第十章盾讲义构衬砌结构

2挤压式闭胸盾构
在塑性粘土及淤泥中采用,盾构正面用胸板密闭起 来。
厚兰隧道、林肯隧道和打浦路隧道都采用过半挤 压及全挤压推进的闭胸盾构施工.
衬砌结构常发生椭圆率的现象，先衬砌水平直径 缩小，竖向直径增大，继之，盾构离远时，竖向 直径减小，水平直径增大。
主要是隧道上方土壤结构破坏、隆起，形成一个 卸载拱，而水平压力仍然保持着初始数值之故。
切口环 ：开挖 ；上下宽度可以等值、也可以不等 值，甚至是活动的。
容纳各种专门的挖土设备。 支承环：承受荷重的核心部分，刚性较好的圆环
结构。 水平隔板和竖直隔板：增加盾构刚度 ，水平承受
拉力，竖直承受压力。 盾尾：掩护工人在其内部安装衬砌。
2）推进系统
由盾构千斤顶和液压设备组成 ，上下左 右活塞杆伸出长度不同达到纠偏目的。
主要指盾构外径D和盾构 长度L、盾构灵敏度L/D。
最小建筑空隙值x x=mα=m
l
D=d+2(x+δd ) δ=0.02+0.01（D-4）
2）盾构长度L
L=L0+L1+L2+L3 L0—盾尾长度； L1—支承环长度； L2—切口环长度； L3—前檐长度。
3）盾构灵敏度L/D
3）机械式闭胸盾构
（1）局部气压盾构 （2）泥水加压式盾构 (3)土压平衡式盾构
表6-1
构造类
挖掘方式
型
盾构名称
开挖面稳定措施
适用地层
附注
人工开挖 （手掘式）
敞胸
闭胸
半机械式 敞胸 敞胸
机械式
闭胸
普通盾构
棚式盾构 网格式盾构 半挤压盾构 全挤压盾构 反铲式盾构 旋转式盾构 旋转刀盘式盾构 局中气压盾构
盾构隧道的历史
用盾构法修建隧道开始于1818年 ，法国工程师布鲁 诺尔；
1825年在英国泰晤士河下首次用矩形盾构建造隧道 ； 近代，日本盾构法得到了迅速发展，用途越来越广，
并研制了大量新型盾构； 我国于1957年北京下水道工程中首次出现2.6m小盾
构； 上海市延安东路过江道路隧道使用11.0 m直径的大
经验数值 : 小型盾构D=2~3m，L/D=1.5 中型盾构D=3~6m, L/D=1.00 大型盾构D=6~9m, L/D=0.75 特大型盾构D＞12m, L/D=0.45~0.75
4）盾构千斤顶推力计算
阻力包括：
盾构外表面与四周地层的摩阻力； 盾尾内壳与衬砌结构之间的摩阻力； 盾构切口部分刃口切入土层的阻力； 盾构切口环切入土层时的正面阻力； 开挖面正面支撑阻力； 以及盾构自重引起的阻力，纠偏时的阻力，局部气
泥水加压盾构
临时挡板、支撑千斤顶
将开挖面分成几层，利用砂的安息角和棚 的磨擦
地质稳定或松软均 可
砂性土
辅以气压、人工 井点降水及其它 地层加固措施
利用土和钢制网状硌栅的磨擦
粘土淤泥
胸板局部开孔依赖盾构千斤顶推力土砂自 然流入
软可塑的粘性土
胸板无孔、不进土
淤泥
手掘式盾构装上反铲挖土机 同上，装上软岩掘进机
盾构；
隧道剖面图
1-进风道；2-进风口；3-排风口；4-排风道；5-路面（下拉杆） 6-天棚（上拉杆）；7-吊杆；8-照明灯；9-灭火器；10-消防栓； 11-电缆；12-排水管；13-给水管；14-纵向螺栓；15-环向螺栓
按形状分类
大致有圆形（又称半盾构）、矩形、马蹄形等 几种。
圆形因其抵抗水土压力较理想，衬砌拼装简便， 构件可以互换，较为通用，数量最多。
土质坚硬稳定开挖 面能自立
软岩
辅助措施
单刀盘加面板多刀盘加面板
软岩
辅助措施
面板和隔板间加气压
多水松软地层
不再另设辅助措 施
面板和隔板间加压力泥水
含水地层、冲积层、 洪积层
辅助措施
土压平衡盾构（加水 面板和隔板间充满土砂容积产生的压力与
式、加泥式）
开挖面处的地层压力保持平衡
淤泥、淤泥混砂
辅助措施
6.2.3 盾构几何尺寸的选定及 盾构千斤顶推力计算
头部可以安全地开挖地层 ,尾部可以装配预制 管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬砌。
盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。
适用条件
在松软含水地层中修建隧道、水底隧道及 地下铁道时采用各种不同形式的盾构施工 最有意义，特别是该施工方法属地表以下 暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、 潮汐、季节等条件的影响，
第十章盾构衬砌结构
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盾构衬砌结构
本章介绍盾构构造和分类，盾构推进及衬砌 拼装;
圆形衬砌构造、内力计算与管片结构设计， 要求了解盾构隧道的功能和适用环境。
掌握圆形衬砌结构设计方法和构造要求。
6.1 概述
盾构（shield）是一种钢制的活动防护装置或 活动支撑，是通过软弱含水层，特别是河底、 海底，以及城市居民区修建隧道的一种机械。
4）出土系统
出土方式一般有三种 ： （1）有轨运输：皮带运输机－矿车－洞
口－垂直起吊至地面。 （2）无轨运输：自卸卡车 （3）管道运输：混合泥浆，压力输出，
出土连续化
6.2.2 盾构分类及其适用范围
表6-1。 1）人工开掘式、半机械式敞胸盾构 全部敞开，随时观察地层变化情况，并
配备简便的液压、风动挖掘，机具、人 工挖掘，当开挖面难以保持稳定时可以 采用气压等人工措施及正面支撑、支撑 千斤顶等随挖随撑 。
圆形盾构中，敞胸盾构和闭胸盾构两大类。
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6.2 盾构构造和分类
6.2.1 盾构的基本构造 通常由盾构壳体、推进系统、拼装系统、出土系统等 四大部分组成。
1-1 (切口环)；2-2 (支承环)；3-3 (纵剖面)
1）盾构壳体
盾构壳体由切口环、支承环、盾尾与竖直隔板、 水平隔板组成，并由外壳钢板连成整体。
盾构千斤顶一般是沿支承环圆周均匀分 布的 ；
3）拼装系统
衬砌拼装器又称举重臂，是拼装系统的 主要设备，以油压系统为动力，一般举 重臂均安装在支承环上。
举重臂能作旋转、径向运动，还能沿隧 道中轴线作往复运动。
完成这些运动的精度应该保证待装配的 管片上的螺栓孔能和已装配好的螺栓孔 对齐，以便螺栓固定。
压或泥水压力，阻力板阻力等。
日本盾构总推力经验公式
P(70100)D2(N)
4
表6-2
隧道名称
荷兰Vehicular 美国林肯隧道 美Brooklyn-
battery
美QueenMidtown
比Antwerpen