盾构法与顶管法讲解Word格式文档下载.docx

1、2）管段制作、养护工艺在工厂完成，混凝土管壁可有较好的水密闭性能；3）与盾构法隧道相比，接缝大为减少，容易使接缝达到密闭防水要求；4）管道纵向受力性能较好，能适应地层的变形；5）不需要二次衬砌，工序简单；6）内壁光洁，作为输水隧道时，流水阻力减小。 盾构法施工第一节 一、盾构机的组成与分类盾构掘进机一般由盾构壳、推进千斤顶、正面支撑机构、挖土及运输组、衬 砌拼装机构、液压系统、操作系统、注浆系统和盾尾装置等组成。衬砌拼盾构机的盾壳是由钢板焊接成壳体，在盾壳掩护下，进行土体开挖、 装等隧道施工的工序。盾壳可分为切口环、支承环和盾尾三部分，见图2-1。 切口部分。它位于盾构1的最前端，施工时切人地

2、层，掩护开挖作业。切口环前端设有刃口，以减少切土时对地层的扰动。切口环的长度主要取决于支撑、开挖方法的挖土机具和操作人员回旋余地大小。大部分手掘式盾构切口顶部比 盾构的构成图 2-1 底部长，就像帽檐一样，有的网格式盾构在切口环上装有钢还设有千斤顶操纵的活动前檐，以增加掩护长度。在局部机械式盾构则前端装有刀盘和铲斗。网格，正面支承千斤顶和活动帽檐，气压、泥水加压和上压平衡式盾构中，其切口部分的压力高于隧道内部的常压， 故切口与支撑之间需用密闭隔板分开。支承环部分。支承环紧接于切口环后，位于盾构的中部，是一个刚性较2好的圆形结构。地层土压力、所有千斤顶的顶力以及切口、盾尾、衬砌拼装时传拼装机用于

3、支承环的外沿布置盾构推进千斤顶。来的施工荷载均由支承环承担。拼装管片衬砌，主要设备有举重臂、真圆保护器等。大型盾构占用空间较大，所有液压动力设备、操纵控制台、衬砌拼装器（举重器）等都往往布置在这里，中在小盾构则可把部分设备移至盾构后面的车架上。当切口环内压力高于常压时， 支承环内要布置人行加压和减压闸。盾尾部分。盾尾一般由盾构外壳钢板延长构成，主要用于掩护隧道衬砌3土及注浆材料从盾尾与衬砌之盾尾末端设有密封装置，以防止水、的安装工作。间进人盾构内。盾尾密封装置损坏时，还要在盾尾部分进行更换，因此，盾尾的但盾尾长度要满足以上各项工作的进行。盾尾厚度从结构上考虑应尽可能减薄，除承受上压力外，遇到隧

4、道纠偏及弯道施工时，还有一些难以估计的施工荷载，受力情况复杂，所以其厚度应综合上述因素来 确定。在盾壳外径与衬砌外径间的建筑空隙，4满足盾构纠偏要求的前提下应尽量减小。盾尾密封装置要将经常变化的空隙加以密封，因此材料要富有弹性，构造形式要求耐磨损、耐撕裂。以往采用过橡胶板或橡胶板两面加弹簧钢尼龙毛刷等，板的复合板，还试用过充气车胎、但均未取得理想的效果。特别是盾尾压注水泥盾尾密封装 图 2-2 浆的盾构，密封装置更易损坏。目前除了摸索 置新的密封形式外，一般采用多道、可更换的盾当前多采用多道弹簧钢板和钢丝刷组成的密封装置，如图尾密封装置，2-2所示。 同时在钢丝刷上涂满油膏。油膏在盾构推进中有

5、损耗，需不断补充。 盾构机可分为以下四类 手掘式盾构1其开挖面可以根据地质因而造价低。手掘式盾构构造简单，配套设备较少，还在某些疏散的砂性地层，条件全部敞开，也可以采取正面支撑随开挖随支撑。 可以按照土的摩擦角将开挖面分为几层，这时，就把盾构称为棚式盾构。 手掘式盾构的主要优点：）正面是敞开的，施工人员随时可以观察地层变化情况，及时采取应付1（ 措施； ）当在地层中遇到桩、孤石等地下障碍物时，比较容易处理；（2）可以向需要方向超挖，容易进行盾构纠偏，也便于在隧道的曲线段施3（ 工； （4）造价低，结构设备简单，易制造。 它的主要缺点有：）在含水地层中，当开挖面出现渗水、流砂时，必须辅以降水、气

