第12章隧道施工的其他方法

1、第12章隧道施工的其他方法12.1TBM法12.2淺埋隧道施工法12.3盾構(gòu)法12.4沉管法12.1TBM法12.1.1TBM法特點(diǎn)12.1.2TBM的類型12.1.3TBM的施工12.1.4襯砌施工12.1.5不良地質(zhì)地段的TBM施工12.1.1TBM法特點(diǎn)TBM法廣泛采用電子、信息、遙測、遙控等高新技術(shù)對全部作業(yè)進(jìn)行制導(dǎo)和監(jiān)控，使掘進(jìn)過程始終處于最佳狀態(tài)，可一次性完成隧道全斷面掘進(jìn)，初期支護(hù)，石渣運(yùn)輸，仰拱塊鋪設(shè)，注漿，風(fēng)、水、電管路和運(yùn)輸線路的延伸等，它就像一列移動的列車，實現(xiàn)了隧道的工廠化施工。12.1.2TBM的類型1.敞開式掘進(jìn)機(jī)2.護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)1.敞開式掘進(jìn)機(jī)(1)基本構(gòu)造圖12

2、-1所示為一種敞開式掘進(jìn)機(jī)。(2)切削刀盤切削刀盤是鋼結(jié)構(gòu)焊接件，其前端是加強(qiáng)了的雙層壁，通過溜渣槽與后隔板相連接，刀盤后隔板用螺栓與刀盤軸承連接，如圖12-5所示。(3)支撐和推進(jìn)系統(tǒng)支撐系統(tǒng)是掘進(jìn)機(jī)的固定部分。(4)刀盤驅(qū)動系統(tǒng)刀盤驅(qū)動方式有兩大類：電動和液壓。(5)后部配套設(shè)備后部配套設(shè)備是由一系列軌道工作臺組成的臺車，長約150m。圖12-1全斷面掘進(jìn)機(jī)1.敞開式掘進(jìn)機(jī)圖12-2單水平撐靴式掘進(jìn)機(jī)1掘進(jìn)刀盤2拱頂護(hù)盾3驅(qū)動組件4主梁5出渣輸送機(jī)6后下支撐7撐靴8推進(jìn)千斤頂9側(cè)護(hù)盾10下支撐11刀盤支撐1.敞開式掘進(jìn)機(jī)圖12-3雙水平支撐掘進(jìn)機(jī)示意圖1掘進(jìn)刀盤2頂護(hù)盾3軸承外殼4、5水平

3、撐靴(前,后)6齒輪箱7出渣輸送機(jī)8驅(qū)動電動機(jī)9星形變速箱10后下支撐11扭矩筒12推進(jìn)液壓千斤頂13主機(jī)架14仰拱刮板(前下支撐)1.敞開式掘進(jìn)機(jī)圖12-4掘進(jìn)機(jī)撐靴形式1.敞開式掘進(jìn)機(jī)圖12-5掘進(jìn)機(jī)切削刀盤1鏟斗2中心刀3擴(kuò)孔邊刀4擴(kuò)孔刮渣器5面刀6鏟齒7邊刀1.敞開式掘進(jìn)機(jī)圖12-6刀盤直徑與盤形刀數(shù)量關(guān)系曲線圖12-6刀盤直徑與盤形刀數(shù)量關(guān)系曲線1.敞開式掘進(jìn)機(jī)2.護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)(1)單護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)單護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)如圖12-7所示，單護(hù)盾的主要作用是保護(hù)掘進(jìn)機(jī)本身和操作人員的安全。(2)雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)如圖12-8所示。圖12-7單護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)1掘進(jìn)刀盤2護(hù)盾3驅(qū)動組件4推進(jìn)液壓千斤頂

4、5管片安裝機(jī)6超前鉆機(jī)7出渣輸送機(jī)8拼裝好的管片9提升機(jī)10鉸接液壓千斤頂11主軸承、大齒圈12刀盤支撐2.護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)圖12-8雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)1掘進(jìn)刀盤2前護(hù)盾3驅(qū)動組件4推進(jìn)油缸5鉸接油缸6撐靴護(hù)盾7尾護(hù)盾8出渣輸送機(jī)9拼裝好的管片10管片安裝機(jī)11輔助推進(jìn)靴12水平撐靴13伸縮護(hù)盾14主軸承大齒圈15刀盤支撐2.護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)12.1.3TBM的施工1.破巖機(jī)理2.掘進(jìn)作業(yè)1.破巖機(jī)理圖12-9掘進(jìn)機(jī)切削巖石機(jī)理示意圖2.掘進(jìn)作業(yè)(1)掘進(jìn)循環(huán)過程以雙撐靴敞開式掘進(jìn)機(jī)為例，具體說明掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)循環(huán)過程。(2)出渣和除塵沿著刀盤周圍布置的刮板和鏟斗，把切削下來的石渣從開挖斷面的底部鏟起，并在刀

