《盾構(gòu)施工方法》PPT課件.ppt

1、盾構(gòu)施工技術(shù),主講人：雜交稻 創(chuàng)作者：雜交稻,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELD CONSTRUCTION TECHNIQUE,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,1 盾構(gòu)概論 2 典型盾構(gòu)介紹 3 盾構(gòu)在我國的發(fā)展與應(yīng)用 4 盾構(gòu)的市場前景,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,1 盾構(gòu)概論,隧道及地下空間的大發(fā)展，促進(jìn)了盾構(gòu)法施工技術(shù)的進(jìn)步。盾構(gòu)施工的歷史，始于英國，發(fā)展于日本德國。自從1825年布魯諾爾在倫敦泰晤士河下使用矩形盾構(gòu)開始修建第一條盾構(gòu)法隧

2、道以來，盾構(gòu)法施工已有180多年的歷史。我國自20世紀(jì)50年代開始涉足盾構(gòu)法修建隧道和管道工程，最近十年開始大規(guī)模應(yīng)用。雖然起步較晚，但由于主意吸收和采用先進(jìn)技術(shù)和工藝、參考和借鑒國外成功的經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)，所以發(fā)展較快，但與國外先進(jìn)國家仍存在較大差距,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,1.1 盾構(gòu)及其工作原理,概念：是一種用于軟土隧道暗挖施工、具有金屬外殼、殼內(nèi)裝有整機(jī)及輔助設(shè)備，在其掩護(hù)下進(jìn)行土體開挖、土渣排運(yùn)、整機(jī)推進(jìn)和管片安裝等作業(yè)，而使隧道一次成型的工作機(jī)械。 盾構(gòu)是一種隧道掘進(jìn)的專用工程機(jī)械，現(xiàn)代盾構(gòu)集機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開

3、挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、量測導(dǎo)向糾偏等功能,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,盾構(gòu)的三大要素： 1、開挖面穩(wěn)定 2、掘進(jìn)及排土 3、管片襯砌及壁 后注漿,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,盾構(gòu)與硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）的區(qū)別： TBM不具備泥水壓、土壓等維護(hù)掌子面穩(wěn)定的功能。 2.盾構(gòu)通過盾尾千斤頂支頂已安裝好的管片來獲得反力；TBM通過支在巖壁上的支撐靴的彎矩和扭力獲得反力。 更多資料請登陸：http:/,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,1.2 盾構(gòu)分類,按斷面形

4、狀分類 按支護(hù)地層的形式分類 按開挖面與作業(yè)室之間隔板的構(gòu)造分類,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,1.2.1 按斷面形狀分類,單圓盾構(gòu)、復(fù)圓盾構(gòu)（多圓盾構(gòu)）、非圓盾構(gòu)。 異形盾構(gòu)包括復(fù)圓盾構(gòu)（雙圓和三圓）和非圓盾構(gòu)（橢圓形盾構(gòu)、矩形、馬蹄形、半圓形,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,雙圓和多圓盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,自然支護(hù)式 機(jī)械支護(hù)式 壓縮空氣支護(hù)式 泥漿支護(hù)式 土壓平衡式,1.2.2 按支護(hù)地層的 形式分類,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUC

5、TION TECHINQUE,手掘式盾構(gòu) 全敞開式 半機(jī)械式盾構(gòu) 機(jī)械式盾構(gòu) 敞開式 部分敞開式 擠壓式盾構(gòu) 盾構(gòu) 壓氣式 壓縮空氣盾構(gòu) 閉胸式 泥水式 土壓平衡盾構(gòu) 土壓平衡盾構(gòu) 土壓式 加泥式土壓平衡盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,3 典型盾構(gòu)介紹,敞開式盾構(gòu) 壓縮空氣盾構(gòu) 泥水盾構(gòu) 土壓平衡盾構(gòu) 復(fù)合盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,3.1敞開式盾構(gòu),Open face shield OF盾構(gòu)） 1 全敞開式：手掘式（砂性土和黏性土地層均能適用，便于觀察地層，清除障礙，易于糾偏） 2 半地機(jī)械（

6、部分?jǐn)嗝骈_挖盾構(gòu)適用于良好層 ：反鏟式和銑削頭式） 3 機(jī)械式（全斷面開挖） OF盾構(gòu)自穩(wěn)性強(qiáng)的圍巖，各種非黏性和黏性地層在地下水位以下地層或滲漏地層掘進(jìn)時(shí)，必須用井點(diǎn)降水降低地下水位,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,敞開式盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,半機(jī)械式盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,反鏟式盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,機(jī)械式盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQ

7、UE,4 擠壓式盾構(gòu) (Blind type shield 盲式盾構(gòu)) 對底層的擾動(dòng)較大，地面易產(chǎn)生較大的隆陷變化，在地面有建筑物地區(qū)不宜使用。 僅適用于自穩(wěn)性很差，流動(dòng)很大的軟黏土和粉砂質(zhì)圍巖，不適用于含砂率高的圍巖和硬質(zhì)圍巖。 蓋板式擠壓盾構(gòu) 利用隔板將開挖面全部封閉，只在一部分上設(shè)面積可調(diào)的排土蓋板，盾構(gòu)正面向前推進(jìn)，使貫入部位土砂呈塑性化流動(dòng)，由蓋板部位出土。通過調(diào)節(jié)蓋板開口的大小和排土阻力使千斤頂推力和開挖面土壓力達(dá)到平衡,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,螺旋出土式擠壓盾構(gòu) 利用封板將開挖面封閉，盾構(gòu)正面貫入圍巖向前推進(jìn)，使貫入部位土砂呈塑性

8、化流動(dòng)，由螺旋輸送機(jī)進(jìn)行排土。通過調(diào)節(jié) 螺旋輸送機(jī)的速度和土閘門打開度，來實(shí)現(xiàn)千斤頂推力和開挖面土壓力的平衡，以穩(wěn)定掌子面。 網(wǎng)格擠壓盾構(gòu) 在上海軟土地層中常常被采用，進(jìn)土量接近或等于全部隧道其出土量，且往往帶有局部擠壓性質(zhì)，盾構(gòu)正面裝鋼板網(wǎng)格，在推進(jìn)中可以且學(xué)土體，而在停止推進(jìn)時(shí)可以起到穩(wěn)定開挖面的作用?？捎行Э刂频乇碜冃?盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,網(wǎng)格擠壓式盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,3.2壓縮空氣盾構(gòu),air pressure balance APB 盾構(gòu)） 適用于黏土，黏砂土，多水松軟地

9、層 原理：空氣壓力與地下水的靜壓力保持平衡，土壓由自 然或機(jī)械的支撐承受。 要保證壓力平衡 ，否則頂部過剩的壓力“噴發(fā)”的危險(xiǎn) 已被泥水盾構(gòu)取代,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,3.3泥水盾構(gòu),slurry pressure balance shield SPB 盾構(gòu)） 泥水盾構(gòu)的構(gòu)成： 一邊利用刀盤挖掘整個(gè)開挖面、一邊推進(jìn)盾構(gòu)掘進(jìn)系統(tǒng) 可調(diào)整泥漿物性，并將其送到開挖面，保持開挖面穩(wěn)定的泥水循環(huán)系統(tǒng) 綜合管理送排泥狀態(tài)、泥水壓力及泥水處理設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的綜合管理系統(tǒng) 泥水分離處理系統(tǒng) 壁后同步注漿系統(tǒng),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION

10、 TECHINQUE,目前最大的泥水盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,目前最大的泥水盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,日本泥水盾構(gòu) 土壓平衡盾構(gòu) 德國泥水盾構(gòu) 混合型盾構(gòu) 日本體系：泥水倉全是泥水，直接控制型泥水盾構(gòu)，調(diào)節(jié)控制閥來開度，來進(jìn)行泥漿壓力控制。 德國體系：泥水倉中設(shè)置了氣壓倉，間接控制型泥水盾構(gòu)，氣壓復(fù)合模式，調(diào)節(jié)空氣壓力來進(jìn)行泥漿壓力控制，液位傳感器根據(jù)液位的高低來調(diào)整液位,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,泥水盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CO

11、NSTRUCTION TECHINQUE,1開挖面穩(wěn)定機(jī)理 2泥膜形成機(jī)理 泥膜形成的基本要素（泥水的密度、含砂率、泥水的黏性、泥水壓力：土壓力、水壓力、預(yù)留壓力）盡快形成不透水的泥膜 。 掘進(jìn)速度與泥膜的關(guān)系：高質(zhì)量泥水成膜時(shí)間1-2秒 3地質(zhì)適用范圍 1.黏性土層2.砂層3.礫石層4.貝殼層,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,3.4 土壓平衡盾構(gòu),earth pressure balance EPB盾構(gòu)) 一. 基本配置 1.刀盤 刀具的三大功能：開挖功能、穩(wěn)定功能、攪拌功能 土壓平衡式盾構(gòu)的刀盤有兩種形式：面板式和輻條式，其中面板式安全性高，但易堵

