盾構(gòu)隧道施工原理及方法講課

1、盾構(gòu)隧道施工原理及方法 石家莊鐵道學(xué)院土木分院地下工程系 朱 永 全 1. 盾構(gòu)法的基本含義盾構(gòu)法的基本含義 盾構(gòu)施工法是盾構(gòu)施工法是“使用盾構(gòu)機(jī)在地下掘進(jìn)，在護(hù)盾使用盾構(gòu)機(jī)在地下掘進(jìn)，在護(hù)盾 的保護(hù)下，在機(jī)內(nèi)安全的進(jìn)行開挖和襯砌作業(yè)，從而的保護(hù)下，在機(jī)內(nèi)安全的進(jìn)行開挖和襯砌作業(yè)，從而 構(gòu)筑成隧道的施工方法構(gòu)筑成隧道的施工方法”。按照這個(gè)定義，盾構(gòu)施工。按照這個(gè)定義，盾構(gòu)施工 法是由穩(wěn)定開挖面、盾構(gòu)機(jī)挖掘和襯砌三大部分組成。法是由穩(wěn)定開挖面、盾構(gòu)機(jī)挖掘和襯砌三大部分組成。 一、盾構(gòu)法施工的原理及方法一、盾構(gòu)法施工的原理及方法 盾構(gòu)法施工的概貌如圖盾構(gòu)法施工的概貌如圖5-5-15-5-1所示。在

2、隧道的一端所示。在隧道的一端 建造豎井或基坑，將盾構(gòu)安裝就位，盾構(gòu)從豎井或基建造豎井或基坑，將盾構(gòu)安裝就位，盾構(gòu)從豎井或基 坑的墻壁開孔出發(fā)，在地層中沿著設(shè)計(jì)軸線，向另一坑的墻壁開孔出發(fā)，在地層中沿著設(shè)計(jì)軸線，向另一 豎井或基坑的孔壁推進(jìn)。豎井或基坑的孔壁推進(jìn)。 盾構(gòu)推進(jìn)中所受到的地層阻力，通過盾構(gòu)千斤頂傳盾構(gòu)推進(jìn)中所受到的地層阻力，通過盾構(gòu)千斤頂傳 至盾構(gòu)尾部已經(jīng)拼裝好的襯砌管片上。盾構(gòu)機(jī)是這種至盾構(gòu)尾部已經(jīng)拼裝好的襯砌管片上。盾構(gòu)機(jī)是這種 施工方法中主要的施工機(jī)具。施工方法中主要的施工機(jī)具。 圖 5-5-1 盾構(gòu)法施工概貌圖 車站 碴土儲(chǔ)艙和料 斗龍門吊車 泥漿處理設(shè) 備 豎井 皮帶運(yùn)輸機(jī)

3、 盾構(gòu)機(jī) 螺旋輸送機(jī)管片運(yùn)輸車 泥漿注入車斗車 電瓶 車 2. 2. 盾構(gòu)法施工的原理和過程盾構(gòu)法施工的原理和過程 3. 3. 密封式密封式( (平衡平衡) )盾構(gòu)機(jī)的組成盾構(gòu)機(jī)的組成 盾構(gòu)機(jī)組成 (2) 壓力艙 壓 力 測 試 攪拌系統(tǒng) 壓力控制 加漿系統(tǒng) (3) 排土、排泥系統(tǒng) 排土器 排漿管路 攪拌裝置 加漿裝置 (4) 推進(jìn)裝置 千斤頂選 型和配置 工作速度 安全鎖 總推力 千斤頂行程 壓力墊 盾 構(gòu) 機(jī) 通用裝置 軸承止水帶 (1) 刀 盤 超挖裝置 刀盤開口 旋轉(zhuǎn)速度 形 式 潤滑裝置 刀 頭 旋轉(zhuǎn)力矩 支承方式 (6) 附屬裝置 盾尾止水裝置 壁后注漿裝置 開挖面崩壞 探測裝置

4、鎖定裝置 測量裝置 后方臺(tái)車 接頭裝置 起重臂 真圓保護(hù) (5) 管片組裝裝置 油壓機(jī)油 油壓機(jī) 油壓管路 (7) 油壓裝置 k b b a 管 片 a a a 管片的組裝順序k管片(封頂塊)的嵌入 半徑方向插入型 b k k b b b 盾構(gòu)機(jī)是根據(jù)每一施工區(qū)段設(shè)計(jì)的專用設(shè)備盾構(gòu)機(jī)是根據(jù)每一施工區(qū)段設(shè)計(jì)的專用設(shè)備 盾構(gòu)施工不可退后盾構(gòu)施工不可退后 對(duì)施工的要求精度高對(duì)施工的要求精度高 占用的施工場地小占用的施工場地小 對(duì)鄰近建筑物的影響小對(duì)鄰近建筑物的影響小 對(duì)周圍環(huán)境的影響較小對(duì)周圍環(huán)境的影響較小 2.盾構(gòu)施工的特點(diǎn)盾構(gòu)施工的特點(diǎn) 初期的盾構(gòu)法是用手掘式或機(jī)械開挖式盾構(gòu)機(jī)，初期的盾構(gòu)法是用

