教案(盾构法施工概述)《城市轨道工程施工》.doc

1、“盾构法施工概述”教案教学目标:1、了解盾构法施工的历史；2、掌握盾构机的分类方法及代表类型；3、理解盾构机组成及工作原理；4、掌握盾构法施工各开挖方法及其区别、适用性、优缺点。教学重点：1、盾构机的分类方法；2、盾构机的组成及工作原理；3、各盾构开挖方法及其区别、适用性、优缺点。教学难点：1、盾构机的组成及工作原理；（内容较抽象，学生缺乏实践）2、各盾构开挖方法及其区别、适用性、优缺点。（学生刚刚接触到盾构法、对各盾构开挖方法容易混绕）教学方法：讲授法、引用案例法、直观演示法、情景模拟法、讨论法。教学课时：90分钟教学过程：导入新课：导入语：同学们，你们知道目前地铁建设中最常用的施工方法吗？

2、学生回答，老师小结，地铁建设中最常用的施工方法是盾构法； 今天就让我们一起学习盾构 法施工概述。一、盾构法施工（板书）过渡：请同学们翻到课本72页，阅读第一段，了解一下什么是盾构法？学生回答幻灯片展示盾构法的定义：教师小结：以盾构机作为施工机械在地下暗挖隧道的一种施工方法。那么，什么是盾构机呢，请看视频。观看盾构机工作原理视频（3分钟）1、盾构法的发展历史（板书）老师讲授：盾构机全名为盾构隧道掘进机、是一种隧道掘进的专用工程施工机械， 具有 自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可以 控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下施工时不影响水面交通等特 点，在隧道洞

3、线较长、埋深较大的情况下，盾构法更为经济合理。1818年法国工程师布鲁克诺从食船虫在船身上打洞一事受到启发，提出了 盾构施工法，并获得特许，这也就是敞开式手掘盾构机的原型。 盾构法最先应用 于英国伦敦泰晤士河底隧道，这条隧道全长458米，是世界上第一条采用盾构法 施工的隧道。1887年英国人格雷特海德在原有盾构施工基础上进行了改进，组 合使用盾构和气压施工法进行施工，奠定了现代盾构施工发展的基础。近几十年，通过对土压平衡式、泥水式盾构中关键技术的探索和研究， 使盾 构机得到了很大的提高，如德国的盾构机可在施工过程中在保证密封的前提以及 高达0.3兆帕气压的更换刀盘上的工具，提高盾构机的一次掘进

4、长度。请同学们阅读本小节最后一段内容（P72第四段），回答，问题：为什么说英吉利海峡隧道、东京湾海底隧道将盾构法隧道施工技术推进 了新阶段？学生回答老师小结：通过这两个隧道，大直径、大埋深、超长距离，复杂地质条件、 高度自动化的盾构法得到了很好应用。过渡：接下来我们学习盾构机的种类及分类方法。2、盾构机的种类及分类方法（板书）老师讲授：盾构法的种类繁多，按不同的分类方法会有不同的名字。 主要的分类方法有 四种，如：按工作原理、按开挖方式、按断面形状、按盾构机的功能和用途。按工作原理，盾构机可分为：手掘式盾构机、挤压式式盾构机，平机械式 盾构机、机械式盾构机；平机械式又有局部气压式和全局气压式，

5、 机械式又分为 开胸式盾构、泥水加压盾构、土压平衡盾构、混合型盾构、异形盾构多种。按开挖方式：敞开式、机械切割式、网格式、挤压式。按盾构机的断面形状：圆形、半圆形、椭圆形、马蹄形、多圆搭接型、矩 形等，种类较多，而且随着发展还会有新的断面形式出现。按盾构机的功能和用途：垂直相接的直角弯隧道盾构、还有偏心急弯盾构、 大坡度盾构、地中对接盾构（又称 CID工法）、侧接盾构、分岔盾构、变径盾构、 大深度盾构、长距离盾构机、高速掘进盾构机。种类相当多，总之同学们知道按 功能和用途分类，理解起来就会相对容易。提问：“机械切削式盾构”是根据哪种分类方法进行命名的？学生回答：按开挖方式老师：很好，只要大家掌

