1、一、 盾構(gòu)機(jī)根本知識1.1 盾構(gòu)機(jī)的根本概念盾構(gòu)英文為Shield詞的含義在土木工程領(lǐng)域中為遮蓋物、保護(hù)物。這 里把外形與隧道橫截面相同 ,但尺寸比隧道外形稍大的鋼筒或框架壓入地中 構(gòu)成保護(hù)掘削機(jī)的外殼。該外殼及殼內(nèi)各種作業(yè)機(jī)械、作業(yè)空間的組合體稱 為盾構(gòu)機(jī)。盾構(gòu)是一種既能支承地層的壓力、 又能在地層中掘進(jìn)的施工機(jī)具 。1.2 盾構(gòu)機(jī)起源1818 年英國工程師布魯涅爾創(chuàng)造了盾構(gòu)施工方法，并取得了專利。用于泰 晤士河隧道施工。其后英美法相繼進(jìn)行的盾構(gòu)的研究和應(yīng)用。二十世紀(jì)初日 本引進(jìn)盾構(gòu)，盾構(gòu)在日本迅速開展和應(yīng)用與創(chuàng)新。 現(xiàn)在盾構(gòu)主要生產(chǎn)國有日、 德、美、英、法、加拿大等國家。1.3 盾構(gòu)的施工

2、過程及原理1建造堅井 盾構(gòu)出發(fā)豎井和接收豎井 。2把盾構(gòu)主機(jī)和配件分批吊入始發(fā)豎井中 ,并在預(yù)定迸開掘進(jìn)位置上 組裝成整機(jī) ,隨后調(diào)試其性能使之到達(dá)設(shè)計要求。3盾構(gòu)從豎井或基坑墻壁上的開口 洞門 可人工開口 ,也可由盾構(gòu)刀 盤直接掘削 處始發(fā) ,沿隧道的設(shè)計軸線掘進(jìn)。4盾構(gòu)掘進(jìn)到達(dá)預(yù)定終點的豎井時 ,盾構(gòu)進(jìn)入該豎井 ,掘進(jìn)結(jié)束。隨后檢 修盾構(gòu)或解體盾構(gòu)運(yùn)出。盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)是靠盾構(gòu)前部的旋轉(zhuǎn)掘削刀盤掘削土體 這里把刀盤掘削 的地層面稱為掘削面 ,掘削土體過程中必須始終維持掘削面的穩(wěn)定即保證 掘削面上的土體不出現(xiàn)明塌。為滿足這個要求必須保證刀盤后面土艙內(nèi)土體 對地層的反作用壓力稱為被動土壓?地層的土

3、壓稱為主動土壓靠艙內(nèi) 的出土器械 螺旋輸送機(jī)或者吸泥泵 出土;靠中部的推進(jìn)千斤頂推進(jìn)盾構(gòu)前 進(jìn);由后部的拼裝機(jī)拼裝成環(huán) 也稱隧道襯砌 ;隨后再由尾部的背后注漿系 統(tǒng)、向襯砌與地層問品的縫隙中注入填充漿液 ,以便防止隧道和地面的下沉。1. 泥土壓必須可以對抗掘削上地層的土壓和水壓2. 必須可以利用螺旋輸送機(jī)等排土機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)排土量3. 對必須混入添加材的土質(zhì)而言，注入的添加材必須可使泥土 混入添加材的掘削土 的塑流性和抗?jié)B性提高到滿足掘削面穩(wěn)定要求的水 準(zhǔn)。如果擋土結(jié)構(gòu)在土壓力的作用下，其本身不發(fā)生變形和任何位移移動或轉(zhuǎn)動 ， 土體處于彈性平衡狀態(tài)，那么這時作用在擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力稱為靜止土壓力。

