盾構(gòu)法隧道施工原理常見難點(diǎn)和問題

盾構(gòu)法隧道施工原理、常見難點(diǎn)和問題談家龍

目錄一、盾構(gòu)法隧道施工發(fā)展歷史二、盾構(gòu)法隧道施工原理三、盾構(gòu)法隧道施工流程四、盾構(gòu)法隧道施工關(guān)鍵要素五、盾構(gòu)法隧道施工常見難點(diǎn)和問題六、結(jié)語(yǔ)一、盾構(gòu)法隧道施工的發(fā)展歷史起源概念與分類盾構(gòu)工法在中國(guó)發(fā)展趨勢(shì)（一）起源1818年，英國(guó)工程師布魯諾爾(M.I.Bruner)，最早提出了用盾構(gòu)法建設(shè)隧道的設(shè)想，并在英國(guó)取得了專利。1825年，他第一次在倫敦泰晤河下開始用一個(gè)斷面高6.8m、寬11.4m的矩形盾構(gòu)修建隧道。1843年，經(jīng)過(guò)18年施工，完成了全長(zhǎng)1100m的第一條盾構(gòu)法隧道。1828年1月12日泰晤河水涌入盾構(gòu)機(jī)（二）概念與分類盾構(gòu)機(jī)(ShieldMachine),是一種全封閉的隧道掘進(jìn)設(shè)備,主要由掘進(jìn)系統(tǒng)、同步注漿系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、渣土改良系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)等組成，利用襯砌管片提供反力,不能連續(xù)掘進(jìn)。隧道掘進(jìn)機(jī)(TunnelBoringMachine),簡(jiǎn)稱TBM，硬巖掘進(jìn)機(jī),部分封閉,圍巖暴露并可提供反作用力,可連續(xù)掘進(jìn)。（二）概念與分類“盾”——“防御、保護(hù)”，指刀盤、盾殼；“構(gòu)”——“構(gòu)筑、修建”，即管片襯砌和注漿；指使用盾構(gòu)機(jī)，一邊保持開挖面及圍巖穩(wěn)定，一邊進(jìn)行開挖面土體掘進(jìn)、出渣，同步實(shí)施管片背后注漿，在盾尾內(nèi)拼裝管片形成襯砌，從而在最大減少擾動(dòng)圍巖條件下修建隧道的方法。

（二）概念與分類1.按照開挖面平衡方式分為：土壓平衡式，適用于各種土層、巖層等復(fù)合地層；泥水平衡式，適用于含水砂層以及軟流塑、流動(dòng)性等軟弱地層；對(duì)地面沉降要求高的項(xiàng)目；復(fù)合式，適應(yīng)性更廣（二）概概念與分分類2.按照直徑徑大小分分為：巨型盾構(gòu)構(gòu)，大于于12米；15.43、14.9米；常規(guī)盾構(gòu)構(gòu)，大于于6米；6.28、6.34、6.68米；微型盾構(gòu)構(gòu)，小于于3米。0.15到3米。（二）概概念與分分類3.按照開挖挖面敞開開程度分分為：全敞開式式，手掘掘式、半半機(jī)械式式、機(jī)械械式半敞開式式，半擠擠壓、全全擠壓、、網(wǎng)格式式全封閉式式，土壓壓、泥水水、復(fù)合合式（二）概概念與分分類4.按照斷面面形式分分為圓形盾構(gòu)構(gòu)矩形盾構(gòu)構(gòu)異形盾構(gòu)構(gòu)（雙圓圓、三圓圓、球形形）（三）盾盾構(gòu)工法法在中國(guó)國(guó)北京地鐵鐵上海地鐵鐵廣州地鐵鐵其它城市市北京地鐵鐵2000年9月，北京京地鐵五五號(hào)線雍雍和宮站站至北新新橋站區(qū)區(qū)間首次次采用盾盾構(gòu)法施施工。2000年-2014年，高速速發(fā)展期期。建成成運(yùn)營(yíng)17條線路，，總長(zhǎng)527公里。日日均客流流約1000萬(wàn)人次。。是國(guó)內(nèi)內(nèi)最繁忙忙的軌道道交通系系統(tǒng)。根據(jù)線網(wǎng)網(wǎng)規(guī)劃，，2020年將建成成30條線路，，運(yùn)營(yíng)里里程超過(guò)過(guò)1000公里。上海地鐵鐵1994年，上海海延安東東路南線線隧道首首次使用用土壓平平衡盾構(gòu)構(gòu)機(jī)施工工。