少； 穿越江、河、海時，不影響航運； 施工不受風雨等氣候條件影響； 隧道內(nèi)施工環(huán)境較好、安全性好，控制地表沉降的效果較好。,二,盾構(gòu)機,（一）盾構(gòu)機的種類,是指在機械開挖式盾構(gòu)機內(nèi)設(shè)置隔墻，進入刀盤與隔墻土倉的土體，由泥水壓力或土壓提供足以使開挖面保持穩(wěn)定的壓力。密封式盾構(gòu)機又分成局部氣壓式、土壓平衡式和泥水平衡式幾種。,二,盾構(gòu)機,（一）盾構(gòu)機種類-密封式盾構(gòu)機,在機械式盾構(gòu)支承環(huán)的前邊裝上隔板，使切口環(huán)成為一個密封艙，其中充滿壓縮空氣，達到疏干和穩(wěn)定開挖面土體的作用。,(1)局部氣壓式盾構(gòu),二,盾構(gòu)機,（一）

4、盾構(gòu)機種類-密封式盾構(gòu)機,(2) 土壓平衡式盾構(gòu) 前端是全斷面切削刀盤； 后面有貯留切削土體的密封艙； 在中心處或下方裝有長筒形的螺旋輸送機； 在密封艙和螺旋輸送機，以及在盾殼四周裝設(shè)的土壓傳感裝置； 還可裝設(shè)塑流化材料的注入設(shè)備改善切削土體流動性。,二,盾構(gòu)機,（一）盾構(gòu)機種類-密封式盾構(gòu)機,刀盤：用于切削土體，同時將切削下來的土體攪拌混合，以改善切削土體的流動性。 根據(jù)圍巖條件，切削刀盤可以是花板型的、輻條型的和礫石破碎型。在刀盤上裝有切削刀具。 根據(jù)盾構(gòu)直徑的大小，刀盤的主軸可以采用中空軸式、中間支承式和周邊支承式。,中空軸式中間支撐式周邊支撐式,刀盤主軸形式,二,盾構(gòu)機,（一）盾構(gòu)機種

5、類-密封式盾構(gòu)機-土壓平衡式盾構(gòu),盾構(gòu)機刀盤(花板型）,盾構(gòu)機刀盤(輻條型）,盾構(gòu)機刀盤(礫石破碎型）,盾構(gòu)機刀盤(輻條型）,標準刮刀,超挖刀,中心刀,滾刀,箭型刀,先行刀,周邊刀,密封艙：用于存貯被刀盤切削下來的土體，并加以攪拌使其成為不透水的，具有適當流動性的塑流體，使其能及時充滿密封艙和螺旋輸送機的全部空間，對開挖面實行密封，以維持開挖面的穩(wěn)定性，同時，也便于將其排出。,二,盾構(gòu)機,（一）盾構(gòu)機種類-密封式盾構(gòu)機-土壓平衡式盾構(gòu),螺旋輸送機：用來將密封艙內(nèi)的塑流狀土體排出盾構(gòu)外，并在排土過程中，利用螺旋葉片與土體間的摩擦和土體阻塞所產(chǎn)生的壓力損失，使螺旋輸送機排土口的泥土壓力降至一個大氣

6、壓力，使其不發(fā)生噴漏現(xiàn)象。,二,盾構(gòu)機,（一）盾構(gòu)機種類-密封式盾構(gòu)機-土壓平衡式盾構(gòu),螺旋輸送機的工作狀態(tài),塑流化材料注入器：用來向密封艙、刀盤和螺旋輸送機內(nèi)注入塑流化添加劑(泥漿材料、化學(xué)發(fā)泡劑兩類)。 碴土的塑流性常用螺旋輸送機的排土率K來定量判定：,二,盾構(gòu)機,（一）盾構(gòu)機種類-密封式盾構(gòu)機-土壓平衡式盾構(gòu),式中 Vs 螺旋輸送機每旋轉(zhuǎn)一周的排土體積； N 螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速； A 切削斷面積； V 推進速度。,塑流性良好；柔軟而富有流動性的渣土塑流性不好；0產(chǎn)生噴涌現(xiàn)象。,加注泡沫,土壓傳感器：用于測量密封艙和螺旋輸送機內(nèi)的土壓力，密封倉內(nèi)土壓力是判定開挖面是否穩(wěn)定的依據(jù)，螺旋輸送機內(nèi)

7、的土壓力用來判斷螺旋輸送機的排土狀態(tài)，如噴涌、固結(jié)、阻塞等。,二,盾構(gòu)機,（一）盾構(gòu)機種類-密封式盾構(gòu)機-土壓平衡式盾構(gòu),Qmin,二,盾構(gòu)機,（一）盾構(gòu)機種類-密封式盾構(gòu)機-土壓平衡式盾構(gòu),土壓平衡式盾構(gòu)維持開挖面穩(wěn)定的原理： 是依靠密封艙內(nèi)塑流狀土體作用在開挖面上的壓力(P) (它包括泥土自重產(chǎn)生的土壓力與盾構(gòu)推進過程中盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏?和盾構(gòu)前方地層的靜止土壓力與地下水壓力(F)相平衡。,控制盾構(gòu)推進過程中開挖面的穩(wěn)定，可以用以下兩種方法來實現(xiàn)： 一是控制螺旋輸送機排土量(調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速)； 二是調(diào)節(jié)盾構(gòu)千斤頂?shù)耐七M速度和螺旋輸送機轉(zhuǎn)速，直接控制密封艙內(nèi)的土壓力P。 不使開挖面產(chǎn)生影響的渣土

