《地鐵工程設(shè)計與施工（智媒體版）》課件 6 地鐵盾構(gòu)法施工

第六章：地鐵盾構(gòu)法施工引言地鐵盾構(gòu)法施工第八章：地鐵盾構(gòu)法施工引言中國盾構(gòu)機制造企業(yè)第八章：地鐵盾構(gòu)法施工引言盾構(gòu)法隧道的起源及發(fā)展史1818年，法國的布魯諾爾(M.I.Brune1)從蛀蟲鉆孔得到啟示，最早提出了用盾構(gòu)法建設(shè)隧道的設(shè)想，并在英國取得了專利。布魯諾爾注冊專利的盾構(gòu)（1）國外發(fā)展史第八章：地鐵盾構(gòu)法施工引言盾構(gòu)法隧道的起源及發(fā)展史1828年1月12日泰晤土河水涌入盾構(gòu)機M.I.Brunel

螺旋盾構(gòu)，1818第八章：地鐵盾構(gòu)法施工引言盾構(gòu)法隧道的起源及發(fā)展史1917年，日本引進盾構(gòu)施工技術(shù)，是歐美國家以外第一個引進盾構(gòu)法的國家。1963年，土壓平衡盾構(gòu)首先由日本SatoKogyo公司開發(fā)出來。

1963年SatoKogyo公司土壓平衡盾構(gòu)第八章：地鐵盾構(gòu)法施工引言盾構(gòu)法隧道的起源及發(fā)展史1989年，日本最引人注目的泥水盾構(gòu)隧道工程開工。日本東京灣海底隧道盾構(gòu)機示意圖第八章：地鐵盾構(gòu)法施工引言盾構(gòu)法隧道的起源及發(fā)展史1989年，日本最引人注目的泥水盾構(gòu)隧道工程開工。日本東京灣海底隧道泥水式盾構(gòu)機第八章：地鐵盾構(gòu)法施工引言盾構(gòu)法隧道的起源及發(fā)展史1987年，上海市隧道工程公司承建市南站過江電纜隧道工程，成功設(shè)計了我國第一臺直徑4.35m加泥式土壓平衡盾構(gòu)掘進機。直徑4.35m土壓盾構(gòu)研制（2）國內(nèi)發(fā)展史第八章：地鐵盾構(gòu)法施工引言盾構(gòu)法隧道的起源及發(fā)展史1990年12月，上海市隧道工程公司承建的上海合流污水治理工程6.1標過江隧道推進施工。采用自己設(shè)計制造直徑5.17m加泥式土壓平衡盾構(gòu)。直徑5.17m加泥式土壓平衡盾構(gòu)（2）國內(nèi)發(fā)展史第八章：地鐵盾構(gòu)法施工引言盾構(gòu)法隧道的起源及發(fā)展史1995年，我國開始研究矩形盾構(gòu)隧道掘進技術(shù)，1996年上海隧道工程股份有限公司研制了一臺2.5m×2.5m可變網(wǎng)格矩形隧道掘進機，頂進矩形隧道60m。2.5m×2.5m可變網(wǎng)格矩形隧道掘進機（2）國內(nèi)發(fā)展史第八章：地鐵盾構(gòu)法施工引言盾構(gòu)法隧道的起源及發(fā)展史2003年9月，上海隧道工程股份有限公司建設(shè)的中國首條雙圓隧道在軌道交通8號線應(yīng)用。雙圓隧道（2）國內(nèi)發(fā)展史第八章：地鐵盾構(gòu)法施工引言中國盾構(gòu)機施工企業(yè)第八章：地鐵盾構(gòu)法施工第八章：地鐵盾構(gòu)法施工引言2011-2050中國軌道交通增長預(yù)測德國RMB5000萬元日本RMB3000萬元國產(chǎn)RMB2500-5000萬盾構(gòu)機價格第八章：地鐵盾構(gòu)法施工引言盾構(gòu)的發(fā)展前景按照一臺盾構(gòu)機使用壽命為掘進10~15km，我國盾構(gòu)市場每年的需求量增加100臺左右。2010年我國盾構(gòu)機保有量300臺2015年，600臺盾構(gòu)法應(yīng)用地鐵隧道通訊、電力線纜隧洞市政、水工涵洞石油、天然氣管道第八章：地鐵盾構(gòu)法施工概述1盾構(gòu)的基本構(gòu)造及其分類2盾構(gòu)選型3盾構(gòu)施工技術(shù)4

