盾構(gòu)施工方法

盾構(gòu)法施工技術(shù)1/76盾構(gòu)施工技術(shù)2/76目錄

1.1有關(guān)地下建筑空間施工幾個(gè)概念1.2TBM和盾構(gòu)機(jī)詳細(xì)區(qū)分2.1盾構(gòu)法施工技術(shù)2.2盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備3盾構(gòu)法隧道施工工藝

3/761.1有關(guān)地下建筑空間施工幾個(gè)概念明挖法：也稱挖蓋法暗挖法：也稱礦山法，鉆爆法等淺埋暗挖法：盾構(gòu)法：沉井法：沉管法：頂管法：地下連續(xù)墻法：TBM法：4/76(1)明挖法地下構(gòu)造施工示意圖挖建蓋（填）5/76(2)暗挖法地下構(gòu)造施工示意圖一般堅(jiān)硬巖層中隧道均采取該辦法施工。挖襯埋深一般大于10m6/76(3)淺埋暗挖法地下構(gòu)造施工示意圖初襯二襯超前支護(hù)錨桿、管棚或灌漿埋深一般不大于5m一般用于都市交通繁忙地帶，不允許中斷交通，且地質(zhì)條件又較差地段，武漢市地下過(guò)街通道大多采取該法施工。如武漢廣場(chǎng)、武漢會(huì)展中心、洪山廣場(chǎng)過(guò)街通道等7/76(4)盾構(gòu)法地下構(gòu)造(隧道)施工示意圖盾構(gòu)法隧道施工適用于軟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線密集區(qū)下部。

8/76(5)沉井法地下構(gòu)造施工示意圖

沉井構(gòu)造用途十分廣泛，主要用于點(diǎn)式地下建筑工程：如自來(lái)水廠、電廠和化工廠水泵房、地下沉淀池和水池、地下熱電站、地下油庫(kù)、地下車(chē)間和地下倉(cāng)庫(kù)等。另外，也可用作地鐵、水底隧道等多種設(shè)備井、通風(fēng)井、盾構(gòu)拼裝井、車(chē)間和區(qū)間段連續(xù)沉井等。9/76(6)沉管法地下構(gòu)造施工示意圖110/76(6)沉管法地下構(gòu)造施工示意圖2沉管法一般用于水下隧道施工，目前國(guó)內(nèi)已建成最大沉管隧道是上海外環(huán)越江隧道，總長(zhǎng)2880m（沉管段長(zhǎng)736m），雙向8車(chē)道。11/76(7)頂管法地下構(gòu)造施工示意圖頂管法主要用于建造穿越都市交通繁忙地帶地下工程，其長(zhǎng)度、斷面尺寸均受到較大限制。國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)頂管隧道是西氣東輸工程穿越黃河隧道，長(zhǎng)度近3000m，直徑約2m。12/76(8)地下連續(xù)墻法施工示意圖

地下連續(xù)墻法可用于點(diǎn)式、條式地下工程施工，如上海、廣州大部分地鐵車(chē)站均采取該法施工。其特點(diǎn)類(lèi)似于明挖法，但比明挖法占用場(chǎng)地小，對(duì)周?chē)h(huán)境影響較小，且造價(jià)相對(duì)較低。13/76(9)TBM法地下構(gòu)造施工示意圖目前國(guó)內(nèi),習(xí)慣上將用于巖石地層隧道掘進(jìn)機(jī)稱為T(mén)BM,將用于軟土地層隧道掘進(jìn)機(jī)稱為盾構(gòu)機(jī)。歸類(lèi)還是同在掘進(jìn)機(jī)門(mén)下。14/761.2TBM和盾構(gòu)機(jī)詳細(xì)區(qū)分？1.適用工程不一樣樣，TBM用于硬巖，盾構(gòu)機(jī)用于土層挖掘。2.二者掘進(jìn)，平衡，支護(hù)系統(tǒng)都不一樣樣。3.TBM比盾構(gòu)技術(shù)更先進(jìn)，更復(fù)雜。4.工作環(huán)境也不一樣樣，TBM是硬巖掘進(jìn)機(jī)，一般用在山嶺隧道或大型引水工程，盾構(gòu)是軟土類(lèi)掘進(jìn)機(jī)，主要是都市地鐵，及小型管道。

