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1、1,不同地层条件下的盾构与TBM选型,中国工程院院士 王梦恕,北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心 北京 Beijing JiaoTong University Research Center of Tunneling and Underground Works，Beijing2005年9月,2,目前可选用的盾构与TBM型式不同地层应选择不同类型的盾构不同地层应选择不同的刀盘结构公路隧道盾构的直径确定TBM的考虑隧道支护型式选择,主要介绍内容,3,一、目前可选用的盾构与TBM型式,1盾构技术的发展 盾构作为一种安全、快速的隧道掘进技术，归纳起来可以说经历了四个发展阶段：（1）以Brunel盾
2、构为代表的初期盾构；（2）以机械式、气压式、网格式盾构代表的第二代盾构；（3）以闭胸式盾构为代表（泥水式、土压式）的第三代盾构；（4）以大直径、大推力、大扭矩、多样化为特色的第四代盾构。,4,2盾构类型 全开敞式盾构：手掘式盾构、半机械式盾构、机械式盾构 半开敞式盾构：挤压式盾构 闭胸式盾构：土压平衡盾构、泥水加压平衡盾构,3TBM类型 开敞式TBM软硬地层均可 护盾式TBM（半护盾式）灵敏系数1.0，调向困难；不能及时支护、易塌方,5,Brunel盾构,伦敦Blackwall盾构隧道,原始盾构,6,网格式盾构,插刀盾构,开敞式盾构,7,辐条式盾构,面板式盾构,闭胸式盾构,8,复合式盾构,9,
3、荷兰 14.87泥水盾构,易北河盾构14.5m,大直径盾构,10,开敞式TBM,护盾式TBM,11,二、不同地层应选择不同类型的盾构,1.少水地层、砂卵石地层宜选择开敞式网格盾构,北京地铁刀具磨损严重,少水或无水地层，地层具有较好的自稳性，降水下沉量小（如沈阳、成都等地层），土体颗粒对刀盘刀具磨损很大，选择开敞式盾构网格盾构比较适宜。,12,2.土压平衡盾构不是全能的，应同时考虑选用泥水盾构与土压盾构,泥水盾构,土压盾构,13,（1）土压平衡盾构的考虑 有软稠度的粘质粉土和粉砂是最适合使用土压平衡式盾构机的土层。根据土层的稠度，有时不需要水或只需要加很少量的水。通过搅拌装置在开挖室内的搅拌，即
4、使十分粘着的土层也能变成塑性好的泥浆。,（2）泥水加压盾构的考虑(a)泥水加压盾构对于不稳定的软弱地层或地下水位高，含水砂层，粘土以及冲积层以及洪积层等流动性高的土质，使用效果较好。(b)泥水加压平衡盾构具有土层适应性强、对周围土体影响小、施工机械化程度高等优点。,14,(c)在砂层中进行大断面、长距离推进的盾构机，大多采用泥水加压式盾构机。实践证明，掘进断面越大，用泥水加压式盾构机的效果越好。(d)泥水加压式盾构机除在控制开挖面稳定以减少地面沉降方面较为有利外，还在减少刀头磨损、适应长距离推进方面显示出优越性。(e)泥水加压盾构存在盾尾的漏水以及难以确认开挖面状态等缺点，还需要较大的泥水处理
5、场地。,15,三、不同地层应选择不同的刀盘类型,（1）开口面板式刀盘,（2）辐条式刀盘,16,刀盘特性比较,17,四、水底公路隧道盾构直径的确定,（1）双向4车道11.4m左右的盾构安全风险最小 国内外成功的水底公路隧道盾构直径多在11.4m左右，实践证明，制造、施工及运营风险较小；较经济（1.2亿元/台）。,（2）双向6车道15m左右的盾构风险较大 盾构制造成本很高，价格昂贵（33.5亿元/台）；盾构掘进压力平衡不易控制，施工风险大；管理、运营风险较大；埋深加大，纵坡不利；空间浪费，约80m2左右。,18,五、TBM的选择考虑,（1）开敞式TBM适应软硬地层 开敞式TBM转向控制灵活、对地层
6、能及时支护。开敞式TBM通过软岩地层，采用先锚后喷及先喷后锚，并架设钢拱架的一次支护，在磨沟岭砂页岩含水软弱地层中实现了日掘进快支护41.3m和月掘进快支护574m快速施工水平，平均进尺232m/月。在TBM上加装锚杆机、混凝土喷射机、钢拱架安装机、以及超前钻机，而且在确定刀间距、推力和扭矩的参数上以及撑靴的支撑力上，能适应软岩、硬岩的切削特性。,（2）半护盾、全护盾不适应软岩地层护盾式TBM转向不灵活、控制较为困难软弱破碎地层不能及时支护,19,六、支护型式的考虑,1.管片衬砌 广泛应用于软土地层盾构隧道的支护 管片接头部位是防水薄弱环节，应研究接头型式及防水材料 管片形状及分块型式 管片厚
7、度及钢筋配置与地层压力的关系,20,管片衬砌,管片,21,2.喷混凝土衬砌 应用于开敞式TBM隧道，能及时支护，很好地适应软弱破碎围岩，在秦岭隧道及磨沟岭隧道中得到了成功应用。,喷锚支护情况,22,3.压缩混凝土衬砌 压缩混凝土衬砌（ECLExtruded Concrete Lining），就是以现浇混凝土作衬砌来代替传统的管片衬砌。ECL工法的具有以下特点：ECL工法的筑造的衬砌质量高；ECL极大地抑制了地层沉降，无须降低地下水；采用全机械化施工，节省人员、安全性高，作业环境好；ECL工法采用一次衬砌，材料用量少；不需要同步注浆；施工阶段工序少，衬砌与拼装同步进行，加快了施工进度，缩短了工期,23,压缩混凝土衬砌,60年代初在北京进行了1:5的盾构挤压混凝土衬砌的模拟试验，成功后，制造了7.34m的压缩混凝土的网格式盾构，并进行了180m的掘进试验。,24,谢 谢Thank You,
