1、盾構(gòu)施工技術(shù),主講人：顧惠斌,一 發(fā)展史：,最早是在1818年由英國(guó)工程師布魯諾爾(M.I , Brunel)發(fā)明的，他是從船的木板中，有一種蛀蟲鉆出孔道，并用它分泌的粘液加固洞穴得到啟發(fā)而研制出的，并于1825年開始用一個(gè)寬11.58m、高6.7m的矩形盾構(gòu)，在英國(guó)倫教的泰晤出河下面修建世界第一條水底隧道。施工中遇到泥水涌入隧道的極大困難，兩次被淹，直至1835年對(duì)后構(gòu)作了改良.用壓氣輔助施工，才于1843年完工。隧道全長(zhǎng)458m。,18881890年間用盾構(gòu)法在美國(guó)和加拿大間的圣克萊(St,Clair)河下建成了一條直徑為6.40 m，長(zhǎng)為1870m的薩爾尼亞(Sarnia)水底隧道，為盾

2、構(gòu)法修建隧道開拓了更為廣闊地發(fā)展前景。 20世紀(jì)初，盾構(gòu)法施工已在美、英、法、俄等國(guó)開始推廣，已用在水底公路隧道、地下鐵道、上下水道、電力、通訊煤氣等市政公用地下設(shè)施管道。 1932年原蘇聯(lián)開始用直徑為6.69.5m的盾構(gòu)先后在其斯科、列寧格勒、基輔等城市修建地下鐵道的區(qū)間隧道及車站。,1922年日本開始用盾構(gòu)法修筑國(guó)鐵奧羽線折渡隧道。 1953年?yáng)|北阜新煤礦用直徑2.6米手掘式盾構(gòu)修建疏水管道,盾構(gòu)機(jī)主要由殼體 推進(jìn)系統(tǒng) 拼裝系統(tǒng) 出土系統(tǒng)組成 設(shè)置盾構(gòu)外殼的目的是保護(hù)掘削、排土、推進(jìn)、施工襯砌等所有作業(yè)設(shè)備、裝置的安全，故整個(gè)外殼用鋼板制作，并用環(huán)形梁加固支承。 1 ，盾構(gòu)殼體從工作面開始

3、可分為切口環(huán)、支承環(huán)和盾尾三部分。,二 盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu),盾構(gòu)機(jī),盾構(gòu)機(jī),盾構(gòu)縱剖圖,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承地層的裝置 支承環(huán)：是盾構(gòu)的主要承載結(jié)構(gòu)，沿其內(nèi)周邊均勻地裝有推動(dòng)盾構(gòu)前進(jìn)的千斤頂，以及開挖機(jī)械的驅(qū)動(dòng)裝置和排土裝置 盾尾：是襯砌作業(yè)的場(chǎng)所，其內(nèi)部設(shè)置襯砌拼裝機(jī) 盾構(gòu)靈敏度：L/D，越小越靈敏,盾構(gòu)縱剖圖,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承地層的裝置 支承環(huán)：是盾構(gòu)的主要承載結(jié)構(gòu)，沿其內(nèi)周邊均勻地裝有推動(dòng)盾構(gòu)前進(jìn)的千斤頂，以及開挖機(jī)械的驅(qū)動(dòng)裝置和排土裝置 盾尾：是襯砌作業(yè)的場(chǎng)所，其內(nèi)部設(shè)置襯砌拼裝機(jī) 盾構(gòu)靈敏度

4、：L/D，越小越靈敏,公穿鐵箱涵頂進(jìn)施工,控制室,控制臺(tái),2， 盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng),(一)盾構(gòu)的推力 盾構(gòu)的前進(jìn)和方向調(diào)整是靠千斤頂推進(jìn)實(shí)現(xiàn)的。因此，要求盾構(gòu)千斤頂有足夠力可用以克服盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中所遇到的各種阻力。決定盾構(gòu)的推力主要有如下因素。 （1）盾構(gòu)殼體與土之間的摩擦力； （2）工作面推進(jìn)阻力； （3）推進(jìn)中切口插入土中的阻力； （4）管片與盾尾摩擦阻力等。 除了考慮以上因素外，還有轉(zhuǎn)向、糾偏、防偏轉(zhuǎn)的穩(wěn)定裝置，擋板等的阻力和后車架的牽引阻力等。 一般來(lái)說(shuō)，把考慮以上因素的計(jì)算值再乘以安全系數(shù)2所得的數(shù)值作為盾構(gòu)的推力。,螺旋輸送機(jī)出土,土箱運(yùn)土,井口土箱吊運(yùn),出土,出土,盾構(gòu)法 是使用所謂的

5、“盾構(gòu)”機(jī)械，在圍巖中推進(jìn)，一邊防止土砂的崩坍，一邊 在其內(nèi)部進(jìn)行開挖、襯砌作業(yè)修建隧道的方法。,三 盾構(gòu)法的主要優(yōu)缺點(diǎn),除豎井施工外，施工作業(yè)均在地下進(jìn)行，噪音、振動(dòng)引起的公害小，既不影響地面交通，又可減少對(duì)附近居民的噪音和振動(dòng)影響。 盾構(gòu)推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進(jìn)行，施工易于管理，施工人員也較少，勞動(dòng)強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高。 土方量外運(yùn)較少。 穿越河道時(shí)不影響航運(yùn)。,中日兩國(guó)盾構(gòu)隧道各項(xiàng)成本費(fèi)用構(gòu)成,施工不受風(fēng)雨等氣候條件影響。 隧道的施工費(fèi)用不受覆土量多少影響，適宜于建造覆土較深的隧道。在土質(zhì)差水位高的地方建設(shè)埋深較大的隧道，盾構(gòu)法有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。 當(dāng)隧道穿過(guò)河底或其他建筑

