1、盾构施工技术盾构施工技术一一 发展史：发展史： 最早是在最早是在18181818年由年由英国英国工程师工程师布鲁诺尔布鲁诺尔(M.I , Brunel)(M.I , Brunel)发明的，他是从船的木板中，有一种发明的，他是从船的木板中，有一种蛀虫钻出孔道蛀虫钻出孔道，并用它，并用它分泌的粘液加固洞穴分泌的粘液加固洞穴得到启发而研制出的，并于得到启发而研制出的，并于18251825年开始年开始用一个用一个宽宽11.58m11.58m、高、高6.7m6.7m的矩形盾构的矩形盾构，在，在英国伦教英国伦教的泰晤出的泰晤出河下面修建世界第一条水底隧道。施工中遇到泥水涌入隧道河下面修建世界第一条水底隧道
2、。施工中遇到泥水涌入隧道的极大困难，两次被淹，直至的极大困难，两次被淹，直至18351835年对后构作了改良年对后构作了改良. .用用压气压气辅助施工辅助施工，才于，才于18431843年完工。隧道全长年完工。隧道全长458m458m。B1888189018881890年间用盾构法在美国和加拿大间的圣克莱年间用盾构法在美国和加拿大间的圣克莱(St,Clair)(St,Clair)河下建成了一条直径为河下建成了一条直径为6.40 m6.40 m，长为，长为1870m1870m的萨的萨尔尼亚尔尼亚(Sarnia)(Sarnia)水底隧道，为盾构法修建隧道开拓了更为广水底隧道，为盾构法修建隧道开拓了
3、更为广阔地发展前景。阔地发展前景。B2020世纪初世纪初，盾构法施工已在，盾构法施工已在美、英、法、俄美、英、法、俄等国开始推等国开始推广，已用在水底公路隧道、地下铁道、上下水道、电力、通广，已用在水底公路隧道、地下铁道、上下水道、电力、通讯煤气等市政公用地下设施管道。讯煤气等市政公用地下设施管道。B19321932年年原苏联原苏联开始用直径为开始用直径为6.69.5m6.69.5m的盾构先后在其斯的盾构先后在其斯科、列宁格勒、基辅等城市修建地下铁道的区间隧道及车站。科、列宁格勒、基辅等城市修建地下铁道的区间隧道及车站。B19221922年年日本日本开始用盾构法修筑开始用盾构法修筑国铁奥羽线折
4、渡隧道国铁奥羽线折渡隧道。 19531953年东北阜新煤矿用直径年东北阜新煤矿用直径2.62.6米手掘式盾构修建疏水管道米手掘式盾构修建疏水管道 盾构机主要由壳体盾构机主要由壳体 推进系统推进系统 拼装系统拼装系统 出土系统组成出土系统组成设置盾构外壳的目的是保护掘削、排土、推进、施工衬设置盾构外壳的目的是保护掘削、排土、推进、施工衬砌等所有作业设备、装置的安全，故整个外壳用钢板制砌等所有作业设备、装置的安全，故整个外壳用钢板制作，并用环形梁加固支承。作，并用环形梁加固支承。 1 1 ，盾构壳体从工作面开始可分为，盾构壳体从工作面开始可分为切口环切口环、支承环支承环和和盾盾尾尾三部分。三部分。
5、 B二二 盾构机的结构盾构机的结构盾构机盾构机盾构纵剖图盾构纵剖图切口环切口环：是盾构的前导部分，在其内部和前方可以设置各种类：是盾构的前导部分，在其内部和前方可以设置各种类型的开挖和支承地层的装置型的开挖和支承地层的装置支承环支承环：是盾构的主要承载结构，沿其内周边均匀地装有推动：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置和排土装置盾构前进的千斤顶，以及开挖机械的驱动装置和排土装置盾尾盾尾：是衬砌作业的场所，其内部设置衬砌拼装机：是衬砌作业的场所，其内部设置衬砌拼装机盾构灵敏度：盾构灵敏度：L/DL/D，越小越灵敏，越小越灵敏盾构纵剖图盾构纵剖图切
6、口环切口环：是盾构的前导部分，在其内部和前方可以设置各种类：是盾构的前导部分，在其内部和前方可以设置各种类型的开挖和支承地层的装置型的开挖和支承地层的装置支承环支承环：是盾构的主要承载结构，沿其内周边均匀地装有推动：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置和排土装置盾构前进的千斤顶，以及开挖机械的驱动装置和排土装置盾尾盾尾：是衬砌作业的场所，其内部设置衬砌拼装机：是衬砌作业的场所，其内部设置衬砌拼装机盾构灵敏度：盾构灵敏度：L/DL/D，越小越灵敏，越小越灵敏公穿铁箱涵顶进施工控制室控制台2 2， 盾构推进系统盾构推进系统( (一一) )盾构的推力
