盾构施工技术培训课件六

第八章盾构法施工谢雄耀教授§8.1概述§8.2盾构机的分类与选型§8.3盾构机的构造和工作原理§8.4盾构法施工工艺第八章盾构法施工§8.1概述1、盾构法定义（MechanizedShieldTunnelling）盾构法隧道施工是利用盾构机在软岩和土体中进行隧道掘进，同时完成隧道永久衬砌铺设的一种施工工法。§8.1概述硬岩掘进机——TBM(TunnelBoringMachine)1818年，法国的布鲁诺尔(M.I.Brune1)从蛀虫钻孔得到启示，最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并在英国取得了专利。每一个单元格可容纳一个工人独立工作并对工人起到保护作用。采用的方法是将所有的单元格牢靠地装在盾壳上。1828年1月12日泰晤土河水涌入盾构机

布鲁诺尔发明盾构法之后的另一个技术进步是用机械开挖代替人工开挖。第一个机械化盾构专利是1876年英国人约翰·荻克英森·布伦敦和姬奥基·布伦敦申请的。这台盾构有一个由几块板构成的半球形的旋转刀盘，开挖的土料落入径向装在刀盘上的料斗中，料斗将渣料转运至胶带输送机上，再将它转运到后面从盾构中运出，这一构想后来被用于修建地铁隧道工程。1917年，日本引进盾构施工技术，是欧美国家以外第一个引进盾构法的国家。1963年，土压平衡盾构首先由日本SatoKogyo公司开发出来。■盾构设计的两种主流思想理念：

1、日本的设计思想——主要根据工程需要来进行选型设计，考虑的是设备的经济性；代表有日本三菱、IHI公司等2、欧美的设计思想——主要考虑设备的高可靠性、高效率，代表有美国罗伯特、德国海瑞克公司等。二者量化比较，日本的盾构主要部件运行4000小时无故障，欧美的盾构机主要部件运行10000小时无故障。

既要追求产品的高可靠性和适用性,又要达到产品的可维护性及长寿命。设计原则

至2020年，我国将完成6000公里各类隧道的建设，年均290公里，其中不少是长、大、宽隧道，且很多工程均首选盾构法。■上世纪60年代，上海隧道股份设计制造中国第一台网格式盾构，用于上海打浦路隧道建设；■上世纪90年代初，自行开发了我国第一台土压平衡盾构，研制水平已接近当时的国际水平。■

40多年来，自行设计制造了不同类型的盾构机60余台■中国当前面临巨大的市场需求和良好的发展契机.1963年上海隧道工程公司研制了1台直径4.2m的手掘式盾构；1965年上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的2台直径5.8m的网格挤压型盾构掘进机；1987年上海隧道股份研制成功了我国第一台φ4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机；1990年引进法国FCB公司φ6.34m土压平衡盾构掘进机；

1996年上海延安东路隧道南线工程1300m圆形主隧道采用从日本引进的φ11.22m泥水加压平衡盾构掘进机施工。盾构法施工的优缺点优点：对地面干扰小，施工速度快，机械自动化程度高。缺点：施工设备费用高；当覆土较浅时，地表沉降较难控制；小曲率半径难以推进；盾构法隧道衬砌和接缝渗漏水，隧道后期沉降过大。§8.2盾构机的分类与选型1盾构机的分类§8.2盾构机的分类与选型§8.2盾构机的分类与选型§8.2盾构机的分类与选型土压平衡式盾构（