6、物時(shí)，不影響施工。 只要設(shè)法使盾構(gòu)的開挖面穩(wěn)定，則隧道越深、地基越差、土中影響施工的埋設(shè)物等越多，與明挖法相比，經(jīng)濟(jì)上、施工進(jìn)度上越有利。,當(dāng)隧道曲線半徑過(guò)小時(shí)，施工較為困難。 在陸地建造隧道時(shí)，如隧道覆土太淺，開挖面穩(wěn)定甚為困難，甚至不能施工，而在水下時(shí)，如覆土太淺則盾構(gòu)法施工不夠安全，要確保一定厚度的覆土。 豎井中長(zhǎng)期有噪聲和振動(dòng)，要有解決的措施。 盾構(gòu)施工中采用全氣壓方法以疏干和穩(wěn)定地層時(shí)，對(duì)勞動(dòng)保護(hù)要求較高，施工條件差。,盾構(gòu)法存在的不足,盾構(gòu)法隧道上方一定范圍內(nèi)的地表沉陷尚難完全防止，特別在飽和含水松軟的土層中，要采取嚴(yán)密的技術(shù)措施才能把沉陷限制在很小的限度內(nèi)，目前還不能完全防止以盾

7、構(gòu)正上方為中心土層的地表沉降。 在飽和含水地層中，盾構(gòu)法施工所用的拼裝襯砌，對(duì)達(dá)到整體結(jié)構(gòu)防水性的技術(shù)要求較高。,倫敦泰晤士河塔橋,倫敦泰晤士河塔橋,悉尼海港大橋,法國(guó)米洛高架橋,江陰大橋,南京長(zhǎng)江三橋,大勝關(guān)京滬高鐵大橋,大勝關(guān)京滬高鐵大橋,重慶江津長(zhǎng)江大橋,上海長(zhǎng)江大橋,上海長(zhǎng)江大橋,南京賽虹橋立交,上海天目路立交橋,盾構(gòu)隧道的斷面形狀一般為圓形，也可采用矩形、馬蹄形、橢圓形、雙圓形、多圓形等。圓形隧道最大直徑已達(dá)14.14m。,四 盾構(gòu)隧道斷面形狀,盾構(gòu)的分類方法較多，可按盾構(gòu)切削斷面的形狀；盾構(gòu)自身構(gòu)造的特征、尺寸的大小、功能；挖掘土體的方式；掘削面的擋土形式；穩(wěn)定掘削面的加壓方式；施

8、工方法；適用土質(zhì)的狀況等多種方式分類。,五 盾構(gòu)機(jī)的種類,盾構(gòu)機(jī)（Shield）,敞開式盾構(gòu),復(fù)合盾構(gòu),插刀盾構(gòu),網(wǎng)格式盾構(gòu),全氣壓盾構(gòu),半敞開式盾構(gòu),密閉式盾構(gòu),土壓平衡盾構(gòu),泥水平衡盾構(gòu),機(jī)械開挖盾構(gòu),手掘式盾構(gòu),（1）土壓平衡盾構(gòu),土壓平衡盾構(gòu),定義：土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)用開挖出的土料作為支撐開挖面 穩(wěn)定的介質(zhì)， 適用條件：土料具有良好的塑性變形，軟稠度，內(nèi)摩擦角小及滲透率小。 由于一般土壤不能完全滿足這些特性，所以要進(jìn)行改良。改良的方法通常為：加水，膨潤(rùn)土，粘土，聚合物和泡沫等， 根據(jù)土質(zhì)情況選用。通過(guò)這些改良措施，擴(kuò)大了土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍。,土壓平衡式盾構(gòu),土壓平衡盾構(gòu),土壓平衡

9、盾構(gòu)是把土料(必要時(shí)添加泡沫等對(duì)土壤進(jìn)行改良)作為穩(wěn)定開挖面的介質(zhì)，刀盤后隔板與開挖面之間形成泥土室，刀盤旋轉(zhuǎn)開挖使泥土料增加，再由螺旋輸料器旋轉(zhuǎn)將土料運(yùn)出，泥土室內(nèi)土壓可由刀盤旋轉(zhuǎn)開挖速度和螺旋輸出料器出土量(旋轉(zhuǎn)速度)進(jìn)行調(diào)節(jié)。它又可細(xì)分為削土加壓盾構(gòu)、加泥土壓盾構(gòu)和復(fù)合土壓盾構(gòu)。,4號(hào)線施工地面泡沫,地鐵十號(hào)線施工地面泡沫,土壓平衡式盾構(gòu),土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的主要部件土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的基本裝置是切削刀盤，開挖室以及螺旋輸送機(jī)等。,1切削刀盤 切割開挖面上的土壤和在開挖室內(nèi)攪拌使之變成可塑的泥土漿。切削刀盤前面一般布置有添加土壤改良劑料的灌注口，對(duì)開挖面上的土壤進(jìn)行改良處理。切削刀盤盤面有封閉

