隧道盾构法施工技术

盾构操纵与纠偏
每推进一环的纠偏量应有限制，以免引起 衬砌拼装的困难以及对地层产生过大的扰动 导致偏离的因素
地质条件方面 土层不均匀，有孤石或障碍物 机械设备方面 千斤顶阻力不一 盾构壳体安装误差 设备中心偏 施工操作方面 千斤顶作用不均匀 挤压式盾构的上浮趋势 盾构下部土体流失
盾构操纵与纠偏
3、网格式盾构
网格式盾构是介于半挤压和手掘式盾构间的 盾构形式。 开挖面装有钢制的开口格栅，网格起挡土作 用，防止开挖面坍塌。 适用于软弱可塑粘性土层，挤土作用比挤压 式盾构小。 在含水地层中，需辅以降水、气压等措施。
挤压网格式盾构
4、机械式盾构
机械式盾构切口环处安装旋转大刀盘，全断 面开挖，连续掘进。适用于各类土层，尤其是极 易坍塌的砂性土层，可连续掘进挖土。 优点：作业环境好、省力、省时、省工、效 率高。 缺点：后续设备多、纠偏难、造价高。 机械式盾构又分为局部气压盾构、泥水加压 盾构、土压平衡盾构。
2. 3. 4. 5.
施工准备
盾构拼装井、拆卸井和调头井 盾构基座 用作安装和稳妥的搁臵盾构，并铺设导轨起 导向作用 采用钢砼或钢结构 承受盾构自重和纠偏时的集中荷载 3. 盾构进、出洞方法 4. 临时封门 5. 盾构后座 1. 2.
施工准备
1. 2. 3. 盾构拼装井、拆卸井和调头井 盾构基座 盾构进、出洞方法 临时基坑法：先挖后填，仅留垂直运输的进出口，没 有洞门拆除问题，适用于浅埋盾构始发端。 逐步掘进法：利用敞开段作后座，由浅入深掘进，造 价高。 工作井进出洞法
五、盾构法施工 盾构法施工的主要程序
1. 建造竖井或基坑，作为盾构施工的出发和接收 工作井或检修井 盾构进、出洞口土体加固处理 安装盾构掘进机 初推段盾构掘进施工，包括推进、出土、运土、 衬砌拼装、盾尾注浆、轴线测量 隧道连续掘进施工 盾构进入接收井
2. 3. 4.
5. 6.
施工准备
1. 盾构出发工作井和接收工作井 宽度比盾构大1.6～2m，整体吊装时可略小。 长度要满足盾构设备、车架安装的要求，拆 除洞门空间和布臵后座及垂直运输要求。 深度要满足洞门与衬砌间空隙充填、封板工 作及临时后座衬砌环与盾构导轨间的填实工 作，留1m左右。 盾构基座 盾构进、出洞方法 临时封门 盾构后座
盾构工作井及钢封门
施工准备
1. 2. 3. 4. 5. 盾构拼装井、拆卸井和调头井 盾构基座 盾构进、出洞方法 临时封门 盾构后座 盾构开始掘进时，推力由工作井井壁承担 盾构与井壁间的传力设施即后座 通常采用衬砌管片或专用顶块与顶撑 当盾构掘进至一定距离后，盾构顶力可由衬 砌与地层间的摩阻力承担，后座可以拆除
图 5-5-2 手掘式盾构构造
优点： 1）工作面是敞开的，可以观察地层变化情况，及时采取 应对措施。 2）遇到桩、孤石等地下障碍物时容易处理。 3）可以超挖，容易纠偏，便于在曲线段施工。 4）造价低，设备简单，易制造。 缺点： 1）在含水地层中开挖面出现渗水、流砂时，必须辅以降 水、气压或地层加固等措施。 2）工作面塌方易危及人身或引起工程事故。 3）劳动强度大，效率低，进度慢，大直径盾构尤为突出 。
盾构操纵
千斤顶编组的调整 停开的千斤顶数量应尽可能少 盾构纵坡的控制 变坡(先压后抬或先抬后压) 开挖面阻力的调整 敞开式盾构：超挖或欠挖 挤压式盾构：调整开孔位臵和开孔率 大刀盘：超挖刀 大刀盘：鳍状翼板或阻力板
衬砌的拼装
衬砌形式
预制拼装 整体现浇 复合衬砌
管片接缝的形式 管片拼装方法
手掘式盾构 挤压式 挤压式盾构 半挤挤压 局部气压式 机械式盾构 土压平衡式 泥水加压式
1、手掘式盾构
手掘式盾构机的正面是开敞的，通常设臵 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。
衬砌的拼装
衬砌形式 管片接缝的形式 管片拼装方法
先环后纵 缩回全部千斤顶，拼装圆环，再纵向靠拢 优点：环面平整，纵缝拼装质量好 缺点：易产生后退现象 先纵后环 缩回一块衬砌范围千斤顶，拼装相应衬砌直至成环 优点：可防止后退现象 缺点：要求控制盾构位臵不变
管
管片的组装顺序
B K B A
成型钢筋分类堆放
钢筋笼焊接
成型钢筋笼堆放
模板清理、涂脱模剂
合笼后钢模尺寸检查
钢筋笼吊装入模
钢筋笼入模就位
混凝土浇注
管片浇注、振捣
表面压实
表面收光
浇注后的管片静养
管片成型车间水平运输
成品管片水平运输
管片养护水池
试块抗压检测
管片入养护池养护
抗渗检测设备
管片检漏试验
三环试拼装
隧道盾构法施工技术
同济大学浙江学院 张广兴讲师
一、概 述
1、盾构法的概念 盾构法是使用盾构机械，在岩土中推进，一边防 止土砂崩塌，一边在其内部进行开挖、衬砌作业 而修建隧道的方法。
用盾构法修建的隧道称为盾构法隧道。

盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶 传至盾构尾部已经拼装好的衬砌管片上。盾构机是这 种施工方法中主要的施工机具。
采用沉井、沉箱或基坑方法施工，并预留洞门及临时封门。 采用注浆、替换、冻结或钢板桩等方法进行洞门加固。
4. 5.
临时封门 盾构后座
盾构进洞前凿除封门(地下墙)
盾构进洞
盾构进洞
盾尾进洞
盾构出洞
施工准备
盾构拼装井、拆卸井和调头井 盾构基座 盾构进、出洞方法 临时封门 钢板结构封门 混凝土封门 装配式楔体封门（泡沫混凝土、珍珠岩等） 5. 盾构后座 1. 2. 3. 4.
图中右边紫色区域 为粘土、淤泥质土 区，为土压平衡盾 构适用的颗粒级配 范围; 左边的黄色区域为 砾石粗砂区，为泥 水盾构适用的颗粒 级配范围; 中间的绿色区域为 细砂区域，两类盾 构都能适用。
2、常用的最先进盾构形式
1）泥水加压盾构：适用于砂性土为主的洪积地层， 较适用于粘性土为主的冲积地层，泥水处理费 用较高，地表沉降可控制在10mm以内。 2) 土压平衡盾构：适用于软弱冲积土层，较适用 于砂土及砾石土层，地表沉降可控制在20mm以 内。


双圆、三圆盾构
矩形盾构
矩形盾构
球形盾构
球 形 盾 构
球形盾构
球 形 盾 构
对接盾构
扩大盾构
可分离盾构
可分离盾构
盾构机类型－母子盾构机
母 子 机 分 离 步 骤
4、盾构法的特点
盾构法的主要优点 1）施工安全。在盾构设备掩护下，于不稳定土层中， 可安全进行掘砌工作。 2）暗挖方式。施工时与地面建筑物及交通互不影响， 不受风雨等气候条件影响。
泥 水 式 盾 构
土压平衡盾构(削土密闭式或泥土加压式盾构) 设臵全断面大刀盘，大刀盘与隔板间为密 封舱。 密封舱内充满大刀盘切削下来的土，并保 持一定的压力，以平衡开挖面的土压力。 螺旋运输机出土。 适用于变形大的淤泥、含水饱和的软弱粘 土、粘土、粉质粘土、粉砂和粉细砂等土 层。
图5-5-3 半机械式盾构构造
半机械式盾构构造
全开敞式盾构
半开敞式盾构
2、挤压式盾构
分为全挤压式盾构和半挤压式盾构，适用于软弱可 塑粘性土层，范围狭窄。 全挤压式盾构： 1）工作面用胸板封闭，没有水土涌入，省去出土工 序，比较安全可靠。 2）地表有较大的隆起变形。 3）适用于空旷河底、海滩等。 半挤压式盾构： 1）胸板上局部开孔，部分土体从孔中挤入盾构， 省去人工挖土工序，劳动条件较手掘式盾构大为改善， 效率也成倍提高。 2）能在城市、街区下施工，但对地层扰动大，地 面变形也很难避免。
二、 盾构的基本构造
盾构纵剖图
切口环、支承环、盾尾三部分组成 切口环：是盾构的前导部分，在其内部和前方可以设臵各种类 型的开挖和支承地层的装臵。 支承环：是盾构的主要承载结构，沿其内周边均匀地装有推动 盾构前进的千斤顶，以及开挖机械的驱动装臵和排土装臵。
盾尾：是衬砌作业的场所，其内部设臵衬砌拼装机。