4、擋土結(jié)構(gòu)在土壓力作用下向離開土體的方向位移，隨著這種位移的增大，作用在擋 土結(jié)構(gòu)上的土壓力將從靜止土壓力逐漸減小。當(dāng)土體到達(dá)主動極限平衡狀態(tài)時，作用在 擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力稱為主動土壓力。擋土結(jié)構(gòu)在荷載作用下向土體方向位移，使土體到達(dá)被動極限平衡狀態(tài)時的土壓力 稱為被動土壓力。 1.4盾構(gòu)機(jī)的分類不同的地層盾構(gòu)1. 硬巖盾構(gòu) 2.軟巖盾構(gòu)3.軟土盾構(gòu) 4. 復(fù)合式盾構(gòu) 硬巖軟土盾構(gòu) 橫截面形式分類：1. 圓形2.橢圓形3.馬路蹄形4.雙圓形5.三圓形 6.矩形不同敞開程度分類1. 全部敞開式：能直接看到全部掘削面掘削狀況的形式2. 局部敞開式 網(wǎng)格式 :看到局部掘削面掘削狀況的形式3. 封閉式：

5、掘削面與內(nèi)艙有隔板，無法盾到掘削面狀況，只能靠傳感器。 1.5土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)適應(yīng)的地層 土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)可在砂礫、砂、粉砂、粘土等壓密程度低、軟、 硬相 間的地層以及礫層、砂層等地層中使用。我們的盾構(gòu)機(jī)主要適用的地層為： 粉砂、粘土、粉土、粉沙、粘質(zhì)砂土等地層。1.6盾構(gòu)法隧道的優(yōu)點1、在盾構(gòu)支護(hù)下進(jìn)行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航運(yùn)、潮 汐、季節(jié)、氣候等條件的影響，能較經(jīng)濟(jì)合理地保證隧道平安施工。2、盾構(gòu)的推進(jìn)、出土、襯砌拼裝等可實行自動化、智能化和施工遠(yuǎn)程控制 信息化，掘進(jìn)速度快，施工勞動強(qiáng)度低。3、地面人文自然景觀受到良好的保護(hù) , 周圍環(huán)境不受盾構(gòu)施工干擾；在松 軟地層

6、中，開挖埋置深度較大的長距離、大直徑隧道，具有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、安全、軍事等方面的優(yōu)越性。1.7 盾構(gòu)法隧道的缺點 1、盾構(gòu)機(jī)造價較昂貴，隧道的襯砌、運(yùn)輸、拼裝、機(jī)械安裝等工藝較復(fù)雜； 在飽和含水的松軟地層中施工 ,地表沉陷風(fēng)險較大。2、需要設(shè)備制造、氣壓設(shè)備供給、襯砌管片預(yù)制、襯砌結(jié)構(gòu)防水及堵漏、 施工測量、場地布置、盾構(gòu)轉(zhuǎn)移等施工技術(shù)的配合，系統(tǒng)工程協(xié)調(diào)復(fù)雜。3、建造短于 750m 的隧道經(jīng)濟(jì)性差。4、對隧道曲線半徑過小或隧道埋深較淺時，施工難度大。1.8 制造材料盾構(gòu)在地下穿越 ,要承受水平荷載、豎向荷載和水壓力 ,如果地面有構(gòu)筑 物,還要承受這些附加荷載； 盾構(gòu)推進(jìn)時 ,還要克服正面阻力 ,

7、所以 ,盾構(gòu)整體 要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度。盾構(gòu)主要用鋼板成型制成。大型盾構(gòu)考慮到水 平運(yùn)輸和垂直吊裝的困難 , 可制成分體式 ,到現(xiàn)場進(jìn)行就位拼裝 ,部件的連接 一般采用定位銷定位、高強(qiáng)度螺栓連接 , 最后焊接成型的方法。 二、盾構(gòu)機(jī)各個組成局部的構(gòu)造及工作原理 在講本節(jié)之前我先介紹一下盾構(gòu)機(jī)的整體情況。2.1 盾體盾體的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計是按照工作壓力為 3 bar 時，土壓、水壓、牽引負(fù)荷和 推進(jìn)時的工作負(fù)荷來考慮的。 所有必要的連接都是為了盾構(gòu)機(jī)的操作來綜合 考慮的。盾體是由刀盤、前盾、中盾和盾尾通過螺栓連接組成的。盾體鋼體 的材質(zhì)是 S355J2G3 。DIN DEUTSCHE Indust

