2019最新4 盾构施工技术化学

L LC LG LT
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LC －切口环的长度。对全（半）敞开式盾构而言，应根据切口贯入掘削 地层的深度、挡土千斤顶的最大伸缩量、掘削作业空间的长度等因素 确定；对封闭式盾构而言，应根据刀盘厚度、刀盘后面搅拌装置的纵 向长度、土舱的容量或长度等条件确定；
LG －支承环的长度，取决于盾构千斤顶、排土装置、举重臂支承机构等
因此，盾构法已在城市隧道（地铁隧道，污水排放隧道，引水、供 水隧道，江河湖海底隧道，电力、电讯、供气及共同沟工程等隧道）建 造中确定了绝对的统治地位，有人将其称为城市隧道工法。
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缺点：
当隧道曲线半径过小时，施工较为困难。 在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅，开挖面稳定甚为困难，甚至不能施 工；当在水下时，如覆土太浅则盾构法施工不够安全，要确保一定厚度的覆 土。 竖井施工时有噪声和振动，需有解决的措施。 盾构施工中采用全气压方法疏干和稳定地层时，对劳动保护要求较高，施 工条件差。
盾构的基本构造主要由壳体、切削系统、推进系统、出土 系统、拼装系统等组成。
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一、盾构壳体
组成：切口环、支承环、盾尾三部分
1、切口环
（1）位置——盾构最前端，
切入土层，掩护开挖
作业，长度≤2m；
垂直形——刀盘开挖，稳定土层手掘
（2）形状——
倾斜形——较不稳定土层手掘
阶梯形——不稳定土层手掘
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4.2 盾构的类型及选择
手掘式
全开敞式 半机械式
盾
机械式
构 分
半开敞式——挤压式
类
泥水式
表
密封式
土压式
土压式
泥土加压式
泥土加压式 泥浆式
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全开敞式
全开敞式盾构机是指没有隔墙、开挖面敞露状态的盾构机。 根据开挖方式的不同，又分为手掘式、半机械化式及机械
式三种。 这种盾构机适用于开挖面自稳性好的围岩。在遇到开挖面
• 特点是在隔墙的某处设置可调节开口 面积的排土口，盾构机正面贯入围岩 向前推进，使贯入部位土砂流动，由 孔口部位绞出，进行排土。
半开敞式盾构机的适用范围
开挖面的稳定是靠调节孔口大小和排土阻力，使千斤顶推力和 开挖面土压达到平衡来实现的。
适用于自稳性很差、流动性很大的软粘土和粉砂围岩，而不适 用含砂率高的围岩和硬质地层。若液性指数过高，则流动性过 大，也不能获得稳定的开挖面。
（3）设备——挖土设备（刀盘、挖土机）、排土设施、 挡土千斤顶、活动平台等）
（4）气压式、泥水平衡式、土压平衡式盾构，在切口 环与支承环之间设置密闭隔板。
2、支承环
（1）位置——是连接切口环与盾尾的中间部分； （2）结构——盾构结构的主体，较强刚性的圆环结构。
设环向、水平、竖直支撑；
承受荷载：地层土压力、千斤顶顶力、管片拼装等施 工荷载；
第4章 盾构施工技术
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4.1 施工技术要点和适用范围
盾构一词的含义在土木工程领域中为遮盖物、保护物。 盾构机是由外形与隧道断面相同、但尺寸比隧道外形稍大的钢 筒或框架压入地层中构成保护掘削机的外壳和壳内各种作业机械、 作业空间组成的组合体。盾构机是一种既能支承地层压力，又能 在地层中推进的施工机具。 使用盾构机在地下掘进，在护盾的保护下，在机内安全地进行 开挖和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法，称为盾构施工法
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通常把盾壳总长 L与盾构外径 之De比 称为 盾构的灵
敏度， 越小 ，操作越方便。一般在盾构直径确定后，灵敏度
值有一些经验数据可参考：
小直径盾构（De＜3.5m） 中直径盾构（ 3.5m £ De ）£ 6m
=1.2～1.5（多取1.50） =0.8～1.2（多取1.00）
大直径盾构（De ＞6m）
不能自稳的地层时，则需进行有压气施工法、地层超前加 固等辅助施工方法，以防止开挖面坍塌。
手掘式盾 构
• 手掘式盾构机的正面是开敞的，通常设置防止开挖顶面塌陷的活动前 檐及上承千斤顶、工作面千斤顶及防止开挖面塌陷的挡土千斤顶。
•开挖采用铁锹、镐、碎石机等开挖工具，人工进行。