2003年上海隧隧道股份份設(shè)計(jì)制制造第一一臺(tái)國(guó)產(chǎn)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)機(jī)。截至2014年，共建建成運(yùn)營(yíng)營(yíng)14條線路，，總計(jì)525.2公里。根根據(jù)線網(wǎng)網(wǎng)規(guī)劃，，2017年總里程程689公里，2020年總里程程808公里。廣州地鐵鐵1995-1999年1號(hào)線建成成運(yùn)營(yíng)；；首次引引入盾構(gòu)構(gòu)法進(jìn)行行隧道施施工。1999年以后，，2、3、4號(hào)線大量量采用盾盾構(gòu)法隧隧道修建建；2010年高峰期期，75臺(tái)盾構(gòu)同同時(shí)掘進(jìn)進(jìn)。截至2014年，共有有9條營(yíng)運(yùn)路路線（1號(hào)線、2號(hào)線、3號(hào)線、4號(hào)線、5號(hào)線、6號(hào)線、8號(hào)線、廣廣佛線及及APM線），總總長(zhǎng)為260.5公里。2017年底，將將新建10條線路，，260公里新線線?？偫锢锍坛^(guò)過(guò)500公里。其它城市市國(guó)內(nèi)目前前地鐵已已經(jīng)開工工的共23個(gè)城市，，國(guó)務(wù)院院批準(zhǔn)的的有33個(gè)城市，，國(guó)內(nèi)地地鐵建設(shè)設(shè)趨勢(shì)由由中心城城區(qū)向四四周輻射射，十二二五期間間將是地地鐵建設(shè)設(shè)發(fā)展高高潮期。。國(guó)內(nèi)城市市軌道交交通建設(shè)設(shè)盾構(gòu)工工法的使使用比例例已經(jīng)超超過(guò)85%。（四）發(fā)發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)超大直徑徑復(fù)合型大深度、、大坡度度、小曲曲率二﹑盾構(gòu)法隧隧道施工工原理盾構(gòu)法隧隧道施工工的工作作原理盾構(gòu)法隧隧道施工工的特點(diǎn)點(diǎn)盾構(gòu)法隧隧道施工工的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)盾構(gòu)法隧隧道施工工的缺點(diǎn)點(diǎn)（一）盾盾構(gòu)法隧隧道施工工工作原原理盾構(gòu)機(jī)千千斤頂利利用已成成型管片片提供反反力，向向前施加加推力，，利用刀刀盤旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)切削掌掌子面土土體（保保持土倉(cāng)倉(cāng)壓力）），通過(guò)過(guò)螺旋輸輸送機(jī)（（管道））把渣土土輸送出出來(lái)，拼拼裝機(jī)拼拼裝管片片形成襯襯砌，管管片背后后同步注注漿，形形成永久久結(jié)構(gòu)。。土壓平衡衡盾構(gòu)機(jī)機(jī)工作原原理示意意圖泥水盾構(gòu)構(gòu)機(jī)工作作原理示示意圖（二）盾盾構(gòu)法隧隧道施工工的特點(diǎn)點(diǎn)地下施工工，必須須面對(duì)復(fù)復(fù)雜的地地質(zhì)條件件和敏感感的地面面環(huán)境。。所用設(shè)備備集成度度高，技技術(shù)含量量高，對(duì)對(duì)人的要要求較高高。涉及的專專業(yè)領(lǐng)域域較多，，對(duì)復(fù)合合型人才才有較多多需求。。（三）盾盾構(gòu)法隧隧道施工工的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)高效率。。機(jī)械化化作業(yè)程程度高，，施工速速度快，，采用預(yù)預(yù)制管片片襯砌，，一次成成型，施施工質(zhì)量量易于控控制。經(jīng)經(jīng)濟(jì)效率率顯著。。高安全。。施工作作業(yè)環(huán)境境好，施施工人員員安全得得到有效效保障。。對(duì)周圍圍環(huán)境影影響小，，地表沉沉降易于于控制。。