8、壓力P的波動范圍（即較合理的P值） 主動土壓力+地下水壓力P被動土壓力+地下水壓力 對于花板型刀盤，若刀盤面板開口率為x，刀盤上和密封艙內(nèi)的碴土壓力分別為P1和P2， 主動土壓力+地下水壓力P1(1-x)+ P2x被動土壓力地下水壓力,二,盾構(gòu)機,（一）盾構(gòu)機種類-密封式盾構(gòu)機-土壓平衡式盾構(gòu),二,盾構(gòu)機,（一）盾構(gòu)機種類-密封式盾構(gòu)機-土壓平衡式盾構(gòu),土壓平衡式盾構(gòu)適用條件： 從理論上講，通過注入塑流化添加劑和強力攪拌能將各種土質(zhì)改良成土壓平衡式盾構(gòu)工作所需的塑流體，故這種盾構(gòu)能適用于各種圍巖條件。 但在含水的砂層或礫砂層，尤其在高水壓的條件下，土壓平衡式盾構(gòu)在穩(wěn)定開挖面土體、防止和減少地面

9、沉降、避免土體移動和土體流失等方面都較難達到理想的控制。 進行地層改良后可采用泥水加壓式盾構(gòu)。,(3)泥水加壓式盾構(gòu) 泥水加壓式盾構(gòu)的總體構(gòu)造與土壓平衡式盾構(gòu)相似，僅支護開挖面方法和排碴方式有所不同。,二,盾構(gòu)機,（一）盾構(gòu)機種類-密封式盾構(gòu)機,支護開挖面方法：密封艙內(nèi)充滿特殊配制的壓力泥漿，刀盤(花板型)浸沒在泥漿中工作。通常是泥漿壓力和刀盤面板共同對開挖面支護，泥漿壓力主要是在掘進中起支護作用，刀盤面板主要是在停止掘進時起支護作用。 排碴方式：刀盤切削下的碴土在密封艙內(nèi)與泥漿混合后，用排泥泵及管道輸送至地面處理，處理后的泥漿再由供泥泵和管道送回盾構(gòu)重復(fù)使用。 所以，采用泥水加壓式盾構(gòu)時，還

10、需配備一套泥漿處理系統(tǒng)。,二,盾構(gòu)機,（一）盾構(gòu)機種類-密封式盾構(gòu)機-泥水加壓式盾構(gòu),泥水加壓式盾構(gòu)泥漿壓力控制方式分為直接控制型(日本型)和間接控制型(德國型) 。 直接控制型 盾構(gòu)的泥漿壓力控制由一套自動控制泥漿平衡的裝置來實現(xiàn)。,二,盾構(gòu)機,（一）盾構(gòu)機種類-密封式盾構(gòu)機-泥水加壓式盾構(gòu),間接控制型(德國型) 盾構(gòu)泥漿壓力控制由空氣和泥水雙重系統(tǒng)實現(xiàn)。,氣壓室內(nèi)的空氣壓力，根據(jù)開挖面需要的支護泥漿壓力而確定的。不論盾構(gòu)是否掘進或液面位置產(chǎn)生波動，空氣壓力可以通過空氣調(diào)節(jié)閥保持恒定。 在盾構(gòu)推進時，由于泥漿流失或盾構(gòu)推進速度變化，進、出泥漿量將會失去平衡，空氣和泥漿接觸面的位置就會發(fā)生上下

11、波動現(xiàn)象。通過液位傳感器，即可根據(jù)液位變化來控制供泥漿泵的轉(zhuǎn)速和流量，使液位恢復(fù)到設(shè)定位置，以保持開挖面支護壓力的穩(wěn)定。當液位達到最高極限位置時，供泥漿泵自動停止；當液位達到最低極限位置時，排泥漿泵則自動停止。,二,盾構(gòu)機,（一）盾構(gòu)機種類-密封式盾構(gòu)機-泥水加壓式盾構(gòu),刀盤,氣壓艙,泥水艙,P2,P4,P5,(二)盾構(gòu)的組成 從縱向可將盾構(gòu)分為：切口環(huán)、支承環(huán)和盾尾。 切口環(huán)：是盾構(gòu)的前導(dǎo)部分，在其內(nèi)部和前方可以設(shè)置各種類型的開挖和支撐地層的裝置； 支承環(huán)：是盾構(gòu)的主要承載結(jié)構(gòu)，沿其內(nèi)周邊均勻地安裝有推進盾構(gòu)前進的千斤頂，以及開挖機械的驅(qū)動裝置和排土裝置； 盾尾：主要是進行襯砌作業(yè)的場所，其