手掘式盾构机的适用范围
适应的土质是自稳性强的洪积层压实的砂、砂砾，固结粉 砂和粘土。
向前推进。
技术要点
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1、建造盾构工作井 2、盾构掘进机安装就位 3、出洞口土体加固 4、初推段掘进施工 5、掘进机设备转换 6、盾构连续掘进施工 7、接收井洞口土体加固 8、盾构进入接收井，
并运出地面
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技术要点
盾构机大多为圆形，外壳由钢筒组成，钢筒直径稍大于 隧道衬砌的外径。在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开 挖土体的装置，在钢筒中段内沿周边安装顶进所需的千斤 顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置 数环拼成的隧道衬砌环。在盾构推进过程中不断从开挖面 排出适量的土方。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下 拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中 压注浆体，以防止隧道及地面下沉。
密封装置类型：
橡胶密封：L形、U形 钢丝束密封：弹簧钢板、 钢丝束、密封油脂
二、推进系统
组成——液压系统（液压站、控制系统）、 千斤顶群。
作用——盾构的前进、方向调整(克服推进阻力) 千斤顶布置——在支承环周圈布置，
单台推力，1000kN～2000kN， 行程比管片宽度长10～20cm。 推进速度：50—100mm/min 油压：30—40MPa(高液压系统)
盾构机由通用机械（外壳、掘削机构、挡土机构、推进机构、 管片拼装机构、附属机构等部件）和专用机构组成。专用机构因 机种的不同而异。
盾构的外形主要有：圆形（如左图）、双圆搭接形、三圆搭 接形、矩形（如右图）、马蹄形、半圆形或与隧道断面相似的特 殊形状等，但绝大多数为传统的圆形断面。
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=0.7～0.8（多取0.75）
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盾构法的主要优缺点
优点：
对环境影响小 施工不受地、地貌、江河水域等地表环境的限制 地表占地面积小，征地费用少 隧道的施工费用受埋深的影响不大，适宜于建造覆土较深的隧道。在 土质差、水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较好的技术经济 优越性 施工不受风雨气候条件影响 修筑的隧道抗地震性好 对地层的适应性宽，软土、砂卵石、软岩直至岩层均可
（3）设备——推进千斤顶（沿结构外沿布置）、操纵控 制室、衬砌拼装机；
（4）长度——取决于推进千斤顶长度，一般为衬砌环宽 加0.2～0.3m。
3、盾尾 （1）结构——盾构外壳钢板延长，掩护隧道管片拼装； （2）盾尾装置——密封装置，防地下水、加压泥水、衬砌背
后注浆浆液从盾尾流入隧道；
密封材料性能要求：富弹性、耐磨损、 耐撕裂、耐压力、 止水好。
由于适用地质范围狭窄，最近采用这种盾构机的工程很少。
密封式盾构
在机械开挖式盾构机内设置隔墙，将开挖土砂送入开挖面和隔 墙间的刀盘腔内，由泥水压力的土压提供足以使开挖面保持稳 定的压力。
密封式盾构机又分成（气压式）、泥水平衡式和土压平衡式。
土压平衡盾构机
土压平衡式盾构机的前端有一个全断面切削刀盘， 在它后面有一个贮留切削土体的密封舱，在其中心 处或下方装有长筒形的螺旋输送机，在密封舱和螺 旋输送机，以及在盾壳四周装设的土压传感装置， 根据需要还可装设改善切削土体流动性的塑流化材 料的注入设备。
切削刀盘形式
花板型
辐条型
砾石破碎型
• 用于切削土体，同时将切削下来的土体搅拌混合，以改善切削土 体的流动性。 在刀盘的正面装有切削刀具，其中齿形刀适用于软弱
地层，盘形刀适用于坚硬地层。刀盘背面装有搅拌翼片。为了在曲 线上施工，刀盘周边还装有齿形的超挖刀 。
切削刀盘主轴形式
中空轴式
中间支承式 周边支承式
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盾构在地下穿越，要承受各种压力，推进时，要克服正面 阻力，故要求盾构具有足够的强度和刚度。盾构主要用钢板 （单层厚板或多层薄板）制成。大型盾构考虑到水平运输和垂 直吊装的困难，可制成分体式，到现场进行就位拼装，部件的 连接一般采用定位销定位，高强度螺栓联接，最后焊接成型。
机械式盾构
