盾构施工技术知识

盾构
盾构是一种隧道掘进的机械，现代的盾构机集机、电、液、传感、信息、技术于一体，具有开挖切削土体、输送土渣、拼装隧道衬砌、测量、导向、纠偏的功能。

盾构的工作原理就是一个钢结构组件沿隧道轴线边向前推进边对土壤进行掘进。

硬岩掘进机和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。

盾构施工的三大要素：稳定开挖面、掘进及排土、管片衬砌及壁后注浆。

盾构接支护地层形成分类，主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆支护式、土压平衡支护式。

盾构类型：敞开式（全敞开式：手掘式盾构、半机械式盾构、机械式盾构；部分敞开式：挤压式盾构。

）
闭胸式：（压气式：压缩空气盾构；泥水式：泥水加压盾构；土压式：土压平衡盾构、加泥式土压平衡盾构。

）泥水盾构五大系统：①盾构掘进系统。

②泥水循环系统。

③综合管理系统。

④泥水分离处理系统。

⑤壁后同步注浆系统。

泥水盾构利用循环悬浮液体积对泥浆压力进行调节和控制，采用的膨润土悬浮液作为支护材料。

开挖面的稳定是将泥浆送入泥水室内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。

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，分离后的泥水进行质量调整，在输送到开挖面。

泥膜形成机理:泥水盾构是通过在泥水仓中适当压力的泥浆，使其在开挖面形成泥膜，支撑隧道开挖面的土体，并由刀盘切削土体表层的泥膜，与泥水混合后，形成高密度的泥浆，然后有排泥泵及管道把泥浆输送到地面进行分离处理。

泥膜形成的基本要素：泥水盾构施工时稳定开挖面的机理为：①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的稳定，同时控制开挖面变形和地基沉降②在开挖面形成不透水泥膜，保持泥水压有效作用于开挖面。

控制泥水压力和和控制泥水质量是两个重要课题。

土压平衡盾构的工作原理：刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底部后，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土车。

刀盘三大功能：①开挖功能。

②稳定功能。

③搅拌功能。

刀盘两种形式：面板式和辐条式。

刀盘的支承方式有：中心支承方式、中间支承方式、周边支承方式。

同步注浆的目的：①及时填充盾构建筑空隙，支承管片周围岩体，有效的控制地表沉降。

②凝结的浆液作为盾构施工隧道的第一道防水屏障，防止地下水或地层的裂隙水向管片内泄漏，增强盾构隧道的防水能力。

③为管片提供早期的稳定并使管片与周围岩体一体化，限制
隧道结构蛇形，有利于盾构姿态的控制，并能确保盾构隧道的最终稳定。

盾构盾尾密封包括：铰接密封和盾尾密封。

盾构施工的主要技术特点：①对城市的正常功能及周围环境的影响很小。

②盾构是根据施工对象“度身定做”的。

③对施工精度的要求高。

④盾构施工是不可后退的。

优点：①快速。

②优质。

③安全。

④高效。

⑤环保。

⑥受外界干扰小。

⑦对外界的航道等不干扰。

⑧自动化，信息化程度高。

缺点：①设备费用高。

②覆土较浅时地表沉降难以控制。

②用于施工小曲的半径隧道时，掘进较困难。

③在含水地层，对管片的整体性要求高。

⑤在质量缺陷的问题，尚未得到解决：如衬砌环的渗漏、裂纹、错台、破损、扭转以及隧道轴线偏差等。

盾构选型的主要方法：1、根据地层的渗透系数进行选型。

2、根据地层的颗粒级配进行选型。

3、根据地下水压进行选型。

滚刀破岩机理：①挤压阶段。

②起裂阶段。

③破碎阶段。

先行刀：破坏土体完整性，增加流动性，减少摩擦。

鱼尾刀：其一让盾构机分两步切削土体，利用鱼尾刀先切削中心部位圆断面，而后扩大全断面切削土体。

其二是将鱼尾刀根部成锥形，防止结成泥饼。

盾构要求分为：1、盾构始发竖井。

2、盾构接受竖井。

3、中间竖井。

盾构机组装调试步骤为：组装场地准备→始发机座安装→行走轨道铺设→吊车设备准备就位→将后配套各部件组装成拖车总成结构
设备、管路→将连接桥与后配套组装连接→主体中体组装→主机前体组装→刀盘组装→主体前移；使刀盘顶至掌子面→管片安装机轨道梁下井安装→管片安装机安装→盾构安装→反力架及反力架钢环的安装→主机与后配套对接→附尾设备的安装及管路联结
托架作用：承重和导向，保持始发托架有足够的防爬能力。

盾构反力架的作用是在盾构始发掘进是提供盾构向前推进所需的反作用力，盾构始发掘进应首先确定钢反力架的形式，并根据盾构推进时所需的最大推进力进行校核，然后根据设计加工盾构钢反力架，待钢反力架安装完毕后，方可进行是掘进。

地层加固的目的：防止拆除临时墙时的振动影响；在盾构贯入开挖前，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。

加固方法：化学注浆法、砂浆回填法、深层搅拌法、高压旋喷注浆法、冷冻法。

端头土体加固最常见的问题：1、加固不好，造成开洞门时土体坍塌。

2、加固范围不当，造成始发时水土流失。

洞口密封种类：（1）压板式。

（2）折叶式。

特殊地段及特殊地质条件主要是指覆土厚度小于盾构直径D的浅覆土层；曲线半径小于40D的小半径曲线；坡度大于3﹪的大坡度地段；穿越地下管线地段；遇到地障碍物的地段；穿越建筑物的地段；平行盾构隧道净间距小于0.7D的小净间距地段；穿越江河地段；砂卵石及大孤石地段；穿越地质条件复杂地段。

过滤形态分为以下三种类型：1、泥水几乎不产生渗透，只形成泥膜。

2、土体空隙大，泥水全部渗走，不产生泥膜。

3、介于二者之间，即泥水渗走同时也形成泥膜。

圆形隧道断面具有以下优点：①可以等同地承受各方向外部压力。

尤其是在饱和含水软土地层中修建地下隧道，由于顶压、侧压、较为接近，更可显示出圆形隧道断面的优越性。

②施工中易于盾构推进。

③便于管片的制作、拼装。

④盾构在施工中即使发生转动，对断面的利用也毫无妨碍。

管环通常有A型管片（标准块）、B型管片（邻接块）和K型管片（封顶块）构成，管片之间一般采用螺栓连接。

盾构设备管理的范围包括对盾构（含盾构主机及后配套设备）、施工辅助设备（也称常规设备）、施工辅助设施、材料、配件及施工人员的管理。

盾构设备管理的对象包括盾构、常规设备及施工作业人员，管理内容包括盾构、施工辅助设备、施工辅助设施的管理、使用、保养、维修、配件和外加工等六个方面。