5、手掘式或機(jī)械開挖式盾構(gòu)機(jī)， 結(jié)合使用壓氣施工方法保證開挖面穩(wěn)定，進(jìn)行開挖，結(jié)合使用壓氣施工方法保證開挖面穩(wěn)定，進(jìn)行開挖， 在地下水較豐富的地區(qū)，用注漿法進(jìn)行止漏，而對(duì)在地下水較豐富的地區(qū)，用注漿法進(jìn)行止漏，而對(duì) 軟弱地層，則采用掌子面封閉式施工。經(jīng)過多年對(duì)軟弱地層，則采用掌子面封閉式施工。經(jīng)過多年對(duì) 盾構(gòu)技術(shù)的研究開發(fā)和應(yīng)用，已演變成現(xiàn)在非常盛盾構(gòu)技術(shù)的研究開發(fā)和應(yīng)用，已演變成現(xiàn)在非常盛 行的泥水平衡式和土壓平衡式兩種盾構(gòu)機(jī)。這兩種行的泥水平衡式和土壓平衡式兩種盾構(gòu)機(jī)。這兩種 機(jī)型的最大優(yōu)點(diǎn)是在開挖功能中考慮了穩(wěn)定開挖面機(jī)型的最大優(yōu)點(diǎn)是在開挖功能中考慮了穩(wěn)定開挖面 的措施，將盾構(gòu)施工法中的三大

6、要素的前兩者聯(lián)系的措施，將盾構(gòu)施工法中的三大要素的前兩者聯(lián)系 融為一體，無需輔助施工措施。并通過使用不同類融為一體，無需輔助施工措施。并通過使用不同類 型的型的，就能適應(yīng)地質(zhì)情況變化范圍較廣的地質(zhì)，就能適應(yīng)地質(zhì)情況變化范圍較廣的地質(zhì) 條件。條件。 5. 盾構(gòu)機(jī)和盾構(gòu)法的發(fā)展史盾構(gòu)機(jī)和盾構(gòu)法的發(fā)展史 礫石、巖石等硬質(zhì)圍巖時(shí)的刀頭 大礫石、巖石時(shí)多采用刀輪式刀頭 刀頭的固定方式 焊接 螺栓式插入式焊接式 盾構(gòu)法施工開挖面穩(wěn)定技術(shù)的歷史，是從壓氣施盾構(gòu)法施工開挖面穩(wěn)定技術(shù)的歷史，是從壓氣施 工法的工法的“氣氣”演變到泥水式的演變到泥水式的“水水”和土壓式的和土壓式的 “土土”?！伴_挖面穩(wěn)定開挖面穩(wěn)定

7、”和和“盾構(gòu)開挖盾構(gòu)開挖”的技術(shù)的技術(shù) 已達(dá)到較完善的地步。目前盾構(gòu)一般指密封式泥已達(dá)到較完善的地步。目前盾構(gòu)一般指密封式泥 水平衡式和土壓平衡式盾構(gòu)。水平衡式和土壓平衡式盾構(gòu)。 最近，盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向是：開發(fā)了超大斷最近，盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向是：開發(fā)了超大斷 面的盾構(gòu)機(jī)和面的盾構(gòu)機(jī)和mfmf盾構(gòu)機(jī)以及盾構(gòu)機(jī)以及dotdot盾構(gòu)機(jī)等多斷面盾盾構(gòu)機(jī)等多斷面盾 構(gòu)機(jī)，加上在襯砌和開挖方面使用了構(gòu)機(jī)，加上在襯砌和開挖方面使用了eclecl施工法的施工法的 技術(shù)，采用管片自動(dòng)組裝裝置，以及采用自動(dòng)測技術(shù)，采用管片自動(dòng)組裝裝置，以及采用自動(dòng)測 量技術(shù)進(jìn)行開挖控制，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種施工管量技術(shù)進(jìn)行開挖控制

8、，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種施工管 理實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)化等的開發(fā)研究。對(duì)提高盾構(gòu)施理實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)化等的開發(fā)研究。對(duì)提高盾構(gòu)施 工的安全性、適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性展示了更為廣闊的工的安全性、適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性展示了更為廣闊的 應(yīng)用前景。應(yīng)用前景。 1. 盾構(gòu)機(jī)的種類盾構(gòu)機(jī)的種類 盾構(gòu)機(jī)是盾構(gòu)法施盾構(gòu)機(jī)是盾構(gòu)法施 工的主要施工機(jī)械，按工的主要施工機(jī)械，按 開挖面與作業(yè)室之間的開挖面與作業(yè)室之間的 隔墻構(gòu)造可分為全開敞隔墻構(gòu)造可分為全開敞 式、半開敞式及密封式式、半開敞式及密封式 三種。種類劃分如下所三種。種類劃分如下所 示：示： 二、盾構(gòu)機(jī)的種類和構(gòu)造二、盾構(gòu)機(jī)的種類和構(gòu)造 泥漿式泥漿式 泥水加壓式泥水加壓式 泥水加壓式泥