其實(shí)TBM和盾構(gòu)除了這些本質(zhì)差異外，籠統(tǒng)來(lái)說(shuō)，都是同樣，都是隧道全斷面掘進(jìn)。只是不一樣工作環(huán)境應(yīng)用不一樣機(jī)械罷了。15/762.1盾構(gòu)法施工技術(shù)盾構(gòu)（shield）是一種鋼制活動(dòng)防護(hù)裝置或活動(dòng)支撐，是通過(guò)軟弱含水層，尤其是河底、海底，以及都市居民區(qū)修建隧道一種機(jī)械。頭部能夠安全地開(kāi)挖地層,尾部能夠裝配預(yù)制管片或砌塊，迅速地拼裝成隧道永久襯砌。盾構(gòu)推進(jìn)主要依靠盾構(gòu)內(nèi)部設(shè)置千斤頂。概述16/76適用條件在松軟含水地層中修建隧道、水底隧道及地下鐵道時(shí)采取多種不一樣形式盾構(gòu)施工最故意義，尤其是該施工辦法屬地表下列暗挖施工，不受地面交通、河道、航運(yùn)、潮汐、季節(jié)等條件影響，17/76長(zhǎng)處：安全性、高效率、危害小、經(jīng)濟(jì)性缺陷：反復(fù)利用率低、施工復(fù)雜、適用性受限、工作條件差、地表變形不易控制

盾構(gòu)優(yōu)缺陷18/76盾構(gòu)隧道歷史用盾構(gòu)法修建隧道開(kāi)始于1823年，法國(guó)工程師布魯諾爾；1825年在英國(guó)泰晤士河下初次用矩形盾構(gòu)建造隧道；近代，日本盾構(gòu)法得到了迅速發(fā)展，用途越來(lái)越廣，并研制了大量新型盾構(gòu)；我國(guó)于1957年北京下水道工程中初次出現(xiàn)2.6m小盾構(gòu)；上海市延安東路過(guò)江道路隧道使用11.0m直徑大盾構(gòu)；19/76盾構(gòu)按形狀分類(lèi)大體有圓形（又稱半盾構(gòu)）、矩形、馬蹄形等幾個(gè)。圓形因其抵抗水土壓力較抱負(fù)，襯砌拼裝簡(jiǎn)便，構(gòu)件能夠交換，較為通用，數(shù)量最多。圓形盾構(gòu)中，敞胸盾構(gòu)和閉胸盾構(gòu)兩大類(lèi)。按開(kāi)挖方式分為：人工挖掘式、半機(jī)械挖掘式、機(jī)械挖掘式。

20/76一、盾構(gòu)機(jī)定義二、盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造三、盾構(gòu)機(jī)分類(lèi)及型式四、盾構(gòu)配套設(shè)施2.2盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備21/76盾構(gòu)機(jī)是一種隧道掘進(jìn)專用工程機(jī)械，當(dāng)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開(kāi)挖切削土體、輸送土碴、同步襯砌注漿、拼裝隧道襯砌管片、測(cè)量導(dǎo)向糾偏等功能，包括地質(zhì)、土木、機(jī)械、力學(xué)、液壓、電氣、控制、測(cè)量等多門(mén)學(xué)科技術(shù)，并且要按照不一樣地質(zhì)進(jìn)行“定制式”設(shè)計(jì)制造，可靠性要求極高。盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)已廣泛用于地鐵、鐵路、地下馬路、都市市政、水電等隧道工程。一、盾構(gòu)機(jī)定義22/76二、盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造盾構(gòu)機(jī)是在鋼殼體保護(hù)下，進(jìn)行地下隧道工程掌子面開(kāi)挖及襯砌連續(xù)作業(yè)，并依靠鋼殼體內(nèi)千斤頂推力向前推進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)主要由切削刀盤(pán)、前部盾體、連接橋架、后配套臺(tái)車(chē)等部分組成。切削刀盤(pán)根據(jù)工程地質(zhì)情況選擇不一樣型式、配備對(duì)應(yīng)刀具；前部盾體由主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、渣土輸送系統(tǒng)、管片拼裝系統(tǒng)、同步注漿等系統(tǒng)組成；后配套臺(tái)車(chē)主要為前部盾體內(nèi)各系統(tǒng)配備動(dòng)力源以及水、電、氣、液、測(cè)量與監(jiān)測(cè)等輔助施工系統(tǒng)和人工操作系統(tǒng)；連接橋架是前部盾體和后配套臺(tái)車(chē)連接橋梁，各系統(tǒng)動(dòng)力通過(guò)橋架上管線路從后配套臺(tái)車(chē)提供應(yīng)前部盾體內(nèi)執(zhí)行元件。23/76

