盾构施工方法

1、盾构法施工技术盾构法施工技术盾盾 构构 施施 工工 技技 术术目录目录 1.1 1.1 关于地下建筑空间施工的几个概念关于地下建筑空间施工的几个概念 1.2 TBM 1.2 TBM和盾构机的具体区别和盾构机的具体区别 2.1 2.1 盾构法施工技术盾构法施工技术 2.2 2.2 盾构机械设备盾构机械设备 3 3 盾构法隧道施工工艺盾构法隧道施工工艺 1.1关于地下建筑空间施工的几个概念关于地下建筑空间施工的几个概念 明挖法：明挖法：也称挖盖法也称挖盖法 暗挖法：暗挖法：也称矿山法，钻爆法等也称矿山法，钻爆法等 浅埋暗挖法：浅埋暗挖法： 盾构法：盾构法： 沉井法：沉井法： 沉管法：沉管法： 顶管

2、法：顶管法： 地下连续墙法：地下连续墙法： TBM法：法：(1)明挖法地下结构施工示意图明挖法地下结构施工示意图挖建盖（填）(2)暗挖法地下结构施工示意图暗挖法地下结构施工示意图一般坚硬岩层中的隧道一般坚硬岩层中的隧道均采用该方法施工。均采用该方法施工。挖衬埋深一般大于10m(3)浅埋暗挖法地下结构施工示意图浅埋暗挖法地下结构施工示意图初衬二衬超前支护锚杆、管棚或灌浆埋深一般小于5m一般用于城市交通繁忙地带，不允许中断交通，且一般用于城市交通繁忙地带，不允许中断交通，且地质条件又较差的地段，武汉市的地下过街通道大地质条件又较差的地段，武汉市的地下过街通道大多采用该法施工。如武汉广场、武汉会展中

3、心、洪多采用该法施工。如武汉广场、武汉会展中心、洪山广场过街通道等山广场过街通道等(4)盾构法地下结构盾构法地下结构(隧道隧道)施工示意图施工示意图盾构法隧道施工适盾构法隧道施工适用于软土地区埋深用于软土地区埋深大的隧道工程，可大的隧道工程，可穿越江河、湖泊、穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物海底、地面建筑物和地下管线密集区和地下管线密集区的下部的下部。 (5)沉井法地下结构施工示意图沉井法地下结构施工示意图沉井结构用途十分广沉井结构用途十分广泛，主要用于点式地泛，主要用于点式地下建筑工程：如自来下建筑工程：如自来水厂、电厂和化工厂水厂、电厂和化工厂的水泵房、地下沉淀的水泵房、地下沉淀池和水池、

4、地下热电池和水池、地下热电站、地下油库、地下站、地下油库、地下车间和地下仓库等。车间和地下仓库等。此外，也可用作地铁、此外，也可用作地铁、水底隧道等各种设备水底隧道等各种设备井、通风井、盾构拼井、通风井、盾构拼装井、车间和区间段装井、车间和区间段连续沉井等连续沉井等 。(6)沉管法地下结构施工示意图沉管法地下结构施工示意图1(6)(6)沉管法地下结构施工示意图沉管法地下结构施工示意图2 2沉管法一般用于水下隧道施工，目前国内沉管法一般用于水下隧道施工，目前国内已建成的最大的沉管隧道是上海外环越江已建成的最大的沉管隧道是上海外环越江隧道，总长隧道，总长2880m（沉管段长（沉管段长736m），）

5、，双向双向8车道。车道。(7)顶管法地下结构施工示意图顶管法地下结构施工示意图顶管法主要用于建造穿越城市交通繁忙地带的地下工程，其顶管法主要用于建造穿越城市交通繁忙地带的地下工程，其长度、断面尺寸均受到较大限制。国内最长的顶管隧道是西长度、断面尺寸均受到较大限制。国内最长的顶管隧道是西气东输工程穿越黄河的隧道，长度近气东输工程穿越黄河的隧道，长度近3000m，直径约，直径约2m。(8) 地下连续墙法施工示意图地下连续墙法施工示意图 地下连续墙法可用于点式、条式地下工程的施工，如上海、广地下连续墙法可用于点式、条式地下工程的施工，如上海、广州大部分地铁车站均采用该法施工。其特点类似于明挖法，但比

