盾構(gòu)法隧道施工原理、常見(jiàn)難點(diǎn)和問(wèn)題

1、盾構(gòu)法隧道施工原理、常見(jiàn)難點(diǎn)和問(wèn)題談家龍 目 錄一、盾構(gòu)法隧道施工發(fā)展歷史二、盾構(gòu)法隧道施工原理三、盾構(gòu)法隧道施工流程四、盾構(gòu)法隧道施工關(guān)鍵要素五、盾構(gòu)法隧道施工常見(jiàn)難點(diǎn)和問(wèn)題六、結(jié)語(yǔ)一、盾構(gòu)法隧道施工的發(fā)展歷史起源概念與分類盾構(gòu)工法在中國(guó)發(fā)展趨勢(shì)（一）起源1818年，英國(guó)工程師布魯諾爾(M.I.Bruner)，最早提出了用盾構(gòu)法建設(shè)隧道的設(shè)想，并在英國(guó)取得了專利。1825年，他第一次在倫敦泰晤河下開(kāi)始用一個(gè)斷面高6.8m、寬11.4m的矩形盾構(gòu)修建隧道。1843年，經(jīng)過(guò)18年施工，完成了全長(zhǎng)1100m的第一條盾構(gòu)法隧道。1828年1月12日泰晤河水涌入盾構(gòu)機(jī)（二）概念與分類盾構(gòu)機(jī)(Shiel

2、d Machine),是一種全封閉的隧道掘進(jìn)設(shè)備,主要由掘進(jìn)系統(tǒng)、同步注漿系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、渣土改良系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)等組成，利用襯砌管片提供反力,不能連續(xù)掘進(jìn)。隧道掘進(jìn)機(jī)(Tunnel Boring Machine),簡(jiǎn)稱TBM，硬巖掘進(jìn)機(jī),部分封閉,圍巖暴露并可提供反作用力,可連續(xù)掘進(jìn)。（二）概念與分類“盾”“防御、保護(hù)” ，指刀盤、盾殼；“構(gòu)”“構(gòu)筑、修建”，即管片襯砌和注漿；指使用盾構(gòu)機(jī)，一邊保持開(kāi)挖面及圍巖穩(wěn)定，一邊進(jìn)行開(kāi)挖面土體掘進(jìn)、出渣，同步實(shí)施管片背后注漿，在盾尾內(nèi)拼裝管片形成襯砌，從而在最大減少擾動(dòng)圍巖條件下修建隧道的方法。 （二）概念與分類1.按照開(kāi)挖面平衡方

3、式分為：土壓平衡式，適用于各種土層、巖層等復(fù)合地層 ；泥水平衡式，適用于含水砂層以及軟流塑、流動(dòng)性等軟弱地層；對(duì)地面沉降要求高的項(xiàng)目；復(fù)合式，適應(yīng)性更廣 （二）概念與分類2.按照直徑大小分為：巨型盾構(gòu)，大于12米；15.43、14.9米； 常規(guī)盾構(gòu)，大于6米；6.28、6.34、6.68米；微型盾構(gòu)，小于3米。0.15到3米。（二）概念與分類3.按照開(kāi)挖面敞開(kāi)程度分為：全敞開(kāi)式，手掘式、半機(jī)械式、機(jī)械式半敞開(kāi)式，半擠壓、全擠壓、網(wǎng)格式全封閉式，土壓、泥水、復(fù)合式（二）概念與分類4.按照斷面形式分為圓形盾構(gòu)矩形盾構(gòu)異形盾構(gòu)（雙圓、三圓、球形）（三）盾構(gòu)工法在中國(guó)北京地鐵上海地鐵廣州地鐵其它城市北

4、京地鐵2000年9月，北京地鐵五號(hào)線雍和宮站至北新橋站區(qū)間首次采用盾構(gòu)法施工。 2000年-2014年，高速發(fā)展期。建成運(yùn)營(yíng)17條線路，總長(zhǎng)527公里。日均客流約1000萬(wàn)人次。是國(guó)內(nèi)最繁忙的軌道交通系統(tǒng)。根據(jù)線網(wǎng)規(guī)劃，2020年將建成30條線路，運(yùn)營(yíng)里程超過(guò)1000公里。上海地鐵1994年，上海延安東路南線隧道首次使用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工。2003年上海隧道股份設(shè)計(jì)制造第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)。截至2014年，共建成運(yùn)營(yíng)14條線路，總計(jì)525.2公里。根據(jù)線網(wǎng)規(guī)劃，2017年總里程689公里，2020年總里程808公里。 廣州地鐵1995-1999年1號(hào)線建成運(yùn)營(yíng)；首次引入盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工。1999

