市政轨道交通盾构施工技术培训

盾构构施施工工技技术术SHIELDCONSTRUCTIONTECHNIQUE盾构构施施工工技技术术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1盾构构概概论论2典型型盾盾构构介介绍绍3盾构构在在我我国国的的发发展展与与应应用用4盾构构的的市市场场前前景景盾构构施施工工技技术术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1盾构构概概论论隧道道及及地地下下空空间间的的大大发发展展，，促促进进了了盾盾构构法法施施工工技技术术的的进进步步。。盾盾构构施施工工的的历历史史，，始始于于英英国国，，发发展展于于日日本本德德国国。。自自从从1825年布布鲁鲁诺诺尔尔在在伦伦敦敦泰泰晤晤士士河河下下使使用用矩矩形形盾盾构构开开始始修修建建第第一一条条盾盾构构法法隧隧道道以以来来，，盾盾构构法法施施工工已已有有180多年年的的历历史史。。我我国国自自20世纪纪50年代代开开始始涉涉足足盾盾构构法法修修建建隧隧道道和和管管道道工工程程，，最最近近十十年年开开始始大大规规模模应应用用。。虽虽然然起起步步较较晚晚，，但但由由于于主主意意吸吸收收和和采采用用先先进进技技术术和和工工艺艺、、参参考考和和借借鉴鉴国国外外成成功功的的经经验验和和失失败败的的教教训训，，所所以以发发展展较较快快，，但但与与国国外外先先进进国国家家仍仍存存在在较较大大差差距距。。盾构构施施工工技技术术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1.1盾构构及及其其工工作作原原理理概念念：：是是一一种种用用于于软软土土隧隧道道暗暗挖挖施施工工、、具具有有金金属属外外壳壳、、壳壳内内装装有有整整机机及及辅辅助助设设备备，，在在其其掩掩护护下下进进行行土土体体开开挖挖、、土土渣渣排排运运、、整整机机推推进进和和管管片片安安装装等等作作业业，，而而使使隧隧道道一一次次成成型型的的工工作作机机械械。。盾构构是是一一种种隧隧道道掘掘进进的的专专用用工工程程机机械械，，现现代代盾盾构构集集机机、、电电、、液液、、传传感感、、信信息息技技术术于于一一体体，，具具有有开开挖挖切切削削土土体体、、输输送送土土渣渣、、拼拼装装隧隧道道衬衬砌砌、、量量测测导导向向纠纠偏偏等等功功能能。。盾构构施施工工技技术术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾构构的的三三大大要要素素：：1、开开挖挖面面稳稳定定2、掘掘进进及及排排土土3、管管片片衬衬砌砌及及壁壁后注注浆浆。。盾构构施施工工技技术术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾构构动动画画盾构构施施工工技技术术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾构构与与硬硬岩岩掘掘进进机机（（TBM）的的区区别别：：TBM不具具备备泥泥水水压压、、土土压压等等维维护护掌掌子子面面稳稳定定的的功功能能。。2.盾构构通通过过盾盾尾尾千千斤斤顶顶支支顶顶已已安安装装好好的的管管片片来来获获得得反反力力；；TBM通过过支支在在岩岩壁壁上上的的支支撑撑靴靴的的弯弯矩矩和和扭扭力力获获得得反反力力。。盾构构施施工工技技术术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1.2盾构构分分类类按断断面面形形状状分分类类按支支护护地地层层的的形形式式分分类类按开开挖挖面面与与作作业业室室之之间间隔隔板板的的构构造造分分类类盾构构施施工工技技术术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1.2.1按断断面面形形状状分分类类单圆圆盾盾构构、、复复圆圆盾盾构构（（多多圆圆盾盾构构））、、非非圆圆盾盾构构。。异形形盾盾构构包包括括复复圆圆盾盾构构（（双双圆圆和和三三圆圆））和和非非圆圆盾盾构构（（椭椭圆圆形形盾盾构构、、矩矩形形、、马马蹄蹄形形、、半半圆圆形形））盾构构施施工工技技术术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE双圆圆和和多多圆圆盾盾构构盾构构施施工工技技术术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE自然然支支护护式式机械械支支护护式式压缩缩空空气气支支护护式式泥浆浆支支护护式式土压压平平衡衡式式1.2.2按支支护护地地层层的的形式式分分类类盾构构施施工工技技术术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE手掘掘式式盾盾构构全敞敞开开式式半半机机械械式式盾盾构构机械械式式盾盾构构敞开开式式部部分分敞敞开开式式挤挤压压式式盾盾构构盾构构压压气气式式压压缩缩空空气气盾盾构构闭胸胸式式泥水水式式土土压压平平衡衡盾盾构构土压压平平衡衡盾盾构构土压压式式加泥泥式式土土压压平平衡衡盾盾构构盾构构施施工工技技术术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3典型型盾盾构构介介绍绍敞开开式式盾盾构构压缩缩空空气气盾盾构构泥水水盾盾构构土压压平平衡衡盾盾构构复合合盾盾构构盾构构施施工工技技术术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3.1敞开开式式盾盾构构（OpenfaceshieldOF盾构构））1全敞敞开开式式：：手手掘掘式式（（砂砂性性土土和和黏黏性性土土地地层层均均能能适适用用，，便便于于观观察察地地层层，，清清除除障障碍碍，，易易于于纠纠偏偏））2半地地机机械械（（部部分分断断面面开开挖挖盾盾构构—适用用于于良良好好层层：反反铲铲式式和和铣铣削削头头式式））3机械械式式（（全全断断面面开开挖挖））OF盾构构———自稳稳性性强强的的围围岩岩，，各各种种非非黏黏性性和和黏黏性性地地层层在在地地下下水水位位以以下下地地层层或或渗渗漏漏地地层层掘掘进进时时，，必必须须用用井井点点降降水水降降低低地地下下水水位位。。