7、盾构的推力 盾构的前进和方向调整是靠千斤顶推进实现的。因此，盾构的前进和方向调整是靠千斤顶推进实现的。因此，要求盾构千斤顶有足够力可用以克服盾构推进过程中所遇到要求盾构千斤顶有足够力可用以克服盾构推进过程中所遇到的各种阻力。决定盾构的推力主要有如下因素。的各种阻力。决定盾构的推力主要有如下因素。 （1 1）盾构壳体与土之间的摩擦力盾构壳体与土之间的摩擦力； （2 2）工作面推进阻力工作面推进阻力； （3 3）推进中切口插入土中的阻力推进中切口插入土中的阻力； （4 4）管片与盾尾摩擦阻力等管片与盾尾摩擦阻力等。 除了考虑以上因素外，还有转向、纠偏、防偏转的稳定除了考虑以上因素外，还有转向、纠偏
8、、防偏转的稳定装置，挡板等的阻力和后车架的牵引阻力等。装置，挡板等的阻力和后车架的牵引阻力等。 一般来说，把考虑以上因素的计算值再乘以安全系数一般来说，把考虑以上因素的计算值再乘以安全系数2 2所得的数值作为盾构的推力。所得的数值作为盾构的推力。螺旋输送机出土土箱运土井口土箱吊运出土出土盾构法施工概貌盾构法施工概貌盾盾构构盾构千斤顶压浆孔在盾尾空隙中的压浆出土转盘盾构正面网格管片拼装机管片压浆泵 出土机由管片组成的隧道衬砌结构后盾管片竖井盾构法施工概貌盾构法施工概貌 盾构法盾构法 是使用所谓的是使用所谓的“盾构盾构”机械，在围岩中推进，一边机械，在围岩中推进，一边防止土砂防止土砂的崩坍的崩坍，
9、一边，一边 在其内部进行开挖在其内部进行开挖、衬砌作业衬砌作业修建隧道的方法。修建隧道的方法。三三 盾构法的主要优缺点盾构法的主要优缺点除竖井施工外，施工作业均在地下进行，噪音、振动引起除竖井施工外，施工作业均在地下进行，噪音、振动引起的公害小，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪音的公害小，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪音和振动影响。和振动影响。 盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工盾构推进、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，劳动强度低，生产效率高。易于管理，施工人员也较少，劳动强度低，生产效率高。 土方量外运较少。土方量外运较少。 穿
10、越河道时不影响航运。穿越河道时不影响航运。中日两国盾构隧道各项成本费用构成中日两国盾构隧道各项成本费用构成 施工不受风雨等气候条件影响。施工不受风雨等气候条件影响。 隧道的施工费用不受覆土量多少影响，适宜于建造覆土隧道的施工费用不受覆土量多少影响，适宜于建造覆土较深的隧道。在土质差水位高的地方建设埋深较大的隧较深的隧道。在土质差水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较好的技术经济优越性。道，盾构法有较好的技术经济优越性。 当隧道穿过河底或其他建筑物时，不影响施工。当隧道穿过河底或其他建筑物时，不影响施工。 只要设法使盾构的开挖面稳定，则隧道越深、地基越差、只要设法使盾构的开挖面稳定，则隧道越
11、深、地基越差、土中影响施工的埋设物等越多，与明挖法相比，经济上、土中影响施工的埋设物等越多，与明挖法相比，经济上、施工进度上越有利。施工进度上越有利。 当隧道曲线当隧道曲线半径过小半径过小时，施工较为困难。时，施工较为困难。 在陆地在陆地建造隧道时，如建造隧道时，如隧道覆土太浅隧道覆土太浅，开挖面稳定甚，开挖面稳定甚为困难，甚至不能施工，而为困难，甚至不能施工，而在水下时在水下时，如，如覆土太浅覆土太浅则盾则盾构法施工不够安全，要确保一定厚度的覆土。构法施工不够安全，要确保一定厚度的覆土。 竖井中长期有噪声和振动竖井中长期有噪声和振动，要有解决的措施。，要有解决的措施。 盾构施工中采用全气压方
12、法以疏干和稳定地层时，对盾构施工中采用全气压方法以疏干和稳定地层时，对劳动保护要求较高，施工条件差。劳动保护要求较高，施工条件差。 盾构法存在的不足盾构法存在的不足 盾构法盾构法隧道上方一定范围内的地表沉陷尚难完全防止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。以盾构正上方为中心土层的地表沉降。 在饱和含水地层中在饱和含水地层中，盾构法施工所用的拼装衬砌，对，盾构法施工所用
