知名企业盾构法技术发展与展望课件二.ppt
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1、盾构法技术发展与展望二西南交通大学西南交通大学 晏启祥晏启祥The development and Prospect of shield methodQixiang Yan/Southwest Jiaotong University中铁隆工程集团有限公司技术交流会中铁隆工程集团有限公司技术交流会2018201820182018年年年年5 5 5 5月月月月4 4 4 4日日日日 四川四川四川四川成都成都成都成都u西南交通大学教授、博士生导师u西南交通大学土木工程学院地下工程系 主任u交通隧道工程教育部重点实验室 常务副主任u教育部新世纪优秀人才计划入选者u四川省学术与技术带头人u成都市人才计划
2、首批突贡专家u隧道与地下工程分会地下铁道专委会 副主任委员u土力学与岩土工程分会交通岩土工程专委会 秘书长主主持持国国家家自自然然科科学学基基金金4 4项项,国国家家科科技技支支撑撑计计划划课课题题1 1项项,主主持持或或主主研研国国家家973973课课题题、国国家家863863课课题题、国国家家科科技技支支撑撑课课题题、铁铁道道部部重重点点和和重重大大、西西部部交交通通科科技技项项目目在在内内的的科科研课题近研课题近2020项;项;获获国国家家技技术术发发明明二二等等奖奖1 1项项(排排名名第第3 3),国国家家科科技技进进步步二二等等奖奖2 2项项(排排名名第第7 7和和第第1010)、省
3、省部部级级科科技技进进步步一一等等奖奖4 4项项、二二等等奖奖2 2项项(以以上上皆皆为为个个人人证证书书获获得得者者),詹詹天天佑铁道科技专项奖佑铁道科技专项奖1 1项;项;在在Tunnelling Tunnelling And And Underground Underground Space Space TechnologyTechnology、土土木木工工程程学学报报、岩岩石石力力学学与与工工程程学学报报、铁铁道道学学报报等等国国内内国国际际期期刊刊上上发发表表论论文文120120余余篇篇(SCISCI论论文文2020篇篇,国内国际会议论文近,国内国际会议论文近2020篇篇,获国家获国
4、家发明专利发明专利1111项,实用新型专利项,实用新型专利1313项项。主讲人简况盾构按敞开程度分类全敞开式部分敞开式密闭式能直接看到全部掘削面状况的形式。能直接看到全部掘削面状况的形式。在掘削面与内仓之间设有一层隔板,故无在掘削面与内仓之间设有一层隔板,故无法直接观察掘削面状况,只能靠一些传感法直接观察掘削面状况,只能靠一些传感器间接地掌握掘削面状况。器间接地掌握掘削面状况。只能看到部分掘削面状况的形式。只能看到部分掘削面状况的形式。全敞开式盾构掘削面呈裸露状态,故掘削状态是干挖,出土效率高掘削面呈裸露状态,故掘削状态是干挖,出土效率高特点:特点:适用地层:适用地层:适适用用于于掘掘削削面面
5、自自稳稳性性好好的的地地层层(洪洪积积层层压压实实沙沙、沙沙砾砾、固固结结粉粉砂砂及及粘粘土土等等),对对于于自自稳稳性性差差的的地地层层(冲冲积积层层中中的的砂砂层层、粉粉砂砂层层及及粘粘土土层层)应应辅辅以以压压气气、降降水水、注注浆浆加加固等措施,以确保掘削面的稳定。固等措施,以确保掘削面的稳定。部分敞开式盾构主要指网格挤压式盾构主要指网格挤压式盾构适用范围:适用范围:因正面网格开孔出土面积较小,适宜在软弱粘因正面网格开孔出土面积较小,适宜在软弱粘土层中施工。因对正面土体存在挤压扰动,较难控制地表土层中施工。因对正面土体存在挤压扰动,较难控制地表沉降,不宜在建筑物密集地方使用。沉降,不宜
