盾构机的种类、构造、选型及管片拼装技术

1盾构机的种类、构造、选型及管片拼装技术1.盾构机的种类盾构机是盾构法施工的主要施工机械，按开挖面与作业室之间的隔墙构造可分为全开敞式、半开敞式及密封式三种。种类划分如下所示：

盾构机的种类和构造全开敞式全开敞式盾构机是指没有隔墙、开挖面敞露状态的盾构机。根据开挖方式的不同，又分为手掘式、半机械化式及机械式三种。这种盾构机适用于开挖面自稳性好的围岩。在遇到开挖面不能自稳的地层时，则需进行地层超前加固等辅助施工方法，以防止开挖面坍塌。国内外根据各种使用条件的不同，使用的盾构也不同，特别是面板及刀具的形式多种多样。目前，应用最广的是泥水盾构和土压平衡盾构。◆手掘式盾构◆半机械式盾构◆网格式盾构

土压平衡式盾构土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾构。它的前端有一个全断面切削刀盘，在它后面有一个贮留切削土体的密封舱，在其中心处或下方装有长筒形的螺旋输送机，在密封舱和螺旋输送机，以及在盾壳四周装设的土压传感装置，根据需要还可装设改善切削土体流动性的塑流化材料的注入设备。泥水加压式盾构泥水加压式盾构的总体构造与土压平衡式盾构相似，仅支护开挖面方法和排碴方式有所不同。在泥水加压式盾构的密封舱内充满特殊配制的压力泥浆，刀盘(花板型)浸没在泥浆中工作。对开挖面支护，通常是由泥浆压力和刀盘面板共同承担，前者主要是在掘进中起支护作用，后者主要是在停止掘进时起支护作用。泥水平衡盾构掘进机与工法a．直接控制型(日本型)直接控制型(日本型)泥水加压式盾构的泥浆压力控制由一套自动控制泥浆平衡的装置来实现，见图。P1为供泥泵，从泥浆处理厂的泥水调整槽将泥浆压人盾构密封舱，供入泥浆比重在1.05~1.25之间，在密封舱内与开挖碴土混合后的重泥浆由排泥泵P2、P3、P4排至泥浆处理厂，排出泥浆比重在1.1~1.4之间。密封舱的泥浆压力是通过调节供浆泵P1的转速或节流阀的开口比值来实现控制的。泥水室直接控制型泥水加压盾构泥浆自动控制输送系统大刀盘清水槽泥浆调整槽密度计流量计供浆管排浆管伸缩管Vp2p3p4p1b．间间接接控控制制型型(德德国国型型)间接接控控制制型型(德德国国型型)泥泥水水加加压压式式盾盾构构的的泥泥浆浆压压力力控控制制由由空空气气和和泥泥水水双双重重系系统统实实现现，，见见图图。。空气管半隔板间接控制型泥水加压盾构泥浆压力控制系统混合合盾盾构构(Mixshield)混合合盾盾构构是是在在欧欧洲洲发发展展起起来来的的一一种种新新型型盾盾构构。。这这种种盾盾构构本本机机可可以以构构成成一一台台泥泥水水加加压压式式盾盾构构、、气气压压式式盾盾构构或或土土压压平平衡衡式式盾盾构构，，当当地地层层条条件件变变化化时时，，盾盾构构的的机机形形可可以以随随地地层层变变化化而而相相应应改改变变调调整整。。多圆圆盾盾构构(Multi——CircularFaceShield)多圆圆盾盾构构是是日日本本开开发发的的新新型型盾盾构构，，其其中中的的双双圆圆盾盾构构可可以以用用来来修修建建区区间间隧隧道道，，一一次次开开挖挖完完成成双双线线区区间间隧隧道道，，可可以以比比两两个个单单独独的的圆圆形形隧隧道道降降低低工工程程成成本本工工10%，，减减少少开开挖挖面面积积15%。。三三圆圆盾盾构构既既可可用用来来修修建建地地铁铁车车站站隧隧道道，，拆拆下下中中间间盾盾构构后后又又成成为为两两个个单单独独盾盾构构，，可可以以修修建建区区间间隧隧道道。。⑤多多圆圆盾盾构构(Multi——CircularFaceShield)多圆圆盾盾构构是是近近年年日日本本开开发发的的新新型型盾盾构构，，其其中中的的双双圆圆盾盾构构可可以以用用来来修修建建区区间间隧隧道道，，一一次次开开挖挖完完成成双双线线区区间间隧隧道道，，可可以以比比两两个个单单独独的的圆圆形形隧隧道道降降低低工工程程成成本本工工10%，，减减少少开开挖挖面面积积15%。。三三圆圆盾盾构构既既可可用用来来修修建建地地铁铁车车站站隧隧道道，，拆拆下下中中间间盾盾构构后后又又成成为为两两个个单单独独盾盾构构，，可可以以修修建建区区间间隧隧道道。。