盾构施工方法

盾构法施工技术1/76盾构施工技术2/76目录

1.1有关地下建筑空间施工几个概念1.2TBM和盾构机详细区分2.1盾构法施工技术2.2盾构机械设备3盾构法隧道施工工艺

3/761.1有关地下建筑空间施工几个概念明挖法：也称挖盖法暗挖法：也称矿山法，钻爆法等浅埋暗挖法：盾构法：沉井法：沉管法：顶管法：地下连续墙法：TBM法：4/76(1)明挖法地下构造施工示意图挖建盖（填）5/76(2)暗挖法地下构造施工示意图一般坚硬岩层中隧道均采取该办法施工。挖衬埋深一般大于10m6/76(3)浅埋暗挖法地下构造施工示意图初衬二衬超前支护锚杆、管棚或灌浆埋深一般不大于5m一般用于都市交通繁忙地带，不允许中断交通，且地质条件又较差地段，武汉市地下过街通道大多采取该法施工。如武汉广场、武汉会展中心、洪山广场过街通道等7/76(4)盾构法地下构造(隧道)施工示意图盾构法隧道施工适用于软土地域埋深大隧道工程，可穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物和地下管线密集区下部。

8/76(5)沉井法地下构造施工示意图

沉井构造用途十分广泛，主要用于点式地下建筑工程：如自来水厂、电厂和化工厂水泵房、地下沉淀池和水池、地下热电站、地下油库、地下车间和地下仓库等。另外，也可用作地铁、水底隧道等多种设备井、通风井、盾构拼装井、车间和区间段连续沉井等。9/76(6)沉管法地下构造施工示意图110/76(6)沉管法地下构造施工示意图2沉管法一般用于水下隧道施工，目前国内已建成最大沉管隧道是上海外环越江隧道，总长2880m（沉管段长736m），双向8车道。11/76(7)顶管法地下构造施工示意图顶管法主要用于建造穿越都市交通繁忙地带地下工程，其长度、断面尺寸均受到较大限制。国内最长顶管隧道是西气东输工程穿越黄河隧道，长度近3000m，直径约2m。12/76(8)地下连续墙法施工示意图

地下连续墙法可用于点式、条式地下工程施工，如上海、广州大部分地铁车站均采取该法施工。其特点类似于明挖法，但比明挖法占用场地小，对周围环境影响较小，且造价相对较低。13/76(9)TBM法地下构造施工示意图目前国内,习惯上将用于岩石地层隧道掘进机称为TBM,将用于软土地层隧道掘进机称为盾构机。归类还是同在掘进机门下。14/761.2TBM和盾构机详细区分？1.适用工程不一样样，TBM用于硬岩，盾构机用于土层挖掘。2.二者掘进，平衡，支护系统都不一样样。3.TBM比盾构技术更先进，更复杂。4.工作环境也不一样样，TBM是硬岩掘进机，一般用在山岭隧道或大型引水工程，盾构是软土类掘进机，主要是都市地铁，及小型管道。

其实TBM和盾构除了这些本质差异外，笼统来说，都是同样，都是隧道全断面掘进。只是不一样工作环境应用不一样机械罢了。15/762.1盾构法施工技术盾构（shield）是一种钢制活动防护装置或活动支撑，是通过软弱含水层，尤其是河底、海底，以及都市居民区修建隧道一种机械。头部能够安全地开挖地层,尾部能够装配预制管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬砌。盾构推进主要依靠盾构内部设置千斤顶。概述16/76适用条件在松软含水地层中修建隧道、水底隧道及地下铁道时采取多种不一样形式盾构施工最故意义，尤其是该施工办法属地表下列暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节等条件影响，17/76长处：安全性、高效率、危害小、经济性缺陷：反复利用率低、施工复杂、适用性受限、工作条件差、地表变形不易控制

盾构优缺陷18/76盾构隧道历史用盾构法修建隧道开始于1823年，法国工程师布鲁诺尔；1825年在英国泰晤士河下初次用矩形盾构建造隧道；近代，日本盾构法得到了迅速发展，用途越来越广，并研制了大量新型盾构；我国于1957年北京下水道工程中初次出现2.6m小盾构；上海市延安东路过江道路隧道使用11.0m直径大盾构；19/76盾构按形状分类大体有圆形（又称半盾构）、矩形、马蹄形等几个。圆形因其抵抗水土压力较抱负，衬砌拼装简便，构件能够交换，较为通用，数量最多。圆形盾构中，敞胸盾构和闭胸盾构两大类。按开挖方式分为：人工挖掘式、半机械挖掘式、机械挖掘式。

