《最新地下工程-盾构法3ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新地下工程-盾构法3ppt课件.ppt（89页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、地下工程地下工程-盾构法盾构法3地下建筑地下建筑 地下铁道地下铁道 公路隧道公路隧道 水底隧道水底隧道 地下电站地下电站 地下贮库地下贮库 城市地下综合体城市地下综合体 地下工程施工方法地下工程施工方法 盾构法盾构法 沉井法沉井法 沉管法沉管法 顶管法顶管法 矿山法矿山法 地下连续墙法地下连续墙法前前 言言地地 下下 工工 程程2 2）推进系）推进系 统统 盾构的推进系统由液压设备和盾构千斤顶组成。盾构的推进系统由液压设备和盾构千斤顶组成。千斤顶数量由设计总推力和千斤顶类型确定，其直径千斤顶数量由设计总推力和千斤顶类型确定，其直径宜小不宜大，故采用高压液压系统提供动力，其位置宜小不宜大，故采用
2、高压液压系统提供动力，其位置应均匀地安装在盾壳支撑环的内周，方向与隧道轴线应均匀地安装在盾壳支撑环的内周，方向与隧道轴线平行。平行。3 3）正面支）正面支 撑系统撑系统 开挖面支撑系统类型有千斤顶类、刀盘面板类和开挖面支撑系统类型有千斤顶类、刀盘面板类和网格类。此外，采用气压法施工时由压缩空气提供的网格类。此外，采用气压法施工时由压缩空气提供的压力也可使开挖面保持稳定。开挖面支撑上常设有土压力也可使开挖面保持稳定。开挖面支撑上常设有土压计，以监测开挖面土体的稳定性。压计，以监测开挖面土体的稳定性。 4 4）切割出土系统）切割出土系统 包括刀头部分和螺旋输送机。包括刀头部分和螺旋输送机。刀头用来
3、切土破岩，落选输送机是将破碎后的岩土装刀头用来切土破岩，落选输送机是将破碎后的岩土装到矿车上运出。到矿车上运出。5 5）衬砌拼装系统）衬砌拼装系统 衬砌拼装系统的主要设备为衬砌拼装器（俗称举重衬砌拼装系统的主要设备为衬砌拼装器（俗称举重臂）和真圆保持器。衬砌拼装器是一种专用的机械手，臂）和真圆保持器。衬砌拼装器是一种专用的机械手，用于钳住管片并使其平转、升举和用于钳住管片并使其平转、升举和 旋转，使管片能按旋转，使管片能按预定的位置就位，并安全、迅速地拼装成环。一般设置预定的位置就位，并安全、迅速地拼装成环。一般设置在盾尾或支撑环内，也可安装在车架上。真圆保持器是在盾尾或支撑环内，也可安装在车
4、架上。真圆保持器是当某环管片拼装成环后使隧道管片保持真圆的装置。当某环管片拼装成环后使隧道管片保持真圆的装置。4 4）切割出土系统）切割出土系统 包括刀头部分和螺旋输送机。包括刀头部分和螺旋输送机。刀头用来切土破岩，落选输送机是将破碎后的岩土装刀头用来切土破岩，落选输送机是将破碎后的岩土装到矿车上运出。到矿车上运出。拼装器是为了能把管片按照设计的形状，安全迅速地拼装器是为了能把管片按照设计的形状，安全迅速地进行拼装的机械装置，它必须具有夹钳、使管片位置进行拼装的机械装置，它必须具有夹钳、使管片位置伸缩、前后滑动、旋转等伸缩、前后滑动、旋转等4 4个功能。常用的有：个功能。常用的有：(1)(1)
5、杠杆式拼装器杠杆式拼装器 它是由举重臂和驱动部分组成。举重臂是一个杠它是由举重臂和驱动部分组成。举重臂是一个杠杆装置，一端用来夹住管片或砌块，另一端是配重使杆装置，一端用来夹住管片或砌块，另一端是配重使举重臂易于转动。然后将衬砌送到拼装位置就位。举重臂易于转动。然后将衬砌送到拼装位置就位。(2)(2)环式拼装机环式拼装机 近年广泛应用的环式举重臂，它是装在支承环后近年广泛应用的环式举重臂，它是装在支承环后部或盾构千斤顶撑板附近的盾尾部。环式举重臂是一部或盾构千斤顶撑板附近的盾尾部。环式举重臂是一个把可自由伸缩的支架装在具有支承滚轮的中空圆环个把可自由伸缩的支架装在具有支承滚轮的中空圆环上的机械
6、手。该形式工作面大，出碴设备容易安装，上的机械手。该形式工作面大，出碴设备容易安装，并且拼装管片和出碴可同时进行。并且拼装管片和出碴可同时进行。盾构分类盾构分类盾构按其构造和开挖方式可分为以下几种：盾构按其构造和开挖方式可分为以下几种： 手掘式盾构手掘式盾构挤压式盾构挤压式盾构半机械式盾构半机械式盾构机械式盾构机械式盾构1)1)手掘式盾构手掘式盾构 手掘式盾构是在盾构切口环壳体掩护下，采用人工手掘式盾构是在盾构切口环壳体掩护下，采用人工开挖方式的一种盾构。多用于地质条件较好的小型隧道开挖方式的一种盾构。多用于地质条件较好的小型隧道开挖。开挖。敞开式敞开式正面支撑式正面支撑式棚式棚式包括：包括：
