第四章盾构施工技术第13节

1、会计学1第四章盾构施工技术第第四章盾构施工技术第13节节第1页/共128页第2页/共128页二、盾构法主要施工程序1、建造盾构工作井2、盾构掘进机安装就位4、初推段掘进施工5、掘进机设备转换6、盾构连续掘进施工8、盾构进入接收井，并运出地面7、接收井洞口土体加固3、出洞口土体加固第3页/共128页三、盾构法施工的优缺点优点：1、作业场地小，因噪音、振动引起的环境影响小；2、在盾构保护下开挖和衬砌，施工安全；3、隧道施工不影响地面交通或水上航道；4、地下施工不受气候影响；5、自动化程度高、劳动强度低、施工速度快（一般6m/d,最高12m/d）。第4页/共128页缺点：1、施工设备费用较高（直径6

2、m土压平衡盾构机约500万美元，直径6m复合盾构机约800万美元）；2、短于750m隧道施工不经济；3、覆土较浅时，地表沉降较难控制；4、衬砌结构防水要求高；5、曲率半径较小的曲线段施工较困难。第5页/共128页适用范围： 适用于各类软土地层和软岩地层的隧道掘进，尤其适用于城市地下隧道工程。 水底公路隧道； 地铁区间隧道； 排水污水隧道； 引水隧道； 公用管线隧道。第6页/共128页第7页/共128页打 浦 路隧 道 断 面 图打 浦 路隧 道 断 面 图第8页/共128页第9页/共128页已建成的地铁人行通道第10页/共128页地铁区间隧道第11页/共128页市政工程隧道第12页/共128页

3、过江电缆隧道第13页/共128页第14页/共128页三、盾构法隧道技术的发展历史1、国外盾构隧道的发展 * 1818年，法国的布鲁诺(Brunel)从蛀虫钻孔得到启示，提出盾构掘进隧道设想，并获得发明专利。* 18251843年，布鲁诺在伦敦泰吾士河下用盾构法修建458m长的矩形隧道（11.3m6.7m）,世界上第一条盾构隧道。* 1830年，英国的罗德发明“气压法”辅助解决隧道涌水。* 1869年，英国的巴劳(Barlow)首次采用圆形盾构和铸铁管片，在泰吾士河下修建外径2.2m的隧道。第15页/共128页* 1874年，英国的格雷塞德(Greathead)较完整提出了气压盾构法施工工艺，首

4、创盾尾空隙压浆的辅助工法，并用于伦敦地铁南线内径3.2m隧道施工。* 18801890年，在英国和加拿大间的圣克莱河下用盾构法建成直径6.4m、长1800m的水底铁路隧道。* 1896年，开始应用刀盘式机械掘进盾构。* 20世纪初，美国、英国、德国、苏联、法国等国开始采用盾构法修筑地铁和水底公路隧道。* 1940年后，苏联用直径6.09.5m盾构在莫斯科和列宁格勒修建地铁。第16页/共128页* 19391942年，日本首次用盾构施工国铁关门隧道工程（盾构直径7.18m，隧道长度725.8m）。* 1967年，英国开发成功首台泥水加压平衡盾构。* 1974年，日本开发成功首台土压平衡盾构。*

5、19871991年，英国、法国采用11台盾构掘进50km长的英法海峡隧道，创造单台盾构连续掘进21km的记录。* 19891996年，日本采用8台世界最大直径14.14m泥水加压盾构，掘进东京湾海峡隧道，2条隧道各长15.1km。第17页/共128页英法海峡隧道示意图第18页/共128页第19页/共128页2、我国盾构法隧道技术的发展* 50年代，东北阜新海州露天煤矿首次采用直径2.6m手掘式盾构在沙土层施工疏水巷道。* 1957年，北京市政工程局采用2台直径2.0m和2.6m手掘式盾构进行城市下水道施工。* 1963年，上海隧道工程股份有限公司在软土地层进行直径4.2m手掘和网格盾构的浅推进