12、內(nèi)部設(shè)置襯砌拼裝機，尾部有盾尾密封刷、同步注漿管和盾尾密封油膏注入管等。,二,盾構(gòu)機,(三)盾構(gòu)尺寸 盾構(gòu)外徑:取決于管片襯砌外徑、保證管片拼裝方便的裕量、曲線施工以及修正盾構(gòu)蛇行時的間隙量、盾尾殼體的厚度等因素，一般可用下式計算：,D盾構(gòu)外徑； D0管片襯砌外徑； t盾尾殼體的厚度，一般取3040mm； x盾尾間隙，x=x1+x2；x1為拼裝管片方便的裕量，一般在2040mm；x2曲線施工和修正盾構(gòu)蛇行所需的間隙。,二,盾構(gòu)機,L盾尾覆蓋的襯砌長度；R曲線半徑；,盾構(gòu)長度:應(yīng)根據(jù)圍巖條件、隧道平面形狀、開挖方法、運轉(zhuǎn)操作、襯砌型式等條件確定，一般按下式計算：,lH切口環(huán)長度，取決于刀盤和刀盤

13、支承型式； lC支承環(huán)長度，取決于盾構(gòu)千斤頂?shù)臎_程長，即每環(huán)管片的寬度； lr盾尾長度，取決于盾尾需要覆蓋幾環(huán)管片，一般為1.52.5環(huán)。,二,盾構(gòu)機,(一)選型依據(jù),三,盾構(gòu)機機型選擇,(1)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件 隧道沿線地層圍巖分級、各級圍巖的工程特性、不良地質(zhì)現(xiàn)象和地層中含瓦斯狀況； 地下水位，穿越透水層和含水砂礫透鏡體的水壓力、圍巖的滲透系數(shù)以及地層在動水壓力作用下的流動性。,(一)選型依據(jù),三,盾構(gòu)機機型選擇,(2)地層的參數(shù) 地層固有特性的參數(shù)：顆粒級配、最大土粒粒徑、液限WL、塑限WP、塑性指數(shù)IP(IP=WL-WP)； 地層狀態(tài)的參數(shù)：含水量W、飽和度Sr、液性指數(shù)、孔隙比e

14、、滲透系數(shù)K、濕土容重。 地層強度和變形特性的參數(shù)：不排水抗剪強度Su、粘結(jié)力C、內(nèi)摩擦角、準貫入度N、壓縮系數(shù)、壓縮模量Es；對于巖層則有：無側(cè)限抗壓強度、RQD值等。,(一)選型依據(jù),三,盾構(gòu)機機型選擇,(3)地面環(huán)境、地面和地下建(構(gòu))筑物對地面沉降的敏感度； (4)隧道尺寸：長度、直徑、永久襯砌的厚度； (5)工期； (6)造價； (7)經(jīng)驗：承包商的經(jīng)驗、有無同類工程的經(jīng)驗。,(二)選型方法,三,盾構(gòu)機機型選擇,在綜合分析比較的基礎(chǔ)上，從技術(shù)角度來探討最適宜的盾構(gòu)型式，最終的選擇仍取決于經(jīng)濟和企業(yè)的施工能力。,四,盾構(gòu)法施工,（一）盾構(gòu)法施工的主要步驟,(1)在盾構(gòu)法隧道的起始端和終

15、端各建一個工作豎井； (2)盾構(gòu)機在始發(fā)井內(nèi)安裝就位； (3)依靠盾構(gòu)千斤頂推力將盾構(gòu)從始發(fā)井的墻壁開孔處（封門）推出。 (4)盾構(gòu)在地層中沿隧道設(shè)計軸線推進，同時不斷出土和安裝襯砌管片；視頻1 視頻2 (5)及時向襯砌背后的空隙注漿，防止地層移動和固定襯砌環(huán)的位置；視頻3 視頻4 (6)盾構(gòu)進入到達井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推進。,盾構(gòu)機安裝示意圖,出洞前破除洞門,四,盾構(gòu)法施工,（二）盾構(gòu)的始發(fā)和到達,1、始發(fā)井和接收井,盾構(gòu)工作豎井宜設(shè)置在靠近車站的端頭處，其結(jié)構(gòu)形式根據(jù)地質(zhì)環(huán)境條件，可選用地下連續(xù)墻、支護樁及沉井等,盾構(gòu)拼裝井剖面圖,盾構(gòu)拼裝井平面圖,四,盾構(gòu)法施工,

16、（二）盾構(gòu)的始發(fā)和到達,1、始發(fā)井和接收井,始發(fā)工作井的長度應(yīng)大于盾構(gòu)主機長度3m，寬度應(yīng)大于盾構(gòu)直徑3m； 接收工作井的平面內(nèi)凈尺寸應(yīng)滿足盾構(gòu)接收、解體或整體移位的要求；接收工作井寬應(yīng)大于盾構(gòu)直徑1.5m，工作井的長度應(yīng)大于盾構(gòu)主機長度2.0m 始發(fā)、接收工作井的井底板宜低于進、出洞洞門底標高700mm,四,盾構(gòu)法施工,（二）盾構(gòu)的始發(fā)和到達,1、始發(fā)井和接收井,工作井預(yù)留洞門直徑,H洞門井壁厚度(m) 隧道軸線與洞門軸線的夾角()(采取平面或縱坡夾角的值)； D盾構(gòu)的外徑(m)； e設(shè)計規(guī)定的始發(fā)或接收工作井預(yù)留口直徑大于盾 構(gòu)外徑的差值(m)(通常始發(fā)工作井為0.10m，接收工作井為0.

