隧道施工方法(全断面-沉管-盾构)课件

1、 第五章 隧道其他施工方法第一节 全断面掘进机法施工第二节 沉管法施工第三节 盾构法施工第一节 全断面掘进机法施工 隧道掘进机法施工(简称TBM)：是一种机械化的隧道掘进方法，是利用掘进机切削破岩，开凿隧道的施工方法。掘进机施工具有着钻爆法施工不可比拟的优点。 采用掘进机开挖隧道，具有一次成洞；洞壁光滑；施工质量好；速度快；劳动条件好；对围岩的损伤小，几乎不产生松弛，掉块、崩塌的危险小，支护的工作量小；超挖小、衬砌也省；震动、噪音小、对周围的居民和结构物的影响小等一系列优越性。 隧道掘进机的缺点：机械的购置费和运输、组装解体等的费用高，机械的设计制造时间长，初期投资高；施工途中不能改变开挖直径

2、；掘进机施工方式一经确定，就不可能像钻爆法施工那样自由变更施工方法，难于适应复杂的地质变化情况，对断层、破碎带和软弱层，掘进困难。开挖断面的大小、形状变更困难。返回 目前使用的TBM有敞开式、护棚式、护盾式等类型，在地质条件较好时，多采用敞开式。图5-1为护盾掘进机示意图。图5-1 护盾掘进机示意图图5-2 刀盘示意图敞开式TBM循环掘进示意图5-3图5-3 掘进机循环工作示意图 图5-4所示为一种典型的岩石隧道掘进机。切削头是焊接钢结构，通常向前呈弧面凸出，在凸面上按最佳切削作用和根据不同区域要求的间距布置切削刀具；它可以承受巨大的推力和扭矩。在切削头的边缘有一系列铲斗，破岩后的石碴由铲斗铲

3、起，旋转至顶部导入输送机系统，再运出洞外。图5-4 岩石隧道掘进机图5-5 隧道掘进机施工场面示意图秦岭隧道 TBM掘进机 第二节 沉管法施工 沉管法全名叫预制管段沉埋法，它是用来修筑穿越江河、港湾、海峡的水底隧道的方法之一。 此法的要点是先在船坞中或船台上预制隧道管段，它可以是钢壳混凝土的，也可以是钢筋混凝土的，管段的长度一般为60100m。然后两端用临时封墙密闭，浮放在水中，用拖轮拖运到设计的隧道位置上，在此以前，已经在预定的隧址处用水下施工挖好沟槽，整好地基。接着往管段里灌水，使之下沉至预定的标高，并将沉放就位的各节管段在水下连接起来，再在隧道上覆土回填。最后抽出隧道内的水，拆除管段的密

4、封墙，完成内部装修。返回沉埋管制作技术 图5-6是一般沉埋管段水底隧道的纵断面图。 图5-7是沉埋管段的横断面图，铁路隧道多用圆形断面，因其顶部可用来悬挂供电接触网。而公路隧道则多用矩形断面，因为公路隧道多数是多车道的，圆形断面不经济。图6-7 沉埋管段横断面图 沉管隧道的基础处理主要是垫平基槽底部，其处理方法按垫平的途径不同有很多种，从基础处理的发展趋势，主要有四种：刮铺法、喷砂法、压注法和桩基法。 1.刮铺法：刮铺法在管段沉放前进行，又称先铺法。在管段沉放前采用专用的刮铺船上的刮板在基槽底刮平铺垫材料(粗砂或碎石或砂砾石)作为管段基础(图5-8)。返回1-砂石垫层；2-驳船组；3-车驾；4

5、-桁架及轨道；5-刮板；6-锚块图6-8 刮铺法 2. 喷砂法：喷砂法和压注法在管段沉放后进行，又称后填法。喷砂法(图5-9)是从水面上用砂泵将砂、水混合料通过伸人管段底下的喷管向管段底喷注，填满空隙。 1-喷砂管；2-回吸管图5-9 喷砂法返回 3. 压注法：压注法(图5-10)是在管段沉放后向管段底面压注水泥砂浆或砂，作为管段基础，根据压注材料不同分成压浆法和压砂法两种。 4.桩基法：桩基法(图5-11)主要用于特别软弱地基。1-碎石垫层；2-砂、石封闭栏；3-压浆孔；4-压入砂浆图5-10 压注法1-基桩；2-碎石；3-水下混凝土；4-砂石垫层图5-11 桩基法 第一次运用沉埋管段技术建

6、成的宁波甬江水底隧道 盾构实质上就是软土隧道掘进机。不过，它既可能是机械开挖，也可能是人工开挖。它既是一种施工机具，又是一个强有力的临时支撑结构。在盾壳的保护下，既可进行开挖，又能进行衬砌；采用盾构施工，具有不影响地面交通、没有振动、对地面邻近建筑物危害较小；施工费用不受埋深的很大影响；在土质差、水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济势。 盾构由盾壳、推进机构、取土机构、拼装或现浇衬砌机构以及盾尾等部分组成(图5-3-1)。 第三节 盾构法施工返回图5-3-1 盾构的组成一、盾构的类型：可以从不同的方面进行分类。 按构造类型分为敞胸和闭胸式。 1.按开挖方式：（）手掘式盾构：开

