盾构隧道教学课件.pptx

1、盾构隧道盾构隧道第1页/共107页第2页/共107页第3页/共107页第4页/共107页第5页/共107页第6页/共107页第7页/共107页第8页/共107页第9页/共107页第10页/共107页第11页/共107页第12页/共107页第13页/共107页第14页/共107页第15页/共107页第16页/共107页盾构机的分类还可按直径分为特大、大、中、小及微形盾构机；利用泥浆静压力平衡开挖面土层水土压；采用日本的修正惯用设计法，根据工程经验及试验分析，计算中引入两个参数：圆环刚度折减系数和管片弯矩传递系数。式中：c土体粘聚力；Hv(=0.钢筋混凝土管片概况图当泥土含砂量超过一定限度时，土砂

2、激动性差，靠刀盘切削扰动难以使泥土达到足够的塑流状态，有时会压密固结，产生拱效应。再比如可挖掘方形、矩形、椭圆形等非圆形断面隧洞的盾构机，其挖掘过程靠主、辅刀头的配合，从而最终挖出异形断面隧洞。为了更好的控制开挖面土层稳定，有时把盾构刀盘设计成可轴向移动，当盾构向前推进时，随着开挖面土压的变化，刀盘可单独与盾构相对自由轴向移动，而且刀架与刀盘相互联动，对进土槽口开度大小进行自动调节，以调节控制进土量，亦即调节控制开挖面土压，当开挖面土压与刀盘设定推力相吻合时，刀盘就会停止移动。在饱和和含水的松软地层中施工，地表的沉陷风险较大；我国地下隧道通常为单圆形、箱行等，因而钢筋混凝土管片结构型式要有：箱

3、型管片和平板型管片。作用在单位长度隧道管片上的竖向浮力，按竖向均布和侧边线性变化组合为：线路的拟合包括平、竖曲线两个方面。3、辅助工法的使用建造短隧道时经济性差；考虑地层与结构相互作用的Buqera法国外隧道内径尺寸的发展情况大体上也是以上特点,主要受地下结构的建筑限界和盾构设备技术进步的影响。置(图 4-1-1)，然后拔除封门板宽度可在 1200mm2000mm之间根据具体工程条件进行选择。当地下水量丰富时，通过螺旋输送机的泥土，就不能起到止水作用，无法进行施工。第17页/共107页第18页/共107页第19页/共107页第20页/共107页第21页/共107页第22页/共107页第23页/

4、共107页第24页/共107页第25页/共107页第26页/共107页但从排土器排出的泥土呈泥浆状，不能用干土排送方式向地面排送，同时泥浆浓度较高，无法通过管道排出，从螺旋输送机徘出的泥土，是在泥浆槽中经水稀释后再以流体形式通过管道排往地面。国外隧道内径尺寸的发展情况大体上也是以上特点,主要受地下结构的建筑限界和盾构设备技术进步的影响。安装好推进施工时的洞口密封装3)可以采用法向地基抗力，也可以采用切向抗力式中：W衬砌纵向每延米重力；3、盾构法隧道的优缺点qc1qc2 水平地层压力；此时应在普通型土压平衡盾构的基础上增加特殊泥浆压注系统，即形成加泥型土压平衡盾构(图 3-1-2)。流动性等特别

5、松软地层中进行隧洞开挖而研制的，目前较广泛应用于各种软弱地层的施工。按最不利组合进行结构验算盾构技术应用于城市地下隧道或海底、河底、穿越断层和地下水位较高的地下隧道施工，具有安全、可靠和进度快、一次推进距离长、对施工场地要求较低、对城市道路交通等环境的影响小等其它方法不可取代的优点。盾构机的分类还可按直径分为特大、大、中、小及微形盾构机；Rc 隧道横断面中心线半径。主要由盾壳、刀盘、密封泥水舱、盾构干斤项、管片拼装机以及盾尾密封装置等组成。主体结构工程设计使用年限为100年。为计算竖向水土压力和自重位移引起得抗力，必须采用诸如管片矫正器之类得设备，以保证在土压力和水土压力作用前衬砌不至因为自重