17、20m) ； s測量誤差(m)(通常為0.10m) ； g盾構(gòu)基座安裝高程誤差(m)(通常為0.05m)。,四,盾構(gòu)法施工,（二）盾構(gòu)的始發(fā)和到達,(1) 封門類型,鋼筋混凝土封門 鋼板樁封門 預(yù)埋H型鋼封門,四,盾構(gòu)法施工,（二）盾構(gòu)的始發(fā)和到達,(2) 盾構(gòu)拼裝,進發(fā)座臺,四,盾構(gòu)法施工,（二）盾構(gòu)的始發(fā)和到達,(2) 盾構(gòu)拼裝,反力座,四,盾構(gòu)法施工,（二）盾構(gòu)的始發(fā)和到達,(2) 盾構(gòu)拼裝,進發(fā)入口密封墊圈,由于洞圈與盾構(gòu)外徑有一定的間隙，為了防止盾構(gòu)出洞時及施工期間土體及漿液從該間隙中流失，在洞圈周圍安裝由橡膠簾布、扇形壓板等組成的密封裝置。,四,盾構(gòu)法施工,（二）盾構(gòu)的始發(fā)和到達,

18、(2) 盾構(gòu)拼裝,進發(fā)入口密封墊圈,四,盾構(gòu)法施工,臨時拼裝管環(huán),四,盾構(gòu)法施工,（二）盾構(gòu)的始發(fā)和到達,(2) 盾構(gòu)拼裝,進發(fā)座臺 反力座 進發(fā)入口密封墊圈 臨時拼裝管環(huán),四,盾構(gòu)法施工,（二）盾構(gòu)的始發(fā)和到達,(3) 洞口地層加固,四,盾構(gòu)法施工,（二）盾構(gòu)的始發(fā)和到達,(3) 洞口地層加固,四,盾構(gòu)法施工,（二）盾構(gòu)的始發(fā)和到達,(3) 洞口地層加固,四,盾構(gòu)法施工,（二）盾構(gòu)的始發(fā)和到達,(4) 破除洞門,四,盾構(gòu)法施工,（二）盾構(gòu)的始發(fā)和到達,(5)盾構(gòu)出洞施工中應(yīng)注意事項,盾構(gòu)偏轉(zhuǎn),盾構(gòu)機在始發(fā)時，切口進入加固區(qū)，土體比較硬，因盾構(gòu)機沒有完全進入土體，盾構(gòu)機殼體在發(fā)射架上，殼體外表

19、面沒有土壓力，只存在盾構(gòu)機的自重，刀盤在旋轉(zhuǎn)切削土體時所產(chǎn)生的扭力大于盾構(gòu)機在發(fā)射架上得的導(dǎo)軌摩阻力，所以會產(chǎn)生盾構(gòu)機旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。,四,盾構(gòu)法施工,(1)注意事項 盾構(gòu)機切口進入加固區(qū)時，刀盤切削轉(zhuǎn)速和掘進速度要控制在較低的速度范圍內(nèi)，要均勻掘進，不能過快 盾構(gòu)機操控手要控制好盾構(gòu)機旋轉(zhuǎn)角度，一般不能大于5。 盾構(gòu)機安裝千斤頂時，要求千斤頂水平直線與盾構(gòu)機軸線平行。 (2)預(yù)防措施 盾構(gòu)機在托架導(dǎo)軌上期間，通過加裝臨時固定擋塊控制盾構(gòu)機的旋轉(zhuǎn)。 根據(jù)掘進參數(shù)，判斷并調(diào)整千斤頂水平軸線與盾構(gòu)機水平軸線的角度，預(yù)防盾構(gòu)機旋轉(zhuǎn)。,四,盾構(gòu)法施工,盾構(gòu)機磕頭與上浮現(xiàn)象的預(yù)防與控制,(1)盾構(gòu)機磕頭原因

20、 盾構(gòu)機在掘進過程中，正面土體超挖、千斤頂編組不合適以及掘進過程中糾偏量過大都會造成盾構(gòu)機磕頭。 (2)預(yù)防措施 控制好泥水倉壓力平衡及各種技術(shù)參數(shù)，防止超挖。 糾偏量一般控制在lcm3cm左右，防止正面土體過大擾動。 盾構(gòu)機穿越不同土層時，合理調(diào)整千斤頂編組。 掘進過程中，如因土層突變或遇到障礙物導(dǎo)致盾構(gòu)機磕頭時，應(yīng)立即停止掘進，找出原因處理好后再進行掘進。 發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機磕頭現(xiàn)象時，及時調(diào)整千斤頂編組，減少出土量，增加正面土體的密實度。,四,盾構(gòu)法施工,推進軸線偏離的預(yù)防,(1)安裝始發(fā)托架的軸線控制 始發(fā)托架為鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制成品，盾構(gòu)機座安裝位置與設(shè)計軸線準確放樣，基座安裝時按照測量放樣的基線就