10、式和敞開式兩種。 封閉式切削刀盤是用于開挖面不穩(wěn)定的土層類型，這樣可以避免在開挖面有大量的土壤松動(dòng)。 缺點(diǎn)：是在開挖面上支撐壓力的分布不均勻。承壓隔板上測(cè)得的土壓值不一定就是真實(shí)值，它還和刀盤的位置和轉(zhuǎn)向有關(guān)。敞開式切削刀盤（敞開式星形設(shè)計(jì)），一般不會(huì)發(fā)生阻塞，此時(shí)開挖面支撐壓力分布均勻且送到螺旋輸送機(jī)上的土料流動(dòng)穩(wěn)定。 缺點(diǎn)：是由于缺乏機(jī)械支撐，進(jìn)入壓縮空氣下的開挖室的危險(xiǎn)較大。此外，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，在覆土淺時(shí)易造成沉降，穩(wěn)定性和刀盤的強(qiáng)度降低。,土壓平衡式盾構(gòu),2開挖室（密封艙） 切削刀盤與后面的承壓隔板之間所形成的一個(gè)空間。 用于存儲(chǔ)被刀盤削切下來(lái)的土體，并加以攪拌使其成為不透水的，具有適

11、當(dāng)流動(dòng)性的塑流體，使其能及時(shí)充滿密封艙和螺旋輸送機(jī)的全部空間，對(duì)開挖面進(jìn)行封閉，以維持開挖面的穩(wěn)定性，同時(shí)也便于將其排出。,土壓平衡式盾構(gòu),3 螺旋輸送機(jī) 功能：用來(lái)將密封艙內(nèi)的塑流狀土體排出盾構(gòu)外，并在排土過(guò)程中，利用螺旋槳葉片與土體間的摩擦和土體阻塞所產(chǎn)生的壓力損失，將螺旋輸送機(jī)排出口的泥土壓力降至一個(gè)大氣壓，使其不發(fā)生噴漏現(xiàn)象。 螺旋輸送機(jī)的圓柱形殼體有一段是可以伸縮的。它伸到開挖室內(nèi)部, 可以改善土料的供應(yīng)。由于存在摩擦，在殼體內(nèi)的土料不能旋轉(zhuǎn)，只能作軸向移動(dòng)。螺旋輸送機(jī)的安裝位置較低時(shí)更好用，因?yàn)橥亮鲜抢闷渥陨碇亓繅喝肼菪斔蜋C(jī)開口中的。當(dāng)螺旋輸送機(jī)位于中心時(shí)，必須將在開挖室下部的

12、土料向上壓送以克服重力作用。若螺旋輸送機(jī)位于更低的位置，使用壓縮空氣將開挖室內(nèi)的土料向低位壓送沒什么問(wèn)題，因此壓縮空氣氣室的位置越高越好。,土壓平衡式盾構(gòu),（2）復(fù)合型土壓平衡盾構(gòu),復(fù)合式盾構(gòu)機(jī),（3）泥水加壓盾構(gòu),泥水平衡盾構(gòu),泥水式盾構(gòu)機(jī)是通過(guò)加壓泥水或泥漿(通常為膨潤(rùn)土懸浮液)來(lái)穩(wěn)定開挖面，在機(jī)械式盾構(gòu)的刀盤的后側(cè)，其刀盤后面有一個(gè)密封隔板，把水、粘土及其添加劑混合制成的泥水，經(jīng)輸送管道壓入泥水倉(cāng)，待泥水充滿整個(gè)泥水倉(cāng)，并具有一定壓力，形成泥水壓力室，開挖土料與泥漿混合由泥漿泵輸送到洞外分離廠，經(jīng)分離后泥漿重復(fù)使用。通過(guò)泥水的加壓作用和壓力保持開挖工作面的穩(wěn)定。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)刀盤切削下

13、來(lái)的土砂經(jīng)攪拌裝置攪拌后形成高濃度泥水，用流體輸送方式送到地面泥水分離系統(tǒng)，將碴土、水分離后重新送回泥水倉(cāng)，這就是泥水加壓平衡式盾構(gòu)法的主要特征。因?yàn)槭悄嗨畨毫κ咕蛳髅娣€(wěn)定平衡的，故得名泥水加壓平衡盾構(gòu)，簡(jiǎn)稱泥水盾構(gòu)。,泥水盾構(gòu),67,泥漿制備與分離,廢棄漿液的處理,68,六 盾構(gòu)機(jī)選型的主要內(nèi)容,盾構(gòu)機(jī)基本類型的選擇 土壓盾構(gòu)、泥水盾構(gòu) 盾構(gòu)刀盤與刀具的選擇 幅條式刀盤、面板式刀盤 滾刀、切刀、先行刀、超挖刀 主要功能的配置 渣土改良、防沉淀沖刷 主要參數(shù)設(shè)計(jì) 扭矩、推力、排渣能力等等,69,環(huán)境因素：建構(gòu)筑物、場(chǎng)地環(huán)境、工程投資 作為控制地層變形能力評(píng)判，泥水盾構(gòu)優(yōu)于土壓盾構(gòu)；但是由于泥水