6、在建筑物密集地方使用。特征:特征:利用盾构切口的网格将正面土体挤压并切削为小块,利用盾构切口的网格将正面土体挤压并切削为小块,同时以切口、封板及网格板与土体间的摩阻力来平衡正面同时以切口、封板及网格板与土体间的摩阻力来平衡正面地层侧向压力,达到开挖面的稳定。地层侧向压力,达到开挖面的稳定。密闭式盾构适用范围:适宜在软弱粘土、强透水砂土、复合地层中施适宜在软弱粘土、强透水砂土、复合地层中施工。因盾构机存在平衡仓体,因此对地中和地表地层控制工。因盾构机存在平衡仓体,因此对地中和地表地层控制较好,适合在建筑物密集地方使用或江湖河海水下使用。较好,适合在建筑物密集地方使用或江湖河海水下使用。特征:利用
7、刀盘上的刀具挤压并切削土体,同时以密闭仓利用刀盘上的刀具挤压并切削土体,同时以密闭仓内的水土压力或者气压来平衡正面地层压力,达到开挖面内的水土压力或者气压来平衡正面地层压力,达到开挖面的稳定。的稳定。盾构按截面形式分类圆形、椭圆形、矩形、马蹄形、双圆搭接形、三圆搭接形密闭式盾构按加压稳定方式分类气压式、泥水式、土压式密闭式盾构按支撑方式分类中心支撑式、中央支撑式、周边支撑式 泥水、土压盾构工法得到全世界范围内的普及和推广,技术细节不断完善、改进和提高。特种盾构工法相继问世,如双圆盾构、三圆盾构、矩形盾构、马蹄型盾构、球体盾构、母子盾构、ECL盾构等。大深度、大口径、长距离、高速施工、高水压等各
8、种施工措施及方法的成功应用。特种施工技术,如盾构地中对接技术、隧道竖井一体化施工技术、盾构直接进出井技术等。目前盾构工法的发展具有以下特点:目前盾构工法的发展具有以下特点:目前盾构工法的发展具有以下特点:目前盾构工法的发展具有以下特点:大断面矩形盾构工法 纵椭圆形或自由形盾构偏心多轴(DPLEX盾构)盾构工法 MF MF盾构是由两个或多个圆形断面的一部分错位重合而成,盾构是由两个或多个圆形断面的一部分错位重合而成,可同时开挖多个圆形断面。包括可同时开挖多个圆形断面。包括MFMF盾构、盾构、DOTDOT盾构、盾构、H&VH&V盾构,盾构,三圆盾构三圆盾构等等特点:特点:u 开挖面小,断面利用率高
9、,适用于地下空间受限的隧道建设。u 各圆形断面的控制相对独立。MF(Multi-Face)盾构工法 MF(Multi-Face)盾构工法 MF(Multi-Face)盾构工法 MF(Multi-Face)盾构工法 复数微型盾构(MMST盾构)工法 球体盾构由大盾构、球体、小盾构等部件构成。大盾构内藏一个可以旋转的球体,球体内藏一个无尾板可以伸缩的小盾构。大盾构的作用是完成大直径隧道的掘削,球体的作用是转向,小盾构的作用是完成转向后小直径隧道的掘削。分类分类竖横球体盾构竖横球体盾构换刀球体盾构换刀球体盾构横横球体盾构横横球体盾构用于竖井、隧道的一次性连续构筑(大埋深情况)。大深度、长距离掘进时可
10、随时随地更换刀具。大深度急转弯隧道。球体盾构工法 竖横球体和横横球体竖横球体和横横球体竖井向隧道竖井向隧道转换转换便于换刀便于换刀地中对接盾构工法MSD(Mechanical Shield Docking)该工法是指进行地中对接并解体的盾构施工方法。该该工法是指进行地中对接并解体的盾构施工方法。该工法有一对盾构组成,一台为发射盾构,一台为接受盾构。工法有一对盾构组成,一台为发射盾构,一台为接受盾构。特点:特点:不需设置到达竖井,大大延伸了不设竖井的盾不需设置到达竖井,大大延伸了不设竖井的盾构掘进长度。构掘进长度。施工过程概要:施工过程概要:发射盾构发射盾构接收盾构接收盾构在在母母盾盾构构(大大