盾构构施施工工技技术术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE敞开开式式盾盾构构盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE半机械式式盾构盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE反铲式盾盾构盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE机械式盾盾构盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE4挤压式盾盾构(Blindtypeshield盲式盾构构)对底层的的扰动较较大，地地面易产产生较大大的隆陷陷变化，，在地面面有建筑筑物地区区不宜使使用。仅适用于于自稳性性很差，，流动很很大的软软黏土和和粉砂质质围岩，，不适用用于含砂砂率高的的围岩和和硬质围围岩。Ⅰ盖板式挤挤压盾构构利用隔板板将开挖挖面全部部封闭，，只在一一部分上上设面积积可调的的排土盖盖板，盾盾构正面面向前推推进，使使贯入部部位土砂砂呈塑性性化流动动，由盖盖板部位位出土。。通过调调节盖板板开口的的大小和和排土阻阻力使千千斤顶推推力和开开挖面土土压力达达到平衡衡。盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUEⅡ螺旋出土土式挤压压盾构利用封板板将开挖挖面封闭闭，盾构构正面贯贯入围岩岩向前推推进，使使贯入部部位土砂砂呈塑性性化流动动，由螺螺旋输送送机进行行排土。。通过调调节螺旋输送送机的速速度和土土闸门打打开度，，来实现现千斤顶顶推力和和开挖面面土压力力的平衡衡，以稳稳定掌子子面。Ⅲ网格挤压压盾构在上海软软土地层层中常常常被采用用，进土土量接近近或等于于全部隧隧道其出出土量，，且往往往带有局局部挤压压性质，，盾构正正面装钢钢板网格格，在推推进中可可以且学学土体，，而在停停止推进进时可以以起到稳稳定开挖挖面的作作用。可可有效控控制地表表变形。。盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE网格挤压压式盾构构盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3.2压缩空气气盾构（airpressurebalanceAPB盾构）适用于黏黏土，黏黏砂土，，多水松松软地层层原理：空空气压力力与地下下水的静静压力保保持平衡衡，土压压由自然然或机械械的支撑撑承受。。要保证压压力平衡衡，否则顶顶部过剩剩的压力力“喷发发”的危危险已被泥水水盾构取取代盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3.3泥水盾构构（slurrypressurebalanceshieldSPB盾构）泥水盾构构的构成成：一边利用用刀盘挖挖掘整个个开挖面面、一边边推进盾盾构掘进进系统可调整泥泥浆物性性，并将将其送到到开挖面面，保持持开挖面面稳定的的泥水循循环系统统综合管理理送排泥泥状态、、泥水压压力及泥泥水处理理设备运运转状况况的综合合管理系系统泥水分离离处理系系统壁后同步步注浆系系统盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE目前最大大的泥水水盾构盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE目前最大大的泥水水盾构盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE日本泥水水盾构土土压平平衡盾构构德国泥水水盾构混混合合型盾构构日本体系系：泥水水仓全是是泥水，，直接控控制型泥泥水盾构构，调节节控制阀阀来开度度，来进进行泥浆浆压力控控制。德国体系系：泥水水仓中设设置了气气压仓，，间接控控制型泥泥水盾构构，气压压复合模模式，调调节空气气压力来来进行泥泥浆压力力控制，，液位传传感器根根据液位位的高低低来调整整液位。。盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE泥水盾构构盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1开挖面稳稳定机理理2泥膜形成成机理泥膜形成成的基本本要素（（泥水的的密度、、含砂率率、泥水水的黏性性、泥水水压力：：土压力力、水压压力、预预留压力力）——尽快形成成不透水水的泥膜膜。掘掘进速度度与泥膜膜的关系系：高质质量泥水水成膜时时间1-2秒3地质适用用范围1.