6、压或（1 地层加固等措施；）工作面若发生塌方和沼气爆炸事故时，易引起危及人身及工程安全的（2 事故； 3）劳动强度大，效率低、进速慢，在大直径盾构中尤为突出。（目前在地质条件较好的手掘式盾构尽管有上述不少缺点，但由于简单易行， 工程中仍广泛应用。 2挤压式盾构前者是将手掘式盾构的开挖工作面用挤压式盾构分为全挤压及半挤压两种，胸板封闭起来，把土层挡在胸板外，这样就比较安全可靠，没有水、砂涌人及土 挤压式盾构2-3 图 图 2-4 网格式盾构 1-盾构千斤顶（推进盾构用）; 2-开挖面支撑千斤顶;3-举重臂（拼装装配式钢筋混凝土衬砌用）; 4-堆土平台（盾构下部土块由转盘提升后落入推土平台）; 5

7、-刮板运输机,土块由堆土平台进入输出; 6-装配式钢筋混凝土衬砌; 7-盾构钢壳; 8-开挖面钢网格; 9-转 装土车盘; 10-体坍塌的危险，并省去了出土工序；后者是在封闭上局部开孔，当盾构推进时，土体从孔中挤人盾构，装车外运，劳动条件比手掘式盾构大为改善，效率也成倍提高，见图2-3。挤压式盾构仅适用于软可塑的粘土层，适用范围比较狭窄。全挤压施工由于 半挤压施工虽然能在海滩等处；有较大隆起变形，只能用于空阔的地段或河底、城市房屋、街道下进行，但对地层扰动大，地面变形也很难避免，这是挤压式盾这种盾构在网格式盾构是一种介于半挤压和手掘式之间的盾构形式。构的缺点。土被网格切成条状，当盾构向前推进时

8、，开挖面装有钢制的开口格栅，称为网格。当盾构停止推进时，网格起到挡土作用，有效地防42进人盾构后运走如图网格式盾构也止了开挖面坍塌。这种盾构对土体的挤压作用比挤压式盾构小些。 只适用于软可塑的粘性土层，地层含水时，尚需辅以降水、气压等措施。 3半机械式盾构根据地层半机械式盾构系在手掘式盾构正面装上挖土机械来代替人工开挖。可安装软岩掘进机的可以安装反铲挖土机或螺旋切削机。如果土质坚硬，条件，其优缺点除可减轻工切削头子。半机械式盾构的适用范围基本上和手掘式一样， 人劳动强度外，均与手掘式相似。 4机械式盾构机械式盾构是手掘式盾构的切口部分，安装与盾构直径同样大小的大刀盘，可用开胸机以实现全断面切削

9、开挖。若地层能够自立或采取辅助措施后能自立， 械式盾构，如果地层较差，则可采用下列几种阔胸机械式盾构。或采用辅助措施后能够自立时，当地层能够自立，）（1开胸机械切削盾构。以进行全断面开胸机械切削。安装与盾构直径相适宜的大刀盘，在盾构切口部分， 星形的刀盘辐条后面没有胸板封闭）系在开胸机械式盾构的切口环5）局部气压盾构。这种盾构（见图2（2以舱中通人压缩空气，和支承环之间装上隔板，使切口环部分形成一个密封舱， 平衡开挖面的土压力代替在隧道内加压的全气压施工。这样衬砌拼装和隧道内其它施工人员就不在气压舱内工作，无疑有很大的优越性。局部气压盾构的一些技术问题，目前尚未很好解决。例如，从密封舱内连续出