21、位。盡量控制在5mm以內(nèi)，為確保出洞的軸線，基座安裝時進行焊接與加固支撐，確保其剛度和強度。 盾構(gòu)機在托架上就位時，盾構(gòu)機的垂直中心軸線與設(shè)計軸線偏離一般控制在5mm，轉(zhuǎn)角一般不超過12度左右，但由于加工、測量，基座變形等因素，可能會與理想值有偏差。,四,盾構(gòu)法施工,推進軸線偏離的預(yù)防,盾構(gòu)機在發(fā)射架上向前空載推進時，要注意盾構(gòu)機內(nèi)左右千斤項的行程長短，防止盾構(gòu)機偏離設(shè)計軸線。 盾構(gòu)機在空載推進過程中，正面未建立阻力，千斤頂每只油缸的內(nèi)摩阻力由于大小不同而產(chǎn)生伸出速度快慢，要及時調(diào)整,四,盾構(gòu)法施工,(2)正負環(huán)管片過渡時的軸線控制 負環(huán)管片拼裝完成后，準備拼裝正環(huán)時，要調(diào)整好環(huán)面與圓環(huán)軸線，

22、同盾構(gòu)機軸線和設(shè)計軸線偏差在允許范圍內(nèi)，如發(fā)現(xiàn)偏差較大，采用軟木襯墊來調(diào)整，一般不超過34mm。 (3)加固區(qū)推進的軸線控制 盾構(gòu)機進入出洞加固區(qū)，推進速度要慢，通過測量及掘進報表的反映，盾構(gòu)姿態(tài)偏離設(shè)計軸線，要采用上下左右千斤頂?shù)木幗M后，產(chǎn)生的頂力差來糾偏，初始掘進階段，盾構(gòu)機姿態(tài)的好壞，直接影響進入正常推進階段的姿態(tài)控制。 盾構(gòu)機推出加固區(qū)后，進入原狀土層內(nèi)施工(加固區(qū)外延)，此時盾構(gòu)機開始進入正常推進階段，通過調(diào)整盾構(gòu)機千斤頂?shù)慕M合，可以調(diào)整千斤頂?shù)捻斄Ψ植迹瑢崿F(xiàn)盾構(gòu)機姿態(tài)的調(diào)整,四,盾構(gòu)法施工,(1)盾構(gòu)進洞前50環(huán)進行貫通測量，以確定盾構(gòu)機的實際位置和姿態(tài)。此后的掘進不允許有大的偏差

23、發(fā)生，逐漸按偏差方位調(diào)整姿態(tài)和位置，滿足盾構(gòu)進洞尺寸要求。這一調(diào)整應(yīng)在刀盤進入洞前加固土前完成，以避免盾構(gòu)進洞發(fā)生意外。 (2)盾構(gòu)機進井接收架的高低必須經(jīng)最后測定盾構(gòu)機的實際高低來調(diào)整。 (3)洞圈內(nèi)混凝土分六塊鑿除，洞門中心穿孔釋放應(yīng)力。盾構(gòu)機距井壁混凝土5米之后掘進中逐步降低正面土壓力，最后盾構(gòu)機頭部貼緊井壁時，正面土壓力降為零。為降低盾構(gòu)正面壓力對洞門墻體推力，可適當打開洞門中心釋放孔。 (4)在洞門混凝土分塊吊除后，盾構(gòu)機應(yīng)盡快連續(xù)推進。 (5)洞圈特殊環(huán)管片脫出盾尾后，將用弧形鋼板與其焊接成一個整體，并用水硬性漿液將管片和洞圈的間隙進行充填，以防止水土流失，保護周圍環(huán)境。,（6）盾

24、構(gòu)機到達與接收,四,盾構(gòu)法施工,（五）盾構(gòu)的推進,盾構(gòu)掘進由操作司機在中央控制室內(nèi)進行，由工地技術(shù)人員經(jīng)計算初設(shè)正面土壓力值。土壓力值根據(jù)隧道埋深、土層性質(zhì)和地面超載計算。設(shè)定值約為計算值的1.051.1倍。開始施工時，在盾構(gòu)機的正面及盾構(gòu)體的上下方設(shè)置土、水壓傳感器監(jiān)控平衡系統(tǒng)，在盾構(gòu)機前面安裝巖土勘探系統(tǒng)。打開出土閘門，依次開啟皮帶輸送機，螺旋機和刀盤，推進千斤頂，調(diào)整好各千斤頂工作油壓。此時刀盤切削土體，盾構(gòu)前進。,四,盾構(gòu)法施工,（五 )盾構(gòu)的推進,盾構(gòu)掘進注意事項 正確選擇推進千斤頂?shù)膫€數(shù)與配置，以確保所需的推力。使盾構(gòu)按設(shè)計的線路方向行走，并能進行必要的糾偏； 不得破壞開挖面的穩(wěn)定

25、。開挖后立即推進，或在開挖的同時進行推進。襯砌組裝完畢后，應(yīng)立即進行開挖或推進，盡量縮短開挖面的暴露時間； 不應(yīng)使襯砌等后方結(jié)構(gòu)受到損害。最好用全部千斤頂來產(chǎn)生所需推力。在曲線段、上下坡、修正蛇行等情況下，使用局部千斤頂時，要盡量多增加千斤頂?shù)氖褂门_數(shù)?？赡軗p壞結(jié)構(gòu)時，應(yīng)進行加固，或者采取措施。 盡量防止橫向、縱向和轉(zhuǎn)動偏差的發(fā)生。,四,盾構(gòu)法施工,(3)盾構(gòu)掘進施工管理 盾構(gòu)掘進管理的目的是在保持隧道線形和開挖面穩(wěn)定的同時，盡早進行尾隙處理，以防止圍巖松弛和下沉等。 掘進管理內(nèi)容可分為四大項：即開挖管理、線形管理、注漿管理、管片拼裝管理。,四,盾構(gòu)法施工,四,盾構(gòu)法施工,泥水盾構(gòu)掘進管理,四