EPBshield)：利用刀盘切削下来的土充满整个密封舱，并保持一定压力来平衡开挖面的土压力。土体改良土压平衡盾构最理想土体：内摩擦角小、易流动、渗透系数小的黏性土。对于内摩擦角大、流动性差、渗透系数大的砂性土地层而言,土压平衡盾构易发生事故。为了满足土压平衡式盾构的顺利施工,土体的力学性质应该满足:①土体不易固结排水(不易“结饼”);②土体处于流塑状态(易于压力传递,易于搅拌,不易“闭塞”);③土体具有不透水性(不发生“喷涌”)。土体栋的坍造落度抬在10～15c嗓m的范围分内时,可以强认为饶其满对足塑幕性流架动状灾态的掉要求跟。渗透提系数<1赠0减-饥5肆m/马s的泡沫职混合砂塔土,固结压绒缩系数0.1饭MP玻a-1(压力饶范围案取值10拴0～200惠kP奸a);土体降属于擦中等柿压缩务性土,强度试装验得到串其强度马参数内贝摩擦角φ<2做7°,土体与准刀盘、宰强制搅渐拌装置涝和隔板岩的摩擦遭力都得架到了一镇定程度妙的降低土体改守良指标土体发泡岔改良蜜处理竿使用鹿对比§8目.2盾构俗机的民分类捆与选软型泥水阶平衡参式盾丘构（SPB赖sh想iel酬d）：在检密封舱殊内通入兽泥水（高泥浆）委以平衡甩盾构前息方水土呈压力。泥水卷平衡啄盾构贱的工签作原多理（1）泥暖水盾健构是柔将一景定浓乏度的定泥浆匠，泵闲入泥井水盾辫构的议泥水搬室中研，随毕着刀得盘切渴下来耽的土薄渣和可地下锡水顺顷着刀干槽流瓶入开失挖室进中，创泥水埋室中角的泥产浆浓谷度和炊压力萌逐渐柱增大丸，并险平衡屑于开捐挖面粗的泥邮土压份和水寻压，锄在开急挖面领上形拜成泥谋膜或骡泥水话压形馒成的衔渗透雷壁，犹对开纠挖面谅形成支稳定劳挖掘派。（2）泥钟水平椅衡理哈论中喝，泥膜的去形成是织至关重脉要的。①泥膜梨形成的阻机理：当泥死水压府力大偿于地长下水恰压力五时，堵泥水枕按照僚达西洞定理带渗入视土壤雅，形瓣成与喷土壤粱间隙叫成一潮定比共例的吸悬浮兰颗粒膜，在陵“阻刻塞”右和“旨架桥盖”效喜应的粥作用顶下，杜被捕嗓获并屈积聚箩于土秘壤与拴泥水定的接伏触表存面，济从而赤形成皱泥膜闭。②泥水平未衡的产躲生随着礼时间谊的推渐移，株泥膜厅的厚绑度不祸断增粪加，肢渗透布抵抗馅力逐患渐增耽强，泥膜饱的抵殊抗力他远大返于正森面土助压时树，产叙生泥而水平爸衡效贫果，邀使开影挖面雄保持尼相对宴稳定。2.泥水平冈衡的适食用范围在软旬弱的喇淤泥为质黏烤土层黑、松传散的袜砂土漫层、风砂砾太层、臂卵石号砂砾它层、梯沙砾仰和硬宇土等渠地层点，尤杠其适腐用于计地层笔含水劫量大所、上甜方有智大水候体的禁越江荐隧道肌和海沙底隧挑道的你施工指采用线泥水迈平衡两式盾析构。粒径尺绣寸表粘土淤泥砂质砾石卵石土压平刊衡盾构食不含添泼加剂土压平炸衡盾构辆含添加这剂泥水袖盾构栗含添堪加剂泥水枝盾构旅不含多添加舟剂土压平渴衡和泥孔水盾构昼适应性幻玉图表粒径大事小(mm迅)通过率(%掀)泥水市盾构EP苦BEPB土压平衡爱或泥水才？标准EPBSL钥UR悉RY刀盘动答力/扭矩高低成本低高工地规捆模中等大出渣冒方式简单复杂掘进额速度快中等隧道清定洁度低好工地整滑体耗电矩量中等高对添加颂剂的需箱求需要需要土仓热压力许计算预定自动§8寇.2盾构机含的分类匪与选型2盾构向选型盾构机场选型的晃关键在活于地质晌与环境菜保护条龙件、工卫程规模灾、经济貌性。1）在峡地下煌水位被低的日地区梨，应库优先唤考虑粮半机码械式比盾构教；2)在地下古水位高推的软土捧地区泥水平拖衡式盾抓构施工不引起的搁沉降可佣控制在10m屋m以内膜；土压平晓衡式盾商构施工仇引起的戴沉降可解控制在20吩mm以内。§8.防2盾构冻机的筝分类拉与选锻型泥水教加压堵盾构物地质宰适应集性条争件：A在以旋砂性征土为星主的穴沉积列层中分；B在不需陷要做泥痰水分离升的工程石中；C在水妹头高姿度很脊高（疫如大滥于50m）的绞江川辜和海临峡水短底下蛮施工管时；D在某运些对创地表挺沉降愈要求挡高的咬地段俘。§8.译2盾构机钞的分类凭与选型土压平汗衡盾构镜地质适歌应性条押件A在软祝弱的缎冲积题土层议中；B在砾石铜层或砂荐土层中缴，需掺舟入适当甩的泥浆渡；C当工作获面水压PW≤0销.4荐MP程a的软尚土地倾区。§8.陈3盾构机群的构造旺和工作浅原理1基本构残造盾构掘揪进机由恭盾构壳哪体、推进系拾统、拼瞒装系园统、守出土泊系统爆四大暖部分童组成诱。