黏性土层层2.砂层3.砾石层4.贝壳层盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3.4土压平衡衡盾构(earthpressurebalanceEPB盾构)一.基本配置置1.刀盘刀具的三三大功能能：开挖挖功能、、稳定功功能、搅搅拌功能能土压平衡衡式盾构构的刀盘盘有两种种形式：：面板式式和辐条条式，其其中面板板式安全全性高，，但易堵堵塞;辐条式开开口率大大，不易易堵塞，，但不能能安装滚滚刀，安安全性差差，费用用高，需需加固土土体。2.刀盘的驱驱动方式式：变频频电机驱驱动、液液压驱动动、定速速电机驱驱动3.刀盘支承承：中心心支承方方式（中中小型盾盾构）、、中间支支承方式式（中大大型）、、周边支支承方式式（小型型盾构））盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE土压平衡衡盾构（（面板式式和辐条条式）盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE4.膨胀土添添加系统统和泡沫沫系统5.螺旋输送送机6.皮带输送送机7.同步注浆浆系统（（作用：：防地表表沉降、、防水、、与围岩岩一体））8.盾尾密封封系统铰接式盾盾构：铰铰接密封封、盾尾尾密封9.管片安装装机：机机械抓取取式、真真空吸盘盘式10.数据采集集系统11.导向系统统（VUT导向系统统和PPS导向系统统）盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE目前最大大的土压压平衡盾盾构盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE二.开挖面稳稳定机理理刀盘切削削下来的的土渣与与螺旋输输送机向向外输送送量相平平衡；土压传感感器：控控制推进进力、推推进速度度、螺旋旋输送机机转速。。排土量：：由螺旋旋输送机机的转速速和出土土闸门的的开度来来调节适用于黏黏性土和和砂性土土土压平衡衡盾构开开挖面的的稳定由由下列各各因素综综合作用用而维持持：①土仓内内的土压压力平衡衡地层压压力和水水压力。。②螺旋输输送机调调节排土土量③适当保保持泥土土的流动动性，根根据需要要调节添添加剂的的注入量量土仓内的的泥土压压力与地地层压力力与水压压力盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE土压平衡衡盾构盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE三.地质适应应范围黏稠土壤壤中（黏黏土、亚亚黏土、、淤土、、低渗透透性图）），作为为支撑介介质土料料要具有有良好的的塑性变变形、软软稠度、、内摩擦擦角小及及渗透率率小A型：特殊殊发泡剂剂B型：泡沫沫添加剂剂盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3.5复合盾构构一台盾构构在不同同地层经经转换可可以以不不同的原原理和方方式运行行，这类类盾构称称为复合合盾构，，也称混混合盾构构，polyshield或Mixshield也有称其其为combinedshield。组合模式式：压缩缩空气/敞开式盾盾构，泥泥水式/敞开式，，土压平平衡/敞开式，，泥水式式/土压平衡衡，敞开开式/泥水式/压平衡，，敞开式式/压缩空气气/土压平衡衡。适用于软软土和硬硬岩的复复杂地层层施工特点：1.既有切刀刀和刮刀刀等软刀刀工具，，又安装装有滚刀刀等硬刀刀具。具有两套套出渣系系统盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾构刀具具盾构施工工技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE滚刀和刮刀刀盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE中铁隧道集集团研制的的复合盾构构盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE复合式土压压平衡盾构构只有一套出出渣系统：：螺旋输送送机三种掘进模模式：土压压平衡模式式、敞开模模式、半敞敞开模式（（压缩空气气加压模式式）盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE敞开模式：：掌子面足足够稳定并并且涌水能能够控制时时半敞开模式式（加气模模式）：掌子面具有有足够的自自稳能力，，且水压小小于1.5×105Pa，下部为刀刀盘切削下下来的渣土土，上部为为压缩空气气，当土仓仓内压不大大于1×105Pa时不会发生生螺旋输送送机出渣喷喷涌现象;当土仓内气气压不小于于1×105Pa且不大于1.5×105Pa时，可能会会发生出渣渣喷涌现象象，但可以以控制。盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾构安装盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾构施工盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE土压平衡掘掘进模式主要用于开开挖面不能能自稳或地地下水较多多以及流塑塑性的软粘粘土地层或或砂土地层层。