26、,盾構(gòu)法施工,土壓盾構(gòu)掘進管理,四,盾構(gòu)法施工,掘進施工時的質(zhì)量通病及防治,(1)土壓平衡盾構(gòu)正面阻力過大,現(xiàn)象,掘進困難和地面隆起變形,原因,刀盤開口率小 地層變化 障礙物 千斤頂內(nèi)泄露 正面平衡壓力設(shè)置過大,四,盾構(gòu)法施工,掘進施工時的質(zhì)量通病及防治,(2)泥水加壓式盾構(gòu)正面阻力過大,現(xiàn)象,掘進困難和地面隆起變形,原因,泥水壓力過大 地層變化 障礙物 千斤頂內(nèi)泄露 開口率偏小,四,盾構(gòu)法施工,掘進施工時的質(zhì)量通病及防治,(3) 盾構(gòu)正面平衡壓力過量波動,現(xiàn)象,壓力波動異常，偏離理論值,原因,推進速度與螺旋機的旋轉(zhuǎn)速度不匹配 螺旋機堵塞 盾構(gòu)后退 土壓平衡控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障,盾構(gòu)操作室,司機操

27、作,盾構(gòu)機掘進,盾構(gòu)機掘進實況,進入正常掘進后，出土、進料的運輸將直接影響著掘進的速度。在左右線的掘進中，采取在隧道內(nèi)鋪設(shè)軌道（四軌三線）進行運輸，選用38kg/m鋼軌，在進行出土、進料運輸中，始終保持一列電瓶車停在洞內(nèi)道岔后的一側(cè)軌道線上，當從盾尾臺車門架下中線駛來的列車經(jīng)過洞內(nèi)道岔進入另一側(cè)軌道線后，等候的列車立即過岔進入盾尾臺車架下的中線進行裝碴、卸管片作業(yè)，盡量縮短兩列車之間的等候時間。 螺旋機將密封倉內(nèi)的土輸送到皮帶運輸機上，再由皮帶輸送至泥斗中，由電瓶車將泥斗車通過隧道內(nèi)鋼軌拖運至井口，泥斗由地面上的門吊吊運至井上，倒入地面渣土池中，夜間再裝車外運。,運輸與出土,運送管片,運送碴土

28、,皮帶輸送機上出土現(xiàn)況,土斗吊運現(xiàn)況,道岔,龍門吊,盾構(gòu)法修建的隧道襯砌有預(yù)制裝配式襯砌、雙層襯砌以及擠壓混凝土整體式襯砌三大類。,預(yù)制裝配式襯砌 預(yù)制裝配式襯砌是用工廠預(yù)制的構(gòu)件(稱為管片)，在盾構(gòu)尾部拼裝而成的。,按管片按材料可分為: 鋼筋混凝土管片：耐久性和耐壓性都比較好，剛度大 ，防水性能有保證；其缺點是重量大，抗拉強度較低，在脫模、運輸、拼裝過程中，容易將其角部碰壞。,（六）管片拼裝,模具清理,管片生產(chǎn)過程,混凝土澆筑,管片從模具內(nèi)吊出,抗壓檢測,拼裝試驗,管片存放,養(yǎng)護池內(nèi)養(yǎng)護,鋼管片：焊接性好，便于加工和維修，重量輕，便于施工；其缺點是剛度小、易變形，抗銹性差，價格較貴。,鑄鐵管

29、片：強度高，防水和防銹蝕性能好，易加工，剛度大；其缺點是價格較貴。,按管片螺栓手孔成型大小可分為: 箱形管片：因手孔較大而呈肋板形結(jié)構(gòu)。接頭螺栓的穿入和擰緊比較方便，節(jié)省了材料，單塊管片重量減輕，便于運輸和拼裝。但因截面削弱較多，在盾構(gòu)千斤頂推力作用下容易開裂。,平板型管片：因螺栓手孔較小或無手孔而呈曲板型結(jié)構(gòu)的管片。截面削弱較少或無削弱，故對千斤頂推力具有較大的抵抗力，對通風的阻力也較小。,箱形管片的縱向接縫(徑向接縫)和橫向接縫(環(huán)向接縫)一般都是平面狀的。 平板形管片的接縫除了可采用平面狀外，也有采用榫槽式接縫的。,襯砌環(huán)內(nèi)管片之間以及各襯砌環(huán)之間的連接方式，可分為： 柔性連接：允許相鄰