盾构构选选型型的的基基本本原原则则开挖挖面面稳稳定定地层层的的适适应应性性地下下水水处处理理沉降降施工工适适宜宜性性安全全性性辅助助工工法法环境境及及公公害害盾构构类类型型与与渗渗透透性性的的关关系系盾构构机机的的分分类类及及选选型型盾构构工工序序始发发掘进进注浆浆管片片拼拼装装盾构构达达到到掉头头/拆卸卸管片片分分类类管片片宽宽度度为为1.2m，，厚厚度度为为350mm；；隧道道拼拼装装形形式式一一般般分分为为以以下下两两种种：：1、、通通缝缝拼拼装装；；2、、错错缝缝拼拼装装；；管片片类类型型：：钢管管片片钢筋筋混混凝凝土土管管片片管片片成成环环后后防水水橡橡胶胶膨膨胀胀止止水水带带的的制制作作止水带制作包角粘子同步步注注浆浆的的作作用用同步步注注浆浆可可以以对对管管片片的的环环与与环环之之间间的的高高差差进进行行有有效效的的控控制制，，以以免免管管片片推推出出盾盾尾尾后后管管片片下下沉沉或或上上浮浮量量过过大大，，引引起起管管片片碎碎裂裂。。如图图所所示示管片片拼拼装装形形式式一般般分分为为两两种种：：1、为为通通缝缝拼拼装装；；2、错错缝缝拼拼装装；；通缝缝拼拼装装隧隧道道错缝缝拼拼装装隧隧道道管片片拼拼装装的的特特点点通缝缝拼拼装装：各各环环管管片片的的纵纵缝缝对对齐齐的的拼拼装装方方法法，，这这种种拼拼装装方方法法在在拼拼装装时时定定位位容容易易，，纵纵向向螺螺栓栓容容易易穿穿进进，，拼拼装装施施工工应应力力小小，，但但容容易易产产生生环环面面不不平平，，并并有有较较大大累累计计误误差差，，导导致致环环向向螺螺栓栓很很难难穿穿进进，，环环缝缝压压密密量量不不够够。。错缝缝拼拼装装：错错缝缝拼拼装装即即前前后后环环管管片片的的纵纵缝缝错错开开拼拼装装，，一一般般错错开开1/2～1/3块管管片片弧弧长长，，用用此此法法建建造造的的隧隧道道整整体体性性好好，，拼拼装装施施工工应应力力大大，，纵纵向向穿穿螺螺栓栓困困难难，，纵纵缝缝压压密密差差。。但但环环面面较较平平正正，，穿穿环环向向螺螺栓栓比比较较容容易易。。成环管片片管片拼装装成环一一共由6块管片组组成：1块落底块块D块、2块标准块块B1、B2块、2块邻接块块L1、L2块、1块封顶块块F块。如右图所所示红色为外外径；蓝色为内内径；管片拼装装顺序管片拼装装顺序一一般为：：先下后后上的拼拼装顺序序；第一步：：拼装落落底块D块；第二步：：拼装标标准块B1、B2，左右交交叉；第三步：：拼装邻邻接块L1、L2左右交叉叉；第四四步：拼拼装封顶顶块F，纵向插插入；成环后管管片位置置拼装落底块拼装邻接块拼装标准块拼装封顶块管片拼装装顺序示示意图第一步第二步第四步第三步KBBA管片片AAA管片的组组装顺序序K管片(封顶块块)的嵌嵌入半径方向插入型BKKBBB封顶块F块的拼装装拼装封顶顶块F块，为纵纵向插入入式；在其左右右两侧涂涂刷润滑滑剂，使使在插入入时不会会过紧，，使止水水带向外外逃出，，影响下下一环管管片的拼拼装；止止水带外外逃直接接影响下下一环管管片在拼拼装时管管片邻接接块L1、L2两角部容容易碎裂裂，并引引起管片片渗漏水水；管片成环环后技术名词词解释管片端头头──每每块管片片的二个个纵向端端面；张角───两块管管片端面面接头缝缝在径向向向外张张开称外外张角，，反之称称内张角角；喇叭───两块管管片端面面接头缝缝在纵向向向推进进方向张张开叫前前喇叭，，反之称称后喇叭叭；踏步───前后两两环管片片内弧面面的不平平整度；；纵向螺栓栓──环环与环之之间的连连接螺栓栓；环向螺栓栓──同同一环管管片块与与块之间间的连接接螺栓；；端肋───管片中中每块管管片两端端头的肋肋板；环肋───管片环环向的肋肋板；纵肋───管片在在纵向的的加劲肋肋；椭圆度───圆环环垂直、、水平两两直径之之差值；；超前───指圆环环环面与与推进设设计轴线线垂直度度的误差差，有上上、下超超前和左左、右超超前之分分。管片环面面的状态态主要有有以下几几种：下超前（（右超前前）向下踏步步(右)上超前（（左超前前）向上踏步步(左)纵向错缝缝环向错缝缝纵、环向向错缝环面不平平或纵缝缝前后喇喇叭前喇叭后喇叭推进方向向千斤顶封顶块前前突管片环面面错位纠纠偏对于管片片十字缝缝错位，，将采用用楔子对对其进行行环面纠纠偏；楔子的厚厚度一般般为3mm、2mm、、1mm；十字缝错缝楔子粘贴贴判别方法法（1）湿湿迹对于湿迹迹现象，，水分蒸蒸发速度度快于渗渗入量，，用干手手触摸有有潮湿感感，但无无水分浸浸润感觉觉，在隧隧道内常常规通风风条件下下，潮湿湿现象可可能会消消失。