盾構施工專業(yè)知識講座

盾構法施工1/28盾構根據(jù)挖掘方式盾構可分為手工挖掘和機械挖掘式盾構，根據(jù)切削環(huán)與工作面關系可分為開口形與密閉形盾構。2/28盾構法施工具有下列長處：1、因需在頂進是盾構本身，在同一土層中所需頂力為一常數(shù)，不受頂力大小限制；2、盾構斷面形狀能夠任意選擇，并且能夠形成曲線走向；3、操作安全，可在盾構設備掩護下，進行土層一式挖和襯砌；。4、施工時不擾民，噪聲小，影響交通少；5、盾構法進行水底施工，不影響航道通行；6、嚴格控制正面超挖，加強襯砌背面空隙填充，可控制地表沉降。3/28盾構組成

盾構是用于地下開槽法施工時進行地層開挖及襯砌拼裝進起支護作用施工設備?；緲嬙煊砷_挖系統(tǒng)、推進系統(tǒng)和襯砌拼裝系統(tǒng)三部分組成4/28開挖系統(tǒng)

盾構殼體形狀可任意選擇，用于給排水管溝，多采取鋼制圓形筒體，由切削環(huán)、支撐環(huán)、盾尾三部分組成，由外殼鋼板連接成一種整體。如圖所示。

5/281．切削環(huán)部分

位于盾構最前端，它前端做成刃口，以減少切土時對地層擾動。切削環(huán)也是盾構施工時容納作業(yè)人員挖土或安裝挖掘機械部位。盾構開挖系統(tǒng)均設置于切削環(huán)中。根據(jù)切削環(huán)與工作面關系，可分開放式和密封兩類。當土質(zhì)不能保持穩(wěn)定，如渙散粉細砂，液化土等，應采取密閉式盾構。當需要對工作面支撐，可采取氣壓盾構或泥水壓力盾構，這時在切削環(huán)與支撐環(huán)之間設密封隔板分開。2．支撐環(huán)部分

位于切削環(huán)之后，處于盾構中間部位。它承當?shù)貙訉Χ軜嬐翂毫?、千斤頂頂力以及刃口、盾尾、砌塊拼裝時傳來施工荷載等。它外沿布置千斤頂，大型盾構將液壓、動力設備，操作系統(tǒng)，襯砌拼裝機等均集中布置在支撐環(huán)中。在中、小型盾構中，可把部分設備放在盾構背面車架上。3．盾尾部分

它作用主要是掩護襯砌拼裝，并且避免水、土及注漿材料從盾尾間隙進入盾構。盾尾密封裝置由于盾構位置千變?nèi)f化，極易損壞，要求材耐磨、耐拉并富有彈性。曾采取單純橡膠、橡膠加彈簧鋼板、充氣式、毛刷型等多種盾尾密封裝置，但至今效果不夠抱負，一般多采取多道密封及可更換盾尾密封裝置。6/28推進系統(tǒng)

推進系統(tǒng)是盾構關鍵部分，依靠千斤頂將盾構向前移動。千斤頂控制采取油壓系統(tǒng)，其組成由高壓油泵、操作閥件和千斤頂?shù)仍O備組成。盾構千斤頂液壓回路系統(tǒng)如圖所示。圖為閥門轉(zhuǎn)換器工作示意圖。當滑塊2處于左端時，高壓油自進油管1流入經(jīng)分油箱4將千斤頂5出鎬；若需回鎬時，將滑塊2移向右端，高壓油從閥門轉(zhuǎn)換器4，推進千斤頂回鎬，并將回油管中油流向分油箱。7/28襯砌拼裝系統(tǒng)

盾構頂進后應及時進行襯砌工作，襯砌塊作為盾構千斤頂后背，承受頂力，施工過程中作為支撐構造，施工結束后作為永久性承載構造。砌塊采取鋼筋混凝土或預應力鋼筋混凝土、砌塊狀有矩形、梯形、缺形等，砌塊尺寸視襯砌辦法。如圖4—46所示。8/28盾構殼體尺寸確定1、盾構外徑盾構內(nèi)徑D內(nèi)應大于隧道襯砌外徑。D=d+2（χ+δ）

式中：

D—盾構外徑（mm）；d—襯砌外徑（mm）；χ—盾構厚度（mm）；δ—盾構建筑間隙（mm）；根據(jù)盾構調(diào)整方向要求，一般盾構建筑為襯砌外徑0.8～1.0%左右。其最小值要滿足：

χ=Ml/d

式中：l—盾尾內(nèi)襯砌環(huán)上頂點能轉(zhuǎn)動最大水平距離，一般采取l=d/80；M—盾尾掩蓋部分襯砌長度。因此χ=0.0125M，一般取用30～60mm.9/28盾構尺寸確定2、盾構長度盾構全長為前檐、切削環(huán)、支撐環(huán)和盾尾長度總和，其大小取決于盾構開挖辦法及預制襯砌環(huán)寬度。也與盾構敏捷度有關系。盾構敏捷度指盾構總和度L與其外徑D百分比關系。敏捷度一般采?。盒⌒投軜嫞―=2～3m），L/D=1.5左右；中型盾構（D=3～6m），L/D=1.0左右；大型盾構