5、年以后，2、3、4號(hào)線大量采用盾構(gòu)法隧道修建；2010年高峰期，75臺(tái)盾構(gòu)同時(shí)掘進(jìn)。截至2014年，共有9條營(yíng)運(yùn)路線（1號(hào)線、2號(hào)線、3號(hào)線、4號(hào)線、5號(hào)線、6號(hào)線、8號(hào)線、廣佛線及APM線），總長(zhǎng)為260.5公里。2017年底，將新建10條線路，260公里新線。總里程超過(guò)500公里。其它城市國(guó)內(nèi)目前地鐵已經(jīng)開(kāi)工的共23個(gè)城市，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的有33個(gè)城市，國(guó)內(nèi)地鐵建設(shè)趨勢(shì)由中心城區(qū)向四周輻射，十二五期間將是地鐵建設(shè)發(fā)展高潮期。國(guó)內(nèi)城市軌道交通建設(shè)盾構(gòu)工法的使用比例已經(jīng)超過(guò)85%。（四）發(fā)展趨勢(shì)超大直徑復(fù)合型大深度、大坡度、小曲率 二盾構(gòu)法隧道施工原理盾構(gòu)法隧道施工的工作原理盾構(gòu)法隧道施工的特點(diǎn)盾

6、構(gòu)法隧道施工的優(yōu)點(diǎn)盾構(gòu)法隧道施工的缺點(diǎn)（一）盾構(gòu)法隧道施工工作原理盾構(gòu)機(jī)千斤頂利用已成型管片提供反力，向前施加推力，利用刀盤旋轉(zhuǎn)切削掌子面土體（保持土倉(cāng)壓力），通過(guò)螺旋輸送機(jī)（管道）把渣土輸送出來(lái)，拼裝機(jī)拼裝管片形成襯砌，管片背后同步注漿，形成永久結(jié)構(gòu)。土壓平衡盾構(gòu)機(jī)工作原理示意圖 泥水盾構(gòu)機(jī)工作原理示意圖（二）盾構(gòu)法隧道施工的特點(diǎn) 地下施工，必須面對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件和敏感的地面環(huán)境。所用設(shè)備集成度高，技術(shù)含量高，對(duì)人的要求較高。涉及的專業(yè)領(lǐng)域較多，對(duì)復(fù)合型人才有較多需求。（三）盾構(gòu)法隧道施工的優(yōu)點(diǎn)高效率。機(jī)械化作業(yè)程度高，施工速度快，采用預(yù)制管片襯砌，一次成型，施工質(zhì)量易于控制。經(jīng)濟(jì)效率顯著。

7、高安全。施工作業(yè)環(huán)境好，施工人員安全得到有效保障。對(duì)周圍環(huán)境影響小，地表沉降易于控制。高適應(yīng)。不影響地面交通，不影響航運(yùn)通航，不受風(fēng)雨等氣候條件影響。不受地質(zhì)限制。 （四）盾構(gòu)法隧道施工的缺點(diǎn)盾構(gòu)機(jī)制造周期長(zhǎng)，設(shè)備投入較大；準(zhǔn)備難且費(fèi)用高，短距離隧道不經(jīng)濟(jì)；小曲線隧道施工較為困難，施工質(zhì)量得不到保障；淺埋隧道覆土太淺，盾構(gòu)法施工難度很大；施工過(guò)程變化斷面尺寸困難；三、盾構(gòu)法隧道施工流程總體流程：盾構(gòu)法施工總體流程局部流程：盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)流程（一）總體流程始發(fā)井（車站）交付使用盾構(gòu)托架就位盾構(gòu)機(jī)下井組裝、調(diào)試、驗(yàn)收初始掘進(jìn)（L=80-100米）負(fù)環(huán)拆除及其它調(diào)整（換裝）正常掘進(jìn)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)中間站盾構(gòu)機(jī)

8、通過(guò)中間站盾構(gòu)機(jī)再次組裝、調(diào)試、驗(yàn)收盾構(gòu)機(jī)再次初始掘進(jìn)正常掘進(jìn)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)終點(diǎn)站盾構(gòu)機(jī)解體外運(yùn)隧道清理、管片修補(bǔ)、堵漏工程驗(yàn)收。盾構(gòu)機(jī)下井盾構(gòu)機(jī)就位調(diào)試初始掘進(jìn)正常掘進(jìn)到達(dá)車站過(guò) 站再次始發(fā)到達(dá)終點(diǎn)站盾構(gòu)機(jī)解體外運(yùn)負(fù)環(huán)拆除始發(fā)端頭加固反力架安裝洞門密封圈安裝洞門圍護(hù)墻鑿除到達(dá)端頭加固洞門密封圈安裝盾構(gòu)機(jī)托架再次就位調(diào)試始發(fā)井中間站到達(dá)站盾構(gòu)法隧道施工流程圖（二）局部流程準(zhǔn)備工作（風(fēng)、水、電、漿液、渣車、管片）啟動(dòng)液壓系統(tǒng) 啟動(dòng)刀盤 啟動(dòng)次級(jí)渣土運(yùn)輸系統(tǒng)（皮帶機(jī)）啟動(dòng)推進(jìn)千斤頂啟動(dòng)首級(jí)渣土運(yùn)輸系統(tǒng)（螺旋機(jī)）同步注漿停止掘進(jìn)安裝管片準(zhǔn)備下一環(huán)掘進(jìn)。開(kāi)挖出土注漿拼裝四 盾構(gòu)法隧道施工關(guān)鍵要素研究對(duì)手，