11、盾盾构构)内内藏藏一一个个直直径径较较小小的的子子盾盾构构(小小盾盾构构),当当掘掘进进至至工工程程需需要要的的点点时时,使使子子盾盾构构从从母母盾盾构构中中分分离离出出来来继继续续掘掘进进,用用于于隧隧道变直径处。道变直径处。概念:概念:分类:分类:同心母子盾构、异心母子盾构。同心母子盾构、异心母子盾构。特点:特点:可以略去中间竖井而修筑一条变径的盾构隧道;可以略去中间竖井而修筑一条变径的盾构隧道;和采用与母盾构直径相同的大盾构构相比可以减少掘削土量;和采用与母盾构直径相同的大盾构构相比可以减少掘削土量;成本上,成本上,1台母子盾构台母子盾构1台大盾构台大盾构+1台小盾构。台小盾构。母子盾构
12、工法 异心母子盾构异心母子盾构同心母同心母子盾构子盾构母子盾构机实物图母子盾构机实物图中折盾构中折盾构中折盾构 中折盾构中折盾构竖向切削盾构固体回收盾构ECL(Extruded concrete lining)盾构工法 即在盾尾浇注混凝土修建衬砌的方法,从而取代了一般盾构采用即在盾尾浇注混凝土修建衬砌的方法,从而取代了一般盾构采用预制管片,故也称为现浇衬砌(挤压混凝土衬砌)工法。预制管片,故也称为现浇衬砌(挤压混凝土衬砌)工法。浇注素混凝土衬砌时的流程浇注素混凝土衬砌时的流程混凝土浇注是连续的浇注钢筋混凝土衬砌时的流程浇注钢筋混凝土衬砌时的流程混凝土浇注是周期性的工法特点工法特点(1)修建的衬
13、砌质量高,可以应用于混凝土衬砌、钢筋混凝土衬)修建的衬砌质量高,可以应用于混凝土衬砌、钢筋混凝土衬砌、钢纤维混凝土衬砌、预应力混凝土衬砌等多种场合;砌、钢纤维混凝土衬砌、预应力混凝土衬砌等多种场合;(2)对地层移动的控制较好。)对地层移动的控制较好。气泡盾构工法气泡盾构是一种利用发泡材与压缩空气作用生成气泡盾构是一种利用发泡材与压缩空气作用生成3030400m400m的微细乳状的微细乳状发泡,替代泥土压盾构中的添加材发泡,替代泥土压盾构中的添加材(以粘土、膨润土等为主要材料以粘土、膨润土等为主要材料)注入注入到掘削面和土舱,确保掘削面稳定的盾构。到掘削面和土舱,确保掘削面稳定的盾构。气泡盾构除
14、气泡系统外,其它构造均与一般土压盾构相同。入气泡可使掘削土的流动性和止水性得流动性和止水性得流动性和止水性得流动性和止水性得以提高以提高以提高以提高,生成所谓的气泡土,气泡土具有不粘附于面板和土舱内壁的特点。同时确保掘削面的稳定。对砂砾地层而言,由于气泡的支承作用气泡的支承作用气泡的支承作用气泡的支承作用使掘削土的流动性得以提高,故土舱内土体不会发生堵塞。另刀盘和螺旋传输机的扭矩也会减小,利于稳定掘削。对硬质粘土等容易发生粘附的地层而言,由于气泡的存在防止防止防止防止了掘削土与盾构刀盘面板、掘削土与土舱内壁的粘附粘附粘附粘附,利于正常掘削。由于气泡可以置换置换置换置换存在于土颗粒间隙中的水水水
15、水,故掘削土的止水性得以提高。对于地下水位高的砂地层以往易出现的地下水从螺旋输送机喷出的现象可被抑制。因为气泡具压缩性具压缩性具压缩性具压缩性,故掘削土压变动小,利于掘削面的稳定。盾构排出的气泡土的灭泡时间短,弃土处理容易。若要求迅速灭泡,则可采用灭泡材灭泡。气泡制造设备、注入设备与加泥盾构工法的加泥盾构相比设备规模要小。气泡盾构的排出土的量少,故处理费用少。气泡盾构工法的优点:气泡盾构工法的优点:向土舱内的掘削土中注入由膨润土、增粘剂、胍胶(CPM)等材料构成的主材而形成的工法。主材的作用是提高砾石层掘削土的流动性。随后向螺旋输送机内注入有机酸产生吸水反应即止水作用,该止水效果被称为注浆栓效
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