10、土的装置，还存在漏气和 局部气压盾构图 2-5 寿命不长等问题；盾尾密封装置还出; 4-; 2-皮带运输机; 3-排土抓斗1-气压内出土运输系统不能完全阻止气压舱内的压缩空气; ; 8-管片拼装器管片土斗; 5-运土车; 6-运送管片单轨; 7- 9-伸缩接头通过开挖面经外壳从盾尾泄露；管片接缝漏气等，故目前世界各国应用不多。在江、河、海底进行盾构法隧道施工，如果覆盖土层薄，为防止塌顶和 地表水涌人，采用压缩空气支撑开挖面常常是必需的。）泥水加压式盾构。局部气压盾构的技术难题是连续出土和压缩空气的（3倍之80泄露问题。地层在同样压力差及同样间隙条件下，漏气量要比漏水量大，既可大大减少盾尾多。因

11、此，若在上述局部气压密封舱内改通入泥水（泥浆）这就还可利用泥水通过管道输送到地面处理，的漏气，同时刀盘切削下来的土，但泥水盾构的配解决了从密封舱内连续出土的问题，这些优点都是显而易见的。还要有专门的泥水处理系套设备多，首先要有一套自动控制和泥水输送的系统，直径的中型盾构为例，假定泥水统，所以泥水加压盾构的设备费用较大。以5m，地面泥水处理的投资还，则其控制系统的投资也需盾构本身的投资为100100 。设备投资比一般机械化盾构高，这是它的主要缺点。100需）土压平衡式盾构。这种盾构又称削土密闭式或泥土加压式盾构（见图（4 ，是在上述两种机械化盾构的基础上发展起来的。这种盾构的前端也有一6）2其出

12、土口个全断面切削刀盘，盾构的中心或下部有长筒形螺旋运输机的进土口，如同压缩空气或泥水则在密封舱外。所谓土压平衡，就是用刀盘切削下来的土，螺旋运输机的出一样充满整个密封舱，并保持一定压力来平衡开挖面的土压力。以保持密封舱内始终充满（用它的转速控制）要密切配合刀盘的切削速度，土量也省略了而又不致过于饱满。这种盾构避免了局部气压盾构的主要缺点，泥土，是一种发展中的最新型盾构。投资较大的泥水盾构所需的输送和处理设备，因此， 土压平衡式盾构机应用比较广泛，种类也比较多。，MTB混合形盾构5）（Mixsllield）。混合形盾构就是把隧道岩石掘进机（）与软土的盾构机相结合，造出既能用于岩石地层，也Tunn

13、el Boring Machine为了适应软土层的粉图可用于软土的新型隧道掘进机，2-7为有代表性的一种。细砂、中砂、粗砂、淤泥、粉质粘土、风化砂岩等多变的地层条件，我国广州地即通过改进刀盘的刀具铁采用了混合型的泥水平衡盾构和混合形土压平衡盾构。型式、刀具开口进土率、泥土排除外运和分离装置，吸收两种盾构机特点，以适 应不同地质和环境条件的影响。 土压平衡式盾构图 2-6 ; 4-皮带运输机3-; 1-刀盘用油马达2-螺旋运输机; 螺旋运输机油马达 紧急用出入口隔壁; 9-; 8-; 7-; 6-5-闸门千斤顶管片拼装器刀盘支架 2-7 图 混合形盾构 异形盾构。上海隧道股份有限公司使用国产矩形

14、盾构施（6） 工完成了黄浦江行人观光隧道的出人通道，日本东京地铁号线使用了三心圆泥水盾构。三心圆泥水盾构是由三台12，圆形盾构机排列组合成一体，中心大刀盘直径为8.846m。相互交叠后总的高度达17.440m两侧盾构机外径为814m，弯曲曲线推进，机器装有活动铰接合机构125m为适合 R工作面单位面积推力11.020m，（铰的角度2）。机身总长有四台电机用于盾构机操作管。为179kN，总推力150000kN。盾构机2600t片的拼装、钢主柱的架设，设备的总重量达，主要用于建造乘客在137m身和车架总长约275m，中部为乘客的通站台部分的衬砌由钢管片组成，两端进出的车站。 。道由柔性的钢筋土管片

