土压盾构施工技术

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缺点： （1）由于盾构机初期投入费用高，设备摊销费用大 ，对投标企业资金实力要求高，因此选择施工队伍范 围相对较小； （2）盾构机定购、制造及运输周期较长，同时盾构 法施工与车站接口协调较多，对工程筹划要求较高。 （3）盾构机是针对特定工程项目进行设计制造的， 对其它项目的适用性较差。 （4）用于施工小曲率半径隧道或浅埋隧道时，施工 难度大。
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二、盾构机的分类及选型
2盾构机的分类
土 体 敞开型 开 挖 方 式 部分敞开型
人工挖掘式
半机械式 机械式
开 挖 面 盾构机类型 支 护 型 式
挤压盾构
气压式盾构 直接控制型
支护 泥水加压盾构 密闭型 方式 间接控制型 出土 土压平衡盾构 采用多种辅助措施 方式 复合型 采用多种支护或出土方式
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盾尾密封及同步注浆系统
• 盾尾密封装置：为防止地层中的泥水或衬砌外围的浆 液通过盾尾与衬砌之间的间隙漏入盾构内，盾构尾部 设有两道密封钢丝刷。另外，在两道钢丝刷之间注入 专用油脂膏，以提高密封效果，并减少密封钢丝刷与 衬砌表面的摩擦。 • 同步注浆系统：在盾尾壳板外表面，设有同步注浆管 。当盾构推进时，向管片外表面的环行空隙中同步注 浆，以防地表沉陷。同步注浆有手动控制、自动控制 及程序控制三种控制方式。
盾构类型与渗透性的关系
地层渗透系数
卵石层 粗砂砾层 中细砂砾层 粉细砾层 粗砂层 中砂层 细砂层 淤泥质粘土 淤泥
渗 透 系 数
–– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– ––
10 1 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
-1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 - 10 - 11 - 12
盾构机构造
刀盘 切口 环 支撑 环 盾尾 盾尾密 封 管片
人员 舱
主轴 承
主驱 动
推进 缸
管片安装 机
盾构机(复合盾构土压平衡）)
3.盾构法施工的特点
优点： （1）除竖井及施工场地外，施工作业均在地下进行，地面建筑和管线拆迁 量小，对城市的交通和市民的生活影响小；
（2）施工进度快，盾构法施工的月进尺一般在150-200m; （3）施工不需降水，在地下水位高、含水量大的地层采用，具有优越性； （4）施工机械化程度高，施工质量、施工安全易于保证，施工环境好；特 别是在建筑密集区，地层扰动小，较容易控制地面沉降； （6）施工措施相对稳定，工程变更量小，投资容易控制。
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盾尾密封及同步注浆系统
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注浆示意图
水泥浆
同 步 注 浆 效 果
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后配套系统
• 盾构的辅助设备和设施都安装在后配套系统上。后配套 系统由连接桥和4-5个门架式平台车组成，跟在盾构的后 面，以拖车的方式牵引。中间为通道，顶部安装皮带运 输机，两侧布放盾构操作室、加泥设备、注浆设备、集 中润滑设备、用于推进和旋转的油泵及马达、油冷却器 、通风装置、配电柜、电缆盘等。
根据开挖面的支护方式，一般可将盾构分为：敞 开型、部分敞开型、封闭型及复合型等几类。现分别 简述如下：
敞开型盾构（Open)
敞开型盾构是指开挖面与盾构内部没有形成完全封闭 支护，开挖面敞开暴露的盾构。由于开挖面敞开，要 求地层能够自稳，或采取注浆加固等辅助措施后能够 自稳。对于含水地层，还需采取降水措施。这种盾构 较难控制地面沉降。按其开挖方式还可分为：人工挖 掘式、半机械式和机械式盾构。
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人工挖掘式盾构
人工挖掘式盾构是靠人工开挖，工 人采用铁锹、风镐等简易工具挖掘土体， 弃土通过皮带运输机运出。在切口环的顶 部设有前檐，根据不同的地质条件，工作 面可以全部敞开，也可以在切口环内安装 可移动的开挖面支撑系统（包括开挖面支 撑千斤顶和伸缩工作平台），分层开挖， 随挖随撑。这种盾构便于观察地层和消除 障碍物，造价低，但劳动强度大，效率低 ，如遇正面塌方，易危及人身和工程安全 。
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泥水加压盾构
通过供浆泵向密封舱内充满特 殊配置的压力泥浆，作为开挖面支撑 。通过控制供浆泵、掘进速度和出浆 泵来调整密封舱内的泥浆压力，用于 平衡土压力和地下室压力。刀盘切削 下的泥土与泥浆混合后，通过出浆管 道及排泥泵输送至地面，经过分离处 理后的泥浆再由供泥泵和管道输送至 密封舱重复使用。
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刀盘、刀具型式
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刀盘、刀具型式
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密封舱
密封舱（泥土室）：通过密封隔板与盾构内部密 闭隔绝，用于存储切削下来的土体，加以搅拌使 其成为不透水的、具有流动性的塑流体，并充满 密封舱及螺旋输送机的全部空间，维护开挖面的 稳定。当土中的含砂量超过一定限度时，由于其 内摩擦角大，流动性差，但靠刀盘的搅动很难使 土体达到足够的塑流性，土体在密封舱内驻留， 极易产生压密固结，造成排土困难。同时，在有 地下水时，砂性土的渗透性强，容易在螺旋输送 机的出土口产生水土流失或喷水。因此需加设膨 28 润土泥浆或活性泡沫注入设备，向切削下的砂性
