盾構(gòu)法施工ppt課件

盾構(gòu)法概論,地下連續(xù)墻的位置,盾構(gòu)法是使用所謂的“盾構(gòu)”機(jī)械，在圍巖中推進(jìn)，一邊防止土砂的崩坍，一邊在其內(nèi)部進(jìn)行開挖、襯砌作業(yè)修建隧道的方法。,發(fā)展史：,最早是在1818年由英國工程師布魯諾爾(M.I,Brunel)發(fā)明的，他是從船的木板中，有一種蛀蟲鉆出孔道，并用它分泌的粘液加固洞穴得到啟發(fā)而研制出的，并于1925年開始用一個寬11.58m、高6.7m的矩形盾構(gòu)，在英國倫教的泰晤出河下面修建世界第一條水底隧道。施工中遇到泥水涌入隧道的極大困難，兩次被淹，直至1835年對后構(gòu)作了改良.用壓氣輔助施工，才于1843年完工。隧道全長458m。,18881890年間用盾構(gòu)法在美國和加拿大間的圣克萊(St,Clair)河下建成了一條直徑為6.40m，長為1870m的薩爾尼亞(Sarnia)水底隧道，為盾構(gòu)法修建隧道開拓了更為廣闊地發(fā)展前景。20世紀(jì)初，盾構(gòu)法施工已在美、英、法、俄等國開始推廣，已用在水底公路隧道、地下鐵道、上下水道、電力、通訊煤氣等市政公用地下設(shè)施管道。1932年原蘇聯(lián)開始用直徑為6.69.5m的盾構(gòu)先后在其斯科、列寧格勒、基輔等城市修建地下鐵道的區(qū)間隧道及車站。,1922年日本開始用盾構(gòu)法修筑國鐵奧羽線折渡隧道。1943年修建關(guān)門水底隧道直徑達(dá)6.0m，長1100多米。1956年在海州露天礦用直徑2.66m的盾構(gòu)在砂土層開鑿了疏水巷道；1957年起北京采用直徑2.0m、2.6m的盾構(gòu)施工下水道工程；,1972年在江蘇大屯礦用立井盾構(gòu)施工了井筒達(dá)150m。從1960年起上海在第四紀(jì)軟弱飽和水土層中用不同類型盾構(gòu)完成了一批地鐵區(qū)同隧道、水底公路隧道、地下人防通道、引水隧道、排水隧道、電纜隧道等工程。,一、盾構(gòu)法的主要優(yōu)點,除豎井施工外，施工作業(yè)均在地下進(jìn)行，噪音、振動引起的公害小，既不影響地面交通，又可減少對附近居民的噪音和振動影響。盾構(gòu)推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進(jìn)行，施工易于管理，施工人員也較少，勞動強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高。土方量外運較少。穿越河道時不影響航運。,一、盾構(gòu)法的主要優(yōu)點,施工不受風(fēng)雨等氣候條件影響。隧道的施工費用不受覆土量多少影響，適宜于建造覆土較深的隧道。在土質(zhì)差水位高的地方建設(shè)埋深較大的隧道，盾構(gòu)法有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。當(dāng)隧道穿過河底或其他建筑物時，不影響施工。只要設(shè)法使盾構(gòu)的開挖面穩(wěn)定，則隧道越深、地基越差、土中影響施工的埋設(shè)物等越多，與明挖法相比，經(jīng)濟(jì)上、施工進(jìn)度上越有利。,二、盾構(gòu)法存在的不足,當(dāng)隧道曲線半徑過小時，施工較為困難。在陸地建造隧道時，如隧道覆土太淺，開挖面穩(wěn)定甚為困難，甚至不能施工，而在水下時，如覆土太淺則盾構(gòu)法施工不夠安全，要確保一定厚度的覆土。豎井中長期有噪聲和振動，要有解決的措施。