6、变形，并保持准确的衬砌形状；在国外，不管是欧美，还是日本，一般皆采用错缝拼装。第101页/共107页初期垂直荷载及初期水平荷载，初期荷载是全土荷载土压平衡盾构可根据不同的地质条件采取不同的技术措施，设计成不同的类型，能适应从松软粘性土到砂砾土层范围内各种土层施工。土压平衡盾构简图 第27页/共107页第28页/共107页 加泥型土压平衡盾构简图 第29页/共107页第30页/共107页第31页/共107页第32页/共107页第33页/共107页第34页/共107页第35页/共107页第36页/共107页另外对某些施工场地较宽敞，有丰富的水源和较好泥浆排放条件或泥浆仅需进行送机内注入特殊粘土泥浆

7、材料，普通型土压平衡盾构见图 3-1-1，适用于松软粘性土，由刀盘切削下的泥土进入泥土舱，再通过螺旋输送机向后排出。砂性土层中可按水土分算考虑，侧向土压力系数按主动土压力系数计算；b)地基竖向反力按均匀分布考虑，并根据静力平衡条件计算其量值；按最不利组合进行结构验算按控制方式分有地面遥控(微形盾构机)和随机控制的盾构机；这种盾构是在普通型土压平衡盾构基础上，在螺旋输送机的排土口接上一个排土调整箱(图 3-1-3)，在排土调整箱中注人压力水，并使其与开挖面土层地下水压保持平衡。在欧洲，管片接缝不考虑螺栓的作用，而是按弹性铰接接头进行整个结构的受力分析；t 衬砌厚度；、设计路线、平面竖向曲线的制约

8、端肋和环肋的宽度应满足强度和抗裂要求；根据标准惯入实验N值而定的和k值 表4-11刀盘旋转动力一般为交流市电，有的用电动机带动液压泵驱动旋转。根据泥水密封舱构造形式和对泥浆压力的控制方式不同，盾构的泥水系统，分为两种基本类型。盾构构机刀盘上的刀架与刀头，可根据岩土构成情况及其硬度，选择适当的材料和形状。但从排土器排出的泥土呈泥浆状，不能用干土排送方式向地面排送，同时泥浆浓度较高，无法通过管道排出，从螺旋输送机徘出的泥土，是在泥浆槽中经水稀释后再以流体形式通过管道排往地面。置(图 4-1-1)，然后拔除封门板只有金属管片才采用箱形结构。特殊地段可用复合衬砌；第37页/共107页第38页/共107

9、页第39页/共107页第40页/共107页第41页/共107页第42页/共107页第43页/共107页第44页/共107页第45页/共107页第46页/共107页建造短隧道时经济性差；、设计路线、平面竖向曲线的制约对粘性土，则可首先考虑土压平衡盾构；刀盘切削系统：位于切口环内，由盘体、切削刀、仿形刀、传动箱、集中润滑系统组成。因为手掘式与半机械式盾构掘进机使用人工较多，机械化程度低，所以施工进度慢。沉淀处理排放的工程，可大幅度降低施工费用。当泥土含砂量超过一定限度时，土砂激动性差，靠刀盘切削扰动难以使泥土达到足够的塑流状态，有时会压密固结，产生拱效应。(砂质土按水土分解，粘性土按水土合算考虑)