6、和深推进工程试验。* 1965年，上海采用直径10.22m网格挤压盾构掘进国内首条水底公路隧道打浦路隧道，掘进长度1322m。第20页/共128页* 19851988年，上海采用自行研制的直径11.33m网格型水力出土盾构掘进机施工延安东路隧道，掘进长度1476m。* 19851986年，上海引进日本川崎重工制造的直径4.33m小刀盘土压平衡盾构掘进芙蓉江路排水隧道1656m。* 19871989年，上海研制了国内首台直径4.35m土压平衡盾构，掘进完成穿越黄浦江底的市南站电缆隧道583m。技术成果获国家科技进步一等奖。第21页/共128页* 19911993年，上海与法国FCB公司合作设计制

7、造7台直径6.34m土压平衡盾构，完成上海地铁1 号线78km区间隧道掘进施工。* 19951997年，上海引进日本三菱重工直径11.22m泥水加压盾构掘进延安东路隧道南线工程1300m主隧道。* 19961998年，广州引进日本1 台直径6.14m土压平衡盾构和2台直径6.14m泥水加压盾构，完成广州地铁1 号线8.8km区间隧道掘进施工。第22页/共128页* 1999年，上海研制国内首台3.8m3.8m组合刀盘型矩形土压平衡盾构，掘进104m地铁2号线陆家嘴车站过街人行地道。* 1999年，北京市政总公司引进日本石川岛播磨直径3.6m土压平衡盾构，完成亮马河排水隧道工程。2000年，广州

8、地铁2号线采用改制的直径6.14m复合型土压平衡盾构，进行风化岩地层中的区间隧道掘进施工。武汉长江隧道， 2004年11月2008年12月试通车。全长3630m，设计为左右道隔离双向4车道公路隧道。采用风格NFM公司生产的11.38m泥水加压平衡盾构和复合刀具，实现长距离不换刀掘进。第23页/共128页第24页/共128页第25页/共128页第26页/共128页第27页/共128页北桥南隧越江工程第28页/共128页上海长江隧道第29页/共128页上海长江隧道第30页/共128页第31页/共128页南京长江隧道第32页/共128页第33页/共128页第34页/共128页第35页/共128页一、

9、盾构壳体组成_切口环、支承环、盾尾三部分第36页/共128页垂直形刀盘开挖，稳定土层手掘倾斜形较不稳定土层手掘阶梯形不稳定土层手掘第37页/共128页第38页/共128页第39页/共128页橡胶密封：L形、U形钢丝束密封：弹簧钢板、钢丝束、密封油脂第40页/共128页二、推进系统 组成液压系统（液压站、控制系统）、 千斤顶群。 作用盾构的前进、方向调整(克服推进阻力) 千斤顶布置在支承环周圈布置， 单台推力，1000kN2000kN， 行程比管片宽度长1020cm。 推进速度：50100mm/min 油压：3040MPa(高液压系统)第41页/共128页第42页/共128页第43页/共128页

10、第44页/共128页第45页/共128页第46页/共128页第47页/共128页第48页/共128页第49页/共128页半机械化盾构第50页/共128页第51页/共128页土压平衡盾构土压平衡盾构第52页/共128页螺旋输送机出土土箱运土井口土箱吊运第53页/共128页管片吊运下井管片水平运输第54页/共128页泥水平衡盾构泥水平衡盾构第55页/共128页第56页/共128页1、圆形盾构应用最广能承受较大外压、便于推进和管片安装、盾构转动不影响断面利用。第57页/共128页2、椭圆形第58页/共128页3、矩形断面断面利用率高，但盾构刚度小，受力不佳，纠偏困难，少用。第59页/共128页3.8

11、M3.8M矩形土压盾构及工程应用上海地铁二号线一期工程陆家嘴路车站出入口工程第60页/共128页第61页/共128页4、双园盾构用于区间隧道修建。第62页/共128页第63页/共128页双圆盾构掘进机第64页/共128页盾构尺寸盾构尺寸 盾构外径盾构外径 6520mm 6520mm 11120mm11120mm盾构内径盾构内径 6540mm 6540mm 盾构机全长盾构机全长 3cm/min 3cm/min 盾构机千斤顶盾构机千斤顶 设备数设备数 2020台台+12+12台台总推力总推力68600KN68600KN刀盘装置刀盘装置 支持方式支持方式 中心轴支持式中心轴支持式旋转数旋转数0.8r