9、水加壓式 土壓式土壓式 土壓式土壓式 泥水式泥水式 密封式密封式 擠壓式擠壓式半開敞式半開敞式 機(jī)械式機(jī)械式 半機(jī)械式半機(jī)械式 手掘式手掘式 全開敞式全開敞式 (1)全開敞式全開敞式 全開敞式盾構(gòu)機(jī)是指沒有隔墻、開挖面敞露狀態(tài)全開敞式盾構(gòu)機(jī)是指沒有隔墻、開挖面敞露狀態(tài) 的盾構(gòu)機(jī)。根據(jù)開挖方式的不同，又分為手掘式、半的盾構(gòu)機(jī)。根據(jù)開挖方式的不同，又分為手掘式、半 機(jī)械化式及機(jī)械式三種。這種盾構(gòu)機(jī)適用于開挖面自機(jī)械化式及機(jī)械式三種。這種盾構(gòu)機(jī)適用于開挖面自 穩(wěn)性好的圍巖。在遇到開挖面不能自穩(wěn)的地層時(shí)，則穩(wěn)性好的圍巖。在遇到開挖面不能自穩(wěn)的地層時(shí)，則 需進(jìn)行地層超前加固等輔助施工方法，以防止開挖面需

10、進(jìn)行地層超前加固等輔助施工方法，以防止開挖面 坍塌。坍塌。 a.手掘式盾構(gòu)機(jī)手掘式盾構(gòu)機(jī) 如圖如圖5-5-25-5-2所示，手掘式盾構(gòu)機(jī)的正面是開敞的，所示，手掘式盾構(gòu)機(jī)的正面是開敞的， 通常設(shè)置防止開挖頂面塌陷的活動(dòng)前檐及上承千斤頂、通常設(shè)置防止開挖頂面塌陷的活動(dòng)前檐及上承千斤頂、 工作面千斤頂及防止開挖面塌陷的擋土千斤頂。開挖工作面千斤頂及防止開挖面塌陷的擋土千斤頂。開挖 采用鐵鍬、鎬、碎石機(jī)等開挖工具，人工進(jìn)行。采用鐵鍬、鎬、碎石機(jī)等開挖工具，人工進(jìn)行。 圖 5-5-2 手掘式盾構(gòu)構(gòu)造 手掘式盾構(gòu)機(jī)手掘式盾構(gòu)機(jī) 這種盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)的土質(zhì)是自穩(wěn)性強(qiáng)的洪積層壓實(shí)這種盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)的土質(zhì)是自穩(wěn)性強(qiáng)的洪

11、積層壓實(shí) 的砂、砂礫，固結(jié)粉砂和粘土。對(duì)于開挖面不能自穩(wěn)的砂、砂礫，固結(jié)粉砂和粘土。對(duì)于開挖面不能自穩(wěn) 的沖積軟弱砂層、粉砂和粘土，施工時(shí)必須采用穩(wěn)定的沖積軟弱砂層、粉砂和粘土，施工時(shí)必須采用穩(wěn)定 開挖面的輔助施工法，如氣壓施工法、改良地基、降開挖面的輔助施工法，如氣壓施工法、改良地基、降 低地下水位等措施。目前手掘式盾構(gòu)機(jī)一般用于開挖低地下水位等措施。目前手掘式盾構(gòu)機(jī)一般用于開挖 斷面有障礙物、巨礫石等特殊場合，而且應(yīng)用逐漸減斷面有障礙物、巨礫石等特殊場合，而且應(yīng)用逐漸減 少。少。 b.半機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)半機(jī)械式盾構(gòu)機(jī) 如圖如圖5-5-35-5-3所示，半機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行開挖及裝所示，半機(jī)械式盾

12、構(gòu)機(jī)進(jìn)行開挖及裝 運(yùn)石碴都采用專用機(jī)械，配備液壓鏟土機(jī)、臂式刀盤運(yùn)石碴都采用專用機(jī)械，配備液壓鏟土機(jī)、臂式刀盤 等挖掘機(jī)械和皮帶運(yùn)輸機(jī)等出碴機(jī)械，或配備具有開等挖掘機(jī)械和皮帶運(yùn)輸機(jī)等出碴機(jī)械，或配備具有開 挖與出碴雙重功能的機(jī)械，以圖省力。挖與出碴雙重功能的機(jī)械，以圖省力。 圖5-5-3 半機(jī)械式盾構(gòu)構(gòu)造 半機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)半機(jī)械式盾構(gòu)機(jī) 為防止開挖面頂面塌陷，盾構(gòu)機(jī)內(nèi)裝備了活動(dòng)前檐為防止開挖面頂面塌陷，盾構(gòu)機(jī)內(nèi)裝備了活動(dòng)前檐 和半月形千斤頂。由于安裝了挖掘機(jī)，再設(shè)置工作面和半月形千斤頂。由于安裝了挖掘機(jī)，再設(shè)置工作面 千斤頂?shù)戎踉O(shè)備是較困難的。千斤頂?shù)戎踉O(shè)備是較困難的。 與手掘式盾構(gòu)機(jī)一樣，