7、 优点：优点：开挖面是开放性的，开挖面是开放性的，施工人员随时可以观察地层的施工人员随时可以观察地层的变化情况；遇到各种地下障碍变化情况；遇到各种地下障碍物时，比较容易排除处理；对物时，比较容易排除处理；对盾构纠偏有利，也便于隧道曲盾构纠偏有利，也便于隧道曲线段施工；设备简单，造价低。线段施工；设备简单，造价低。 若以气压法或降若以气压法或降水法等疏干地层水法等疏干地层的措施并使用必的措施并使用必要的正面支撑后，要的正面支撑后，可适用于各种地可适用于各种地层中，特别是地层中，特别是地下障碍较多的地下障碍较多的地层；在精心施工层；在精心施工的条件下，亦可的条件下，亦可将地表变形控制将地表变形控制
8、到中等或较小的到中等或较小的程度。程度。 缺点缺点: :施工人员劳动强度施工人员劳动强度大，施工速度慢；用于含水不大，施工速度慢；用于含水不稳定地层中易产生流砂及涌土稳定地层中易产生流砂及涌土现象，施工安全性差。现象，施工安全性差。2)2)挤压式盾构挤压式盾构 全挤压式全挤压式局部挤压式局部挤压式网格式网格式根据出土方式可分为：根据出土方式可分为：仅适用于软弱黏性土层，仅适用于软弱黏性土层，适用范围较狭窄。适用范围较狭窄。 适用范围：适用范围： 全挤压式盾构全挤压式盾构 挤压式将开挖工作面用胸板封闭，把土层挡在胸板挤压式将开挖工作面用胸板封闭，把土层挡在胸板外面，避免水土的涌入，将盾构经过区域
9、的土挤压向外外面，避免水土的涌入，将盾构经过区域的土挤压向外部，从而省去出土工序。部，从而省去出土工序。缺点：缺点：对地层土体扰动较大，引起对地层土体扰动较大，引起相当大的地表隆起变形，速相当大的地表隆起变形，速度慢、工效低。度慢、工效低。优点：优点：阻止土层垮塌，避免水土涌阻止土层垮塌，避免水土涌入盾构。入盾构。 在地面在地面有建筑物的有建筑物的地区不宜使地区不宜使用，只能用用，只能用在空旷的地在空旷的地区或江河底区或江河底下、海滩处下、海滩处等区域。等区域。 局部挤压式盾构局部挤压式盾构 局部挤压式则在封闭胸板上局部开孔，局部挤压式则在封闭胸板上局部开孔，盾构在挤压盾构在挤压推进时土体就从
10、出土孔挤入盾构内，再出土外运推进时土体就从出土孔挤入盾构内，再出土外运。右图表示部分开口的闭胸盾构原理。其开口率的大小、右图表示部分开口的闭胸盾构原理。其开口率的大小、根据地质条件，后构的外径和长度和推进速度确定。根据地质条件，后构的外径和长度和推进速度确定。当开口率过大时，当开口率过大时，出土量增加，会引出土量增加，会引起周围地层的沉降，起周围地层的沉降，反之，就会反之，就会增大增大盾构的切入阻力，盾构的切入阻力，使地面隆起。使地面隆起。缺点：缺点：出土调整一般靠经验，可变出土调整一般靠经验，可变性多。性多。优点：优点：阻止土层垮塌，避免水土涌阻止土层垮塌，避免水土涌入盾构。能够调整出土快慢
11、入盾构。能够调整出土快慢和方向，从而减小对地层土和方向，从而减小对地层土体扰动。体扰动。 在地面在地面有建筑物的有建筑物的地区不宜使地区不宜使用，只能用用，只能用在空旷的地在空旷的地区或江河底区或江河底下、海滩处下、海滩处等区域。等区域。 网格式盾构其前部不是胸板，而是钢制的开口网格。网格式盾构其前部不是胸板，而是钢制的开口网格。当盾构向前推进时，土被网格切成条状，进入盾构后当盾构向前推进时，土被网格切成条状，进入盾构后运出；当盾构停止推进时，钢网起到挡土作用，防止运出；当盾构停止推进时，钢网起到挡土作用，防止开挖面的坍塌。开挖面的坍塌。网格式盾构网格式盾构缺点：缺点：安装复杂。安装复杂。优点
12、：优点：阻止土层垮塌，避免水土涌阻止土层垮塌，避免水土涌入盾构。能够调整出土快慢入盾构。能够调整出土快慢和方向，从而减小对地层土和方向，从而减小对地层土体扰动。施工速度相对较快，体扰动。施工速度相对较快，工效较高。工效较高。3 3）半机械式盾构）半机械式盾构 半机械化盾构是在手掘式盾构的正面装上挖土机半机械化盾构是在手掘式盾构的正面装上挖土机械，以代替人工开挖，包括正、反铲、螺旋切削、软械，以代替人工开挖，包括正、反铲、螺旋切削、软岩掘进机等。岩掘进机等。分类：分类：根据挖土装置可分为：根据挖土装置可分为： 铲斗式铲斗式 适用于粘土和砂砾混合层适用于粘土和砂砾混合层 切削式切削式 适用于硬粘土