13、的拼装衬砌，对达到达到整体结构防水性的技术要求较高整体结构防水性的技术要求较高。伦敦泰晤士河塔桥伦敦泰晤士河塔桥悉尼海港大桥法国米洛高架桥 江阴大桥南京长江三桥大胜关京沪高铁大桥大胜关京沪高铁大桥重庆江津长江大桥上海长江大桥上海长江大桥南京赛虹桥立交上海天目路立交桥 盾构隧道的断面形状一般为圆形，也可采用矩形、马蹄形、椭圆形、双圆形、多圆形等。圆形隧道最大直径已达14.14m。四四 盾构隧道断面形状盾构隧道断面形状 盾构的分类方法较多，可按盾构盾构的分类方法较多，可按盾构切削断面的形状切削断面的形状；盾盾构自身构造的特征、尺寸的大小、功能构自身构造的特征、尺寸的大小、功能；挖掘土体的方式挖掘土
14、体的方式；掘削面的挡土形式掘削面的挡土形式；稳定掘削面的加压方式稳定掘削面的加压方式；施工方法施工方法；适用土质的状况适用土质的状况等多种方式分类。等多种方式分类。五五 盾构机的种类盾构机的种类盾构机（盾构机（ShieldShield）敞开式盾构敞开式盾构复合盾构复合盾构 插刀盾构插刀盾构网格式盾构网格式盾构全气压盾构全气压盾构半敞开式盾构半敞开式盾构密闭式盾构密闭式盾构土压平衡盾构土压平衡盾构泥水平衡盾构泥水平衡盾构机械开挖盾构机械开挖盾构手掘式盾构手掘式盾构（1）土压平衡盾构土压平衡盾构定义：定义：土压平衡式盾构机用开挖出的土料作为支撑开挖面 稳定的介质，适用条件适用条件：土料具有良好的塑
15、性变形，软稠度，内摩擦角小及渗透率小。 由于一般土壤不能完全满足这些特性，所以要进行改良。改良的方法通常为：加水，膨润土，粘土，聚合物和泡沫等， 根据土质情况选用。通过这些改良措施，扩大了土压平衡式盾构机的应用范围。土压平衡式盾构土压平衡式盾构土压平衡盾构土压平衡盾构是把土料土压平衡盾构是把土料( (必要时添加泡沫等对土壤进行必要时添加泡沫等对土壤进行改良改良) )作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋旋输料器旋
16、转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量转开挖速度和螺旋输出料器出土量( (旋转速度旋转速度) )进行调进行调节。它又可细分为削土加压盾构、加泥土压盾构和复节。它又可细分为削土加压盾构、加泥土压盾构和复合土压盾构。合土压盾构。 4号线施工地面泡沫地铁十号线施工地面泡沫土压平衡式盾构土压平衡式盾构土压平衡式盾构机的主要部件土压平衡式盾构机的主要部件土压平衡盾构机的基本装置是切削刀盘，开挖室以及螺旋输送机等。1 1切削刀盘切削刀盘 切割开挖面上的土壤和在开挖室内搅拌使之变成可塑的泥土浆。切削刀盘前面一般布置有添加土壤改良剂料的灌注口，对开挖面上的土壤进行改良处理。切削刀盘
17、盘面有封闭式和敞开式两种。 封闭式切削刀盘是用于开挖面不稳定的土层类型，这样可以避免在开挖面有大量的土壤松动。 缺点：是在开挖面上支撑压力的分布不均匀。承压隔板上测得的土压值不一定就是真实值，它还和刀盘的位置和转向有关。敞开式切削刀盘（敞开式星形设计），一般不会发生阻塞，此时开挖面支撑压力分布均匀且送到螺旋输送机上的土料流动稳定。 缺点：是由于缺乏机械支撑，进入压缩空气下的开挖室的危险较大。此外，长时间运行时，在覆土浅时易造成沉降，稳定性和刀盘的强度降低。土压平衡式盾构土压平衡式盾构2 2开挖室（密封舱）开挖室（密封舱） 切削刀盘与后面的承压隔板之间所形成的一个空间。用于存储被刀盘削切下来的土
18、体，并加以搅拌使其成为不透水的，具有适当流动性的塑流体，使其能及时充满密封舱和螺旋输送机的全部空间，对开挖面进行封闭，以维持开挖面的稳定性，同时也便于将其排出。土压平衡式盾构土压平衡式盾构3 3 螺旋输送机螺旋输送机 功能：功能：用来将密封舱内的塑流状土体排出盾构外，并在排土过程中，利用螺旋桨叶片与土体间的摩擦和土体阻塞所产生的压力损失，将螺旋输送机排出口的泥土压力降至一个大气压，使其不发生喷漏现象。螺旋输送机的圆柱形壳体有一段是可以伸缩的。它伸到开挖室内部, 可以改善土料的供应。由于存在摩擦，在壳体内的土料不能旋转，只能作轴向移动。螺旋输送机的安装位置较低时更好用，因为土料是利用其自身重量压
19、入螺旋输送机开口中的。当螺旋输送机位于中心时，必须将在开挖室下部的土料向上压送以克服重力作用。若螺旋输送机位于更低的位置，使用压缩空气将开挖室内的土料向低位压送没什么问题，因此压缩空气气室的位置越高越好。土压平衡式盾构土压平衡式盾构（2）复合型土压平衡盾构复合式盾构机（3）泥水加压盾构泥水平衡盾构泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆( (通常为膨润土悬通常为膨润土悬浮液浮液) )来稳定开挖面，在机械式盾构的刀盘的后侧，其来稳定开挖面，在机械式盾构的刀盘的后侧，其刀盘后面有一个密封隔板，把水、粘土及其添加剂混刀盘后面有一个密封隔板，把水、粘土及其添加剂混合制成的泥水，