6、握了盾构机的分类方法，就能知道盾构机的类型 了，掌握方法才是是根本。过渡：下面，我们学习盾构机的构成。3、盾构机的构成（板书）老师讲授：盾构机按结构分为五大部分：壳体、排土系统、推进系统、衬砌拼装系统和 辅助注浆系统。而壳体又包括：切口环、支承环和尾盾。同学们都玩过“贪食蛇”这个游戏，壳体这部分就是整个盾构机的蛇头，现 在请同学们阅读教材本节内容（第 74页-第75页第一段）去了解其构成。并比 较图4-2中盾构外径与管片（衬砌）外径大小，思考这种构造会造出如何影响？学生回答：*老师小结：会留下建筑间隙，引起地表沉降。引中思考：那么在施工过程中又是如何处理的呢？学生思考老师小结：采用辅助注浆系统

7、对建筑间隙进行注浆填充。过渡：通过上个问题，大家知道了辅助注浆系统的重要性和作用，其实盾构机 各个组成部分在盾构法施工过程中都有其独特的作用， 下面我们就来学习这几个 系统。整个盾构机就像贪食蛇，贪食蛇要前进、就要有推进系统；要将吃到的土体 运到尾部并运走，就需要排土系统；要保证整个洞身不塌陷，就需要衬砌拼装系 统；要减少洞身上面的地表沉降及渗漏水， 就需要辅助注浆系统。下面我们就来 学习推进系统、排土系统、衬砌拼装系统和辅助注浆系统。排土系统由切削土体的刀盘、泥土仓，螺旋出土器、皮带传送机、泥浆电瓶 运输车等组成。通过这些部件就能将贪食蛇吃到的土体运送到尾部，再通过竖井运至地表。施工时控制螺

8、旋出土器的排土速度和盾构推进速度， 可以保持开挖面 土体的平衡。思考：为什么说施工时控制螺旋出土器的排土速度和盾构推进速度，可以保持开挖面土体的平衡？学生回答老师小结：通过控制螺旋出土器的排土速度和盾构推进速度，进而控制泥 土仓内的泥土量，会对开挖面形成一个土压，从而稳定开挖面。推进系统由液压设备和盾构千斤顶组成，主要设备是设置在盾构壳内侧环形中 梁上的推进千斤顶群，推进时顶在已经拼装好的管片衬砌上，就能形成一个反推 力，推动盾构机前进。衬砌拼装系统由举重臂（又称机械手）和真圆保持器组成，机械手是拼装设备， 真圆保持器则是控制拼装准确的设备。辅助注浆系统包括浆液搅拌机、注浆泵等设备，管片拼装后

9、注浆需及时，填充 环形衬砌外的建筑间隙，以减少地面沉降。4、盾构开挖方法（板书）过渡：通过对前面内容的学习，同学们对盾构机的组成和工作原理有了一 定的了解，下面我们学习盾构开挖方法，常用的盾构开挖方法有：敞开式开挖、 机械切削式开挖、网格式开挖和挤压式开挖等多种工法。老师讲授：手掘式及半机械盾构机均为敞开式开挖，这种方法适用于地质条件较好、开 挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施能维持稳定的情况，其开挖一般是从顶 部向下逐层开挖。这种开挖方法在处理孤立障碍物、 纠偏、超挖均比其它方法容 易，但要适当控制超挖量与开挖面暴露时间，以减少对土层的扰动。提问：敞开式开挖时维持开挖面稳定或在有辅助措施？