13、和硬砂土层适用于硬粘土和硬砂土层 混合式混合式 适用于自立性较好的土层适用于自立性较好的土层 适用范围：基本和手掘式一样，适用范围：基本和手掘式一样，多用于地质条件较好多用于地质条件较好的小型隧道开挖。的小型隧道开挖。优点：优点：造价比机械化盾构低廉的造价比机械化盾构低廉的多，效率也较高，工人劳多，效率也较高，工人劳动强度较低。动强度较低。为使开挖工作面保持稳定，应考虑配合使用其它的地为使开挖工作面保持稳定，应考虑配合使用其它的地层加固措施。层加固措施。缺点：缺点：开挖工作面不能保开挖工作面不能保持稳定，水土容易持稳定，水土容易涌入。涌入。 如遇土质坚硬可安装软岩掘进机的切削头子。其如遇土质坚
14、硬可安装软岩掘进机的切削头子。其适用范围基本上与手掘式盾构一样。适用范围基本上与手掘式盾构一样。 4)4)机械化盾构机械化盾构根据胸板形式根据胸板形式根据刀盘形式根据刀盘形式开胸式开胸式闭胸式闭胸式敞开式敞开式封闭式封闭式根据轴的数量根据轴的数量单轴式单轴式双轴式双轴式多轴式多轴式分类：分类：各国在闭胸式机械化盾构施工技术方面发展很快。各国在闭胸式机械化盾构施工技术方面发展很快。 目前闭胸式机械化盾构又分以下几种：目前闭胸式机械化盾构又分以下几种： (1)(1)局部气压盾构局部气压盾构 (2)(2)泥水加压盾构泥水加压盾构 (3)(3)土压平衡盾构土压平衡盾构 (4)(4)微型盾构微型盾构闭胸
15、式机械化盾构分类闭胸式机械化盾构分类(1)(1)局部气压盾构局部气压盾构 在开胸式盾构的切口环和支承环之间装有隔板，在开胸式盾构的切口环和支承环之间装有隔板，使切口环部分形成密封舱。舱内通入压缩空气，以平使切口环部分形成密封舱。舱内通入压缩空气，以平衡开挖面的土压力，维持其稳定。该方法一直未广泛衡开挖面的土压力，维持其稳定。该方法一直未广泛推广应用。推广应用。(2)(2)泥水加压盾构泥水加压盾构 在盾构密封隔在盾构密封隔舱内注入泥水，由舱内注入泥水，由泥水压力平衡正面泥水压力平衡正面土压，用全断面机土压，用全断面机械化切削及管道输械化切削及管道输送泥水出土方式，送泥水出土方式，完成盾构开挖掘进
16、完成盾构开挖掘进的全过程。的全过程。 泥水加压盾构泥水加压盾构实现了管道连续出实现了管道连续出土，广泛应用于各土，广泛应用于各种用途的隧道工程种用途的隧道工程中。中。1-1-切削刀盘切削刀盘 2-2-旋转搅拌器旋转搅拌器 3-3-环式拼装机旋转驱动机构环式拼装机旋转驱动机构 4-4-盾尾密封盾尾密封5-5-衬砌拼装机衬砌拼装机 6-6-衬砌衬砌 7-7-千斤顶千斤顶(3)(3)土压平衡盾构土压平衡盾构 前部装有全断前部装有全断面切削切盘，在切面切削切盘，在切口环与支承环间设口环与支承环间设有密封隔板。盾构有密封隔板。盾构推进时，浆化泥土推进时，浆化泥土的压力作用于开挖的压力作用于开挖面实现与土
17、体静压面实现与土体静压与水压的平衡。推与水压的平衡。推进中保证密封舱内进中保证密封舱内始终充满泥土，而始终充满泥土，而不过于饱满。不过于饱满。1-1-浆化泥土浆化泥土 2-2-压力计（测定浆化泥土压力计（测定浆化泥土压力）压力）3-3-浆化泥土密封舱浆化泥土密封舱 4-4-马达（使马达（使刀盘旋转）刀盘旋转）5-5-自然土层自然土层 6-6-管片管片 7-7-衬衬砌拼装器砌拼装器8-8-搅拌叶片搅拌叶片9-9-作浆材料注入作浆材料注入孔孔10-10-螺旋输送机螺旋输送机11-11-刀盘刀盘土压平衡盾构土压平衡盾构泥水加压盾构泥水加压盾构优点：优点：开挖工作面保持稳定，水开挖工作面保持稳定，水土
18、不能涌入；土不能涌入；实现了管道实现了管道连续出土，效率高，工人连续出土，效率高，工人劳动强度低；应用面广；劳动强度低；应用面广；泥水可回收，节约成本；泥水可回收，节约成本；缺点：缺点：设备安装复杂，工序较多。设备安装复杂，工序较多。缺点：缺点：设备相对较少，工序相对设备相对较少，工序相对简单。简单。优点：优点：开挖工作面保持稳定，水开挖工作面保持稳定，水土不能涌入。土不能涌入。实现了管道实现了管道连续出土，效率高，工人连续出土，效率高，工人劳动强度低；不需劳动强度低；不需泥水处泥水处理设备理设备；含水饱和软弱地层中施工。含水饱和软弱地层中施工。广泛应用于各种用途的隧广泛应用于各种用途的隧道工
19、程中。道工程中。(4)(4)微型盾构微型盾构 是指直径在是指直径在2.0m2.0m以下的小直径盾构。微型盾构基以下的小直径盾构。微型盾构基本原理与普通盾构相同，但并非单纯将普通盾构按比本原理与普通盾构相同，但并非单纯将普通盾构按比例缩小，而有其自身的许多特点。例如：覆盖层较薄，例缩小，而有其自身的许多特点。例如：覆盖层较薄，一般不及一般不及2.0m2.0m，衬砌结构受集中荷载影响；施工于繁，衬砌结构受集中荷载影响；施工于繁忙街区下方，工作井占地少，噪声小等。主要用于上忙街区下方，工作井占地少，噪声小等。主要用于上下水道、电缆隧道等小直径地下隧道工程中。下水道、电缆隧道等小直径地下隧道工程中。
