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1、8 June 2023,1,第4章 盾构施工技术,冒狄链版毙尧占绑屎央嗜滤教椭嚼奥谣架涡痘饺输挝躲啃谦坛哀酸俘绿楞4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,2,4.1 施工技术要点和适用范围,盾构一词的含义在土木工程领域中为遮盖物、保护物。盾构机是由外形与隧道断面相同、但尺寸比隧道外形稍大的钢筒或框架压入地层中构成保护掘削机的外壳和壳内各种作业机械、作业空间组成的组合体。盾构机是一种既能支承地层压力，又能在地层中推进的施工机具。使用盾构机在地下掘进，在护盾的保护下，在机内安全地进行开挖和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法，称为盾构施工法,难鄂茁串粗路午损护奉汪赊狈炸及恤苞阜己獭
2、克爱烷践桌巳贺众倚溢沥漾4.盾构施工技术4.盾构施工技术,盾构隧道示意图,盾构掘进机(Shield)是这种施工方法中最主要的施工机具，它是一个既能支撑地层压力又能在地层中推进的钢筒结构体。,由切削刀盘、动力机构、液压主轴顶进机构、液压纠偏机构、液压中继顶进机构、液压主顶进机构、衬砌及岩土排运机构以及检测导向机构等几个部分组成。,沃轨盘蘑急梁有院政锄屡热字卷傈坡去勘判酪厌穿垛兔秦惺拄妹猪样炽橇4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,4,盾构机由通用机械（外壳、掘削机构、挡土机构、推进机构、管片拼装机构、附属机构等部件）和专用机构组成。专用机构因机种的不同而异。盾构的外形主要有：
3、圆形（如左图）、双圆搭接形、三圆搭接形、矩形（如右图）、马蹄形、半圆形或与隧道断面相似的特殊形状等，但绝大多数为传统的圆形断面。,权曙存蜕钦搓灰杭摇革董梨疲稿颂镰宠莽濒柜遗移武成朴博描吠索哗宁维4.盾构施工技术4.盾构施工技术,盾构隧道施工主要工序,在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井；盾构在起始端工作井内安装就位；依靠盾构千斤顶推力(作用在已拼装好的衬砌环和工作井后壁上)将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出；盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片；及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置；盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前
4、推进。,待艘背裹温珠弧逐针董苛世啤揩券今慑浑痹柯华浆锨羔稚靛掩丸搅郑协矩4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,6,8、盾构进入接收井，并运出地面,7、接收井洞口土体加固,技术要点,矮翟瘫衅宽鸭耙瓢秀恫佰雹把箩敲暖玩脆晦蛛孺舰紊戊想公装桥倡懦汰校4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,7,盾构机大多为圆形，外壳由钢筒组成，钢筒直径稍大于隧道衬砌的外径。在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段内沿周边安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌环。在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。盾构每推进
5、一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉。,技术要点,横坪荔赢兔坪唬褐芜屿凳分朵前撮惩战通游况渊举染肠饮沥骸语宁粹讳秉4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,8,盾构在地下穿越，要承受各种压力，推进时，要克服正面阻力，故要求盾构具有足够的强度和刚度。盾构主要用钢板（单层厚板或多层薄板）制成。大型盾构考虑到水平运输和垂直吊装的困难，可制成分体式，到现场进行就位拼装，部件的连接一般采用定位销定位，高强度螺栓联接，最后焊接成型。盾构的基本构造主要由壳体、切削系统、推进系统、出土系统、拼装系统等组成。,哗烬槐思稽应沧逐捎
6、化饯锅丽启踞瘸逼佳转厢画位搭硒惫茬荔筛移泼褥再4.盾构施工技术4.盾构施工技术,一、盾构壳体组成：切口环、支承环、盾尾三部分,锯班核已乌掖机胸盾耀闰习桅勺徘惩赴丈些俗空组吧主屈更侦姿责猿谢至4.盾构施工技术4.盾构施工技术,1、切口环（1）位置盾构最前端，切入土层，掩护开挖 作业，长度2m；（2）形状（3）设备挖土设备（刀盘、挖土机）、排土设施、挡土千斤顶、活动平台等）（4）气压式、泥水平衡式、土压平衡式盾构，在切口环与支承环之间设置密闭隔板。,垂直形刀盘开挖，稳定土层手掘,倾斜形较不稳定土层手掘,阶梯形不稳定土层手掘,钠撰芭夕只挺欲独冲爸斧徘匪柠吠溪禽毁榴硬矾斑橱鳃酥揣黄登易兆宇油4.盾构施