10、学生回答老师小结：可借用千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。机械切削式开挖就是采用旋转螺旋刀盘切割地层的开挖方法，根据地层的好 坏，刀盘分为刀架间无封板和有封板两种， 无封板的适用于土质较好的地质， 施 工时开挖面不会滑塌。机械切削式开挖在、纠偏、超挖均、清除障碍物不如敞开 式开挖。另外适用刀盘的盾构机动能消耗较大，目前较先进的泥水加压盾构机和 土压平衡盾构机均采用这种开挖方法。网格式开挖的开挖面被分成许多格子，开挖面的支撑力是由土的粘聚力和网 格厚度范围内的阻力产生的，当盾构推进时，土体就从格子里挤出。根据土的性 质来调节网格的开孔面积。因土体是被高压挤出的，在所有千斤顶缩回后，压力 被卸载，

11、将会产生较大的盾构后退现象，导致地表沉降。因此开挖时要采取有效 措施，防止盾构后退。挤压式开挖分为全挤压式和局部挤压式， 由于不出土或部分出土，对地层会 有较大的扰动，施工时需尽量避开地面建筑物。当采用局部挤压式时，要精心控 制出土量，以减少和控制地表沉降量。通过对各盾构开挖方法的学习，大家现在讨论一下盾构施工法有那些特点？讨论：盾构施工法的特点(优点和不足)学生讨论老师小结：PPT演示优点：(1)、地面交通不受影响、隐蔽性好、噪声、振动对环境影响小。(2)、隧道施工基本不受覆土深度影响，适用于深埋隧道。(3)、穿越河流时不影响通航，也不受气候影响。(4)、在地面建筑群和地下管线密集的区域施工

12、时对周围环境影响小。(5)、自动化程度高，劳动力消耗低，施工速度快。缺点:（1）、施工设备费用高。（国产2500W、日系3500、德系6000万左右） （2）、覆土较浅时，地表沉降难以控制。（3）、施作小半径隧道时掘进比较困难。5、盾构法在我国的应用和发展，（板书）过渡：前面我们学习了盾构法的历史、 盾构机的分类、盾构机的组成以及盾 构法的开挖方法，现在请同学们阅读本堂课最后一节内容， 盾构技术在我国的应 用和发展。老师讲授：我国从上世纪50年代才开始引进盾构法修建隧道，虽然起步晚， 但由于注意参考和借鉴别国成功的经验和失败的教训，所以发展很快，特别是近 20年来随着我国城市地铁建设规模的扩大

13、，盾构技术也得到了广泛的应用和很 大的提高。下面我们来了解一下我国盾构法施工的成功案例（通过PPT）PPT演示成功案例提问：我国盾构掘进速度一般是多少米每月； 最高月进度达到了多少米每月 并说明是哪个工程？学生回答老师小结：我国盾构掘进速度一般为 180-200米/月，广州地铁3号线大汉 区间最高月掘进长度562.5米，是目前国内采用盾构施工的单月最高速度。6、观看盾构机施工演示视频（青草沙过江隧道）9分钟过渡：通过对本堂课的学习，同学们对盾构法施工有了一定的了解， 现在大家 一起来观看一段青草沙过江隧道的施工演示视频，结合已学内容进行思考。播放视频（教师做适当解说）情景：如果你是青草沙过江隧

14、道衬砌拼装工序的工作人员，列举你要控制的重 点？（引出下堂课的内容）引发学生思考，讨论，对下堂课起到铺垫作用。老师小结：控制重点有：管片的运输、管片的拼装顺序、管片拼装的准确性、管 片的连接及防水处理等；下堂课将会本内容对进行讲解，同学们课后可先查看教 材下节课内容进行了解。7、课堂总结，过渡：本堂课内容信息量大，覆盖面广，课后同学们复习时要注意以下三个 方面。(PPT演示)(1)、盾构机种类繁多，同一种盾构机按不同的分类方法会有不同的名称叫法，只有掌握了盾构机的分类方法，才能理解和掌握盾构机的各个类型。(2)、盾构法施工自动化程度高，只有掌握了盾构机组成及工作原理， 才能理解和掌握各个工序意义及内在联系。(3)、只有掌握了各种盾构开挖方法的适用性、 优缺点，才能正确理解施工控制重点。主要的分类方法：按工作原理、按开挖方式、按断面形状、按盾构机的功能和用途。盾构机