8.1概述What?什么是盾構(gòu)法？特點？

盾構(gòu)施工工法——是指使用盾構(gòu)機，一邊控制開挖面及圍巖不發(fā)生坍塌失穩(wěn)，一邊進行隧道掘進、出渣、并在機內(nèi)拼裝管片形成襯砌、實施壁后注漿，從而不擾動圍巖而修筑隧道的方法。

8.1概述What?什么是盾構(gòu)法？特點？優(yōu)點安全性好。在盾構(gòu)設(shè)備的掩護下，可安全進行土層開挖與支護工作暗挖方式施工時與地面及交通互不影響，尤其在城市建筑物密集和交通繁忙地段振動和噪音小，可控制地表沉降，對施工區(qū)域環(huán)境影響較少缺點一次性投入大，施工設(shè)備費用較高覆土較淺時，地表沉降較難控制用于施作小曲率半徑（R＜20D）隧道時掘進較困難

8.2盾構(gòu)的分類與選型由于國家和地區(qū)的不同，技術(shù)發(fā)展的起源不同，盾構(gòu)的分類也有所不同。目前已經(jīng)處于技術(shù)混合的狀態(tài)，大致來說分類如下：挖掘的地質(zhì)條件分軟土盾構(gòu)機（軟土）復合式盾構(gòu)機全斷面硬巖盾構(gòu)機(TBM)從盾構(gòu)機的工作機理分敞開式和密閉式，密閉式分：土壓平衡式盾構(gòu)機泥水平衡式盾構(gòu)機（含氣墊式）從直徑的大小分小型盾構(gòu)機（一般在6米以下）大型盾構(gòu)機（一般在6米以上）超大型盾構(gòu)機（一般在14米以上）盾構(gòu)類型1

8.2盾構(gòu)的分類與選型盾構(gòu)機機型的選擇2

8.2盾構(gòu)的分類與選型工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件地層的參數(shù)隧道長度、平縱面及斷面形狀和尺寸等設(shè)計參數(shù)周圍環(huán)境條件工程籌劃及節(jié)點工期要求宜用的輔助工法技術(shù)經(jīng)濟比較經(jīng)驗……盾構(gòu)機機型的選擇21.選型依據(jù)

8.2盾構(gòu)的分類與選型[調(diào)查項目]2.盾構(gòu)機選型流程

8.2盾構(gòu)的分類與選型[論證項目]2.盾構(gòu)機選型流程

8.2盾構(gòu)的分類與選型土壓平衡盾構(gòu)滲透系數(shù)小于10-7m/s時土壓平衡盾構(gòu)或泥水盾構(gòu)滲透系數(shù)大于10-7m/s，小于10-4m/s時泥水盾構(gòu)滲透系數(shù)大于10-4m/s時3.盾構(gòu)選型的主要方法（1）根據(jù)地層的滲透系數(shù)進行選型盾構(gòu)機機型的選擇2

8.2盾構(gòu)的分類與選型一般來說，當巖土中的粉粒、黏粒的總量達到40%以上時，通常采用土壓平衡盾構(gòu)，相反采用泥水盾構(gòu)。（2）根據(jù)地層的顆粒級配進行選型3.盾構(gòu)選型的主要方法

8.2盾構(gòu)的分類與選型土壓平衡盾構(gòu)當水壓大于0.3MPa時泥水盾構(gòu)當水壓小于0.3MPa時（3）根據(jù)地下水壓進行選型3.盾構(gòu)選型的主要方法

土壓平衡盾構(gòu)機主要部件構(gòu)成示意圖

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造

泥水平衡盾構(gòu)機主要部件構(gòu)成示意圖

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)機通常由盾構(gòu)殼體、推進（開挖）系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)、出土系統(tǒng)等四大部分組成。盾構(gòu)殼體推進系統(tǒng)拼裝系統(tǒng)出土系統(tǒng)

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)殼體推進系統(tǒng)拼裝系統(tǒng)出土系統(tǒng)