6、明挖州大部分地铁车站均采用该法施工。其特点类似于明挖法，但比明挖法占用场地小，对周围环境影响较小，且造价相对较低。法占用场地小，对周围环境影响较小，且造价相对较低。(9)TBM(9)TBM法地下结构施工示意图法地下结构施工示意图目前国内目前国内, ,习惯上将用于岩石地层的隧道掘进习惯上将用于岩石地层的隧道掘进机称为机称为TBM,TBM,将用于软土地层的隧道掘进机称将用于软土地层的隧道掘进机称为盾构机。归类还是同在掘进机门下。为盾构机。归类还是同在掘进机门下。1.2TBMTBM和盾构机的具体区别？和盾构机的具体区别？ 1.适用的工程不一样，TBM用于硬岩，盾构机用于土层的挖掘。 2.两者的掘进，

7、平衡，支护系统都不一样。 3.TBM比盾构技术更先进，更复杂。 4.工作的环境也不一样，TBM是硬岩掘进机，一般用在山岭隧道或大型引水工程，盾构是软土类掘进机，主要是城市地铁，及小型管道。 其实 TBM和盾构除了这些本质的差别外，笼统的来说，都是一样，都是隧道全断面掘进。只是不同的工作环境应用不同的机械罢了。2.1盾构法施工技术盾构法施工技术n盾构（shield）是一种钢制的活动防护装置或活动支撑，是通过软弱含水层，特别是河底、海底，以及城市居民区修建隧道的一种机械。n头部可以安全地开挖地层 ,尾部可以装配预制管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬砌。n盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。 概述

8、概述适用条件适用条件 在松软含水地层中修建隧道、水底隧道及地下铁道时采用各种不同形式的盾构施工最有意义，特别是该施工方法属地表以下暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节等条件的影响， 优点：n安全性、高效率、危害小、经济性缺点：n重复利用率低、施工复杂、适用性受限、工作条件差、地表变形不易控制 盾构优缺点盾构优缺点盾构隧道的历史盾构隧道的历史 用盾构法修建隧道开始于1818年 ，法国工程师布鲁诺尔； 1825年在英国泰晤士河下首次用矩形盾构建造隧道 ； 近代，日本盾构法得到了迅速发展，用途越来越广，并研制了大量新型盾构； 我国于1957年北京下水道工程中首次出现2.6m小盾构 ； 上海

9、市延安东路过江道路隧道使用11.0 m直径的大盾构； 盾构按形状分类盾构按形状分类 大致有圆形（又称半盾构）、矩形、马蹄形等几种。 圆形因其抵抗水土压力较理想，衬砌拼装简便，构件可以互换，较为通用，数量最多。 圆形盾构中，敞胸盾构和闭胸盾构两大类。 按开挖方式分为：人工挖掘式、半机械挖掘式、机械挖掘式。 一、盾构机定义一、盾构机定义二、盾构机构造二、盾构机构造三、盾构机分类及型式三、盾构机分类及型式四、盾构配套设施四、盾构配套设施2.22.2盾构机械设备盾构机械设备 盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技

10、术于一体，具有开挖切机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土削土体、输送土碴、同步衬砌注浆、拼装隧道衬砌管片、测体、输送土碴、同步衬砌注浆、拼装隧道衬砌管片、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行进行“定制式定制式”的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、地下公路、城市市政、水电等隧道已广泛用于地铁、铁路、地下公路、城市市政、水电等隧道工程。工程。

11、二、盾构机构造二、盾构机构造 盾构机是在钢壳体的保护下，进行地下隧道工程掌子面开挖及衬砌盾构机是在钢壳体的保护下，进行地下隧道工程掌子面开挖及衬砌连续作业，并依靠钢壳体内千斤顶的推力向前推进。盾构机主要由切削连续作业，并依靠钢壳体内千斤顶的推力向前推进。盾构机主要由切削刀盘、前部盾体、连接桥架、后配套台车等部分组成。切削刀盘根据工刀盘、前部盾体、连接桥架、后配套台车等部分组成。切削刀盘根据工程地质情况选择不同型式、配置相应刀具；前部盾体由主驱动系统、推程地质情况选择不同型式、配置相应刀具；前部盾体由主驱动系统、推进系统、渣土输送系统、管片拼装系统、同步注浆等系统组成；后配套进系统、渣土输送系统