切削刀盤(pán)盤(pán)型滾刀重型撕裂刀刮刀鋼格柵面板輻條輻條泡沫口中心刀面板式刀盤(pán)24/76輻條式刀盤(pán)外周強(qiáng)化刀先行撕裂刀刮刀輻條輻條泡沫口中心刀25/76前部盾體主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、渣土輸送系統(tǒng)、管片拼裝系統(tǒng)、同步注漿等系統(tǒng)26/76

后配套臺(tái)車(chē)主要配備盾構(gòu)機(jī)各系統(tǒng)所需動(dòng)力源以及水、電、氣、液、測(cè)量與監(jiān)測(cè)等輔助施工系統(tǒng)以及人工操作等系統(tǒng)27/76三、盾構(gòu)機(jī)分類(lèi)及型式開(kāi)敞式土壓平衡式泥水式泥土加壓式復(fù)合式巖石盾構(gòu)盾構(gòu)機(jī)分類(lèi)28/76不一樣型式盾構(gòu)機(jī)——適應(yīng)不一樣工程需要圓形盾構(gòu)雙圓盾構(gòu)29/76矩形盾構(gòu)橢圓形盾構(gòu)30/76球形盾構(gòu)31/76異型盾構(gòu)32/76多聯(lián)盾構(gòu)33/76子母盾構(gòu)34/76

轉(zhuǎn)向盾構(gòu)35/76漿液攪拌站盾構(gòu)配套設(shè)施——與盾構(gòu)機(jī)組成完備施工系統(tǒng)水平運(yùn)輸系統(tǒng)電機(jī)車(chē)垂直運(yùn)輸系統(tǒng)龍門(mén)吊地面監(jiān)控室36/76管片生產(chǎn)廠盾構(gòu)配套設(shè)施碴土坑現(xiàn)場(chǎng)管片堆放場(chǎng)風(fēng)、水、電、照明37/76一、盾構(gòu)法由來(lái)二、土壓平衡盾構(gòu)法施工工藝3.1盾構(gòu)法隧道施工工藝38/76

盾構(gòu)法于19世紀(jì)初起源于歐洲，受啟發(fā)于蛀蟲(chóng)挖洞，20世紀(jì)初日本引進(jìn)盾構(gòu)施工技術(shù)，并使其得以較大發(fā)展。上世紀(jì)60年代該技術(shù)引入中國(guó)。目前，日本及歐洲處于盾構(gòu)技術(shù)領(lǐng)先地位。伴隨盾構(gòu)機(jī)制造業(yè)發(fā)展和施工工藝不停改善，逐漸形成了比較完善盾構(gòu)系列施工工法。近年來(lái)伴隨都市建設(shè)發(fā)展，地下空間得到廣泛開(kāi)發(fā)利用，盾構(gòu)設(shè)備自動(dòng)化程度越來(lái)越高，其適用性得以拓展，能夠適用于多種地質(zhì)條件和復(fù)雜環(huán)境條件。已在都市地鐵、市政管道、地下馬路、越江隧道等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。一、盾構(gòu)法由來(lái)39/76

目前在盾構(gòu)工程中普遍采取多為閉胸式盾構(gòu)機(jī)，其中以泥水平衡式與土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)最為普及。并且由于盾構(gòu)工程大部分位于人口密集城區(qū)，從減少施工污染、減少施工造價(jià)等多方面綜合考慮，又以土壓平衡盾構(gòu)法施工為主。二、土壓平衡盾構(gòu)法施工工藝40/76土壓平衡盾構(gòu)法施工工藝流程施工準(zhǔn)備盾構(gòu)推進(jìn)渣土排出管片拼裝測(cè)量軸線控制盾尾油脂壓注施工監(jiān)測(cè)壁后注漿輸送漿液制備土方運(yùn)輸啟動(dòng)皮帶輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)及出土口管片運(yùn)輸管片生產(chǎn)盾構(gòu)施工工藝流程圖（一種循環(huán)）

41/76盾渣構(gòu)土掘排進(jìn)出42/76壁后同步注漿43/76管片拼裝44/76始發(fā)臺(tái)架圖片45/76

折葉式密封環(huán)46/76盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)組裝圖片47/76盾構(gòu)機(jī)主體組裝過(guò)程48/76操作平臺(tái)組裝49/76螺旋輸送機(jī)、整圓器組裝50/76橋架、皮帶輸送機(jī)、單軌梁、反力架安裝51/76反力架構(gòu)造型式

