城市地鐵盾構(gòu)工法介紹

1、城市地鐵盾構(gòu)工法介紹城市地鐵盾構(gòu)工法介紹 最早發(fā)明盾構(gòu)的思路是來自于一個有趣的發(fā)現(xiàn)最早發(fā)明盾構(gòu)的思路是來自于一個有趣的發(fā)現(xiàn). . 1806 1806年，法國工程師馬克年，法國工程師馬克 布魯諾爾（布魯諾爾（Marc Isambrd Marc Isambrd BrunelBrunel）在倫敦的一艘船上）在倫敦的一艘船上, ,發(fā)現(xiàn)船的木板中，有一發(fā)現(xiàn)船的木板中，有一種蛀蟲鉆出孔道，并用它自己分泌的液體涂在孔壁種蛀蟲鉆出孔道，并用它自己分泌的液體涂在孔壁上上, ,在蛀蟲鉆孔的啟示下，布魯諾爾構(gòu)思了盾構(gòu)掘進在蛀蟲鉆孔的啟示下，布魯諾爾構(gòu)思了盾構(gòu)掘進隧道的原理隧道的原理, ,并注冊了專利。并注冊了專利。

2、 盾構(gòu)的問世已有盾構(gòu)的問世已有183183年的歷史。年的歷史。18251825年，馬克年，馬克 布魯布魯諾爾第一次在倫敦泰晤士河下用一個斷面高諾爾第一次在倫敦泰晤士河下用一個斷面高 6.8m6.8m，寬，寬11.4m11.4m 的矩形盾構(gòu)修建的矩形盾構(gòu)修建 了第一條盾構(gòu)法了第一條盾構(gòu)法 隧道。隧道。 施工中遇到了坍方和水淹，施工中遇到了坍方和水淹，18281828年年1 1月月1212日，第一次出日，第一次出現(xiàn)洪水停工現(xiàn)洪水停工, ,倫敦地下鐵道公司的倫敦地下鐵道公司的CallodamCallodam曾向布魯諾爾提出曾向布魯諾爾提出采用壓縮空氣的建議，然而布魯諾爾未采納。在經(jīng)歷了采用壓縮空氣的

3、建議，然而布魯諾爾未采納。在經(jīng)歷了5 5次次特大洪水后，歷經(jīng)特大洪水后，歷經(jīng)1818年直到年直到18431843年才完成了這條全長年才完成了這條全長458m458m的的隧道。隧道。 我國盾構(gòu)的開發(fā)與應(yīng)用始于我國盾構(gòu)的開發(fā)與應(yīng)用始于19531953年，東北阜年，東北阜新煤礦用手掘式盾構(gòu)修建了直徑新煤礦用手掘式盾構(gòu)修建了直徑2.6m2.6m的疏的疏水巷道水巷道 19651965年年3 3月，江南造船廠制造了月，江南造船廠制造了2 2臺直徑臺直徑5.8m5.8m的網(wǎng)格擠的網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)。壓盾構(gòu)。 19661966年年5 5月，中國第一條水底公路隧道月，中國第一條水底公路隧道上海打浦路上海打浦路越江公路

4、隧道工程由江南造船廠制造的直徑越江公路隧道工程由江南造船廠制造的直徑10.22m10.22m網(wǎng)網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)施工格擠壓盾構(gòu)施工。 19861986年，中鐵隧道集團研制出半斷面插刀盾構(gòu)，并經(jīng)過年，中鐵隧道集團研制出半斷面插刀盾構(gòu)，并經(jīng)過了工業(yè)性試驗了工業(yè)性試驗。 19871987年，上海隧道股份研制成功了我國第一年，上海隧道股份研制成功了我國第一臺臺4.35m4.35m加泥式土壓平衡盾構(gòu)加泥式土壓平衡盾構(gòu) 。 19901990年，上海地鐵年，上海地鐵1 1號線工程全線開工，號線工程全線開工，18km18km區(qū)間隧道采用區(qū)間隧道采用7 7臺由法國臺由法國FCBFCB公司、上海隧道公司、上海隧道股份、