14、處理系統(tǒng)的需要，工作場(chǎng)地要求大。 從工程投資角度考慮，一般泥水盾構(gòu)施工的成本高于土壓盾構(gòu)的1520%；且泥水處理系統(tǒng)會(huì)造成噪音污染。,盾構(gòu)選型的地質(zhì)與環(huán)境適應(yīng)性,70,選型的原則： “掘得進(jìn)、排得出、穩(wěn)得住、耐得久” 地質(zhì)影響因素：軟土地層、巖石地層 一般來(lái)說(shuō)對(duì)于土層或淤泥質(zhì)地層，選擇土壓平衡盾構(gòu)；而富水砂層且環(huán)境敏感選擇泥水盾構(gòu)；對(duì)于巖石地層或復(fù)合地層選擇土壓盾構(gòu)； 主要因素有：地層的滲透系數(shù)、巖土層的顆粒分布與組份、巖石的強(qiáng)度、巖石的RQD指標(biāo)、地質(zhì)構(gòu)造。,盾構(gòu)選型的地質(zhì)與環(huán)境適應(yīng)性,71,盾構(gòu)及TBM是一種特殊的隧道專用設(shè)備，一般來(lái)講它是根據(jù)某一具體工程 “量體裁衣”設(shè)計(jì)的大型隧道施工機(jī)

15、械，集機(jī)、電、液、氣一體化，其靈活性較差，不具備通用性，因此在盾構(gòu)與TBM使用和選擇方面應(yīng)當(dāng)做到風(fēng)險(xiǎn)分析到位、科學(xué)論證充分。,七 盾構(gòu)和TBM特性機(jī)及差異,72,高科技性 盾構(gòu)涉及多學(xué)科、多理論，綜合交叉； 主要專業(yè)：土木、機(jī)械、電氣、液壓、測(cè)量、環(huán)控等；,動(dòng)畫來(lái)源于“863”計(jì)劃項(xiàng)目,73,小型盾構(gòu)約2000萬(wàn)元， 中型盾構(gòu)約4500萬(wàn)元，TBM約1.2億元 大型盾構(gòu)約1.4億元，TBM約23億元 超大型盾構(gòu)約3億多元。,高投入性,八 盾構(gòu)施工技術(shù),1、 施工工藝流程,盾構(gòu)工作井,豎井施工,在盾構(gòu)法隧道的起始端和終端各建一個(gè)工作井； 盾構(gòu)在起始端工作井內(nèi)安裝就位； 依靠盾構(gòu)千斤頂推力（作用在

16、新拼裝好的襯砌和工作井后壁上）將盾構(gòu)從起始工作井的壁墻開孔處推出； 盾構(gòu)在地層中沿著設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)，在推進(jìn)的同時(shí)不斷出土和安裝襯砌管片；,盾構(gòu)法施工步驟,及時(shí)地向襯砌背后的空隙注漿，防止地層移動(dòng)和固定襯砌環(huán)的位置； 盾構(gòu)進(jìn)入終端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推進(jìn)。,盾構(gòu)法施工步驟,刀盤吊運(yùn),(1)端頭加固,為了確保盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)時(shí)施工安全，確保地層穩(wěn)定，以防端頭地層發(fā)生坍塌或涌漏水等意外情況，根據(jù)各始發(fā)和到達(dá)端頭工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和端頭結(jié)構(gòu)等綜合分析與評(píng)價(jià)，決定是否對(duì)洞門端頭地層進(jìn)行加固處理。端頭加固有高壓旋噴樁、攪拌樁、靜壓注漿等多種形式。,2、施工工藝,(2)洞門破除,始發(fā)

17、前將車站洞門部位的端頭圍護(hù)樁進(jìn)行鑿除，采用油炮+人工施工作方式進(jìn)行鑿除，先沿洞四周鑿除采用油炮A部分，再用人工持風(fēng)鎬鑿除B部分。鑿除時(shí)圍護(hù)樁內(nèi)層鋼筋先不割除，待盾構(gòu)進(jìn)洞或出洞時(shí)再迅速割除。,2、施工工藝介紹,盾構(gòu)進(jìn)洞,(3)始發(fā)設(shè)施的安裝,始發(fā)托架的安裝,1)始發(fā)托架安裝 洞門鑿除完成之后，依據(jù)隧道設(shè)計(jì)軸線定出盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)的空間位置，然后反推出始發(fā)臺(tái)的空間位置。由于始發(fā)臺(tái)在盾構(gòu)始發(fā)時(shí)要承受縱向、橫向的推力以及約束盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)的扭矩。所以在盾構(gòu)始發(fā)之前，先對(duì)始發(fā)臺(tái)兩側(cè)進(jìn)行加固。,2)反力架安裝 在盾構(gòu)主機(jī)與后配套連接之前，開始進(jìn)行反力架的安裝。由于反力架為盾構(gòu)始發(fā)時(shí)提供反推力，在安裝反力架時(shí)，反力架

18、端面與始發(fā)臺(tái)水平軸垂直，以便盾構(gòu)軸線與隧道設(shè)計(jì)軸線保持平行。安裝時(shí)反力架與盾構(gòu)始發(fā)井結(jié)構(gòu)連接部位的間隙要墊實(shí)，以保證反力架腳板有足夠的抗壓強(qiáng)度 。,3)洞門密封及止水裝置的安裝 洞口密封采用右圖所示的折葉式密封壓板。其施工分兩步進(jìn)行施工，第一步在始發(fā)端墻施工過(guò)程中，做好始發(fā)洞門預(yù)埋件的埋設(shè)工作。在埋設(shè)過(guò)程中預(yù)埋件與端墻結(jié)構(gòu)鋼筋連接在一起。第二步在盾構(gòu)正式始發(fā)之前，清理完洞口的碴土后及時(shí)安裝洞口密封壓板及橡膠簾布板。,(4)負(fù)環(huán)管片安裝 按設(shè)計(jì)要求經(jīng)精確測(cè)量定位后，組裝反力架和負(fù)環(huán)管片，為盾構(gòu)推進(jìn)提供后座反力。反力架和負(fù)環(huán)管片的布置，靠近反力架的一環(huán)為基準(zhǔn)環(huán)，基準(zhǔn)環(huán)為鋼管片，其余負(fù)環(huán)管片為與隧道

