隧道盾構(gòu)法施工

1同濟(jì)大學(xué)2018年4月10日盾構(gòu)法隧道盾構(gòu)法隧道（ShieldTunnel）1.概述地鐵隧道已成為解決城市交通擁擠最有效手段之一。我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的中心城市相繼開展地鐵建設(shè)。盾構(gòu)工法已成為城市地下隧道的主要修建方法之一。2.盾構(gòu)法主要施工工序出發(fā)豎井中間豎井接收豎井盾構(gòu)機(jī)2.盾構(gòu)法主要施工工序1、建造盾構(gòu)工作井2、盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)安裝就位3、出洞口土體加固4、初推段掘進(jìn)施工5、掘進(jìn)機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)換6、盾構(gòu)連續(xù)掘進(jìn)施工7、接收井洞口土體加固8、盾構(gòu)進(jìn)入接收井，并運(yùn)出地面盾構(gòu)吊裝就位盾構(gòu)設(shè)備車架盾構(gòu)設(shè)備車架盾構(gòu)準(zhǔn)確進(jìn)入接收井3.1盾構(gòu)機(jī)基本構(gòu)造盾構(gòu)機(jī)是一種既能承受地層壓力、又能在地層中掘進(jìn)的施工機(jī)具。盾構(gòu)機(jī)由通用機(jī)械（外殼、掘削機(jī)構(gòu)、擋土機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、管片組裝機(jī)構(gòu)等）和專用機(jī)構(gòu)組成（如土壓盾構(gòu)的排土機(jī)構(gòu)、添加材注入機(jī)構(gòu)；泥水盾構(gòu)的送排泥機(jī)構(gòu)、攪拌機(jī)構(gòu)）。3.盾構(gòu)機(jī)(ShieldMachine)3.1盾構(gòu)機(jī)基本構(gòu)造3.盾構(gòu)機(jī)(ShieldMachine)面板式輻條式3.2盾構(gòu)機(jī)類型（1）按斷面形式分：圓形、橢圓形、馬蹄形、矩形、雙圓搭接形、三圓搭接形。3.盾構(gòu)機(jī)(ShieldMachine)圓形橢圓馬蹄形矩形3.2盾構(gòu)機(jī)類型（1）按斷面形式分：圓形、橢圓形、馬蹄形、矩形、雙圓搭接形、三圓搭接形。3.盾構(gòu)機(jī)(ShieldMachine)三圓搭接雙圓形3.2盾構(gòu)機(jī)類型（2）按出土器械的機(jī)械化程度分：手掘式、半機(jī)械掘削式、機(jī)械掘削式。3.盾構(gòu)機(jī)(ShieldMachine)半機(jī)械式手掘式機(jī)械式3.3常用盾構(gòu)機(jī)類型及其施工原理（3）按掘削面敞開程度分：全部敞開式、部分敞開式（網(wǎng)格式）、封閉式（泥水式、土壓式）。3.盾構(gòu)機(jī)(ShieldMachine)土壓式敞開式泥水式網(wǎng)格擠壓式3.3常用盾構(gòu)機(jī)類型及其施工原理（4）按掘削面加壓穩(wěn)定方式分：氣壓式、泥水式、土壓式，其中以泥水平衡和土壓平衡兩種最為常用。3.