12、、管片拼装系统、同步注浆等系统组成；后配套台车主要为前部盾体内各系统配置动力源以及水、电、气、液、测量与台车主要为前部盾体内各系统配置动力源以及水、电、气、液、测量与监测等辅助施工系统和人工操作系统；连接桥架是前部盾体和后配套台监测等辅助施工系统和人工操作系统；连接桥架是前部盾体和后配套台车的连接桥梁，各系统的动力通过桥架上的管线路从后配套台车提供给车的连接桥梁，各系统的动力通过桥架上的管线路从后配套台车提供给前部盾体内的执行元件。前部盾体内的执行元件。 切削刀盘盘型滚刀重型撕裂刀刮刀钢格栅面板辐条辐条泡沫口中心刀面板式刀盘面板式刀盘辐条式刀盘辐条式刀盘外周强化刀先行撕裂刀刮刀辐条辐条泡沫口中

13、心刀 前部盾体前部盾体 后配套台车后配套台车 主要配置盾构机各系统所需的动力源以及水、电、气、液、测量与监测等辅助施工系统以及人工操作等系统开敞式土压平衡式泥水式泥土加压式复合式岩石盾构圆形盾构圆形盾构双圆盾构矩形盾构矩形盾构椭圆形盾构椭圆形盾构球形盾构球形盾构异型盾构异型盾构多联盾构多联盾构子母盾构子母盾构 转向盾构转向盾构 盾构法于盾构法于1919世纪初起源于欧洲，受启发于蛀虫挖洞，世纪初起源于欧洲，受启发于蛀虫挖洞，2020世纪初日本引世纪初日本引进盾构施工技术，并使其得以较大发展。上世纪进盾构施工技术，并使其得以较大发展。上世纪6060年代该技术引入中国。年代该技术引入中国。目前，日本

14、及欧洲处于盾构技术的领先地位。随着盾构机制造业的发展和目前，日本及欧洲处于盾构技术的领先地位。随着盾构机制造业的发展和施工工艺的不断改进，逐步形成了比较完善的盾构系列施工工法。施工工艺的不断改进，逐步形成了比较完善的盾构系列施工工法。 近年来随着城市建设的发展，地下空间得到广泛的开发利用，盾构设近年来随着城市建设的发展，地下空间得到广泛的开发利用，盾构设备的自动化程度越来越高，其适用性得以拓展，能够适用于多种地质条件备的自动化程度越来越高，其适用性得以拓展，能够适用于多种地质条件和复杂环境条件。已在城市地铁、市政管道、地下公路、越江隧道等基础和复杂环境条件。已在城市地铁、市政管道、地下公路、越

15、江隧道等基础设施建设中得到广泛应用。设施建设中得到广泛应用。 目前在盾构工程中普遍目前在盾构工程中普遍采用的多为闭胸式盾构机，采用的多为闭胸式盾构机，其中以泥水平衡式与土压其中以泥水平衡式与土压平衡式盾构机最为普及。平衡式盾构机最为普及。而且由于盾构工程大部分而且由于盾构工程大部分位于人口密集的城区，从位于人口密集的城区，从减少施工污染、降低施工减少施工污染、降低施工造价等多方面综合考虑，造价等多方面综合考虑，又以土压平衡盾构法施工又以土压平衡盾构法施工为主。为主。土压平衡盾构法施工工艺流程土压平衡盾构法施工工艺流程施工准备盾构推进渣土排出管片拼装测量轴线控制盾尾油脂压注施工监测壁后注浆输送浆

16、液制备土方运输开启皮带输送机、螺旋输送机及出土口管片运输管片生产盾渣盾渣构土构土掘排掘排进出进出壁壁后后同同步步注注浆浆管管片片拼拼装装始发台架图片始发台架图片 折叶式密封环折叶式密封环 盾构机现场组装图片盾构机现场组装图片盾构机主体组装过程盾构机主体组装过程后方张出台盾构掘进方向操作平台组装操作平台组装第六节台车第五节台车第四节台车第三节台车第二节台车第一节台车盾构掘进方向吊装螺旋输送机吊装整圆器螺旋输送机、整圆器组装螺旋输送机、整圆器组装第 六 节 台 车第 五 节 台 车第 四 节 台 车第 三 节 台 车第 二 节 台 车第 一 节 台 车盾 构 掘 进 方 向桥架、皮带输送机、单轨梁

17、、反力架的安装桥架、皮带输送机、单轨梁、反力架的安装反力架的结构型式反力架的结构型式 初始掘进初始掘进（1 1）洞口土体加固）洞口土体加固（2 2）地面配套设施安装施工）地面配套设施安装施工（3 3）洞门范围内的钻孔灌注桩凿除）洞门范围内的钻孔灌注桩凿除（4 4）始法台架安装）始法台架安装（5 5）盾构始发轨道铺设）盾构始发轨道铺设 （6 6）反力架安装）反力架安装 （7 7）洞门橡胶密封圈安装）洞门橡胶密封圈安装（8 8）盾尾密封刷涂满密封油脂）盾尾密封刷涂满密封油脂（9 9）盾构机的联动调试满足要求）盾构机的联动调试满足要求（1010）临时管片准备就绪）临时管片准备就绪（1111）碴土运输