20、经输送管道压入泥水仓，待泥水充满合制成的泥水，经输送管道压入泥水仓，待泥水充满整个泥水仓，并具有一定压力，形成泥水压力室，开整个泥水仓，并具有一定压力，形成泥水压力室，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。通过泥水的加压作用和压力保持离后泥浆重复使用。通过泥水的加压作用和压力保持开挖工作面的稳定。盾构推进时，旋转刀盘切削下来开挖工作面的稳定。盾构推进时，旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水，用流体输的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水，用流体输送方式送到地面泥水分离系统，将碴土、水分离后重送方式送到地面泥
21、水分离系统，将碴土、水分离后重新送回泥水仓，这就是泥水加压平衡式盾构法的主要新送回泥水仓，这就是泥水加压平衡式盾构法的主要特征。因为是泥水压力使掘削面稳定平衡的，故得名特征。因为是泥水压力使掘削面稳定平衡的，故得名泥水加压平衡盾构，简称泥水盾构。泥水加压平衡盾构，简称泥水盾构。泥水盾构67 泥浆制备与分离泥浆制备与分离 废弃浆液的处理废弃浆液的处理68 六六 盾构机选型的主要内容盾构机选型的主要内容 盾构机基本类型的选择盾构机基本类型的选择l 土压盾构、泥水盾构土压盾构、泥水盾构 盾构刀盘与刀具的选择盾构刀盘与刀具的选择l幅条式刀盘、面板式刀盘幅条式刀盘、面板式刀盘l 滚刀、切刀、先行刀、超挖
22、刀滚刀、切刀、先行刀、超挖刀 主要功能的配置主要功能的配置l 渣土改良、防沉淀冲刷渣土改良、防沉淀冲刷 主要参数设计主要参数设计l 扭矩、推力、排渣能力等等扭矩、推力、排渣能力等等69 环境因素：建构筑物、场地环境、工程投资环境因素：建构筑物、场地环境、工程投资 作为控制地层变形能力评判，泥水盾构优作为控制地层变形能力评判，泥水盾构优于土压盾构；但是由于泥水处理系统的需要，工于土压盾构；但是由于泥水处理系统的需要，工作场地要求大。作场地要求大。 从工程投资角度考虑，一般泥水盾构施工从工程投资角度考虑，一般泥水盾构施工的成本高于土压盾构的的成本高于土压盾构的1520%1520%；且泥水处理系统；
23、且泥水处理系统会造成噪音污染。会造成噪音污染。 盾构选型的地质与环境适应性盾构选型的地质与环境适应性70 选型的原则：选型的原则： “ “掘得进、排得出、稳得住、耐得久掘得进、排得出、稳得住、耐得久” 地质影响因素：软土地层、岩石地层地质影响因素：软土地层、岩石地层 一般来说对于土层或淤泥质地层，选择土一般来说对于土层或淤泥质地层，选择土压平衡盾构；而富水砂层且环境敏感选择泥水盾压平衡盾构；而富水砂层且环境敏感选择泥水盾构；对于岩石地层或复合地层选择土压盾构；构；对于岩石地层或复合地层选择土压盾构； 主要因素有：地层的渗透系数、岩土层的主要因素有：地层的渗透系数、岩土层的颗粒分布与组份、岩石的
24、强度、岩石的颗粒分布与组份、岩石的强度、岩石的RQDRQD指标、指标、地质构造。地质构造。 盾构选型的地质与环境适应性盾构选型的地质与环境适应性71 盾构及盾构及TBMTBM是一种特殊的隧道专用设备，一般来讲是一种特殊的隧道专用设备，一般来讲它是根据某一具体工程它是根据某一具体工程 “ “量体裁衣量体裁衣”设计的大型隧道设计的大型隧道施工机械，集机、电、液、气一体化，其灵活性较差，施工机械，集机、电、液、气一体化，其灵活性较差，不具备通用性，因此在盾构与不具备通用性，因此在盾构与TBMTBM使用和选择方面应当使用和选择方面应当做到风险分析到位、科学论证充分。做到风险分析到位、科学论证充分。七七
25、 盾构和盾构和TBMTBM特性机及差异特性机及差异72 高科技性高科技性u 盾构涉及多学科、盾构涉及多学科、多理论，综合交叉；多理论，综合交叉；u 主要专业：土木、主要专业：土木、机械、电气、液压、机械、电气、液压、测量、环控等；测量、环控等； 动画来源于动画来源于“863”863”计划项目计划项目73 小型盾构约小型盾构约20002000万元，万元， 中型盾构约中型盾构约45004500万元，万元，TBMTBM约约1.21.2亿元亿元 大型盾构约大型盾构约1.41.4亿元，亿元，TBMTBM约约2323亿元亿元 超大型盾构约超大型盾构约3 3亿多元。亿多元。 高投入性高投入性八 盾构施工技术
