地下工程课件第8章-5 盾构法施工.ppt

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1、盾构法与盾构法与TBMTBM法施工法施工骆建军骆建军隧道中心隧道中心313联系方式：联系方式：13611303609 2盾构法施工概况盾构法施工概况盾构法施工概况盾构法施工概况 3盾构法施工概况盾构法施工概况盾构法施工概况盾构法施工概况（1 1）在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井；洞口地层加）在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井；洞口地层加）在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井；洞口地层加）在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井；洞口地层加固；固；固；固；（2 2）盾构在起始端工作井内安装就位；）盾构在起始端工作井内安装就位；）盾构在起始端工作井内安装就位；）盾构在起始端工作井

2、内安装就位；（3 3）依靠盾构千斤顶推力（作用在新拼装好的衬砌和工作井后壁）依靠盾构千斤顶推力（作用在新拼装好的衬砌和工作井后壁）依靠盾构千斤顶推力（作用在新拼装好的衬砌和工作井后壁）依靠盾构千斤顶推力（作用在新拼装好的衬砌和工作井后壁上）将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出；上）将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出；上）将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出；上）将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出；（4 4）盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和）盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和）盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和）盾构在地层中沿着设计轴线推进，在

3、推进的同时不断出土和安装衬砌管片；安装衬砌管片；安装衬砌管片；安装衬砌管片；（5 5）及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环）及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环）及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环）及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置；位置；位置；位置；（6 6）盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作）盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作）盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作）盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。井再向前推进。井再向前推进。井再向前推

4、进。切口环切口环 开挖和平衡地层压力开挖和平衡地层压力 支承环支承环内周边装有千斤顶，刀盘驱动装置，排土装置内周边装有千斤顶，刀盘驱动装置，排土装置 盾尾盾尾 设置管片拼装机，盾尾密封刷，同步压浆管设置管片拼装机，盾尾密封刷，同步压浆管 7盾构法发展历史盾构法发展历史盾构法发展历史盾构法发展历史1 1盾构工法已经经历了近盾构工法已经经历了近盾构工法已经经历了近盾构工法已经经历了近200200年的发展。年的发展。年的发展。年的发展。18181818年年年年BnmnelBnmnel从蛆虫腐蛀从蛆虫腐蛀从蛆虫腐蛀从蛆虫腐蛀船底成洞得到启发，提出了盾构工法，并获得专利，即敞开式手船底成洞得到启发，提出

5、了盾构工法，并获得专利，即敞开式手船底成洞得到启发，提出了盾构工法，并获得专利，即敞开式手船底成洞得到启发，提出了盾构工法，并获得专利，即敞开式手掘盾构的原型闯世。掘盾构的原型闯世。掘盾构的原型闯世。掘盾构的原型闯世。1834183418411841年，年，年，年，BrunnelBrunnel设计的方形铸铁框盾设计的方形铸铁框盾设计的方形铸铁框盾设计的方形铸铁框盾构首次成功地贯通了横断泰晤士河的隧道。构首次成功地贯通了横断泰晤士河的隧道。构首次成功地贯通了横断泰晤士河的隧道。构首次成功地贯通了横断泰晤士河的隧道。2 2在地下铁道中采用盾构法施工始于在地下铁道中采用盾构法施工始于在地下铁道中采用

6、盾构法施工始于在地下铁道中采用盾构法施工始于18741874年，当时为了在伦敦地下年，当时为了在伦敦地下年，当时为了在伦敦地下年，当时为了在伦敦地下铁道东线的粘土和含水砂砾层修建内径为铁道东线的粘土和含水砂砾层修建内径为铁道东线的粘土和含水砂砾层修建内径为铁道东线的粘土和含水砂砾层修建内径为3.12m3.12m的区间隧道，采的区间隧道，采的区间隧道，采的区间隧道，采用了气压盾构以及向衬砌背后注浆的施工工艺。用了气压盾构以及向衬砌背后注浆的施工工艺。用了气压盾构以及向衬砌背后注浆的施工工艺。用了气压盾构以及向衬砌背后注浆的施工工艺。3 319891989年我国上海地铁一号线工程正式采用盾构法修建

7、区间隧道，年我国上海地铁一号线工程正式采用盾构法修建区间隧道，年我国上海地铁一号线工程正式采用盾构法修建区间隧道，年我国上海地铁一号线工程正式采用盾构法修建区间隧道，并于并于并于并于19941994年投入运营。但应指出，早在年投入运营。但应指出，早在年投入运营。但应指出，早在年投入运营。但应指出，早在19631963年上海就已开始了年上海就已开始了年上海就已开始了年上海就已开始了4.16m4.16m的盾构隧道以及的盾构隧道以及的盾构隧道以及的盾构隧道以及19681968年北京开始了年北京开始了年北京开始了年北京开始了7.0m7.0m盾构隧道的工程盾构隧道的工程盾构隧道的工程盾构隧道的工程试验，