盾構(gòu)施工中采用全氣壓方法以疏干和穩(wěn)定地層時，對勞動保護(hù)要求較高，施工條件差。,二、盾構(gòu)法存在的不足,盾構(gòu)法隧道上方一定范圍內(nèi)的地表沉陷尚難完全防止，特別在飽和含水松軟的土層中，要采取嚴(yán)密的技術(shù)措施才能把沉陷限制在很小的限度內(nèi)，目前還不能完全防止以盾構(gòu)正上方為中心土層的地表沉降。在飽和含水地層中，盾構(gòu)法施工所用的拼裝襯砌，對達(dá)到整體結(jié)構(gòu)防水性的技術(shù)要求較高。,三、盾構(gòu)法施工步驟,在盾構(gòu)法隧道的起始端和終端各建一個工作井；盾構(gòu)在起始端工作井內(nèi)安裝就位；依靠盾構(gòu)千斤頂推力（作用在新拼裝好的襯砌和工作井后壁上）將盾構(gòu)從起始工作井的壁墻開孔處推出；盾構(gòu)在地層中沿著設(shè)計軸線推進(jìn)，在推進(jìn)的同時不斷出土和安裝襯砌管片；,三、盾構(gòu)法施工步驟,及時地向襯砌背后的空隙注漿，防止地層移動和固定襯砌環(huán)的位置；盾構(gòu)進(jìn)入終端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推進(jìn)。,盾構(gòu)的分類方法較多，可按盾構(gòu)切削斷面的形狀；盾構(gòu)自身構(gòu)造的特征、尺寸的大小、功能；挖掘土體的方式；掘削面的擋土形式；穩(wěn)定掘削面的加壓方式；施工方法；適用土質(zhì)的狀況等多種方式分類。,四、盾構(gòu)機(jī)的種類,1.按挖掘土體的方式分類按挖掘土體的方式，盾構(gòu)可分手掘式盾構(gòu)、半機(jī)械式盾構(gòu)及機(jī)械式盾構(gòu)三種。手掘式盾構(gòu)：即掘削和出土均靠人工操作進(jìn)行的方式。半機(jī)械盾構(gòu)：即大部分掘削和出土作業(yè)由機(jī)械裝置完成，但另一部分仍靠人工完成。機(jī)械式盾構(gòu)：即掘削和出土等作業(yè)均由機(jī)械裝備完成。,四、盾構(gòu)機(jī)的種類,手掘式盾構(gòu)機(jī),四、盾構(gòu)機(jī)的種類,手掘式盾構(gòu)工法實例示意圖,該盾構(gòu)機(jī)對于途中存在障礙物、斷面形狀特殊及短距離等情形均較適合。與封閉式盾構(gòu)相比，價格便宜2040%。圖4.2示出是掘進(jìn)距離70m，有障礙物的人工式盾構(gòu)工程的施工示意圖。,四、盾構(gòu)機(jī)的種類,四、盾構(gòu)機(jī)的種類,2.按掘削面的擋土形式分類按掘削面的擋土形式，盾構(gòu)可分為開放式、部分開放式、封閉式三種。開放式：即掘削面敞開，并可直接看到掘削面的掘削方式。部分開放式：即掘削面不完全敞開，而是部分敞開的掘削方式。封閉式：即掘削面封閉不能直接看到掘削面，而是靠各種裝置間接地掌握掘削面的方式。,為了能在極軟弱的地層中應(yīng)用，可采用封閉式盾構(gòu)施工是在距開挖面稍后一點的地方設(shè)置隔墻，在隔墻上設(shè)置可調(diào)面積的開口,將被壓縮了的土砂排出的一種方法；在砂，粘土未分選的沖積層中最適用。由于是從開口處排出壓密、凝縮了的土砂，故不適用硬土層中。如果含砂率高，有可能推進(jìn)困難;如果液性指數(shù)高，土壤將流出，工作面不穩(wěn)定。但是，由于粒徑和顆粒組成的不同，即使含砂率和液性指數(shù)相同，有時可以進(jìn)行施工，有時又不能進(jìn)行施工。計算推進(jìn)力時，應(yīng)根據(jù)土質(zhì)和開口比確定。,封閉式盾構(gòu),四、盾構(gòu)機(jī)的種類,3.