盾构隧道施工原理及方法讲课

Байду номын сангаас图5-5-6 局部气压式盾构构造
由于这种盾构是靠压缩空气对开挖面进行密封， 故要求地层透水性小，渗透系数K小于1×10-5m/s。
另外，这种盾构在密封舱、盾尾及管片接缝处易 产生漏气，引起工作面土体坍塌，造成地面降陷。
②土压平衡式盾构
土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾 构。它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。
二、盾构机的种类和构造
1. 盾构机的种类
按开挖面与作业室之 间的隔墙构造分为：全开 敞式、半开敞式及密封式 三种。
手掘式
半全开开敞敞式式—半机—机械挤械式压式式
密封式土泥压水式式土泥压水式加压式泥 泥浆 水式 加压式
(1)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。在遇到开挖面不能自稳的地层时，则 需进行地层超前加固等辅助施工方法，以防止开挖面 坍塌。
砾石、岩石等硬质围岩时的刀头
大砾石、岩石时多采用刀轮式刀头
焊接
螺栓式
插入式
刀头的固定方式
焊接式
稳定开挖面技术的历史，是从“无”到 “气”,再演变到泥水式的“水”和土压式的 “土”。“开挖面稳定”和“盾构开挖”的技 术已达到较完善的地步。目前盾构一般指密封 式泥水平衡式和土压平衡式盾构。
盾构技术的发展动向：超大断面盾构、多圆 盾构、异型盾构，加上在衬砌和开挖方面使用 了挤压混凝土衬砌技术，以及自动测量技术， 计算机自动管理系统等。
碴土储舱和料 斗 龙门吊车
泥浆处理设 备
车站
竖井
皮带运输机
盾构机
电瓶 车
斗车 泥浆注入车 管片运输车螺旋输送机
图 5-5-1 盾构法施工概貌图
2. 盾构法施工的原理和过程
3. 密封式(平衡)盾构机的组成
盾构机组成
(2) 压力舱
(4) 推进装置
(6) 附属装置
压 试压力力控测制搅拌加系浆统系统千 型斤 和工顶 配作选置安速全总度千锁推斤力压顶力行垫盾程尾壁止后开水探注挖装测浆面置装装崩置置坏锁测定后量装方装置台置车
一、盾构法施工的原理及方法
1. 盾构法的基本含义
盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进，在护盾 的保护下，在机内安全的进行开挖和衬砌作业，从而 构筑成隧道的施工方法”。
按照这个定义，盾构施工法是由稳定开挖面、盾 构机掘进和衬砌三大部分组成。
盾构法施工的概貌如图5-5-1所示。在隧道的一端 建造竖井或基坑，将盾构安装就位，盾构从竖井或基 坑的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，向另一 竖井或基坑的孔壁推进。
a.手掘式盾构机 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。
图 5-5-2 手掘式盾构构造
b.半机械式盾构机 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。
图5-5-5 部分开放型盾构构造
(3) 密封式
是指在机械开挖式盾构机内设置隔墙，进入刀盘 与隔墙土仓的土体，由泥水压力或土压提供足以使开 挖面保持稳定的压力。密封式盾构机根据仓内压力平 很衡的形式又分成局部气压式、泥水平衡和土压平衡 式几种。
①局部气压式盾构
在机械式盾构支承 环的前边装上隔板，使切 口环成为一个密封舱，其 中充满压缩空气，达到疏 干和稳定开挖面土体的作 用，见图5-5-6。
清水槽
p1 泥浆调整槽
大刀盘 泥水室
密度计
流量计
V
p2
供浆管
伸缩管 p3
p4
排浆管
图5-5-10 直接控制型泥水加压盾构泥浆自动控制输送系统
在盾构推进时，进、排泥管需不断延长，管阻亦随之增 大。为了保证管内的流速恒大于临界流速，排泥浆泵P2的 转速应随时调整，故排泥浆泵P2必须是自动调速的。当P2 泵达到最大扬程时，再加P3、P4接力泵。
③泥水加压式盾构
泥水加压式盾构的总体构造与土压平衡式盾构相 似，仅支护开挖面方法和排碴方式有所不同。在泥水 加压式盾构的密封舱内充满特殊配制的压力泥浆，刀 盘(花板型)浸没在泥浆中工作。对开挖面支护，通常 是由泥浆压力和刀盘面板共同承担，前者主要是在掘 进中起支护作用，后者主要是在停止掘进时起支护作 用。
B K
B
B KB 半径方向插入型
2.盾构施工的特点 • 对周围环境的影响较小 • 机械化程度高
• 盾构机是根据每一施工区段设计的专用设备 • 盾构施工不可退后 • 对施工的要求精度高
5. 盾构机和盾构法的发展史
初期的盾构法是简易护盾下的人工掘进或机械开 挖的形式，机械化程度低,不能稳定开挖面。
经过多年对盾构技术的研究开发和应用，已演变 成现在非常盛行的泥水平衡式和土压平衡式两种盾 构机。这两种机型的最大优点是在开挖功能中考虑 了稳定开挖面的措施，将盾构施工法中的三大要素 的前两者联系融为一体，无需辅助施工措施。并通 过使用不同类型的刀具，就能适应地质情况变化范 围较广的地质条件。
图5-5-3 半机械式盾构构造
c.机械式盾构机 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排土可 以连续进行，缩短了工期，减少了作业人员。
图 5-5-4 机械式盾构构造
(2) 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，见图5-5-5。 这种盾构适用于软弱粘土层，在推进过程中要引起较 大的地面隆起。
超挖装置 轴承止水带 润滑装置 加浆装置
刀头 刀盘开口 旋转速度 旋转力矩 排浆管路
搅拌装置 接头装置
形 式 支承方式
排土器
油压机油 真圆保护
油压管路 起重臂 油压机
盾构机 通用装置
(1) 刀 盘
(3) 排土、排泥系统 (5) 管片组装装置 (7) 油压装置
管片
管片的组装顺序
B A
K B
A A
A
K管片(封顶块)的嵌入