城市地铁盾构工法介绍

1、城市地铁盾构工法介绍城市地铁盾构工法介绍 最早发明盾构的思路是来自于一个有趣的发现最早发明盾构的思路是来自于一个有趣的发现. . 1806 1806年，法国工程师马克年，法国工程师马克 布鲁诺尔（布鲁诺尔（Marc Isambrd Marc Isambrd BrunelBrunel）在伦敦的一艘船上）在伦敦的一艘船上, ,发现船的木板中，有一发现船的木板中，有一种蛀虫钻出孔道，并用它自己分泌的液体涂在孔壁种蛀虫钻出孔道，并用它自己分泌的液体涂在孔壁上上, ,在蛀虫钻孔的启示下，布鲁诺尔构思了盾构掘进在蛀虫钻孔的启示下，布鲁诺尔构思了盾构掘进隧道的原理隧道的原理, ,并注册了专利。并注册了专利。

2、 盾构的问世已有盾构的问世已有183183年的历史。年的历史。18251825年，马克年，马克 布鲁布鲁诺尔第一次在伦敦泰晤士河下用一个断面高诺尔第一次在伦敦泰晤士河下用一个断面高 6.8m6.8m，宽，宽11.4m11.4m 的矩形盾构修建的矩形盾构修建 了第一条盾构法了第一条盾构法 隧道。隧道。 施工中遇到了坍方和水淹，施工中遇到了坍方和水淹，18281828年年1 1月月1212日，第一次出日，第一次出现洪水停工现洪水停工, ,伦敦地下铁道公司的伦敦地下铁道公司的CallodamCallodam曾向布鲁诺尔提出曾向布鲁诺尔提出采用压缩空气的建议，然而布鲁诺尔未采纳。在经历了采用压缩空气的

3、建议，然而布鲁诺尔未采纳。在经历了5 5次次特大洪水后，历经特大洪水后，历经1818年直到年直到18431843年才完成了这条全长年才完成了这条全长458m458m的的隧道。隧道。 我国盾构的开发与应用始于我国盾构的开发与应用始于19531953年，东北阜年，东北阜新煤矿用手掘式盾构修建了直径新煤矿用手掘式盾构修建了直径2.6m2.6m的疏的疏水巷道水巷道 19651965年年3 3月，江南造船厂制造了月，江南造船厂制造了2 2台直径台直径5.8m5.8m的网格挤的网格挤压盾构。压盾构。 19661966年年5 5月，中国第一条水底公路隧道月，中国第一条水底公路隧道上海打浦路上海打浦路越江公路

4、隧道工程由江南造船厂制造的直径越江公路隧道工程由江南造船厂制造的直径10.22m10.22m网网格挤压盾构施工格挤压盾构施工。 19861986年，中铁隧道集团研制出半断面插刀盾构，并经过年，中铁隧道集团研制出半断面插刀盾构，并经过了工业性试验了工业性试验。 19871987年，上海隧道股份研制成功了我国第一年，上海隧道股份研制成功了我国第一台台4.35m4.35m加泥式土压平衡盾构加泥式土压平衡盾构 。 19901990年，上海地铁年，上海地铁1 1号线工程全线开工，号线工程全线开工，18km18km区间隧道采用区间隧道采用7 7台由法国台由法国FCBFCB公司、上海隧道公司、上海隧道股份、

5、上海隧道工程设计院、沪东造船厂联股份、上海隧道工程设计院、沪东造船厂联合制造的合制造的6.34m6.34m土压平衡盾构。土压平衡盾构。 一一. . 盾构法介绍盾构法介绍 一一. . 盾构法介绍盾构法介绍 一一. . 盾构法介绍盾构法介绍1 盾构机选型的主要内容盾构机选型的主要内容二二 盾构机基本类型的选择盾构机基本类型的选择l 土压盾构、泥水盾构、复合盾构土压盾构、泥水盾构、复合盾构 盾构刀盘与刀具的选择盾构刀盘与刀具的选择l幅条式刀盘、面板式刀盘幅条式刀盘、面板式刀盘l 滚刀、切刀、先行刀、超挖刀滚刀、切刀、先行刀、超挖刀 主要功能的配置主要功能的配置；l 土压盾构：加泥装置、泡沫注入装置土

6、压盾构：加泥装置、泡沫注入装置 l 泥水盾构：冲洗装置、气垫平衡装置泥水盾构：冲洗装置、气垫平衡装置l 复合盾构：功能部件更换、多模式平衡功能复合盾构：功能部件更换、多模式平衡功能 二二. .盾构机的选型与配置盾构机的选型与配置 选型的原则：选型的原则： 掘得进、稳得住、出得来、成形快、环保好掘得进、稳得住、出得来、成形快、环保好 地质影响因素：土砂层、岩层地质影响因素：土砂层、岩层 一般来说对于土层或淤泥质地层，选择土压平衡盾一般来说对于土层或淤泥质地层，选择土压平衡盾构；而砂层或卵石地层选择泥水；岩石地层选择土压构；而砂层或卵石地层选择泥水；岩石地层选择土压盾构；对于复合地层需要综合分析。