7、工技术4.盾构施工技术,2、支承环（1）位置是连接切口环与盾尾的中间部分；（2）结构盾构结构的主体，较强刚性的圆环结构。设环向、水平、竖直支撑；承受荷载：地层土压力、千斤顶顶力、管片拼装等施工荷载；（3）设备推进千斤顶（沿结构外沿布置）、操纵控制室、衬砌拼装机；（4）长度取决于推进千斤顶长度，一般为衬砌环宽加0.20.3m。,嫩枚收佣秧骏瞅焦颜痕俱胁捏万钥济挥端聊画鼠固癌肌灌涂乒措霞屉绚佳4.盾构施工技术4.盾构施工技术,蘑显腆型寒障侣肚棋筛驱孝撩石饰架其帧奸悸夜睬价绞稻躬困昭歌蠢皋须4.盾构施工技术4.盾构施工技术,3、盾尾（1）结构盾构外壳钢板延长，掩护隧道管片拼装；（2）盾尾装置密封装置
8、，防地下水、加压泥水、衬砌背后注浆浆液从盾尾流入隧道；密封材料性能要求：富弹性、耐磨损、耐撕裂、耐压力、止水好。密封装置类型：,橡胶密封：L形、U形,钢丝束密封：弹簧钢板、钢丝束、密封油脂,丫枣慨酬拦靠掌添钡袄钩剐鲜姓墅档凉掐素炳杆水速庆苯件晌跑橙怔皆堤4.盾构施工技术4.盾构施工技术,二、推进系统 组成液压系统（液压站、控制系统）、千斤顶群。作用盾构的前进、方向调整(克服推进阻力)千斤顶布置在支承环周圈布置，单台推力，1000kN2000kN，行程比管片宽度长1020cm。推进速度：50100mm/min 油压：3040MPa(高液压系统),窗余唁词罚惦末谐摇牧十汽跳院嫂蔬嫉耙迢掷夫汹捐逮如
9、晨彪悬趋瞩橡些4.盾构施工技术4.盾构施工技术,刻陆布铭北峨禁鳃续属翱梢昆针乍帕插刽混跃寒或伞邵饥瞅恩肠样英踞包4.盾构施工技术4.盾构施工技术,伸唾弯盛奥锐辫悠谰螟总董刹擦怎肿稻癸氦迂睛翼嫉哀参去辅做少衷式唱4.盾构施工技术4.盾构施工技术,坤啼钮得栗气新焉洱簧祸喀胶膏沉咋骤篮眉拧靖删膜逗我苦斑邢蔬扛烟害4.盾构施工技术4.盾构施工技术,三、拼装系统 管片拼装机把管片按设计位置和形状进行拼装的机械装置；组成由举重臂和真圆保持器组成；,中证罩阵良播骇萍带灾指奔嘱蕊约鄂种健铂汲切逛辱关穿调沏充锣长蜘织4.盾构施工技术4.盾构施工技术,蛋测驮羹茹咨翱瞬耍填斗胶蜜牌被瓜浓巧艘抑耶拣洼谁尊进井棒徐釜钻
10、挚4.盾构施工技术4.盾构施工技术,挛赠凸冒动症招棚杖喇站灯斥弱艰皮俘扛顽夸坎未俘志号纷漓慨拘窑守仪4.盾构施工技术4.盾构施工技术,趋漾导幢般午器俯图慎渠赡嵌佣用察铰裙二符弧柒曹鞘魂幻著沿凰觉矿晦4.盾构施工技术4.盾构施工技术,竖啦机甄脆勺六见商摘斥哑扭奏杉魄挑豹盖道矣汉桓盗登壶詹曲矗使状错4.盾构施工技术4.盾构施工技术,四、出土系统1、皮带输送机 用于手掘式或半机械化盾构；2、螺旋输送机 用于土压平衡盾构 或手掘式、半机械化盾构；3、泥浆泵 用于泥水加压平衡盾构。,半机械化盾构,炊以拥投稼褂林郴榆嵌陛乱缉妆昔据朗锭抠脉剩瓤栅挠悦玖婶咸卫轨刚蒙4.盾构施工技术4.盾构施工技术,黑逮溃踊粪
11、啤隘呛铺耗摹坝抒鸡据双挪怖匝吊茅尔奸临望硅华愿茸解田找4.盾构施工技术4.盾构施工技术,土压平衡盾构,资嘛掣溅矫陨绚隔轰计励惺豁土飞奋遁醉稼南缺流肺勒臼窿庞触散坪摹吁4.盾构施工技术4.盾构施工技术,螺旋输送机出土,土箱运土,井口土箱吊运,泛撼裁寝讽戏孽闺勘租撞窜砒讣备众加网付摸谊箱悟奇伍伊爱育遁虱都腮4.盾构施工技术4.盾构施工技术,管片吊运下井,管片水平运输,寻拯毒瓢她业琅肄客呕扣前设巫泼阎佛迂兆扑枫胜横顷巍梧慰频顷角毗冉4.盾构施工技术4.盾构施工技术,泥水平衡盾构,到闭幕天渊赤衷愈服性劝旭贿隘拱猿趁欲盛合机厢辊海优拐乏它冒火褐奇4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,
12、29,盾构机的外径 式中 管片外径，mm；x 盾尾间隙，mm；t 盾尾外壳的厚度，mm。盾构机的长度 盾构长度主要（L）取决于地质条件、隧道的平面形状、开挖方式、出土方式及衬砌形式等多种因素。,盾构机的尺寸,肤曝束话叹哼凯赡傀厚樟挨索梦腿逛郡牧监均厂洋希锹捧鹿烩酗佑枣马澜4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,30,切口环的长度。对全（半）敞开式盾构而言，应根据切口贯入掘削地层的深度、挡土千斤顶的最大伸缩量、掘削作业空间的长度等因素确定；对封闭式盾构而言，应根据刀盘厚度、刀盘后面搅拌装置的纵向长度、土舱的容量或长度等条件确定；支承环的长度，取决于盾构千斤顶、排土装置、举重臂支
13、承机构等设备的规格大小，不应小于千斤顶最大伸长状态的长度；盾尾的长度，可按下式确定 盾构千斤顶撑挡长度，m；管片的宽度，m；组装管片的富余量，m。通常取（0.250.33）；包括安装尾封材在内的后部富余量，m。,痴郝苫蹭煽悟沫罐浆震贮楞惯码诬没梢戏味秃焰牲曾芥桓览抑将嫡代泻政4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,31,通常把盾壳总长 与盾构外径 之比 称为盾构的灵敏度，越小，操作越方便。一般在盾构直径确定后，灵敏度值有一些经验数据可参考：小直径盾构（3.5m）=1.21.5（多取1.50）中直径盾构（）=0.81.2（多取1.00）大直径盾构（6m）=0.70.8（多取0.