18、准备工作就绪）碴土运输准备工作就绪（1212）盾构机已准确定位）盾构机已准确定位（1313）自动导向系统安装、测试完毕）自动导向系统安装、测试完毕（1414）初始掘进范围内的地面监测点已布设完毕并获得初始的数据）初始掘进范围内的地面监测点已布设完毕并获得初始的数据（1515）供电系统（含备用电源）、给排水系统、通信系统等正常）供电系统（含备用电源）、给排水系统、通信系统等正常（1616）始发反力架和基准环已在始发井地面试拼装，在井下安装时要经过精确定位测量）始发反力架和基准环已在始发井地面试拼装，在井下安装时要经过精确定位测量，确保第一环临时管片的准确位置，确保第一环临时管片的准确位置-掘进前

19、的准备工作 1、土压力的平衡（开挖过程控制）2、进尺与出土量的平衡（即时控制）3、注浆量与建筑孔隙量的平衡（填充控制）4、盾构掘进参数变化量的平衡（掘进参数控制）5、盾构与管片两者各项姿态间的平衡（轴线控制）通过盾构通过盾构施工控制达到五种平衡状态施工控制达到五种平衡状态 施工参数和开挖面稳定控制的好坏直接影响地表沉降大小、地下管线和地表建筑物的安全。因此施工中应对开挖面的稳定进行严格控制。 为了保证盾构机顺畅排土，需对掘削下来的土砂加泥或加化学泡沫等添加剂以控制土仓内土砂的塑性、流动性处于适当的范围内，以保证盾构机能够顺畅排土。开挖面稳定控制开挖面稳定控制管理重点：管理重点： 不同地层条件下

20、进尺与出土量的平衡（即时控制），及不同地层条件下进尺与出土量的平衡（即时控制），及时进行土质状态记录与分析，并及时调整每环总出土量，保时进行土质状态记录与分析，并及时调整每环总出土量，保证掘进过程中进尺与出土量的对应统一。证掘进过程中进尺与出土量的对应统一。出碴控制出碴控制 在施工中实时进行施工数据采集，建立完善的信息化施工模式： 1、盾构机掘进参数的采集 2、盾构机导向数据的采集 3、施工监测系统 4、人工控制测量数据 盾构施工类似工厂流水线作业，因此施工中要求各环节紧密衔接，任何一道工序发生滞后，都将直接影响施工工效，或导致施工停止。因此应进行信息化施工管理，收集各阶段的施工参数，通过分析

21、、归纳，在施工中不断对各种参数的设定进行优化，将会提高施工的质量、效率。盾构掘进参数控制盾构掘进参数控制-即信息化施工即信息化施工盾尾密封地层同步注浆原理图管片浆液 地表沉降控制是盾构施工的重点，及时的进行壁后注浆是有效控制地表沉降的措施之一。在壁后注浆施工中，由于盾构隧道穿越地层的多样性，注浆量变化幅度较大，因此采取以注入压力控制为主，兼顾注入量的方法进行注浆管理。注浆参数控制注浆参数控制-注浆压力及注浆量平衡注浆压力及注浆量平衡注浆材料选用注浆材料选用 壁后注浆浆液分为单液砂浆和双液化学浆液，单液砂浆浆液应具备以下性能： 1.具有良好的长时间稳定性及流动性，并能保证适当的初凝时间，以适应盾

22、构施工以及远距离输送的要求。 2.具有良好的充填性能。 3.在满足注浆施工的前提下，尽可能早地获得高于地层的早期强度。 4.浆液在地下水环境中，不易产生稀释现象。 5.浆液固结后收缩率小，泌水率低。 6.原料来源丰富、经济，施工管理方便，并能满足施工自动化技术要求。 7.浆液无公害，价格合理。 通过施工测量以及盾构设备的自动导向系统，实时取得通过施工测量以及盾构设备的自动导向系统，实时取得盾构的当前姿态，再通过盾构操作系统调整掘进控制，使盾盾构的当前姿态，再通过盾构操作系统调整掘进控制，使盾构姿态保持在要求的偏差范围内；管片拼装前认真测量已经构姿态保持在要求的偏差范围内；管片拼装前认真测量已经