20/76一、盾构机定义二、盾构机构造三、盾构机分类及型式四、盾构配套设施2.2盾构机械设备21/76盾构机是一种隧道掘进专用工程机械，当代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、同步衬砌注浆、拼装隧道衬砌管片、测量导向纠偏等功能，包括地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，并且要按照不一样地质进行“定制式”设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、地下马路、都市市政、水电等隧道工程。一、盾构机定义22/76二、盾构机构造盾构机是在钢壳体保护下，进行地下隧道工程掌子面开挖及衬砌连续作业，并依靠钢壳体内千斤顶推力向前推进。盾构机主要由切削刀盘、前部盾体、连接桥架、后配套台车等部分组成。切削刀盘根据工程地质情况选择不一样型式、配备对应刀具；前部盾体由主驱动系统、推进系统、渣土输送系统、管片拼装系统、同步注浆等系统组成；后配套台车主要为前部盾体内各系统配备动力源以及水、电、气、液、测量与监测等辅助施工系统和人工操作系统；连接桥架是前部盾体和后配套台车连接桥梁，各系统动力通过桥架上管线路从后配套台车提供应前部盾体内执行元件。23/76

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24/76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25/76前部盾体主驱动系统、推进系统、渣土输送系统、管片拼装系统、同步注浆等系统26/76

后配套台车主要配备盾构机各系统所需动力源以及水、电、气、液、测量与监测等辅助施工系统以及人工操作等系统27/76三、盾构机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28/76不一样型式盾构机——适应不一样工程需要圆形盾构双圆盾构29/76矩形盾构椭圆形盾构30/76球形盾构31/76异型盾构32/76多联盾构33/76子母盾构34/76

转向盾构35/76浆液搅拌站盾构配套设施——与盾构机组成完备施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36/76管片生产厂盾构配套设施碴土坑现场管片堆放场风、水、电、照明37/76一、盾构法由来二、土压平衡盾构法施工工艺3.1盾构法隧道施工工艺38/76

盾构法于19世纪初起源于欧洲，受启发于蛀虫挖洞，20世纪初日本引进盾构施工技术，并使其得以较大发展。上世纪60年代该技术引入中国。目前，日本及欧洲处于盾构技术领先地位。伴随盾构机制造业发展和施工工艺不停改善，逐渐形成了比较完善盾构系列施工工法。近年来伴随都市建设发展，地下空间得到广泛开发利用，盾构设备自动化程度越来越高，其适用性得以拓展，能够适用于多种地质条件和复杂环境条件。已在都市地铁、市政管道、地下马路、越江隧道等基础设施建设中得到广泛应用。一、盾构法由来39/76

目前在盾构工程中普遍采取多为闭胸式盾构机，其中以泥水平衡式与土压平衡式盾构机最为普及。并且由于盾构工程大部分位于人口密集城区，从减少施工污染、减少施工造价等多方面综合考虑，又以土压平衡盾构法施工为主。二、土压平衡盾构法施工工艺40/76土压平衡盾构法施工工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启动皮带输送机、螺旋输送机及出土口管片运输管片生产盾构施工工艺流程图（一种循环）

41/76盾渣构土掘排进出42/76壁后同步注浆43/76管片拼装44/76始发台架图片45/76

折叶式密封环46/76盾构机现场组装图片47/76盾构机主体组装过程48/76操作平台组装49/76螺旋输送机、整圆器组装50/76桥架、皮带输送机、单轨梁、反力架安装51/76反力架构造型式

52/76初始掘进（1）洞口土体加固（2）地面配套设施安装施工（3）洞门范围内钻孔灌注桩凿除（4）始法台架安装（5）盾构始发轨道铺设（6）反力架安装（7）洞门橡胶密封圈安装（8）盾尾密封刷涂满密封油脂（9）盾构机联动调试满足要求（10）临时管片准备就绪（11）碴土运输准备工作就绪（12）盾构机已精确定位（13）自动导向系统安装、测试完成（14）初始掘进范围内地面监测点已布设完成并取得初始数据（15）供电系统（含备用电源）、给排水系统、通信系统等正常（16）始发反力架和基准环已在始发井地面试拼装，在井下安装时要通过精确定位测量，确保第一环临时管片精确位置----掘进前准备工作

53/761、土压力平衡（开挖过程控制）2、进尺与出土量平衡（即时控制）3、注浆量与建筑孔隙量平衡（填充控制）4、盾构掘进参数变化量平衡（掘进参数控制）5、盾构与管片二者各项姿态间平衡（轴线控制）通过盾构施工控制达成五种平衡状态54/76