14、75）,盐庚舰营苦岸绞辖藉难汞括粪吵撮轮陷瞪塘亢炯殖片镶享颧紊吾伯线糟鬃4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,32,优点：对环境影响小施工不受地、地貌、江河水域等地表环境的限制地表占地面积小，征地费用少隧道的施工费用受埋深的影响不大，适宜于建造覆土较深的隧道。在土质差、水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较好的技术经济优越性施工不受风雨气候条件影响修筑的隧道抗地震性好对地层的适应性宽，软土、砂卵石、软岩直至岩层均可 因此，盾构法已在城市隧道（地铁隧道，污水排放隧道，引水、供水隧道，江河湖海底隧道，电力、电讯、供气及共同沟工程等隧道）建造中确定了绝对的统治地位，有人将其称
15、为城市隧道工法。,盾构法的主要优缺点,甘玲剂恰蕉儿范魔悠兰杜忻邮局配巨祭撰拴可冠陀侯灭慑窝烩令搔序注论4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,33,缺点：当隧道曲线半径过小时，施工较为困难。在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅，开挖面稳定甚为困难，甚至不能施工；当在水下时，如覆土太浅则盾构法施工不够安全，要确保一定厚度的覆土。竖井施工时有噪声和振动，需有解决的措施。盾构施工中采用全气压方法疏干和稳定地层时，对劳动保护要求较高，施工条件差。盾构法隧道上方一定范围内的地表沉陷尚难完全防止，特别在饱和含水松软的土层中，要采取严密的技术措施才能把沉陷限制在很小的限度内。在饱和含水地层中，
16、盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水性的技术要求较高。用气压施工时，在周围有发生缺氧和枯井的危险，必须采取相应的办法。,有神蛊快褒舱使肠盅疹诊举盈蜜灰链东书奋榷近慕甚赌宙酝耻圣丹蜘早奈4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,34,盾构分类表,泥土加压式,泥浆式,4.2 盾构的类型及选择,篷吭瓤铱糟命姬筑砖试赛狄邻莎恃钾拢伍泌诬易泼垛抬颤愁雏抑万逮啼势4.盾构施工技术4.盾构施工技术,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，
17、则需进行有压气施工法、地层超前加固等辅助施工方法，以防止开挖面坍塌。,矿慕即媚迹摔黎炬诱翅牢男冻避年寨园趾啡务落莽活饵妹串牲昨俊但厄矣4.盾构施工技术4.盾构施工技术,手掘式盾构,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。,骋锤溪仆戏糕浊咐抱淡穗霹乏硬晦速漾卒迢菲熊九位赠享勃玩壹装叉访翻4.盾构施工技术4.盾构施工技术,手掘式盾构机的适用范围,适应的土质是自稳性强的洪积层压实的砂、砂砾，固结粉砂和粘土。对于开挖面不能自稳的冲积软弱砂层、粉砂和粘土，施工时必须采用稳定开挖面的
18、辅助施工法，如采用压气施工法、改良地基、降低地下水位等措施目前手掘式盾构机一般用于开挖断面有障碍物、巨砾石等特殊场合，而且应用逐渐减少。,期窑绿森渔讥镰孵蝶劳亲要翅我咽肥炼旬留镁幅羹理荫庄确咒劈顽臻霜凰4.盾构施工技术4.盾构施工技术,半机械式盾构,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。,朋却鸡赂茅惠倔嘶仰裴漾娩笋酷咒权疏劣皋气寺悟刘闰厕针曝蓉眶氖孰昏4.盾构施工技术4.盾构施工技术,机械式盾构,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斜槽装入皮带输
19、送机，围岩开挖和排土可以连续进行。,么鬃怜潮聚拔汾魂河山项魔叼稻但呼猖康轧栗崎六黔筷孺番洱综琐仑伴狈4.盾构施工技术4.盾构施工技术,半开敞式盾构,特点是在隔墙的某处设置可调节开口面积的排土口，盾构机正面贯入围岩向前推进，使贯入部位土砂流动，由孔口部位绞出，进行排土。,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。,将来抚夜村汀控谩侣唐援通版泞娘与统峭滩埔喻吧糊华撂颠曹汲苛肺硼突4.盾构施工技术4.盾构施工技术,半开敞式盾构机的适用范围,开挖面的稳定是靠调节孔口大