按加壓穩(wěn)定掘削面的形式分類按加壓穩(wěn)定掘削面的形式，盾構(gòu)可分為壓氣式、泥水加壓式，削土加壓式，加水式，加泥式，泥漿式六種。壓氣式：即向掘削面施加壓縮空氣，用該氣壓穩(wěn)定掘削面。泥水加壓式：即用外加泥水向掘削面加壓穩(wěn)定掘削面。削土加壓式（也稱土壓平衡式）：即用掘削下來的土體的土壓穩(wěn)定掘削面。,四、盾構(gòu)機(jī)的種類,3.按加壓穩(wěn)定掘削面的形式分類加水式：即向掘削面注入高壓水，通過該水壓穩(wěn)定掘削面。泥漿式：即向掘削面注入高濃度泥漿（1.4g/cm3）靠泥漿壓力穩(wěn)定掘削面。加泥式：即向掘削面注入潤滑性泥土，使之與掘削下來的砂卵混合，由該混合泥土對掘削面加壓穩(wěn)定掘削面。,4.按盾構(gòu)切削斷面形狀分類按盾構(gòu)切削斷面形狀，盾構(gòu)可分為圓形、非圓形兩大類。圓形又可分為單圓形、半圓形、雙圓搭接形、三圓搭接形。非圓形又分為馬蹄形、矩形（長方形、正方形、凹、凸矩形）、橢圓形（縱向橢圓形、橫向橢圓形）。,四、盾構(gòu)機(jī)的種類,5.按盾構(gòu)機(jī)的尺寸大小分類按盾構(gòu)機(jī)的尺寸大小，盾構(gòu)機(jī)可分為超小型、小型、中型、大型、特大型、超特大型。超小型盾構(gòu)系指D（直徑）1m的盾構(gòu)，小型盾構(gòu)系指1mD3.5m的盾構(gòu)，中型盾構(gòu)系指3.5mD6m的盾構(gòu)，大型盾構(gòu)系指6mD14m的盾構(gòu)，特大型盾構(gòu)系指14mD17m的盾構(gòu)，超特大型盾構(gòu)系指D17m的盾構(gòu),四、盾構(gòu)機(jī)的種類,設(shè)置盾構(gòu)外殼的目的是保護(hù)掘削、排土、推進(jìn)、施工襯砌等所有作業(yè)設(shè)備、裝置的安全，故整個外殼用鋼板制作，并用環(huán)形梁加固支承。盾構(gòu)殼體從工作面開始可分為切口環(huán)、支承環(huán)和盾尾三部分。,五、盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu),五、盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu),盾構(gòu)縱剖圖,切口環(huán)、支承環(huán)、盾尾三部分組成切口環(huán)：是盾構(gòu)的前導(dǎo)部分，在其內(nèi)部和前方可以設(shè)置各種類型的開挖和支承地層的裝置支承環(huán)：是盾構(gòu)的主要承載結(jié)構(gòu)，沿其內(nèi)周邊均勻地裝有推動盾構(gòu)前進(jìn)的千斤頂，以及開挖機(jī)械的驅(qū)動裝置和排土裝置盾尾：是襯砌作業(yè)的場所，其內(nèi)部設(shè)置襯砌拼裝機(jī),掘削機(jī)構(gòu),四、密封系統(tǒng),管片與管片之間可以采用螺栓連接或無螺栓連接形式。,管片的拼裝,螺栓連接,無螺栓連接,六、盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng),(一)盾構(gòu)的推力盾構(gòu)的前進(jìn)和方向調(diào)整是靠千斤頂推進(jìn)實現(xiàn)的。因此，要求盾構(gòu)千斤頂有足夠力可用以克服盾構(gòu)推進(jìn)過程中所遇到的各種阻力。決定盾構(gòu)的推力主要有如下因素。（1）盾構(gòu)殼體與土之間的摩擦力；（2）工作面推進(jìn)阻力；（3）推進(jìn)中切口插入土中的阻力；（4）管片與盾尾摩擦阻力等。