8、rial Norm 是德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的代號該牌號表示是按 強(qiáng)度等級表示鋼鐵牌號，S表示鋼，抗拉強(qiáng)度為355MPa,J2G3 質(zhì)量等級 沖擊功和供貨狀態(tài) ,J2G3及K2G3牌號產(chǎn)品的供貨狀態(tài)應(yīng)為正火狀態(tài)或正火軋制狀態(tài)，其余由制造廠選擇對鋼板產(chǎn)品 。盾體由三個主要局部組成? 前盾?中盾? 盾尾總重117580kg，長度7085最長。211 前盾前盾的外型像一個圓筒 ,在其內(nèi)部安裝有用于支撐刀盤主驅(qū)動裝置和螺 旋輸送機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)。螺旋輸送機(jī)的安放位置是向上并與水平軸線有一個角 度，一直延伸到盾尾，直到皮帶運(yùn)輸機(jī)。前盾耐壓隔板的前面局部呈圓錐形， 由里面向上直到盾體耐壓隔板 ,這樣 設(shè)計是為了防止土體的

9、粘著和有利于土體流向底部區(qū)域 .耐壓艙壁把前盾的主工作區(qū)域與土倉分開。 在主工作區(qū)域耐壓隔板的上 部區(qū)域一個艙門 ,可以容許維修工作人員通過進(jìn)入到土倉 ,用于檢查維修。此 外耐壓隔板上有幾個開口 ,分別用于控制土的調(diào)節(jié)水平、 連接，以及在維修情 況下用于操作的供給線路的連接盒。通過設(shè)置在土倉耐壓隔板上的四個攪拌臂的孔口，水、泡沫和其它添加 劑被輸送到土倉里面。 土倉耐壓隔板上的攪拌臂的結(jié)構(gòu)與布置有利于土倉里 的土體攪拌和用于改善土體的添加劑的注入分配。借助于設(shè)置在前盾 ,由液壓控制的關(guān)門裝置 螺旋輸送機(jī)前閘門 ,螺旋輸 送機(jī)的前閘門可以在螺旋輸送機(jī)的螺桿縮回之后關(guān)閉 ,用于保養(yǎng)與維修。1總體尺

10、寸、結(jié)構(gòu)、重量外徑©6390mm，長度2045mm，鋼板厚度60mm，總重49540kg。2各孔的作用：5個土壓傳感器，4個泡沫管，4泄水管3個©100 , 1個©200。3細(xì)部圖的解釋。前盾、中盾有定位銷。4M36的扭矩要求為3100KN。212 中盾前盾和中盾是通過高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接和焊接而連接在一起的。 用于掘進(jìn)的推進(jìn)油缸和作為盾尾附加裝置的盾體鉸接油缸安裝在中盾 的區(qū)域里。1總體尺寸結(jié)構(gòu)：外徑© 6380mm，長度2795mm，鋼板厚度40mm，總 重40840kg 。2中盾上布置有環(huán)狀梁和支柱，支柱上聯(lián)接有懸掛桁架主要用于安裝管 片拼裝機(jī)，環(huán)狀梁用于支撐和安裝推進(jìn)油缸和鉸接油缸。3推進(jìn)油缸A、B、C、D四組，共32個，4、8、12、16油缸帶有行程傳感器。油缸均勻布置。4細(xì)部圖的解釋。5M20的扭矩要求為360KN。6聯(lián)接處的充氣密封7三道密封2. 1. 3盾尾盾尾的外型像一個圓筒，它通過14個鉸接油缸與中盾連接起來。在盾尾 的保護(hù)下，管片的拼裝借助于管片拼裝機(jī)來實現(xiàn)。在盾尾的末端有三排鋼絲 密封刷用于密封盾尾和成環(huán)管片之間的間隙。在盾尾中集成的注漿管路把環(huán)形間隙用漿液充滿。為了防止周圍地層的土砂、地下水及背后注漿的竄入，設(shè)置有盾尾密封 裝置。本盾構(gòu)機(jī)設(shè)置有三道盾尾密封刷。1總體尺寸結(jié)構(gòu)：外徑©