19、管片相同的混凝土管片。為利于洞門施工，0環(huán)伸入洞內(nèi)0.40.8m，在洞門施工時(shí)再將這環(huán)管片鑿除，負(fù)環(huán)管片組裝采用錯(cuò)縫拼裝 。,負(fù)管片安裝,工作井施工,井下安裝盾構(gòu)（始發(fā)井）,盾構(gòu)推進(jìn)進(jìn)洞（接收井）,（5）盾構(gòu)掘進(jìn),1)試驗(yàn)段（始發(fā)段）掘進(jìn):盾構(gòu)始發(fā)井始發(fā)，始發(fā)掘進(jìn)長(zhǎng)度為80100米定義為試驗(yàn)段掘進(jìn)。 盾構(gòu)機(jī)與后續(xù)臺(tái)車的長(zhǎng)度（80m）； 始發(fā)井內(nèi)洞口處布置雙線道岔所需長(zhǎng)度； 管片與土體之間的摩擦力足以支撐盾構(gòu)機(jī)的正常掘進(jìn)； 的準(zhǔn)確性。,（5）盾構(gòu)掘進(jìn),2)盾構(gòu)正常段掘進(jìn):盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)范圍為除初始掘進(jìn)80m和、到達(dá)掘進(jìn)50m外的長(zhǎng)度。盾構(gòu)機(jī)在完成試驗(yàn)段掘進(jìn)后，對(duì)始發(fā)設(shè)施進(jìn)行必要的調(diào)整，為正常掘進(jìn)

20、準(zhǔn)備條件，調(diào)整工作包括：拆除負(fù)環(huán)管片、始發(fā)基座和反力架；在站內(nèi)鋪設(shè)雙線軌道；其他各種管線的延伸和連接。 盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)段根據(jù)隧道穿過(guò)不同的地層情況，選定不同的盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)模式如下： A、類圍巖及地表有建筑物的地段：地層自穩(wěn)性較差，盾構(gòu)機(jī)切削土體以刮刀為主，采用土壓平衡模式掘進(jìn)。刀盤緊貼開挖面，土倉(cāng)所設(shè)壓力與開挖面水土壓力相平衡，嚴(yán)格控制出土量。 B、類圍巖：巖石組織結(jié)構(gòu)已大部分破壞，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體破碎，遇水易崩解，地層有一定的自穩(wěn)性，采用半敞開掘進(jìn)模式掘進(jìn)，在土倉(cāng)內(nèi)注入高壓空氣，以穩(wěn)定掌子面土體和排水，并向開挖面注入泡沫等改良劑，改良切削土體的和易性和流塑性，防止在刀盤上和土倉(cāng)內(nèi)形成泥餅。

21、C、 、類圍巖：地層巖石組織結(jié)構(gòu)部分破壞，巖質(zhì)堅(jiān)硬，地層穩(wěn)定性較好，采用敞開掘進(jìn)模式掘進(jìn)，向掌子面注入泡沫或水，減少對(duì)滾刀的磨損。,客觀上在同一施工區(qū)間地層變化也比較突然，上下不均、球狀風(fēng)化體、孤石等不良地質(zhì)經(jīng)常存在，給盾構(gòu)的施工組織管理和掘進(jìn)技術(shù)帶來(lái)很大難度，在施工中需要采用較多的輔助工法并且經(jīng)常調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)甚至轉(zhuǎn)換掘進(jìn)模式以適應(yīng)變化的地層。 掘進(jìn)參數(shù)是指：土倉(cāng)壓力、刀盤推力及扭矩、刀盤轉(zhuǎn)速、螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速等一些通過(guò)盾構(gòu)機(jī)操作或PLC設(shè)置達(dá)到正常掘進(jìn)保證施工安全的技術(shù)指標(biāo)。,盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)參數(shù),土倉(cāng)壓力：是土壓平衡或泥水平衡掘進(jìn)中最能體現(xiàn)掌子面穩(wěn)定狀況的一項(xiàng)操作指標(biāo)，是利用刀盤的一系列操作（推力、

22、轉(zhuǎn)速及貫入度等）與螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速合理匹配來(lái)完成的一種動(dòng)態(tài)的平衡。其數(shù)據(jù)是通過(guò)土倉(cāng)壁上的土壓傳感器采集反饋的。一般以最上方的傳感器數(shù)據(jù)作為控制指標(biāo)，在實(shí)際土壓平衡模式操作過(guò)程中，土倉(cāng)壓力設(shè)置宜略高于掌子面的水土壓力（理論計(jì)算值）。,刀盤推力：是所有推進(jìn)千斤頂推力的總和，通過(guò)千斤頂?shù)墓ぷ饔蛪阂约巴七M(jìn)速度旋鈕來(lái)控制，但主要以前者控制為主。除了推力本身以外，在操作面板上能體現(xiàn)刀盤推力大小是否適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)有：貫入度、扭矩，甚至推進(jìn)速度在一定程度上也能反映推力的合理性。 刀盤扭矩：取決于主軸承直徑大小，在5號(hào)線使用的海瑞克6250復(fù)合盾構(gòu)機(jī)主軸承直徑2.6m，工作扭矩450t.m，最大脫困扭矩540t.m