12、塞;輻條式開口率大，不易堵塞，但不能安裝滾刀，安全性差，費(fèi)用高，需加固土體。 2.刀盤的驅(qū)動(dòng)方式：變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、定速電機(jī)驅(qū)動(dòng) 3.刀盤支承：中心支承方式（中小型盾構(gòu)）、中間支承方式（中大型）、周邊支承方式（小型盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,土壓平衡盾構(gòu)（面板式和輻條式,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,4.膨脹土添加系統(tǒng)和泡沫系統(tǒng) 5.螺旋輸送機(jī) 6.皮帶輸送機(jī) 7.同步注漿系統(tǒng)（作用：防地表沉降、防水、與圍巖一體） 8.盾尾密封系統(tǒng) 鉸接式盾構(gòu)：鉸接密封、盾尾密封 9.管片安裝機(jī)：機(jī)械抓取式、

13、真空吸盤式 10.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 11.導(dǎo)向系統(tǒng)（VUT導(dǎo)向系統(tǒng)和PPS導(dǎo)向系統(tǒng),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,目前最大的土壓平衡盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,二.開挖面穩(wěn)定機(jī)理 刀盤切削下來的土渣與螺旋輸送機(jī)向外輸送量相平衡； 土壓傳感器：控制推進(jìn)力、推進(jìn)速度、螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速。 排土量：由螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速和出土閘門的開度來調(diào)節(jié) 適用于黏性土和砂性土 土壓平衡盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定由下列各因素綜合作用而維持： 土倉內(nèi)的土壓力平衡地層壓力和水壓力。 螺旋輸送機(jī)調(diào)節(jié)排土量 適當(dāng)保持泥土的流動(dòng)性，根據(jù)需要調(diào)節(jié)添加劑

14、的注入量 土倉內(nèi)的泥土壓力與地層壓力與水壓力,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,土壓平衡盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,三.地質(zhì)適應(yīng)范圍 黏稠土壤中（黏土、亞黏土、淤土、低滲透性圖），作為支撐介質(zhì)土料要具有良好的塑性變形、軟稠度、內(nèi)摩擦角小及滲透率小 A型：特殊發(fā)泡劑 B型：泡沫添加劑,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,3.5 復(fù)合盾構(gòu),一臺(tái)盾構(gòu)在不同地層經(jīng)轉(zhuǎn)換可以以不同的原理和方式運(yùn)行，這類盾構(gòu)稱為復(fù)合盾構(gòu)，也稱混合盾構(gòu)，poly shield或Mix shield

15、 也有稱其為combined shield。 組合模式：壓縮空氣/敞開式盾構(gòu)，泥水式/敞開式，土壓平衡/敞開式，泥水式/土壓平衡，敞開式/泥水式/壓平衡，敞開式/壓縮空氣/土壓平衡。 適用于軟土和硬巖的復(fù)雜地層施工 特點(diǎn)：1.既有切刀和刮刀等軟刀工具，又安裝有滾刀等硬刀具。 具有兩套出渣系統(tǒng),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,盾構(gòu)刀具,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,滾刀和刮刀,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,中鐵隧道集團(tuán)研制的復(fù)合盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CON

16、STRUCTION TECHINQUE,復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu),只有一套出渣系統(tǒng)：螺旋輸送機(jī) 三種掘進(jìn)模式：土壓平衡模式、敞開模式、半敞開模式（壓縮空氣加壓模式,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,敞開模式：掌子面足夠穩(wěn)定并且涌水能夠控制時(shí) 半敞開模式（加氣模式）： 掌子面具有足夠的自穩(wěn)能力，且水壓小于1.510 5Pa，下部為刀盤切削下來的渣土，上部為壓縮空氣，當(dāng)土倉內(nèi)壓不大于110 5 Pa時(shí)不會(huì)發(fā)生螺旋輸送機(jī)出渣噴涌現(xiàn)象;當(dāng)土倉內(nèi)氣壓不小于110 5 Pa且不大于1.510 5Pa時(shí)，可能會(huì)發(fā)生出渣噴涌現(xiàn)象，但可以控制,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CON

17、STRUCTION TECHINQUE,盾構(gòu)安裝,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,盾構(gòu)施工,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,土壓平衡掘進(jìn)模式 主要用于開挖面不能自穩(wěn)或地下水較多以及流塑性的軟粘土地層或砂土地層。土壓平衡掘進(jìn)可以有效地防止過大的地面沉降,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,復(fù)合式土層平衡盾構(gòu)在土壓平衡模式下工作時(shí)，必須具備以下功能特點(diǎn)： 1土壓監(jiān)測功能； 2必須具有泡沫、膨潤土和壓縮空氣注入系統(tǒng)； 3密封防水性能：主軸承、鉸接密封和盾尾密封必須具有一定的防水性