5、盤轉(zhuǎn)動中隨刀盤送到頂部，然后沿著刀盤內(nèi)渣槽落到輸送機(jī)上方的渣斗內(nèi)，再通過帶式輸送機(jī)送到后配套上的礦車中，掘進(jìn)機(jī)只要開動，帶式輸送機(jī)就不停地運(yùn)轉(zhuǎn)。圖12-10敞開式掘進(jìn)機(jī)作業(yè)循環(huán)過程示意圖a)掘進(jìn)狀態(tài)b)進(jìn)程達(dá)到最大c)水平撐靴前移2.掘進(jìn)作業(yè)12.1.4襯砌施工1.管片式襯砌2.模筑混凝土襯砌1.管片式襯砌圖12-11預(yù)制鋼筋混凝土管片式襯砌示意圖2.模筑混凝土襯砌圖12-12復(fù)合式襯砌示意圖12.1.5不良地質(zhì)地段的TBM施工圖12-13TBM進(jìn)行的超前支護(hù)示意圖12.2淺埋隧道施工法12.2.1明挖法12.2.2蓋挖法12.2.3頂進(jìn)法12.2.1明挖法1)優(yōu)點(diǎn)。2)缺點(diǎn)。1.支護(hù)結(jié)構(gòu)形式

6、2.樁板結(jié)構(gòu)的施工1.支護(hù)結(jié)構(gòu)形式(1)樁板式支護(hù)結(jié)構(gòu)樁板式支護(hù)結(jié)構(gòu)由工字鋼樁、木擋板、腰梁(導(dǎo)梁)、頂撐或拉錨等組成，如圖12-14所示。(2)錨噴網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)錨噴網(wǎng)支護(hù)通常由三部分組成，即錨桿、混凝土噴層和排水設(shè)施。(3)灌注樁根據(jù)施工方式不同，有鉆孔鋼筋混凝土灌注樁、人工挖孔鋼筋混凝土灌注樁、鉆孔攪拌水泥土樁、攪拌樁內(nèi)插入H型鋼的復(fù)合樁等。(4)地下連續(xù)墻此法主要適用于含水且又不能采用人工降水的松軟地層或基坑深度較大的情況。圖12-14樁板式支護(hù)結(jié)構(gòu)1工字鋼樁2木擋板3腰粱4托架5頂撐6活動節(jié)7銷子1.支護(hù)結(jié)構(gòu)形式圖12-15地下連續(xù)墻施工工序a)準(zhǔn)備開挖的地下連續(xù)墻溝槽b)進(jìn)行溝槽開挖c

7、)安放接頭管d)安放鋼筋籠e)水下混凝土灌筑f)拔除接頭管g)已完式的槽段1.支護(hù)結(jié)構(gòu)形式2.樁板結(jié)構(gòu)的施工(1)鋼板樁施工(2)樁板式結(jié)構(gòu)施工12.2.2蓋挖法1)蓋挖法的邊墻既為結(jié)構(gòu)的永久性邊墻，又兼有基坑支護(hù)的雙重作用，因而可簡化施工程序，降低工程造價。2)采用蓋挖法施工，占地寬度比一般明挖法小，且無振動和噪聲。3)蓋挖法的頂蓋一般均距地表面很近，這可縮短從破壞路面、修筑頂蓋到恢復(fù)路面所需的時間，從而最大限度地減少對地面交通的干擾。4)蓋挖法由于是自上而下修建，先修的頂蓋成為基坑內(nèi)的一道橫撐，如為多層結(jié)構(gòu)，則蓋板均將起到支撐的作用，從而可免去或減少施工時的水平支撐系統(tǒng)。5)此法是在松軟地