15、组成，见图2-8 异形盾构图2-8 二、盾构法施工工艺过程 使用盾构法施工，施工工艺流程如图2-9。 始发工作井建造 口作井洞进出工 盾构吊运、装配、试车 土体加固处理 架设后座支撑基座 管片制作 螺栓制作出 凿除封门 井后100m开挖、顶进50m后拆除吊环现场粘调整施工强度，设定推压防水胶千斤顶顶进挖调整舱内土压拼装衬砌、注姿态调整，循环往土体改联络通道施50轴线校正、调最盾构出洞进工作嵌缝封孔堵装修设备安 图2-9 盾构隧道施工流程 （一）盾构的组装 基坑或工作井 在盾构施工段的始端，要布置基坑或井，用以进行盾构的安装工作。若盾构推进线路特别长时，还应设置检修工作井，这些井和基坑应尽量结合

16、隧道规划线路上的通风井、设备井、地铁车站、排水泵房以及立体交叉、平行交叉、施工方法转换处来设置。作为拼装室用的井，其建筑尺寸应根据盾构装施工要求来确定，其宽度一般应比盾构直径酌情减小，井的长度方向（沿推进方向）要考虑盾构设备安装的要求。目前，中、小盾构的动力装置、配电设备大部 分布置在盾构后面的设备车架上。若考虑安装全部设备车架，会使工作井尺寸过长。一般盾构可采用临时操纵措施安装部分车架，但确定井的长度时也要考虑将来转换成全套车架的方便。从施工要求考虑，井的宽度具有盾构安装尺寸已够，而长度则要考虑在盾构前面拆除洞门封板和在盾构后面布置后座和垂直运输所需的尺寸。此外，为方便进行洞门与衬砌间空隙的

17、充填、封板工作及临时后座衬砌环与盾构导轨间的填实工作，在盾构下部至少应留有1m左右高度的空间。工作井可以用沉井（箱）法施工，也可连续墙支护（桩排墙支护）、锚喷支护明挖法施工，视工程地质和水文地质情况而定。盾构基座 盾构基座在井内用作安装及稳妥地搁置盾构，更重要的是通过设在基座上的导轨使盾构在施工前获得正确的导向。因此，导轨需要根据隧道设计、施工要求定出的平面及高程位置进行测量定位。基座可以采用现浇钢筋混凝土或钢结构，导轨由两根或多根钢轨组成。基座除承受盾构自重外，还应考虑盾构切人地层后，进行纠偏时产生的集中荷载。（二）盾构开挖 盾构开挖方式可分为敞开式、机械切削式、网格式和挤压式等。为了减少盾

18、构施工对地层的扰动，可先借助千斤顶驱动盾构使其切口贯入土层，然后在切口内进行土体开挖与运输，这是软土地层盾构掘进的基本过程。1敞开式开挖 手掘式及半机械式盾构均为半敞开式开挖，这种方式适于地质条件好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施时能维持稳定的情况，其开挖程序一般是从顶部开始逐层向下挖掘。若土层较差，还可以借助千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。根据切口长度的不同，每环可分数次开挖和推进。支撑千斤顶常设计成差压式，即在保持支撑力的条件下可以缩回，以确保支撑效能。采用敞开式开挖，处理孤立障碍物、纠偏、超挖均比其他方式容易。为尽量减少对地层的扰动，要适当控制超挖量与暴露时间，土质较差时尤应注

19、意。2机械切削开挖 这里主要指与盾构直径相仿的全断面旋转切削刀盘（简称大刀盘）开挖方式。过去也用过一些由多个小盘组成的所谓行星式刀盘，以及千斤顶操纵的摆动式刀盘，但目前大都采用以液压或电动机作动力的可双向转动切削的大刀盘。根据地质条件的好坏，大刀盘可分为刀架间无封板的及有封板的两种。前者适用于土质较好的条件，如我国黄土高原使用的“DW2.52”黄土洞掘进机，即为无封板刀盘形式。大刀盘切削开挖配合运土机械（皮带机、刮板机、转盘。螺旋运输机等）可使土方从开挖到装车运输部实现机械化。大刀盘开挖方式，在弯道施工或纠偏时不如敞开式便于超挖（有些刀盘装有周边超挖刀来弥补其不足）。此外，清除障碍物也显得困难