20、盾盾 构构 施施 工工 施工工艺施工工艺盾构选择盾构选择工程实例工程实例盾构的选择盾构的选择(1)(1)地质条件；地质条件；(2)(2)技术条件；技术条件；(3)(3)壳体尺寸的确定；壳体尺寸的确定；(4)(4)盾构推进系统的确定。盾构推进系统的确定。具体条件具体条件 具体分析具体分析盾构类型盾构类型成熟性成熟性盾构大小盾构大小盾构能力盾构能力(1)(1)盾构类型确定盾构类型确定手掘式盾构手掘式盾构 在地质条件较好的工程中仍广泛使用，并可适应各在地质条件较好的工程中仍广泛使用，并可适应各种复杂地层种复杂地层 。挤压式盾构挤压式盾构 仅适用于软弱可塑的粘性土层。仅适用于软弱可塑的粘性土层。半机械
21、化式盾构半机械化式盾构 适用范围基本上与手掘式盾构一样。适用范围基本上与手掘式盾构一样。泥水加压盾构泥水加压盾构 适用于以砂性土为主的洪积地层，也较适用于以粘适用于以砂性土为主的洪积地层，也较适用于以粘性土为主的冲击地层，性土为主的冲击地层，土压平衡盾构土压平衡盾构 适用于变形较大的淤泥、软弱粘土、粘土、粉质粘适用于变形较大的淤泥、软弱粘土、粘土、粉质粘土、粉砂、粉细砂等土层。土、粉砂、粉细砂等土层。 2()Ddxd d为衬砌外径为衬砌外径(mm); (mm); 为盾壳厚度为盾壳厚度(mm)(mm)，=0.8%-1%d=0.8%-1%d；x x为盾构建筑间隙为盾构建筑间隙(mm)(mm)；x
22、x须满足：须满足： x x=M=Ml/d/dl盾尾内衬砌环上顶点能转动的最大水平距离盾尾内衬砌环上顶点能转动的最大水平距离 l=0.0125d=0.0125dM M为盾尾遮盖部分的衬砌长度。为盾尾遮盖部分的衬砌长度。经验公式为：经验公式为： D=(1.0081.010)d+2D=(1.0081.010)d+2 (2)(2)壳体尺寸的确定壳体尺寸的确定盾构的外径盾构的外径D D计算方法为：计算方法为：盾构长度盾构长度L L 通常为前檐、切口环、支承环和盾尾长度总和。通常为前檐、切口环、支承环和盾尾长度总和。 L=L0+L1+L2+L3L=L0+L1+L2+L3式中：式中：L0L0为盾尾长度，为盾
23、尾长度，L0=M+M1+M2L0=M+M1+M2M-M-盾尾遮盖的衬砌长度，盾尾遮盖的衬砌长度，为一环衬砌宽度的为一环衬砌宽度的1.2-2.21.2-2.2倍。倍。M1-M1-千斤顶顶块与衬砌环千斤顶顶块与衬砌环之间的间隙，之间的间隙，为为0.10-0.20m0.10-0.20m。M2-M2-千斤顶缩回后露在千斤顶缩回后露在支承环外的长度，支承环外的长度，为为0.5-0.7m0.5-0.7m。L1L1为支承环长度，一般取衬环宽度为支承环长度，一般取衬环宽度b b加加0.20-0.30m0.20-0.30m的的富余量。富余量。L2L2为切口环长度，为切口环长度，L2L2的最大值为的最大值为(开挖
24、土面坡度开挖土面坡度, ,一一般为般为4545左右左右) )L3L3为盾构前檐。其长度取为盾构前檐。其长度取0.3-0.5m0.3-0.5m。2 maxtan2LDm或或或2m2m。(3)(3)盾构推进系统盾构推进系统 盾构的前进和方向调整是靠千斤顶推进实现的。盾构的前进和方向调整是靠千斤顶推进实现的。要求盾构千斤顶有足够力量用以克服盾构推进过程中要求盾构千斤顶有足够力量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所遇到的各种阻力。决定盾构的推力主要有如下因素: 盾构外表面与周围地层间摩擦阻力盾构外表面与周围地层间摩擦阻力F1F1； 切口环切入地层阻力切口环切入地层阻力
25、F2F2； 衬砌与盾尾间的摩擦阻力衬砌与盾尾间的摩擦阻力F3F3； 盾构自重产生的摩擦阻力盾构自重产生的摩擦阻力F4F4； 开挖面正面支撑阻力开挖面正面支撑阻力F5F5。如果总的推进力不能满足要求，则不能正常施工。如果总的推进力不能满足要求，则不能正常施工。 一般在确定盾构千斤顶的总顶力时，应采用一般在确定盾构千斤顶的总顶力时，应采用1.5-1.5-2.02.0左右的安全系数。左右的安全系数。盾构的推进顶力计算盾构的推进顶力计算盾构外表面与周围地层间摩擦阻力盾构外表面与周围地层间摩擦阻力 F1=12(Pv+Ph)LDF1=12(Pv+Ph)LD 1 1为钢与地层间的摩擦系数，为钢与地层间的摩擦