26、1、 施工工艺流程到达掘进盾构机下井盾构机就位调试初始掘进设备调整正常掘进 盾构进站、解体吊出围护结构凿除洞门密封圈安装盾构机接收托架始发井端头加固始发反力架安装洞门密封圈安装始发井端头围护桩凿除盾构施工工艺流程盾构施工工艺流程盾构工作井竖井施工 在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井；在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井； 盾构在起始端工作井内安装就位；盾构在起始端工作井内安装就位； 依靠盾构千斤顶推力（作用在新拼装好的衬砌和工作井依靠盾构千斤顶推力（作用在新拼装好的衬砌和工作井后壁上）将盾构从起始工作井的壁墙开孔处推出；后壁上）将盾构从起始工作井的壁墙开孔处推出； 盾构在地层中沿着设
27、计轴线推进，在推进的同时不断出盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片；土和安装衬砌管片；盾构法施工步骤盾构法施工步骤 及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环的位置；砌环的位置； 盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。工作井再向前推进。盾构法施工步骤盾构法施工步骤刀盘吊运(1)端头加固为了确保盾构始发和到达时施工安全，确保地层稳定，以防端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况，根据各始发和到达端头工程地质、水文地质和端头结构等综合分析与评价
28、，决定是否对洞门端头地层进行加固处理。端头加固有高压旋喷桩、搅拌桩、静压注浆等多种形式。 2 2、施工工艺、施工工艺(2)洞门破除始发前将车站洞门部位的端头围护桩进行凿除，采用油炮+人工施工作方式进行凿除，先沿洞四周凿除采用油炮A部分，再用人工持风镐凿除B部分。凿除时围护桩内层钢筋先不割除，待盾构进洞或出洞时再迅速割除。2、施工工艺介绍盾构进洞 (3)始发设施的安装 始发托架的安装1)始发托架安装洞门凿除完成之后，依据隧道设计轴线定出盾构始发姿态的空间位置，然后反推出始发台的空间位置。由于始发台在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构旋转的扭矩。所以在盾构始发之前，先对始发台两侧进行加固
29、。 2)反力架安装在盾构主机与后配套连接之前，开始进行反力架的安装。由于反力架为盾构始发时提供反推力，在安装反力架时，反力架端面与始发台水平轴垂直，以便盾构轴线与隧道设计轴线保持平行。安装时反力架与盾构始发井结构连接部位的间隙要垫实，以保证反力架脚板有足够的抗压强度 。3)洞门密封及止水装置的安装洞口密封采用右图所示的折叶式密封压板。其施工分两步进行施工，第一步在始发端墙施工过程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作。在埋设过程中预埋件与端墙结构钢筋连接在一起。第二步在盾构正式始发之前，清理完洞口的碴土后及时安装洞口密封压板及橡胶帘布板。(4)负环管片安装按设计要求经精确测量定位后，组装反力架和负环
30、管片，为盾构推进提供后座反力。反力架和负环管片的布置，靠近反力架的一环为基准环，基准环为钢管片，其余负环管片为与隧道管片相同的混凝土管片。为利于洞门施工，0环伸入洞内0.40.8m，在洞门施工时再将这环管片凿除，负环管片组装采用错缝拼装 。负管片安装工作井施工井下安装盾构（始发井）盾构推进进洞（接收井）（5）盾构掘进1)试验段（始发段）掘进:盾构始发井始发，始发掘进长度为80100米定义为试验段掘进。 盾构机与后续台车的长度（80m）； 始发井内洞口处布置双线道岔所需长度； 管片与土体之间的摩擦力足以支撑盾构机的正常掘进；的准确性。 （5）盾构掘进2)盾构正常段掘进:盾构机正常掘进范围为除初始
31、掘进80m和、到达掘进50m外的长度。盾构机在完成试验段掘进后，对始发设施进行必要的调整，为正常掘进准备条件，调整工作包括：拆除负环管片、始发基座和反力架；在站内铺设双线轨道；其他各种管线的延伸和连接。盾构机正常掘进段根据隧道穿过不同的地层情况，选定不同的盾构机掘进模式如下：A、类围岩及地表有建筑物的地段：地层自稳性较差，盾构机切削土体以刮刀为主，采用土压平衡模式掘进。刀盘紧贴开挖面，土仓所设压力与开挖面水土压力相平衡，严格控制出土量。B、类围岩：岩石组织结构已大部分破坏，风化裂隙发育，岩体破碎，遇水易崩解，地层有一定的自稳性，采用半敞开掘进模式掘进，在土仓内注入高压空气，以稳定掌子面土体和排
