隧道施工方法-盾构法施工之盾构的基本构造（隧道施工课件）

盾构的基本构造CONTENTS目录盾构的基本构造盾构的功能描述盾构的基本构造什么是盾构？是一种用于软弱地层隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有整机及辅助设备在盾壳的掩护下进行土体开挖，土渣排运，整机推进和管片安装作业，而使隧道一次成形的隧道施工机械。盾构的基本构造盾构壳体推进系统拼装系统出土系统盾构的组成保护掘削、排土、推进、衬砌等所有作业设备、装置的安全，故整个外壳用钢板制作，并用环形梁加固支承。盾构的基本构造设置盾构外壳的目的也可以说由通用机械（外壳，掘进机构，挡土机构，推进机构，管片组装机构，附属机构等部件）和专用机构组成。盾构的基本构造盾构壳体切口环位于盾构的前方，该部位装有掘削机械和挡土设备，故又称掘削挡土部。切口环支承环盾尾竖直隔板、水平隔板承受荷重的核心部分，刚性较好的圆环结构。掩护工人在其内部安装衬砌。增加盾构刚度，水平承受拉力，竖直承受压力。切口环的形状、尺寸、必须与围岩条件相适合刃脚必须是坚固、易贯入地层的结构对切口环的要求容纳各种专门的挖土设备开挖；上下宽度可以等值、也可以不等值，甚至是活动的。盾构的基本构造盾构机类型敞开式盾构封闭型盾构复合型盾构人工开挖盾构半机械开挖盾构机械开挖盾构土压平衡式泥水加压式泥水加压型复合盾构土压平衡型复合盾构敞开型复合盾构敞开式盾构分为全敞开式和部分敞开式。全敞开式盾构在隧道工作面上没有封闭的压力补偿系统，不能抵抗土压和地下水压。根据开挖方法的不同，全敞开式盾构分为以下几种类型:盾构的基本构造敞开式盾构1手掘式盾构2半机械式(部分断面开挖)盾构2机械式(全断面开挖)盾构盾构的基本构造全敞开式盾构也称为敞开工作面盾构，其英文名称为“open

facc

shield",简称OF盾构。全敞开式盾构

般适用于开挖面自稳性强的围岩。如果施工地层的自然稳定性不足，就必须采用机械手段使地层稳定。全敞开式盾构在地下水位以下的地层或渗漏地层掘进时，必须用井点法降低地下水位，地基可通过往浆或冻结法处理。全敞开式盾构适用于各种非粘性和粘性地层。其优点是当隧道工作面上有部分或全部由岩石或漂石组成时也可以使用，并且可用手工或半机械化掘进非圆形断面。盾构的基本构造部分敞开式盾构也称普通闭胸式盾构(closed

facc

shicld,简称CF盾构》，或称昔通挤压式盾构。主要有两种类型:1正面全部胸板封闭，挤压推进，留有可调节进土孔口的面积，局部挤压推进。2正面网格上覆全部或部分封板，或装调节开挖面积的闸门，挤压或局部挤压推进。盾构的基本构造盾构体构成图对于全敞开式盾构而言，通常切口的形状有阶梯形、斜承形、垂直形三种，如下图，切口的上半部较下半部凸出，呈帽檐状。凸出的长度因地层的不同而异，通常为300~

000mm.但是对部分敞开式(网格式)盾构而言，也有无凸出帽檐的设计。对自立性地层来说，切口的长度可以设计得稍短一些;对无自立性地层而言，切口的长度应设计得长一些。掘削时把掘削面分成几段，设置几层作业平台，依次支承挡土、提削。有些情况下，把前檐做成靠油缸伸缩的活动前檐。切口的顶部代成刃形;对砾石层而言,应做成T形。(a)敞开式盾弓(b)封闭式盾弓盾构的基本构造切口形状对于封闭式盾构，如图b)与图a)的主要区别是在切口环与支承环之间设有一道隔板，使切口部与支承部完全隔开，即切口部得以封闭。切口部的前端装有掘削刀盘，刀盘后方至隔板之间的空间称为土仓(或泥水仓)。刀盘背后土仓空间内设有搅拌装置。土仓底部设有进人螺旋输送机的排土口。土仓上部留有添加材注人口。此外，当考虑更换刀头、拆除障碍物、地中接合等作业需要时,应同时考虑并用压气工法和可以出人掘削面的形式,因此隔板上应考虑设置人孔和压气闸。(a)阶梯形(b)斜承形(c)垂直形手掘式盾构是指采用人工开挖隧道工作面的盾构，其正面是敞开式，开挖采用铁锹、风镐、碎石机等开挖工具人工进行。由于手掘式盾构掘进速度较低，劳动强度大，劳务费用高，因此这种盾构只在个别情况下使用。如短程掘进、开挖面有障碍物、巨大石头等场合。盾构的基本构造手掘式盾构手掘式盾构适用于开挖面自稳性强的围岩。盾构的基本构造盾构的基本构造手掘式盾构开挖速度很慢。且人工的条件也极差，因此掘进隧道的盾构通常都配有挖掘机或旋臂钻头掘进机，用于机械开挖地层。半机械式盾构全敞开式的机械式盾构，前面装备有旋转式刀盘，增大了盾构的掘进能力，开挖的土通过旋转铲斗和斜槽装入皮带输送机、围岩开挖和排土可以连续进行。适用土质同手掘式及半机械式盾构。机械式盾构盾构的基本构造