26、系数， 1=0.41=0.40.50.5； PvPv为盾构顶部的竖向压力，为盾构顶部的竖向压力， Pv=HPv=H； L L、D D分别为盾构的长度和外径。分别为盾构的长度和外径。切口环切入地层阻力切口环切入地层阻力 F2=DL(Pvtan +C)F2=DL(Pvtan +C) 为岩为岩( (土土) )体的内摩擦角；体的内摩擦角；C C为岩为岩( (土土) )体的内聚力。体的内聚力。衬砌与盾尾间的摩擦阻力衬砌与盾尾间的摩擦阻力 F3=2GNF3=2GN 2- 2-盾尾与衬砌间的摩擦系数，取盾尾与衬砌间的摩擦系数，取0.4-0.50.4-0.5； G-G-一环衬砌重量；一环衬砌重量；N N为盾尾
27、中衬砌的环数。为盾尾中衬砌的环数。盾构自重产生的摩擦阻力盾构自重产生的摩擦阻力F4 F4= F4=1 1G0G0 G0 - G0 -盾构自重。盾构自重。开挖面正面支撑阻力开挖面正面支撑阻力F5F5 若盾构推进时切口环不切入地层，则需要克服开若盾构推进时切口环不切入地层，则需要克服开挖面支撑上的地层主动土压力。挖面支撑上的地层主动土压力。 F5=DF5=D2 2Ph/4Ph/4 Ph- Ph-盾构盾构1/21/2直径高度处的地层水平土压力值。直径高度处的地层水平土压力值。 若盾构推进时切入地层，则切口环部分产生的阻力若盾构推进时切入地层，则切口环部分产生的阻力 F5=DF5=Dk kk kPpP
28、p D Dk k为切口环部分平均直径；为切口环部分平均直径；k k为切口环部分厚度；为切口环部分厚度； PpPp为被动土压力，为被动土压力， Pp=H tan2(45 +/2)Pp=H tan2(45 +/2)。 故在开挖地层时，要支撑开挖面的盾构阻力为：故在开挖地层时，要支撑开挖面的盾构阻力为： F5= F5+ F5F5= F5+ F5施工工艺施工工艺施工步骤施工步骤工作井的构建工作井的构建盾构安装盾构安装洞口地层加固洞口地层加固 盾构出洞盾构出洞 盾构推进盾构推进 衬砌安装衬砌安装壁后注浆壁后注浆盾构进洞盾构进洞衬砌衬砌制作制作工作井的构建工作井的构建安放托架安放托架吊放台车吊放台车吊入桥
29、架吊入桥架吊入盾头吊入盾头吊入螺旋输送机吊入螺旋输送机吊入刀盘吊入刀盘吊入盾尾吊入盾尾组装螺旋输送机组装螺旋输送机组装完毕组装完毕洞口地层加固洞口地层加固盾构出洞盾构出洞盾构推进盾构推进拖土车进入拖土车进入装土装土土方外运土方外运出土出土管片运入管片运入衬砌拼装衬砌拼装盾构推进循环盾构推进循环工作井的构建工作井的构建 在盾构法施工隧道的起始端和终端各建一个工作井，在盾构法施工隧道的起始端和终端各建一个工作井，分别称为始发井和到达井分别称为始发井和到达井( (或称拼装室、拆卸室或称拼装室、拆卸室) )。盾构安装盾构安装盾构在地面或始发井内拼装就位；盾构在地面或始发井内拼装就位； 在盾构施工段的始
30、端，需要进行盾构的安装和进在盾构施工段的始端，需要进行盾构的安装和进洞，当盾构通过施工段后，又要出洞和拆卸，这一工洞，当盾构通过施工段后，又要出洞和拆卸，这一工作，称为盾构的安装与拆卸，一般有以下几种方案：作，称为盾构的安装与拆卸，一般有以下几种方案： (1)(1)临时基坑法：临时基坑法： 用板桩或明挖方法围成临时基坑，在其内进行盾用板桩或明挖方法围成临时基坑，在其内进行盾构安装和后座安装，在留除运输进出口后，将基坑回构安装和后座安装，在留除运输进出口后，将基坑回填并拔除板桩，开始盾构填并拔除板桩，开始盾构施工。此法适于浅埋的施工。此法适于浅埋的盾构始发端。盾构始发端。 (2) (2)逐步掘进
31、法：逐步掘进法： 用盾构法掘进纵坡较大的与地面直接连通的倾斜隧用盾构法掘进纵坡较大的与地面直接连通的倾斜隧道。盾构由浅入深掘进，直到全断面进入地层形成洞口。道。盾构由浅入深掘进，直到全断面进入地层形成洞口。由于盾构法施工费用较高，所以施工中洞口及其一段浅由于盾构法施工费用较高，所以施工中洞口及其一段浅埋隧道常采用明挖法施工。埋隧道常采用明挖法施工。 (3)(3)工作井法：工作井法： 在沉井或沉箱壁上预留洞口及临时封门，盾构在井在沉井或沉箱壁上预留洞口及临时封门，盾构在井内安装就位，待准备工作结束后即可拆除临时封门使盾内安装就位，待准备工作结束后即可拆除临时封门使盾构进入地层。构进入地层。 盾构