5、上海隧道工程設(shè)計院、滬東造船廠聯(lián)股份、上海隧道工程設(shè)計院、滬東造船廠聯(lián)合制造的合制造的6.34m6.34m土壓平衡盾構(gòu)。土壓平衡盾構(gòu)。 一一. . 盾構(gòu)法介紹盾構(gòu)法介紹 一一. . 盾構(gòu)法介紹盾構(gòu)法介紹 一一. . 盾構(gòu)法介紹盾構(gòu)法介紹1 盾構(gòu)機選型的主要內(nèi)容盾構(gòu)機選型的主要內(nèi)容二二 盾構(gòu)機基本類型的選擇盾構(gòu)機基本類型的選擇l 土壓盾構(gòu)、泥水盾構(gòu)、復(fù)合盾構(gòu)土壓盾構(gòu)、泥水盾構(gòu)、復(fù)合盾構(gòu) 盾構(gòu)刀盤與刀具的選擇盾構(gòu)刀盤與刀具的選擇l幅條式刀盤、面板式刀盤幅條式刀盤、面板式刀盤l 滾刀、切刀、先行刀、超挖刀滾刀、切刀、先行刀、超挖刀 主要功能的配置主要功能的配置；l 土壓盾構(gòu)：加泥裝置、泡沫注入裝置土

6、壓盾構(gòu)：加泥裝置、泡沫注入裝置 l 泥水盾構(gòu)：沖洗裝置、氣墊平衡裝置泥水盾構(gòu)：沖洗裝置、氣墊平衡裝置l 復(fù)合盾構(gòu)：功能部件更換、多模式平衡功能復(fù)合盾構(gòu)：功能部件更換、多模式平衡功能 二二. .盾構(gòu)機的選型與配置盾構(gòu)機的選型與配置 選型的原則：選型的原則： 掘得進、穩(wěn)得住、出得來、成形快、環(huán)保好掘得進、穩(wěn)得住、出得來、成形快、環(huán)保好 地質(zhì)影響因素：土砂層、巖層地質(zhì)影響因素：土砂層、巖層 一般來說對于土層或淤泥質(zhì)地層，選擇土壓平衡盾一般來說對于土層或淤泥質(zhì)地層，選擇土壓平衡盾構(gòu)；而砂層或卵石地層選擇泥水；巖石地層選擇土壓構(gòu)；而砂層或卵石地層選擇泥水；巖石地層選擇土壓盾構(gòu)；對于復(fù)合地層需要綜合分析。

7、盾構(gòu)；對于復(fù)合地層需要綜合分析。 主要因素有：地層的滲透系數(shù)、巖土層的顆粒分布主要因素有：地層的滲透系數(shù)、巖土層的顆粒分布與組份、巖石的強度、巖石的與組份、巖石的強度、巖石的RQD指標、地質(zhì)構(gòu)造。指標、地質(zhì)構(gòu)造。 2 .盾構(gòu)選型的地質(zhì)與環(huán)境適應(yīng)性盾構(gòu)選型的地質(zhì)與環(huán)境適應(yīng)性二二. .盾構(gòu)機的選型與配置盾構(gòu)機的選型與配置 環(huán)境因素：建構(gòu)筑物、場地環(huán)境、工程投資環(huán)境因素：建構(gòu)筑物、場地環(huán)境、工程投資 作為控制地層變形能力評判，泥水盾構(gòu)優(yōu)于土壓盾作為控制地層變形能力評判，泥水盾構(gòu)優(yōu)于土壓盾構(gòu)；但是由于泥水處理系統(tǒng)的需要，工作場地要求大。構(gòu)；但是由于泥水處理系統(tǒng)的需要，工作場地要求大。 從工程投資角度考

8、慮，一般泥水盾構(gòu)施工的成本高從工程投資角度考慮，一般泥水盾構(gòu)施工的成本高于土壓盾構(gòu)的于土壓盾構(gòu)的1520%；且泥水系統(tǒng)會造成噪音污染。；且泥水系統(tǒng)會造成噪音污染。 2 盾構(gòu)選型的地質(zhì)與環(huán)境適應(yīng)性盾構(gòu)選型的地質(zhì)與環(huán)境適應(yīng)性二二. .盾構(gòu)機的選型與配置盾構(gòu)機的選型與配置3 刀盤及刀具的選擇與應(yīng)用刀盤及刀具的選擇與應(yīng)用 刀盤面板的分類刀盤面板的分類 二二. .盾構(gòu)機的選型與配置盾構(gòu)機的選型與配置 刀盤形式刀盤形式 比較項目比較項目面面 板板 式式幅幅 條條 式式砂、土適應(yīng)性砂、土適應(yīng)性（粒徑（粒徑15 cm15 cm）由于開挖面土體受面板開口影響，渣由于開挖面土體受面板開口影響，渣土進入渣艙不順暢，