盾構(gòu)機(jī)(ShieldMachine)土壓式氣壓式泥水式3.3常用盾構(gòu)機(jī)類型及其施工原理泥水平衡原理：把水、粘土及添加劑混合制成的泥水，經(jīng)輸送管道壓入泥水艙，待泥水充滿整個泥水艙后，盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)工作，則推進(jìn)力經(jīng)艙內(nèi)泥水傳遞到掘削面的土體上，刀盤掘削下來的土砂進(jìn)入泥水艙，經(jīng)攪拌后含掘削土砂的高濃度泥水，經(jīng)泥漿泵送到地表的泥水分離系統(tǒng)。3.盾構(gòu)機(jī)(ShieldMachine)3.3常用盾構(gòu)機(jī)類型及其施工原理土壓平衡原理：盾構(gòu)推進(jìn)時前端刀盤旋轉(zhuǎn)掘削土體，掘削下來的土體涌入土艙。當(dāng)掘削土體充滿土艙時，由于盾構(gòu)的推進(jìn)作用，致使掘削土體即對掘削面加壓。當(dāng)該加壓壓力與掘削地層的土壓+水壓相等，隨后若能維持螺旋輸送機(jī)的排土量與刀盤的掘土量相等，把這種穩(wěn)定的出土狀態(tài)稱為掘削面土壓平衡狀態(tài)。3.盾構(gòu)機(jī)(ShieldMachine)4.1地層變位的影響因素1.地層損失地層損失是指盾構(gòu)施工過程中實(shí)際開挖土體體積與竣工隧道體積之差。（1）開挖面的土體移動。（2）土體擠入盾尾間隙。（3）盾構(gòu)推進(jìn)過程中推進(jìn)方向的改變、盾尾糾偏、曲線推進(jìn)、仰頭推進(jìn)或叩頭推進(jìn)，實(shí)際開挖斷面不是圓形而是橢圓形，從而引起地層損失。（4）盾構(gòu)外殼移動與地層間的摩擦與剪切作用，引起地層損失。（5）在水土壓力作用下，隧道襯砌產(chǎn)生變形而引起少量的地層損失。4.盾構(gòu)法施工引起的地層變位4.1地層變位的影響因素2.受擾動土體的再固結(jié)盾構(gòu)隧道周圍土體受到盾構(gòu)施工擾動后，便在盾構(gòu)隧道周圍形成超孔隙水壓力區(qū)。當(dāng)盾構(gòu)離開該處地層后，由于土體表面的應(yīng)力釋放，隧道周圍的孔隙水壓力便下降。在孔隙水壓下降過程中，孔隙水排出，引起地層移動和地面沉降。地層因孔隙水壓力變化而產(chǎn)生的地面沉降，稱之為主固結(jié)沉降。土體受到擾動后，土體骨架還發(fā)生持續(xù)很長時間的壓縮變形。在此土體蠕變過程中產(chǎn)生的地面沉降稱為次固結(jié)沉降。4.盾構(gòu)法施工引起的地層變位4.2地層變位的模式1.地表橫向沉降Peck（1969）通過對大量地表沉陷數(shù)據(jù)及工程資料分析后，首先提出地表沉降槽正態(tài)分布的概念，并認(rèn)為施工引起的地面沉降是在不排水條件下發(fā)生的，所以沉降槽的體積應(yīng)等于地層損失的體積。此法假定地層損失在隧道長度上均勻分布，地面沉降的橫向分布似正態(tài)分布函數(shù)。4.盾構(gòu)法施工引起的地層變位4.2地層變位的模式1.地表縱向沉降劉建航（1991）在Peck法的基礎(chǔ)上，總結(jié)了上海地鐵隧道縱向沉降分布的一般規(guī)律。4.盾構(gòu)法施工引起的地層變位5.1襯砌結(jié)構(gòu)的作用（1）在施工階段中，作為施工臨時支撐用，并承受盾構(gòu)千斤頂項(xiàng)力以及其它施工荷重。（2）竣工后作為隧道永久性支撐結(jié)構(gòu)。（3）防止泥、水滲入。（4）內(nèi)襯具有防水、防鋼筋腐蝕、修正施工誤差和內(nèi)部裝飾等作用。5.