23、。在PLC顯示屏上體現(xiàn)扭矩指標(biāo)的參數(shù)有扭矩和刀盤工作油壓，而且后者是最能體現(xiàn)刀盤的旋轉(zhuǎn)工況。,刀盤轉(zhuǎn)速與刀具的貫入度：是造成掌子面土體乃至更大范圍土體擾動(dòng)的最直接的參數(shù)。另外，在巖層中掘進(jìn)時(shí)，也是及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)的有效依據(jù)。 另外，還要指出的是：由于土壓平衡模式實(shí)際上是一種通過(guò)螺旋機(jī)的旋轉(zhuǎn)出土形成的動(dòng)態(tài)平衡，所以在實(shí)際操作作程中螺旋機(jī)的轉(zhuǎn)速和壓力也要引起足夠重視，同時(shí)在掘進(jìn)過(guò)程中需要根據(jù)具體的監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行調(diào)整的還有同步注漿量和注漿壓力。,盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)操作,管片洞內(nèi)運(yùn)輸,管片拼裝,（5）盾構(gòu)掘進(jìn),3)到達(dá)段掘進(jìn):在盾構(gòu)機(jī)距離端頭墻50m時(shí)，即進(jìn)入到達(dá)掘進(jìn)階段，在此階段，增加測(cè)量次數(shù)，不斷校準(zhǔn)盾構(gòu)機(jī)

24、掘進(jìn)方向，確保盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向的準(zhǔn)確性。盾構(gòu)到達(dá)時(shí)由于正面土體壓力降低，千斤頂推力逐漸減小及盾尾密封刷與管片之間的摩擦，將管片帶動(dòng)使管片之間的縱縫變大。為保證已安裝的管片環(huán)與環(huán)之間連接緊密，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)掘進(jìn)階段時(shí)，及時(shí)緊固螺栓，并在管片環(huán)間加型鋼將管片拉緊，用角鋼固定。,南京地鐵三號(hào)線施工影響頤和南園小區(qū),南京地鐵三號(hào)線施工影響頤和南園小區(qū),南京地鐵三號(hào)線施工影響頤和南園小區(qū),南京地鐵三號(hào)線施工影響頤和南園小區(qū),南京地鐵三號(hào)線施工影響頤和南園小區(qū),(6)管片安裝 1）管片在預(yù)制工廠通過(guò)質(zhì)檢后，由專門的平板運(yùn)輸車將其運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)存放，在施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地粘貼三元乙丙防水橡膠條并編號(hào)。管片由龍門吊吊入

25、井下。洞內(nèi)采用二節(jié)專用平車運(yùn)輸管片，每節(jié)平車可裝運(yùn)3片。安裝采用能夠左右旋轉(zhuǎn)220全自動(dòng)安裝機(jī)。拼裝形式采用錯(cuò)縫拼裝，當(dāng)盾構(gòu)向前推進(jìn)一環(huán)管片長(zhǎng)度1.5m時(shí)，即可安裝一環(huán)管片。管片安裝前先進(jìn)行防水處理，并將管片、連接件備齊，盾尾雜物清理干凈，檢查管片拼裝機(jī)的舉重臂等設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常后方可進(jìn)行管片安裝。管片安裝順序先就位底部管片，再自下而上左右交叉安裝，每環(huán)相鄰管片控制環(huán)面平整度和封口尺寸，最后插入封頂管片成環(huán)。 2）管片拼裝可采用錯(cuò)縫及通縫拼裝，由于錯(cuò)縫比通縫拼裝最大正、負(fù)彎矩增加，對(duì)應(yīng)的軸力則減少，單點(diǎn)變形量錯(cuò)縫比通縫拼裝減少。而錯(cuò)縫拼裝由于縱向接頭引起襯砌圓環(huán)的咬合作用，剛度增強(qiáng)而產(chǎn)生的變形被相

26、鄰管片約束，內(nèi)力加大，空間剛度加大，襯砌圓環(huán)變形量減小，對(duì)隧道防水有利。管片拼裝采用先縱后環(huán)法，錯(cuò)縫安裝管片，錯(cuò)縫方式見下圖 ：,高精度鋼筋 混凝土管片,管片堆放及 防水條、襯墊,管片與管片之間可以采用螺栓連接或無(wú)螺栓連接形式。,5 管片的拼裝,螺栓連接,無(wú)螺栓連接,管片吊運(yùn)下井,管片水平運(yùn)輸,管片試壓實(shí)驗(yàn),管片試拼裝,隧道拼裝作業(yè),冷凍超前注漿,2號(hào)線軌道隆起,卵礫石開挖面,(2)同步注漿和壁后注漿設(shè)備,充填盾尾空隙的方法: 1) 同步注漿:在盾構(gòu)尾部外殼上設(shè)26根同步 注漿管,在盾構(gòu)推進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行注漿充填空隙 2) 壁后注漿:在管片上留有注漿孔,隨時(shí)可進(jìn)行壁后 注漿,盾尾建筑空隙 = 盾構(gòu)