7、挖和出土可用人工进行。（）半机械式盾构：大部分的开挖工作和出土由机械进行。（）机械式盾构：从开挖到出土均采用机械。2. 按开挖面的支护方式：（）无固定支护式的盾构（）固定机械支护式盾构（）工作面近旁带有气压室的盾构（）泥水加压式盾构 （）土压平衡式盾构 二、盾构法的施工过程 1.在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位，盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计孔洞推进。 2.盾构掘进进尺相当于装配式衬砌的一环长度。 3.千斤顶顶在已拼装好的管片上，使盾构前进 。 4.缩回千斤顶。 5.用举重设备拼装管片衬砌，同时在开挖面进行开挖。图5-3-2为盾构的

8、施工概貌。转到下张图5-3-2 盾构法施工概貌图车站碴土储舱和料斗龙门吊车泥浆处理设备竖井皮带运输机盾构机螺旋输送机管片运输车泥浆注入车斗车电瓶车返回三、盾构推进工作 （一）盾构开挖方法 1.敞开式开挖 手掘式及半机械式盾构均为敞开式开挖。这种方式适用于地质条件好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施时能维持稳定的情况。其开挖程序一般是从顶部开始逐层向下挖掘。若土质较差，还可以借助支撑千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。根据其切口长度，每环可分几次开挖和推进。 2.网格式开挖 网格式开挖由网格梁与隔板将开挖面分成许多格子。开挖面的支撑作用时由土的粘聚力和网格厚度范围内的阻力产生的。当盾构推进时

9、，克服这项阻力，土体就从格子里呈条状挤出来。要根据土的性质，调节网格的开挖面积。采用网格式开挖时，在所有千斤顶缩回之后，会产生较大的盾构后退现象，导致地表沉降，因此施工时要防止盾构后退。 3.挤压式开挖 全挤压式和局部挤压式开挖，由于不出土或只部分出土，对土层有较大的扰动，在考虑施工轴线时，应尽量避开地面建筑物。局部挤压施工时，要严格控制出土量，以减少和控制地表变形。全挤压施工时，盾构把四周一定范围内的土体挤压密，由于只有上部有自由面，所以大部分土体被挤向地表，部分则挤向盾尾及盾构下部，建筑空隙自然得到充填。 4.机械切削开挖 使用机械式盾构进行开挖，它适用于各类土层，尤其适用于极易坍塌的砂性

10、土层的长隧道，可连续掘进挖土。由旋转刀盘切削产生的渣土经过刀盘上的预留槽口进入土舱，提升和流入漏斗后，在通过传送带运入出土车。目前采用的泥水加压盾构、土压平衡盾构是这种开挖方式的典型例子。 （二） 施工管理 1.土压平衡式盾构 土压平衡式盾构的施工管理是通过排土机构的机械控制方式进行，这种排土机构可以调整排土量，使之与挖土量保持平衡，以避免地面沉降或对附近构筑物造成影响。 2.加泥式或加泥浆式盾构 加泥或加泥浆式盾构为了确保开挖面的稳定，在盾构推进时进行排土量管理和土压管理。排土量管理以使掘进量和排土量之间取得平衡为目的；土压管理以通过土压计测出密封舱内的泥土压力来保持土压力平衡为目的。 3.

11、加水式盾构 加水式盾构施工法的开挖面稳定管理有两种方式：一是不间断地掌握盾构掘进中的掘土量和排土量之间的关系，从而将密封舱内的切削土的积存量保持在最佳状态的排土率管理；二是保证同地下水压力取得平衡的附加水压力管理。 4.泥水加压平衡式盾构 泥水加压式盾构一面要保持泥水压力来平衡作用于开挖面的外部压力，一面又要向前推进，所以要对开挖面泥水压力、密封舱内的土压力，以及同掘土量平衡的出土量等进行必要的检测和管理。 （三）盾构操纵与纠偏 1.盾构的操纵与偏向 盾构操纵，主要是使盾构运动轨迹始终在设计轴线容许偏差值范围内，达到隧道衬砌拼装在理想的位置上的目的。 盾构在地层中推进时，导致偏向的因素很多，主

12、要有： a.地质条件的因素 由于地层土质不均匀，以及地层有卵石或其它障碍物，造成正面及四周的阻力不一致。 b.机械设备的因素 各千斤顶工作不同步，由于加工精度误差造成伸出阻力不一致，盾构外壳形状误差、设备在盾构内安置偏重于某一侧，千斤顶安装后轴线不平行。 c.施工操作的因素 部分千斤顶使用频率过高，导致衬砌环缝的防水材料压密量不一致，累积后使推进后座面不正，挤压式盾构推进时有明显上浮；盾构下部土体如有过量流失，引起盾构下沉。 2.盾构的纠偏 a.千斤顶编组的调整 通过调整千斤顶的编组，使其千斤顶合力位置与外力合力位置组成一个有利于纠偏的力偶，从而调整高程位置及平面位置。 b.盾构纵坡的控制 通过变坡法或稳坡法控制纵坡来调整盾构高程，以及盾构与已成管片端面间的间隙。 c.开挖面阻力的调整 当利用千斤顶编组无法达到纠偏目的时，可采用调整开挖面阻力，也就是人为地改变阻力的合力位置，从而得到一个理想的纠