30、管片間產(chǎn)生微小的轉(zhuǎn)動和壓縮，使襯砌環(huán)能按內(nèi)力分布狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，以改善襯砌的受力狀態(tài)。 剛性連接：通過增加連接螺栓的排數(shù)，力圖在構(gòu)造上使接縫處的剛度與管片本身相同。,目前較為通用的是柔性連接，常用的有以下幾種形式： 單排螺栓連接：按螺栓形狀又可分為彎螺栓連接、直螺栓連接和斜螺栓連接三種。,銷釘連接：用銷釘連接的管片形狀簡單，截面無削弱，建成的隧道內(nèi)壁光滑平整。和螺栓連接相比既省力、省時，價格又低廉，連接效果也相當好。銷釘是埋在襯砌內(nèi)的，不能回收，故通常都是用塑料制成。 無連接件：在穩(wěn)定的不透水地層中，圓形襯砌的徑向接縫也可不用任何連接件連接。因管片沿隧道徑向呈一楔形體，外緣寬內(nèi)緣窄，在外部

31、壓力作用下，管片將相互擠緊，而形成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。,(2)雙層襯砌 為防止隧道滲水和襯砌腐蝕，修正隧道施工誤差，減少噪音和振動以及作為內(nèi)部裝飾，可以在裝配式襯砌內(nèi)部再做一層整體式混凝土或鋼筋混凝土內(nèi)襯。 (3)擠壓混凝土整體式襯砌 擠壓混凝土襯砌(Extrude Concrete Lining，簡稱ECL)就是隨著盾構(gòu)向前推進，用一套襯砌施工設(shè)備在盾尾同步灌注的混凝土或鋼筋混凝土整體式襯砌。,襯砌一次成型，內(nèi)表面光滑，襯砌背后無空隙，無需注漿，對控制地層移動特別有效。但因需要較多的施工設(shè)備，而且混凝土制備、配送、鋼筋骨架等工藝較為復(fù)雜，在滲漏性較大的土層中要達到防水要求尚有困難。 (4)盾構(gòu)法

32、施工時特殊地段的襯砌 曲線段的襯砌 在豎曲線和水平曲線地段上，需要在標準襯砌環(huán)之間插入一些楔形襯砌環(huán)，以保證隧道向所需的方向逐漸轉(zhuǎn)折。,楔形襯砌環(huán)的楔入量 ，即楔形襯砌環(huán)最大寬度與最小寬度之差，或楔入角 ，即楔入量與襯砌外徑D外之比， ，除應(yīng)根據(jù)曲線半徑、襯砌內(nèi)徑、管片寬度和在曲線段使用楔形襯砌環(huán)所占的百分比確定外，還要按盾尾間隙量進行校核。,曲線地段常用的方法是根據(jù)線路上的最小曲線半徑設(shè)計一種楔形環(huán)，然后用優(yōu)選的方法將標準環(huán)和楔形環(huán)進行排列組合，以擬合不同半徑的曲線段，并使線路擬合誤差，即隧道推進軸線與設(shè)計軸線的偏差，達到最小(10mm)。在進行排列組合時，楔形襯砌環(huán)與標準襯砌環(huán)的組合比最好

33、不要大于2:1。否則可以重新設(shè)計楔形襯砌環(huán)以滿足上述要求，或采用楔形墊板的方法。,所謂蛇形即盾構(gòu)在施工中，由于地質(zhì)條件變化或操作不當，使施工軸線或左或右地偏離軸線，其軌跡似蛇行的曲線。 區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道和中間泵站襯砌 渡線和折返線襯砌結(jié)構(gòu),3盾構(gòu)法修建的隧道構(gòu)造 橫截面內(nèi)輪廓和結(jié)構(gòu)尺寸擬訂 橫截面內(nèi)輪廓尺寸：采用盾構(gòu)法修建地下鐵道區(qū)間隧道，其橫截面的內(nèi)輪廓尺寸全線是同一的，按線路的最小曲線半徑進行確定。 管片厚度：襯砌管片厚度應(yīng)根據(jù)地層條件、隧道外徑D的大小、埋置深度、管片材料、隧道用途、施工工藝、受荷載情況以及襯砌所受的施工荷載(主要為盾構(gòu)千斤頂頂力)等因素計算確定，一般取(0.050.06)D

34、。,管片寬度：控制在10001500mm之間。 襯砌環(huán)的分塊 襯砌環(huán)的組成，一般有兩種方式。一種是由若干標準管片(A)、兩塊相鄰管片(B)和一塊封頂管片(K)組成。另一種是由若干塊A型管片、一塊B型管片和一塊K型管片構(gòu)成。,封頂塊的拼裝形式有徑向楔入和縱向插入兩種。 襯砌環(huán)的拼裝形式有錯縫和通縫兩種。,(b)錯縫,通常直徑D6m的地下鐵道區(qū)間隧道，襯砌環(huán)以分46塊為宜，D6m時，可分為68塊。 螺栓和注漿孔的配置 組裝管片用的螺栓分為縱向連接螺栓和環(huán)向連接螺栓兩種。 螺栓直徑一般為1636mm，螺栓孔直徑必須大于螺栓直徑48mm。 為了均勻地向襯砌背后進行回填注漿，管片上還應(yīng)設(shè)置一個以上的注漿

35、孔，注漿孔直徑一般由所用的注漿材料決定，通常其內(nèi)徑為50100mm左右。,區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計算,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算,接頭剛度和本體剛度一樣,考慮環(huán)向接頭剛度和縱向接頭剛度,接頭抗彎剛度為零,目前較通用的計算方法有3種： 自由變形彈性勻質(zhì)圓環(huán)法 處于軟弱地層和飽和軟粘土中的整體式圓形襯砌，或接頭剛度接近結(jié)構(gòu)本身剛度的裝配式襯砌均可采用本方法進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。,2. 區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計算,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算,假定： a地層不提供側(cè)向彈性抗力； b基底豎向反力按均勻分布考慮，并根據(jù)靜力平衡條件計算其量值； c結(jié)構(gòu)為彈性勻質(zhì)體。,2. 區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計算,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算,對于淺