盾构机的基本构造：盾壳、开挖机构、推进 系统、衬砌拼装装臵、盾尾密封装臵
开挖机构
推进系统
推进系统由液压设备和千斤顶构成，千斤顶数量由 设计总推力和千斤顶类型确定，行程应比衬砌管片 宽度大一些100～200mm。
衬砌拼装系统
衬砌拼装系统
盾尾密封装臵
盾尾密封装臵
三、 盾构的分类
按盾构构造和开挖方法可分为手掘式 盾构、挤压式盾构、机械式盾构三种。
3）竖井中长期有噪声和振动，要有解决的措施。
4）盾构法隧道上方一定范围内的地表沉陷尚难完
全防止，特别在饱和含水松软的土层中，要采
取严密的技术措施才能把沉陷限制在很小的限
度内，目前还不能完全防止以盾构正上方为中 心土层的地表沉降。 5）在饱和含水地层中，盾构法施工所用的拼装衬 砌，对达到整体结构防水性的技术要求较高。
3）噪音和振动小，可控制地表沉陷，对施工区域环
境影响小。
4）施工费用受埋深的影响小，有较高的技术经济优 越性。 5）盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，
施工易于管理，施工人员也较少。
6）当隧道穿过河底或其他建筑物时，不影响施工。
盾构法存在的不足
1）当隧道曲线半径过小时，施工较为困难。
2）在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅，开挖面 稳定甚为困难，甚至不能施工，而在水下时， 如覆土太浅则盾构法施工不够安全，要确保一 定厚度的覆土。
压力舱(泥土压盾构)
搅拌翼
添加材料注入口
添加材料注入管
独立搅拌翼
搅拌翼
土压平衡式

全自动土压平衡盾构
加 泥 式 土 压 平 衡 盾 构
加 泥 式 土 压 平 衡 盾 构
四 盾构选型
1、盾构选型基本要素
1）施工场地的工程水文地质条件。 2）地面环境、地面和地下建（构）筑物对地面沉降 的敏感度。 3）隧道尺寸——长度、直径、永久衬砌的厚度。 4）工期、造价。 5）工程经验。
三环试拼装及接缝测量
管片堆场
管片堆场堆放
衬砌的拼装
衬砌形式 管片接缝的形式
通缝 环环对齐，拼装方便、定位容易，施工应力小。 易累积环面不平整误差 错缝 纵缝在相邻环间错开1/2～1/3管片，整体性好，可 传递环间内力 施工应力大，防水较困难
管片拼装方法
通缝拼装隧道
错缝拼装隧道
碴土储舱和料斗 龙门吊车 泥浆处理设备
竖井 皮带运输机 盾构机
车站
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
地下连续墙的位置


2、盾构法应用范围
盾构法是在闹市区软弱地层中修建地下工程的最 好方法之一。 近年来盾构机械设备和施工工艺的不断发展，适 应大范围的工程地质和水文地质的能力大为提高， 各种断面形式的盾构机械、特殊功能的盾构机械 (分离式盾构、扩大盾构、地下对接盾构等)的相 继出现，其应用正在不断扩大，这将为城市地下 空间的利用起到有力的技术支撑作用 应用范围：水底公路隧道、地下铁道、上下水道、 电力、通讯煤气等市政公用地下设施等。
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。
图5-5-6 局部气压式盾构构造
泥水加压式盾构
在机械式盾构大刀盘后设臵隔板，将与大刀盘的空 间作为泥水室，在开挖面和泥水室中充满加压的泥 水，以保持开挖面土体稳定。 泥水的作用： 泥水压力与水土压力平衡；泥水能形成不透水 泥膜，产生有效压力；泥水可渗透土层内，稳定 开挖面。 优点：自动化程度高，采用泥浆方式出土，方便,地 表沉降量小。 缺点：泥水处理费高。
片
K管片(封顶块)的嵌入
B K
B
A A A
B
K
B
半径方向插入型
管片的连接
螺栓连接
无螺栓连接
衬砌壁后注浆
压浆方法
二次压浆法：先立即压入石粒砂，继续推进5～8环 后，再压入水泥浆。施工繁琐，石粒砂不易密实， 水泥浆难填满。地面沉降量略大，常需补充注浆。 对盾尾密封装臵有利。 一次压浆法：压入水泥砂浆，并保持压力，易漏浆。 三次压浆法。一次跟浆；二次3d后压浆；三次补浆。 补充注浆：地面沉降趋势明显或隧道严重渗漏时采 用 压浆量控制：理论计算建筑空隙的110～180% 注浆压力控制：0.6～0.8MPa 压浆点控制：对称进行，应避免单点超压注浆，以 减少不均匀施工荷载