8、并在钢筋混凝土管片制造、防水技术、挤压混凝土施工等试验，并在钢筋混凝土管片制造、防水技术、挤压混凝土施工等试验，并在钢筋混凝土管片制造、防水技术、挤压混凝土施工等试验，并在钢筋混凝土管片制造、防水技术、挤压混凝土施工等方面取得了成功。方面取得了成功。方面取得了成功。方面取得了成功。盾构的发展历史盾构的发展历史欧美国家欧美国家英国英国18181818年布鲁涅尔首次提出盾构方案，并取得专利；年布鲁涅尔首次提出盾构方案，并取得专利；18251825年布鲁涅尔在伦敦首次采用盾构穿越泰晤士河年布鲁涅尔在伦敦首次采用盾构穿越泰晤士河(第二年因塌方中止第二年因塌方中止)；18361836年布鲁涅尔将盾构改进

9、后再次穿越泰晤士河年布鲁涅尔将盾构改进后再次穿越泰晤士河,于于18411841年贯穿隧道；年贯穿隧道；18691869年巴洛等在地铁工程中首次采用圆形盾构和气年巴洛等在地铁工程中首次采用圆形盾构和气压技术施工，并使用铸铁砌块；压技术施工，并使用铸铁砌块；18791879年汤姆森首次采用机械式盾构，采用钢砌；年汤姆森首次采用机械式盾构，采用钢砌；欧美国家欧美国家德国德国18961896年首次采用盾构技术建设隧道；年首次采用盾构技术建设隧道；19131913年采用马蹄形盾构建设公路隧道；年采用马蹄形盾构建设公路隧道；美国美国18911891年在巴尔的摩使用长方形盾构；年在巴尔的摩使用长方形盾构；1

10、8921892年在巴尔的摩使用顶盖式盾构；年在巴尔的摩使用顶盖式盾构；法国法国18791879年在巴黎首次采用椭圆盾构修建下水道。年在巴黎首次采用椭圆盾构修建下水道。18921892年年 在巴黎首次使用盾构技术建设隧道，衬砌采用在巴黎首次使用盾构技术建设隧道，衬砌采用木材；木材；盾构的发展历史盾构的发展历史日本日本19571957年年 在地铁工程中首次采用盾构施工在地铁工程中首次采用盾构施工(矩形矩形)；19601960年年 在名古屋地铁采用圆形盾构施工；在名古屋地铁采用圆形盾构施工；19621962年年 在东京下水道首次采用圆形盾构施工；在东京下水道首次采用圆形盾构施工；19631963年年

11、 在大阪自来水隧道首次采用机械式盾构施工；在大阪自来水隧道首次采用机械式盾构施工；19641964年年 开发出泥水盾构机；开发出泥水盾构机；19721972年年 开发出土压盾构机；开发出土压盾构机；19751975年年 开发出加泥式土压盾构机；开发出加泥式土压盾构机；19771977年年 开发出局部气压盾构机；开发出局部气压盾构机；19781978年年 开发出高浓度泥水盾构机；开发出高浓度泥水盾构机；19781978年年 开发出泡沫盾构机；开发出泡沫盾构机；盾构的发展历史盾构的发展历史日本日本19831983年年 开发出开发出DOTDOT盾构机盾构机;19901990年年 开发出地中对接盾构机

12、；开发出地中对接盾构机；19921992年年 开发出自由断面盾构机；开发出自由断面盾构机；19931993年年 开发出球形盾构机；开发出球形盾构机；19941994年年 开发出三圆盾构机；矩形盾构机；开发出三圆盾构机；矩形盾构机；19941994年年 开发出子母式盾构机；全自动管片拼装机；开发出子母式盾构机；全自动管片拼装机；19981998年年 开发出双矩形盾构机；双层盾构机；开发出双矩形盾构机；双层盾构机；20012001年年 开发出万能盾构机。开发出万能盾构机。盾构的发展历史盾构的发展历史中国中国19631963年上海，直径为年上海，直径为4.2m4.2m实验工程（手掘式）；实验工程（手

13、掘式）；19661966年上海，直径为年上海，直径为10.0m10.0m打浦路越江隧道；打浦路越江隧道；19891989年上海地铁施工采用土压平衡及泥水加压盾构机（进口）；年上海地铁施工采用土压平衡及泥水加压盾构机（进口）；19951995年广州地铁一号线采用土压平衡及泥水平衡盾构机（盾构施工长度年广州地铁一号线采用土压平衡及泥水平衡盾构机（盾构施工长度占占30%30%）；其后，二号线地铁工程盾构施工长度占）；其后，二号线地铁工程盾构施工长度占33%33%；三号线地铁工程；三号线地铁工程盾构施工长度占盾构施工长度占68%68%；19991999年在北京亮马河污水工程首次采用现代盾构技术施工；年

14、在北京亮马河污水工程首次采用现代盾构技术施工；20012001年上海地铁施工采用年上海地铁施工采用DOTDOT盾构机；盾构机；20012001年北京地铁五号线在雍和宫段进行盾构施工试验；年北京地铁五号线在雍和宫段进行盾构施工试验；20032003年北京地铁五号线正式采用盾构施工（盾构施工长度占地下线长度年北京地铁五号线正式采用盾构施工（盾构施工长度占地下线长度39%39%）；）；20042004年北京地铁十号线与四号线盾构施工长度占地下线长度平均大于年北京地铁十号线与四号线盾构施工长度占地下线长度平均大于50%50%。盾构的发展历史盾构的发展历史目前世界上主要盾构制造商生产盾构机台数一览目前世

