PPT盾构法施工技术（96附图丰富）

盾构法施工工技术-------盾构施施工技技术目录1.1关于地下建建筑空间施施工的几个个概念1.2TBM和盾构机的的具体区别别2.1盾构法施工工技术2.2盾构机械设设备3盾构法隧道道施工工艺艺1.1关于地下建建筑空间施施工的几个个概念明挖法：也称挖盖法法暗挖法：也称矿山法法，钻爆法法等浅埋暗挖法法：盾构法：沉井法：沉管法：顶管法：地下连续墙墙法：TBM法：(1)明挖法地下下结构施工工示意图挖建盖（填）(2)暗挖法地下下结构施工工示意图一般坚硬岩岩层中的隧隧道均采用用该方法施施工。挖衬埋深一般大于10m(3)浅埋暗挖法法地下结构构施工示意意图初衬二衬超前支护锚杆、管棚或灌浆埋深一般小于5m一般用于城城市交通繁繁忙地带，，不允许中中断交通，，且地质条条件又较差差的地段，，武汉市的的地下过街街通道大多多采用该法法施工。如如武汉广场场、武汉会会展中心、、洪山广场场过街通道道等(4)盾构法地下下结构(隧道)施工示意图图盾构法隧道道施工适用用于软土地地区埋深大大的隧道工工程，可穿穿越江河、、湖泊、海海底、地面面建筑物和和地下管线线密集区的的下部。(5)沉井法地下下结构施工工示意图沉井结构用用途十分广广泛，主要要用于点式式地下建筑筑工程：如如自来水厂厂、电厂和和化工厂的的水泵房、、地下沉淀淀池和水池池、地下热热电站、地地下油库、、地下车间间和地下仓仓库等。此此外，也可可用作地铁铁、水底隧隧道等各种种设备井、、通风井、、盾构拼装装井、车间间和区间段段连续沉井井等。(6)沉管法地下下结构施工工示意图1(6)沉管法地下下结构施工工示意图2沉管法一般般用于水下下隧道施工工，目前国国内已建成成的最大的的沉管隧道道是上海外外环越江隧隧道，总长长2880m（沉管段长长736m），双向8车道。(7)顶管法地下下结构施工工示意图顶管法主要要用于建造造穿越城市市交通繁忙忙地带的地地下工程，，其长度、、断面尺寸寸均受到较较大限制。。国内最长长的顶管隧隧道是西气气东输工程程穿越黄河河的隧道，，长度近3000m，直径约2m。(8)地下连续墙墙法施工示示意图地下连续墙墙法可用于于点式、条条式地下工工程的施工工，如上海海、广州大大部分地铁铁车站均采采用该法施施工。其特特点类似于于明挖法，，但比明挖挖法占用场场地小，对对周围环境境影响较小小，且造价价相对较低低。(9)TBM法地下结构构施工示意意图目前国内,习惯上将用用于岩石地地层的隧道道掘进机称称为TBM,将用于软土土地层的隧隧道掘进机机称为盾构构机。归类类还是同在在掘进机门门下。1.2TBM和盾构机的的具体区别别？1.适用的工程程不一样，，TBM用于硬岩，，盾构机用用于土层的的挖掘。2.两者的掘进进，平衡，，支护系统统都不一样样。3.TBM比盾构技术术更先进，，更复杂。。4.工作的环境境也不一样样，TBM是硬岩掘进进机，一般般用在山岭岭隧道或大大型引水工工程，盾构构是软土类类掘进机，，主要是城城市地铁，，及小型管管道。其实TBM和盾构除了了这些本质质的差别外外，笼统的的来说，都都是一样，，都是隧道道全断面掘掘进。只是是不同的工工作环境应应用不同的的机械罢了了。2.1盾构法施工工技术盾构（shield）是一种钢制的活动防护装置或或活动支撑撑，是通过软软弱含水层层，特别是是河底、海海底，以及及城市居民民区修建隧隧道的一种机械。。