盾构法施工课件

1、盾构法概论,1,2,3,4,地下连续墙的位置,5,盾构法施工概貌,盾构,盾构千,斤顶,压,浆,孔,在盾尾空隙,中的压浆,出土,转盘,盾构,正面,网格,管片,拼装,机,管片,压浆泵,出土机,由管片组成的,隧道衬砌结构,后盾管片,竖井,盾构法施工概貌,盾构法,是使用所谓的“盾构”机械，在围岩中推进，,一边,防止土砂的崩坍,，一边,在其内部进行开挖,、,衬砌,作业,修建隧道的方法。,6,发展史：,最早是在,1818,年由,英国,工程师,布鲁诺尔,(M.I ,Brunel),发明的，他是从船的木板中，有一种,蛀虫钻,出孔道,，并用它,分泌的粘液加固洞穴,得到启发而研制,出的，并于,1925,年开始用一

2、个,宽,11.58m,、高,6.7m,的矩形盾构,，在,英国伦教,的泰晤出河下面修建世界第,一条水底隧道。施工中遇到泥水涌入隧道的极大困难，,两次被淹，直至,1835,年对后构作了改良,.,用,压气辅助,施工,，才于,1843,年完工。隧道全长,458m,。,7,?,18881890,年间用盾构法在美国和加拿大间的圣,克莱,(St,Clair),河下建成了一条直径为,6.40 m,，长,为,1870m,的萨尔尼亚,(Sarnia),水底隧道，为盾构法,修建隧道开拓了更为广阔地发展前景。,?,20,世纪初,，盾构法施工已在,美、英、法、俄,等国,开始推广，已用在水底公路隧道、地下铁道、上下,水道

3、、电力、通讯煤气等市政公用地下设施管道。,?,1932,年,原苏联,开始用直径为,6.69.5m,的盾构先,后在其斯科、列宁格勒、基辅等城市修建地下铁道,的区间隧道及车站。,8,?,1922,年,日本,开始用盾构法修筑,国铁奥羽线折渡隧,道,。,?,1943,年修建,关门水底隧道,直径达,6.0m,，长,1100,多米。,?,1956,年,在,海州露天矿,用直径,2.66m,的盾构在,砂土,层,开凿了疏水巷道；,?,1957,年,起,北京,采用直径,2.0m,、,2.6m,的盾构施工,下水道工程,；,9,?,1972,年,在,江苏大屯矿,用,立井盾构,施工了井筒达,150m,。,?,从,196

4、0,年起,上海,在,第四纪软弱饱和水土层中,用不,同类型盾构完成了一批地铁区同隧道、水底公路隧,道、地下人防通道、引水隧道、排水隧道、电缆隧,道等工程。,10,?,一、盾构法的主要优点,除竖井施工外，施工作业均在地下进行，噪音、,振动引起的公害小，既不影响地面交通，又可减少,对附近居民的噪音和振动影响。,盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，,施工易于管理，施工人员也较少，劳动强度低，生,产效率高。,土方量外运较少。,穿越河道时不影响航运。,11,?,一、盾构法的主要优点,施工不受风雨等气候条件影响。,隧道的施工费用不受覆土量多少影响，适宜于建,造覆土较深的隧道。在土质差水位高的地方建设

5、,埋深较大的隧道，盾构法有较好的技术经济优越,性。,当隧道穿过河底或其他建筑物时，不影响施工。,只要设法使盾构的开挖面稳定，则隧道越深、地,基越差、土中影响施工的埋设物等越多，与明挖,法相比，经济上、施工进度上越有利。,12,?,二、盾构法存在的不足,当隧道曲线,半径过小,时，施工较为困难。,在陆地,建造隧道时，如,隧道覆土太浅,，开挖面,稳定甚为困难，甚至不能施工，而,在水下时,，如,覆土太浅,则盾构法施工不够安全，要确保一定厚,度的覆土。,竖井中长期有噪声和振动,，要有解决的措施。,盾构施工中采用全气压方法以疏干和稳定地层,时，对劳动保护要求较高，施工条件差。,13,?,二、盾构法存在的不

6、足,盾构法,隧道上方一定范围内的地表沉陷尚难完全,防止,，特别在饱和含水松软的土层中，要采取严,密的技术措施才能把沉陷限制在很小的限度内，,目前还不能完全防止以盾构正上方为中心土层的,地表沉降。,在饱和含水地层中,，盾构法施工所用的拼装衬,砌，对达到,整体结构防水性的技术要求较高,。,14,?,三、盾构法施工步骤,在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井；,盾构在起始端工作井内安装就位；,依靠盾构千斤顶推力（作用在新拼装好的衬砌,和工作井后壁上）将盾构从起始工作井的壁墙开,孔处推出；,盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同,时不断出土和安装衬砌管片；,15,?,三、盾构法施工步骤,及时地向衬