15、界上主要盾构制造商生产盾构机台数一览盾构的发展历史盾构的发展历史盾构的发展四号线7#、8#盾构四号线5#、6#盾构四号线3#、4#盾构四号线1#、2#盾构十号线6#、7#盾构十号线5#盾构十号线3#、4#盾构十号线1#、2#盾构十号线1#、2#盾构 15盾构及其工作原理盾构及其工作原理盾构及其工作原理盾构及其工作原理盾构盾构盾构盾构-shield machine:-shield machine:是一种用于软土隧道暗挖施工，具有金属外是一种用于软土隧道暗挖施工，具有金属外是一种用于软土隧道暗挖施工，具有金属外是一种用于软土隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有整机及辅助设备，在其掩护下进行土体开挖

16、、土碴壳，壳内装有整机及辅助设备，在其掩护下进行土体开挖、土碴壳，壳内装有整机及辅助设备，在其掩护下进行土体开挖、土碴壳，壳内装有整机及辅助设备，在其掩护下进行土体开挖、土碴排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道一次成形的机械。排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道一次成形的机械。排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道一次成形的机械。排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道一次成形的机械。盾构的工作原理：一个盾构的工作原理：一个盾构的工作原理：一个盾构的工作原理：一个钢结构组件（盾壳）钢结构组件（盾壳）钢结构组件（盾壳）钢结构组件（盾壳）沿隧道轴线边向前推沿隧道轴线边向前推沿隧道轴线边向

17、前推沿隧道轴线边向前推进边对地层进行掘进。盾壳起临时支护作用，承受周围土层的土进边对地层进行掘进。盾壳起临时支护作用，承受周围土层的土进边对地层进行掘进。盾壳起临时支护作用，承受周围土层的土进边对地层进行掘进。盾壳起临时支护作用，承受周围土层的土压、水压并将地下水挡在盾壳外面。压、水压并将地下水挡在盾壳外面。压、水压并将地下水挡在盾壳外面。压、水压并将地下水挡在盾壳外面。盾构施工主要由稳定工作面、掘进及排土、管片衬砌及壁后注浆盾构施工主要由稳定工作面、掘进及排土、管片衬砌及壁后注浆盾构施工主要由稳定工作面、掘进及排土、管片衬砌及壁后注浆盾构施工主要由稳定工作面、掘进及排土、管片衬砌及壁后注浆三

18、大要素组成；三大要素组成；三大要素组成；三大要素组成；硬岩掘进机与盾构的主要区别就是不具备泥水压、土压等维护掌硬岩掘进机与盾构的主要区别就是不具备泥水压、土压等维护掌硬岩掘进机与盾构的主要区别就是不具备泥水压、土压等维护掌硬岩掘进机与盾构的主要区别就是不具备泥水压、土压等维护掌子面稳定的功能。子面稳定的功能。子面稳定的功能。子面稳定的功能。16盾构分类盾构分类盾构分类盾构分类一、按断面形状一、按断面形状一、按断面形状一、按断面形状单圆盾构、多圆盾构、非圆盾构单圆盾构、多圆盾构、非圆盾构单圆盾构、多圆盾构、非圆盾构单圆盾构、多圆盾构、非圆盾构17 18盾构分类盾构分类盾构分类盾构分类一、按支护地

19、层的形式分类一、按支护地层的形式分类一、按支护地层的形式分类一、按支护地层的形式分类 19盾构分类盾构分类盾构分类盾构分类一、按开挖面与作业室之间隔板的构造分类一、按开挖面与作业室之间隔板的构造分类一、按开挖面与作业室之间隔板的构造分类一、按开挖面与作业室之间隔板的构造分类 20盾构分类盾构分类盾构分类盾构分类 21盾构分类盾构分类盾构分类盾构分类 22盾构分类盾构分类盾构分类盾构分类盾构机类型密闭型盾构机类型 25盾构分类盾构分类盾构分类盾构分类-泥水盾构泥水盾构泥水盾构泥水盾构泥水盾构：泥水加压平衡盾构。利用循环悬浮液的体积对泥浆压力进行调节和泥水盾构：泥水加压平衡盾构。利用循环悬浮液的体

20、积对泥浆压力进行调节和泥水盾构：泥水加压平衡盾构。利用循环悬浮液的体积对泥浆压力进行调节和泥水盾构：泥水加压平衡盾构。利用循环悬浮液的体积对泥浆压力进行调节和控制，采用膨润土悬浮液作为支护材料。控制，采用膨润土悬浮液作为支护材料。控制，采用膨润土悬浮液作为支护材料。控制，采用膨润土悬浮液作为支护材料。开挖面的稳定机理开挖面的稳定机理开挖面的稳定机理开挖面的稳定机理：1 1）以泥水压力）以泥水压力）以泥水压力）以泥水压力来抵抗开挖面的土压力和水压力以保持开挖面稳定，同时控制开挖面变形和地来抵抗开挖面的土压力和水压力以保持开挖面稳定，同时控制开挖面变形和地来抵抗开挖面的土压力和水压力以保持开挖面稳