L/D=0.75左右。盾構直徑確定后，選擇合適敏捷度，即可決定盾構長度。10/28盾構推進時系統(tǒng)頂力計算

盾構前進是靠千斤頂來推進和調(diào)整方向。因此千斤頂應有足夠力量，來克服盾構前進過程中所遇到多種阻力。（一）外殼與周圍土層間摩擦阻力F1F1=υ１[2（PV+Ph）L·D]

式中：PV—盾構頂部豎向土壓力（ｋＮ／ｍ2）；Ph—水平土壓力值（ｋＮ／ｍ2）；υ１—土與鋼之間摩擦系數(shù)，一般取０.２～０.６；Ｌ—盾構長度（ｍ）；Ｄ—盾構外徑（ｍ）。11/28切削環(huán)部分刃口切入土層阻力Ｆ２Ｆ２＝Ｄπｌ（ＰＶｔｇ?＋Ｃ）

式中：?—土內(nèi)摩擦角；Ｃ—土內(nèi)聚力（ｋＮ／ｍ2）；其他符合與公式（４—１７）相同。（三）砌塊與盾尾之間摩擦力Ｆ３Ｆ３＝υ２·Ｇ′·L′

式中：υ２—盾尾與襯砌之間摩擦系數(shù)，一般為０.４～０.５；Ｇ′—環(huán)襯砌重量；L′—盾尾中襯砌環(huán)數(shù)。12/28盾構自重產(chǎn)生摩擦阻力F4F4=G·υ１

式中：

G—盾構自重；υ１—鋼土之間摩擦系數(shù)，一般為0.2～0.6。（五）開挖面支撐阻力F5，應按支撐面上積極土壓力計算。其項阻力，需根據(jù)盾構施工時實際情況給予計算，疊加后組成盾構推進總阻力。由于上述計算均為近似值，實際確定千斤頂總頂力時，尚乘1.5～2.0安全系數(shù)。有資料提供經(jīng)驗公式確定盾構總頂力為：P=（700-1000）πD2/4·Kn

盾構千斤頂頂力：小型斷面用500～600ｋＮ；中型斷面用1000～1500ｋＮ；大型斷面用（D>10m）用25000ｋＮ。我國使用千斤頂多數(shù)為1500～2023ｋＮ。13/28盾構施工

盾構法施工概貌，如圖所示14/28施工準備工作

盾構施工前根據(jù)設計提供圖紙和有關資料，對施工現(xiàn)場應進行詳細勘察，對地上、地下障礙物；地形、土質(zhì)、地下水和現(xiàn)場條件等諸方面進行理解，根據(jù)勘察成果，編制盾構施工方案。盾構施工準備工作還應包括測量定線、襯塊預制、盾構機械組裝、減少地下水位、土層加固以及工作坑開挖等。上述這些準備工作視情況選用，并編入施工方案中。其允許偏差見表4—7。15/28盾構法施工給水排水管道允許偏差注：圓環(huán)變形等于圓環(huán)水平及垂直直徑差值與標準內(nèi)徑比值。項目允許偏差高程排水管道+15～-150(mm)套管或管廊每環(huán)±100(mm)軸線位移150(mm)圓環(huán)變形8‰早期襯砌相鄰環(huán)高差≤20(mm)16/28盾構工作坑及始頂

