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1、1. 盾构法的基本含义 盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进，在护盾的保护下，在机内安全的进行开挖和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法”。 按照这个定义，盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机掘进和衬砌三大部分组成。,一、盾构法施工的原理及方法,盾构法施工的概貌如图5-5-1所示。在隧道的一端建造竖井或基坑，将盾构安装就位，盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的孔壁推进。,2. 盾构法施工的原理和过程,3. 密封式(平衡)盾构机的组成,盾构机组成,管 片,管片的组装顺序,K管片(封顶块)的嵌入,盾构机是根据每一施工区段设计的专用设备,盾构施工不可退后,对施工的要求精度
2、高,机械化程度高,对周围环境的影响较小,2.盾构施工的特点,初期的盾构法是简易护盾下的人工掘进或机械开挖的形式，机械化程度低,不能稳定开挖面。 经过多年对盾构技术的研究开发和应用，已演变成现在非常盛行的泥水平衡式和土压平衡式两种盾构机。这两种机型的最大优点是在开挖功能中考虑了稳定开挖面的措施，将盾构施工法中的三大要素的前两者联系融为一体，无需辅助施工措施。并通过使用不同类型的刀具，就能适应地质情况变化范围较广的地质条件。,5. 盾构机和盾构法的发展史,砾石、岩石等硬质围岩时的刀头,大砾石、岩石时多采用刀轮式刀头,稳定开挖面技术的历史，是从“无”到“气”,再演变到泥水式的“水”和土压式的“土”。
3、“开挖面稳定”和“盾构开挖”的技术已达到较完善的地步。目前盾构一般指密封式泥水平衡式和土压平衡式盾构。 盾构技术的发展动向：超大断面盾构、多圆盾构、异型盾构，加上在衬砌和开挖方面使用了挤压混凝土衬砌技术，以及自动测量技术，计算机自动管理系统等。,1. 盾构机的种类 按开挖面与作业室之间的隔墙构造分为：全开敞式、半开敞式及密封式三种。,二、盾构机的种类和构造,(1)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
4、面坍塌。,a.手掘式盾构机 手掘式盾构机的正面是开敞的，通常设置防止开挖顶面塌陷的活动前檐及上承千斤顶、工作面千斤顶及防止开挖面塌陷的挡土千斤顶。开挖采用铁锹、镐、碎石机等开挖工具，人工进行。,b.半机械式盾构机 半机械式盾构机进行开挖及装运石碴都采用专用机械，配备液压铲土机、臂式刀盘等挖掘机械和皮带运输机等出碴机械，或配备具有开挖与出碴双重功能的机械。,c.机械式盾构机 机械式盾构机前面装备有旋转式刀盘，增大了盾构机的挖掘能力，开挖的土砂通过旋转铲斗和排土可以连续进行，缩短了工期，减少了作业人员。,(2) 半开敞式 是指挤压式盾构机，它是在开放型盾构的切口环与支撑环之间设置胸板，以支挡正面土
5、体，但在胸板上有一些开口，当盾构向前推进时，需要排出的土体将从开口处挤入盾构内，然后装车外运，见图5-5-5。这种盾构适用于软弱粘土层，在推进过程中要引起较大的地面隆起。,(3) 密封式 是指在机械开挖式盾构机内设置隔墙，进入刀盘与隔墙土仓的土体，由泥水压力或土压提供足以使开挖面保持稳定的压力。密封式盾构机根据仓内压力平很衡的形式又分成局部气压式、泥水平衡和土压平衡式几种。,局部气压式盾构 在机械式盾构支承环的前边装上隔板，使切口环成为一个密封舱，其中充满压缩空气，达到疏干和稳定开挖面土体的作用，见图5-5-6。,由于这种盾构是靠压缩空气对开挖面进行密封，故要求地层透水性小，渗透系数K小于11
6、0-5m/s。 另外，这种盾构在密封舱、盾尾及管片接缝处易产生漏气，引起工作面土体坍塌，造成地面降陷。,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