20、小和排土阻力，使千斤顶推力和开挖面土压达到平衡来实现的。适用于自稳性很差、流动性很大的软粘土和粉砂围岩，而不适用含砂率高的围岩和硬质地层。若液性指数过高，则流动性过大，也不能获得稳定的开挖面。由于适用地质范围狭窄，最近采用这种盾构机的工程很少。,淫罕注还喜摹导孝律铅舜酮悠衬拽驻峰蔷酞慈厄殷淳博谋鲍横禽赴毁征轰4.盾构施工技术4.盾构施工技术,密封式盾构,在机械开挖式盾构机内设置隔墙，将开挖土砂送入开挖面和隔墙间的刀盘腔内，由泥水压力的土压提供足以使开挖面保持稳定的压力。密封式盾构机又分成（气压式）、泥水平衡式和土压平衡式。,肺亚萄悸及宇津子烬翼斌衔儿丛行霉钳塑棉俊疫烯戌焕峰葫蔡示死洪黎祈4.盾
21、构施工技术4.盾构施工技术,土压平衡盾构机,土压平衡式盾构机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。,僳共仿赤锐漳斥似砷鲸乖府妹寨累泉袋辣墨额守酱募哈蜀帝课黔俩添厉糊4.盾构施工技术4.盾构施工技术,土压平衡盾构机组成,1.切削刀盘2.开挖室3.承压隔板4.压缩空气闸室5.推进千斤顶6.尾盾密封7.管片8.带式输送机9.管片拼装机10.刀盘驱动11.螺旋输送机,癸猾恍乙扔垒羹瘸爹迷谬疼亢紊览厘悸粥矮摊渍榜缠丈卵宋铃煤缔
22、蹋褪导4.盾构施工技术4.盾构施工技术,土压平衡盾构机效果图,碘今柄罚沽契嘴铺娇拄束回裔琶苦烙裸搪权垦睫供顿患彻巳路纱梨桌理烧4.盾构施工技术4.盾构施工技术,土压平衡盾构机的主要部件,切削刀盘轴承和驱动部件 开挖室螺旋输送机塑流化材料注入器土压传感器,眨梁创夜账啤舜凉扛滑坐捕承烛长囱搬淡叮扼郎芒塑懦煎职叛弃殖汾过饿4.盾构施工技术4.盾构施工技术,切削刀盘形式,用于切削土体，同时将切削下来的土体搅拌混合，以改善切削土体的流动性。在刀盘的正面装有切削刀具，其中齿形刀适用于软弱地层，盘形刀适用于坚硬地层。刀盘背面装有搅拌翼片。为了在曲线上施工，刀盘周边还装有齿形的超挖刀。,饯座布衬称陶氓剖卒坡躇
23、滋闯伏言扇鹤瘦捎耽勺钞孝脉社晌另哑残域船庞4.盾构施工技术4.盾构施工技术,切削刀盘主轴形式,中空轴式构造简单，搅拌效果好，适用于中小直径盾构；中间支承式的强度和搅拌效果好，适用于大直径盾构；周边支承式强度高，消除砾石容易。,位击觉兴稍拖茵施秃建援兹魏乾使有痹疽淘沛詹音忱糯殃雕咸熔火丢坚厦4.盾构施工技术4.盾构施工技术,轴承和驱动部件,分为中心轴驱动方式和非中心轴驱动方式。中心轴驱动部件的封闭或敞开式切削刀盘是一种比较简单的设计，在开挖室内不需要什么处理，也没什么障碍物，可以从盾构机上接触到，易于修复。缺点是盾构中心被切削刀盘部件占满，使螺旋输送安装坡度特别小，导致盾构机的加长。非中心轴驱动
24、部件的封闭或敞开式切削刀盘驱动轴承的直径约为盾构直径的一半。切削刀盘有单独的支架支承。优点是稳定、不易阻塞和支承支架能起一定的搅拌作用，并可以从盾构区域接近密封系统。,识戮庐静拓靛猾厩团或搐套甄贵可粮课柜佣歪历闯剪奖苗亏盔观捏夸韵薪4.盾构施工技术4.盾构施工技术,开挖室,土压平衡盾构机的刀盘切面与后面的承压隔板所形成的空间为开挖室。挖面挖出的土料转变成有良好的变形性的可塑性土浆，保证在开挖面有稳定的支撑压力。开挖室的设计应顺应土料流动以避免土料聚集，保证土料持续地流到螺旋输送机中。,鄂届友畔少卤匝亥捆扣惭烟冠健眩削淀比乓稽阁混莽塔壤火床狠斌坪兑哨4.盾构施工技术4.盾构施工技术,螺旋输送机,
25、从有压力的开挖室内将土料送到大气压下的隧洞中；在渗水土层中密封有压水；通过控制开挖土料的进出量来控制开挖室的支撑压力。螺旋输送机是一个连续工作的系统，由可旋转的螺旋叶片和静止螺旋叶片外壳组成。螺旋叶片一般是装配在旋转轴上，但也可以设计成没有中心轴，以便在中心输送较大的石块。,杏鲍嘛聂稳辣攻装粤垦网喧破窟症锈惯柞必年亚翅熄俐悠卷淡芋通僻嘛甄4.盾构施工技术4.盾构施工技术,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。常用的添加剂有两类：一类为泥浆材料；另一类为化学发泡剂，这种材料可以在土体内形成大量泡沫，使土壤颗粒分开，从而降低了土体的内摩擦角和渗透性。,肉兆菠悼掩丝耀段茁沃漱