7、砌背后的空隙注浆，防止地层移动和,固定衬砌环的位置；,盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，,也可穿越工作井再向前推进。,16,盾构的分类方法较多，可按盾构,切削断面的形状,；,盾构自身构造的特征、尺寸的大小、功能,；,挖掘,土体的方式,；,掘削面的挡土形式,；,稳定掘削面的,加压方式,；,施工方法,；,适用土质的状况,等多种方,式分类。,?,四、盾构机的种类,17,1.,按挖掘土体的方式分类,按挖掘土体的方式，盾构可分手掘式盾构、,半机械式盾构及机械式盾构三种。,手掘式盾构,：即掘削和出土均靠人工操,作进行的方式。,半机械盾构,：即大部分掘削和出土作业,由机械装置完成，但另一部分仍靠人工完

8、成。,机械式盾构,：即掘削和出土等作业均由,机械装备完成。,?,四、盾构机的种类,18,手掘式盾构机,?,四、盾构机的种类,19,手掘式盾构工法实例示意图,该盾构机对于途中存在障碍物、断面形状特殊及短距离等情形均较适合。,与封闭式盾构相比，价格便宜,20,40%,。图,4.2,示出是掘进距离,70m,，,有障碍物的人工式盾构工程的施工示意图。,?,四、盾构机的种类,20,?,四、盾构机的种类,2.,按掘削面的挡土形式分类,按掘削面的挡土形式，盾构可分为开放式、,部分开放式、封闭式三种。,开放式,：即掘削面敞开，并可直接看到,掘削面的掘削方式。,部分开放式,：即掘削面不完全敞开，而,是部分敞开的

9、掘削方式。,封闭式,：即掘削面封闭不能直接看到掘,削面，而是靠各种装置间接地掌握掘削面的方式。,21,为了能在极软弱的地层中应用，可采用封闭式盾构施工,是在距开挖面稍后一点的地方设置隔墙，在隔墙上设置可,调面积的开口,将被压缩了的土砂排出的一种方法；,在砂，粘土未分选的冲积层中最适用。,由于是从开口处排出压密、凝缩了的土砂，故不适用硬土,层中。如果含砂率高，有可能推进困难,;,如果液性指数高，,土壤将流出，工作面不稳定。,但是，由于粒径和颗粒组成的不同，即使含砂率和液性,指数相同，有时可以进行施工，有时又不能进行施工。,计算推进力时，应根据土质和开口比确定。,封闭式盾构,22,?,四、盾构机的

10、种类,3.,按加压稳定掘削面的形式分类,按加压稳定掘削面的形式，盾构可分为压气式、,泥水加压式，削土加压式，加水式，加泥式，泥浆,式六种。,压气式,：即向掘削面,施加压缩空气，用该气,压,稳定掘削面。,泥水加压式,：即用,外加泥水向掘削面加压,稳,定掘削面。,削土加压式,（也称土压平衡式）：即用,掘削,下来的土体的土压,稳定掘削面。,23,?,四、盾构机的种类,3.,按加压稳定掘削面的形式分类,加水式,：即向掘削面,注入高压水，通过该水,压,稳定掘削面。,泥浆式,：即向掘削面,注入高浓度泥浆,（,1.4g/cm,3,）,靠泥浆压力,稳定掘削面。,加泥式,：即向掘削面,注入润滑性泥土,，,使之,

11、与掘削下来的砂卵混合，由该混合泥土对掘削面加,压,稳定掘削面。,24,4.,按盾构切削断面形状分类,按盾构切削断面形状，盾构可分为,圆形,、,非圆形,两大类。圆形又可分为,单圆形,、,半圆形,、,双圆搭接,形,、,三圆搭接形,。非圆形又分为,马蹄形,、,矩形（,长,方形、正方形、凹、凸矩形）、,椭圆形,（纵向椭圆,形、横向椭圆形）。,?,四、盾构机的种类,25,26,5.,按盾构机的尺寸大小分类,按盾构机的尺寸大小，盾构机可分为超小型、小,型、中型、大型、特大型、超特大型。,?,超小型盾构,系指,D,（直径）1m的盾构，,?,小型盾构,系指,1m,D3.5m的盾构，,?,中型盾构,系指,3.5