管管片腰腰部以上上区域无无法用手手触摸，，仅能依依靠目测测判断。。（2）渗渗水渗水现象象在加强强人工通通风的条条件下也也不会消消失，用用干手触触摸，明明显沾有有水分，，如用废废报纸贴贴于渗水水处，废废纸将会会被浸湿湿变色，，对于腰腰部以上上区域，，可通过过灯光照照射，有有无反光光，辅助助判断是是否为渗渗水。某些情况况下，病病害可能能介于湿湿迹与渗渗水之间间，较难难区别，，此时应应多种检检查方法法并用，，只要一一种检查查结果为为渗水，，则应按按不利原原则考虑虑归为渗渗水病害害。（3）滴滴漏滴水现象象与其他他渗漏水水病害较较容易区区分，但但由于滴滴漏速度度有快慢慢，当检检查速度度较快时时，容易易漏检。。在检查查过程中中，可注注意道床床表面是是否有水水迹或小小量积水水，如存存在，极极有可能能是隧道道顶部滴滴漏的结结果。（4）漏漏泥砂漏泥现象象较易判判断，通通常漏泥泥时，渗渗水量相相对较大大，且夹夹带新鲜鲜泥沙，，导致渗渗出物浑浑浊椭圆度允允拼装许许偏差值值（mm）（验收收）地铁隧道道——±5‰D（±0.6‰D）公路隧道道——±6‰D（±0.8‰D）检查频率率——4点/环（10环）错台：成成型隧道道相邻管管片接缝缝处的高高差相邻管片片的径向向错台（（mm）地铁隧道道——5（10）公路隧道道——6（12）检查频率率——4点/环相邻环面面环面错错台（mm）地铁隧道道——6（15）公路隧道道——7（17）检查频率率——1点/环净空与椭圆度隧道净空空：是指指隧道内内轮廓线线所包围围的空间间，包括括隧道建建筑限界界、通风风及其它它功能所所需的断断面积。限界“限界””是一种种规定的的轮廓线线，这种种轮廓线线以内的的空间是是保证地地铁列车车安全运运行所必必需的。。地下铁道道的限界界分为车辆限界界、设备限界界、建筑限界界和受电弓或或受流器器限界。它们是是根据车车辆外轮轮廓尺寸寸及技术术参数、、轨道特特性、各各种误差差及变形形，并考考虑列车车在运动动中的状状态等因因素，经经科学地地分析计计算确定定。限界基本本内容限界的坐坐标系XOXYY车辆限界界车辆限界界是指车车辆最外外轮廓线线的限界界尺寸，，应根据据车辆的的轮廓尺尺寸和技技术参数数，并考考虑其静静态和动动态情况况下所能能达到的的横向和和竖向偏偏移量，，按可能能产生的的最不利利情况进进行组合合确定。。二、限界界基本内内容车辆轮廓廓线(1)车辆轮廓廓线的含含义(2)车体外轮轮廓尺寸寸我国地铁铁车辆采采用标准准车型和和宽体车车型两种种。将其其分为A型及B型，各型型车辆基基本参数数。标准车型型宽宽体体车型车长19000mm22100mm宽2800mm3000mm高3800mm3800mm限界基本本内容设备限界界设备限界界是指线线路上各各种设备备不得侵侵入的轮轮廓线。。是在车车辆限界界的基础础上再计计入轨道道出现最最大允许许误差时时，引起起车辆的的偏移和和倾斜等等附加偏偏移量，，以及在在设计、、施工、、运营中中难于预预计的因因素在内内的安全全预留量量。二、限界界基本内内容车辆轮廓线车辆限界设备限界节点1节点1局部放大图建筑限界界(1)建筑限界界的含义义建筑限界界是行车车隧道和和高架桥桥等结构构物的最最小横断断面有效效内轮廓廓线。在在建筑限限界以内内、设备备限界以以外的空空间，应应能满足足固定设设备和管管线安装装的需要要，还需需考虑其其他误差差、测量量误差、、结构变变形等。。(2)盾构施工工的圆形形隧道和和矿山法法施工的的马蹄形形以及拱拱形隧道道，在列列车顶部部控制点点范围内内，建筑筑限界以以内，设设备限界界以外即即建筑限限界与设设备限界界之间的的空间，，宜不小小于150mm，以满足足电缆管管线横穿穿的需要要。(3)圆形隧道道建筑限限界(盾构法施施工)。如线路路最小平平面曲线线半径R=300m，圆形隧隧道建筑筑限界的的直径宜宜为φ=5200mm。8504350Φ=5。200(4)马蹄形隧隧道建筑筑