襯砌的形式和構(gòu)造5.2襯砌結(jié)構(gòu)的選型（1）依據(jù)隧道的使用目的，圍巖條件以及施工方法，合理選擇襯砌的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)形式和種類等。（2）根據(jù)隧道的車輛限界、建筑限界以及使用要求選擇合適的盾構(gòu)隧道橫斷面，最常用的為圓型與矩型。（3）在飽和含水軟土地層中修建地下隧道，較常用的結(jié)構(gòu)型式是選用圓形結(jié)構(gòu)。（4）根據(jù)荷載大小以及防滲漏要求確定是否需要二次襯砌。5.襯砌的形式和構(gòu)造5.莫3襯砌的捕分類（一）爛按材料肯及形式語分類1.鋼筋碗混凝害土管癢片（1）箱熱形管葉片一般用辰于較大置直徑的政隧道。播單塊管浪片重量扒較輕，航管片本編身強(qiáng)度吵不如平脫板形管偶片，特災(zāi)別在盾假構(gòu)頂力連作用下符易開裂拖。5.襯砌日的形犯式和梅構(gòu)造5.3襯砌的扔分類（一）段按材料乖及形式浸分類1.鋼筋悅混凝洪土管熊片（2）平板宮形管片用于弦較小禾直徑辨的隧可道，董單塊童管片梁重量格較重呢，對冷盾構(gòu)縣千斤麗頂頂太力具亦有較也大的親抵抗鴉能力劈燕，正戀常運(yùn)軋營時永對隧協(xié)道通樹風(fēng)阻責(zé)力較牽小。5.襯砌的下形式和蕉構(gòu)造5.胸3襯砌結(jié)的分裕類（一眾）按猴材料到及形贏式分石類2.鑄鐵遍管片飽和喉含水袍不穩(wěn)僅定地始層中撞修建為隧道鴿時較王多采縮慧用。管片較靜輕，耐揮蝕性好月，機(jī)械越加工后于管片精嗎度高，司能有效孫地防滲避抗漏。金屬擊消耗死量大拴，機(jī)糧械加仙工量按也大搬，價(jià)篩格昂捐貴。易脆性賓破壞的抽特性，袍不宜用翁作承受鼓沖擊荷緣瑞重的隧駐道。5.襯砌的坡形式和授構(gòu)造河流地表面主要使用DC管片的部位豎井豎井河流鐵路民宅道路橋被密封的隧道１．重荷紡載部鍋位：液河流賊的橫夸斷面、民房肺下面、軟弱摸地層２．急曲銀線部饒位３．車站及筑特殊部愚位（３連盾構(gòu)、ＤＯ績Ｔ、矩意形盾構(gòu)等）鑄鐵管絹片的適飼用場所5.3襯砌的姐分類（一）殘按材料診及形式債分類3.鋼管畏片優(yōu)點(diǎn)是絲式重量輕累、強(qiáng)度周高。缺點(diǎn)是歪剛度小溜、耐銹霸蝕性差魯，需進(jìn)貨行機(jī)械驗(yàn)加工以地滿足防母水要求順。成本昂挪貴，金迎屬消耗倘量大。5.襯砌的氣形式和閘構(gòu)造5.3襯砌的誕分類（一）字按材料隸及形式抬分類4.復(fù)合慚管片外殼采飛用鋼板撈制成，抹在鋼殼許內(nèi)澆注解鋼筋混津凝土，滿組成一繩復(fù)合結(jié)蘆構(gòu)，其脆重量比面鋼筋混里凝土管座片輕，抖剛度比酷鋼管片廢大，金地屬消耗撈量比鋼慨管片小碗。缺點(diǎn)探是鋼姜板耐仆蝕性庸差，晨加工次復(fù)雜翼冗繁遲。5.襯砌的泄形式和亡構(gòu)造5.以3襯砌般的分配類(二)按結(jié)炎構(gòu)型怒式分運(yùn)類1.管片適用區(qū)于不角穩(wěn)定拳地層少內(nèi)各鋼種直育徑的棄隧道龜內(nèi)的諸?？v向接瓦縫間通迫過螺栓坑予以連但接，螺僑栓可承談受較大丹的正、督負(fù)彎矩征；環(huán)向勵接縫上躲設(shè)置縱趕向螺檢陣，具有聰?shù)挚顾龛F道縱向陽變形的樹能力。管片拼未裝進(jìn)度漏大為降凡低。5.襯砌戴的形暖式和許構(gòu)造5.3襯砌攪的分蹄類(二)按結(jié)質(zhì)構(gòu)型慢式分既類2.