1、第六章 盾構法施工o6.1 概述o6.2 盾構機的分類與選型o6.3 盾構機的構造和工作原理o6.4 盾構法施工工藝16.1 概述o1、盾構法定義o 盾構法隧道施工是利用盾構機在軟巖和土體中進行隧道掘進，同時完成隧道永久襯砌鋪設的一種施工工法。2 至至20202020年，我國將完成年，我國將完成60006000公里各類隧道的建設，公里各類隧道的建設，年均年均290290公里公里 ，其中不少是，其中不少是長、大、寬隧道，且很多工長、大、寬隧道，且很多工程均首選盾構法。程均首選盾構法。 上世紀上世紀60年代，上海隧道年代，上海隧道股份設計制造中國第一臺網格式股份設計制造中國第一臺網格式盾構，用于上

2、海打浦路隧道建設；盾構，用于上海打浦路隧道建設； 上世紀上世紀90年代初，自行開發年代初，自行開發了我國第一臺土壓平衡盾構，研了我國第一臺土壓平衡盾構，研制水平已接近當時的國際水平。制水平已接近當時的國際水平。 40多年來，自行設計制造了多年來，自行設計制造了不同類型的盾構機不同類型的盾構機60余臺余臺 中國當前面臨巨大的市場需中國當前面臨巨大的市場需求和良好的發展契機求和良好的發展契機.上海上海36.1 概述46.1 概述o2、盾構發展史o1963年上海隧道工程公司研制了1臺直徑4.2m的手掘式盾構；o1965年上海隧道工程設計院設計、江南造船廠制造的2臺直徑5.8m的網格擠壓型盾構掘進機；

3、o1987年上海隧道股份研制成功了我國第一臺4.35m加泥式土壓平衡盾構掘進機 ；o1990年引進法國fcb公司6.34m土壓平衡盾構掘進機；o 1996年上海延安東路隧道南線工程1300m圓形主隧道采用從日本引進的11.22m泥水加壓平衡盾構掘進機施工。566.1 概述o3 盾構法施工的優缺點o優點：對地面干擾小，施工速度快，機械自動化程度高。o缺點：施工設備費用高；當覆土較淺時，地表沉降較難控制；盾構法隧道襯砌和接縫滲漏水，隧道后期沉降過大。18cm23.40m516 517518 519 520521522 523524 525526 527528 529 530531 532533 5

4、34535 536537 538539 540541 550a反彎點反彎點接縫張開因剪切形成的踏步537環變形 及裂縫a結點圖7 盾構設計的兩種主流思想理念：盾構設計的兩種主流思想理念： 1 1、日本的設計思想、日本的設計思想主要根據工程需要來進行選型設計，主要根據工程需要來進行選型設計，考慮的是設備的經濟性；代表有日本三菱、考慮的是設備的經濟性；代表有日本三菱、ihiihi公司等公司等2 2、歐美的設計思想、歐美的設計思想主要考慮設備的高可靠性、高效率，主要考慮設備的高可靠性、高效率，代表有美國羅伯特、德國海瑞克公司等。代表有美國羅伯特、德國海瑞克公司等。 二者量化比較，日本的盾構主要部件運

5、行二者量化比較，日本的盾構主要部件運行40004000小時無故小時無故障，歐美的盾構機主要部件運行障，歐美的盾構機主要部件運行1000010000小時無故障。小時無故障。 既要追求產品既要追求產品的高可靠性和適的高可靠性和適用性用性,又要達到產又要達到產品的可維護性及品的可維護性及長壽命。長壽命。設計原則設計原則8先行號盾構先行號盾構日本產盾構日本產盾構德國產盾構德國產盾構0.00.00.50.51.01.01.51.52.02.096.2 盾構機的分類與選型o1 盾構機的分類106.2 盾構機的分類與選型116.2 盾構機的分類與選型126.2 盾構機的分類與選型o泥水平衡式盾構：在密封艙內

6、通入泥水（泥漿）以平衡盾構前方水土壓力。 136.2 盾構機的分類與選型o土壓平衡式盾構：利用刀盤切削下來的土充滿整個密封艙，并保持一定壓力來平衡開挖面的土壓力。146.2 盾構機的分類與選型o2 盾構選型o 盾構機選型的關鍵在于地質與環境保護條件、工程規模、經濟性。o 1）在地下水位低的地區，應優先考慮半機械式盾構；o 2) 在地下水位高的軟土地區o 泥水平衡式盾構施工引起的沉降可控制在10mm以內；o 土壓平衡式盾構施工引起的沉降可控制在20mm以內。156.2 盾構機的分類與選型o泥水加壓盾構地質適應性條件：o a 在以砂性土為主的沉積層中；o b 在不需要做泥水分離的工程中；o c 在

7、水頭高度很高（如大于50m）的江川和海峽水底下施工時；o d 在某些對地表沉降要求高的地段。 166.2 盾構機的分類與選型o土壓平衡盾構地質適應性條件o a 在軟弱的沖積土層中； o b 在礫石層或砂土層中，需摻入適當的泥漿；o c 當工作面水壓pw 0.4mpa 的軟土地區。176.3 盾構機的構造和工作原理o1 基本構造o 盾構掘進機由盾構殼體、推進系統、拼裝系統、出土系統四大部分組成。o盾構殼體：切口環、支承環、盾尾o推進系統：盾構千斤頂和液壓設備o拼裝系統：襯砌拼裝器（舉重臂）o出土系統：有軌、無軌或管道運輸186.3 盾構機的構造和工作原理o2 盾構工作基本原理o 在盾殼的掩護下，

8、切削刀盤可以安全地開挖地層，一次掘進相當于裝配式襯砌一環的寬度。o 尾部可以裝配與之管片，迅速拼裝成隧道永久襯砌，并將襯砌與土層之間用水泥砂漿填實，防止周圍地層的變形。o 盾構推進主要依靠盾構內部設置的千斤頂，用千斤頂頂在拼成的襯砌環上使它推進到已挖好的空洞內，然后縮回活塞桿，為下一環襯砌拼裝創造條件。o 重復上述過程，不斷開挖，不斷拼裝，并不斷推進，完成隧道施工。196.3 盾構機的構造和工作原理o3 盾構推力的計算o1) 盾構外表面與四周地層摩阻力f1；o2）盾尾內殼與襯砌結構之間的摩阻力f2；o3）開挖面正面阻力f3；o4）盾構切口部分刃口切入土層阻力f44433322206.3 盾構機

9、的構造和工作原理o3 盾構推力的計算o1) 盾構外表面與四周地層摩阻力f1o f1=1(2(pv+ph)*l*d+w)o1為土與鋼殼摩擦系數，一般取0.4opv 為盾構中心標高垂直土壓力；oph為盾構中心標高水平主動土壓力；ol為盾構全長；d為盾構外徑；w為盾構總重；o2）盾尾內殼與襯砌結構之間的摩阻力f2；216.3 盾構機的構造和工作原理o3 盾構推力的計算o2）盾尾內殼與襯砌結構之間的摩阻力f2o f2=n*2*wso n為盾尾包裹管片環數，一般為3環；o2為襯砌結構與盾尾之間的摩擦系數，一般年取0.5；ows為單環襯砌管片重量；226.3 盾構機的構造和工作原理o3）開挖面正面阻力f3；o f3=1/4*d2*phoph為盾構中心標高處被動土壓力236.3 盾構機的構造和工作原理o4）盾構切口部分刃口切入土層阻力f4of4=*d0*bs*pv*tgod0 為切口環內徑；obs 為切口