高適應(yīng)。。不影響響地面交交通，不不影響航航運(yùn)通航航，不受受風(fēng)雨等等氣候條條件影響響。不受受地質(zhì)限限制。（四）盾盾構(gòu)法隧隧道施工工的缺點(diǎn)點(diǎn)盾構(gòu)機(jī)制制造周期期長(zhǎng)，設(shè)設(shè)備投入入較大；；準(zhǔn)備難且且費(fèi)用高高，短距距離隧道道不經(jīng)濟(jì)濟(jì)；小曲線隧隧道施工工較為困困難，施施工質(zhì)量量得不到到保障；；淺埋隧道道覆土太太淺，盾盾構(gòu)法施施工難度度很大；；施工過(guò)程程變化斷斷面尺寸寸困難；；三、盾構(gòu)構(gòu)法隧道道施工流流程總體流程程：盾構(gòu)構(gòu)法施工工總體流流程局部流程程：盾構(gòu)構(gòu)機(jī)掘進(jìn)進(jìn)流程（一）總總體流程程始發(fā)井（（車站））交付使使用→盾盾構(gòu)托架架就位→→盾構(gòu)機(jī)機(jī)下井組組裝、調(diào)調(diào)試、驗(yàn)驗(yàn)收→初初始掘進(jìn)進(jìn)（L=80-100米）→負(fù)負(fù)環(huán)拆除除及其它它調(diào)整（（換裝））→正常常掘進(jìn)→→盾構(gòu)機(jī)機(jī)到達(dá)中中間站→→盾構(gòu)機(jī)機(jī)通過(guò)中中間站→→盾構(gòu)機(jī)機(jī)再次組組裝、調(diào)調(diào)試、驗(yàn)驗(yàn)收→盾盾構(gòu)機(jī)再再次初始始掘進(jìn)→→正常掘掘進(jìn)→盾盾構(gòu)機(jī)到到達(dá)終點(diǎn)點(diǎn)站→盾盾構(gòu)機(jī)解解體外運(yùn)運(yùn)→隧道道清理、、管片修修補(bǔ)、堵堵漏→工工程驗(yàn)收收。盾構(gòu)機(jī)下井盾構(gòu)機(jī)就位調(diào)試初始掘進(jìn)正常掘進(jìn)到達(dá)車站過(guò)站再次始發(fā)到達(dá)終點(diǎn)站盾構(gòu)機(jī)解體外運(yùn)負(fù)環(huán)拆除始發(fā)端頭加固反力架安裝洞門密封圈安裝洞門圍護(hù)墻鑿除到達(dá)端頭加固洞門密封圈安裝盾構(gòu)機(jī)托架再次就位調(diào)試始發(fā)井中間站到達(dá)站盾構(gòu)法隧隧道施工工流程圖圖（二）局局部流程程準(zhǔn)備工作作（風(fēng)、、水、電電、漿液液、渣車車、管片片）→啟啟動(dòng)液壓壓系統(tǒng)→→啟動(dòng)動(dòng)刀盤→→啟動(dòng)動(dòng)次級(jí)渣渣土運(yùn)輸輸系統(tǒng)（（皮帶機(jī)機(jī)）→啟啟動(dòng)推進(jìn)進(jìn)千斤頂頂→啟動(dòng)動(dòng)首級(jí)渣渣土運(yùn)輸輸系統(tǒng)（（螺旋機(jī)機(jī)）→同同步注漿漿→停止止掘進(jìn)→→安裝管管片→準(zhǔn)準(zhǔn)備下一一環(huán)掘進(jìn)進(jìn)。開挖→出出土→注注漿→拼拼裝四盾構(gòu)構(gòu)法隧道道施工關(guān)關(guān)鍵要素素研究對(duì)手手，地質(zhì)質(zhì)研究兵器器，盾構(gòu)構(gòu)機(jī)研究招式式，技術(shù)術(shù)（一）研研究對(duì)手手，地質(zhì)質(zhì)（二）研研究兵器器-盾構(gòu)機(jī)系系統(tǒng)總成成（二）研研究兵器器-盾構(gòu)機(jī)系系統(tǒng)總成成（二）研研究兵器器-盾構(gòu)機(jī)系系統(tǒng)總成成（二）研研究兵器器-盾構(gòu)機(jī)系系統(tǒng)總成成1掘進(jìn)系統(tǒng)統(tǒng)2同步注漿漿系統(tǒng)3出渣系統(tǒng)統(tǒng)4管片拼裝裝系統(tǒng)5導(dǎo)向系統(tǒng)統(tǒng)6密封系統(tǒng)統(tǒng)7渣土改良良系統(tǒng)8風(fēng)、水、、電、氣氣系統(tǒng)9管片管片型式式主要參數(shù