10、在地质条件允许的情况下，从降低造价考虑拟优先选用敞口式盾构掘进机五号线试验段的厚度皆为 300mm 。其余各类型盾构掘进机因为都是机械化掘进和运输，平均掘进速度比前者快。也称插刀式盾构机，它由许多插刀组成，可以组合出不同的断面形状和尺寸。若施工中部分环节控制不当，管片错台会大一些、开裂也相对多一些。拱顶竖向土压力和自重与隧道底竖向土压力平衡，由此确定隧道底的地基反力。但由于泥水加压盾构，需要一套较复杂的泥水处理设备，投资较大（大概就占了整个泥水盾构系统的三分之一的费用）；而当遇到硬岩地层施工时，在刀盘上安装不同的硬岩切削刀具就能快速转换成敞开型机械盾构施工，为了排送尺寸较大的石块，可选用带式螺

11、旋输送机.因各种类型的盾构机型其部件和系统结构各有不同，但主要部件及其原理大同小异。泥水加压式盾构机技术的运营要求，且单层衬砌的施工工艺单一、工程实施周期短、投资省、防水效果从施工情况看优于矿山法区间隧道，因此单层衬砌占据主导地位。另外对某些施工场地较宽敞，有丰富的水源和较好泥浆排放条件或泥浆仅需进行第47页/共107页第48页/共107页第49页/共107页第50页/共107页第51页/共107页 钢筋混凝土管片概况图 第52页/共107页 管片通缝拼装第53页/共107页管片错缝拼装 第54页/共107页第55页/共107页第56页/共107页盾构掘进时，刀盘不停地对土层进行开挖和搅拌，使

12、密封泥土舱内的土砂处于均匀状态；主要由盾壳、刀盘、密封泥水舱、盾构干斤项、管片拼装机以及盾尾密封装置等组成。图 3-2-6 是直接控制型(日本型)泥水系统流程图，P1 为供泥浆泵，从地面泥浆调整槽将新鲜泥浆打入盾构泥水舱，与开挖下的泥土进行混合，形成稠泥浆，然后由排泥浆泵 P2 输送到地面泥水处理场，排除土渣，而稀泥浆流向调整槽，再对泥浆比重和浓度进行调整后，重新输入盾构循环使用。一般要求施工时地面沉降控制在+10mm30mm 之内)。因为手掘式与半机械式盾构掘进机使用人工较多，机械化程度低，所以施工进度慢。土压平衡型复合盾构盾构机械的造价昂贵，隧道的衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺复杂；忽视

13、粘结力的Terzaghi公式1.国内区间隧道的管片连接一般采用螺栓连接，而且螺栓是永久性的。管片类型基本上分为钢管片,铸铁管片,复合管片,钢筋混凝土预制管片等;管片的连接主要有螺栓连接,销接等连接方式.qc1qc2 水平地层压力；t 衬砌厚度；但从排土器排出的泥土呈泥浆状，不能用干土排送方式向地面排送，同时泥浆浓度较高，无法通过管道排出，从螺旋输送机徘出的泥土，是在泥浆槽中经水稀释后再以流体形式通过管道排往地面。主要由盾壳、刀盘、密封泥水舱、盾构干斤项、管片拼装机以及盾尾密封装置等组成。端肋和环肋的宽度应满足强度和抗裂要求；在盾构支护下进行地下工程的暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季

14、节气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工；第101页/共107页主体结构工程设计使用年限为100年。概括地说，泥水加压盾构是在盾构前部增设一道密封隔舱板，把盾构开挖面与盾构后面和隧道空间截然分开，使密封隔舱板与开挖面土层之间形成密封泥水舱，在泥水舱内充以压力泥浆，刀盘浸没在泥水舱中工作，由刀盘开挖下的泥土进入泥水舱后，经刀盘切削搅拌和搅拌机搅拌后形成稠泥浆，通过管道排送到地面，排出的泥浆作分离处理，排除土碴，对余下的浆液进行粘度、比重调整，重新送入盾构密封泥水舱循环使用。而且从有利于管片拼装考虑，一般皆采用小封顶块。第57页/共107页第58页/共107页第59页/共107页第60页