20、些，特别是装有封板的大刀盘更显不便。使用大刀盘的盾构机械构造复杂，消耗动力较大，但这种盾构是实现隧道施工机械化、减轻体力劳动的必然方向。目前国内外较先进的泥水加压盾构、土压平衡盾构，均采用这种开挖方式。3网格式开挖 采用这种开挖方式时，开挖面由阿格梁与格板分成许多格子。开挖面的支撑作用是由土的粘聚力和网格厚度范围内的阻力（与主动土压相等）而产生的。当盾构推进时，克服这项阻力，土体就从格子里呈条状挤出来。要根据土的性质，调节网格的开孔面积。格子过大会丧失支撑作用；格子过小则会引起对土层的挤 压扰动等不利影响。我国在大面积使用大、中型盾构过程中，曾在网格后面布置提土转盘，把土提到盾构中心的刮板机头

21、部，然后装车外运。实践证明，这种出土方式效率高、效果好。网格式开挖一般不能超前开挖，全靠调整千斤顶编组进行纠偏。采用网格开挖时，在所有千斤顶缩回后，会产生较大的盾构后退现象，导致地表沉降，因此，施工时务必采取有效措施，防止盾构后退。根据施工经验，每环推进结束后采取维持顶力（使盾构不进不推）屏压510min，可有效防止盾构后退。此外，拼装管片时，要使一定数量的千斤顶轴对称地轮流维持顶力，以防盾构后退。在确定网格式盾构的推力时，应计及开挖面土体主动上压力引起的阻力以及网格梁、隔板切人土层的阻力。4挤压式开挖 全挤压式和局部挤压式开挖，由于不出土或只部分出土，对地层有较大的扰动，在考虑施工轴线时，应

22、尽量避开地面建筑物。局部挤压施工时，要精心控制出土量（土质不同，出土量也不同，一般宜作实地试验），以减少和控制地表变形。全挤压施工时，盾构把四周一定范围内的土体挤密实。由于只有上部有自由面，所以大部分上体被挤向地表面，部分土体则挤向盾尾及盾构下部。因此盾尾建筑空隙可以自然得到充填，不需要再进行衬砌壁后注浆。根据施工的观察与测量，挤向盾尾的土体对初出盾尾的衬砌产生的环向荷载是不小的。挤压施工时，由于可以把开挖面全部封闭起来，在盾尾密封效果良好的条件下，可以不采取其他辅助施工措施，而且不出土、不压浆，能在土质塑性大、空隙比较大、有流动性的地层中达到较高的施工速度。挤压推进时，盾构有明显的上浮趋势，

23、正面又不能超挖，只能凭调整千斤顶编组来纠偏。遇到纠偏困难时，在正面阻力较大处，可以打开封板挤出部分土来调整阻力。因此，常在正面封板的各个方位设置可启闭的出土闸门。（三）隧道衬砌的拼装 软土地层盾构施工的隧道衬砌，通常采用预制拼装的形式：对于防护要求甚高的隧道，也有采用整体浇注混凝土的。整体浇注衬砌施工繁琐，进度较慢，目前已逐渐被复合式衬砌取代。复合式衬砌在成洞阶段先采用较薄的预制衬砌，然后再浇注混凝土内衬，以满足防护要求。预制拼装衬砌是由称为“管片”的多块弧形预制构件拼装而成。管片可采用铸铁、铸钢、钢筋混凝土等材料制成的各种构件形式。通常，盾构及衬砌结构确定之后，其拼装方法也就大致决定了。管片

24、拼装方法根据结构受力要求，分为通缝拼装和错缝拼装两种。通缝拼装，管片的纵缝要环环对齐，拼装较为方便，易定位，衬砌环施工应力小，但环面不平整的误差容易累积起来，特别是采用较厚的现浇防水材料时，更是如此。若结构设计需要采用衬砌本身来传递圆环内力时，宜采用错缝拼装，即衬砌圆环的纵缝在相邻圆环环间错开l2l3管片。这种管片的环纵缝可设计成榨形连接，以利拼装。错缝拼装的隧道比通缝拼装的隧道整体性强，但由于环面不平整，常引起较大的施工应力，防水材料也常因压密不够面渗漏水。管片拼装方法按其程序，可分为“先纵后环”和“先环后纵”两种。先环后纵法是：拼装前将所有盾构千斤顶缩回，管片先拼装成圆环，然后用千斤顶使拼