32、水，并向开挖面注入泡沫等改良剂，改良切削土体的和易性和流塑性，防止在刀盘上和土仓内形成泥饼。C、 、类围岩：地层岩石组织结构部分破坏，岩质坚硬，地层稳定性较好，采用敞开掘进模式掘进，向掌子面注入泡沫或水，减少对滚刀的磨损。客观上在同一施工区间地层变化也比较突然，上下不均、球状风化体、孤石等不良地质经常存在，给盾构的施工组织管理和掘进技术带来很大难度，在施工中需要采用较多的辅助工法并且经常调整掘进参数甚至转换掘进模式以适应变化的地层。掘进参数是指：土仓压力、刀盘推力及扭矩、刀盘转速、螺旋机转速等一些通过盾构机操作或PLC设置达到正常掘进保证施工安全的技术指标。 盾构机的掘进参数土仓压力：是土压平
33、衡或泥水平衡掘进中最能体现掌子面稳定状况的一项操作指标，是利用刀盘的一系列操作（推力、转速及贯入度等）与螺旋输送机的转速合理匹配来完成的一种动态的平衡。其数据是通过土仓壁上的土压传感器采集反馈的。一般以最上方的传感器数据作为控制指标，在实际土压平衡模式操作过程中，土仓压力设置宜略高于掌子面的水土压力（理论计算值）。刀盘推力：是所有推进千斤顶推力的总和，通过千斤顶刀盘推力：是所有推进千斤顶推力的总和，通过千斤顶的工作油压以及推进速度旋钮来控制，但主要以前者控制的工作油压以及推进速度旋钮来控制，但主要以前者控制为主。除了推力本身以外，在操作面板上能体现刀盘推力为主。除了推力本身以外，在操作面板上能
34、体现刀盘推力大小是否适当的指标有：贯入度、扭矩，甚至推进速度在大小是否适当的指标有：贯入度、扭矩，甚至推进速度在一定程度上也能反映推力的合理性。一定程度上也能反映推力的合理性。刀盘扭矩：取决于主轴承直径大小，在刀盘扭矩：取决于主轴承直径大小，在5 5号线使用的海号线使用的海瑞克瑞克62506250复合盾构机主轴承直径复合盾构机主轴承直径2.6m2.6m，工作扭矩，工作扭矩450t.m450t.m，最大脱困扭矩最大脱困扭矩540t.m540t.m。在。在PLCPLC显示屏上体现扭矩指标的参数显示屏上体现扭矩指标的参数有扭矩和刀盘工作油压，而且后者是最能体现刀盘的旋转有扭矩和刀盘工作油压，而且后者
35、是最能体现刀盘的旋转工况。工况。刀盘转速与刀具的贯入度：是造成掌子面土体乃至更大刀盘转速与刀具的贯入度：是造成掌子面土体乃至更大范围土体扰动的最直接的参数。另外，在岩层中掘进时，范围土体扰动的最直接的参数。另外，在岩层中掘进时，也是及时调整掘进参数的有效依据。也是及时调整掘进参数的有效依据。另外，还要指出的是：由于土压平衡模式实际上是一种另外，还要指出的是：由于土压平衡模式实际上是一种通过螺旋机的旋转出土形成的动态平衡，所以在实际操作通过螺旋机的旋转出土形成的动态平衡，所以在实际操作作程中螺旋机的转速和压力也要引起足够重视，同时在掘作程中螺旋机的转速和压力也要引起足够重视，同时在掘进过程中需要
36、根据具体的监测情况进行调整的还有同步注进过程中需要根据具体的监测情况进行调整的还有同步注浆量和注浆压力。浆量和注浆压力。盾构机掘进操作管片洞内运输管片拼装（5）盾构掘进3)到达段掘进:在盾构机距离端头墙50m时，即进入到达掘进阶段，在此阶段，增加测量次数，不断校准盾构机掘进方向，确保盾构机掘进方向的准确性。盾构到达时由于正面土体压力降低，千斤顶推力逐渐减小及盾尾密封刷与管片之间的摩擦，将管片带动使管片之间的纵缝变大。为保证已安装的管片环与环之间连接紧密，盾构机到达掘进阶段时，及时紧固螺栓，并在管片环间加型钢将管片拉紧，用角钢固定。南京地铁三号线施工影响颐和南园小区南京地铁三号线施工影响颐和南园
37、小区南京地铁三号线施工影响颐和南园小区南京地铁三号线施工影响颐和南园小区南京地铁三号线施工影响颐和南园小区(6)管片安装 1）管片在预制工厂通过质检后，由专门的平板运输车将其运输至施工现场临时存放，在施工现场场地粘贴三元乙丙防水橡胶条并编号。管片由龙门吊吊入井下。洞内采用二节专用平车运输管片，每节平车可装运3片。安装采用能够左右旋转220全自动安装机。拼装形式采用错缝拼装，当盾构向前推进一环管片长度1.5m时，即可安装一环管片。管片安装前先进行防水处理，并将管片、连接件备齐，盾尾杂物清理干净，检查管片拼装机的举重臂等设备运转正常后方可进行管片安装。管片安装顺序先就位底部管片，再自下而上左右交叉