21、定，同时控制开挖面变形和地来抵抗开挖面的土压力和水压力以保持开挖面稳定，同时控制开挖面变形和地基沉降；（基沉降；（基沉降；（基沉降；（2 2）在开挖面形成弱透水性泥膜，保持泥水压力有效作用于开挖面）在开挖面形成弱透水性泥膜，保持泥水压力有效作用于开挖面）在开挖面形成弱透水性泥膜，保持泥水压力有效作用于开挖面）在开挖面形成弱透水性泥膜，保持泥水压力有效作用于开挖面。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥开挖的土砂以泥浆形式输送到地面

22、，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。水进行质量调整，再输送到开挖面。水进行质量调整，再输送到开挖面。水进行质量调整，再输送到开挖面。由由由由5 5大系统组成：大系统组成：大系统组成：大系统组成：（1 1）一边利用刀盘挖掘整个工作面、一边推进的盾构掘进系统；）一边利用刀盘挖掘整个工作面、一边推进的盾构掘进系统；）一边利用刀盘挖掘整个工作面、一边推进的盾构掘进系统；）一边利用刀盘挖掘整个工作面、一边推进的盾构掘进系统；（2 2）可调整泥浆特性，并将其送至开挖面，保持开挖面稳定的泥水循环系统；）可调整泥浆特性，并将其送至开挖面，保持开挖面稳定的泥水循环系统；）可调整

23、泥浆特性，并将其送至开挖面，保持开挖面稳定的泥水循环系统；）可调整泥浆特性，并将其送至开挖面，保持开挖面稳定的泥水循环系统；（3 3）综合管理送排泥状态、泥水压力及泥水设备运转状况的综合管理系统；）综合管理送排泥状态、泥水压力及泥水设备运转状况的综合管理系统；）综合管理送排泥状态、泥水压力及泥水设备运转状况的综合管理系统；）综合管理送排泥状态、泥水压力及泥水设备运转状况的综合管理系统；（4 4）泥水分离处理系统；）泥水分离处理系统；）泥水分离处理系统；）泥水分离处理系统；（5 5）壁后同步注浆系统；）壁后同步注浆系统；）壁后同步注浆系统；）壁后同步注浆系统；26盾构分类盾构分类盾构分类盾构分类

24、 27盾构分类盾构分类盾构分类盾构分类土压平衡盾构：土压平衡盾构：土压平衡盾构：土压平衡盾构：是在机械式盾构的前部设置隔板，使土仓和排土是在机械式盾构的前部设置隔板，使土仓和排土是在机械式盾构的前部设置隔板，使土仓和排土是在机械式盾构的前部设置隔板，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠推进油缸的推力给用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠推进油缸的推力给用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠推进油缸的推力给用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠推进油缸的推力给土仓内的开挖土碴加压，使土压作用于开挖面以使其稳定。土压土仓内的开挖土碴加压，使土压作用于开挖面以使其稳定。土压土

25、仓内的开挖土碴加压，使土压作用于开挖面以使其稳定。土压土仓内的开挖土碴加压，使土压作用于开挖面以使其稳定。土压平衡盾构的支护材料是土壤本身。平衡盾构的支护材料是土壤本身。平衡盾构的支护材料是土壤本身。平衡盾构的支护材料是土壤本身。28盾构分类盾构分类盾构分类盾构分类切削刀盘切削刀盘 密封舱密封舱 螺旋输送机螺旋输送机 主推进系统主推进系统转弯及纠偏系统转弯及纠偏系统管片拼装系统管片拼装系统加泥、加泡沫系统加泥、加泡沫系统盾尾密封系统盾尾密封系统背后同步注浆系统背后同步注浆系统数据采集系统数据采集系统切削刀盘切削刀盘刀头型式（齿形刀）刀头型式（齿形刀）刀头型式（滚刀）刀头工作状态刀盘开口率n 面

26、板开口部分的总面积占盾构开挖断面积的比率面板开口部分的总面积占盾构开挖断面积的比率n 通常控制在通常控制在20206565n 不稳定地层，开口率小，稳定地层，开口率大。不稳定地层，开口率小，稳定地层，开口率大。密封舱、螺旋输送机密封舱、螺旋输送机用于存贮被刀盘切削下来的土体用于存贮被刀盘切削下来的土体 以维持开挖面的稳定性以维持开挖面的稳定性 主动土压力地下水压力主动土压力地下水压力 P P 被动土压力地下水压力被动土压力地下水压力主推进系统主推进系统采用千斤顶推进采用千斤顶推进中小直径盾构机：千斤顶推力中小直径盾构机：千斤顶推力6001500kN/个个大直径盾构机：大直径盾构机：200040