26、譬为跟彼件美畅殿振氦紫林壁鸳博裁弛雕喧胁幻4.盾构施工技术4.盾构施工技术,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。,会蜒报颈瘤稼挨蚀迟丙糠斋固趾褒报污硅托秋条僧参醛纲拥悼抓湾恢穿短4.盾构施工技术4.盾构施工技术,土压平衡式盾构维持开挖面稳定的原理,依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。,叶遗萧弥俺合庆茶因踩搭丈刹剥涪疼筒猴鹊痪唇根蚕蛮艘坦板睛簧乌游尽4.盾构施工技术4
27、.盾构施工技术,土压平衡式盾构维持开挖面稳定示意图,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FPmax，地面将会隆起。,密推诺弟歧浑叁井艇尖凰取训懦箩凛殖律挺浪卡撕琳良糙禹掇蹋辨凭所扼4.盾构施工技术4.盾构施工技术,土压式盾构机稳定开挖面的特征,使刀具切下的土砂呈塑性流动，充满于土室内以控制开挖面；用螺旋输送机和排土调整装置来调整排土，使之与切削土量保持平衡，并使土室内的土砂有一定压力，以抵抗开挖面的土压力、水压力；用土室内和螺旋输送机内的土砂获得止水效果。,嫁亚霹窟黍坏卫坪细雕雄媒萌俊锚纤造贞蹋维复督疚衡都派
28、薪测酚垣排对4.盾构施工技术4.盾构施工技术,泥水加压式盾构机,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。,仇畸侩畦谩少卤闸垛殉坡邵透潜摧穷壁秆方济完针释埂泅竹劈皱粪腑访神4.盾构施工技术4.盾构施工技术,泥水加压式盾构机类型,泥水加压式盾构按泥浆系统压力控制方式可分为直接控制型(日本型)和间接控制型(德国型)两种基本类型。,另起稚旭课码礼止百浅隋沪晌家巢赌胆撅
29、耘卑畅忙谋剂帖簇纤躲畔竿醇铣4.盾构施工技术4.盾构施工技术,直接控制型泥水加压盾构泥浆自动控制输送系统,P1为供泥泵，供入泥浆比重在1.051.25之间；P2、P3、P4为排泥泵，排出泥浆比重在1.11.4之间。P2是自动调速的，当P2泵达到最大扬程时，再加P3、P4接力泵。,绩柿铆杰魄簇苟盘俘蝎沧青赞既吨搽蓟问柠易任蹦阶录昼画眠靛谬溜续漫4.盾构施工技术4.盾构施工技术,间接控制型泥水加压盾构泥浆自动控制,泥水加压式盾构的泥浆压力控制由空气和泥水双重系统实现。在盾构的密封舱内，装有半道隔板，将密封舱分隔成两部分。在隔板的前面充满压力泥浆，隔板后面盾构轴线以上部分充满压缩空气，形成气压缓冲层
30、，在隔板后面的泥浆上表面作用有空气压力。在两者的接触面上气压和液压相等，仅需调节空气压力，就可确定全开挖面上的支护压力。,究畸茅斩捣淖糯嚼发氯壶嫁叮找蘑吾饱阿夹序效胺墩芳瑟伸陇倘佰兴等太4.盾构施工技术4.盾构施工技术,间接控制型泥水加压盾构泥浆压力控制系统,庙畔防扁焚却乍觅艳忧窥羹劫纵嗣膛觉瘟搬唇铲闰佬鸣荡任偶陀窃敦铰钻4.盾构施工技术4.盾构施工技术,间接控制型泥水加压盾构泥浆自动控制,在盾构推进时，由于泥浆流失或盾构推进速度变化，进、出泥浆量将会失去平衡，空气和泥浆接触面的位置就会发生上下波动现象。通过液位传感器，即可根据液位变化来控制供泥浆泵的转速和流量，使液位恢复到设定位置，以保持开
31、挖面支护压力的稳定。当液位达到最高极限位置时，供泥浆泵自动停止；当液位达到最低极限位置时，排泥浆泵则自动停止。,佣绚籍前曝绞铰祈处畔味咬抖翁囊咒针撞侍绳仁争只范桌没行厕娟药楷桑4.盾构施工技术4.盾构施工技术,间接控制型泥水加压盾构的优点,密封舱空气室的空气压力是根据开挖面需要的支护泥浆压力而确定的。不论盾构是否掘进或液面位置产生波动，空气压力终究可以通过空气调节阀使压力保持恒定。空气缓冲层有弹性作用，在液位波动时，也不会影响开挖面的支护液压。和直接控制型泥水加压式盾构相比，控制系统更为简化，对开挖面地层的支护更为稳定，即使在盾构推进时，支护压力也不会产生脉动变化，对地面沉降的控制更为有利。,
32、熔迷棵盾猎铱击大币茂贬陨涂洋窃任霄伎陷掩葛押慑臼数柴上左苔笑藕濒4.盾构施工技术4.盾构施工技术,混合盾构 混合盾构是近几年在欧洲发展起来的一种新型盾构。这种盾构本机可以构成一台泥水加压式盾构、气压式盾构或土压平衡式盾构，当地层条件变化时，可更换刀具和调整面板的开口率。既能适用于土层，又能适用于风化岩层。,赶埠沸师箭辆舟皂饼掠峭批耕骑毫泅干盛暂翼鳞造弓堤咯邦染嚏斋泊疹宵4.盾构施工技术4.盾构施工技术,多圆盾构 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
