隧道施工方法-盾構(gòu)法施工之盾構(gòu)的基本構(gòu)造（隧道施工課件）

盾構(gòu)的基本構(gòu)造CONTENTS目錄盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)的功能描述盾構(gòu)的基本構(gòu)造什么是盾構(gòu)？是一種用于軟弱地層隧道暗挖施工，具有金屬外殼，殼內(nèi)裝有整機及輔助設(shè)備在盾殼的掩護(hù)下進(jìn)行土體開挖，土渣排運，整機推進(jìn)和管片安裝作業(yè)，而使隧道一次成形的隧道施工機械。盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)殼體推進(jìn)系統(tǒng)拼裝系統(tǒng)出土系統(tǒng)盾構(gòu)的組成保護(hù)掘削、排土、推進(jìn)、襯砌等所有作業(yè)設(shè)備、裝置的安全，故整個外殼用鋼板制作，并用環(huán)形梁加固支承。盾構(gòu)的基本構(gòu)造設(shè)置盾構(gòu)外殼的目的也可以說由通用機械（外殼，掘進(jìn)機構(gòu)，擋土機構(gòu)，推進(jìn)機構(gòu)，管片組裝機構(gòu)，附屬機構(gòu)等部件）和專用機構(gòu)組成。盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)殼體切口環(huán)位于盾構(gòu)的前方，該部位裝有掘削機械和擋土設(shè)備，故又稱掘削擋土部。切口環(huán)支承環(huán)盾尾豎直隔板、水平隔板承受荷重的核心部分，剛性較好的圓環(huán)結(jié)構(gòu)。掩護(hù)工人在其內(nèi)部安裝襯砌。增加盾構(gòu)剛度，水平承受拉力，豎直承受壓力。切口環(huán)的形狀、尺寸、必須與圍巖條件相適合刃腳必須是堅固、易貫入地層的結(jié)構(gòu)對切口環(huán)的要求容納各種專門的挖土設(shè)備開挖；上下寬度可以等值、也可以不等值，甚至是活動的。盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)機類型敞開式盾構(gòu)封閉型盾構(gòu)復(fù)合型盾構(gòu)人工開挖盾構(gòu)半機械開挖盾構(gòu)機械開挖盾構(gòu)土壓平衡式泥水加壓式泥水加壓型復(fù)合盾構(gòu)土壓平衡型復(fù)合盾構(gòu)敞開型復(fù)合盾構(gòu)敞開式盾構(gòu)分為全敞開式和部分敞開式。全敞開式盾構(gòu)在隧道工作面上沒有封閉的壓力補償系統(tǒng)，不能抵抗土壓和地下水壓。根據(jù)開挖方法的不同，全敞開式盾構(gòu)分為以下幾種類型:盾構(gòu)的基本構(gòu)造敞開式盾構(gòu)1手掘式盾構(gòu)2半機械式(部分?jǐn)嗝骈_挖)盾構(gòu)2機械式(全斷面開挖)盾構(gòu)盾構(gòu)的基本構(gòu)造全敞開式盾構(gòu)也稱為敞開工作面盾構(gòu)，其英文名稱為“open

facc

shield",簡稱OF盾構(gòu)。全敞開式盾構(gòu)

般適用于開挖面自穩(wěn)性強的圍巖。如果施工地層的自然穩(wěn)定性不足，就必須采用機械手段使地層穩(wěn)定。全敞開式盾構(gòu)在地下水位以下的地層或滲漏地層掘進(jìn)時，必須用井點法降低地下水位，地基可通過往漿或凍結(jié)法處理。全敞開式盾構(gòu)適用于各種非粘性和粘性地層。其優(yōu)點是當(dāng)隧道工作面上有部分或全部由巖石或漂石組成時也可以使用，并且可用手工或半機械化掘進(jìn)非圓形斷面。盾構(gòu)的基本構(gòu)造部分敞開式盾構(gòu)也稱普通閉胸式盾構(gòu)(closed

facc

shicld,簡稱CF盾構(gòu)》，或稱昔通擠壓式盾構(gòu)。主要有兩種類型:1正面全部胸板封閉，擠壓推進(jìn)，留有可調(diào)節(jié)進(jìn)土孔口的面積，局部擠壓推進(jìn)。2正面網(wǎng)格上覆全部或部分封板，或裝調(diào)節(jié)開挖面積的閘門，擠壓或局部擠壓推進(jìn)。盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)體構(gòu)成圖對于全敞開式盾構(gòu)而言，通常切口的形狀有階梯形、斜承形、垂直形三種，如下圖，切口的上半部較下半部凸出，呈帽檐狀。凸出的長度因地層的不同而異，通常為300~