27、00kN/个个盾构机总推力：所有千斤顶推力之和盾构机总推力：所有千斤顶推力之和推进速度：不小于推进速度：不小于5cm/min一般一般200500m/月，最快月，最快900m/月月主推进系统转弯及纠偏系统转弯及纠偏系统左右角度左右角度 1.02.0上下角度上下角度 0.51.0加泥、加泡沫系统加泥、加泡沫系统注入器用来向密封舱、刀盘和螺旋输送机注入器用来向密封舱、刀盘和螺旋输送机内注入添加剂内注入添加剂两种添加剂：泥浆、化学发泡剂两种添加剂：泥浆、化学发泡剂使固结土成为流动性好、不透水的塑流体使固结土成为流动性好、不透水的塑流体 有利于开挖面实行有效的密封和排土有利于开挖面实行有效的密封和排土

28、盾尾密封系统油脂泵、钢丝刷油脂泵、钢丝刷背后同步注浆系统同步填充盾构机向前推进过程中管片脱出盾尾所同步填充盾构机向前推进过程中管片脱出盾尾所产生的间隙；产生的间隙；改善管片结构防水和抗渗性能；改善管片结构防水和抗渗性能；促进隧道管片结构及早稳定；促进隧道管片结构及早稳定；限制隧道结构蛇行。限制隧道结构蛇行。背后同步注浆系统背后同步注浆效果图背后同步注浆效果图特殊超前注浆加固土体系统特殊超前注浆加固土体系统数据采集系统利用土压传感器利用土压传感器数据采集频率：数据采集频率：1 1次次/s/s数据整理：数据整理：1010次的平均值，并保存次的平均值，并保存数据输出：环报；日报；周报；旬报；月报数据

29、输出：环报；日报；周报；旬报；月报数据采集系统盾构选型盾构选型工程地质条件、水文地质条件工程地质条件、水文地质条件地层参数地层参数地面环境、地面和地下建筑物对地层沉降的敏感度地面环境、地面和地下建筑物对地层沉降的敏感度隧道尺寸隧道尺寸工期工期投资投资经验经验盾构选型应从安全性、技术先进性、经济性等方面综合考盾构选型应从安全性、技术先进性、经济性等方面综合考虑，所选择的盾构形式应能尽量减少辅助施工法并确保开虑，所选择的盾构形式应能尽量减少辅助施工法并确保开挖面稳定和适应围岩条件。应考虑以下因素：挖面稳定和适应围岩条件。应考虑以下因素：盾构选型盾构选型-主要步骤主要步骤（1 1）在对工程地质、水文

30、地质条件、周围环境、工期要求、）在对工程地质、水文地质条件、周围环境、工期要求、经济性等充分研究的基础上选定盾构的类型；对敞开式、闭经济性等充分研究的基础上选定盾构的类型；对敞开式、闭胸式盾构进行比选；胸式盾构进行比选；（2 2）在确定选用闭胸式盾构后，根据地层的渗透系数、颗粒）在确定选用闭胸式盾构后，根据地层的渗透系数、颗粒级配、地下水压、环保、辅助施工方法、施工环境、安全等级配、地下水压、环保、辅助施工方法、施工环境、安全等因素对土压平衡盾构和泥水盾构进行比选；因素对土压平衡盾构和泥水盾构进行比选；（3 3）根据详细勘察资料，对盾构各主要功能部件进行选择和）根据详细勘察资料，对盾构各主要功

31、能部件进行选择和设计，并根据地质条件等确定盾构的主要技术参数。设计，并根据地质条件等确定盾构的主要技术参数。（4 4）根据地质条件选择与盾构掘进速度相匹配的盾构后配套）根据地质条件选择与盾构掘进速度相匹配的盾构后配套施工设备。施工设备。盾构选型盾构选型-主要方法主要方法（1 1）根据地层的渗透系数进行选型；）根据地层的渗透系数进行选型；K10-7m/S 土压平衡盾构土压平衡盾构 10-7m/sK10-4m/s 泥水盾构泥水盾构 （2）根据颗粒级配进行选型；）根据颗粒级配进行选型；一般来说，当岩土中的粉粒和黏粒的总量达到一般来说，当岩土中的粉粒和黏粒的总量达到40%以上时，通常宜选以上时，通常宜

32、选用土压平衡盾构，相反的情况选择泥水盾构比较合适。用土压平衡盾构，相反的情况选择泥水盾构比较合适。（3）根据地下水压进行选型）根据地下水压进行选型当水压大于当水压大于0.3MPa时，适宜采用泥水盾构。如因地质原因需采用土压时，适宜采用泥水盾构。如因地质原因需采用土压平衡盾构时，需增大螺旋输送机的长度或采用二级螺旋输送机，或采平衡盾构时，需增大螺旋输送机的长度或采用二级螺旋输送机，或采用保压泵。用保压泵。盾构选型盾构选型 50盾构法施工盾构法施工盾构法施工盾构法施工在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井；在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井；盾构在起始端工作井内安装就位；盾构在起始端工作井