机械式盾构盾构的基本构造支承环连接切口环与盾尾，内部可安装切削刀盘的驱动装置、排土装置、盾构千斤顶等，或作为推进操作的场所。支承环支承环是盾构对的主体结构，承受作用与盾构上的全部荷载。另外切口环和盾尾的设计都是根据支承环具有足够刚度的假定进行的，故支承环的设计非常重要。通常在支撑环的前方设置环状的前方设置环形刚性结构作为补强措施，因此，支承环的壳板有时设计的比切口环及盾尾板薄一些。盾构的基本构造支承环的长度应根据安装盾构千斤顶、切削刀盘的轴承装置、驱动装置和排土装置的空间决定。封闭式盾构的切口环与支撑环用隔板隔开，切口环则成为用切削刀盘切削下来的土渣的道路支承环衬砌拼装器又称举重臂，是拼装系统的主要设备，以油压系统为动力，一般举重臂均安装在支承环上。

举重臂能作旋转、径向运动，还能沿隧道中轴线作往复运动。

完成这些运动的精度应该保证待装配的管片上的螺栓孔能和已装配好的螺栓孔对齐，以便螺栓固定。拼装系统盾构的基本构造出土方式一般有三种

：

（1）有轨运输：皮带运输机－矿车－洞口－垂直起吊至地面。

（2）无轨运输：自卸卡车

（3）管道运输：混合泥浆，压力输出，

出土连续化出土系统盾构的基本构造盾构支承环（中盾）盾构支承环（中盾）盾尾的长度需要根据管片宽度和形状及盾尾密封装置的道数来确定，对于机械化开挖式、土压式、泥水加压式盾构，还要根据盾尾密封的结构来确定，盾尾的最小长度必须满足衬砌组装工作的需要，同时应考虑在衬砌组装后因破损而需要更换管片、修理盾构千斤顶和在曲线段进行施工等条件，使其具有一些富余量。盾构的基本构造盾尾盾尾的厚度在不产生有害变形的前提下，应尽可能薄一些。在盾尾的尾端安装有密封材料，使之具有防水性能。盾构的基本构造盾构尺寸、质量的确定01盾构外径DeDe=Do+2（X+t）=Do+2△D02盾构的长度LL与地层条件、开挖方式、出土方法、操作方式及衬砌形式等多种因素有关，通常由下式确定：L=Lc+LG+LT盾构的基本构造切口环长度

Lc对全(半)敞开式盾构而言，应根据切口贯人掘削地层的深险挡土千金顶

的最大伸缩量、掘削作业空间的长度

等因素确定;对封闭盾构而言，根据刀盘厚度、刀盘后面搅拌装置的纵向长度、

土仓的容量(长度)等条件确定。

支承环长度

Lc取决于盾构推进千斤顶、排土装置、举重臂支承机构等设备的规格大小。Lc不应小于千斤顶最大伸长状态的长度。LT

=

Lo+B+CF+

CR

盾尾长度

LT可按下式确定：盾构的基本构造

盾尾构成及尺寸分布情况盾构的基本构造盾构的质量是盾构的躯体、各种千斤顶、举重臂、掘削机械和动力单元等质量的总和。重心位置影响盾构的运转。盾构的自重力（W）与直径（De）的关系如下：盾构的质量对人工掘削盾构

对机械掘削盾构

对泥水盾构

对土压盾构

盾构的基本构造在敞开式盾构中，需设有竖直隔板和水平工作平台。隔板和平台的结构除能保证作业空间和加固支承环之外，还必须具有与围岩条件相适应的开挖和支挡的构造。隔板与平台隔板和平台一般均安装在支承环内，二者组成H形、I形、十字形、井字形等形状，形成一定的空间，用于安装支挡开挖面的千斤顶，保护配管和机器及堆渣设备等,同时也作为支承环的加强构件。分隔开的空间大小以宽1.2m以上，高1.

8m左右为宜。尺寸的选定应充分考虑支挡方法及开挖土沙的处理等因素。另外，平台是作为作业台使用，除承受开挖土沙、作业人员及排土装置、组装机等的荷载外，还应作为支承环的加劲梁。盾构的基本构造盾构密封装置盾尾密封装置通常安装在尾板和衬砌之间，是用于防止周围地层中的沙土、地下水、背后注入浆液、掘削面上的泥水、泥土从盾尾间隙流向盾构掘削仓而设置的封装措施。盾尾密封装置通常使用钢丝刷、尿烷橡胶或者两者的组合。盾尾密封要求有高止水性和高寿命。盾尾中经常充填一些油脂类物质。现阶段比较常用的盾尾密封装置由三道钢丝刷和一道弹簧钢板组成。盾构密封的材料有橡胶、树脂钢制及不锈钢制等几种的组合，其形状有刷状和板状。如图盾构的基本构造

盾尾密封示意图盾构的基本构造盾尾发生泄露现象时的对策1针对泄露部位集中压注盾尾油脂；2配置初凝时间较短的双液浆进行壁后注浆，压浆部位在盾尾后3环钢丝密封刷出；3利用垫放海绵等进行堵漏；如上述措施效果不佳时，可用聚氨酯在盾尾一定距离处压浆封堵，或用充气膨胀密封装置进行封堵。盾构的基本构造中