18、能； 4刀盤的主軸承密封必須能承受一定的壓力； 5螺旋輸送機(jī)的出渣量、出渣速度可控，隨時(shí)間可關(guān)閉，具有防噴涌的功能，建立土塞效應(yīng),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,1.3盾構(gòu)在我國的發(fā)展與應(yīng)用,我國盾構(gòu)的開發(fā)與應(yīng)用始于1953年，東北阜新煤礦用手掘式盾構(gòu)修建了直徑2.6m的疏水巷道。 1962年2月，上海城建局隧道工程公司結(jié)合上海軟土地層，研制了1臺(tái)4.16m的手掘式普通敞胸盾構(gòu)。 1965年月由上海工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、江南造船廠制造的2臺(tái)盾構(gòu)直徑5.8米的網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)，于1966年完成了2條平行的隧道，隧道長660m，地面最大沉降10cm,盾構(gòu)施工技術(shù) S

19、HIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,武漢地鐵盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,1966年5月，中國第一條水底公路隧道上海打浦路越江隧道工程主隧道采用由上海隧道工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、江南造船廠制造廠制造的的直徑10.02m網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)施工，掘進(jìn)總長1322m，于1970年底建成通車。 1973年采用1臺(tái)直徑3.6m的水利機(jī)械化出土網(wǎng)格盾構(gòu)和2臺(tái)直徑4.3m的網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)，在上海金山石化總廠修建了1條污水排放隧道和3條引水隧道。 1980年上海地鐵1號(hào)線試驗(yàn)段施工，研制了一臺(tái)直徑6.412m網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)，在淤泥質(zhì)粘土地層中掘進(jìn)1130m

20、,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,盾 構(gòu) 吊 裝,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,1982年，上海外灘的延安東路北線越江隧道工程1476m圓形主隧道采用上海隧道股份設(shè)計(jì)、江南造船廠制造的直徑11.3m網(wǎng)格擠壓水力出土盾構(gòu)。 1986年，中鐵隧道集團(tuán)研制出半斷面插刀盾構(gòu)，并成功用于修建北京地鐵復(fù)興門折返線。 1990上海地鐵一號(hào)線全線開工，18km區(qū)間隧道引進(jìn)了7臺(tái)由法國FCB公司制造的6.34m土壓平衡式盾構(gòu)。 1996年，上海延安東路隧道南線工程，總長1300m采用從日本引進(jìn)的11.22m泥水加壓平衡盾構(gòu)施工

21、,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,沈重國產(chǎn)盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,中鐵隧道集團(tuán)研制的復(fù)合式盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,2002年8月，國家科技部將6.3m土壓平衡盾構(gòu)的研究設(shè)計(jì)列入國家“863”計(jì)劃。通過公開招標(biāo)，第一批3項(xiàng)設(shè)計(jì)課題分別由中鐵隧道集團(tuán)有限公司和上海隧道工程股份有限公司為主承擔(dān)。 2002年底，同樣通過公開公開招標(biāo)，第二批4項(xiàng)課題分別由中鐵隧道集團(tuán)有限公司和上海隧道工程股份有限公司為主承擔(dān)。兩家國內(nèi)盾構(gòu)設(shè)計(jì)、制造與施工優(yōu)勢企業(yè)成立了

22、聯(lián)合攻關(guān)組，組織了有浙江大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、華中科技大學(xué)、東南大學(xué)、煤炭科學(xué)研究院、北京城建、洛陽九久科技開發(fā)有限公司等單位參加的產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合的課題組,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,先行號(hào),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,2004年5月中鐵隧道集團(tuán)有限公司與日本小松公司聯(lián)合制造了1臺(tái)直徑6.3m土壓平衡盾構(gòu)。 2004年10月下旬，上海隧道股份有限公司制造了一臺(tái)直徑6.3m土壓平衡盾構(gòu)應(yīng)用于上海地鐵2號(hào)線西延伸隧道工程。 2005年12月，中鐵隧道集團(tuán)有限公司自主研制的適用于沙礫復(fù)雜地層的土壓平衡盾構(gòu)刀盤成功應(yīng)

23、用于北京地鐵4號(hào)線19標(biāo)頤和園圓明園區(qū)間。 2008年4月中鐵隧道集團(tuán)研制成功了我國第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,上海隧道股份盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,4 盾構(gòu)市場前景,4.1城市地鐵前景 “十一五”期間，已獲批建設(shè)地鐵的16個(gè)城市的新建里程合計(jì)為1009km，正在申報(bào)和在編制軌道交通規(guī)劃的城市6個(gè)，到2050年規(guī)劃建成軌道交通里程將超過1500km，總投資超過5000億。據(jù)預(yù)測，近5年內(nèi)地鐵盾構(gòu)的需求量約在350臺(tái)次以上,盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,國內(nèi)盾構(gòu),盾構(gòu)施工技術(shù) SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE,4.2過江隧道前景 上海規(guī)劃的越江隧道有5條，分別是軍工路隧道、長江西路隧道、新建路隧道、人民路隧道和龍耀路隧道。我國規(guī)定待建的過江隧道還有南京長江公路隧道、哈爾濱松花江越江隧