32、拆卸井应满足起吊、拆卸工作的方便。盾构拆卸井应满足起吊、拆卸工作的方便。洞口地层加固洞口地层加固 主要是构造临时封门，临时封门的构造形式有主要是构造临时封门，临时封门的构造形式有a.a.钢结构封门钢结构封门b.b.砖石或混凝土封门砖石或混凝土封门盾构出洞盾构出洞 依靠盾构千斤顶推力依靠盾构千斤顶推力( (作用在已拼装好的衬砌环和作用在已拼装好的衬砌环和工作井后壁上工作井后壁上) )将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出；将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出；其进出洞方法其进出洞方法 a.a.临时基坑法临时基坑法 b.b.逐步掘进法逐步掘进法 c.c.工作井进出洞法工作井进出洞法盾构推进盾构推进衬砌安
33、装衬砌安装 盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时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；不断出土和安装衬砌管片； 盾构的推进涉及：开挖方法，盾构的操纵，隧道盾构的推进涉及：开挖方法，盾构的操纵，隧道衬砌的拼装，衬砌壁后压浆和盾构法施工的运输、供衬砌的拼装，衬砌壁后压浆和盾构法施工的运输、供电、通风及排水等，其中，开挖方法、隧道衬砌的拼电、通风及排水等，其中，开挖方法、隧道衬砌的拼装和壁后压浆是主要工序。装和壁后压浆是主要工序。(1)(1)开挖方法开挖方法 敞开式开挖。在地质条件好，用手掘式及半机械敞开式开挖。在地质条件好，用手掘式及半机械式盾构时，均为敞开式开挖
34、。式盾构时，均为敞开式开挖。 机械切削开挖。利用与盾构直径相当的全断面旋机械切削开挖。利用与盾构直径相当的全断面旋转切削刀盘开挖，配合运土机械可使土方从开挖到装运转切削刀盘开挖，配合运土机械可使土方从开挖到装运均实现机械化。均实现机械化。 网格式开挖。开挖面用盾构正面的隔板与横撑梁网格式开挖。开挖面用盾构正面的隔板与横撑梁分成格子，盾构推进时，土体从格子里以条状挤入盾构分成格子，盾构推进时，土体从格子里以条状挤入盾构中。这种出土方式效率高，是我国大、中型盾构常用的中。这种出土方式效率高，是我国大、中型盾构常用的方式。方式。 挤压式开挖。分全挤压式和局部挤压式开挖，由挤压式开挖。分全挤压式和局部
35、挤压式开挖，由于不出土或部分出土，对地层有较大的扰动，施工中若于不出土或部分出土，对地层有较大的扰动，施工中若能精心控制出土量的多少，可以减少地表变形。能精心控制出土量的多少，可以减少地表变形。 预制拼装式衬砌通常由预制构件拼装而成。拼装程预制拼装式衬砌通常由预制构件拼装而成。拼装程序有序有“先纵后环先纵后环”和和“先环后纵先环后纵”两种。两种。 先环后纵法是拼装前缩回所有千斤顶，将管片先拼先环后纵法是拼装前缩回所有千斤顶，将管片先拼成圆环，然后用千斤顶使拼好的圆环沿纵向向已安好的成圆环，然后用千斤顶使拼好的圆环沿纵向向已安好的衬砌靠拢联接成洞。衬砌靠拢联接成洞。 先纵后环因拼装时只缩回该管片
36、部分的千斤顶，其先纵后环因拼装时只缩回该管片部分的千斤顶，其他千斤顶则轴对称地支撑或升压，可有效地防止盾构后他千斤顶则轴对称地支撑或升压，可有效地防止盾构后退。退。（2）衬砌拼装）衬砌拼装 软土层盾构施工的隧道，多采用软土层盾构施工的隧道，多采用预制拼装衬砌预制拼装衬砌形式；形式；少数采用少数采用复合式衬砌复合式衬砌。若对防护要求很高，也有采用。若对防护要求很高，也有采用整整体浇注体浇注的。的。预制拼装衬砌预制拼装衬砌 优点优点：(1)(1)安装后能立即承受荷载；安装后能立即承受荷载；(2)(2)易于机械化施工；易于机械化施工；(3)(3)由于在工厂按设计要求专门加工模具，加工质量易由于在工厂
37、按设计要求专门加工模具，加工质量易于保证，并可附加专用防水设置。于保证，并可附加专用防水设置。单、双层衬砌的选用单、双层衬砌的选用 衬砌是直接支承地层，保持规定的隧道净空，防止衬砌是直接支承地层，保持规定的隧道净空，防止渗漏，承受施工荷载的结构。渗漏，承受施工荷载的结构。 通常它是由管片拼装的一次衬砌和必要时在其内面通常它是由管片拼装的一次衬砌和必要时在其内面灌注混凝土的二次支护所组成。一次衬砌为承重结构的灌注混凝土的二次支护所组成。一次衬砌为承重结构的主体，二次衬砌是补强、防渗漏和防浸蚀而修筑的。近主体，二次衬砌是补强、防渗漏和防浸蚀而修筑的。近年来由于管片加工精度、装配刚度以及防水性能的提