12、m,D6m的盾构，,?,大型盾构,系指,6m,D14m的盾构，,?,特大型盾构,系指,14m,D17m的盾构，,?,超特大型盾构,系指,D,17m,的盾构,?,四、盾构机的种类,27,设置盾构外壳的目的是保护掘削、,排土、推进、施工衬砌等所有作业设,备、装置的安全，故整个外壳用钢板,制作，并用环形梁加固支承。盾构壳,体从工作面开始可分为,切口环,、,支承,环,和,盾尾,三部分。,?,五、盾构机的结构,28,?,五、盾构机的结构,盾构纵剖图,切口环,、,支承环,、,盾尾,三部分组成,切口环,：是盾构的前导部分，在其内部和前方可以设置各种类,型的开挖和支承地层的装置,支承环,：是盾构的主要承载结构

13、，沿其内周边均匀地装有推动,盾构前进的千斤顶，以及开挖机械的驱动装置和排土装置,盾尾,：是衬砌作业的场所，其内部设置衬砌拼装机,29,掘削机构,30,31,32,四、密封系统,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,?,管片与管片之间可以采用螺栓连接或无螺栓连接形式。,管片的拼装,螺栓连接,无螺栓连接,43,44,45,?,六、,盾构推进系统,(,一,),盾构的推力,盾构的前进和方向调整是靠千斤顶推进实现的。因此，要,求盾构千斤顶有足够力可用以克服盾构推进过程中所遇到的,各种阻力。决定盾构的推力主要有如下因素。,（,1,）,盾构壳体与土之间的摩擦力,；,（,2,）,工作面推

14、进阻力,；,（,3,）,推进中切口插入土中的阻力,；,（,4,）,管片与盾尾摩擦阻力等,。,除了考虑以上因素外，还有转向、纠偏、防偏转的稳定装,置，挡板等的阻力和后车架的牵引阻力等。,一般来说，把考虑以上因素的计算值再乘以安全系数,2,所,得的数值作为盾构的推力。,46,47,隧道的二次衬砌,?,盾构隧道施工时，在盾尾内组装的管片或现浇的混凝土,叫一次衬砌，而把其后施工的衬砌称二次衬砌或内衬。二次,衬砌多用于管片补强、防蚀、防渗、矫正中心线偏离、防震、,使内表面光洁和隧道内部装饰等。根据隧道使用要求，可分,成：浇筑底板混凝土，浇筑,120,下拱混凝土，浇筑,240,下,拱混凝土和浇筑,360,

15、全内衬混凝土四种形式,。,48,盾构隧道全内衬混凝土现在多采用钢模台车结,合泵送混凝土施工，其施工要点有：,?,全内衬台模定位立模,?,浇筑工艺设备准备,?,预埋件设置,?,上拱顶混凝土浇筑质量的保证措施,?,拆模、清理、台模移位,49,定义：,土压平衡式盾构机用开挖出的土料作为支撑开挖面,稳定的介质，,适用条件,：,土料具有良好的塑性变形，软稠度，内摩擦角,小及渗透率小。,由于一般土壤不能完全满足这些特性，所以要进行改,良。改良的方法通常为：加水，膨润土，粘土，聚合物和,泡沫等，,根据土质情况选用。通过这些改良措施，扩大了土压,平衡式盾构机的应用范围。,土压平衡式盾构,50,土压平衡式盾构,

16、土压平衡式盾构机的主要部件,土压平衡盾构机的基本装置是切削刀盘，开挖室以及螺旋输送机等。,51,1,切削刀盘,切割开挖面上的土壤和在开挖室内搅拌使之变成可塑的泥土浆。切削刀,盘前面一般布置有添加土壤改良剂料的灌注口，对开挖面上的土壤进行改良,处理。切削刀盘盘面有封闭式和敞开式两种。,封闭式切削刀盘,是用于开挖面不稳定的土层类型，这样可以避免在开挖,面有大量的土壤松动。,缺点：,是在开挖面上支撑压力的分布不均匀。承压隔板上测得的土压值,不一定就是真实值，它还和刀盘的位置和转向有关。,敞开式切削刀盘,（敞开式星形设计），一般不会发生阻塞，此时开挖面,支撑压力分布均匀且送到螺旋输送机上的土料流动稳定。,缺点：,是由于缺乏机械支撑，进入压缩空气下的开挖室的危险较大。此,外，长时间运行时，在覆土浅时易造成沉降，稳定性和刀盘的强度降低。,土压平衡式盾构,52,2,开挖室（密封舱）,切削刀盘与后面的承压隔板之间所形成的一个空间。,用于存储被刀盘削切下来的土体，并加以搅拌使其成为不透水的，具有具有适,当流动性的塑流体，使其能及时充满密封舱和螺旋输送机的全部空间，对开挖,面进行封闭，以维持开挖面的稳定性，同时也便于将其排出。,土压平衡式盾构,53,3,螺旋输送机,功能：,用来将密封舱内的塑流状土体排出盾构外，并在排土过程中，利用,螺旋桨叶片与土体间的摩擦和