7、盾构；对于复合地层需要综合分析。 主要因素有：地层的渗透系数、岩土层的颗粒分布主要因素有：地层的渗透系数、岩土层的颗粒分布与组份、岩石的强度、岩石的与组份、岩石的强度、岩石的RQD指标、地质构造。指标、地质构造。 2 .盾构选型的地质与环境适应性盾构选型的地质与环境适应性二二. .盾构机的选型与配置盾构机的选型与配置 环境因素：建构筑物、场地环境、工程投资环境因素：建构筑物、场地环境、工程投资 作为控制地层变形能力评判，泥水盾构优于土压盾作为控制地层变形能力评判，泥水盾构优于土压盾构；但是由于泥水处理系统的需要，工作场地要求大。构；但是由于泥水处理系统的需要，工作场地要求大。 从工程投资角度考

8、虑，一般泥水盾构施工的成本高从工程投资角度考虑，一般泥水盾构施工的成本高于土压盾构的于土压盾构的1520%；且泥水系统会造成噪音污染。；且泥水系统会造成噪音污染。 2 盾构选型的地质与环境适应性盾构选型的地质与环境适应性二二. .盾构机的选型与配置盾构机的选型与配置3 刀盘及刀具的选择与应用刀盘及刀具的选择与应用 刀盘面板的分类刀盘面板的分类 二二. .盾构机的选型与配置盾构机的选型与配置 刀盘形式刀盘形式 比较项目比较项目面面 板板 式式幅幅 条条 式式砂、土适应性砂、土适应性（粒径（粒径15 cm15 cm）由于开挖面土体受面板开口影响，渣由于开挖面土体受面板开口影响，渣土进入渣舱不顺畅，

9、易粘结，易堵塞。土进入渣舱不顺畅，易粘结，易堵塞。仅有几根幅条，同时幅条后均设有搅仅有几根幅条，同时幅条后均设有搅拌叶片，土、砂流动顺畅，不易堵塞。拌叶片，土、砂流动顺畅，不易堵塞。砂卵石适应性砂卵石适应性（粒径（粒径15cm15cm）适应性强，必要时可加滚刀。适应性强，必要时可加滚刀。不能加滚刀，刀头形式及数量较少。不能加滚刀，刀头形式及数量较少。刀盘扭矩刀盘扭矩刀盘扭矩阻力大，需增加设备能力，刀盘扭矩阻力大，需增加设备能力，造价高。适用于硬土与岩石地层造价高。适用于硬土与岩石地层刀盘扭矩阻力小，设备造价低，适用刀盘扭矩阻力小，设备造价低，适用于淤泥质地层与砂层。于淤泥质地层与砂层。隧道内刀

10、头更换隧道内刀头更换安全性安全性由于有面板，在隧道内更换刀头时安由于有面板，在隧道内更换刀头时安全可靠性相对好。全可靠性相对好。在隧道内更换刀头时安全性差，加固在隧道内更换刀头时安全性差，加固土体费用高。土体费用高。刀盘特性比较刀盘特性比较 刀盘型式的选择刀盘型式的选择 3 刀盘及刀具的选择与应用刀盘及刀具的选择与应用二二. .盾构机的选型与配置盾构机的选型与配置3 刀盘及刀具的选择与应用刀盘及刀具的选择与应用 刀具的分类刀具的分类 掘进刀具掘进刀具切削破岩切削破岩刀具刀具滚压破岩滚压破岩刀具刀具齿刀齿刀切刀切刀 球齿滚刀球齿滚刀楔齿滚刀楔齿滚刀盘形滚刀盘形滚刀辅助刀具辅助刀具超挖刀超挖刀刮刀

11、刮刀二二. .盾构机的选型与配置盾构机的选型与配置1 盾构始发盾构始发 始发端头的地层加固始发端头的地层加固l 旋喷、搅拌、冻结旋喷、搅拌、冻结 洞门的破除洞门的破除l 检查与破除时机检查与破除时机 洞门密封洞门密封l 折叠密封、钢护套密封折叠密封、钢护套密封 始发轴线的控制始发轴线的控制l 曲线始发曲线始发l 高层控制高层控制三三. .盾构施工的主要环节盾构施工的主要环节2 盾构掘进技术盾构掘进技术 泥水平衡盾构掘进技术泥水平衡盾构掘进技术 泥水盾构的三大系统：泥水盾构的三大系统：l 盾构掘进盾构掘进l 环流环流l 泥水处理泥水处理 三三. .盾构施工的主要环节盾构施工的主要环节2 盾构掘进