38、安装，每环相邻管片控制环面平整度和封口尺寸，最后插入封顶管片成环。2）管片拼装可采用错缝及通缝拼装，由于错缝比通缝拼装最大正、负弯矩增加，对应的轴力则减少，单点变形量错缝比通缝拼装减少。而错缝拼装由于纵向接头引起衬砌圆环的咬合作用，刚度增强而产生的变形被相邻管片约束，内力加大，空间刚度加大，衬砌圆环变形量减小，对隧道防水有利。管片拼装采用先纵后环法，错缝安装管片，错缝方式见下图 ：掘进方向图 8.8-1 盾 构 管 片 错 缝 安 装 布 置 展 开 示 意 图高精度钢筋 混凝土管片管片堆放及防水条、衬垫 管片与管片之间可以采用螺栓连接或无螺栓连接形式管片与管片之间可以采用螺栓连接或无螺栓连接
39、形式。5 5 管片的拼装管片的拼装螺栓连接螺栓连接无螺栓连接无螺栓连接可编辑管片吊运下井管片水平运输管片试压实验管片试拼装隧道拼装作业冷冻超前注浆2号线轨道隆起卵砾石开挖面(2)同步注浆和壁后注浆设备充填盾尾空隙的方法:1) 同步注浆:在盾构尾部外壳上设26根同步 注浆管,在盾构推进的同时进行注浆充填空隙2) 壁后注浆:在管片上留有注浆孔,随时可进行壁后 注浆盾尾建筑空隙 = 盾构外径 - 隧道外径同步注浆二次注浆示意图注浆顺序盾尾同步注浆管和壁后注浆孔示意图注浆设备：压浆可用往复活塞泵、单轴螺杆泵等。注浆泵、储浆泵等均放在盾构后车架。盾构后车架上的注浆设备成昆线成昆线成昆线成昆线成昆线成昆线
40、成昆线成昆线成昆线成昆线成昆线成昆线3、 盾构掘进施工的竖井和配套设备(1)盾构掘进施工的竖井始发工作井: 满足盾构掘进机安装和出洞施工的要求接收工作井: 盾构隧道掘进完成后进入接收井,满足盾 构拆卸或转场吊装移位的工作空间要求竖井施工方法: 沉井法、地下连续墙围护、钢板桩围护。托架施工盾构出洞中盾构出洞中盾构机出仓盾构机出洞出洞中安全出洞盾构机下线仪式盾构出洞31路公交大行宫站南京31路公交车沉陷公交车沉陷处理现场红楼梦第八回中这样写道红楼梦第八回中这样写道:“:“转过花幛，则见青溪前阻，众人转过花幛，则见青溪前阻，众人诧异诧异:这股水又是从何而来？这股水又是从何而来？贾珍遥指道贾珍遥指道:
41、原从那闸起流原从那闸起流至那洞口，从东北山坳里引到那村庄里，又开一道岔口，引到至那洞口，从东北山坳里引到那村庄里，又开一道岔口，引到西南上，共总流到这里，仍旧合在一起，从那墙下出去西南上，共总流到这里，仍旧合在一起，从那墙下出去。 防水环节(2)同步注浆和壁后注浆设备充填盾尾空隙的方法:1) 同步注浆:在盾构尾部外壳上设26根同步 注浆管,在盾构推进的同时进行注浆充填空隙2) 壁后注浆:在管片上留有注浆孔,随时可进行壁后 注浆盾尾建筑空隙 = 盾构外径 - 隧道外径同步注浆二次注浆示意图注浆顺序盾尾同步注浆管和壁后注浆孔示意图注浆材料（应根据施工环境、地层条件选择，并进行配方试验和泵压试验）：
42、1) 单液惰性浆液：由砂、粉煤灰、膨润土 组成。2) 单液结硬性浆液：由水泥、砂、粉煤灰、 膨润土组成。3) 双液结硬性浆液：由水泥、砂、粉煤灰、 水玻璃组成。注浆设备：压浆可用往复活塞泵、单轴螺杆泵等。注浆泵、储浆泵等均放在盾构后车架。盾构后车架上的注浆设备(3) 隧道衬砌1)衬砌构造(圆形隧道管片拼装图)管片拼装图二次衬砌的实例南京1号线南延线168 掘得进掘得进 排得出排得出 稳得住稳得住 耐得久耐得久九九 盾构施工盾构施工“四得四得”关键技术关键技术169 滚刀破岩原理图滚刀破岩原理图 刀具与破岩方式刀具与破岩方式 1 “ 1 “掘得进掘得进”的技术关键的技术关键切刀破岩模型图切刀破岩
43、模型图 刀盘刀盘刀盘滚刀和切刀切刀175 刀具与破岩方式刀具与破岩方式 176 刀具的布置刀具的布置177 工程案例工程案例 广州地铁四号线某区间工程广州地铁四号线某区间工程 “ “掘得进掘得进”的技术关键的技术关键 178 刀具更换技术刀具更换技术“掘得进掘得进”的技术关键的技术关键带压换刀技术带压换刀技术常压换刀技术常压换刀技术179 特殊地层的探测与预报特殊地层的探测与预报 利用利用RTKRTK（RealTime Kinematic)RealTime Kinematic)系统，采取高系统，采取高频高密度地震波，密点距多道多次频高密度地震波，密点距多道多次CDPCDP（共反射点）（共反射点
44、）叠加技术进行物探，确定基岩顶面或孤石，并在条叠加技术进行物探，确定基岩顶面或孤石，并在条件许可下进行钻探验证。件许可下进行钻探验证。“掘得进掘得进”的技术关键的技术关键180 物探结果物探结果掘得进掘得进”的技术关键的技术关键181 沉积效应沉积效应泥饼泥饼2 “2 “排得出排得出”的技术关键的技术关键 技术对策技术对策 泡沫剂泡沫剂 182 离散效应离散效应喷涌喷涌 2 “2 “排得出排得出”的技术关键的技术关键 技术对策技术对策 高分子聚合物高分子聚合物 添加膨润土或泥土添加膨润土或泥土183 泥水盾构滞排效应泥水盾构滞排效应u 降低掘进效率降低掘进效率u 二次磨耗二次磨耗3 “3 “排