9、易粘結(jié)，易堵塞。土進入渣艙不順暢，易粘結(jié)，易堵塞。僅有幾根幅條，同時幅條后均設(shè)有攪僅有幾根幅條，同時幅條后均設(shè)有攪拌葉片，土、砂流動順暢，不易堵塞。拌葉片，土、砂流動順暢，不易堵塞。砂卵石適應(yīng)性砂卵石適應(yīng)性（粒徑（粒徑15cm15cm）適應(yīng)性強，必要時可加滾刀。適應(yīng)性強，必要時可加滾刀。不能加滾刀，刀頭形式及數(shù)量較少。不能加滾刀，刀頭形式及數(shù)量較少。刀盤扭矩刀盤扭矩刀盤扭矩阻力大，需增加設(shè)備能力，刀盤扭矩阻力大，需增加設(shè)備能力，造價高。適用于硬土與巖石地層造價高。適用于硬土與巖石地層刀盤扭矩阻力小，設(shè)備造價低，適用刀盤扭矩阻力小，設(shè)備造價低，適用于淤泥質(zhì)地層與砂層。于淤泥質(zhì)地層與砂層。隧道內(nèi)刀

10、頭更換隧道內(nèi)刀頭更換安全性安全性由于有面板，在隧道內(nèi)更換刀頭時安由于有面板，在隧道內(nèi)更換刀頭時安全可靠性相對好。全可靠性相對好。在隧道內(nèi)更換刀頭時安全性差，加固在隧道內(nèi)更換刀頭時安全性差，加固土體費用高。土體費用高。刀盤特性比較刀盤特性比較 刀盤型式的選擇刀盤型式的選擇 3 刀盤及刀具的選擇與應(yīng)用刀盤及刀具的選擇與應(yīng)用二二. .盾構(gòu)機的選型與配置盾構(gòu)機的選型與配置3 刀盤及刀具的選擇與應(yīng)用刀盤及刀具的選擇與應(yīng)用 刀具的分類刀具的分類 掘進刀具掘進刀具切削破巖切削破巖刀具刀具滾壓破巖滾壓破巖刀具刀具齒刀齒刀切刀切刀 球齒滾刀球齒滾刀楔齒滾刀楔齒滾刀盤形滾刀盤形滾刀輔助刀具輔助刀具超挖刀超挖刀刮刀

11、刮刀二二. .盾構(gòu)機的選型與配置盾構(gòu)機的選型與配置1 盾構(gòu)始發(fā)盾構(gòu)始發(fā) 始發(fā)端頭的地層加固始發(fā)端頭的地層加固l 旋噴、攪拌、凍結(jié)旋噴、攪拌、凍結(jié) 洞門的破除洞門的破除l 檢查與破除時機檢查與破除時機 洞門密封洞門密封l 折疊密封、鋼護套密封折疊密封、鋼護套密封 始發(fā)軸線的控制始發(fā)軸線的控制l 曲線始發(fā)曲線始發(fā)l 高層控制高層控制三三. .盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)2 盾構(gòu)掘進技術(shù)盾構(gòu)掘進技術(shù) 泥水平衡盾構(gòu)掘進技術(shù)泥水平衡盾構(gòu)掘進技術(shù) 泥水盾構(gòu)的三大系統(tǒng)：泥水盾構(gòu)的三大系統(tǒng)：l 盾構(gòu)掘進盾構(gòu)掘進l 環(huán)流環(huán)流l 泥水處理泥水處理 三三. .盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)2 盾構(gòu)掘進

12、技術(shù)盾構(gòu)掘進技術(shù) 土壓平衡盾構(gòu)掘進技術(shù)土壓平衡盾構(gòu)掘進技術(shù) 土壓平衡盾構(gòu)的二大系統(tǒng)：土壓平衡盾構(gòu)的二大系統(tǒng)： 盾構(gòu)掘進盾構(gòu)掘進 渣土排放渣土排放 三三. .盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)土倉壓力控制因素圖土倉壓力控制因素圖增大增大/減小推進速度減小推進速度增大增大 / 減小螺旋輸送機排放減小螺旋輸送機排放速度速度地下水地下水 壓壓 土壓土壓2 盾構(gòu)掘進技術(shù)盾構(gòu)掘進技術(shù) 土壓平衡盾構(gòu)掘進技術(shù)土壓平衡盾構(gòu)掘進技術(shù) 盾構(gòu)掘進系統(tǒng)：盾構(gòu)掘進系統(tǒng)： 刀具的選擇刀具的選擇 掘進模式掘進模式 刀具的更換刀具的更換 三三. .盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)2 盾構(gòu)掘進技術(shù)盾構(gòu)掘進技術(shù) 土壓平衡盾構(gòu)

