第5章盾构隧道施工2

２.泥水加压盾构施工
３.土压平衡盾构施工
三、盾构操纵与纠偏
导致偏离隧道设计轴线的因素： （１）土层不均匀； （２）正面四周阻力不一致； （３）千斤顶的顶力不一致； （４）盾构重心偏于一侧； （５）衬砌缝防水材料压密不一致等。
目前盾构操纵与纠偏主要采取的方法： （１）调整千斤顶的编组：２－３cm,避免引起拼装困 难及对地层产生多大的扰动． （２）调整开挖面的阻力：
第三节
盾构隧道衬砌结构及设计计算
一、盾构隧道衬砌结构
（一）衬砌的断面形式和作用 横断面： 圆形、矩形、半圆形、马蹄形等。
衬砌的作用
在施工阶段： 防止土体变形、土体坍塌及泥水渗入，承受盾构推进时千 斤顶顶力及其他施工荷载； 竣工后： 衬砌单独或与内衬一起作为隧道的永久性支护结构，支撑 衬砌周围的水、土压力以及使用阶段和某些特殊学要的荷 载，同时防止泥水渗入。
泥水加压盾构
（１）泥水加压盾构稳定作用
泥水压力
水压力
泥水加压盾构工作原理
（２）泥水循环和管理 整个作业，送泥排泥泵、自动阀门、泥水处理设 备以及盾构动力设备均安装有测量控制装置，测量的 数据传到中央控制室，操作人员综合判断，正确控制 各个环节。
３.土压平衡盾构 适应条件： 适用含水饱和软弱地层中施工 土压平衡盾构原理： 随着盾构的推进，由旋转刀盘切削下来的土体进入密封舱 内，在舱内的土砂中注入一种具有流动性和不透水性的 “作浆材料”经搅拌把土拌成一种具有一定流动性、又不 透水的浆化泥土，充满密封舱及与之相连的螺旋输送机， 盾构推进时，浆化泥土产生压力与土体静压及水压平衡， 同时螺旋输送机送土。
到稳定开挖的作用，但在密封舱、盾尾及管片接
缝处容易漏气。
２.泥水加压盾构
泥水加压就是在盾构的封闭隔仓内注入泥水，通过 泥水加压和外部压力平衡，一保证开挖面土体的稳定。 要求从盾构推进、排泥到泥水的处理全部按系统化
作业。通过泥水压力、泥水流量、泥水浓度等测定，计
算出开挖土量，全部作业由中央控制台管理。
二.盾构推进
（一）盾构的技术性能参数 1. 盾构外径
为满足曲线段或纠偏旋转角a所必须的最小建筑空隙值 x，可按几何关系求得：
盾构外径：
盾构直径尺寸计算图
２.盾构长度
盾
构 长 度 尺 寸 计 算 图
盾构长度：
３.盾构灵敏度
灵敏度：盾构长度与直径之比，即Ｌ／Ｄ。
国内外地下隧道盾构性能特征表
（二）盾构推进 １.手掘式敞胸盾构施工 完全敞胸式： 纠偏：超挖 土质较差时：支撑千斤顶加撑板进行临时支护。 辅助施工：人工井点降水排除地下水或气压派稳定开挖 面。 网格式盾构：纠偏：千斤顶
衬砌圆环计算简图
（２）盾构推进阶段
千斤顶总推力作用在衬砌环缝面积上的验算。
（３）衬砌建筑间隙压注阶段
建筑空隙内压注浆液时，浆液聚集在孔附近一
定范围，压力集中、过大引起圆环变形和局部集中应 力，甚至导致封顶楔形管片滑移。 ３.特殊荷载阶段 战备防护等级进行人防荷载演算；地震力验算．
（１）有轨运输
（２）无轨运输
（３）管道运输
（1）有轨运输
矿车由电机车牵引到洞口或工作井，再经垂直起吊送 至地面。 缺点： 受一次通过矿车数量的限制，运输速度慢， 效率低。 （2）无轨运输 大型自卸卡车直接送到弃土场，效率高。 缺点： 要求隧道断面大，须先将洞口引道作好。
（3）管道运输 开挖下来的土体搅拌成泥浆经泥浆泵接力压送到地面， 使出土实现了连续化，提高了功效。且隧道内干净，实现 了文明施工。 缺点：必须设置泥水循环系统和泥水处理系统。
１）土压平衡盾构开挖面稳定机构 可采用两种稳定机构： （１）适用于粘性土层中
由充满在密封舱内和螺旋输送机内的土压与开挖面的
土压达到平衡，同时输送机排土，使得开挖量与出土
量保持平衡，保持开挖面的稳定。
（２）砂质土层中 由于地下水丰富，土层透水系数高，仅靠排土机构的 机械控制使砂土开挖面稳定就很困难，需要用水、膨 润土、粘土、高浓度泥水、泥浆材料等的混合料向开
保证质量的措施：
（１）保证环面接封平整纵向通缝防水涂料压密； （２）注意衬砌的准圆度，避免出现外张和内张角。
五、衬砌后注浆
一次压注： 随着盾尾出现立即注水泥沙浆，并保持一定的压 力，３０米进行控制注浆，以便在强压下充衬砌背后遗漏 的空隙。
两次压注： 通过管片的注浆孔向衬砌背后压注石英砂或卵石，以 防止地层塌陷，继续推进５－８环后，进行二次压注胶结 材料，充填空隙固结。 左右对称，从下向上，避免单点超压注浆。
（三）盾构进出洞设施
在井壁上预留临时的封门洞口，出洞时拆除临时封门， 逐步推进盾构进入地层，使盾构最终脱离工作井。 洞口周围土体加固方法： 注浆法、旋喷法、冻结法、压气法、 托换基础法、承压板法等。