盾構法施工也應當設置工作坑（也稱工作室），作為盾構開始、中間、結束井。開始工作坑作為盾構施工起點，將盾構下入工作坑內(nèi)；結束工作坑作為全線頂進完成，需要交盾構取出；中間工作坑根據(jù)需要設置，如為了減少土方、材料地下運輸距離或者中間需要設置檢查井、車站等構筑物時而設置中間工作坑。17/28開始工作坑與頂管工作坑相同，其尺寸應滿足盾構和其頂進設備尺寸要求。工作坑周壁應做支撐或采取沉井或連續(xù)加固，避免坍塌，同樣盾構頂進方向?qū)γ孀龊美慰亢蟊?。盾構在工作坑導軌上至盾構完全進入土中這一段距離，借助外部千斤頂頂進。與頂管辦法相同如圖所示。18/2819/28當盾構已進入土中后來，在開始工作坑后背與盾構襯砌環(huán)，各設置一種木環(huán)，其大小尺寸與襯砌環(huán)相等，在兩個木環(huán)之間用圓木支撐，作為始頂段盾構千斤頂支撐構造。一般情況下，襯砌環(huán)長度達30～50m后來，才能起后背作用，拆除工作坑內(nèi)圓木支撐。始段開始后，即可起用盾構本身千斤頂，將切削環(huán)刃口切入土中，在切削環(huán)掩護下進行掘土，一面出土一面將襯砌塊運入盾構內(nèi)，待千斤頂回鎬后，其空隙部分進行砌塊拼裝。再以襯砌環(huán)為后背，啟動千斤頂，反復上述操作，盾構便不停前進。20/28襯砌和灌漿按照設計要求，確定砌塊形狀和尺寸以及接縫方法，接口有平口、企口和螺栓連接。企口接縫防水性能好，但拼裝復雜；螺栓連接整體性好，剛度大。砌塊接口涂抹粘結劑，提高防水性能，常用粘結劑有瀝青、瑪脂、環(huán)氧膠泥等。砌塊外壁與土壁間間隙應用水泥砂漿或豆石混凝土灌注。通常每隔3～5襯砌環(huán)有一灌注孔環(huán)，此環(huán)上設有4～10個灌注孔。灌注孔直徑大于36mm。灌漿作業(yè)應及時進行。灌入順自下而上，左右對稱地進行。灌漿時應防止?jié){液漏入盾構內(nèi)，在此之前應做好止水。砌塊襯砌和縫隙注漿合稱為一次襯砌。二次襯砌按照功能要求，在一次襯砌合格后，可進行二次襯砌。二次襯砌澆筑豆石混凝土、噴射混凝土等。21/281、無注漿鋼筋超前錨桿錨桿可采取φ22mm螺紋鋼筋，長度一般為2.0～2.5m，環(huán)向排列，其間距視土壤情況確定，一般為2.0～0.4m，排列至拱腳處為止。錨桿每一循環(huán)掘進打入一次。可用風動鑿巖機打入拱頂上部，鋼錨桿末端要焊接在拱架上。此法適用于拱頂土壤較好情況下，是避免坍塌一種有效措施。2、注漿小導管當拱頂土層較差，需要注漿加固時，利用導管替代錨桿。導管可采取直徑為32mm鋼管，長度為3～7m，環(huán)向排列間距為0.3m,仰角7～12°。導管管壁設有出槳孔，呈梅花狀分布。導管可用風動沖擊鉆機或PZ75型水鉆機成孔，然后推入孔內(nèi)。3、噴射混凝土噴射混凝土上是借助噴射機械，利用壓縮空氣或其他動力，將按一定配合比拌合料，通過管道輸送并以高速噴射到受噴面上凝結硬化而志一種混凝土。根據(jù)噴射混凝土拌合料攪拌和運輸方式，噴射方式一般分為干式和濕式兩種。常采取干式。下列圖為干式和濕式噴射混凝土工藝流程圖。22/28干式射噴是依靠噴射機壓送干拌合料，在噴嘴處加水。在國內(nèi)外應用較為普遍，它主要長處是設備簡單，輸送距離長，速凝劑可在進入噴射機前加入。濕式噴射是用噴射機壓送濕拌合料（加入拌合水），在噴嘴處加入速凝劑。它主要長處是拌合均勻，水灰比能精確控制，混凝劑加入也較困難。23/28噴射混凝土材料要求：(1)水泥

噴射混凝土應選用大于425號硅酸鹽或普通硅鹽水泥，由于這兩種水泥C3s和C3A含量較高,同速凝劑相容性好,能速凝、快硬,后期強度也較高.當遇有較高可溶性硫酸鹽地層或地下水時，應選用抗硫酸鹽類水泥。當結構物要求噴射混凝土早強時，可使用硫鋁酸鹽水泥或其它早強水泥。(2)砂

噴射混凝土宜選用中粗砂，一般砂子顆粒級配應滿足下表規(guī)定。砂子過細，會使干縮增大；砂子過粗，則會增加回彈。砂子中小于0.075mm顆粒不應大于20%。

砂級配程度

篩孔尺寸(mm)

通過百分數(shù)(以重量計)篩孔尺寸(mm)通過百分數(shù)(以重量計)52.51.295～10080～10050～850.60.30.1525～6010～302～1024/28（3）石子

宜選用卵石為好，為了減少回彈，石子最大粒徑不宜大于20mm，石子級配應符合下表要求。若摻入速凝劑時，石子中不應具有二氧化硅石料，以免噴射混凝土開裂。

石子級配程度

篩孔尺寸

(mm)

通過每個篩子重量百分比

級配Ⅰ

級配Ⅱ20151052.51.2

10090～10040～700～150～5--

--

10085～10010～300～100～525/28(4)速凝劑

使用速凝劑主要是使噴射混凝土速凝快硬，減少回彈損失，避免噴射混凝土因重力作用引發(fā)脫落，可合適加大一次噴射厚度等。噴射混凝土拌合料砂率控制在45～55%為好，水灰比0.4～0.5為宜。26/284.回填注漿

在暗挖法施工中，在早期支護拱頂上部，由于噴射混凝土與土層未密貼，