头部可以安全地地开挖地层层,尾部可以装配预预制管片或或砌块，迅迅速地拼装装成隧道永永久衬砌。。盾构推进主要依靠盾盾构内部设设置的千斤斤顶。概述适用条件在松软含水地地层中修建隧道、、水底隧道道及地下铁铁道时采用用各种不同同形式的盾盾构施工最最有意义，，特别是该该施工方法法属地表以以下暗挖施工，，不受地面面交通、河道道、航运、、潮汐、季季节等条件的影响，优点：安全性、高高效率、危危害小、经经济性缺点：重复利用率率低、施工工复杂、适适用性受限限、工作条条件差、地地表变形不不易控制盾构优缺点点盾构隧道的的历史用盾构法修修建隧道开始于1818年，法国国工程师布布鲁诺尔；；1825年在英国泰泰晤士河下下首次用矩形形盾构建造隧道；；近代，日本盾构法法得到了迅速速发展，用用途越来越越广，并研研制了大量量新型盾构构；我国于1957年北京下水道道工程中首次出现2.6m小盾构；；上海市延安东路过江道路隧隧道使用11.0m直径的大盾盾构；盾构按形状状分类大致有圆形（又称称半盾构））、矩形、、马蹄形等几种。圆形因其抵抗水水土压力较较理想，衬衬砌拼装简简便，构件件可以互换换，较为通通用，数量量最多。圆形盾构中中，敞胸盾构和和闭胸盾构构两大类。按开挖方式分分为：人工挖掘式、、半机械挖掘掘式、机械挖挖掘式。一、盾构机定定义二、盾构机构构造三、盾构机分分类及型式四、盾构配套套设施2.2盾构机械设备备盾构机是一种种隧道掘进的的专用工程机机械，现代盾盾构掘进机集集光、机、电电、液、传感感、信息技术术于一体，具具有开挖切削削土体、输送土碴碴、同步衬砌砌注浆、拼装装隧道衬砌管管片、测量导导向纠偏等功功能，涉及地地质、土木、、机械、力学学、液压、电电气、控制、、测量等多门门学科技术，，而且要按照照不同的地质质进行“定制式”的设计制造，，可靠性要求求极高。盾构构掘进机已广广泛用于地铁铁、铁路、地地下公路、城城市市政、水水电等隧道工工程。一、盾构机定定义二、盾构机构构造盾构机是在钢钢壳体的保护护下，进行地地下隧道工程程掌子面开挖挖及衬砌连续续作业，并依依靠钢壳体内内千斤顶的推推力向前推进进。盾构机主主要由切削刀刀盘、前部盾盾体、连接桥桥架、后配套套台车等部分分组成。切削削刀盘根据工工程地质情况况选择不同型型式、配置相相应刀具；前前部盾体由主主驱动系统、、推进系统、、渣土输送系系统、管片拼拼装系统、同同步注浆等系系统组成；后后配套台车主主要为前部盾盾体内各系统统配置动力源源以及水、电电、气、液、、测量与监测测等辅助施工工系统和人工工操作系统；；连接桥架是是前部盾体和和后配套台车车的连接桥梁梁，各系统的的动力通过桥桥架上的管线线路从后配套套台车提供给给前部盾体内内的执行元件件。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心刀前部盾体主驱动系统、、推进系统、、渣土输送系系统、管片拼拼装系统、同同步注浆等系系统后配套台车主要配置盾构构机各系统所所需的动力源源以及水、电电、气、液、、测量与监测测等辅助施工工系统以及人人工操作等系系统三、盾构机分分类及型式开敞式土压平衡式泥水式泥土加压式复合式岩石盾构盾构机分类不同型式的盾盾构机——适应不同工程程的需要圆形盾构双圆盾构矩形盾构椭圆形盾构球形盾构异型盾构多联盾构子母盾构转向盾构浆液搅拌站盾构配套设施施——与盾构机组成成完备的施工工系统水平运输系统电机车垂直运输系统龙门吊地面监控室管片生产厂盾构配套设施施碴土坑现场管片堆放场风、水、电、照明一、盾构法的的由来二、土压平衡衡盾构法施工工工艺3.1盾构法隧道施施工工艺盾构法于19世纪初起源于于欧洲，受启启发于蛀虫挖挖洞，20世纪初日本引引进盾构施工工技术，并使使其得以较大大发展。