13、應(yīng)有確保開挖面穩(wěn)定的措施。與手掘式盾構(gòu)機(jī)一樣，應(yīng)有確保開挖面穩(wěn)定的措施。 適應(yīng)土質(zhì)以洪積層的砂、砂礫、固結(jié)粉砂和粘土為主。適應(yīng)土質(zhì)以洪積層的砂、砂礫、固結(jié)粉砂和粘土為主。 也可用于軟弱沖積層，但須同時(shí)采用超前加固，或采也可用于軟弱沖積層，但須同時(shí)采用超前加固，或采 取降低地下水位、改良地基等輔助措施。取降低地下水位、改良地基等輔助措施。 c.機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)機(jī)械式盾構(gòu)機(jī) 如圖如圖5-5-45-5-4所示，機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)前面裝備有旋轉(zhuǎn)所示，機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)前面裝備有旋轉(zhuǎn) 式刀盤，增大了盾構(gòu)機(jī)的挖掘能力，開挖的土砂通過式刀盤，增大了盾構(gòu)機(jī)的挖掘能力，開挖的土砂通過 旋轉(zhuǎn)鏟斗和排土可以連續(xù)進(jìn)行，縮短了工期，減

14、少了旋轉(zhuǎn)鏟斗和排土可以連續(xù)進(jìn)行，縮短了工期，減少了 作業(yè)人員。在開挖自穩(wěn)性好的圍巖時(shí)，機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)作業(yè)人員。在開挖自穩(wěn)性好的圍巖時(shí)，機(jī)械式盾構(gòu)機(jī) 適應(yīng)的土質(zhì)與手掘式盾構(gòu)機(jī)、半機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)一樣，適應(yīng)的土質(zhì)與手掘式盾構(gòu)機(jī)、半機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)一樣， 須采用輔助施工方法。須采用輔助施工方法。 圖 5-5-4 機(jī)械式盾構(gòu)構(gòu)造 (2) 半開敞式半開敞式 是指擠壓式盾構(gòu)機(jī)，它是在開放型盾構(gòu)的切口環(huán)是指擠壓式盾構(gòu)機(jī)，它是在開放型盾構(gòu)的切口環(huán) 與支撐環(huán)之間設(shè)置胸板，以支擋正面土體，但在胸板與支撐環(huán)之間設(shè)置胸板，以支擋正面土體，但在胸板 上有一些開口，當(dāng)盾構(gòu)向前推進(jìn)時(shí)，需要排出的土體上有一些開口，當(dāng)盾構(gòu)向前推進(jìn)時(shí)，需

15、要排出的土體 將從開口處擠入盾構(gòu)內(nèi)，然后裝車外運(yùn)，見圖將從開口處擠入盾構(gòu)內(nèi)，然后裝車外運(yùn)，見圖5-5-55-5-5。 這種盾構(gòu)適用于軟弱粘土層，在推進(jìn)過程中要引起較這種盾構(gòu)適用于軟弱粘土層，在推進(jìn)過程中要引起較 大的地面隆起。大的地面隆起。 圖5-5-5 部分開放型盾構(gòu)構(gòu)造 (3) 密封式密封式 是指在機(jī)械開挖式盾構(gòu)機(jī)內(nèi)設(shè)置隔墻，進(jìn)入刀盤是指在機(jī)械開挖式盾構(gòu)機(jī)內(nèi)設(shè)置隔墻，進(jìn)入刀盤 與隔墻土倉的土體，由泥水壓力或土壓提供足以使開與隔墻土倉的土體，由泥水壓力或土壓提供足以使開 挖面保持穩(wěn)定的壓力。密封式盾構(gòu)機(jī)又分成局部氣壓挖面保持穩(wěn)定的壓力。密封式盾構(gòu)機(jī)又分成局部氣壓 式、泥水平衡式和土壓平衡式幾

16、種。式、泥水平衡式和土壓平衡式幾種。 局部氣壓式盾構(gòu)。局部氣壓式盾構(gòu)。 在機(jī)械式盾構(gòu)支承在機(jī)械式盾構(gòu)支承 環(huán)的前邊裝上隔板，使環(huán)的前邊裝上隔板，使 切口環(huán)成為一個(gè)密封艙，切口環(huán)成為一個(gè)密封艙， 其中充滿壓縮空氣，達(dá)其中充滿壓縮空氣，達(dá) 到疏干和穩(wěn)定開挖面土到疏干和穩(wěn)定開挖面土 體的作用，見圖體的作用，見圖5-5-65-5-6。 圖5-5-6 局部氣壓式盾構(gòu)構(gòu)造 局部氣壓式盾構(gòu)局部氣壓式盾構(gòu) 壓縮空氣的壓力值可根據(jù)工作面下壓縮空氣的壓力值可根據(jù)工作面下1/31/3點(diǎn)的地下點(diǎn)的地下 靜水壓力確定。由于這種盾構(gòu)是靠壓縮空氣對(duì)開挖面靜水壓力確定。由于這種盾構(gòu)是靠壓縮空氣對(duì)開挖面 進(jìn)行密封，故要求地層透