)數(shù)連接方式式防水材料料管片選型型盾構(gòu)隧道道管片襯襯砌構(gòu)造造示意圖圖（三）研研究招式式盾構(gòu)機(jī)操操作技術(shù)術(shù)盾盾構(gòu)構(gòu)機(jī)過(guò)站站技術(shù)管片選型型技術(shù)端端頭地層層處理技技術(shù)盾構(gòu)機(jī)測(cè)測(cè)量導(dǎo)向向技術(shù)隧隧道防水水技術(shù)管片背后后回填注注漿技術(shù)術(shù)其其它它技術(shù)盾構(gòu)機(jī)始始發(fā)掘進(jìn)進(jìn)技術(shù)盾構(gòu)機(jī)到到達(dá)技術(shù)術(shù)1盾構(gòu)機(jī)的的操作技技術(shù)做好操作作前的準(zhǔn)準(zhǔn)備工作作嚴(yán)格按操操作規(guī)程程進(jìn)行操操作按照操作作指令的的控制掘掘進(jìn)參數(shù)數(shù)(刀盤轉(zhuǎn)速速﹑扭矩﹑土倉(cāng)壓力力﹑推力﹑掘進(jìn)速度度﹑鉸接角度度﹑注漿壓力力等)對(duì)線路特特點(diǎn)﹑工程地質(zhì)質(zhì)和地面面的環(huán)境境狀況有有充分認(rèn)認(rèn)識(shí)對(duì)異常情情況要及及時(shí)采取取措施并并上報(bào)2管片選型型技術(shù)管片的類類型管片的尺尺寸及分分塊管片的連連接型式式轉(zhuǎn)彎環(huán)的的楔形量量管片選選型應(yīng)應(yīng)遵循循的原原則:管片跟跟著盾盾構(gòu)走走管片選選型的的考慮慮因素素:盾尾間間隙﹑千斤頂頂行程程差﹑鉸接角角度﹑盾構(gòu)機(jī)機(jī)姿態(tài)態(tài)趨勢(shì)勢(shì)重要性性:決定隧隧道的的質(zhì)量量(尤其是是防水水質(zhì)量量)3盾構(gòu)機(jī)機(jī)導(dǎo)向向技術(shù)術(shù)主流VMT導(dǎo)向系系統(tǒng)4管片背背后注注漿技技術(shù)注漿的的目的的注漿的的方式式漿液的的種類類注漿參參數(shù)選選擇(壓力、、數(shù)量量、強(qiáng)強(qiáng)度））5盾構(gòu)機(jī)機(jī)始發(fā)發(fā)掘進(jìn)進(jìn)技術(shù)術(shù)始發(fā)托托架的的定位位安裝裝盾構(gòu)機(jī)機(jī)、后后續(xù)臺(tái)臺(tái)車的的下井井組裝裝反力架架的安安裝洞門密密封環(huán)環(huán)板的的安裝裝洞門圍圍護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)的的鑿除除盾尾密密封油油脂的的涂抹抹負(fù)環(huán)管管片的的安裝裝6盾構(gòu)機(jī)機(jī)到達(dá)達(dá)技術(shù)術(shù)到達(dá)階階段的的貫通通測(cè)量量到達(dá)接接收托托架的的安裝裝洞門密密封環(huán)環(huán)板的的安裝裝洞門圍圍護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)的的鑿除除到達(dá)段段管片片的安安裝﹑緊固和和補(bǔ)充充注漿漿7盾構(gòu)機(jī)機(jī)過(guò)站站、過(guò)過(guò)隧道道技術(shù)術(shù)移動(dòng)托托架過(guò)過(guò)站滾軸法法過(guò)站站盾構(gòu)機(jī)機(jī)整體體吊裝裝過(guò)站站利用永永久管管片過(guò)過(guò)隧道道利用臨臨時(shí)管管片過(guò)過(guò)隧道道8端頭地地層處處理技技術(shù)端頭地地層處處理的的目的的端頭地地層處處理的的主要要方法法9隧道防防水技技術(shù)管片的的自防防水(抗?jié)B等等級(jí))管片接接逢止止水條條的形形式和和種類類嵌縫和和手孔孔封堵堵堵漏和和缺陷陷修補(bǔ)補(bǔ)10其它技技術(shù)刀具更更換技技術(shù)發(fā)泡劑劑注入入技術(shù)術(shù)使用泡泡沫處處理過(guò)過(guò)的軟軟土沒有使使用泡泡沫處處理的的軟土土五常常見見難點(diǎn)點(diǎn)和