隧道盾构施工应知应会

1 盾构概述
（2）泥浆盾构：1874年，英国人詹尼斯·亨利·格瑞海德（Janes Heary Greathead）开发了液体支 撑隧道工作面的盾构；
1 盾构概述
（3）气压盾构：1886年，英国人詹尼斯·亨利·格瑞海德将压缩空气方法和盾构掘进结合使用， 标志着承压水地层中掘进隧道可以实现； （4）机械化盾构：1896年，英国人普莱斯（Price）开发了辐条式刀盘的机械化盾构；
2017
盾构施工应知应会
目录
1 盾构概述 2 盾构施工知识点 3 泥水盾构 4 公司及其他单位盾构施工主要管理制度 5 盾构施工常见事故案例
02
第一章 盾构概述
盾构概述
基本概念
起源与发展
盾构与TBM区别
盾构定义分类
盾构构造
土压平衡盾构掘进模式
泥水盾构掘进模式 盾构机选型
土压平衡与泥水盾构区别 盾构破岩机理
1 盾构概述
1.2盾构起源与发展
（1）1806年，马克·布鲁诺尔（Marc Isambrd Brunel）在蛀虫钻孔并用分泌物涂在四周的启示下， 最早的提出了盾构掘进隧道的原理并注册了专利；1818年进行了改进； ☆1866年，莫尔顿在申请专利中第一次使用了“盾构”（Shield）这一术语；盾构最初被称为小 筒（cell）或者圆筒（cylinedr）；
1 盾构概述
控制措施：①防止卡盾：坚持每环检查边刀；边刀 更换标准为磨损不超15mm。
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控制措施：②解决滞排：限定刀盘可通过碴块 粒径，大的碴块破碎后再进入土仓；加大仓内 搅拌、冲刷。（设备本身除刀盘及其支撑系统 本身应具备一定的碴土搅拌能力，还应在隔板 上加设主动搅拌棒增强搅拌效果）
图1.3.1 盾构机 图1.3.2 TBM
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1.4盾构定义分类
按断面形状 按照断面形状分为：单圆盾构、复圆盾构（双圆盾构和三圆盾构）、非圆盾构（椭圆盾构、矩 形盾构、马蹄形盾构、半圆盾构）。
按支护地层形式 按照支护地层形式分为：自然支护、机械支护、气压式、泥水平衡、土压平衡五种。
按开挖面与作业室之间隔板的构造分类 按开挖面与作业室之间隔板构造分为：全敞开式、部分敞开式和闭胸式三种。
1 盾构概述
控制措施：③防止螺机喷涌：做好碴土改良，防 止喷涌。（通过在土仓内添加膨化后的膨润土泥 浆或淤泥增加渣土流动和易性） ④盾构机掘进控制：小贯入度、高转速；防止滚 刀过载，发生异常损坏。 ⑤管片上浮：调整合适的管片姿态；通过管片姿 态量测数据调整注浆充填系数和注浆量。
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局部气压式 掌子面有足够自稳能力，且水土压力小于1.5bar； 半开敞式掘进所处地层标贯值高，土质密实，渗透性小，地层包裹盾构机的密封性较强，通过 土和气的混合压力保证掘进安全的状态下完成某一阶段的掘进任务。
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1.3盾构与TBM区别
盾构英文Shield Machine音译； TBM英文Tunnel Boring Machine的缩写；
国际：在国际上盾构和TBM都指隧道掘进机，不进行区分。 国内： （1）在我国盾构专指用于软土施工的隧道掘进机；盾构 施工主要由稳定开挖面、掘进及排土、管片衬砌及壁后 注浆三大要素组成。 （2）在我国TBM一般指全断面硬岩隧道掘进机，通常定 义中的TBM是以岩石地层为掘进对象，不具备泥水压、土 压等维护掌子面稳定的功能。 开挖面的稳定、掘进推力提供、洞室围岩稳定是盾构与 TBM的区别，其中开挖面稳定方法是其工作原理的主要方 面，也是盾构区别于TBM的主要方面。
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1.6土压平衡盾构掘进模式
土压平衡式盾构的工作原理为：刀盘旋转切削开挖面泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土 仓，泥土落入到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的渣 车上。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进，盾壳对挖掘出的Hale Waihona Puke Baidu未衬砌的隧道起着临时支护 作用，承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌 等作业在盾壳的掩护下进行。
03
1 盾构概述
1.1基本概念
盾构，英文为Shield Machine，字面意思理解就是，盾：盾牌、保护；构：构筑、建造等。 盾构是一种集机、电、液、光、气、传感、信息技术于一体，具有金属外壳，壳内装有整机 及辅助设备，在其掩护下进开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能， 涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术的一种隧道施工成套 设备。
土压平衡式盾构一般有三种掘进模式，即敞开式、局部气压模式、土压平衡模式，每一种掘 进模式具有不同的特点和使用条件。
a）敞开模式
b）局部气压模式
c)土压平衡模式
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敞开式： 掌子面足够稳定并且涌水能够被控
制； 所谓开敞模式掘进所处地层基本为
全断面硬岩，无压掘进过程中，人员 可根据仓外观察阀，了解土仓内堆土 范围，并在改良渣土和易性的基础上 安全可靠的完成掘进任务。
控制措施：①土压建立：通过隧道埋深、地层物理性质介绍和地下水位等情况理论计算，在全 土压模式下的土压最高和最低值，作为现场土压调整的依据。 ②渣土外排：半敞开模式掘进，关注掘进里程和出土量的正比关系。地铁施工存在各类地质补 堪孔，因封孔不佳极易造成地面漏浆和土仓压力急剧下降，若停滞时间较长可能引起掌子面坍 塌和地面塌方。 ③盾构刀盘结泥饼和管片注浆：严格控制注浆参数和观察土仓压力变化情况确保盾构机与掌子 面紧贴，同时避免因注浆压力大，刀盘前方半敞开式气压不稳定，建立漏气通道，从而将浆液 压入到刀盘，在高温作业下形成泥饼。
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1.4盾构定义分类
按开挖面与作业室之间隔板的构造分类：全敞开式、部分敞开式和闭胸式三种。
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1.5盾构基本构造
盾构在结构上包括刀盘、盾体、人仓、 螺旋输送机、管片安装机、整圆器(已基本 淘汰)、管片小车、皮带机和后配套拖车等； 在功能上包括开挖系统、主驱动系统、推 进系统、出碴系统、注浆系统、油脂系统、 液压系统、电气控制系统、导向系统及通 风、供水、供电系统等。
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（5）土压盾构：1963年，日本Sato Kogyo公司首先开发出土压盾构；
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（6）复合盾构；1985年，Wsyss & Freytay公司和海瑞克公司申请了专利； 目前，世界最大的盾构17.6m在香港和美国施工；国内最大的直径15.8m盾构在武汉三阳路隧道、 深圳春风路隧道开始施工；