17、水性小，滲透系數(shù)進(jìn)行密封，故要求地層透水性小，滲透系數(shù)k k小于小于 1 110-510-5m/sm/s，靜水壓力不大于，靜水壓力不大于0.10.1mpampa。另外，這種盾。另外，這種盾 構(gòu)在密封艙、盾尾及管片接縫處易產(chǎn)生漏氣，引起工構(gòu)在密封艙、盾尾及管片接縫處易產(chǎn)生漏氣，引起工 作面土體坍塌，造成地面降陷。作面土體坍塌，造成地面降陷。 土壓平衡式盾構(gòu)土壓平衡式盾構(gòu) 土壓平衡式盾構(gòu)又稱削土密封式或泥土加壓式盾土壓平衡式盾構(gòu)又稱削土密封式或泥土加壓式盾 構(gòu)。它的前端有一個(gè)全斷面切削刀盤，在它后面有一構(gòu)。它的前端有一個(gè)全斷面切削刀盤，在它后面有一 個(gè)貯留切削土體的密封艙，在其中心處或下方裝有長個(gè)

18、貯留切削土體的密封艙，在其中心處或下方裝有長 筒形的螺旋輸送機(jī)，在密封艙和螺旋輸送機(jī)，以及在筒形的螺旋輸送機(jī)，在密封艙和螺旋輸送機(jī)，以及在 盾殼四周裝設(shè)的土壓傳感裝置，根據(jù)需要還可裝設(shè)改盾殼四周裝設(shè)的土壓傳感裝置，根據(jù)需要還可裝設(shè)改 善切削土體流動(dòng)性的塑流化材料的注入設(shè)備。善切削土體流動(dòng)性的塑流化材料的注入設(shè)備。 泥水加壓式盾構(gòu)泥水加壓式盾構(gòu) 泥水加壓式盾構(gòu)的總體構(gòu)造與土壓平衡式盾構(gòu)相泥水加壓式盾構(gòu)的總體構(gòu)造與土壓平衡式盾構(gòu)相 似，僅支護(hù)開挖面方法和排碴方式有所不同。在泥水似，僅支護(hù)開挖面方法和排碴方式有所不同。在泥水 加壓式盾構(gòu)的密封艙內(nèi)充滿特殊配制的壓力泥漿，刀加壓式盾構(gòu)的密封艙內(nèi)充滿特殊

19、配制的壓力泥漿，刀 盤盤( (花板型花板型) )浸沒在泥漿中工作。對(duì)開挖面支護(hù)，通常浸沒在泥漿中工作。對(duì)開挖面支護(hù)，通常 是由泥漿壓力和刀盤面板共同承擔(dān)，前者主要是在掘是由泥漿壓力和刀盤面板共同承擔(dān)，前者主要是在掘 進(jìn)中起支護(hù)作用，后者主要是在停止掘進(jìn)時(shí)起支護(hù)作進(jìn)中起支護(hù)作用，后者主要是在停止掘進(jìn)時(shí)起支護(hù)作 用。用。 泥水加壓式盾構(gòu)泥水加壓式盾構(gòu) 對(duì)于不透水的粘性土，泥漿壓力應(yīng)保持大于圍巖主動(dòng)土對(duì)于不透水的粘性土，泥漿壓力應(yīng)保持大于圍巖主動(dòng)土 壓力。對(duì)透水性大的砂性土，泥漿會(huì)滲入到土層內(nèi)一定深壓力。對(duì)透水性大的砂性土，泥漿會(huì)滲入到土層內(nèi)一定深 度，并在很短時(shí)間內(nèi)，于土層表面形成一層泥膜，有助于

20、度，并在很短時(shí)間內(nèi)，于土層表面形成一層泥膜，有助于 改善圍巖的自承能力，并使泥漿壓力能在全開挖面上發(fā)揮改善圍巖的自承能力，并使泥漿壓力能在全開挖面上發(fā)揮 有效的支護(hù)作用。此時(shí)，泥漿壓力一般以保持高于地下水有效的支護(hù)作用。此時(shí)，泥漿壓力一般以保持高于地下水 壓壓0.20.2mpampa為宜。而刀盤切削下的碴土在密封艙內(nèi)與泥漿混為宜。而刀盤切削下的碴土在密封艙內(nèi)與泥漿混 合后，用排泥泵及管道輸送至地面處理，處理后的泥漿再合后，用排泥泵及管道輸送至地面處理，處理后的泥漿再 由供泥泵和管道送回盾構(gòu)重復(fù)使用，所以，在采用泥水加由供泥泵和管道送回盾構(gòu)重復(fù)使用，所以，在采用泥水加 壓式盾構(gòu)時(shí)，還需配備一套泥