上世世纪60年代该技术引引入中国。目目前，日本及及欧洲处于盾盾构技术的领领先地位。随随着盾构机制制造业的发展展和施工工艺艺的不断改进进，逐步形成成了比较完善善的盾构系列列施工工法。。近年来随着城城市建设的发发展，地下空空间得到广泛泛的开发利用用，盾构设备备的自动化程程度越来越高高，其适用性性得以拓展，，能够适用于于多种地质条条件和复杂环环境条件。已已在城市地铁铁、市政管道道、地下公路路、越江隧道道等基础设施施建设中得到到广泛应用。。一、盾构法的的由来目前在盾构工工程中普遍采采用的多为闭闭胸式盾构机机，其中以泥泥水平衡式与与土压平衡式式盾构机最为为普及。而且且由于盾构工工程大部分位位于人口密集集的城区，从从减少施工污污染、降低施施工造价等多多方面综合考考虑，又以土土压平衡盾构构法施工为主主。二、土压平衡衡盾构法施工工工艺土压平衡盾构构法施工工艺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构施工工艺艺流程图（一一个循环）盾渣构土掘排进出壁后同步注浆管片拼装始发台架图片片折叶式密封环环盾构机现场组组装图片盾构机主体组组装过程操作平台组装装螺旋输送机、、整圆器组装装桥架、皮带输输送机、单轨轨梁、反力架架的安装反力架的结构构型式初始掘进（1）洞口土体加加固（2）地面配套设设施安装施工工（3）洞门范围内内的钻孔灌注注桩凿除（4）始法台架安安装（5）盾构始发轨轨道铺设（6）反力架安装装（7）洞门橡胶密密封圈安装（8）盾尾密封刷刷涂满密封油油脂（9）盾构机的联联动调试满足足要求（10）临时管片准准备就绪（11）碴土运输准准备工作就绪绪（12）盾构机已准准确定位（13）自动导向系系统安装、测测试完毕（14）初始掘进范范围内的地面面监测点已布布设完毕并获获得初始的数数据（15）供电系统（（含备用电源源）、给排水水系统、通信信系统等正常常（16）始发反力架架和基准环已已在始发井地地面试拼装，，在井下安装装时要经过精精确定位测量量，确保第一一环临时管片片的准确位置置----掘进前的准备备工作1、土压力的平平衡（开挖过过程控制）2、进尺与出土土量的平衡（（即时控制））3、注浆量与建建筑孔隙量的的平衡（填充充控制）4、盾构掘进参参数变化量的的平衡（掘进进参数控制））5、盾构与管片片两者各项姿姿态间的平衡衡（轴线控制制）通过盾构施工控制达到到五种平衡状状态施工参数和开开挖面稳定控控制的好坏直直接影响地表表沉降大小、、地下管线和和地表建筑物物的安全。因因此施工中应应对开挖面的的稳定进行严严格控制。为了保证盾构构机顺畅排土土，需对掘削削下来的土砂砂加泥或加化化学泡沫等添添加剂以控制制土仓内土砂砂的塑性、流流动性处于适适当的范围内内，以保证盾盾构机能够顺顺畅排土。开挖面稳定控控制管理重点：不同地层条件件下进尺与出出土量的平衡衡（即时控制制），及时进进行土质状态态记录与分析析，并及时调调整每环总出出土量，保证证掘进过程中中进尺与出土土量的对应统统一。