（四）盾构后座 后座推力靠工作井井壁承担，在盾构和井壁之间 设传力设施，缓冲给后座的压力。
后座衬砌与后座井壁产生不等距的空隙，要用低强
率也可小于0.3%。
局部挤压式盾构工作原
３.网格式盾构
网格式盾构
（二）半机械化盾构
（三）机械化盾构 机械化盾构：是在盾构切口环部分紧贴开挖工 作面装上与盾构直径相仿的旋转刀盘进行全断面开挖 的盾构，分有:
单轴式、双轴式、多轴式等。
刀盘分为:
敞开形和封闭形。
１.局部气压盾构 支承环和切口环之间装密封隔板，形成密封 仓，通入压缩空气，以平衡开挖面的土压力，达
挖面加压灌注，并不断进行搅拌，改变切削下来土体
的性质，保证土的流动性和止水性，以求的开挖面的
稳定。
２）土压系列的机械控制机构 （１）切削土与地下水压力的控制机构： 机械控制机构： 在螺旋输送机排土口设置控制排土量的机构，是内部 充满切削土或混合土。 物性控制机构：
在切削刀盘前面，密封舱内或输送机排土口注入添加
钢筋混凝土箱形管片
带 肋 的 箱 形 管 片
不带肋的平板形钢筋混凝土管片
（三）衬砌分块和拼装
管片最大弧弦长度一般小于４m 厚度： 钢筋混凝土： ６米以下：２５０－３５０ ６米以上直径：３５０－６００ 封顶：大封顶；小封顶 封顶形式：径向楔入；纵向楔入
纵向封顶管片示意图
（四）衬砌管片的连接
连接形式：
适应条件： （１）适应于软弱地层，切口环插入地层。
刀盘与切口环在同一位置
刀盘外围突出于切口环特点： 超挖刀容易安装，方向容易控制。
切削刀盘和开挖面的形 状
垂直平面形
圆锥形
半球形
2.土体的运输装置
被切削下来的土体，通过搅拌，必要时加入作浆 材料，利用螺旋输送机将土体运出。
螺旋输送机
螺旋输送机将土体运出后，在盾构外运输方式有：
（二）装配式衬砌管片
从结构分： 带肋的箱形管片和不带肋的平板形管片； 材料： 铸铁、钢、钢筋混凝土； 钢筋混凝土： 箱形和平板形。强度等级Ｃ４０以上；
刚性连接： 较粗螺栓连接管片，使管片圆环成为一个等刚度的 整体结构－－－容易产生次应力； 柔性连接： 是以少量的单排较细的螺栓连接管片。
铸铁箱形管片
拱背部
（２）地面超载（根据实际情况和埋深而定），竖向压力 为：
（３）侧向水平均匀土压力
（４）侧向三角形水平土压力
（５）静水压力
静水压力计算简图
（６）自重
（７）衬砌拱底反力
２.施工阶段 （１）衬砌拼装完成，随着盾构推进而脱出盾尾，尚未 注浆，此时衬砌在自重作用下可自由变形，可按自由变 形圆环进行验算。
进土孔位，开孔率等．
（３）控制盾构推进纵坡等：
先压后抬和先抬后压．
（４）盾构旋转的防止 旋转的原因： 盾构的重心不通过轴线或有大型旋转设备引 起． 防止措施： 在反侧加压或在两侧装水平鳍板．
四、盾构隧道衬砌施工
拼装方法： 举重臂拼装或拱拖架拼装 通缝拼装或错缝拼装 拼装方法按其程序可分： “先纵后环法”和“先环后纵法” 拼装管片的原则： 自下而上，左右交叉最后封顶成环．
第五章
盾构隧道施工
盾构定义： 盾构是一种钢制活动防护装置或支撑，是通过软弱含 水层，特别是河底、海底，以及城市中心区修建隧道 的一种机械。
盾构法施工的优缺点：
盾构法施工的优点： （1）施工作业在盾构设备的掩护下安全进行； （2）施工时振动和噪声小，对周围环境几附近居民几乎没 有影响； （3）施工时不影响地表交通和航道通航； （4）不受气候条件影响； （5）施工机械化程度高，施工管理容易。
（四）拼装系统
管片拼装器具有的四个功能：
（１）夹钳
（２）使管片位置伸缩
（３）前后滑动
（４）旋转
杠杆式拼装机
环式拼装机
二. 盾构分类
（一）人工开挖盾构
１.一般手掘式盾构
人工开挖盾构优缺点
优点：
（1）一般采用全敞胸式，便于观察地层和清除障碍； （2）盾构推进在开挖面出现故障时，比较容易排除； （3）易于纠偏，也便于曲线段的施工。 缺点： （1）劳动强度大，效率低，如遇正面塌方，易危及人身 安全及工程安全。
（2）支撑环
支撑环承受的力：
地层压力 、千斤顶的顶力及切口、盾尾 、
衬砌拼装时传来的施工荷载。 （3）盾尾 密封装置作用： 防止地下水、外层土、衬砌背面压浆之浆液 倒流入隧道。
盾尾密封材料：
橡胶系 盾尾长度： 刷子系
最小限度，能在盾构千斤顶缩回后，达到管片宽度
即可，但考虑到要调换损坏的管片、修千斤顶、对到 曲线施工等因素，还要增加管片宽度的1/3---1/4余量。
度的混凝土填平补齐，使盾构推力均匀传给井壁。
（五）盾构施工附属设施 供电照明设备、通风及空压机房、排水泵房、涂 料棚、充电间、出土有轨余数系统及工作井垂直运输
系统等。在管道运输时还需要设置泥水处理系统或排
土装置等
盾 构 出 洞 示 意 图