52/76初始掘進(jìn)（1）洞口土體加固（2）地面配套設(shè)施安裝施工（3）洞門(mén)范圍內(nèi)鉆孔灌注樁鑿除（4）始法臺(tái)架安裝（5）盾構(gòu)始發(fā)軌道鋪設(shè)（6）反力架安裝（7）洞門(mén)橡膠密封圈安裝（8）盾尾密封刷涂滿密封油脂（9）盾構(gòu)機(jī)聯(lián)動(dòng)調(diào)試滿足要求（10）臨時(shí)管片準(zhǔn)備就緒（11）碴土運(yùn)輸準(zhǔn)備工作就緒（12）盾構(gòu)機(jī)已精確定位（13）自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)安裝、測(cè)試完成（14）初始掘進(jìn)范圍內(nèi)地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)已布設(shè)完成并取得初始數(shù)據(jù)（15）供電系統(tǒng)（含備用電源）、給排水系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等正常（16）始發(fā)反力架和基準(zhǔn)環(huán)已在始發(fā)井地面試拼裝，在井下安裝時(shí)要通過(guò)精確定位測(cè)量，確保第一環(huán)臨時(shí)管片精確位置----掘進(jìn)前準(zhǔn)備工作

53/761、土壓力平衡（開(kāi)挖過(guò)程控制）2、進(jìn)尺與出土量平衡（即時(shí)控制）3、注漿量與建筑孔隙量平衡（填充控制）4、盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)變化量平衡（掘進(jìn)參數(shù)控制）5、盾構(gòu)與管片二者各項(xiàng)姿態(tài)間平衡（軸線控制）通過(guò)盾構(gòu)施工控制達(dá)成五種平衡狀態(tài)54/76

施工參數(shù)和開(kāi)挖面穩(wěn)定控制好壞直接影響地表沉降大小、地下管線和地表建筑物安全。因此施工中應(yīng)對(duì)開(kāi)挖面穩(wěn)定進(jìn)行嚴(yán)格控制。為了確保盾構(gòu)機(jī)順暢排土，需對(duì)掘削下來(lái)土砂加泥或加化學(xué)泡沫等添加劑以控制土倉(cāng)內(nèi)土砂塑性、流動(dòng)性處于合適范圍內(nèi)，以確保盾構(gòu)機(jī)能夠順暢排土。開(kāi)挖面穩(wěn)定控制55/76管理重點(diǎn)：不一樣地層條件下進(jìn)尺與出土量平衡（即時(shí)控制），及時(shí)進(jìn)行土質(zhì)狀態(tài)統(tǒng)計(jì)與分析，并及時(shí)調(diào)整每環(huán)總出土量，確保掘進(jìn)過(guò)程中進(jìn)尺與出土量對(duì)應(yīng)統(tǒng)一。出碴控制56/76

在施工中實(shí)時(shí)進(jìn)行施工數(shù)據(jù)采集，建立完善信息化施工模式：1、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)采集2、盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向數(shù)據(jù)采集3、施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)4、人工控制測(cè)量數(shù)據(jù)

盾構(gòu)施工類(lèi)似工廠流水線作業(yè)，因此施工中要求各步驟緊密銜接，任何一道工序發(fā)生滯后，都將直接影響施工工效，或造成施工停頓。因此應(yīng)進(jìn)行信息化施工管理，搜集各階段施工參數(shù)，通過(guò)度析、歸納，在施工中不停對(duì)多種參數(shù)設(shè)定進(jìn)行優(yōu)化，將會(huì)提升施工質(zhì)量、效率。盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制----即信息化施工57/76

地表沉降控制是盾構(gòu)施工重點(diǎn)，及時(shí)進(jìn)行壁后注漿是有效控制地表沉降措施之一。在壁后注漿施工中，由于盾構(gòu)隧道穿越地層多樣性，注漿量變化幅度較大，因此采取以注入壓力控制為主，兼顧注入量辦法進(jìn)行注漿管理。注漿參數(shù)控制----注漿壓力及注漿量平衡58/76注漿材料選用壁后注漿漿液分為單液砂漿和雙液化學(xué)漿液，單液砂漿漿液應(yīng)具有下列性能：

1.具有良好長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性及流動(dòng)性，并能確保合適初凝時(shí)間，以適應(yīng)盾構(gòu)施工以及遠(yuǎn)距離輸送要求。