• 机械式盾构机前面装备有旋转式刀盘，增大了盾构机的挖掘 能力，开挖的土砂通过旋转铲斗和斜槽装入皮带输送机，围岩 开挖和排土可以连续进行 。
半开敞式盾构
• 半开敞式是指挤压式盾 构机，它是在开放型盾构 的切口环与支撑环之间设 置胸板，以支挡正面土体， 但在胸板上有一些开口， 当盾构向前推进时，需要 排出的土体将从开口处挤 入盾构内，然后装车外运。
盾构法隧道上方一定范围内的地表沉陷尚难完全防止，特别在饱和含水松 软的土层中，要采取严密的技术措施才能把沉陷限制在很小的限度内。
在饱和含水地层中，盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水性 的技术要求较高。 用气压施工时，在周围有发生缺氧和枯井的危险，必须采取相应的办法。
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盾构隧道施工主要工序
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； 依靠盾构千斤顶推力(作用在已拼装好的衬砌环和工作井后壁上)
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
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； 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
土压平衡盾构机组成
4 1 23
56
7
11 10
9
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1.切削刀盘 2.开挖室 3.承压隔板 4.压缩空气闸室 5.推进
千斤顶 6.尾盾密封 7.管片 8.带式输送机 9.管片拼装机
10.刀盘驱动 11.螺旋输送机
土压平衡盾构机效果图
土压平衡盾构机的主要部件
切削刀盘 轴承和驱动部件 开挖室 螺旋输送机 塑流化材料注入器 土压传感器
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盾构隧道示意图
• 盾构掘进机(Shield)是 这种施工方法中最主要的 施工机具，它是一个既能 支撑地层压力又能在地层
中推进的钢筒结构体。
• 由切削刀盘、动力机构、液压主轴顶进机构、液压纠偏机构、液压 中继顶进机构、液压主顶进机构、衬砌及岩土排运机构以及检测导向 机构等几个部分组成。
土箱运土
井口土箱吊运
管片吊运下井◣ ◢管片水平运输
泥水平衡盾构
盾构机的尺寸
盾构机的外径
De D0 2(x t)
式中 D0— 管片外径，mm； x— 盾尾间隙，mm；
t— 盾尾外壳的厚度，mm。 盾构机的长度
盾构长度主要（L）取决于地质条件、隧道的平面形状、开挖方式、 出土方式及衬砌形式等多种因素。
• 中空轴式构造简单，搅拌效果好，适用于中小直径盾构； 中间支承式的强度和搅拌效果好，适用于大直径盾构；周 边支承式强度高，消除砾石容易。
轴承和驱动部件
分为中心轴驱动方式和非中心轴驱动方式。 中心轴驱动部件的封闭或敞开式切削刀盘是一种比较简单
的设计，在开挖室内不需要什么处理，也没什么障碍物， 可以从盾构机上接触到，易于修复。缺点是盾构中心被切 削刀盘部件占满，使螺旋输送安装坡度特别小，导致盾构 机的加长。 非中心轴驱动部件的封闭或敞开式切削刀盘驱动轴承的直 径约为盾构直径的一半。切削刀盘有单独的支架支承。优 点是稳定、不易阻塞和支承支架能起一定的搅拌作用，并 可以从盾构区域接近密封系统。
设备的规格大小，不应小于千斤顶最大伸长状态的长度；
LT －盾尾的长度，可按下式确定

LT LS B CF CR
LS －盾构千斤顶撑挡长度，m；
B－管片的宽度，m；

C
－组装管片的富余量，m。通常取＝（0.25～0.33）；
F
CR－包括安装尾封材在内的后部富余量，m。
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三、拼装系统
管片拼装机——把管片按设计位置和形状进 行拼装的机械装置；
组成——由举重臂和真圆保持器组成；
四、出土系统
1、皮带输送机 用于手掘式或半机械化
盾构；
2、螺旋输送机 用于土压平衡盾构
或手掘式、半机械化盾 构；
3、泥浆泵 用于泥水加压平衡盾构。

半机械化盾构
土压平衡盾构
螺旋输送机出土
对于开挖面不能自稳的冲积软弱砂层、粉砂和粘土，施工 时必须采用稳定开挖面的辅助施工法，如采用压气施工法、 改良地基、降低地下水位等措施
目前手掘式盾构机一般用于开挖断面有障碍物、巨砾石等 特殊场合，而且应用逐渐减少。
半机械式盾构
• 半机械式盾构机进行开挖及装运石碴都采用专用机械，配备液压铲 土机、臂式刀盘等挖掘机械和皮带运输机等出碴机械，或配备具有 开挖与出碴双重功能的机械。