12、技术盾构掘进技术 土压平衡盾构掘进技术土压平衡盾构掘进技术 土压平衡盾构的二大系统：土压平衡盾构的二大系统： 盾构掘进盾构掘进 渣土排放渣土排放 三三. .盾构施工的主要环节盾构施工的主要环节土仓压力控制因素图土仓压力控制因素图增大增大/减小推进速度减小推进速度增大增大 / 减小螺旋输送机排放减小螺旋输送机排放速度速度地下水地下水 压压 土压土压2 盾构掘进技术盾构掘进技术 土压平衡盾构掘进技术土压平衡盾构掘进技术 盾构掘进系统：盾构掘进系统： 刀具的选择刀具的选择 掘进模式掘进模式 刀具的更换刀具的更换 三三. .盾构施工的主要环节盾构施工的主要环节2 盾构掘进技术盾构掘进技术 土压平衡盾构

13、掘进技术土压平衡盾构掘进技术 渣土排运：渣土排运： 螺旋输送机螺旋输送机 皮带运输皮带运输 有轨与无轨运输有轨与无轨运输 三三. .盾构施工的主要环节盾构施工的主要环节3 壁后注浆壁后注浆 同步注浆同步注浆l 通过盾尾内（外）置注通过盾尾内（外）置注浆管与与掘进同步进行浆管与与掘进同步进行 及时注浆及时注浆l滞后掘进，通过管片预滞后掘进，通过管片预留孔进行注浆留孔进行注浆 二次注浆二次注浆l 必要时进行必要时进行三三. .盾构施工的主要环节盾构施工的主要环节4 方向控制方向控制 自动导向系统自动导向系统l 人工移站、自动巡人工移站、自动巡回测量回测量 方向的控制与调整方向的控制与调整l 以适应

14、设计线形为以适应设计线形为主，适时纠偏，切主，适时纠偏，切弃过急过猛弃过急过猛l 管片以适应盾尾间管片以适应盾尾间隙为主，兼顾设计隙为主，兼顾设计线形线形 水平方向水平方向 盾构机位置盾构机位置 姿态图姿态图 盾构机位置盾构机位置 姿态姿态 数据数据 隧道设计轴线隧道设计轴线 隧道里程隧道里程 三三. .盾构施工的主要环节盾构施工的主要环节5 管片安装管片安装 管片安装管片安装l 运输运输l 安装定位安装定位三三. .盾构施工的主要环节盾构施工的主要环节6 盾构到达施工盾构到达施工 到达施工的安全性到达施工的安全性l 地层加固、端头密封地层加固、端头密封 到达段的防水要求到达段的防水要求l 管

15、片的辅助连接管片的辅助连接三三. .盾构施工的主要环节盾构施工的主要环节类型类型因素因素介绍介绍盾构法施工盾构法施工主要优点主要优点环境影响小环境影响小盾构法施工出土量少，对周围地层的沉降、隆起控制方便，盾构法施工出土量少，对周围地层的沉降、隆起控制方便，对周围构筑物的影响较小；盾构法施工不影响地表交通，对对周围构筑物的影响较小；盾构法施工不影响地表交通，对居民的生活、出行影响较小；无需切断、搬迁地下管线等各居民的生活、出行影响较小；无需切断、搬迁地下管线等各种地下设施；无空气、噪声、振动污染问题。种地下设施；无空气、噪声、振动污染问题。有明显的技术有明显的技术经济优势经济优势盾构法施工开挖、

16、拼装管片、盾构推进等作业有序进行，循盾构法施工开挖、拼装管片、盾构推进等作业有序进行，循环性强，易于施工管理，在技术上有很明显的优势；隧道施环性强，易于施工管理，在技术上有很明显的优势；隧道施工无需大量的拆除地表建筑，经济优势明显。工无需大量的拆除地表建筑，经济优势明显。机械化施工程度高，机械化施工程度高，较安全较安全整个盾构法施工大部分工作均有机械完成，仅需要很少人工整个盾构法施工大部分工作均有机械完成，仅需要很少人工( (相较于其他施工工法相较于其他施工工法) )，安全系数高。，安全系数高。施工不受风雨等施工不受风雨等气候条件影响气候条件影响盾构法施工绝大部分工作均在地下进行，受地面风雨影响极盾构法施工绝大部分工作均在地下进行，受地面风雨影响极小，当然，风雨引起的地下水位的变化还是值得注意的。小，当然，风雨引起的地下水位的变化还是值得注意的。适用地层范围广适用地层范围广盾构施工方法不仅适用于软土地层，还可使用于软弱、盾构施工方法不仅适用于软土地层，还可使用于软弱、破碎岩层。破碎岩层。盾构法施工盾构法施工主要技术问题主要技术问题隧道曲线半径隧道曲线半径影响较大影响较大当隧道曲率半径过小时，盾构机转弯较为困难，很难保证施当隧道曲率半径过小时，盾构机转弯较为困难，很难保证施工掘进轴线的进度和施工质量，给施工带来困难。工掘进轴线的进度和施