21、漿處理系統(tǒng)。壓式盾構(gòu)時(shí)，還需配備一套泥漿處理系統(tǒng)。 泥水加壓式盾構(gòu)按泥漿系統(tǒng)壓力控制方式可分為直接泥水加壓式盾構(gòu)按泥漿系統(tǒng)壓力控制方式可分為直接 控制型控制型( (日本型日本型) )和間接控制型和間接控制型( (德國型德國型) )兩種基本類型。兩種基本類型。 a a直接控制型直接控制型( (日本型日本型) ) 直接控制型直接控制型( (日本型日本型) )泥水加壓式盾構(gòu)的泥漿壓力控制泥水加壓式盾構(gòu)的泥漿壓力控制 由一套自動(dòng)控制泥漿平衡的裝置來實(shí)現(xiàn)，見圖由一套自動(dòng)控制泥漿平衡的裝置來實(shí)現(xiàn)，見圖5-5-105-5-10。p1p1 為供泥泵，從泥漿處理廠的泥水調(diào)整槽將泥漿壓人盾構(gòu)密為供泥泵，從泥漿處理

22、廠的泥水調(diào)整槽將泥漿壓人盾構(gòu)密 封艙，供入泥漿比重在封艙，供入泥漿比重在1.051.051.251.25之間，在密封艙內(nèi)與開之間，在密封艙內(nèi)與開 挖碴土混合后的重泥漿由排泥泵挖碴土混合后的重泥漿由排泥泵p2p2、p3p3、p4p4排至泥漿處理排至泥漿處理 廠，排出泥漿比重在廠，排出泥漿比重在1.11.11.41.4之間。密封艙的泥漿壓力是之間。密封艙的泥漿壓力是 通過調(diào)節(jié)供漿泵通過調(diào)節(jié)供漿泵p1p1的轉(zhuǎn)速或節(jié)流閥的開口比值來實(shí)現(xiàn)控制的轉(zhuǎn)速或節(jié)流閥的開口比值來實(shí)現(xiàn)控制 的。的。 泥水室 圖5-5-10 直接控制型泥水加壓盾構(gòu)泥漿自動(dòng)控制輸送系統(tǒng) 大刀盤 清水槽 泥漿調(diào)整槽 密度計(jì) 流量計(jì) 供漿管

23、 排漿管 伸縮管 v p2 p3 p4 p1 直接控制型直接控制型( (日本型日本型) ) 泥漿管中的泥漿流速，必須保持在臨界值以上，否則，泥漿管中的泥漿流速，必須保持在臨界值以上，否則， 泥漿中的顆粒會(huì)產(chǎn)生沉淀而堵塞管路，尤其是在排泥管中，泥漿中的顆粒會(huì)產(chǎn)生沉淀而堵塞管路，尤其是在排泥管中， 堵塞將更為嚴(yán)重。按管道流理論，臨界流速堵塞將更為嚴(yán)重。按管道流理論，臨界流速vl(m/s)vl(m/s)可按可按 duranddurand公式計(jì)算：公式計(jì)算： 2 1 0 )1(2 p p gdfv ll 式中式中 f fl l 流速系數(shù)，按顆粒直徑和泥漿濃度而定，當(dāng)顆粒 流速系數(shù)，按顆粒直徑和泥漿濃度

24、而定，當(dāng)顆粒 直徑大于直徑大于1 1mmmm時(shí)，時(shí)，f fl l1.341.34；g g 重力加速度，重力加速度，g g=9.8m/s=9.8m/s2 2； p p0 0 泥漿母液比重，一般泥漿母液比重，一般p p0 0=1.05=1.051.251.25；p p 碴土比重；碴土比重； d d 管子內(nèi)徑管子內(nèi)徑( (m)m)。 直接控制型直接控制型( (日本型日本型) ) 在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，進(jìn)、排泥管需不斷延長，管阻亦隨之增在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，進(jìn)、排泥管需不斷延長，管阻亦隨之增 大。為了保證管內(nèi)的流速恒大于臨界流速，排泥漿泵大。為了保證管內(nèi)的流速恒大于臨界流速，排泥漿泵p2p2的的 轉(zhuǎn)速應(yīng)隨時(shí)調(diào)整，故排

25、泥漿泵轉(zhuǎn)速應(yīng)隨時(shí)調(diào)整，故排泥漿泵p2p2必須是自動(dòng)調(diào)速的。當(dāng)必須是自動(dòng)調(diào)速的。當(dāng)p2p2 泵達(dá)到最大揚(yáng)程時(shí)，再加泵達(dá)到最大揚(yáng)程時(shí)，再加p3p3、p4p4接力泵。接力泵。 為了保證盾構(gòu)推進(jìn)質(zhì)量、減少地面沉降量，需要嚴(yán)格控為了保證盾構(gòu)推進(jìn)質(zhì)量、減少地面沉降量，需要嚴(yán)格控 制排土量，故應(yīng)在進(jìn)、排泥漿管路上分別裝設(shè)流量計(jì)和比制排土量，故應(yīng)在進(jìn)、排泥漿管路上分別裝設(shè)流量計(jì)和比 重計(jì)，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)即可計(jì)算實(shí)際排土量重計(jì)，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)即可計(jì)算實(shí)際排土量 。 b間接控制型間接控制型( (德國型德國型) ) 間接控制型間接控制型( (德國型德國型) )泥水加壓式盾構(gòu)的泥漿壓力控制泥水加壓式盾構(gòu)的泥漿壓力控制 由