12、pm0.8rpm设备扭矩设备扭矩5046KN-m5046KN-m（常用）（常用）7570KN-m7570KN-m（最大）（最大）驱动方式驱动方式电动机驱动电动机驱动设备数设备数2 2台台拼装装置拼装装置旋转角度旋转角度 左右左右 各各220220 设备数设备数2 2台台仿形刀仿形刀设备数设备数2 2台台2 2超挖量超挖量200mm200mm土压计数土压计数隔仓部隔仓部5 5个个双圆盾构掘进机主要参数双圆盾构掘进机主要参数 第65页/共128页第66页/共128页 双圆盾构管片拼装双圆盾构管片拼装双圆盾构管片拼装流程双圆盾构管片拼装流程第67页/共128页双圆隧道施工双圆隧道施工双圆管片拼装双圆

13、管片拼装第68页/共128页第69页/共128页第70页/共128页第71页/共128页第72页/共128页第73页/共128页第74页/共128页打浦路越江隧道工程10. 2第75页/共128页第76页/共128页打 浦 路隧 道 断 面 图打 浦 路隧 道 断 面 图第77页/共128页第78页/共128页延安东路隧道工程11.3m网格水力出土盾构网格水力出土盾构第79页/共128页第80页/共128页第81页/共128页第82页/共128页第83页/共128页第84页/共128页泥水压力与开挖面水土压力平衡；在地层表面形成一层不透水泥膜，使泥水产生有效压力；加压泥水渗透到地层，可使渗透区

14、域开挖面稳定。第85页/共128页第86页/共128页泥水平衡盾构第87页/共128页泥水平衡盾构泥水处理系统第88页/共128页第89页/共128页第90页/共128页第91页/共128页第92页/共128页第93页/共128页第94页/共128页第95页/共128页盾构本体盾构本体 外径外径 6350mm 6350mm 盾尾内径盾尾内径 6240mm 6240mm 最大推力最大推力 33320kN 33320kN 推进速度推进速度 3cm/min 3cm/min 切削刀盘切削刀盘 最大扭矩最大扭矩 4635kN-m 4635kN-m 转速转速 0-0.8r/min 0-0.8r/min 螺

15、旋输送机螺旋输送机 螺杆直径螺杆直径 700mm 700mm 扭矩扭矩 0-15kN-m 0-15kN-m 排土量排土量 200m200m3 3/h /h 拼装机拼装机 回转速度回转速度 0-1.5r/min 0-1.5r/min 回转角度回转角度 210210 提升重量提升重量 82kN 82kN 提升行程提升行程 650mm 650mm 平移行程平移行程 1050mm 1050mm 6.34m6.34m土压平衡盾构主要工作参数土压平衡盾构主要工作参数 第96页/共128页与法国与法国FCBFCB公司合作设计制作的公司合作设计制作的6.34M6.34M土压平衡盾构土压平衡盾构第97页/共12

16、8页第98页/共128页7 7号盾构吊装就位号盾构吊装就位2 2号盾构设备车架号盾构设备车架盾构设备车架盾构设备车架盾构准确进入接收井盾构准确进入接收井第99页/共128页第100页/共128页第101页/共128页第102页/共128页第103页/共128页南京地铁隧道试验段盾构法区间地质剖面图第104页/共128页第105页/共128页 南京地铁一号线约南京地铁一号线约16km16km区间隧道全部采用区间隧道全部采用6.34m6.34m土压盾构土压盾构掘进施工，分别从日本和德国引进掘进施工，分别从日本和德国引进3 3台。目前，由上海隧道工程台。目前，由上海隧道工程公司承包钓鱼台站三山街站区

17、间隧道已完成上行线。公司承包钓鱼台站三山街站区间隧道已完成上行线。 第106页/共128页北京地铁北京地铁5 5号号线地质纵剖图线地质纵剖图第107页/共128页盾构直径盾构直径6 200mm开口率开口率38盾构长度盾构长度7 600mm刀盘扭矩刀盘扭矩5 000KN-m总推力总推力28 580KN刀盘转速刀盘转速03 n/min油缸数量油缸数量32只只螺旋机直径螺旋机直径900mm推进速度推进速度08cm/min螺旋输送机扭矩螺旋输送机扭矩225KN-m出土量出土量300 m3/n6.19m土压盾构土压盾构掘进机掘进机第108页/共128页第109页/共128页复合型土压平衡盾构第110页/