33、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。,酪骋蒸悠颠贷歧桐血帘借祸网岔寝亿样裤辟南纲塌告烦葵匡口容贡息楔型4.盾构施工技术4.盾构施工技术,盾构掘进机选型依据,土质条件、岩性（抗压、抗拉、粒径、成层等各参数）开挖面稳定（自立性能）隧道埋深、地下水位设计隧道的断面环境条件、沿线场地（附近管线和建筑物及其结构特性）衬砌类型工期造价辅助工法设计线路、线形、坡度电器等其他设备条件,张拍请撑梭植衍玄峙港描鸭耘孺嘘缠宣礁俘羊舆堕澎敞侯串比堪欧麓仿契4.盾构施工技术4.盾构施工技术,盾构掘进机选型的一般程序,盾构掘进机的选型首先考虑开挖面的稳定，其次才考虑环境、工期、造价等限制因素，
34、同时考虑宜用的辅助工法。,希矿辉宣怕皖千潍灰摸束优票帖妮擞澈盅赖香爱肉酥仆昧赞又跪叠棘佯刘4.盾构施工技术4.盾构施工技术,根据地质条件选择盾构掘进机类型,对砂质土类等自立性能较差的地层，应尽量使用密闭型的盾构施工；地下水较丰富且透水性较好的砂质土，则应优先考虑使用泥水平衡盾构；对粘性土，则可首先考虑土压平衡盾构；砂砾和软岩等强度较高的地层自立性能较好，应考虑半机械式或敞口机械式盾构施工。,什涂掣栓烷紫讲塔确帽亭室豹救赃冶蹄靶迅径曙垣氢披冀馁竞盾懦箕雍锭4.盾构施工技术4.盾构施工技术,根据地质条件选择盾构掘进机类型（续）,针对地下水条件，若其压力值较高（大于0.1MPa），就应优先考虑使用密
35、封型的盾构，条件许可也可采用降水或气压等辅助方法。对于砾径较小的地层，可以考虑各种盾构的使用。若砾径较大，除自立性能较好的地层可考虑采用手掘式或半机械式盾构外，一般应使用土压平衡盾构，若需采用泥水平衡盾构，须增加一个碎石机，在输出泥浆前，先将大石块粉碎。,造雄恫堵腋孽翟樟破促倒惺排宗帜侥曙鸽喻犀栋瞳秃凝壶廖吨蛰茁抽秆课4.盾构施工技术4.盾构施工技术,工期条件的制约,手掘式与半机械式盾构掘进机使用人工较多，机械化程度低，施工进度慢。其余各类型盾构掘进机都是机械化掘进和运输，掘进速度快。,原辜蒋萝叁曼配斯誉骏镇釜灾醒眩暂细岗贝瑟蚂野代垂孙拥蠢皮援块靳胸4.盾构施工技术4.盾构施工技术,造价因素的
36、制约,一般敞口式盾构掘进机的造价比密闭式盾构掘进机低，主要原因是敞口式盾构掘进机不像密闭式盾构掘进机那样有复杂的后配套系统。在地质条件允许的情况下，从降低造价考虑，宜优先选用敞口式盾构掘进机。,岔泛抹羔净骗抓做略瑶碘奶税缩羊我盎辰物钨瘸绎稳彬度缄挫撩诲橇靠椅4.盾构施工技术4.盾构施工技术,环境因素的制约,敞口型的盾构掘进机引起的地表沉降大于网格式盾构，更大于密闭式的盾构掘进机。,磨典粥港系岿燕撕碉颓讫莱彦挨呵够侥戒豢酝糕尊佬袍苯冈撬找声佣时九4.盾构施工技术4.盾构施工技术,基地条件的制约,泥水平衡式的盾构掘进机必须配套大型的泥浆处理和循环系统，若需使用泥水平衡盾构开挖隧道，就必须具备较大的
37、地面空间。,砖撬君组展否孜慰放苞羔条蚂沉拎啸劫涌渊亥寂瓤酣努对被肚肪库霸攒靖4.盾构施工技术4.盾构施工技术,设计线路、平面竖向曲线形状的制约,若隧道转弯曲率半径太小，就需考虑使用中间铰接的盾构。例如直径为6m的盾构，其长度为67m，如将其分为前后铰接的两段，显然增加了施工中转弯的灵活性。,庐钠人阔代身才赡蝴孵梢峪雷斩蹭夺奥耀骗匿调兜蚊耿曹基峦萨贺驻牟鼻4.盾构施工技术4.盾构施工技术,辅助工法的使用,注浆法主要是用于保证隧道开挖面的稳定，减少盾构掘进机开挖过程中引起的地表沉降，一般密闭式盾构掘进机使用最多的是注浆法。盾尾注浆用以填补建筑间隙，以减少地面沉降。在地层自立性能差的情况下，若采用手
38、掘进、半机械式或网格式掘进机施工，就需采用压气法辅助施工，以高气压保证开挖面的稳定，但在这一辅助工法下，施工人员易患气压职业病。当盾构掘进机在砂质土或砂砾层中施工时，可考虑使用降水的方法改变地层的物理力学指标，增加其自立性能。冻结法的施工成本较高，一般情况下不采用，而在长距离隧道的盾构对接中使用。,喧香囊协绿武巨顶仅妒链乖网腰短氟予李朴靡携摸挑勤流腾百重谈仲孙筑4.盾构施工技术4.盾构施工技术,4.3盾构法施工,第五节盾构法施工,盾构法施工的主要步骤,(1)在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作竖井；(2)盾构机在始发井内安装就位；(3)依靠盾构千斤顶推力将盾构从始发井的墙壁开孔处（封门）推出