26、空氣和泥水雙重系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，見圖由空氣和泥水雙重系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，見圖5-5-115-5-11。 空氣管 半隔板 圖5-5-11 間接控制型泥水加壓盾構(gòu)泥漿壓力控制系統(tǒng) 混合盾構(gòu)混合盾構(gòu)(mixshield) 混合盾構(gòu)是近幾年在歐洲發(fā)展起來的一種新型盾構(gòu)?；旌隙軜?gòu)是近幾年在歐洲發(fā)展起來的一種新型盾構(gòu)。 這種盾構(gòu)本機(jī)可以構(gòu)成一臺(tái)泥水加壓式盾構(gòu)、氣壓式盾構(gòu)這種盾構(gòu)本機(jī)可以構(gòu)成一臺(tái)泥水加壓式盾構(gòu)、氣壓式盾構(gòu) 或土壓平衡式盾構(gòu)，當(dāng)?shù)貙訔l件變化時(shí)，盾構(gòu)的機(jī)形可以或土壓平衡式盾構(gòu)，當(dāng)?shù)貙訔l件變化時(shí)，盾構(gòu)的機(jī)形可以 隨地層變化而相應(yīng)改變調(diào)整。隨地層變化而相應(yīng)改變調(diào)整。 多圓盾構(gòu)多圓盾構(gòu)(multicircularfac

27、eshield) 多圓盾構(gòu)是近年日本開發(fā)的新型盾構(gòu)，其中的雙圓盾多圓盾構(gòu)是近年日本開發(fā)的新型盾構(gòu)，其中的雙圓盾 構(gòu)可以用來修建區(qū)間隧道，一次開挖完成雙線區(qū)間隧道，構(gòu)可以用來修建區(qū)間隧道，一次開挖完成雙線區(qū)間隧道， 可以比兩個(gè)單獨(dú)的圓形隧道降低工程成本工可以比兩個(gè)單獨(dú)的圓形隧道降低工程成本工10%10%，減少開，減少開 挖面積挖面積15%15%。三圓盾構(gòu)既可用來修建地鐵車站隧道，拆下。三圓盾構(gòu)既可用來修建地鐵車站隧道，拆下 中間盾構(gòu)后又成為兩個(gè)單獨(dú)盾構(gòu)，可以修建區(qū)間隧道。中間盾構(gòu)后又成為兩個(gè)單獨(dú)盾構(gòu)，可以修建區(qū)間隧道。 2. 土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)造土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)造 (1)切削刀盤切削刀盤

28、通過主軸承支撐和液壓馬達(dá)式電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的刀盤，通過主軸承支撐和液壓馬達(dá)式電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的刀盤， 正面安裝土體切削刀并帶有碴土進(jìn)料口，背面安裝有碴土正面安裝土體切削刀并帶有碴土進(jìn)料口，背面安裝有碴土 攪拌槳。刀盤側(cè)面還裝有可伸縮的超挖刀。攪拌槳。刀盤側(cè)面還裝有可伸縮的超挖刀。 刀盤的型式有花板型和刀盤的型式有花板型和 輻條型的不同型式輻條型的不同型式( (如圖如圖5-5- 5-7)5-7)，根據(jù)地層性質(zhì)所需要，根據(jù)地層性質(zhì)所需要 安裝刀具大小與數(shù)量不同以安裝刀具大小與數(shù)量不同以 及進(jìn)料口面積大小與數(shù)量不及進(jìn)料口面積大小與數(shù)量不 同，有不同的開口率。一般同，有不同的開口率。一般 硬巖刀盤開口率小，軟

29、土開硬巖刀盤開口率小，軟土開 口率大?？诼蚀?。 圖5-5-7 切削刀盤形式 花板型輻條型 (2)刀具刀具 刀具的類型有齒刀、刮刀和滾刀等不同型式，齒刀、刀具的類型有齒刀、刮刀和滾刀等不同型式，齒刀、 刮刀用于軟土質(zhì)地層、滾刀用于巖石地層。刀盤上可僅為刮刀用于軟土質(zhì)地層、滾刀用于巖石地層。刀盤上可僅為 一種類型的刀具，也可為多種刀具的組合，以適應(yīng)不同形一種類型的刀具，也可為多種刀具的組合，以適應(yīng)不同形 式的地層?，F(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)刀盤設(shè)計(jì)上可進(jìn)行刀具的更換，可式的地層?，F(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)刀盤設(shè)計(jì)上可進(jìn)行刀具的更換，可 在刀盤背面換刀。在刀盤背面換刀。 礫石、巖石等硬質(zhì)圍巖時(shí)的刀頭 大礫石、巖石時(shí)多采用刀輪式刀頭