除了考慮以上因素外，還有轉(zhuǎn)向、糾偏、防偏轉(zhuǎn)的穩(wěn)定裝置，擋板等的阻力和后車架的牽引阻力等。一般來說，把考慮以上因素的計算值再乘以安全系數(shù)2所得的數(shù)值作為盾構(gòu)的推力。,隧道的二次襯砌,盾構(gòu)隧道施工時，在盾尾內(nèi)組裝的管片或現(xiàn)澆的混凝土叫一次襯砌，而把其后施工的襯砌稱二次襯砌或內(nèi)襯。二次襯砌多用于管片補(bǔ)強(qiáng)、防蝕、防滲、矯正中心線偏離、防震、使內(nèi)表面光潔和隧道內(nèi)部裝飾等。根據(jù)隧道使用要求，可分成：澆筑底板混凝土，澆筑120下拱混凝土，澆筑240下拱混凝土和澆筑360全內(nèi)襯混凝土四種形式。,盾構(gòu)隧道全內(nèi)襯混凝土現(xiàn)在多采用鋼模臺車結(jié)合泵送混凝土施工，其施工要點有：全內(nèi)襯臺模定位立模澆筑工藝設(shè)備準(zhǔn)備預(yù)埋件設(shè)置上拱頂混凝土澆筑質(zhì)量的保證措施拆模、清理、臺模移位,定義：土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)用開挖出的土料作為支撐開挖面穩(wěn)定的介質(zhì)，適用條件：土料具有良好的塑性變形，軟稠度，內(nèi)摩擦角小及滲透率小。由于一般土壤不能完全滿足這些特性，所以要進(jìn)行改良。改良的方法通常為：加水，膨潤土，粘土，聚合物和泡沫等，根據(jù)土質(zhì)情況選用。通過這些改良措施，擴(kuò)大了土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍。,土壓平衡式盾構(gòu),土壓平衡式盾構(gòu),土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的主要部件土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的基本裝置是切削刀盤，開挖室以及螺旋輸送機(jī)等。,1切削刀盤切割開挖面上的土壤和在開挖室內(nèi)攪拌使之變成可塑的泥土漿。切削刀盤前面一般布置有添加土壤改良劑料的灌注口，對開挖面上的土壤進(jìn)行改良處理。切削刀盤盤面有封閉式和敞開式兩種。封閉式切削刀盤是用于開挖面不穩(wěn)定的土層類型，這樣可以避免在開挖面有大量的土壤松動。缺點：是在開挖面上支撐壓力的分布不均勻。承壓隔板上測得的土壓值不一定就是真實值，它還和刀盤的位置和轉(zhuǎn)向有關(guān)。敞開式切削刀盤（敞開式星形設(shè)計），一般不會發(fā)生阻塞，此時開挖面支撐壓力分布均勻且送到螺旋輸送機(jī)上的土料流動穩(wěn)定。缺點：是由于缺乏機(jī)械支撐，進(jìn)入壓縮空氣下的開挖室的危險較大。此外，長時間運行時，在覆土淺時易造成沉降，穩(wěn)定性和刀盤的強(qiáng)度降低。,土壓平衡式盾構(gòu),2開挖室（密封艙）切削刀盤與后面的承壓隔板之間所形成的一個空間。用于存儲被刀盤削切下來的土體，并加以攪拌使其成為不透水的，具有具有適當(dāng)流動性的塑流體，使其能及時充滿密封艙和螺旋輸送機(jī)的全部空間，對開挖面進(jìn)行封閉，以維持開挖面的穩(wěn)定性，同時也便于將其排出。,土壓平衡式盾構(gòu),3螺旋輸送機(jī)功能：用來將密封艙內(nèi)的塑流狀土體排出盾構(gòu)外，并在排土過程中，利用螺旋槳葉片與土體間的摩擦和土體阻塞所產(chǎn)生的壓力損失，將螺旋輸送機(jī)排出口的泥土壓力降至