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造掘削機構(gòu)1刀盤刀具

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造掘削機構(gòu)1單刃滾刀磨損檢測刀注入口保護刀導向刀保護刀8連中心滾刀切削刀盾構(gòu)刀盤刀具示意圖雙刃滾刀盾構(gòu)刀盤刀具安裝

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造掘削機構(gòu)1刮刀安裝在碴土通道的一側(cè)。高質(zhì)量的碳質(zhì)刀刃,寬度100mm?？梢詮牡侗P后面更換刀具。

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造掘削機構(gòu)1（1）刮刀刮削刀具是指只隨刀盤轉(zhuǎn)動而沒有自轉(zhuǎn)的破巖刀具。

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造掘削機構(gòu)1（2）滾刀

滾切類刀具（滾刀）是通過刀具的滾動來切割巖層的。

它不僅要在刀盤的帶動下隨刀盤進行公轉(zhuǎn)，同時還要圍繞自身刀軸進行自轉(zhuǎn)，通過不斷的連續(xù)滾動對巖層進行切入、擠壓和摩擦，使掌子面上的巖層逐漸剝落，完成對巖層的切割破碎。

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造掘削機構(gòu)1（2）滾刀所有的滾刀、刮刀都可以在隧道內(nèi)從刀盤后部更換。一般不需要中途換刀。如有必要，刀具更換作業(yè)可以在常壓和帶壓方式下進行。正齒刀切刀邊刮刀鋼刀圈盤形正滾刀球齒刀圈盤形滾刀盤形球齒滾刀

刀盤驅(qū)動是液壓驅(qū)動，通過在閉式回路的功率控制變量液壓泵,可實現(xiàn)雙向無級調(diào)速。

刀盤驅(qū)動裝置的作用是向刀盤提供必要的旋轉(zhuǎn)扭矩，驅(qū)使刀盤旋轉(zhuǎn)。

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造刀盤驅(qū)動裝置2

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)殼體由切口環(huán)、支承環(huán)、盾尾與豎直隔板、水平隔板組成，并由外殼鋼板連成整體。切口環(huán)：開挖；上下寬度可以等值、也可以不等值，甚至是活動的；容納各種專門的挖土設(shè)備。支承環(huán)：承受荷重的核心部分，剛性較好的圓環(huán)結(jié)構(gòu)。盾尾：掩護工人在其內(nèi)部安裝襯砌。水平隔板和豎直隔板：增加盾構(gòu)剛度，水平承受拉力，豎直承受壓力。盾構(gòu)殼體3

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)機組成部分主體結(jié)構(gòu)：盾體(前盾、中盾、尾盾)、刀盤、氣閘后配套設(shè)備：臺車、連接橋、管片運輸設(shè)備、出土設(shè)備、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。1、土體2、刀盤3、泥土倉4、壓力墻5、千斤頂6、螺旋輸送機7、管片拼裝機8、襯砌

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造由盾構(gòu)千斤頂和液壓設(shè)備組成，上下左右活塞桿伸出長度不同達到糾偏目的。盾構(gòu)千斤頂一般是沿支承環(huán)圓周均勻分布的。千斤頂4推進系統(tǒng)

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造襯砌拼裝器又稱舉重臂，是拼裝系統(tǒng)的主要設(shè)備，以油壓系統(tǒng)為動力，一般舉重臂均安裝在支承環(huán)上。舉重臂能作旋轉(zhuǎn)、徑向運動，還能沿隧道中軸線作往復運動。完成這些運動的精度應(yīng)該保證待裝配的管片上的螺栓孔能和已裝配好的螺栓孔對齊，以便螺栓固定。5拼裝系統(tǒng)拼裝襯砌拼裝器

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造5拼裝系統(tǒng)

8.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造出土方式一般有三種：（1）有軌運輸：皮帶運輸機－礦車－洞口－垂直起吊至地面。（2）無軌運輸：自卸卡車。（3）管道運輸：混合泥漿，壓力輸出，出土連續(xù)化。皮帶運輸機礦車龍門吊起吊至地面出土系統(tǒng)6盾構(gòu)機后續(xù)臺車連接橋螺旋機加注泡沫人閘液壓馬達同步注漿泵盾構(gòu)機主控室控制面板盾構(gòu)機主控室、司機操作間