27、外徑 - 隧道外徑,同步注漿,二次注漿示意圖,注漿順序,盾尾同步注漿管和壁后注漿孔示意圖,注漿設(shè)備： 壓漿可用往復(fù)活塞泵、單軸螺桿泵等。 注漿泵、儲(chǔ)漿泵等均放在盾構(gòu)后車架。,盾構(gòu)后車架上的注漿設(shè)備,成昆線,成昆線,成昆線,成昆線,成昆線,成昆線,成昆線,成昆線,成昆線,成昆線,成昆線,成昆線,3、 盾構(gòu)掘進(jìn)施工的豎井和配套設(shè)備,(1)盾構(gòu)掘進(jìn)施工的豎井 始發(fā)工作井: 滿足盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)安裝和出洞施工的要求 接收工作井: 盾構(gòu)隧道掘進(jìn)完成后進(jìn)入接收井,滿足盾 構(gòu)拆卸或轉(zhuǎn)場(chǎng)吊裝移位的工作空間要求 豎井施工方法: 沉井法、地下連續(xù)墻圍護(hù)、鋼板樁圍護(hù)。,托架施工,盾構(gòu)出洞中,盾構(gòu)出洞中,盾構(gòu)機(jī)出倉(cāng),盾構(gòu)機(jī)

28、出洞,出洞中,安全出洞,盾構(gòu)機(jī)下線儀式,盾構(gòu)出洞,31路公交大行宮站,南京31路公交車沉陷,公交車沉陷處理現(xiàn)場(chǎng),紅樓夢(mèng)第八回中這樣寫道:“轉(zhuǎn)過(guò)花幛，則見青溪前阻，眾人詫異:這股水又是從何而來(lái)？賈珍遙指道:原從那閘起流至那洞口，從東北山坳里引到那村莊里，又開一道岔口，引到西南上，共總流到這里，仍舊合在一起，從那墻下出去。,防水環(huán)節(jié),(2)同步注漿和壁后注漿設(shè)備,充填盾尾空隙的方法: 1) 同步注漿:在盾構(gòu)尾部外殼上設(shè)26根同步 注漿管,在盾構(gòu)推進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行注漿充填空隙 2) 壁后注漿:在管片上留有注漿孔,隨時(shí)可進(jìn)行壁后 注漿,盾尾建筑空隙 = 盾構(gòu)外徑 - 隧道外徑,同步注漿,二次注漿示意圖,注

29、漿順序,盾尾同步注漿管和壁后注漿孔示意圖,注漿材料（應(yīng)根據(jù)施工環(huán)境、地層條件選擇，并進(jìn)行配方試驗(yàn)和泵壓試驗(yàn)）：,1) 單液惰性漿液：由砂、粉煤灰、膨潤(rùn)土 組成。 2) 單液結(jié)硬性漿液：由水泥、砂、粉煤灰、 膨潤(rùn)土組成。 3) 雙液結(jié)硬性漿液：由水泥、砂、粉煤灰、 水玻璃組成。,注漿設(shè)備： 壓漿可用往復(fù)活塞泵、單軸螺桿泵等。 注漿泵、儲(chǔ)漿泵等均放在盾構(gòu)后車架。,盾構(gòu)后車架上的注漿設(shè)備,(3) 隧道襯砌,1)襯砌構(gòu)造(圓形隧道管片拼裝圖),管片拼裝圖,二次襯砌的實(shí)例,南京1號(hào)線南延線,167,掘得進(jìn) 排得出 穩(wěn)得住 耐得久,九 盾構(gòu)施工“四得”關(guān)鍵技術(shù),168,滾刀破巖原理圖,刀具與破巖方式,1

30、“掘得進(jìn)”的技術(shù)關(guān)鍵,切刀破巖模型圖,刀盤,刀盤,刀盤,滾刀和切刀,切刀,174,刀具與破巖方式,175,刀具的布置,176,工程案例 廣州地鐵四號(hào)線某區(qū)間工程,“掘得進(jìn)”的技術(shù)關(guān)鍵,177,刀具更換技術(shù),“掘得進(jìn)”的技術(shù)關(guān)鍵,帶壓換刀技術(shù),常壓換刀技術(shù),178,特殊地層的探測(cè)與預(yù)報(bào) 利用RTK（RealTime Kinematic)系統(tǒng)，采取高頻高密度地震波，密點(diǎn)距多道多次CDP（共反射點(diǎn)）疊加技術(shù)進(jìn)行物探，確定基巖頂面或孤石，并在條件許可下進(jìn)行鉆探驗(yàn)證。,“掘得進(jìn)”的技術(shù)關(guān)鍵,179,物探結(jié)果,掘得進(jìn)”的技術(shù)關(guān)鍵,180,沉積效應(yīng)泥餅,2 “排得出”的技術(shù)關(guān)鍵,技術(shù)對(duì)策 泡沫劑,181,離