15、/共107页图4-13 箱形管片第61页/共107页图4-14 平板形管片第62页/共107页第63页/共107页图管片分块方法第64页/共107页第65页/共107页第66页/共107页第67页/共107页第68页/共107页第69页/共107页第70页/共107页第71页/共107页第72页/共107页第73页/共107页第74页/共107页 国外盾构法隧道设计比较表 表4-10第75页/共107页续上表第76页/共107页Hv(=0.的运营要求，且单层衬砌的施工工艺单一、工程实施周期短、投资省、防水效果从施工情况看优于矿山法区间隧道，因此单层衬砌占据主导地位。盾构掘进时，刀盘不停地对土层

16、进行开挖和搅拌，使密封泥土舱内的土砂处于均匀状态；部分地层弹簧模型：Schulze-Duddeck法，不考虑切线方向的荷载在国内，采用了通缝和错缝拼装。宽度可在 1200mm2000mm之间根据具体工程条件进行选择。地面超载P0一般取10kN/m2;结构自重作用在隧道横断面形心上的竖向荷载为错缝拼装可提高管片接头刚度，加强结构的整体性，这点在国内有着统一的认识。置(图 4-1-1)，然后拔除封门板2、造价因素的制约a)地层不提供侧向弹性抗力；有的是用负压吸盘，将管片吸起。可采用人工、半机械或机械方法开挖。a)地层不提供侧向弹性抗力；特殊地段可用复合衬砌；当地下水量丰富时，通过螺旋输送机的泥土，

17、就不能起到止水作用，无法进行施工。泥水加压盾构是利用向密封泥水舱中输入压力泥浆来支护开挖面土层，使盾构施工在开挖面土层十分稳定的条件下向前掘进，从而大大地提高了隧道施工质量和施工效率。而当遇到硬岩地层施工时，在刀盘上安装不同的硬岩切削刀具就能快速转换成敞开型机械盾构施工，为了排送尺寸较大的石块，可选用带式螺旋输送机.主要由盾壳、刀盘、密封泥水舱、盾构干斤项、管片拼装机以及盾尾密封装置等组成。由室内实验求出，不考虑摩擦力续上表第77页/共107页 图4-17作用在盾构隧道上的设计荷载第78页/共107页cRWg2对矩形截面tgc(4-5)(4-6)第79页/共107页第80页/共107页1000

18、10110/tanexptan/tanexp11BHKpKBHKBcBh48cos01RB(4-7)(4-8)第81页/共107页第82页/共107页 根据标准惯入实验N值而定的和k值 表4-11第83页/共107页cccccwwwcwwcwRtpqtpqHD，HHHhpDHHHHpp，H22/2/220121100101适合于适合于则若(4-9)(4-10)(4-11)(4-12)第84页/共107页wcwcccccccwHRtHpqtpqDHhpDHHppRH22/2/222012110101适合于适合于若(4-13)(4-14)(4-15)(4-16)第85页/共107页cccccccw

19、cRtpqtpqDHhpDHHppHR22/2/22212110101适合于适合于若(4-17)(4-18)(4-19)(4-20)第86页/共107页对黏性土对砂性土为泊松比85.080.0sin11(4-21)第87页/共107页第88页/共107页cos12cwwwRtHp2cwwRF(4-22)(4-23)图4-18静水压力第89页/共107页cwwwwwwwwcwwwwwwRtHqtHqRHRtHpHp2222221021(4-24)第90页/共107页(4-25)cwcccwwwwcwRFgppRRppRRF24212012第91页/共107页第92页/共107页kqk式中：k地基基床反力系数（MN/m3）；衬砌圆环在水平直径处变形量(m)；qk地基的抗力（MN/m2）。(4-26)第93页/共107页第94页/共107页第95页/共107页第96页/共107页第97页/共107页第98页/共107页第99页/共107页第100页/共107页第101页/共107页第102页/共107页第103页/共107页第104页/共107页第105页/共107页 管片通缝拼装第106页/共107页第107页/共107页