7、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。,在盾构推进时，进、排泥管需不断延长，管阻亦随之增大。为了保证管内的流速恒大于临界流速，排泥浆泵P2的转速应随时调整，故排泥浆泵P2必须是自动调速的。当P2泵达到最大扬程时，再加P3、P4接力泵。 为了保证盾构推进质量、减少地面沉降量，需要严格控制排土量，故应在进、排泥浆管路上分别装设流量计和比重计，根据检测数据即可计算实际排土量 。, 多圆盾构(MultiCircularFaceShield) 多圆盾构是近年日本开发的新型盾构，其中的双圆盾构可以用来修建区间隧道，一次开挖完成双线区间隧道，可以比两个单独的圆形隧
8、道降低工程成本工10%，减少开挖面积15%。三圆盾构既可用来修建地铁车站隧道，拆下中间盾构后又成为两个单独盾构，可以修建区间隧道。,2. 土压平衡式盾构机的构造 (1)切削刀盘 通过主轴承支撑和液压马达式电机驱动旋转的刀盘，正面安装土体切削刀并带有碴土进料口，背面安装有碴土搅拌桨。刀盘侧面还装有可伸缩的超挖刀。,刀盘的型式有花板型和辐条型的不同型式； 根据地层性质所需要安装刀具大小与数量不同； 进料口面积不同，有不同的开口率。,(2)刀具 刀具的类型有齿刀、刮刀和滚刀等不同型式，齿刀、刮刀用于软土质地层、滚刀用于岩石地层。刀盘上可仅为一种类型的刀具，也可为多种刀具的组合，以适应不同形式的地层。
9、现代盾构机刀盘设计上可在刀盘背面换刀。,砾石、岩石等硬质围岩时的刀头,大砾石、岩石时多采用刀轮式刀头,(3)密封舱 用于存贮被刀盘切削下来的土体，并加以搅拌使其成为不透水的，具有适当流动性的塑流体，使其能及时充满密封舱和螺旋输送机的全部空间，对开挖面实行密封，以维持开挖面的稳定性，同时，也便于将其排出。 在密封舱后隔板上，一般留有进人舱孔，供人员进出入密封舱和进行维修工作。,压力舱(泥土压盾构),(4)螺旋输送机 用来将密封舱内的塑流状土体排出盾构外，并在排土过程中，利用螺旋叶片与土体间的摩擦和土体阻塞所产生的压力损失，使螺旋输送机排土口的泥土压力降至一个大气压力，使其不发生喷漏现象。通过螺旋
10、输送机排碴量的速度来控制和调解碴舱内的土体压力。,(5)塑流化材料注入器 用来向密封舱、刀盘和螺旋输送机内注人添加剂。因为当土体中的含砂量超过一定限度时，由于其内摩擦角大，流动性差，单靠刀盘的旋转搅动很难使这种土体达到足够的塑流性，一旦在密封舱内贮留，极易产生压密固结，无法对开挖面实行有效的密封和排土。此时，就需要向切削土体内注入一种促使其塑流化的添加剂，经刀盘混合和搅拌后能使固结土成为流动性好、不透水的塑流体。,(6)土压传感器 用于测量密封舱和螺旋输送机内的土压力，前者是判定开挖面是否稳定的依据，后者用来判断螺旋输送机的排土状态，喷涌、固结、阻塞等。 土压平衡式盾构维持开挖面稳定的原理是依
11、靠密封舱内塑流状土体作用在开挖面上的压力(P)(它包括泥土自重产生的土压力与盾构推进过程中盾构千斤顶的推力)和盾构前方地层的静止土压力与地下水压力(F)相平衡的方法，见图5-5-9。,由图上可看出：螺旋输送机排土量大时，密封舱内土压力P就减小，当F P时，开挖面可能坍方而引起地面沉降；相反，排土量小时 ，P值就加大，一旦F Pmax，地面将会隆起。因此，要控制土压平衡式盾构在推进过程中开挖面的稳定，可以用两种方法来实现，其一是控制螺旋输送机排土量(调节其转速)；,但研究表明，对于粘性土来说，开挖面不破坏的排土量波动值必须控制在理论掘进体积的2.8%左右，这就需要量测精度在l%以内的切削土体积的检测系统。 其二是用调节盾构千斤顶的推进速度和螺旋输送机转速，直接控制密封舱内的土压力P，一般情况下，不使开挖面产生影响的碴土压力P的波动范围如下：,主动土压力+地下水压力P被动土压力+地下水压力,(7)管片安装机管片安装机由以下构件组成：a.悬臂梁b.移动机架c.回转机架d.安装头操作员通过可移动的控制器来操纵管片安装机。,(8)后配套设备 主要有物料运输、液压系统、电力系统、控制系统、注浆系统、泡沫发生系统、测量系统和通风系统等。,