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盾构千斤顶
• 盾构千斤顶： 沿支撑环圆周均 匀布置，是盾构 推进的动力装置 。向前推进时， 顶在已拼装完的 衬砌环上。通过 调整千斤顶的压 力分布，可实现 方向及坡度的调 整及纠偏。
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管片拼装机
• 管片拼装机： 由 大梁、支承架、 旋转框架和拼装 头组成。管片拼 装机能够安全、 迅速的拼装管片 ，它具有提升、 前后移动、旋转 等功能。
土压盾构施工技术
汇报人：刘志晟
2014年6月
基本思路
一、盾构施工的基本介绍
二、盾构机的分类及选型 三、土压盾构的施工流程
一、盾构施工的基本介绍
1、背景
盾构法施工即采用盾构机施工的方法。盾构法 是地下隧道施工中机械化程度较高的施工方法之一 。1818年，英国工程师布鲁诺（M.I.Brunel）在蛀 虫钻孔的启示下，最早提出了用于施工地下隧道的 掘进机的雏形及施工方法。
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中折装置
在小曲率半径曲线施工时 ，可以把盾构机做成2节、 3节的中折形式。中折装置 的设置不仅可以减少曲线 部位的超挖量，同时减小 作用在管片上的偏压，减 小千斤顶的负担，提高施 工效率。
3、盾构选型的基本原则
• • • • • • • • 开挖面稳定 地层的适应性 地下水处理 沉降 施工适宜性 安全性 辅助工法 环境及公害
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部分敞开型盾构
部分开放型盾构又称挤压式盾 构，通过盾构推进挤压进行开挖面支 护和土体开挖。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，在胸板上设置一些排土口。 在盾构推进时，需要排出的土从开口 处挤入盾构。这种盾构是适用于软弱 粘土层，在推进中会引起较大的地面 变形。 也可以安装螺旋输送机出土。
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半机械式
半机械式盾构： 采在 人工挖掘式盾构的基础上， 在切口环内安装挖掘机械（ 包括反铲、臂式切削刀）进 行开挖。与人工挖掘式盾构 相比，提高了工作效率，降 低了劳动强度。
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半机械式
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机械式盾构
机械式盾构是在切口环安 装与盾构直径相适应的切削刀盘 ，进行全断面开胸切削开挖，弃 土多采用皮带运输机排出。开挖 方式与土压平衡式盾构等密闭型 盾构基本相同，但开挖面不需要 支护。
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土压平衡盾构机
• 盾壳：是一个用厚钢板焊接成的圆柱形筒体，由切口环 、支撑环、盾尾三部分组成，是盾构的主体结构。其作 用是承受土压力、地下水，盾构千斤顶的推力及各种施 工特殊荷载，支撑和安装各类机电设备。同时也是保护 操作人员安全的掩护体。 • 刀盘：切削刀盘用于切削土体，同时将切削下的土体搅 拌混合。根据不同的地质条件可选用花板型、辐条型或 砾石破碎型刀盘。在刀盘的正面装有切削刀具，其中齿 形刀用于软弱地层，盘形刀用于较硬地层。刀盘的后面 装有搅拌翼片，用于搅拌切削下的土碴。
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密闭型盾构
通过各种方式在开挖面与盾构之间 建立密闭压力平衡体，用于抵消土层压力 和水压力，支护开挖面，在盾构内部形成 密闭安全的施工作用空间。根据支护工作 面的原理和方法可将密封型盾构分为：气 压式、泥水平衡式、土压平衡式、混合平 衡式等几种型式。
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气压式盾构
在盾构的支撑环前边 舱内充满压缩空气，用于抵 消地下水压力和土层压力， 达到疏干和稳定开挖面土体 的作用。由于这种盾构靠压 缩空气对开挖面进行密封， 故要求地层透水性小。另外 这种盾构在密封舱、盾尾及 管片接缝处易产生漏气，引 起工作面坍塌，造成地面沉 陷。
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螺旋输送机
• 螺旋输送机： 通过密封隔板 倾斜安装，泥土入口端装在 密封舱的底部，在排土口设 有排土闸门和排土导槽。在 排土过程中，利用螺旋叶片 与土体的摩擦和土体阻塞所 产生的压力损失，在螺旋输 送机内形成压力梯降，保持 土仓压力，同时使螺旋输送 机排土口的压力降至一个大 气压。螺旋输送机的最大排 出石块直径为270mm。
国内盾构法施工造价比较
序号 工程项目 单价(万元/单线延米）
1
2 3
广州地铁1号线
广州地铁2号线 广州地铁3号线
7
4.7 2.8~3.3

4
5 6 7 8
深圳地铁1号线
北京地铁5号线 沈阳地铁（总体设计指标） 矿山法 （总体设计指标） 明挖法 （总体设计指标）
3.5
3.0~3.5 4.2 4.2~4.4 3.7~3.9
密封舱
加 注 泡 沫
泡 沫 加 注 效 果
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人闸
• 在排除故障或更换刀具等需进入密封舱时，需先将密 封舱内的土体排出，同时充满压缩空气维持开挖面的 稳定，工作人员通过人闸加、减压进出密封舱。人闸 的主要作用是通过在人闸内加减压实现盾构内部与密 封舱的压力转换。人闸由双室（主室和预备室）组成 ，其形状和尺寸根据在盾构内的安装空间设计。
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2、土压平衡盾构机构造