土压平平衡掘进可可以有效地地防止过大大的地面沉沉降。盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE复合式土层层平衡盾构构在土压平平衡模式下下工作时，，必须具备备以下功能能特点：1土压监测功功能；2必须具有泡泡沫、膨润润土和压缩缩空气注入入系统；3密封防水性性能：主轴轴承、铰接接密封和盾盾尾密封必必须具有一一定的防水水性能；4刀盘的主轴轴承密封必必须能承受受一定的压压力；5螺旋输送机机的出渣量量、出渣速速度可控，，随时间可可关闭，具具有防喷涌涌的功能，，建立土塞塞效应。盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1.3盾构在我国国的发展与与应用我国盾构的的开发与应应用始于1953年，东北阜阜新煤矿用用手掘式盾盾构修建了了直径2.6m的疏水巷道道。1962年2月，上海城城建局隧道道工程公司司结合上海海软土地层层，研制了了1台4.16m的手掘式普普通敞胸盾盾构。1965年月由上海海工程设计计院设计、、江南造船船厂制造的的2台盾构直径径5.8米的网格挤挤压盾构，，于1966年完成了2条平行的隧隧道，隧道道长660m，地面最大大沉降10cm。盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE武汉地铁盾盾构盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1966年5月，中国第第一条水底底公路隧道道——上海打浦路路越江隧道道工程主隧隧道采用由由上海隧道道工程设计计院设计、、江南造船船厂制造厂厂制造的的的直径10.02m网格挤压盾盾构施工，，掘进总长长1322m，于1970年底建成通通车。1973年采用1台直径3.6m的水利机械械化出土网网格盾构和和2台直径4.3m的网格挤压压盾构，在在上海金山山石化总厂厂修建了1条污水排放放隧道和3条引水隧道道。1980年上海地铁铁1号线试验段段施工，研研制了一台台直径6.412m网格挤压盾盾构，在淤淤泥质粘土土地层中掘掘进1130m。盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾构吊装盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1982年，上海外外滩的延安安东路北线线越江隧道道工程1476m圆形主隧道道采用上海海隧道股份份设计、江江南造船厂厂制造的直直径11.3m网格挤压水水力出土盾盾构。1986年，中铁隧隧道集团研研制出半断断面插刀盾盾构，并成成功用于修修建北京地地铁复兴门门折返线。。1990上海地铁一一号线全线线开工，18km区间隧道引引进了7台由法国FCB公司制造的的φ6.34m土压平衡式式盾构。1996年，上海延延安东路隧隧道南线工工程，总长长1300m采用从日本本引进的φ11.22m泥水加压平平衡盾构施施工。盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE沈重国产盾盾构盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE中铁隧道集集团研制的的复合式盾盾构盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE2002年8月，国家科科技部将φ6.3m土压平衡盾盾构的研究究设计列入入国家“863”计划。通过过公开招标标，第一批批3项设计课题题分别由中中铁隧道集集团有限公公司和上海海隧道工程程股份有限限公司为主主承担。2002年底，同样样通过公开开公开招标标，第二批批4项课题分别别由中铁隧隧道集团有有限公司和和上海隧道道工程股份份有限公司司为主承担担。两家国国内盾构设设计、制造造与施工优优势企业成成立了联合合攻关组，，组织了有有浙江大学学、同济大大学、华中中科技大学学、东南大大学、煤炭炭科学研究究院、北京京城建、洛洛阳九久科科技开发有有限公司等等单位参加加的产、学学、研结合合的课题组组。盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE“先行号””盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE2004年5月中铁隧道道集团有限限公司与日日本小松公公司联合制制造了1台直径6.3m土压平衡盾盾构。2004年10月下旬，上上海隧道股股份有限公公司制造了了一台直径径6.3m土压平衡盾盾构应用于于上海地铁铁2号线西延伸伸隧道工程程。2005年12月，中铁隧隧道集团有有限公司自自主研制的的适用于沙沙砾复杂地地层的土压压平衡盾构构刀盘成功功应用于北北京地铁4号线19标颐和园——圆明园区间间。2008年4月中铁隧道道集团研制制成功了我我国第一台台具有自主主知识产权权的复合式式土压平衡衡盾构。盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE上海隧道股股份盾构盾构施工技技术SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE4盾构市场前前景4.1城市地铁前前景“十一五””期间，已已获批建设设地铁的16个城市的新新建里程合合计为1009km，正在申报报和在编制制轨道交通通规划的城城市6个，到2050年规划建成成轨道交通通里程将超超过1500km，总