18、共128页第111页/共128页 1996年，广州地铁一号线工程中有8.825km区间隧道采用3台6.14m盾构掘进施工，其中1台为复合型土压平衡盾构，2台为泥水加压盾构，均为日本川崎重工制造，由青木建设承包施工。烈士陵园站农讲所站公园前站2970m区间隧道采用复合型土压盾构，其刀盘上设置了两种刀具，切削粘土的割刀和切削风化岩石的盘形滚刀。 2000年，广州地铁二号线工程海珠广场站至江南新村站3423m区间隧道选用2台由上海隧道工程公司改制的6.14m复合型土压盾构掘进施工。盾构从珠江底穿越，埋深1628m，掘进地层为含水丰富的弱风化岩、强风化岩和中风化岩。 2001年，广州地铁工程购置4台6

19、.14m德国海瑞克公司制造的复合型土压盾构，掘进速度8m/d，最快达20m。第112页/共128页广州地铁二号线复合盾构掘进工程广州地铁二号线复合盾构掘进工程第113页/共128页 第114页/共128页 制造商制造商名称名称日本川崎重工日本川崎重工上海隧道工程股份公司上海隧道工程股份公司德国海瑞克德国海瑞克外径（外径（mm）614061406250长度（长度（mm）815081807600总推力（总推力（KN）323403234030100推进速度推进速度（mm/min）050045080扭矩（扭矩（KN-m）/38104360刀盘转度（刀盘转度（rpm）/0306第115页/共128页6.

20、14m6.14m复合盾构复合盾构第116页/共128页第117页/共128页第118页/共128页第119页/共128页各 种 盾 构 工 法 比 较 一 览 表全 断 面 开 挖部 分 开 放 型封 闭 型土 压 式人 工 挖 掘 式半 机 械 挖 掘 式机 械 挖 掘 式闭 胸 式削 土 加 压 式泥 土 加 压 式泥 水 加 压 式工 法 概 要靠人工开挖土砂，以皮带运输机等设备出渣，根据地层性质的不同安装有突檐或千斤顶挡土机构，以稳定开挖面 。采用机械进行大部分土砂的开挖和装运，以千斤顶挡土支撑等机构稳定开挖面，与人工挖掘式相比，对地层的稳定 性 要 求 高 。盾构前部安装有切削刀头，

21、用机械连续开挖土砂，切削刀面板亦起支撑开挖面的 作 用 。开挖面密闭，在其上设有可调的出入口，开挖时盾构的前部贯入土砂之中，土砂呈塑性流动并从开 口 排 出 。在切削密闭舱内充满开挖下来的土砂，与盾构的推进力对整个工作面加压，来抗衡开面上的压力，在保持开挖面稳定的同时，用螺旋输送机出土 。在切削密闭舱内注 入 混 合 添 加 材料、制泥原料土等，使其与切削土搅拌混合形成泥状土并将其填满密闭舱，用盾构推进力对工作面加压来抗衡开挖面上的土压，在保持开挖面稳定的同时，用螺旋 输 送 机 出 土 。向切削密闭舱内循环填充泥浆，用于抵抗开挖面的土压、水压，保持开挖面的稳定，开挖下来的土砂，以泥浆的形式通过流体输送 的 方 式 运 出 。开 挖 方 式人 工机 械 人 工全 断 面 切 削 刀 盘盾 构 挤 压 贯 入全 断 面 切 削 刀 盘同 左同 右开 挖 面 管 理设 置 挡 土 机 构 稳定 开 挖 面部 分 靠 支 撑 机 构稳 定 开 挖 面未 设 置 挡 土 支 撑机 构调 节 排 土 阻 力 速度 及 开 口 大 小 保持 开 挖 面 稳 定调 节 土 仓 内 泥 土压 力 及 排 土 量 ，控 制 开 挖 面 稳 定调 节 土 仓 内 泥 土压 力 及 排 土 量 ，控 制 开