盾構(gòu)施工工作原理盾構(gòu)施工的主要原理就是盡可能在不擾動圍巖的前提下完成施工，從而最大限度地減少對地面建筑物、交通設(shè)施及地下管線的影響。為了達到這一目的，除了刀盤和盾構(gòu)鋼殼可以被動地產(chǎn)生支護作用以外，使用壓力倉內(nèi)泥土或泥水壓力平衡開挖面上的土壓力和水壓力；使用壁后注漿及時填充由開挖產(chǎn)生的盾尾空隙，主動地控制圍巖應(yīng)力釋放和變形是盾構(gòu)技術(shù)的關(guān)鍵。

8.4盾構(gòu)機工作原理

8.4盾構(gòu)機工作原理

將開挖的土體進行泥土化處理，工作面的穩(wěn)定是通過土體自身和由盾構(gòu)千斤頂壓力控制土倉內(nèi)泥土壓力來維持平衡。與泥水盾構(gòu)機不同的是，切削下來的土渣由螺旋輸送機進行排土。土壓平衡盾構(gòu)機裝備有注入添加劑的機構(gòu)和強力攪拌添加劑和渣土的機構(gòu)，對渣土進行改良，以促進開挖渣土流動性；添加劑的種類有膨潤土、發(fā)泡劑等。土壓盾構(gòu)施工原理1土壓平衡示意圖

8.4盾構(gòu)機工作原理靜止土壓水壓泥土壓用流動性和不透水性的“作漿材料”壓注于切削下的土中使之成為可流動又不透水的漿化泥土，使其充滿開挖面密封艙及其相連的長筒型螺旋輸送機。

8.4盾構(gòu)機工作原理土壓盾構(gòu)施工原理1泡沫注入試驗加注泡沫

8.4盾構(gòu)機工作原理盾構(gòu)切削速度控制螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速，保證密封艙內(nèi)始終充滿泥土，而又不過于飽滿。其避免了局部氣壓盾構(gòu)的主要缺點，又省略了泥水加壓盾構(gòu)中的泥水處理設(shè)備，是正在發(fā)展的最有前途的地下工程設(shè)備之一。土壓盾構(gòu)施工原理1

泥水盾構(gòu)工法是指使用盾構(gòu)機，按一定要求配制的膨潤土或粘土漿液，通過泥漿泵、輸漿管以一定的壓力從洞外送到開挖工作面，泥漿壓力稍高于開挖面土壓和水壓，泥漿在開挖面上形成不透水的泥膜，與此同時，刀盤從工作面切削下來的渣土與泥漿混為一體，通過泥漿管送外地面的泥渣分離場；經(jīng)分離后的廢渣運出工地，分離后的工作泥漿重復循環(huán)利用的一種進行隧道掘進，并在機內(nèi)拼裝管片形成襯砌、實施壁后注漿的修筑隧道的方法。

8.4盾構(gòu)機工作原理泥水平衡盾構(gòu)作用原理2泥水室大刀盤清水槽泥漿調(diào)整槽密度計流量計供漿管排漿管伸縮管VP2P3P4P1

8.4盾構(gòu)機工作原理泥水平衡盾構(gòu)作用原理2對開挖面支護，通常是由泥漿壓力和刀盤面板共同承擔，前者主要是在掘進中起支護作用，后者主要是在停止掘進時起支護作用。而刀盤切削下的碴土在密封艙內(nèi)與泥漿混合后，用排泥泵及管道輸送至地面處理，處理后的泥漿再由供泥泵和管道送回盾構(gòu)重復使用，所以，在采用泥水加壓式盾構(gòu)時，還需配備一套泥漿處理系統(tǒng)。

8.4盾構(gòu)機工作原理泥水平衡盾構(gòu)作用原理2

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)車站碴土儲艙和料斗龍門吊車泥漿處理設(shè)備豎井皮帶運輸機盾構(gòu)機螺旋輸送機管片運輸車泥漿注入車斗車電瓶車