盾构壳于体：切窑口环、讽支承环串、盾尾推进俊系统恭：盾财构千斯斤顶晨和液涂压设病备拼装剪系统薄：衬她砌拼勾装器漏（举雷重臂榴）出土系访统：有狗轨、无彩轨或管吓道运输在盾茧壳的疾掩护乳下，切削刀蛛盘可以冤安全虑地开不挖地性层，炒一次貌掘进消相当雪于装脾配式纠衬砌辱一环患的宽慈度。刀盘呆设计见要求(1伪)能够讯降低剖对刀直具的贝磨损(2)保护缴刀盘吴的钢损结构(3)能够哄实现继高的核贯入阵度(4)刀盘开含口率为栏最小36米%。大限的开受口率泉能够终大大往降低古刀具深的磨包损。(5舍)端4个幅物轮设亚计以姑使每崭个旋患转方僻向都居有4个碴摇土矩出口(6祝)乏2个旋垦转方窗向(左/右)(7首)刀盘前燥面4条独立平的泡沫漆注入管促用于渣描土改良艺以降低选磨损(8鼠)连接唯到主复驱动疑的连建接臂摊（厚少壁管档）保模证刀赞盘良榴好的因稳定饥性(9咸)出渣丙通道振的几丑何设懂计必圆须满颜足开避挖舱服容易驶出渣(10摇)大的物玩料通道悦从刀盘液外缘通峰到刀盘掠中心区梅域，这次样便于轨将挖掘叶的物料苗运输到暮开挖舱依。(1帆1)渣土需开口趣设计蜘限制类大的肤石块元进入带，这漠些石首块可幸以通溜过螺魔旋输钩送机物运出岸去。刀盘监的材村料与险刀具刀盘跑的结卸构材胳料为Q3剂45阳B、16宫Mn嚷R、GS5捞2或相乓当于滴这种桂材料以的铸四钢。切削声刀具谁数量昌：软土晕刀具宝（刮似刀）霞：12倡0把中心肤刀：1把铲刀：16把仿形刀开：2把刮刀模：刮刀蜜安装南在碴真土通凑道的浸一侧皇。高质弹量的黄碳质院刀刃,宽度10进0m首m。可以从脾刀盘后摸面更换裁刀具。铲刀桨：铲刀劳的设社计保圣证了秃快速苗、清璃洁的蓝开挖茫；它们横可以扩双向引进行份开挖,同时捐保证培了开丽挖直买径的殃稳定魔不变娃。铲刀用后可更换屠的螺纹京固定到候钢结构外上，因挽此，可庄以被单玻独更换弓。仿形震刀举：刀盘氏上安亲装了蚁仿形锐刀。属安装滥的仿邀形刀旬通过刮一个测行程辅（50m谦m海瑞克犯；120芳mm三菱盖）的爷油缸炮进行女操作能。仿脂形刀村的伸蛋缩则构在主娱控室题内按棵每10溉°事先加秃以设置脆控制。盾构具惊有仿形超纷挖功能是目前童盾构中押较为先恐进的一砍种，其仿形雄超挖拦方位著、超捡挖量叙可根双据不非同的蛇施工赢要求片而调母整。仿形猫刀示鹿意图刀具压图片刀具更烧换所有的挎滚刀、泡刮刀和苹铲刀都积可以在嫁隧道内拘从刀盘夫后部更面换。一幼般不需叛要中途淹换刀。苹如有必孝要，刀具改更换售作业萝可以塘在常尺压和班带压薄方式铅下进搭行。如果扫地面飘具备尝地层鼓加固趴条件任或事画先已音经进他行了破地层声加固专处理疲，开挖多面的订稳定桌有保族障，则可在常颂压下进伟行刀具亏检查和等更换作市业。盾衬构在兆选定限地点滥停机餐后，洪将土恶仓里怪的土勒排出过一部偿分，两直至怒土仓低内土拜体高宝度低辛于土央舱隔返板上圈的密扩封门径，此龙时作抽业人糖员可醉以通嘉过气忠闸打胁开通祖往土喇仓的嫂密封液门在虑不带棚压的傍情况惹下进钳入土妇仓，永从而走进行残刀具鉴检查用和更概换。如果欧没有捆注浆套加固老条件芬，开波挖面境又不桥是可岗以自咱稳的竞地层撤，则狠需要天用压缩野空气来维持龙开挖面晓的稳定武。作业权人员需致在土仓首内带压娃作业。做这项遍工作就耽由经过谦培训的堂专业人糟员进行。具体步岂骤如下惊：盾构掀推进瞒到选博定地惑点停轨机。将土欲仓内哥的土观排出初一部饱分，商使仓舰内土壶体高餐度下苹降至帜土仓刊隔板云上的夫密封柔门以锤下。烈在排间土的己同时焰，通县过盾谦构机霸上自冲带的情保压版系统准向土稻仓内就注入局压缩鸣空气可。压己缩空妈气的答压力呢经过昏设定骆，可互以自仰动维骄持在壮设定济值，山以确误保仓献内的施压力量与在锁停机致前的效相同撤，从泽而保戏证开蚂挖面彩稳定泽。与此同狐时，作鹅业人员肥进入气赌闸，开宿始对人辅闸加压饼，逐步忍把人闸谋内的气压新升到她与土妖仓压域力一托致。当人垮闸内蓝压力剂与土档仓内史压力漫一致正达到眨平衡弓时，慕作业汤人员侮从人厉闸内莫打开浆土仓耐隔板嚼上的程密封奸门，诵进入苦土仓。进行刀饶具检查百和更换冈。刀盘脂上的刀眠具可以凭方便地扰从刀盘哗后部更冈换，人炼员不需熔要到刀雪盘前方哈。逐步秒将刀具逢检查和吩更换完摆毕后，人员叫退回床到人植闸，琴关闭骨密封兆门。人员盗在人闸陶内减压肌。与此佩同时，桶可以恢冰复掘进光。人员减淋压结束盖，退出项人闸。§8.霞3盾构身机的俯构造妥和工含作原棵理§8貌.3盾构耐机的虾构造遮和工倒作原屡理3盾构烘