38、高，年来由于管片加工精度、装配刚度以及防水性能的提高，一次衬砌可以满足以上要求。一次衬砌可以满足以上要求。衬砌组成衬砌组成 装配式衬砌圆环一般由标准块、邻接块和封顶块的装配式衬砌圆环一般由标准块、邻接块和封顶块的多块预制管片在盾尾内拼装而成。多块预制管片在盾尾内拼装而成。图为单层装配式图为单层装配式隧道衬砌结构。隧道衬砌结构。管片形式管片形式 ( (一一) )板型管片板型管片 板型管片形如曲板，其截面变化很少，在相同荷板型管片形如曲板，其截面变化很少，在相同荷载作用下比格型厚度安小，形状简单，制作较为方便。载作用下比格型厚度安小，形状简单，制作较为方便。图为日本大阻地铁管片。隧道外径图为日本大
39、阻地铁管片。隧道外径6 6* *8m8m，全环分，全环分5 5块，块，衬砌厚衬砌厚300mm300mm环纵向用普通螺栓环纵向用普通螺栓连接。管片接缝设二道防水线。连接。管片接缝设二道防水线。( (二二) )箱型管片箱型管片 箱型管片因其手孔空腔很大，如同带肋条的板面组箱型管片因其手孔空腔很大，如同带肋条的板面组成的箱盒。成的箱盒。 上海打浦路越江隧道，外径为上海打浦路越江隧道，外径为10.22m10.22m，8 8块管片组块管片组成，其中成，其中5 5块标准块，块标准块，2 2块邻接块，一块封顶块。壳板厚块邻接块，一块封顶块。壳板厚300mm300mm，肋高为，肋高为600mm600mm，双排
40、环向螺栓连接，外排是弯螺，双排环向螺栓连接，外排是弯螺栓，内排为直螺栓，刚性连接方式。栓，内排为直螺栓，刚性连接方式。 德国慕尼黑地铁管片，其外径为德国慕尼黑地铁管片，其外径为6.9m6.9m，由，由8 8块管片和块管片和l l块水平方向楔入的封顶块组成。管片肋高块水平方向楔入的封顶块组成。管片肋高350mm350mm，背板，背板厚厚125mm125mm，宽，宽lmlm，管片间接头面上涂有防应力集中用，管片间接头面上涂有防应力集中用的合成树脂改性的沥青系材斜，有防水嵌入氯丁橡胶定的合成树脂改性的沥青系材斜，有防水嵌入氯丁橡胶定型产品的密封沟槽，内线嵌缝和隼漕联结。型产品的密封沟槽，内线嵌缝和隼
41、漕联结。单片管片几何尺寸单片管片几何尺寸 宽度：运输能力、举重臂能力、千斤顶行程等确定宽度：运输能力、举重臂能力、千斤顶行程等确定 厚度：隧道直径大小、埋深、承受载荷情况、衬砌厚度：隧道直径大小、埋深、承受载荷情况、衬砌结构、材质等因素确定，一般为（结构、材质等因素确定，一般为（0.05-0.060.05-0.06）D D。 分块：岩层性质、载荷情况、构造特点、运输能力、分块：岩层性质、载荷情况、构造特点、运输能力、拼装、制作等综合考虑。如，拼装、制作等综合考虑。如，6m6m直径的隧道，衬砌可分直径的隧道，衬砌可分为为6-86-8块，块，3m3m的，一般为的，一般为4 4块。块。 一般都选用钢
42、筋混凝土作为衬砌管片材料，混凝土一般都选用钢筋混凝土作为衬砌管片材料，混凝土标号在标号在C40C40以上。以上。衬砌材料衬砌材料衬砌拼装工艺衬砌拼装工艺 封顶：封顶：封顶的形式，从尺寸上看有大小之分。封顶的形式，从尺寸上看有大小之分。 大封顶大封顶是指其尺寸与标准块或是指其尺寸与标准块或邻接块相当，这种形式块与块、邻接块相当，这种形式块与块、环与环间的连接处理方便，但环与环间的连接处理方便，但拼装不易。拼装不易。目前封顶块趋向于采用目前封顶块趋向于采用小封顶小封顶形式。其形式有形式。其形式有径向楔入径向楔入、纵向插入纵向插入等几种。纵向插入等几种。纵向插入式的封顶块受力情况较好，但式的封顶块受
43、力情况较好，但拼装时需要加长盾构千斤顶拼装时需要加长盾构千斤顶行程。目前我国、德国等国行程。目前我国、德国等国多用纵向插入式。多用纵向插入式。衬砌圆环拼装形式衬砌圆环拼装形式： 有通缝和错续两种。有通缝和错续两种。 错缝拼装，使圆环接缝刚度分布趋于均匀，减少错缝拼装，使圆环接缝刚度分布趋于均匀，减少接缝及整个结构变形，可取得较好的空间刚度，防水接缝及整个结构变形，可取得较好的空间刚度，防水性能也比通缝式好，是较优的拼装方案。但在某些场性能也比通缝式好，是较优的拼装方案。但在某些场合，例如而建旁侧通道或某些特殊需要时，则衬砌环合，例如而建旁侧通道或某些特殊需要时，则衬砌环常采用通缝形式便于结构处
44、理。常采用通缝形式便于结构处理。复合式衬砌复合式衬砌材料材料：铸铁、钢壳与钢筋混凝土复合式等。铸铁、钢壳与钢筋混凝土复合式等。优缺点优缺点：铸钢和钢的强度、成形精度高，防水效果好，但均因铸钢和钢的强度、成形精度高，防水效果好，但均因其加工复杂、金届耗量大，价格吊贵等原因而很少采其加工复杂、金届耗量大，价格吊贵等原因而很少采用，仅在特殊情况下，为满足用，仅在特殊情况下，为满足构造成受力需要构造成受力需要( (隧道垂直接口隧道垂直接口等等) )而局部用上几环成几块铸钢而局部用上几环成几块铸钢管片。管片。图为复合管片图为复合管片即钢壳内浇注混凝土。即钢壳内浇注混凝土。管片接头管片接头有螺栓接头有螺栓