23、成环的管片姿态，根据盾构隧道曲线方向、推进千斤顶的行成环的管片姿态，根据盾构隧道曲线方向、推进千斤顶的行程差、盾尾间隙等条件合理选择管片类型，拼装过程中要注程差、盾尾间隙等条件合理选择管片类型，拼装过程中要注意保证管片的拼装质量满足要求。意保证管片的拼装质量满足要求。管理重点：盾构姿态；成环管片姿态；管片选型。隧道轴线控制隧道轴线控制CCR盾构掘进纠偏施工过程盾构掘进纠偏施工过程已建隧道设计轴线盾构机纠偏曲线盾构方位纠偏曲线隧道六、盾构机接收及解体六、盾构机接收及解体盾构接收施工流程图 模拟贯通测量测量结果分析与验证掘进计划洞门部分凿除洞门密封的安装接收托架的安装与固定到达段的掘进洞门剩余部分

24、的凿除碴土的清理贯通后上接收托架1 1、根据盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划进行推进，纠偏要逐步完成，、根据盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划进行推进，纠偏要逐步完成，每一环纠偏量不能过大。每一环纠偏量不能过大。2 2、在盾构机距离端头墙、在盾构机距离端头墙5050米时米时, , 选择合理的掘进参数，逐渐放慢掘进速选择合理的掘进参数，逐渐放慢掘进速度，逐渐降低推力，缓慢均匀地切削洞口土体，以确保到达围护桩和墙体度，逐渐降低推力，缓慢均匀地切削洞口土体，以确保到达围护桩和墙体的稳定和防止地层坍塌。的稳定和防止地层坍塌。3 3、加强地表沉降监测，及时反馈信息以指导盾构机掘进。、加强地表沉降监测，及时反馈

25、信息以指导盾构机掘进。4 4、在拼装的管片进入加固范围后，浆液改为快硬性浆液，提前在加固范、在拼装的管片进入加固范围后，浆液改为快硬性浆液，提前在加固范围内将泥水堵在加固区外。当最后一环管片拼装完成后，通过管片的二次围内将泥水堵在加固区外。当最后一环管片拼装完成后，通过管片的二次注浆孔，注入双液浆进行封堵。注浆孔，注入双液浆进行封堵。5 5、由于盾构到站时推力较小，致洞门附近的管片环与环之间连接不够紧、由于盾构到站时推力较小，致洞门附近的管片环与环之间连接不够紧密，因此作好后密，因此作好后2020环管片的螺栓紧固和复紧工作。防止管片松弛而影响密环管片的螺栓紧固和复紧工作。防止管片松弛而影响密封

26、防水效果。封防水效果。盾构到达施工技术措施盾构到达施工技术措施隧道剖面图隧道剖面图1-进风道；2-进风口；3-排风口；4-排风道；5-路面（下拉杆）6-天棚（上拉杆）；7-吊杆；8-照明灯；9-灭火器；10-消防栓；11-电缆；12-排水管；13-给水管；14-纵向螺栓；15-环向螺栓盾构的基本构造盾构的基本构造1-1 (切口环)；2-2 (支承环)；3-3 (纵剖面)通常由通常由盾构壳体、推进系统、拼装系统、出土系统盾构壳体、推进系统、拼装系统、出土系统等等四大部分组成。四大部分组成。1）盾构壳体）盾构壳体 盾构壳体由切口环、支承环、盾尾与竖直隔板、水平隔板组成，并由外壳钢板连成整体。 切口

27、环 ：开挖 ；上下宽度可以等值、也可以不等值，甚至是活动的。 容纳各种专门的挖土设备。 支承环：承受荷重的核心部分，刚性较好的圆环结构。 水平隔板和竖直隔板：增加盾构刚度 ，水平承受拉力，竖直承受压力。 盾尾：掩护工人在其内部安装衬砌。2）推进系统）推进系统 由盾构千斤顶和液压设备组成由盾构千斤顶和液压设备组成 ，上下左右活塞杆伸出，上下左右活塞杆伸出长度不同达到纠偏目的。长度不同达到纠偏目的。 盾构千斤顶一般是沿支承环圆周均匀分布的盾构千斤顶一般是沿支承环圆周均匀分布的 ；3）拼装系统）拼装系统 衬砌拼装器又称衬砌拼装器又称举重臂举重臂，是拼装系统的主，是拼装系统的主要设备，以油压系统为动力，一般举重臂要设备，以油压系统为动力，一般举重臂均均安装在支承环安装在支承环上。上。