33、内安装就位；依靠盾构千斤顶推力（作用在新拼装好的衬砌和工作井后壁上）依靠盾构千斤顶推力（作用在新拼装好的衬砌和工作井后壁上）将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出；将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出；盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片；衬砌管片；及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置；及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置；盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也克穿越工作井再盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也克穿越工作井再向前推进。向前推进。盾构始发流程图盾构始发流

34、程图盾构始发指利用反力架和负环管片，将始发基座上的盾构，盾构始发指利用反力架和负环管片，将始发基座上的盾构，由始发竖井推入地层，开始沿设计线路掘进的一系列作业。由始发竖井推入地层，开始沿设计线路掘进的一系列作业。盾构始发工艺构造盾构拼装盾构拼装 设置盾构支承平台（由型设置盾构支承平台（由型钢拼成或由混凝土垫层构钢拼成或由混凝土垫层构成）成）盾构都拆卸成切口环、支盾构都拆卸成切口环、支承环、盾尾三节运到工地，承环、盾尾三节运到工地，切口环与支承环用螺栓联切口环与支承环用螺栓联成整体，盾尾与支承环之成整体，盾尾与支承环之间则采用对接焊连接间则采用对接焊连接设置反力支架和传力管片设置反力支架和传力管

35、片 盾构始发指利用反力架和负环管片，将始发基座上的盾构，盾构始发指利用反力架和负环管片，将始发基座上的盾构，由始发竖井推入地层，开始沿设计线路掘进的一系列作业。由始发竖井推入地层，开始沿设计线路掘进的一系列作业。盾构掘进 通过开挖面管理（刀盘和密封舱内的碴土压力）、添加剂注通过开挖面管理（刀盘和密封舱内的碴土压力）、添加剂注入管理、切削土量管理和盾构机管理使开挖面土压稳定在设入管理、切削土量管理和盾构机管理使开挖面土压稳定在设定值定值 利用智能化测量系统，随时掌握正在掘进中的盾构的位置和利用智能化测量系统，随时掌握正在掘进中的盾构的位置和姿态（俯仰、旋转、偏移、超挖、蛇形等）姿态（俯仰、旋转、

36、偏移、超挖、蛇形等）加强注浆管理，及时填满衬砌与周围地层之间的环向间隙加强注浆管理，及时填满衬砌与周围地层之间的环向间隙（注浆量、注浆压力、浆液强度、凝结时间），同步注浆、（注浆量、注浆压力、浆液强度、凝结时间），同步注浆、即时注浆、后方注浆。即时注浆、后方注浆。管片拼装：垂直度、真圆度、螺栓、曲线地段的楔形管片、管片拼装：垂直度、真圆度、螺栓、曲线地段的楔形管片、接缝防水。接缝防水。盾构出洞 盾构隧道 盾构隧道（大坡度）盾构隧道（急曲线）盾构法施工地面沉降盾构法施工地面沉降 盾构法施工地面沉降地面沉降值预测Peck公式有限元数值计算盾构法施工地面沉降地面沉降的防治措施地面沉降的防治措施 保持

37、开挖面的稳定性保持开挖面的稳定性 及时、有效、足量地注浆充填衬砌背后的间隙及时、有效、足量地注浆充填衬砌背后的间隙严格控制盾构施工中的偏差量严格控制盾构施工中的偏差量 盾构管片设计与计算盾构管片设计与计算盾构管片设计与计算盾构管片设计与计算自由变形弹性匀质圆环法自由变形弹性匀质圆环法忽略地层弹性抗力，不考虑环向接头的影响，结构为弹性匀质体，忽略地层弹性抗力，不考虑环向接头的影响，结构为弹性匀质体，解析解。解析解。考虑侧向水平抗力匀质圆环法考虑侧向水平抗力匀质圆环法 将衬砌圆环考虑为弹性匀质圆环，用刚度折减系数将衬砌圆环考虑为弹性匀质圆环，用刚度折减系数（1 1）来体现环向接头的影响。来体现环向

38、接头的影响。弯矩弯矩折减系数（折减系数（1-1-）。）。曲梁弹簧解析法曲梁弹簧解析法 用曲梁单元模拟管片的实际状况，用接头抗弯刚度用曲梁单元模拟管片的实际状况，用接头抗弯刚度K K来体现环向接来体现环向接头的实际抗弯刚度，管片接头采用弹簧模拟。头的实际抗弯刚度，管片接头采用弹簧模拟。弹性地基梁法或弹性支承链杆法弹性地基梁法或弹性支承链杆法盾构管片设计与计算盾构管片设计与计算管片的弹性抗力管片的弹性抗力不计弹性抗力不计弹性抗力三角形分布（地层有较显著的侧向约束）三角形分布（地层有较显著的侧向约束）月牙形分布（坚硬地层）月牙形分布（坚硬地层）盾构管片设计与计算管片的弹性抗力管片的类型管片的类型钢管