45、接头无螺栓接头无螺栓接头衬砌防水衬砌防水提高管片自身抗渗性和制作精度提高管片自身抗渗性和制作精度加强接头密封加强接头密封采用高精度管片以保证接头接触面密贴、均匀；采用高精度管片以保证接头接触面密贴、均匀；接头面的密封；接头面的密封；灌注密封剂；灌注密封剂；嵌缝填料；嵌缝填料；二次衬砌；二次衬砌；螺孔防水；螺孔防水；加强衬砌内外层防水等。加强衬砌内外层防水等。在弯曲段还要考虑由于曲率而引起管片周边的张开缝。在弯曲段还要考虑由于曲率而引起管片周边的张开缝。 目前广泛采用弹性密封防水，保证在设计水压下不目前广泛采用弹性密封防水，保证在设计水压下不漏水，并能承受千斤顶顶力，压浆压力，拧螺栓的扭漏水，并
46、能承受千斤顶顶力，压浆压力，拧螺栓的扭力以及衬砌使用阶段的截面内力；有相当的弹性，在力以及衬砌使用阶段的截面内力；有相当的弹性，在承受往复压力后复原能力强；有足够的粘结力和耐久承受往复压力后复原能力强；有足够的粘结力和耐久性、稳定性、抗老化性及对压浆药液的耐药性，施工性、稳定性、抗老化性及对压浆药液的耐药性，施工方便，不影响管片拼装精度，安装后能立即承受荷载方便，不影响管片拼装精度，安装后能立即承受荷载等。等。 接头密封条接头密封条 接头密封条用的是橡胶沥青接头密封条用的是橡胶沥青密封条，厚密封条，厚3mm3mm，压缩后到，压缩后到1.5mm1.5mm，靠加热粘接在管片上，用在无螺靠加热粘接在
47、管片上，用在无螺栓的钢筋混凝土管片衬砌中。栓的钢筋混凝土管片衬砌中。弹性密封垫弹性密封垫 弹性密封垫是预制的成品。弹性密封垫是预制的成品。a)a)硫化橡胶类弹性密封垫密封防水硫化橡胶类弹性密封垫密封防水 嵌置在接头面上专设的密封垫沟梢内。嵌置在接头面上专设的密封垫沟梢内。其型式：如图，该型式允许接头张开其型式：如图，该型式允许接头张开0-15mm0-15mm仍可保持密封防水。仍可保持密封防水。b)b)复合型弹性密封垫复合型弹性密封垫 它是由不同材料组合而成的。用泡沫橡胶类，且具它是由不同材料组合而成的。用泡沫橡胶类，且具有高弹性复原材料为芯材，外包致密性、粘性好的覆盖有高弹性复原材料为芯材，外
48、包致密性、粘性好的覆盖层而组成的复合带状制品。层而组成的复合带状制品。1-1-覆盖层覆盖层 2-2-高弹芯材高弹芯材 3-3-密封口密封口 4-4-衬砌衬砌灌注密封剂灌注密封剂 埃及苏伊士运河艾哈迈德埃及苏伊士运河艾哈迈德哈姆迪水底公路隧道，哈姆迪水底公路隧道，衬砌外径衬砌外径11.6m11.6m，内径，内径l0.4ml0.4m，管片宽，管片宽1.2m1.2m，厚，厚0.6m0.6m，每，每环环1616块管片组成，块管片组成，1313块标准块，块标准块，2 2块邻接块和块邻接块和1 1块封顶块，块封顶块，通过注孔通过注孔2 2用喷枪、泵等将用喷枪、泵等将合成树脂类密封剂等类材料，合成树脂类密封
49、剂等类材料，沿着管片的预留灌浆孔压注沿着管片的预留灌浆孔压注入环纵缝中，相互连通的预入环纵缝中，相互连通的预留构槽孔道里，密封剂聚合留构槽孔道里，密封剂聚合固化后，依靠它与孔壁的固化后，依靠它与孔壁的粘结力密封接缝，粘结力密封接缝，起到止水作用。起到止水作用。嵌缝填料嵌缝填料 嵌缝防水是接缝防水的又一道防线，它是用止水材嵌缝防水是接缝防水的又一道防线，它是用止水材料填缝，填料几乎不受接头形状限制可填各类缝。嵌缝料填缝，填料几乎不受接头形状限制可填各类缝。嵌缝填料要求具有良好的不透水性、粘结性、耐久性、延伸填料要求具有良好的不透水性、粘结性、耐久性、延伸性、耐药性、抗老化性和适应性、耐药性、抗老
50、化性和适应一定变形的弹性，与潮湿的混一定变形的弹性，与潮湿的混凝土结合好，具有不流坠的抗凝土结合好，具有不流坠的抗下垂性等。目前采用塑料系统下垂性等。目前采用塑料系统的环氧树脂系、聚硫橡胶系、的环氧树脂系、聚硫橡胶系、聚氨脂或聚硫改性的环氧焦油聚氨脂或聚硫改性的环氧焦油系及尿素系树脂材料。系及尿素系树脂材料。螺栓孔防水螺栓孔防水 这也是不可少的重要一环。一般是将腔肋一侧的螺这也是不可少的重要一环。一般是将腔肋一侧的螺栓孔口制成锥形，采用合成树脂或天然橡胶、聚乙烯等栓孔口制成锥形，采用合成树脂或天然橡胶、聚乙烯等作成环形密封圈垫，螺栓拧紧起密封作用。作成环形密封圈垫，螺栓拧紧起密封作用。肋式刚性