8、層中修建地下多層建筑物的好方法。1)蓋挖順作法。2)蓋挖逆作法。3)蓋挖半逆作法。12.2.3頂進(jìn)法1.頂入法2.中繼間法1.頂入法圖12-16頂入法施工示意圖1基坑加固錨桿2基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)3反力座4液壓千斤頂5滑板6混凝土箱涵7箱涵刃角8線路軌道1.頂入法圖12-17頂入法的施工工藝流程圖2.中繼間法圖12-18中繼間法示意圖12.3盾構(gòu)法12.3.1盾構(gòu)法簡介12.3.2盾構(gòu)構(gòu)造12.3.3盾構(gòu)施工12.3.1盾構(gòu)法簡介1)建造豎并(盾構(gòu)出發(fā)豎井和接收豎井)或者基坑(出發(fā)基坑和接收基坑)。2)把盾構(gòu)主機(jī)和配件分批吊入進(jìn)發(fā)豎井中，并在預(yù)定進(jìn)發(fā)掘進(jìn)位置上組裝成整機(jī)，隨后調(diào)試其性能使之達(dá)到設(shè)計要求

9、。3)盾構(gòu)從豎井或基坑墻壁上的開口(可人工開口，也可由盾構(gòu)刀盤直接掘削)處進(jìn)發(fā)，沿隧道的設(shè)計軸線掘進(jìn)。4)盾構(gòu)掘進(jìn)到達(dá)預(yù)定終點(diǎn)的豎井或基坑時，盾構(gòu)進(jìn)入該豎井或基坑，掘進(jìn)結(jié)束。1)將隧道前端新拼裝的襯砌外周用盾構(gòu)殼體支護(hù)，形成外部支撐，在盾殼的掩護(hù)下開挖地層及裝配隧道襯砌。2)盾構(gòu)殼體為內(nèi)部結(jié)構(gòu)所支撐，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中如有必要時可添設(shè)水平及豎向隔板，將盾構(gòu)分隔成一些小工作室，既增加了盾構(gòu)的剛度又帶來了操作上的方便。3)盾構(gòu)后部的盾尾部分無內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)，可在其掩護(hù)下拼裝隧道襯砌。4)盾構(gòu)的掘進(jìn)靠液壓千斤頂頂在已拼裝好的隧道襯砌環(huán)上向前推進(jìn)。1)對環(huán)境影響小，出土量少，故周圍地層的沉降小，對周圍構(gòu)造物的

10、影響??；不影響地表交通；不必切斷、搬遷地下管線等各種地下設(shè)施，故可節(jié)省搬遷費(fèi)用；對周圍居民生活、出行影響??；無噪聲、振動污染問題。12.3.1盾構(gòu)法簡介2)施工不受地形、地貌、江河水域等地表環(huán)境條件的限制；占用地表面積小，故征地費(fèi)用少；施工不受天氣條件限制。3)適于大深度、大地下水壓施工，施工成本相對較低；挖土、出土量少，利于降低成本。4)盾構(gòu)法構(gòu)筑隧道的抗震性極好；適用地層范圍寬，軟土、砂卵土、軟巖直到巖層均可適用。圖12-19盾構(gòu)法施工示意圖12.3.1盾構(gòu)法簡介12.3.2盾構(gòu)構(gòu)造(1)盾構(gòu)殼體盾構(gòu)殼體由切口環(huán)、支承環(huán)、盾尾與豎直隔板等組成，并由外殼鋼板連成整體。(2)推進(jìn)系統(tǒng)盾構(gòu)的推進(jìn)

11、系統(tǒng)主要由盾構(gòu)液壓千斤頂和液壓源設(shè)備組成。(3)出土系統(tǒng)盾構(gòu)內(nèi)的出土系統(tǒng)主要包括土體的切削裝置和運(yùn)輸裝置兩大部分。(4)拼裝系統(tǒng)管片拼裝機(jī)是拼裝系統(tǒng)的主要設(shè)備。12.3.2盾構(gòu)構(gòu)造圖12-20盾構(gòu)的基本構(gòu)造簡圖切口環(huán)支承環(huán)縱剖面1盾構(gòu)液壓千斤頂2開挖面液壓千斤頂3工作平臺液壓千斤頂4凸起5盾尾孔隙6拼接蓋板7水平隔板8豎直隔板9工作平臺10管片拼裝器11管片圖12-21盾構(gòu)盾尾的密封形式圖12-22盾構(gòu)盾尾構(gòu)造12.3.2盾構(gòu)構(gòu)造圖12-23切削刀盤與切口環(huán)的位置關(guān)系a)刀盤在切口環(huán)內(nèi)b)刀盤外圍突出于切口環(huán)c)刀盤與切口環(huán)幾乎在同一位置圖12-24切削刀盤和開挖面的形狀a)垂直平面形b)圓錐