45、得出排得出”的技术关键的技术关键卵石地层的工作面卵石地层的工作面岩石地层排泥管进口的堵塞岩石地层排泥管进口的堵塞184 泥水盾构环流系统泥水盾构环流系统dtQQVt11220011111/20gFLL3 “3 “排得出排得出”的技术关键的技术关键 悬浮液理论的适用性悬浮液理论的适用性185 泥浆制备与分离泥浆制备与分离3 “3 “排得出排得出”的技术关键的技术关键 废弃浆液的处理废弃浆液的处理186 工作面的稳定工作面的稳定3“3“稳得住稳得住”的技术关键的技术关键187 平衡压力的问题平衡压力的问题20hHhkhPwi(kpa)3“3“稳得住稳得住”的技术关键的技术关键188 进出洞的稳定进
46、出洞的稳定3 “3 “稳得住稳得住”的关键技术的关键技术土仓压力：是土压平衡或泥水平衡掘进中最能体现掌子面稳定状况的一项操作指标，是利用刀盘的一系列操作（推力、转速及贯入度等）与螺旋输送机的转速合理匹配来完成的一种动态的平衡。其数据是通过土仓壁上的土压传感器采集反馈的。一般以最上方的传感器数据作为控制指标，在实际土压平衡模式操作过程中，土仓压力设置宜略高于掌子面的水土压力（理论计算值）。190 同步注浆同步注浆3 “3 “稳得住稳得住”的技术关键的技术关键191 二次注浆二次注浆 通过多个工程的试验，在标贯击数通过多个工程的试验，在标贯击数N6N6的软的软土地层中，及时进行二次注浆可以大大减少
47、地层沉降。土地层中，及时进行二次注浆可以大大减少地层沉降。3“3“稳得住稳得住”的技术关键的技术关键 192 方向控制问题方向控制问题3 3 稳得住稳得住”的技术关键的技术关键动画来源于动画来源于“863”863”计划项目计划项目193 管片结构管片结构4 “4 “耐得久耐得久”的技术关键的技术关键垂直水土压力地面超载侧向水土压力侧向水土压力水平弹性抗力水平弹性抗力基底竖向反力自重M=M1+M2MMM2/2M2/2M2/2M2/2隧道纵向l 设计设计荷载的取值问题荷载的取值问题l 周边抗力失衡的问题周边抗力失衡的问题l 强度高、变形小强度高、变形小 配筋量与厚度的比较：普遍厚配筋量与厚度的比较
48、：普遍厚5cm;5cm;配筋量配筋量80-80-120kg120kgm m3 3，国内为，国内为140-180kg140-180kgm m3 3 。194 管片环向接缝应管片环向接缝应力力4 “4 “耐得久耐得久”的技术关键的技术关键195 -14.59-10.26-8.76-14.36-17.66-14.36-9.55-10.11-12.14-14.46-10.45-9.85-9.47-14.72-11.65-6.86管片内侧钢筋应力图（单位：kN）管片外侧钢筋应力图（单位：kN） 管片内外钢筋受力管片内外钢筋受力5 “5 “耐得久耐得久”的技术关键的技术关键换算钢筋最大应力仅为换算钢筋最大
49、应力仅为38.6MPa38.6MPa。196 接缝的防水材料与变形的适应性接缝的防水材料与变形的适应性 5 “5 “耐得久耐得久”的技术关键的技术关键防水材料防水材料膨胀压力膨胀压力水压作用水压作用弹性压缩的弹性压缩的 反作用力反作用力九九 盾构法盾构法“四得四得”技术关键技术关键 软硬不均地层软硬不均地层 孤石地层孤石地层 卵砾石地层卵砾石地层1 1 几种特殊的地层几种特殊的地层十十 当前盾构的主要难题与对策当前盾构的主要难题与对策软硬不均地层软硬不均地层孤石地层孤石地层卵砾石地层卵砾石地层 盾构负载变化频繁盾构负载变化频繁 刀具磨损大、更换难刀具磨损大、更换难 施工效率很低施工效率很低2
50、2 软硬不均地层的问题软硬不均地层的问题动画来源于动画来源于“863”863”计划项目计划项目 强度差异大，破碎困难强度差异大，破碎困难 孤石漂移，刀具破损孤石漂移，刀具破损 排渣困难，易堵塞排渣困难，易堵塞3 3 孤石地层的主要问题孤石地层的主要问题 刀具磨耗速度快刀具磨耗速度快 强胶结时易损刀盘强胶结时易损刀盘 排渣难度大排渣难度大4 4 卵砾石地层的问题卵砾石地层的问题 预处理技术预处理技术l 人工清除（钻爆法施工）人工清除（钻爆法施工）l 洞内弱化处理（超前钻蜂窝孔）洞内弱化处理（超前钻蜂窝孔）l 地面破碎处理（地面冲孔、爆破）地面破碎处理（地面冲孔、爆破） 直接掘进直接掘进l 重型滚