000mm.但是對部分敞開式(網(wǎng)格式)盾構(gòu)而言，也有無凸出帽檐的設(shè)計。對自立性地層來說，切口的長度可以設(shè)計得稍短一些;對無自立性地層而言，切口的長度應(yīng)設(shè)計得長一些。掘削時把掘削面分成幾段，設(shè)置幾層作業(yè)平臺，依次支承擋土、提削。有些情況下，把前檐做成靠油缸伸縮的活動前檐。切口的頂部代成刃形;對礫石層而言,應(yīng)做成T形。(a)敞開式盾弓(b)封閉式盾弓盾構(gòu)的基本構(gòu)造切口形狀對于封閉式盾構(gòu)，如圖b)與圖a)的主要區(qū)別是在切口環(huán)與支承環(huán)之間設(shè)有一道隔板，使切口部與支承部完全隔開，即切口部得以封閉。切口部的前端裝有掘削刀盤，刀盤后方至隔板之間的空間稱為土倉(或泥水倉)。刀盤背后土倉空間內(nèi)設(shè)有攪拌裝置。土倉底部設(shè)有進(jìn)人螺旋輸送機的排土口。土倉上部留有添加材注人口。此外，當(dāng)考慮更換刀頭、拆除障礙物、地中接合等作業(yè)需要時,應(yīng)同時考慮并用壓氣工法和可以出人掘削面的形式,因此隔板上應(yīng)考慮設(shè)置人孔和壓氣閘。(a)階梯形(b)斜承形(c)垂直形手掘式盾構(gòu)是指采用人工開挖隧道工作面的盾構(gòu)，其正面是敞開式，開挖采用鐵鍬、風(fēng)鎬、碎石機等開挖工具人工進(jìn)行。由于手掘式盾構(gòu)掘進(jìn)速度較低，勞動強度大，勞務(wù)費用高，因此這種盾構(gòu)只在個別情況下使用。如短程掘進(jìn)、開挖面有障礙物、巨大石頭等場合。盾構(gòu)的基本構(gòu)造手掘式盾構(gòu)手掘式盾構(gòu)適用于開挖面自穩(wěn)性強的圍巖。盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)的基本構(gòu)造手掘式盾構(gòu)開挖速度很慢。且人工的條件也極差，因此掘進(jìn)隧道的盾構(gòu)通常都配有挖掘機或旋臂鉆頭掘進(jìn)機，用于機械開挖地層。半機械式盾構(gòu)全敞開式的機械式盾構(gòu)，前面裝備有旋轉(zhuǎn)式刀盤，增大了盾構(gòu)的掘進(jìn)能力，開挖的土通過旋轉(zhuǎn)鏟斗和斜槽裝入皮帶輸送機、圍巖開挖和排土可以連續(xù)進(jìn)行。適用土質(zhì)同手掘式及半機械式盾構(gòu)。機械式盾構(gòu)盾構(gòu)的基本構(gòu)造

機械式盾構(gòu)盾構(gòu)的基本構(gòu)造支承環(huán)連接切口環(huán)與盾尾，內(nèi)部可安裝切削刀盤的驅(qū)動裝置、排土裝置、盾構(gòu)千斤頂?shù)?，或作為推進(jìn)操作的場所。支承環(huán)支承環(huán)是盾構(gòu)對的主體結(jié)構(gòu)，承受作用與盾構(gòu)上的全部荷載。另外切口環(huán)和盾尾的設(shè)計都是根據(jù)支承環(huán)具有足夠剛度的假定進(jìn)行的，故支承環(huán)的設(shè)計非常重要。通常在支撐環(huán)的前方設(shè)置環(huán)狀的前方設(shè)置環(huán)形剛性結(jié)構(gòu)作為補強措施，因此，支承環(huán)的殼板有時設(shè)計的比切口環(huán)及盾尾板薄一些。盾構(gòu)的基本構(gòu)造支承環(huán)的長度應(yīng)根據(jù)安裝盾構(gòu)千斤頂、切削刀盤的軸承裝置、驅(qū)動裝置和排土裝置的空間決定。封閉式盾構(gòu)的切口環(huán)與支撐環(huán)用隔板隔開，切口環(huán)則成為用切削刀盤切削下來的土渣的道路支承環(huán)襯砌拼裝器又稱舉重臂，是拼裝系統(tǒng)的主要設(shè)備，以油壓系統(tǒng)為動力，一般舉重臂均安裝在支承環(huán)上。

舉重臂能作旋轉(zhuǎn)、徑向運動，還能沿隧道中軸線作往復(fù)運動。

完成這些運動的精度應(yīng)該保證待裝配的管片上的螺栓孔能和已裝配好的螺栓孔對齊，以便螺栓固定。拼裝系統(tǒng)盾構(gòu)的基本構(gòu)造出土方式一般有三種