出碴控制在施工中实时时进行施工数数据采集，建建立完善的信信息化施工模模式：1、盾构机掘进进参数的采集集2、盾构机导向向数据的采集集3、施工监测系系统4、人工控制测测量数据盾构施工类似似工厂流水线线作业，因此此施工中要求求各环节紧密密衔接，任何何一道工序发发生滞后，都都将直接影响响施工工效，，或导致施工工停止。因此此应进行信息息化施工管理理，收集各阶阶段的施工参参数，通过分分析、归纳，，在施工中不不断对各种参参数的设定进进行优化，将将会提高施工工的质量、效效率。盾构掘进参数数控制----即信息化施工工地表沉降控制制是盾构施工工的重点，及及时的进行壁壁后注浆是有有效控制地表表沉降的措施施之一。在壁壁后注浆施工工中，由于盾盾构隧道穿越越地层的多样样性，注浆量量变化幅度较较大，因此采采取以注入压压力控制为主主，兼顾注入入量的方法进进行注浆管理理。注浆参数控制制----注浆压力及注注浆量平衡注浆材料选用用壁后注浆浆液液分为单液砂砂浆和双液化化学浆液，单单液砂浆浆液液应具备以下下性能：1.具有良好的长长时间稳定性性及流动性，，并能保证适适当的初凝时时间，以适应应盾构施工以以及远距离输输送的要求。。2.具有良好的充充填性能。3.在满足注浆施施工的前提下下，尽可能早早地获得高于于地层的早期期强度。4.浆液在地下水水环境中，不不易产生稀释释现象。5.浆液固结后收收缩率小，泌泌水率低。6.原料来源丰富富、经济，施施工管理方便便，并能满足足施工自动化化技术要求。。7.浆液无公害，，价格合理。。通过施工测量量以及盾构设设备的自动导导向系统，实实时取得盾构构的当前姿态态，再通过盾盾构操作系统统调整掘进控控制，使盾构构姿态保持在在要求的偏差差范围内；管管片拼装前认认真测量已经经成环的管片片姿态，根据据盾构隧道曲曲线方向、推推进千斤顶的的行程差、盾盾尾间隙等条条件合理选择择管片类型，，拼装过程中中要注意保证证管片的拼装装质量满足要要求。管理重点：盾盾构姿态；成成环管片姿态态；管片选型型。隧道轴线控制制CCR盾构掘进纠偏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道六、盾构机接接收及解体盾构接收施工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的凿除碴土的清理贯通后上接收托架1、根据盾构机机的贯通姿态态及掘进纠偏偏计划进行推推进，纠偏要要逐步完成，，每一环纠偏偏量不能过大大。2、在盾构机距距离端头墙50米时,选择合理的掘掘进参数，逐逐渐放慢掘进进速度，逐渐渐降低推力，，缓慢均匀地地切削洞口土土体，以确保保到达围护桩桩和墙体的稳稳定和防止地地层坍塌。3、加强地表沉沉降监测，及及时反馈信息息以指导盾构构机掘进。4、在拼装的管管片进入加固固范围后，浆浆液改为快硬硬性浆液，提提前在加固范范围内将泥水水堵在加固区区外。当最后后一环管片拼拼装完成后，，通过管片的的二次注浆孔孔，注入双液液浆进行封堵堵。5、由于盾构到到站时推力较较小，致洞门门附近的管片片环与环之间间连接不够紧紧密，因此作作好后20环管片的螺栓栓紧固和复紧紧工作。防止止管片松弛而而影响密封防防水效果。盾构到达施工工技术措施隧道剖面图1-进风道；2-进风口；3-排风口；4-排风道；5-路面（下拉杆杆）6-天棚（上拉杆杆）；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构造1-1(切口环)；2-2(支承环)；3-3(纵剖面)通常由盾构壳体、推推进系统、拼拼装系统、出出土系统等四大部分组成成。