39、片，铸铁管片，钢筋混凝土管片钢管片，铸铁管片，钢筋混凝土管片平板形，箱形，六角形平板形，箱形，六角形有螺栓连接：直螺栓，斜螺栓，弯螺栓有螺栓连接：直螺栓，斜螺栓，弯螺栓无螺栓连接：销钉接头无螺栓连接：销钉接头管片类型管片类型标准块标准块邻接块邻接块封顶块封顶块管片的类型管片的类型管片的几何设计管片的几何设计n考虑因素：考虑因素：n线路的曲线要素，施工期、使用期结构的安全线路的曲线要素，施工期、使用期结构的安全性、可行性以及施工误差、测量误差、结构容性、可行性以及施工误差、测量误差、结构容许沉陷、结构受力及变形的需要，类比其它工许沉陷、结构受力及变形的需要，类比其它工程来确定程来确定 n隧道内径

40、的确定隧道内径的确定 n限界为限界为5200mm5200mm，最终确定为最终确定为 5400mm5400mm衬砌环宽度衬砌环宽度 1m1m，1.2m1.2m，1.5m1.5m，1.8m,2.0m,2.5m1.8m,2.0m,2.5m漏水环节、螺栓，施工进度，制作费用，安装漏水环节、螺栓，施工进度，制作费用，安装费用，拟合误差。费用，拟合误差。管片厚度管片厚度 外径的外径的5.5%5.5%280mm,300mm,350mm280mm,300mm,350mm衬砌环分块衬砌环分块 管片制作、防水、运输、拼装、结构管片制作、防水、运输、拼装、结构分块方案：一块封顶块，两块邻接块，分块方案：一块封顶块，

41、两块邻接块，N N块标准块；一块块标准块；一块封顶块，一块邻接块，封顶块，一块邻接块，N N块标准块；块标准块；衬砌拼装方式衬砌拼装方式 通缝、错缝通缝、错缝 管片制作要求管片制作要求 混凝土：混凝土：C50C50，添加磨细粉煤灰，添加磨细粉煤灰水泥用量水泥用量450kg/m3450kg/m3，抗渗等级，抗渗等级S6S6钢模精度：钢模精度：0.5mm0.5mm 84端头加固端头加固端头加固端头加固盾构施工中一个关键环节是端头加固；在始发掘进和到达掘进时，盾构施工中一个关键环节是端头加固；在始发掘进和到达掘进时，盾构施工中一个关键环节是端头加固；在始发掘进和到达掘进时，盾构施工中一个关键环节是端

42、头加固；在始发掘进和到达掘进时，随着竖井挡土墙的拆除，端头土体的结构、作用荷载和应力将发生随着竖井挡土墙的拆除，端头土体的结构、作用荷载和应力将发生随着竖井挡土墙的拆除，端头土体的结构、作用荷载和应力将发生随着竖井挡土墙的拆除，端头土体的结构、作用荷载和应力将发生变化，对始发掘进和到达掘进的竖井端头地层需进行土体加固。地变化，对始发掘进和到达掘进的竖井端头地层需进行土体加固。地变化，对始发掘进和到达掘进的竖井端头地层需进行土体加固。地变化，对始发掘进和到达掘进的竖井端头地层需进行土体加固。地层加固的目的主要是：防止拆除临时墙时的振动影响；在盾构贯入层加固的目的主要是：防止拆除临时墙时的振动影响

43、；在盾构贯入层加固的目的主要是：防止拆除临时墙时的振动影响；在盾构贯入层加固的目的主要是：防止拆除临时墙时的振动影响；在盾构贯入开挖面前，能使围岩自稳及防止地下水流失；防止开挖面坍塌；防开挖面前，能使围岩自稳及防止地下水流失；防止开挖面坍塌；防开挖面前，能使围岩自稳及防止地下水流失；防止开挖面坍塌；防开挖面前，能使围岩自稳及防止地下水流失；防止开挖面坍塌；防止地表沉降。止地表沉降。止地表沉降。止地表沉降。加固的方法目前采用较广的是深层搅拌桩法，并在搅拌桩加固体与加固的方法目前采用较广的是深层搅拌桩法，并在搅拌桩加固体与加固的方法目前采用较广的是深层搅拌桩法，并在搅拌桩加固体与加固的方法目前采用

44、较广的是深层搅拌桩法，并在搅拌桩加固体与连续墙间无法加固的间隙处采用旋喷法进行补充加固。连续墙间无法加固的间隙处采用旋喷法进行补充加固。连续墙间无法加固的间隙处采用旋喷法进行补充加固。连续墙间无法加固的间隙处采用旋喷法进行补充加固。始发与到达端地层加固范围一般为隧道衬砌轮廓线外左右两侧各始发与到达端地层加固范围一般为隧道衬砌轮廓线外左右两侧各始发与到达端地层加固范围一般为隧道衬砌轮廓线外左右两侧各始发与到达端地层加固范围一般为隧道衬砌轮廓线外左右两侧各3m3m，顶板以上为，顶板以上为，顶板以上为，顶板以上为3m3m，底板以下，底板以下，底板以下，底板以下2.5m2.5m，加固长度根据土质而定。