12、形c)半球形12.3.2盾構(gòu)構(gòu)造圖12-25常用螺旋輸送機(jī)類型12.3.2盾構(gòu)構(gòu)造圖12-26管片拼裝機(jī)a)杠桿式拼裝機(jī)b)環(huán)式拼裝機(jī)12.3.2盾構(gòu)構(gòu)造12.3.3盾構(gòu)施工1.盾構(gòu)推進(jìn)2.盾構(gòu)操縱與糾偏3.盾構(gòu)隧道襯砌施工4.襯砌背后注漿1.盾構(gòu)推進(jìn)(1)泥水加壓盾構(gòu)施工泥水加壓盾構(gòu)修建隧道時，需設(shè)置泥水循環(huán)系統(tǒng)和采用自然沉淀及藥品沉淀相結(jié)合的泥水處理系統(tǒng)。(2)土壓平衡盾構(gòu)施工土壓平衡盾構(gòu)推進(jìn)時，依靠盾構(gòu)前部刀盤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切削土體，土體進(jìn)入密封艙，攪拌成漿化泥土。12.4沉管法12.4.1沉管法特點(diǎn)12.4.2沉管隧道施工12.4.3沉埋管段地基處理12.4.1沉管法特點(diǎn)1)施工方法簡單，對

13、地質(zhì)水文條件適應(yīng)性強(qiáng)。2)施工工期短，施工質(zhì)量容易保證。3)工程造價較低。4)有利于多車道和大斷面布置。圖12-27沉管隧道示意圖a)沉管隧道縱斷面b)船臺型管段橫斷面c)干船塢型管段斷面12.4.1沉管法特點(diǎn)12.4.2沉管隧道施工1.基槽開挖與航道疏浚2.管段的浮運(yùn)3.管段的沉放4.管段的連接1.基槽開挖與航道疏浚(1)基槽開挖泥質(zhì)基槽開挖的挖泥工作分為兩個階段進(jìn)行，即粗挖和精挖。(2)航道疏浚航道疏浚包括臨時航道和管段浮運(yùn)航道的疏浚。3.管段的沉放(1)準(zhǔn)備工作在完成溝槽浚挖和臨時支座設(shè)置后，即可提前通知有關(guān)部門協(xié)助做好水上交通管制和其他協(xié)調(diào)工作。(2)浮運(yùn)管段從干塢浮運(yùn)到沉放點(diǎn)的浮運(yùn)過

14、程中，要注意拖運(yùn)水路的深度和寬度；水流、波浪和潮水漲落對管段本身的影響；非均勻荷載(如端墻、壓載水箱、沉放設(shè)備)引起的彎矩，浮運(yùn)及沉放期間管段受力等的影響。(3)管段就位當(dāng)浮運(yùn)船只到達(dá)指定位置上，校正好前后左右位置，并固定好地錨。(4)管段下沉管段下沉一般分三步進(jìn)行，即初次下沉、靠攏下沉和著地下沉。(5)水上交通管制在沉放作業(yè)時，為保證施工和航運(yùn)雙方安全，必須采取水上交通管制措施，即將主航道的臨時改道和局部水域的暫時封鎖。4.管段的連接(1)水下混凝土連接法采用水下混凝土連接法時，先在接頭兩側(cè)管段的端部安設(shè)平堰板，待管段沉放完后，在前后兩塊平堰板左右兩側(cè)，水中安放圓弧形堰板，圍成一個圓形鋼圍堰

15、，同時在隧道襯砌的外邊，用鋼堰板把隧道內(nèi)外隔開，最后往圍堰內(nèi)灌筑水下混凝土，形成管段的連接。(2)水力壓接法目前幾乎所有的沉管隧道都采用了這種簡單可靠的水力壓接法。(3)管段接頭管段水下連接完畢后，需在管段內(nèi)側(cè)構(gòu)筑永久性的管段接頭，使前后兩個管段連成一體。圖12-28水力壓接法a)連接前b)對位c)連接后1超聲波檢測儀2橡皮墊3臨時支承托架4拉緊液壓千斤頂5調(diào)節(jié)管段位置液壓千斤頂6從接頭縫內(nèi)抽水4.管段的連接圖12-29尖肋形橡膠墊4.管段的連接圖12-30先柔后剛式接頭1膠墊2后封混凝土3鋼模4鋼筋混凝土保護(hù)層5錨栓4.管段的連接圖12-31柔性接頭1壓縮的尖肋形橡膠墊2形橡膠密封墊3密封固定裝置4.管段的連接12.4.3沉埋管段地