25、好的圆环纵向靠拢（与已成环连接成洞）。这种方法拼装的环面较为平整，纵缝拼装质量好，但对易产生后退现象的盾构，不宜采用。先纵后环的拼装方法可以 有效地防止盾构后退，即拼装某一块管片时，就只缩回该管片部分的千斤顶，其它千斤顶则轴对称地支撑或升压。这样逐块轮流缩回与伸出部分千斤顶，直至拼装成环。在整个拼装过程中，要求控制盾构位置不变。管片拼装常用举重臂来进行。举重臂可以根据拼装要求完成旋转、径向伸缩、纵向移动等操作，有的还装有可以微动调节的装置。无论是采用先纵后环还是先环后纵的方法，举重臂均能迅速、方便地完成作业，其操作顺序是：自上而下，左右交叉，最后封顶成环。若采用将衬砌管片纵向插入拼装的方法，举

26、重臂沿隧道轴向的移动距离要加长。（四）衬砌壁后压浆 为防止地表沉降，必须将盾尾和衬砌之间的建筑空隙及时压浆充填。压浆还可以改善隧道衬砌的受力状态，增强衬砌的防水效能，因此，是盾构施工的关键工序。压浆有以下几种方法，主要应根据地层条件选用。1二次压注。这种压注工艺是当盾构推进一环后，立即用风动压注机通过管片的压注孔，向衬砌壁后的建筑空隙注人豆粒砂，以防止地层的坍塌。继续推进数环（58环）后，再用压浆泵将水泥类浆体灌人砂间空隙，使之团结。二次压注法施工繁琐，压注豆粒砂不易保证密实，尤其是拱顶部分，此外灌注水泥浆时也难填满。地表沉降量略大，后期常需进行补充压浆，但这对保护盾尾密封装置有利。2一次压注

27、。若地层条件较差，盾尾空隙一出现就会发生坍塌时，则希望盾尾空隙内始终保持一定的压力。在这种情况下宜采用一次压注法，即随着盾尾空隙的出现，立即压注水泥村浆，并保持一定压力。一旦压浆出现故障，盾构也要暂停推进。这种工艺对盾尾密封装置要方较高，易产生盾尾漏浆，必须准备采取有效的堵漏措施。3三次压注。同步压浆填充盾尾间隙，管片脱出盾尾过程中快速压浆；二次压浆在3d后，防止浆液失水、流失，土体压缩变形引起沉降；三次压浆发现明显的地表沉陷趋势或隧道严重渗漏时，可在相应区间进行补充压浆。根据施工经验，压浆数量同注人压力及要求控制的地表沉降有关，一般为理论计算建筑空隙体积的110180。压浆要对称于衬砌环进行

28、，尽量避免单点超压注浆，以减少衬砌环的不均匀施工荷载。注浆压力一般为0.51.OMPa。（五）盾构法施工的运输、供电、通风和排水 1运输。隧道内需运输的材料有开挖的土方、管片、压浆材料，以及隧道延伸所需的枕木、钢轨、走道板、管道等。运输方式分为水平运输和垂直运输。水平运输大都采用轻型窄轨（轨距a刀mm），以蓄电池式电机车牵引。在运距长、坡度陡战情况下，可采用内燃机车。隧道内的水平运输线，可通过竖井内的罐笼或货运电梯等垂直运输工具与地面联系。整个运输系统要根据施工现场的具体条件，进行合理的设计与布置。2供电。盾构施工时，除了要重视盾构本身及井下设备的供电外，对地面降水用水泵、气压用空压机等的供电

29、也务必充分保证，否则会因断电招致重大工程事故。供电系统要考虑足够的备用系数，还应采用多路电源供电的办法。供电线路及设备要有良好的安全措施，并经常维修检查。如果外电源供电参数不足时，工地上要采取补偿措施，必要时要布置临时发电站，其发电量以保证工程及人身 安全为主。例如，维持降水的水泵用电量；气压盾构维持工作面气压的空压机电量；隧道内照明以及维持工程安全的设备用电量，以及保证撤出施工人员的电梯、罐笼、讯号用电量等。这些保证供电项目，要明确地反映到工程的施工组织设计中去。3通风。盾构施工均为独头巷道的形式，为此，应根据工作面实际操作人数，供给新鲜空气，并注意调节工作面的温度与湿度。隧道内使用电焊、气割、化学灌浆