31、散效應(yīng)噴涌,2 “排得出”的技術(shù)關(guān)鍵,技術(shù)對(duì)策 高分子聚合物 添加膨潤(rùn)土或泥土,182,泥水盾構(gòu)滯排效應(yīng) 降低掘進(jìn)效率 二次磨耗,3 “排得出”的技術(shù)關(guān)鍵,卵石地層的工作面,巖石地層排泥管進(jìn)口的堵塞,183,泥水盾構(gòu)環(huán)流系統(tǒng),3 “排得出”的技術(shù)關(guān)鍵,懸浮液理論的適用性,184,泥漿制備與分離,3 “排得出”的技術(shù)關(guān)鍵,廢棄漿液的處理,185,工作面的穩(wěn)定,3“穩(wěn)得住”的技術(shù)關(guān)鍵,186,平衡壓力的問(wèn)題,(kpa),3“穩(wěn)得住”的技術(shù)關(guān)鍵,187,進(jìn)出洞的穩(wěn)定,3 “穩(wěn)得住”的關(guān)鍵技術(shù),土倉(cāng)壓力：是土壓平衡或泥水平衡掘進(jìn)中最能體現(xiàn)掌子面穩(wěn)定狀況的一項(xiàng)操作指標(biāo)，是利用刀盤的一系列操作（推力、轉(zhuǎn)速

32、及貫入度等）與螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速合理匹配來(lái)完成的一種動(dòng)態(tài)的平衡。其數(shù)據(jù)是通過(guò)土倉(cāng)壁上的土壓傳感器采集反饋的。一般以最上方的傳感器數(shù)據(jù)作為控制指標(biāo)，在實(shí)際土壓平衡模式操作過(guò)程中，土倉(cāng)壓力設(shè)置宜略高于掌子面的水土壓力（理論計(jì)算值）。,189,同步注漿,3 “穩(wěn)得住”的技術(shù)關(guān)鍵,190,二次注漿 通過(guò)多個(gè)工程的試驗(yàn)，在標(biāo)貫擊數(shù)N6的軟土地層中，及時(shí)進(jìn)行二次注漿可以大大減少地層沉降。,3“穩(wěn)得住”的技術(shù)關(guān)鍵,191,方向控制問(wèn)題,3 穩(wěn)得住”的技術(shù)關(guān)鍵,動(dòng)畫來(lái)源于“863”計(jì)劃項(xiàng)目,192,管片結(jié)構(gòu),4 “耐得久”的技術(shù)關(guān)鍵,設(shè)計(jì)荷載的取值問(wèn)題 周邊抗力失衡的問(wèn)題 強(qiáng)度高、變形小,配筋量與厚度的比較：普

33、遍厚5cm;配筋量80-120kgm3，國(guó)內(nèi)為140-180kgm3 。,193,管片環(huán)向接縫應(yīng)力,4 “耐得久”的技術(shù)關(guān)鍵,194,管片內(nèi)外鋼筋受力,5 “耐得久”的技術(shù)關(guān)鍵,換算鋼筋最大應(yīng)力僅為38.6MPa。,195,接縫的防水材料與變形的適應(yīng)性,5 “耐得久”的技術(shù)關(guān)鍵,九 盾構(gòu)法“四得”技術(shù)關(guān)鍵,軟硬不均地層 孤石地層 卵礫石地層,1 幾種特殊的地層,十 當(dāng)前盾構(gòu)的主要難題與對(duì)策,軟硬不均地層,孤石地層,卵礫石地層,盾構(gòu)負(fù)載變化頻繁 刀具磨損大、更換難 施工效率很低,2 軟硬不均地層的問(wèn)題,動(dòng)畫來(lái)源于“863”計(jì)劃項(xiàng)目,強(qiáng)度差異大，破碎困難 孤石漂移，刀具破損 排渣困難，易堵塞,3

34、孤石地層的主要問(wèn)題,刀具磨耗速度快 強(qiáng)膠結(jié)時(shí)易損刀盤 排渣難度大,4 卵礫石地層的問(wèn)題,預(yù)處理技術(shù) 人工清除（鉆爆法施工） 洞內(nèi)弱化處理（超前鉆蜂窩孔） 地面破碎處理（地面沖孔、爆破） 直接掘進(jìn) 重型滾刀破巖 帶壓更換刀具,5 軟硬不均地層的處理方法,預(yù)處理技術(shù) 人工清除（豎井清除） 洞內(nèi)處理（爆破或脹裂） 地面處理（沖消或爆破） 直接掘進(jìn) 大刀具、全覆蓋 人工進(jìn)倉(cāng)搬運(yùn),6 孤石的處理方法,孤石爆破示意圖,主要技術(shù)措施 加大刀盤開口率 采用耐磨撕裂刀切割 采用帶式螺旋輸送機(jī) 采用針對(duì)性的沖浮設(shè)計(jì),7 卵礫石地層的處理方法,隧道的二次襯砌,盾構(gòu)隧道施工時(shí)，在盾尾內(nèi)組裝的管片或現(xiàn)澆的混凝土叫一次襯砌，而把其后施工的襯砌稱二次襯砌或內(nèi)襯。二次襯砌多用于管片補(bǔ)強(qiáng)、防蝕、防滲、矯正中心線偏離、防震、使內(nèi)表面光潔和隧道內(nèi)部裝飾等。根據(jù)隧道使用要求，可分成：澆筑底板混凝土，澆筑120下拱混凝土，澆筑240下拱混凝土和澆筑360全內(nèi)襯混凝土四種形式 。,(3) 隧道襯砌,1)襯砌構(gòu)造(圓形隧道管片拼裝圖),管片拼裝圖,二次襯砌的實(shí)例,A.鑄鐵管片 B.鋼管片 C.鋼筋混凝土管片(RC管片) D.復(fù)合管片,2)