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)大流程：盾構(gòu)總體施工流程

小流程：盾構(gòu)掘進流程

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)盾構(gòu)機下井盾構(gòu)機就位調(diào)試初始掘進正常掘進到達車站過站再次始發(fā)到達終點站盾構(gòu)機解體外運設(shè)備調(diào)整始發(fā)端頭加固反力架安裝洞門密封圈安裝洞門圍護墻鑿除到達端頭加固洞門密封圈安裝盾構(gòu)機托架再次就位調(diào)試始發(fā)站中間站到達站盾構(gòu)隧道施工流程圖小流程：盾構(gòu)掘進流程準備工作→轉(zhuǎn)動刀盤→啟動次級運輸系統(tǒng)（皮帶機）→啟動推進千斤頂→啟動首級運輸系統(tǒng)（螺旋機）→停止掘進→安裝管片→回填注漿→準備下一環(huán)掘進；

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)1開挖2出土3拼裝4注漿

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)后配套臺車及其它設(shè)備下井示意圖盾構(gòu)的安裝與拆卸1盾構(gòu)施工的主要工序有：盾構(gòu)的安裝與拆卸、土體開挖與推進、襯砌拼裝與防水等。盾構(gòu)機安裝示意圖吊運刀盤吊運盾尾

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)盾構(gòu)機現(xiàn)場組裝圖片

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)盾構(gòu)機主體組裝過程操作平臺組裝螺旋輸送機、整圓器組裝橋架、皮帶輸送機、單軌梁、反力架的安裝

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)盾構(gòu)的始發(fā)和到達2（1）豎井1盾構(gòu)法施工的隧道，在始發(fā)和到達時，需要有拼裝和拆卸盾構(gòu)用的豎井；2當盾構(gòu)需要調(diào)轉(zhuǎn)方向或線路在急曲線的部位，需要設(shè)置中間豎井和方向變換豎井。

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)盾構(gòu)的始發(fā)和到達2（1）豎井1施工過程中，這些豎井是人、材料和石渣的運輸通道。2在隧道竣工后，這些豎井多被用于車站、人孔、通風口、出人口等永久建筑。

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)盾構(gòu)的始發(fā)和到達2（1）豎井始發(fā)豎井到達豎井中間豎井

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)（2）盾構(gòu)機的始發(fā)和到達在盾構(gòu)機下井、到達以前，對始發(fā)井、接受井端頭進行加固。

加固目的：①穩(wěn)固土體，防止塌方；②止水；③保持盾構(gòu)機始發(fā)階段的正確姿態(tài)。始發(fā)前破除洞門出洞前破除洞門盾構(gòu)出洞實況圖土壓平衡盾構(gòu)出洞盾構(gòu)機始發(fā)前的洞門加固

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)（2）盾構(gòu)機的始發(fā)和到達安裝止水簾幕

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)

洞門臨時密封裝置

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)反力架及負環(huán)管片示意圖安裝反力架及負環(huán)管片示意

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)盾構(gòu)始發(fā)實況

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)土體開挖與推進3隧道盾構(gòu)掘進示意圖開挖襯砌出土運輸

盾構(gòu)施工首先使切口環(huán)切入土體，然后再開挖土體，千斤頂將切口環(huán)向前頂入土層，其最大距離是一個千斤頂行程。盾構(gòu)的位置與方向以及縱坡度等均依靠調(diào)整千斤頂?shù)木幗M及輔助措施加以控制。

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)土體開挖與推進3開始施工時，在盾構(gòu)機的正面及盾構(gòu)體的上下方設(shè)置土、水壓傳感器監(jiān)控平衡系統(tǒng)，在盾構(gòu)機前面安裝巖土勘探系統(tǒng)。打開出土閘門，依次開啟皮帶輸送機，螺旋機和刀盤，推進千斤頂，調(diào)整好各千斤頂工作油壓。此時刀盤切削土體，盾構(gòu)前進。

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)土體開挖與推進3盾構(gòu)操作室司機操作盾構(gòu)機掘進盾構(gòu)機掘進實況

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)開挖掘進運送管片運送碴土

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)出土皮帶輸送機上出土現(xiàn)況土斗吊運現(xiàn)況道岔龍門吊

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)

8.4盾構(gòu)施工技術(shù)4襯砌拼裝、壓注與防水根據(jù)管片安裝順序，將須安裝管片位置的千斤頂縮回到位，空出管片拼裝位置。用管片安裝搖控器操作，管片安裝頭須與管片調(diào)整好相對位置，然后吊起管片。將管片旋轉(zhuǎn)至最終的正確位置上。穿上螺栓，擰緊螺栓（縱向與環(huán)向螺栓）。將