1）盾构壳体盾构壳体由切切口环、支承承环、盾尾与与竖直隔板、、水平隔板组组成，并由外外壳钢板连成成整体。切口环：开挖；上上下宽度可以以等值、也可可以不等值，，甚至是活动动的。容纳各种专门门的挖土设备备。支承环：承受荷重的的核心部分，，刚性较好的的圆环结构。。水平隔板和竖竖直隔板：增加盾构刚刚度，水平平承受拉力，，竖直承受压压力。盾尾：掩护工人在在其内部安装装衬砌。2）推进系统由盾构千斤顶顶和液压设备备组成，上上下左右活塞塞杆伸出长度度不同达到纠纠偏目的。盾构千斤顶一一般是沿支承承环圆周均匀匀分布的；；3）拼装系统衬砌拼装器又又称举重臂，是拼装系统统的主要设备备，以油压系系统为动力，，一般举重臂臂均安装在支承环环上。举重臂能作旋旋转、径向运运动，还能沿沿隧道中轴线线作往复运动动。完成这些运动动的精度应该该保证待装配配的管片上的的螺栓孔能和和已装配好的的螺栓孔对齐齐，以便螺栓固定定。4）出土系统出土方式一般般有三种：：（1）有轨运输：：皮带运输机机－矿车－洞洞口－垂直起起吊至地面。。（2）无轨运输：：自卸卡车（3）管道运输：：混合泥浆，，压力输出，，出土土连续化盾构分类及其其适用范围1）人工开掘式式、半机械式式敞胸盾构全部敞开，随时观察地地层变化情况况，并配备简简便的液压、、风动挖掘，，机具、人工工挖掘，当开开挖面难以保保持稳定时可可以采用气压压等人工措施施及正面支撑撑、支撑千斤斤顶等随挖随撑。1）挤压式闭胸胸盾构在塑性粘土及淤淤泥中采用,盾构正面用胸胸板密闭起来来。厚兰隧道、林林肯隧道和打打浦路隧道都都采用过半挤压及全挤压推进的闭胸盾盾构施工.衬砌结构常发发生椭圆率的现象，先衬衬砌水平直径径缩小，竖向向直径增大，，继之，盾构构离远时，竖竖向直径减小小，水平直径径增大。主要是隧道上上方土壤结构构破坏、隆起起，形成一个个卸载拱，而而水平压力仍仍然保持着初初始数值之故故。3）机械式闭胸胸盾构（1）局部气压盾盾构（2）泥水加压式式盾构（3）土压平衡式式盾构盾构几何尺寸寸的选定及盾盾构千斤顶推推力计算主要指盾构外外径D和盾构长度L、盾构灵敏度度L/D。最小建筑空隙隙值xx=mα=mD=d+2(x+δ)δ=0.02+0.01（D-4）1）盾构长度LL=L0+L1+L2+L3L0—盾尾长度；L1—支承环长度；；L2—切口环长度；；L3—前檐长度。2）盾构灵敏度度L/D经验数值:小型盾构D=2~3m，L/D=1.5中型盾构D=3~6m,L/D=1.00大型盾构D=6~9m,L/D=0.75特大型盾构D＞12m,L/D=0.45~0.754）盾构千斤顶顶推力计算阻力包括：盾构外表面与与四周地层的的摩阻力；盾尾内壳与衬衬砌结构之间间的摩阻力；；盾构切口部分分刃口切入土土层的阻力；；盾构切口环切切入土层时的的正面阻力；；开挖面正面支支撑阻力；以及盾构自重重引起的阻力力，纠偏时的的阻力，局部部气压或泥水水压力，阻力力板阻力等。。盾构构推推进进及及衬衬砌砌拼拼装装3.1盾构构推推进进已建建隧隧道道所所采采用用过过的的大大直直径径盾盾构构，，大大部部分分都都属属于于手掘掘式式敞敞胸胸盾盾构构或或闭闭胸胸挤挤压压盾盾构构，或或者者是是两两者者兼兼有有的的盾盾构构。。技术术先先进进的的泥水水盾盾构构或或土土压压平平衡衡盾盾构构很少少采采用用。。