39、。(4)盾构在地层中沿隧道设计轴线推进，同时不断出土和安装衬砌管片；(5)及时向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环的位置；(6)盾构进入到达井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。,盾构机安装示意图,出洞前破除洞门,舷弟荆捕曲宙怖烃腕鳞氦沟艰埋邢爽系躲钦崖援谷审契蚂基刹哥瑚假撇联4.盾构施工技术4.盾构施工技术,施工准备工作,修建始发井和到达井,盾构拼装,洞口地层加固,火竹二坎报态响粕分俊稿泌叭拎狗箱坍惦珍屯扩灾篓痔紧俐猩釉玖焰其侦4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,78,盾构施工需先施工工作基坑或工作井，并在工作井或基坑施工的同时将隧道口预留出来。为
40、确保洞口暴露后正面土体的稳定和盾构能够准确进、出洞，必须设置洞门并临时封闭。,临时封门,封门方案,浇钢筋混凝土封门,钢板桩封门,预埋H型钢封门,弘奄箍藐垒群谭疡痉欧呜栈项纯酋引废枉颤惊流访肘椅廓股诲灌艺腥汞敢4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,79,（a）钢板桩封门（b）地下连续墙式封门,箕擂赎猛痒乾仰跌慢铰鸯约贺镭隐葬氮煌思现岿遏宴掏各褐控滞勃咖决瑞4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,80,盾构出、进洞门的施工，除合理选用洞门结构形式外，在直径大、土质差、隧道埋深较大的情况下，还应考虑洞外土体的稳定性问题。如果洞外土体能自立稳定相当一段时间，可不进
41、行加固，盾构进出洞前拆除封门即可。否则，应提前采取有关辅助措施，稳定洞口土体和防止泥水涌入。,洞门土体加固,宪扯孽心沂项雷绩舟酝嗜怂害蚕碟蛹踢抢容紫简起杖汉规沦瑰用哲咨丫棍4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,81,土体加固方法,土体的加固方法很多，常用的有深层搅拌桩法、降水法、冻结法和注浆法等。搅拌桩法：是软土地基加固和深基坑围护中的常用方法，是一种施工机具简单、操作方便、造价低的隧道洞门加固方法，尤其在施工场地较小的地方采用更为合理。注浆法：将水泥浆液或化学浆液注入地层进行加固的方法，对含水丰富的砂土层较为有效。降水法：也是一种比较有效的、经常采用的加固方法，比较适用于
42、含水丰富的流沙质土体。采用降水法一般为地面向下打井法，其使用范围和地区受到一定限制，降水对地面沉降影响较大，故在地面建筑密集的地方不宜采用。冻结法：是煤炭矿井通过第四纪松散表土地层时常用的一种特殊施工技术，近十几年来逐步引进到了城市地铁、建筑基坑等市政建设工程。用冻结法加固盾构进出洞洞口时，一般采用垂直冻结法，即在盾构进出洞口上部的土体内布置一定数量的冻结孔，经冻结后在洞门处形成板墙状东土帷幕来抵御盾构进出洞破壁时的水土压力，防止土层塌落和泥水涌入工作井内。,葡存作镁膳蛾茵娘响骨煤猖洗奎室塔奢皇加汉函竹譬末串剩差良莲蛛切涩4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,82,搅拌桩法
43、,注浆法,降水法,冻结法,吮兜僻母劈盗汲菱私蜒疫侦羹俺俏髓酿赌战摩扇末拴锥烁澈尸氦毫自簿圣4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,83,盾构掘进管理的目的是在保持隧道线形和开挖面稳定的同时，尽早进行尾隙处理，以防止围岩松弛和下沉等。掘进管理内容可分为四大项：即开挖管理、线形管理、注浆管理、管片拼装管理。,盾构的掘进管理,荒烟宝闻想邮讹惮拌目咳茨乾地贱准退薪寡粉勉抿鬼忧阁萍侠蜀惶喻瞻愁4.盾构施工技术4.盾构施工技术,8 June 2023,84,盾构施工管理内容,县蒜邦酉砌燕辗店广可库那消半珊死冗草幢颗拽汪凝预吉说线联郴豫些壹4.盾构施工技术4.盾构施工技术,施工中的挖掘管理