30、 刀頭的固定方式 焊接 螺栓式插入式焊接式 (3)密封艙密封艙 用于存貯被刀盤切削下來的土體，并加以攪拌使其成用于存貯被刀盤切削下來的土體，并加以攪拌使其成 為不透水的，具有適當(dāng)流動(dòng)性的塑流體，使其能及時(shí)充滿為不透水的，具有適當(dāng)流動(dòng)性的塑流體，使其能及時(shí)充滿 密封艙和螺旋輸送機(jī)的全部空間，對(duì)開挖面實(shí)行密封，以密封艙和螺旋輸送機(jī)的全部空間，對(duì)開挖面實(shí)行密封，以 維持開挖面的穩(wěn)定性，同時(shí)，也便于將其排出。在密封艙維持開挖面的穩(wěn)定性，同時(shí)，也便于將其排出。在密封艙 后隔板上，一般留有進(jìn)入艙孔，供人員進(jìn)出入密封艙和進(jìn)后隔板上，一般留有進(jìn)入艙孔，供人員進(jìn)出入密封艙和進(jìn) 行維修工作。行維修工作。 壓力艙(

31、泥土壓盾構(gòu)) 添加材料注入口 添加材料注入管 攪拌翼 攪拌翼 獨(dú)立攪拌翼 螺旋排土器 (4)螺旋輸送機(jī)螺旋輸送機(jī) 用來將密封艙內(nèi)的塑流狀土體排出盾構(gòu)外，并在排土用來將密封艙內(nèi)的塑流狀土體排出盾構(gòu)外，并在排土 過程中，利用螺旋葉片與土體間的摩擦和土體阻塞所產(chǎn)生過程中，利用螺旋葉片與土體間的摩擦和土體阻塞所產(chǎn)生 的壓力損失，使螺旋輸送機(jī)排土口的泥土壓力降至一個(gè)大的壓力損失，使螺旋輸送機(jī)排土口的泥土壓力降至一個(gè)大 氣壓力，使其不發(fā)生噴漏現(xiàn)象。通過螺旋輸送機(jī)排碴量的氣壓力，使其不發(fā)生噴漏現(xiàn)象。通過螺旋輸送機(jī)排碴量的 速度來控制和調(diào)解碴艙內(nèi)的土體壓力。速度來控制和調(diào)解碴艙內(nèi)的土體壓力。 (5)塑流化材料

32、注入器塑流化材料注入器 用來向密封艙、刀盤和螺旋輸送機(jī)內(nèi)注人添加劑。因用來向密封艙、刀盤和螺旋輸送機(jī)內(nèi)注人添加劑。因 為當(dāng)土體中的含砂量超過一定限度時(shí)，由于其內(nèi)摩擦角大，為當(dāng)土體中的含砂量超過一定限度時(shí)，由于其內(nèi)摩擦角大， 流動(dòng)性差，單靠刀盤的旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)很難使這種土體達(dá)到足夠流動(dòng)性差，單靠刀盤的旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)很難使這種土體達(dá)到足夠 的塑流性，一旦在密封艙內(nèi)貯留，極易產(chǎn)生壓密固結(jié)，無的塑流性，一旦在密封艙內(nèi)貯留，極易產(chǎn)生壓密固結(jié)，無 法對(duì)開挖面實(shí)行有效的密封和排土。此時(shí)，就需要向切削法對(duì)開挖面實(shí)行有效的密封和排土。此時(shí)，就需要向切削 土體內(nèi)注入一種促使其塑流化的添加劑，經(jīng)刀盤混合和攪土體內(nèi)注入一種促使其塑流化的添加劑，經(jīng)刀盤混合和攪 拌后能使固結(jié)土成為流動(dòng)性好、不透水的塑流體。拌后能使固結(jié)土成為流動(dòng)性好、不透水的塑流體。 (6)土壓傳感器土壓傳感器 用于測量密封艙和螺旋輸送機(jī)內(nèi)的土壓力，前者是判用于測量密封艙和螺旋輸送機(jī)內(nèi)的土壓力，前者是判 定開挖面是否穩(wěn)定的依據(jù)，后者用來判斷螺旋輸送機(jī)的排定開挖面是否穩(wěn)定的依據(jù)，后者用來判斷螺旋輸送機(jī)的排 土狀態(tài)，噴涌、固結(jié)、阻塞等。土狀態(tài)，噴涌、固結(jié)、阻塞等。 土壓平衡式盾構(gòu)維持開挖面穩(wěn)定的原理是依靠密封艙內(nèi)塑土壓平衡式盾構(gòu)維持開挖面穩(wěn)定的原理是依靠密封艙內(nèi)塑 流狀土體作用在