36、埋隧道為簡化計算，可將拱背上的非勻布的豎向地層壓力近似地換算成勻布荷載：,式中 RH 襯砌計算半徑； G 拱背上地層壓力總值。,2. 區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計算,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算,于是，豎向勻布地層壓力即為：,2. 區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計算,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算,襯砌中各截面的彎矩M(內(nèi)緣受拉為正)和軸力N(受壓為正)如表所示。,2. 區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計算,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算,考慮側(cè)向水平彈性抗力法 處于能提供側(cè)向彈性抗力的地層，如硬黏土、砂性土中的整體式或裝配式圓形襯砌均可采用本方法進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。 在此方法中假定： a地層側(cè)向彈性抗力為水平方向作用，并呈三角形分布，上下零點在水平

37、直徑上下45處，最大值在水平直徑處，其余任一點的側(cè)向水平彈性抗力均為最大值的函數(shù)。,2. 區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計算,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算,2. 區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計算,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算,b基底豎向反力按勻布考慮，并根據(jù)靜力平衡條件計算其量值； c在裝配式襯砌中，若接頭剛度較小，則襯砌的整體剛度也將有所減弱，有助于充分發(fā)揮地層的承載力，改善結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。 接頭對剛度的影響： 按日本土木協(xié)會的盾構(gòu)用標準管片(1982)中規(guī)定，如為錯縫拼裝的平板型管片，其計算剛度?。?2. 區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計算,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算,式中 彎曲剛度有效率，上述文獻建議0.8； 管片的原有剛度。 根據(jù) 求得

38、襯砌中的內(nèi)力( 、 、 )，需按(1 ) 與 進行管片設(shè)計，按(1 ) 與 進行管片接頭連接件的設(shè)計，其中的 (彎矩增大系數(shù))取為0.3。 按本方法分析襯砌內(nèi)力時，襯砌環(huán)中各截面的彎矩和軸力僅需在上表所示的量值上疊加下表的值。,2. 區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計算,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算,引起的圓環(huán)內(nèi)力表,彈性地基梁法或彈性支承鏈桿法,2. 區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計算,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算,多鉸圓環(huán),2. 區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計算,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算,以隧道周圍圍巖狀況良好作為對象而采用的計算法，將管片接頭作為鉸結(jié)構(gòu)來計算。 多鉸環(huán)自身是個靜不定結(jié)構(gòu)，只有在隧道周圍的圍巖作用下才會成為靜定結(jié)構(gòu)。因此，

39、對作用于環(huán)的荷載分布以及圍巖地基抗力的評價極為重要。 由于以隧道周圍圍巖普遍具有抗力為基礎(chǔ)，需要注意其適用地基的局限性。,2. 區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計算,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算,同時考慮旋轉(zhuǎn)彈簧和剪切彈簧的圓環(huán),2. 區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計算,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算,將管片主截面模擬成圓弧梁或者直線梁、將管片接頭模擬成旋轉(zhuǎn)彈簧、將環(huán)接頭模擬成剪切彈簧，以評價接頭剛度的下降和交錯組裝的拼接效應(yīng)的計算法 。并且通過地基彈簧可以考慮結(jié)構(gòu)與地層的相互作用。 考慮問題比較全面，但確定接頭參數(shù)比較麻煩。 當將剪切彈簧和旋轉(zhuǎn)彈簧常數(shù)同時設(shè)定為零，則基本上與多鉸環(huán)模型法相同；當將旋轉(zhuǎn)彈簧常數(shù)設(shè)定為無限大時，則與剛

40、度均勻環(huán)的計算方法相同。,2. 區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計算,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算,由于國內(nèi)管片設(shè)計方法不系統(tǒng)性，對各種設(shè)計方法的適用范圍了解不深刻。因此，出現(xiàn)隨意套用現(xiàn)有的設(shè)計圖紙的現(xiàn)象，其結(jié)果是可能在某些地層中出現(xiàn)意想不到后果。 在以上設(shè)計方法中，慣用法沒有考慮接頭影響；修正慣用法考慮因管片接頭對整體剛度的降低，從而修正慣用法比慣用法更接近工程實際。 多鉸環(huán)法由于其剛度最小所計算的彎矩值偏小，而變形量偏大，因此需要較好的周圍圍巖提供地基抗力。 梁彈簧模型法因考慮的因素最為全面，從理論上來講，比修正慣用法更為先進，但參數(shù)的選取十分不易。,四,盾構(gòu)法施工,（六）管片拼裝,管片拼裝允許偏差為：高程和平面50mm；每環(huán)相鄰管片平整度4mm；縱向相鄰環(huán)環(huán)面平整度5mm；襯砌環(huán)直徑橢圓度5。,四,盾構(gòu)法施工,（四）管片拼裝,(1)管片拼裝準備 管片拼裝允許偏差為：高程和平面50mm；每環(huán)相鄰管片平整度4mm