13、掘進技術(shù)土壓平衡盾構(gòu)掘進技術(shù) 渣土排運：渣土排運： 螺旋輸送機螺旋輸送機 皮帶運輸皮帶運輸 有軌與無軌運輸有軌與無軌運輸 三三. .盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)3 壁后注漿壁后注漿 同步注漿同步注漿l 通過盾尾內(nèi)（外）置注通過盾尾內(nèi)（外）置注漿管與與掘進同步進行漿管與與掘進同步進行 及時注漿及時注漿l滯后掘進，通過管片預(yù)滯后掘進，通過管片預(yù)留孔進行注漿留孔進行注漿 二次注漿二次注漿l 必要時進行必要時進行三三. .盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)4 方向控制方向控制 自動導(dǎo)向系統(tǒng)自動導(dǎo)向系統(tǒng)l 人工移站、自動巡人工移站、自動巡回測量回測量 方向的控制與調(diào)整方向的控制與調(diào)整l 以適應(yīng)

14、設(shè)計線形為以適應(yīng)設(shè)計線形為主，適時糾偏，切主，適時糾偏，切棄過急過猛棄過急過猛l 管片以適應(yīng)盾尾間管片以適應(yīng)盾尾間隙為主，兼顧設(shè)計隙為主，兼顧設(shè)計線形線形 水平方向水平方向 盾構(gòu)機位置盾構(gòu)機位置 姿態(tài)圖姿態(tài)圖 盾構(gòu)機位置盾構(gòu)機位置 姿態(tài)姿態(tài) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 隧道設(shè)計軸線隧道設(shè)計軸線 隧道里程隧道里程 三三. .盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)5 管片安裝管片安裝 管片安裝管片安裝l 運輸運輸l 安裝定位安裝定位三三. .盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)6 盾構(gòu)到達施工盾構(gòu)到達施工 到達施工的安全性到達施工的安全性l 地層加固、端頭密封地層加固、端頭密封 到達段的防水要求到達段的防水要求l 管

15、片的輔助連接管片的輔助連接三三. .盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)盾構(gòu)施工的主要環(huán)節(jié)類型類型因素因素介紹介紹盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工主要優(yōu)點主要優(yōu)點環(huán)境影響小環(huán)境影響小盾構(gòu)法施工出土量少，對周圍地層的沉降、隆起控制方便，盾構(gòu)法施工出土量少，對周圍地層的沉降、隆起控制方便，對周圍構(gòu)筑物的影響較?。欢軜?gòu)法施工不影響地表交通，對對周圍構(gòu)筑物的影響較?。欢軜?gòu)法施工不影響地表交通，對居民的生活、出行影響較??；無需切斷、搬遷地下管線等各居民的生活、出行影響較小；無需切斷、搬遷地下管線等各種地下設(shè)施；無空氣、噪聲、振動污染問題。種地下設(shè)施；無空氣、噪聲、振動污染問題。有明顯的技術(shù)有明顯的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢經(jīng)濟優(yōu)勢盾構(gòu)法施工開挖、

16、拼裝管片、盾構(gòu)推進等作業(yè)有序進行，循盾構(gòu)法施工開挖、拼裝管片、盾構(gòu)推進等作業(yè)有序進行，循環(huán)性強，易于施工管理，在技術(shù)上有很明顯的優(yōu)勢；隧道施環(huán)性強，易于施工管理，在技術(shù)上有很明顯的優(yōu)勢；隧道施工無需大量的拆除地表建筑，經(jīng)濟優(yōu)勢明顯。工無需大量的拆除地表建筑，經(jīng)濟優(yōu)勢明顯。機械化施工程度高，機械化施工程度高，較安全較安全整個盾構(gòu)法施工大部分工作均有機械完成，僅需要很少人工整個盾構(gòu)法施工大部分工作均有機械完成，僅需要很少人工( (相較于其他施工工法相較于其他施工工法) )，安全系數(shù)高。，安全系數(shù)高。施工不受風雨等施工不受風雨等氣候條件影響氣候條件影響盾構(gòu)法施工絕大部分工作均在地下進行，受地面風雨影響極盾構(gòu)法施工絕大部分工作均在地下進行，受地面風雨影響極小，當然，風雨引起的地下水位的變化還是值得注意的。小，當然，風雨引起的地下水位的變化還是值得注意的。適用地層范圍廣適用地層范圍廣盾構(gòu)施工方法不僅適用于軟土地層，還可使用于軟弱、盾構(gòu)施工方法不僅適用于軟土地層，還可使用于軟弱、破碎巖層。破碎巖層。盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工主要技術(shù)問題主要技術(shù)問題隧道曲線半徑隧道曲線半徑影響較大影響較大當隧道曲率半徑過小時，盾構(gòu)機轉(zhuǎn)彎較為困難，很難保證施當隧道曲率半徑過小時，盾構(gòu)機轉(zhuǎn)彎較為困難，很難保證施工掘進軸線的進度和施工質(zhì)量，給施工帶來困難。工掘進軸線的進度和