施工参数和开挖面稳定控制好坏直接影响地表沉降大小、地下管线和地表建筑物安全。因此施工中应对开挖面稳定进行严格控制。为了确保盾构机顺畅排土，需对掘削下来土砂加泥或加化学泡沫等添加剂以控制土仓内土砂塑性、流动性处于合适范围内，以确保盾构机能够顺畅排土。开挖面稳定控制55/76管理重点：不一样地层条件下进尺与出土量平衡（即时控制），及时进行土质状态统计与分析，并及时调整每环总出土量，确保掘进过程中进尺与出土量对应统一。出碴控制56/76

在施工中实时进行施工数据采集，建立完善信息化施工模式：1、盾构机掘进参数采集2、盾构机导向数据采集3、施工监测系统4、人工控制测量数据

盾构施工类似工厂流水线作业，因此施工中要求各步骤紧密衔接，任何一道工序发生滞后，都将直接影响施工工效，或造成施工停顿。因此应进行信息化施工管理，搜集各阶段施工参数，通过度析、归纳，在施工中不停对多种参数设定进行优化，将会提升施工质量、效率。盾构掘进参数控制----即信息化施工57/76

地表沉降控制是盾构施工重点，及时进行壁后注浆是有效控制地表沉降措施之一。在壁后注浆施工中，由于盾构隧道穿越地层多样性，注浆量变化幅度较大，因此采取以注入压力控制为主，兼顾注入量办法进行注浆管理。注浆参数控制----注浆压力及注浆量平衡58/76注浆材料选用壁后注浆浆液分为单液砂浆和双液化学浆液，单液砂浆浆液应具有下列性能：

1.具有良好长时间稳定性及流动性，并能确保合适初凝时间，以适应盾构施工以及远距离输送要求。

2.具有良好充填性能。

3.在满足注浆施工前提下，尽也许早地取得高于地层早期强度。

4.浆液在地下水环境中，不易产生稀释现象。

5.浆液固结后收缩率小，泌水率低。

6.原料起源丰富、经济，施工管理方便，并能满足施工自动化技术要求。

7.浆液无公害，价格合理。59/76通过施工测量以及盾构设备自动导向系统，实时取得盾构目前姿态，再通过盾构操作系统调整掘进控制，使盾构姿态保持在要求偏差范围内；管片拼装前认真测量已经成环管片姿态，根据盾构隧道曲线方向、推进千斤顶行程差、盾尾间隙等条件合理选择管片类型，拼装过程中要注意确保管片拼装质量满足要求。管理重点：盾构姿态；成环管片姿态；管片选型。隧道轴线控制60/76CCR盾构掘进纠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61/76六、盾构机接收及解体盾构接收施工流程图

模拟贯通测量测量成果分析与验证掘进计划洞门部分凿除洞门密封安装接收托架安装与固定达到段掘进洞门剩下部分凿除碴土清理贯通后上接收托架62/761、根据盾构机贯通姿态及掘进纠偏计划进行推进，纠偏要逐渐完成，每一环纠偏量不能过大。2、在盾构机距离端头墙50米时,选择合理掘进参数，逐渐放慢掘进速度，逐渐减少推力，迟缓均匀地切削洞口土体，以确保达到围护桩和墙体稳定和避免地层坍塌。3、加强地表沉降监测，及时反馈信息以指导盾构机掘进。4、在拼装管片进入加固范围后，浆液改为快硬性浆液，提前在加固范围内将泥水堵在加固区外。当最后一环管片拼装完成后，通过管片二次注浆孔，注入双液浆进行封堵。5、由于盾构到站时推力较小，致洞门附近管片环与环之间连接不够紧密，因此作好后20环管片螺栓紧固和复紧工作。避免管片松弛而影响密封防水效果。盾构达到施工技术措施63/76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）6-天棚（上拉杆）；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64/76盾构基本构造1-1(切口环)；2-2(支承环)；3-3(纵剖面)一般由盾构壳体、推进系统、拼装系统、出土系统等四大部分组成。65/761）盾构壳体盾构壳体由切口环、支承环、盾尾与竖直隔板、水平隔板组成，并由外壳钢板连成整体。切口环：开挖；上下宽度能够等值、也能够不等值，甚至是活动。容纳多种专门挖土设备。支承环：承受荷重关键部分，刚性较好圆环构造。水平隔板和竖直隔板：增加盾构刚度，水平承受拉力，竖直承受压力。盾尾：掩护工人在其内部安装衬砌。66/76