：

（1）有軌運輸：皮帶運輸機－礦車－洞口－垂直起吊至地面。

（2）無軌運輸：自卸卡車

（3）管道運輸：混合泥漿，壓力輸出，

出土連續(xù)化出土系統(tǒng)盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)支承環(huán)（中盾）盾構(gòu)支承環(huán)（中盾）盾尾的長度需要根據(jù)管片寬度和形狀及盾尾密封裝置的道數(shù)來確定，對于機械化開挖式、土壓式、泥水加壓式盾構(gòu)，還要根據(jù)盾尾密封的結(jié)構(gòu)來確定，盾尾的最小長度必須滿足襯砌組裝工作的需要，同時應(yīng)考慮在襯砌組裝后因破損而需要更換管片、修理盾構(gòu)千斤頂和在曲線段進(jìn)行施工等條件，使其具有一些富余量。盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾尾盾尾的厚度在不產(chǎn)生有害變形的前提下，應(yīng)盡可能薄一些。在盾尾的尾端安裝有密封材料，使之具有防水性能。盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)尺寸、質(zhì)量的確定01盾構(gòu)外徑DeDe=Do+2（X+t）=Do+2△D02盾構(gòu)的長度LL與地層條件、開挖方式、出土方法、操作方式及襯砌形式等多種因素有關(guān)，通常由下式確定：L=Lc+LG+LT盾構(gòu)的基本構(gòu)造切口環(huán)長度

Lc對全(半)敞開式盾構(gòu)而言，應(yīng)根據(jù)切口貫人掘削地層的深險擋土千金頂

的最大伸縮量、掘削作業(yè)空間的長度

等因素確定;對封閉盾構(gòu)而言，根據(jù)刀盤厚度、刀盤后面攪拌裝置的縱向長度、

土倉的容量(長度)等條件確定。

支承環(huán)長度

Lc取決于盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂、排土裝置、舉重臂支承機構(gòu)等設(shè)備的規(guī)格大小。Lc不應(yīng)小于千斤頂最大伸長狀態(tài)的長度。LT

=

Lo+B+CF+

CR

盾尾長度

LT可按下式確定：盾構(gòu)的基本構(gòu)造

盾尾構(gòu)成及尺寸分布情況盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)的質(zhì)量是盾構(gòu)的軀體、各種千斤頂、舉重臂、掘削機械和動力單元等質(zhì)量的總和。重心位置影響盾構(gòu)的運轉(zhuǎn)。盾構(gòu)的自重力（W）與直徑（De）的關(guān)系如下：盾構(gòu)的質(zhì)量對人工掘削盾構(gòu)

對機械掘削盾構(gòu)

對泥水盾構(gòu)

對土壓盾構(gòu)

盾構(gòu)的基本構(gòu)造在敞開式盾構(gòu)中，需設(shè)有豎直隔板和水平工作平臺。隔板和平臺的結(jié)構(gòu)除能保證作業(yè)空間和加固支承環(huán)之外，還必須具有與圍巖條件相適應(yīng)的開挖和支擋的構(gòu)造。隔板與平臺隔板和平臺一般均安裝在支承環(huán)內(nèi)，二者組成H形、I形、十字形、井字形等形狀，形成一定的空間，用于安裝支擋開挖面的千斤頂，保護(hù)配管和機器及堆渣設(shè)備等,同時也作為支承環(huán)的加強構(gòu)件。分隔開的空間大小以寬1.2m以上，高1.

8m左右為宜。尺寸的選定應(yīng)充分考慮支擋方法及開挖土沙的處理等因素。另外，平臺是作為作業(yè)臺使用，除承受開挖土沙、作業(yè)人員及排土裝置、組裝機等的荷載外，還應(yīng)作為支承環(huán)的加勁梁。盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)密封裝置盾尾密封裝置通常安裝在尾板和襯砌之間，是用于防止周圍地層中的沙土、地下水、背后注入漿液、掘削面上的泥水、泥土從盾尾間隙流向盾構(gòu)掘削倉而設(shè)置的封裝措施。盾尾密封裝置通常使用鋼絲刷、尿烷橡膠或者兩者的組合。盾尾密封要求有高止水性和高壽命。盾尾中經(jīng)常充填一些油脂類物質(zhì)。現(xiàn)階段比較常用的盾尾密封裝置由三道鋼絲刷和一道彈簧鋼板組成。盾構(gòu)密封的材料有橡膠、樹脂鋼制及不銹鋼制等幾種的組合，其形狀有刷狀和板狀。如圖盾構(gòu)的基本構(gòu)造

盾尾密封示意圖盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾尾發(fā)生泄露現(xiàn)象時的對策1針對泄露部位集中壓注盾尾油脂；2配置初凝時間較短的雙液漿進(jìn)行壁后注漿，壓漿部位在盾尾后3環(huán)鋼絲密封刷出；3利用墊放海綿等進(jìn)行堵漏；如上述措施效果不佳時，可用聚氨酯在盾尾一定距離處壓漿封堵，或用充氣膨脹密封裝置進(jìn)行封堵。盾構(gòu)的基本構(gòu)造中