9、地質(zhì)研究兵器，盾構(gòu)機(jī)研究招式，技術(shù)（一）研究對(duì)手，地質(zhì)（二）研究兵器-盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)總成（二）研究兵器-盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)總成（二）研究兵器-盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)總成（二）研究兵器-盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)總成1 掘進(jìn)系統(tǒng)2 同步注漿系統(tǒng)3 出渣系統(tǒng)4 管片拼裝系統(tǒng)5 導(dǎo)向系統(tǒng)6 密封系統(tǒng)7 渣土改良系統(tǒng)8 風(fēng)、水、電、氣系統(tǒng)9 管片管片型式主要參數(shù)連接方式防水材料管片選型 盾構(gòu)隧道管片襯砌構(gòu)造示意圖（三）研究招式盾構(gòu)機(jī)操作技術(shù) 盾構(gòu)機(jī)過(guò)站技術(shù)管片選型技術(shù) 端頭地層處理技術(shù)盾構(gòu)機(jī)測(cè)量導(dǎo)向技術(shù) 隧道防水技術(shù) 管片背后回填注漿技術(shù) 其它技術(shù)盾構(gòu)機(jī)始發(fā)掘進(jìn)技術(shù)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)技術(shù)1 盾構(gòu)機(jī)的操作技術(shù)做好操作前的準(zhǔn)備工作嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行操作

10、按照操作指令的控制掘進(jìn)參數(shù)(刀盤轉(zhuǎn)速扭矩土倉(cāng)壓力推力掘進(jìn)速度鉸接角度注漿壓力等)對(duì)線路特點(diǎn)工程地質(zhì)和地面的環(huán)境狀況有充分認(rèn)識(shí)對(duì)異常情況要及時(shí)采取措施并上報(bào)2 管片選型技術(shù)管片的類型管片的尺寸及分塊管片的連接型式轉(zhuǎn)彎環(huán)的楔形量管片選型應(yīng)遵循的原則:管片跟著盾構(gòu)走管片選型的考慮因素:盾尾間隙千斤頂行程差鉸接角度盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)趨勢(shì)重要性:決定隧道的質(zhì)量(尤其是防水質(zhì)量)3 盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向技術(shù)主流VMT導(dǎo)向系統(tǒng)4 管片背后注漿技術(shù)注漿的目的注漿的方式漿液的種類注漿參數(shù)選擇(壓力、數(shù)量、強(qiáng)度）5 盾構(gòu)機(jī)始發(fā)掘進(jìn)技術(shù)始發(fā)托架的定位安裝盾構(gòu)機(jī)、后續(xù)臺(tái)車的下井組裝反力架的安裝洞門密封環(huán)板的安裝洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)的鑿除盾尾密

11、封油脂的涂抹負(fù)環(huán)管片的安裝6 盾構(gòu)機(jī)到達(dá)技術(shù)到達(dá)階段的貫通測(cè)量到達(dá)接收托架的安裝洞門密封環(huán)板的安裝洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)的鑿除到達(dá)段管片的安裝緊固和補(bǔ)充注漿7 盾構(gòu)機(jī)過(guò)站、過(guò)隧道技術(shù)移動(dòng)托架過(guò)站滾軸法過(guò)站盾構(gòu)機(jī)整體吊裝過(guò)站利用永久管片過(guò)隧道利用臨時(shí)管片過(guò)隧道8 端頭地層處理技術(shù)端頭地層處理的目的端頭地層處理的主要方法9 隧道防水技術(shù)管片的自防水(抗?jié)B等級(jí))管片接逢止水條的形式和種類嵌縫和手孔封堵堵漏和缺陷修補(bǔ)10 其它技術(shù)刀具更換技術(shù)發(fā)泡劑注入技術(shù)使用泡沫處理過(guò)的軟土沒(méi)有使用泡沫處理的軟土五 常見(jiàn)難點(diǎn)和問(wèn)題軟弱含水地層且地面沉降控制要求高（塌陷）富水地層（如穿越江河或斷層帶）（噴涌）掘進(jìn)斷面內(nèi)地層軟硬相差懸殊（管片上浮）土質(zhì)粘性大易結(jié)泥餅（刀具磨損）設(shè)計(jì)線路復(fù)雜五 常見(jiàn)難點(diǎn)和問(wèn)題隧道內(nèi)有建筑物樁基等