砌塊一般膽適用秩于含蘭水量寒較少括的穩(wěn)劇定地腿層內(nèi)紗。襯砌結(jié)質(zhì)構(gòu)在通鳥過變形天后(變形量牛必須予這以限制)地層免介質(zhì)搞對襯洋砌環(huán)車的約正束使損圓環(huán)督得以投穩(wěn)定方。砌塊抖由于輕在接萬縫上麗不設(shè)器置螺流栓，嶺施工廳拼裝價(jià)進(jìn)度蔽就可墻加快航。5.襯砌蔑的形煤式和污構(gòu)造5.屯3襯砌粥的分納類(三)按形膛成方權(quán)式分養(yǎng)類1.裝配牌式襯宵砌由分塊貧的預(yù)制叨管片在依盾尾拼宮裝而成恐。按照習(xí)管片詳所在逼位置妖及拼販裝順書序不她同可抬將管園片劃渣分為鉆標(biāo)準(zhǔn)塊塊、揉鄰接更塊和附封頂籌塊。特點(diǎn)甘：工械廠化彩生產(chǎn)脫、機(jī)殺械化企安裝徑；立登即受朗荷；香接縫浸防水捧。5.襯砌漢的形浙式和覽構(gòu)造封頂塊坐管片標(biāo)準(zhǔn)塊榆管片5.3襯砌的用分類(三)按形成答方式分捐類2.擠壓迎混凝糞土襯立砌在盾尾傭剛澆搗撲而未硬吵化的混畢凝土處張?jiān)诟邏狠x作用下胳，作為籍盾尾推業(yè)進(jìn)的后老座，盾寸尾在推脹進(jìn)的過紛程中，季不產(chǎn)生刻建筑空控隙，空寬隙由注閑入的混甚凝土直孝接填充箱。特點(diǎn)旱：自叛動化遲程度換高；息理想對的受吃力、熄防水補(bǔ)要求凱；鋼框纖維竊混凝蜂土能爽提高絨薄形碰襯砌豎的抗釘裂性咬能。5.襯砌籍的形悄式和鎖構(gòu)造5.她3襯砌的材分類(四)按構(gòu)造伏型式分凳類分為鉗單層冠及雙漁層襯輝砌兩省種型冒式。飽和含域水軟土閥地層內(nèi)席的隧道茶，外層植是裝配卸式襯砌朝結(jié)構(gòu)，財(cái)內(nèi)層是拌內(nèi)襯混綠凝土或舅鋼筋混宅凝土層況。雙層襯夫砌存在尼的問題礦：開挖接斷面增鞠大；施肢工工序那復(fù)雜；憶逐步為耕單層襯夜砌所代弄替。5.襯砌的很形式和汗構(gòu)造5.4裝配式元鋼筋混矛凝土管做片(一)環(huán)寬無論是炒鋼筋混猾凝土管漆片或金延屬管片待，環(huán)寬剪一般在30徹0～20徐00拿mm之間，軟常用的遺是750～90駁0m覆m。環(huán)寬數(shù)不易平過大諸或過古小。(二)分塊單線地受下鐵道焦襯砌一啊般可分送成6～8塊，雙胃線地下恐鐵道襯毅砌可分涂為8～10塊；爹小斷壤面隧文道可哄分為4～6塊。管片的困最大弧劇、弦長幫一般較貢少超過4m，管手片越安薄其管長度柴應(yīng)越卻短。5.襯砌糕的形陣式和殲構(gòu)造5.4裝配醋式鋼貍筋混慎凝土伙管片(三)封頂鳴管片敲形式趨向萬于采恩用小嗓封頂貝形式誕。封頂塊博的拼裝雞形式有影兩種，永一為徑臉向楔入希，另一盜為縱向棕插入。5.襯砌紙的形詞式和寸構(gòu)造5.4裝配式渾鋼筋混課凝土管檢片(四)拼裝形厘式有通苦縫、酬錯縫于兩種谷。5.襯砌的越形式和基構(gòu)造通縫拼制裝方式錯縫吳拼裝由方式5.澡5管片艦接頭丑構(gòu)造(一)接頭類吩型縱向接衣頭、環(huán)戲向接頭粉。從其力柏學(xué)特性護(hù)可分為藍(lán)柔性接衡頭和剛剝性接頭冊。(二)接頭攔結(jié)構(gòu)弄形式（1）螺栓喝接頭環(huán)向遞螺栓蕉根據(jù)雞接縫鋪內(nèi)力東設(shè)置享單排氏或雙葵排，坑每排2~3個螺栓執(zhí)；縱向唯螺栓按毀管片分機(jī)塊結(jié)構(gòu)健受力要尋求配置收。5.襯砌造的形暖式和敘