2.具有良好充填性能。

3.在滿足注漿施工前提下，盡也許早地取得高于地層早期強(qiáng)度。

4.漿液在地下水環(huán)境中，不易產(chǎn)生稀釋現(xiàn)象。

5.漿液固結(jié)后收縮率小，泌水率低。

6.原料起源豐富、經(jīng)濟(jì)，施工管理方便，并能滿足施工自動(dòng)化技術(shù)要求。

7.漿液無(wú)公害，價(jià)格合理。59/76通過(guò)施工測(cè)量以及盾構(gòu)設(shè)備自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，實(shí)時(shí)取得盾構(gòu)目前姿態(tài)，再通過(guò)盾構(gòu)操作系統(tǒng)調(diào)整掘進(jìn)控制，使盾構(gòu)姿態(tài)保持在要求偏差范圍內(nèi)；管片拼裝前認(rèn)真測(cè)量已經(jīng)成環(huán)管片姿態(tài)，根據(jù)盾構(gòu)隧道曲線方向、推進(jìn)千斤頂行程差、盾尾間隙等條件合理選擇管片類(lèi)型，拼裝過(guò)程中要注意確保管片拼裝質(zhì)量滿足要求。管理重點(diǎn)：盾構(gòu)姿態(tài)；成環(huán)管片姿態(tài)；管片選型。隧道軸線控制60/76CCR盾構(gòu)掘進(jìn)糾偏施工過(guò)程已建隧道設(shè)計(jì)軸線盾構(gòu)機(jī)糾偏曲線盾構(gòu)方位糾偏曲線隧道61/76六、盾構(gòu)機(jī)接收及解體盾構(gòu)接收施工流程圖

模擬貫通測(cè)量測(cè)量成果分析與驗(yàn)證掘進(jìn)計(jì)劃洞門(mén)部分鑿除洞門(mén)密封安裝接收托架安裝與固定達(dá)到段掘進(jìn)洞門(mén)剩下部分鑿除碴土清理貫通后上接收托架62/761、根據(jù)盾構(gòu)機(jī)貫通姿態(tài)及掘進(jìn)糾偏計(jì)劃進(jìn)行推進(jìn)，糾偏要逐漸完成，每一環(huán)糾偏量不能過(guò)大。2、在盾構(gòu)機(jī)距離端頭墻50米時(shí),選擇合理掘進(jìn)參數(shù)，逐漸放慢掘進(jìn)速度，逐漸減少推力，遲緩均勻地切削洞口土體，以確保達(dá)到圍護(hù)樁和墻體穩(wěn)定和避免地層坍塌。3、加強(qiáng)地表沉降監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋信息以指導(dǎo)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。4、在拼裝管片進(jìn)入加固范圍后，漿液改為快硬性漿液，提前在加固范圍內(nèi)將泥水堵在加固區(qū)外。當(dāng)最后一環(huán)管片拼裝完成后，通過(guò)管片二次注漿孔，注入雙液漿進(jìn)行封堵。5、由于盾構(gòu)到站時(shí)推力較小，致洞門(mén)附近管片環(huán)與環(huán)之間連接不夠緊密，因此作好后20環(huán)管片螺栓緊固和復(fù)緊工作。避免管片松弛而影響密封防水效果。盾構(gòu)達(dá)到施工技術(shù)措施63/76隧道剖面圖1-進(jìn)風(fēng)道；2-進(jìn)風(fēng)口；3-排風(fēng)口；4-排風(fēng)道；5-路面（下拉桿）6-天棚（上拉桿）；7-吊桿；8-照明燈；9-滅火器；10-消防栓；11-電纜；12-排水管；13-給水管；14-縱向螺栓；15-環(huán)向螺栓64/76盾構(gòu)基本構(gòu)造1-1(切口環(huán))；2-2(支承環(huán))；3-3(縱剖面)一般由盾構(gòu)殼體、推進(jìn)系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)、出土系統(tǒng)等四大部分組成。65/761）盾構(gòu)殼體盾構(gòu)殼體由切口環(huán)、支承環(huán)、盾尾與豎直隔板、水平隔板組成，并由外殼鋼板連成整體。切口環(huán)：開(kāi)挖；上下寬度能夠等值、也能夠不等值，甚至是活動(dòng)。容納多種專門(mén)挖土設(shè)備。支承環(huán)：承受荷重關(guān)鍵部分，剛性較好圓環(huán)構(gòu)造。水平隔板和豎直隔板：增加盾構(gòu)剛度，水平承受拉力，豎直承受壓力。盾尾：掩護(hù)工人在其內(nèi)部安裝襯砌。66/76