本节节将将主主要要介介绍绍在在松松软软含含水水地地层层中中采用用手手掘掘式式敞敞胸胸盾盾构构施施工工，辅辅以以气气压压，，人人工工井井点点降降水水及及其其它它地地层层加加固固措措施施，，盾盾构构开开挖挖掘掘进进时时的的几几种种施施工工方方法法。。1）人人工工井井点点降降水水加加手手工工掘掘式式敞敞胸胸盾盾构构施施工工人工工井井点点降降水水，，经经济济，，适适用用于于漏漏气气量量大大的的砂砂性性土土。。地下下水水位位降降低低、、疏疏干干地地层层，，增加加土土体体强强度度，，以保保证证开开挖挖面面稳稳定定，，盾盾构构在在地地下下水水位位以以上上通通过过，，施施工工场场地地较较干燥燥。。一般般都都采采用用喷射射井井点点，深深度度曾曾用用到到27m，使使埋埋深深为为25m的隧隧道道能能顺顺利利开开挖挖。。具体体过过程程：：（1）先先借借助助盾盾构构千千斤斤顶顶使盾盾构构推推进进，将将切切口口环环部部分分切切入入地地层层，，然然后后在在切口口环环保保护护下下进进行行土土体体开开挖挖与与运运输输，这这样样对对周周围围地地层层扰扰动动较较小小。。（2）分分层层开开挖挖，，施施工工工工具具为为普普通通手手工工工工具具或或手手持持式式风风动动工工具具。。（3）每每环环管管片片可可分分数数次次开开挖挖和和推推进进，，盾盾构构纠纠偏偏时时可可以以利利用用超超挖挖解解决决。。（4）可可借借助助支支撑撑千千斤斤顶顶加加撑撑板板对对开开挖挖面面进进行行临临时时支支撑撑；；（5）当当用用网网格格式式盾盾构构时时，，防防止止盾盾构构后后退退。。2）气气压压加加手手掘掘式式敞敞胸胸盾盾构构施施工工盾构构施施工工在在含含水水松松软软不不稳稳定定地地层层中中采采用用气压压来来疏疏干干和和支支护护开开挖挖面面，以以防防止止涌涌水水、、开开挖挖面面崩崩坍坍，，增增强强地地层层强强度度，，是是一一种种极极古古老老，，且且行行之之有有效效的的施施工工方方法法。。（1）气气压压大大小小及及耗耗气气量量的的确确定定理论论上上，每每10m水头头必必须须用用0.1Mpa的气气压压力力来来平平衡衡。。实际际上上，仅仅为为理理论论压压力力的的50%~60%，空空气气量量仅仅为为理理论论空空气气量量的的10%~50%。中小小型型盾盾构构，，压压力力等等于于离盾盾构构上上端端约D/2处的的地地下下水水压压力力;大直径盾盾为2/3D处的地下下水压力力;顶部均超超压，需需有足够够的覆盖盖层施工时为为了防止止空气泄泄出，盾盾构顶部部必须有有足够厚厚的覆盖盖层t即t值过大则则直接影影响到隧隧道埋置置深度，，过小小则覆盖盖不足，，往往容容易发生生喷发事事故。国外隧道道规范规定；水水底隧道道的最小覆盖盖层必须大于于盾构直直径（日日本）或或等于盾构直径径，覆盖层层宽度应大于或或等于盾构直径径的6倍。采用经验验公式计计算耗气气量：—土质系数数，当压压力大于于0.1MPa时，粘性性土=3.65；砂性土土=7.30。（2）气压盾盾构施工工气压盾构构施工中中闸墙和气气闸作用是将将作业区与常压作业业区隔开。。闸墙必须须有足够够的强度与气密性.气闸是钢钢板铆接接或焊接接而成的的圆筒形形结构，，分人行闸和外闸两部分。。人行闸的管理是是气压施施工的重重要环节节，要严严格遵守守气压作作业的工工作时间间及进出出气闸的的变压时时间，以以防减压病。3）泥水加加压盾构构施工用泥水加加压盾构构代替上上述气压压盾构施施工，克克服了气气压施工工的弊病病。地面沉降降，减压压病，覆土