45、加固长，加固长度根据土质而定。加固长，加固长度根据土质而定。加固长，加固长度根据土质而定。加固长度要足够。当端头井为砂性土层时，加固长度应大于盾构主机长度。度要足够。当端头井为砂性土层时，加固长度应大于盾构主机长度。度要足够。当端头井为砂性土层时，加固长度应大于盾构主机长度。度要足够。当端头井为砂性土层时，加固长度应大于盾构主机长度。出洞口密封出洞口密封 86土压平衡盾构开挖面稳定机理土压平衡盾构开挖面稳定机理土压平衡盾构开挖面稳定机理土压平衡盾构开挖面稳定机理开挖土仓由刀盘、切口环、隔板及螺旋输送机组成。土压平衡盾开挖土仓由刀盘、切口环、隔板及螺旋输送机组成。土压平衡盾开挖土仓由刀盘、切口环

46、、隔板及螺旋输送机组成。土压平衡盾开挖土仓由刀盘、切口环、隔板及螺旋输送机组成。土压平衡盾构就是将刀盘开挖下来的土碴填满土仓，在切削刀盘后面及隔板构就是将刀盘开挖下来的土碴填满土仓，在切削刀盘后面及隔板构就是将刀盘开挖下来的土碴填满土仓，在切削刀盘后面及隔板构就是将刀盘开挖下来的土碴填满土仓，在切削刀盘后面及隔板上焊有能使土仓内土碴强制混合的搅拌棒。借助盾构推进油缸的上焊有能使土仓内土碴强制混合的搅拌棒。借助盾构推进油缸的上焊有能使土仓内土碴强制混合的搅拌棒。借助盾构推进油缸的上焊有能使土仓内土碴强制混合的搅拌棒。借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压，产生泥土压力，这一压力作用于整个作推力通

47、过隔板进行加压，产生泥土压力，这一压力作用于整个作推力通过隔板进行加压，产生泥土压力，这一压力作用于整个作推力通过隔板进行加压，产生泥土压力，这一压力作用于整个作业面，使作业面稳定，刀盘切削下来的土碴量与螺旋输送机向外业面，使作业面稳定，刀盘切削下来的土碴量与螺旋输送机向外业面，使作业面稳定，刀盘切削下来的土碴量与螺旋输送机向外业面，使作业面稳定，刀盘切削下来的土碴量与螺旋输送机向外输送量相平衡，维持土仓内压力稳定在预定的范围内。输送量相平衡，维持土仓内压力稳定在预定的范围内。输送量相平衡，维持土仓内压力稳定在预定的范围内。输送量相平衡，维持土仓内压力稳定在预定的范围内。土压平衡盾构开挖面得的

48、定由以下因素的综合作用维持：土压平衡盾构开挖面得的定由以下因素的综合作用维持：土压平衡盾构开挖面得的定由以下因素的综合作用维持：土压平衡盾构开挖面得的定由以下因素的综合作用维持：（1 1）土仓内的土压力平衡地层压力和水压力；）土仓内的土压力平衡地层压力和水压力；）土仓内的土压力平衡地层压力和水压力；）土仓内的土压力平衡地层压力和水压力；（2 2）螺旋输送机调节排土量；）螺旋输送机调节排土量；）螺旋输送机调节排土量；）螺旋输送机调节排土量；（3 3）适当保持泥土的流动性，根据需要调节添加剂的注入量。）适当保持泥土的流动性，根据需要调节添加剂的注入量。）适当保持泥土的流动性，根据需要调节添加剂的注

49、入量。）适当保持泥土的流动性，根据需要调节添加剂的注入量。87土压平衡盾构开挖面稳定机理土压平衡盾构开挖面稳定机理土压平衡盾构开挖面稳定机理土压平衡盾构开挖面稳定机理 88土压平衡盾构地质适应范围土压平衡盾构地质适应范围土压平衡盾构地质适应范围土压平衡盾构地质适应范围土压平衡盾构主要应用在黏稠土壤中，该类型土壤富含粘土、亚土压平衡盾构主要应用在黏稠土壤中，该类型土壤富含粘土、亚土压平衡盾构主要应用在黏稠土壤中，该类型土壤富含粘土、亚土压平衡盾构主要应用在黏稠土壤中，该类型土壤富含粘土、亚粘土或淤泥土，具有低渗透性。有软稠度的粘质粉土和粉砂是最粘土或淤泥土，具有低渗透性。有软稠度的粘质粉土和粉砂

50、是最粘土或淤泥土，具有低渗透性。有软稠度的粘质粉土和粉砂是最粘土或淤泥土，具有低渗透性。有软稠度的粘质粉土和粉砂是最适合使用土压平衡盾构的土层。这种土质在螺旋输送机内压缩形适合使用土压平衡盾构的土层。这种土质在螺旋输送机内压缩形适合使用土压平衡盾构的土层。这种土质在螺旋输送机内压缩形适合使用土压平衡盾构的土层。这种土质在螺旋输送机内压缩形成防水土塞，使土仓和螺旋输送机内部产生土压力来平衡掌子面成防水土塞，使土仓和螺旋输送机内部产生土压力来平衡掌子面成防水土塞，使土仓和螺旋输送机内部产生土压力来平衡掌子面成防水土塞，使土仓和螺旋输送机内部产生土压力来平衡掌子面的土压力和水压力。的土压力和水压力。