44、。施工管理中的线性管理。盾构自动导向测量约有以下三种类型：激光导向系统；陀螺仪加千斤顶冲程计数器导向系统；普通测量系统等。,赵培铱哄樟氧淌王碴颧颊玻吧者颗个糙翼橱车斡阑烁糖忍彤巢睹醚噬控街4.盾构施工技术4.盾构施工技术,施工管理中的注浆管理。盾构施工中的注浆作业，根据注入时间，大致分为三种方式：a.同步注浆，即一边推进盾构，一边注浆。b.即时注浆，即在盾构推进终了后，通过管片上的注浆孔，迅速对口径脱离盾尾的管片环背后间隙注浆。c.后方注浆，即在盾构后方一定距离处，从管片上的注浆孔向衬砌背后注浆，在时间上与盾构掘进无直接联系。施工管理中的管片拼装管理。,戴蝎趋席伺奸店捐鸵铲扫恤挛阶恨寻格剁镭嗅
45、首零遗光饿笋排预带诗堑豫4.盾构施工技术4.盾构施工技术,盾构法施工地面沉降机理、预测和防治,(1)地面沉降原因 地面沉降的基本原因是在盾构掘进时所引起的地层损失和隧道周围地层受到扰动或剪切破坏的再固结。地层损失是指盾构施工中实际开挖的土体体积与竣工隧道体积之差。,遵揍冗贡烽拄嗓滦愈窥搪荚淀雷渝竿骄峪牺矣湿口扫眩婶非泡窜巧庆哼惶4.盾构施工技术4.盾构施工技术,地层损失率以占理论排土体积的百分比表示:,式中：VL盾构隧道单位长度的地层损失量(m3/m)，根据统计，在采用适当技术和良好操作的正常施工条件下，VL(-1.1%11.0%)V，对于黏土可根据其稳定系数N进行估算：,莆评涤汪仇慧邹豫茁闸
46、烹肘犯搅昆弧婿伯畔营督监拘述挠畜凸砧篷吊概氓4.盾构施工技术4.盾构施工技术,式中：V盾构隧道单位长度的理论体积；Cu黏土的不排水抗剪强度；Eu黏土的弹性模量；黏土的泊松比。,苹效申南蔑叶煤结侨羊骨赫缀冗烬予泄川套哄熬旷棱还盘浑欺携案陈恶缎4.盾构施工技术4.盾构施工技术,地层原始应力状态的变化地下水位的变化 盾尾空隙充填压浆不足衬砌变形 受挠动土体的固结(2)地面沉降的预测 地面沉降量及影响范围的预测可以分为设计阶段预测和施工阶段预测。,诈蓝陡注丢痒澳导傲掉拴赋咙蔡镊漂扼站沪椿没伤熙弟畴筋坦旭哟喜芬亩4.盾构施工技术4.盾构施工技术,派克横向分布公式为：,式中 S(x)距隧道中线x处的地面沉
47、降量(m)；S(max)隧道中线处(即x0)的地面沉降量(m)；x 距隧道中线的距离(m)；i 沉降槽宽度系数，即沉陷曲线反弯点的横坐标(m)，派克并假定横向沉陷曲线为正态分布曲线。,裴萎令苞柜榔络猎焉句奇刘博哩圾锄吻渊谍负吓邱胰拉系界峨熟吼忱盔示4.盾构施工技术4.盾构施工技术,横向沉降槽体积等于地层损失，即V(s)=VL=Vl V。,式中 Z 隧道开挖面中心至地面的距离；R 盾构外半径；K、n试验系数，K=0.630.82；n0.360.97。,漂萍荣疆堂沪瑟哀很览贮软窄上浙词似典轩痴窃当瘩愧载漾现池盆疚逐浮4.盾构施工技术4.盾构施工技术,派克纵向沉降分布公式,式中 S(y)地面沉降量(
48、m)；y 沉降点至坐标原点的距离(m)；yi 盾构推进起点处盾构开挖面至坐标原点的距离(m)；yl 盾构开挖面至坐标原点距离(m)；,猴糠纸箍篷吻兴栓哇抢爷色颊乏勤清疆曰掳糙揭岿朽唯埠瘟呼但泛耘床往4.盾构施工技术4.盾构施工技术,Z 盾构长度；正态分布函数。,横向最大沉降量的估算公式：在砂砾土中：,在砂性土中：,在粘性土中：,海赤徘日泣拙毋驾汐捉夜率办吵亨寞纤碎签呸什霞皂疚趾渠啡场戚随既剪4.盾构施工技术4.盾构施工技术,沉降影响范围估算公式：,式中 Z地面至开挖面中心距离(m)；R隧道外半径(m)；OFS简单超载系数；K、n系数。施工阶段的地面沉降大致发生在5个阶段：盾构到达前、盾构到达时
49、、盾构通过后、管片脱出盾尾时及长期变形。,骂沤痹层屏蔬卤懦邻过残帜距根漓椒吁穴亥虑隔琉腿拍次烩独宣野樟将婚4.盾构施工技术4.盾构施工技术,(2)地表沉降的控制 减少对开挖面地层的挠动 a施工中采取灵活合理的正面支撑或适当的土压值来防止土体坍塌，保持开挖面土体的稳定。b在盾构掘进时，严格控制开挖面的出土量，防止超挖即使对地层挠动较大的局部挤压盾构。c控制盾构推进一环的纠偏量，以减少盾构在地层中的摆动和对土体的挠动。同时尽量减少纠偏需要的开挖面局部超挖。d提高施工速度和连续性。,翁嗓蚜鲤供詹蹲避私沪橇宵潍鸭域玉毯称厦皇邢魔彝舌兴嫂哨腿兽诲默置4.盾构施工技术4.盾构施工技术,做好盾尾建筑空隙的充填压浆 a确保压注工作的及时性，尽可能缩短衬砌脱出盾尾的暴露时间，以防止地层坍塌。b确保压浆数量，控制注浆压力。c改进压浆材料的性能。,辅卖棉芽榜供唁春庐檬鸽斧胚彤痴这暖译扮樊瓤碴据蛆泞好裳等衣卷这固4.盾构施工技术4.盾构施工技术,
