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文檔簡介
1、盾構隧道施工原理及方法 石家莊鐵道學院土木分院地下工程系 朱 永 全 1. 盾構法的基本含義盾構法的基本含義 盾構施工法是盾構施工法是“使用盾構機在地下掘進,在護盾使用盾構機在地下掘進,在護盾 的保護下,在機內(nèi)安全的進行開挖和襯砌作業(yè),從而的保護下,在機內(nèi)安全的進行開挖和襯砌作業(yè),從而 構筑成隧道的施工方法構筑成隧道的施工方法”。按照這個定義,盾構施工。按照這個定義,盾構施工 法是由穩(wěn)定開挖面、盾構機挖掘和襯砌三大部分組成。法是由穩(wěn)定開挖面、盾構機挖掘和襯砌三大部分組成。 一、盾構法施工的原理及方法一、盾構法施工的原理及方法 盾構法施工的概貌如圖盾構法施工的概貌如圖5-5-15-5-1所示。在
2、隧道的一端所示。在隧道的一端 建造豎井或基坑,將盾構安裝就位,盾構從豎井或基建造豎井或基坑,將盾構安裝就位,盾構從豎井或基 坑的墻壁開孔出發(fā),在地層中沿著設計軸線,向另一坑的墻壁開孔出發(fā),在地層中沿著設計軸線,向另一 豎井或基坑的孔壁推進。豎井或基坑的孔壁推進。 盾構推進中所受到的地層阻力,通過盾構千斤頂傳盾構推進中所受到的地層阻力,通過盾構千斤頂傳 至盾構尾部已經(jīng)拼裝好的襯砌管片上。盾構機是這種至盾構尾部已經(jīng)拼裝好的襯砌管片上。盾構機是這種 施工方法中主要的施工機具。施工方法中主要的施工機具。 圖 5-5-1 盾構法施工概貌圖 車站 碴土儲艙和料 斗龍門吊車 泥漿處理設 備 豎井 皮帶運輸機
3、 盾構機 螺旋輸送機管片運輸車 泥漿注入車斗車 電瓶 車 2. 2. 盾構法施工的原理和過程盾構法施工的原理和過程 3. 3. 密封式密封式( (平衡平衡) )盾構機的組成盾構機的組成 盾構機組成 (2) 壓力艙 壓 力 測 試 攪拌系統(tǒng) 壓力控制 加漿系統(tǒng) (3) 排土、排泥系統(tǒng) 排土器 排漿管路 攪拌裝置 加漿裝置 (4) 推進裝置 千斤頂選 型和配置 工作速度 安全鎖 總推力 千斤頂行程 壓力墊 盾 構 機 通用裝置 軸承止水帶 (1) 刀 盤 超挖裝置 刀盤開口 旋轉(zhuǎn)速度 形 式 潤滑裝置 刀 頭 旋轉(zhuǎn)力矩 支承方式 (6) 附屬裝置 盾尾止水裝置 壁后注漿裝置 開挖面崩壞 探測裝置
4、鎖定裝置 測量裝置 后方臺車 接頭裝置 起重臂 真圓保護 (5) 管片組裝裝置 油壓機油 油壓機 油壓管路 (7) 油壓裝置 k b b a 管 片 a a a 管片的組裝順序k管片(封頂塊)的嵌入 半徑方向插入型 b k k b b b 盾構機是根據(jù)每一施工區(qū)段設計的專用設備盾構機是根據(jù)每一施工區(qū)段設計的專用設備 盾構施工不可退后盾構施工不可退后 對施工的要求精度高對施工的要求精度高 占用的施工場地小占用的施工場地小 對鄰近建筑物的影響小對鄰近建筑物的影響小 對周圍環(huán)境的影響較小對周圍環(huán)境的影響較小 2.盾構施工的特點盾構施工的特點 初期的盾構法是用手掘式或機械開挖式盾構機,初期的盾構法是用
5、手掘式或機械開挖式盾構機, 結合使用壓氣施工方法保證開挖面穩(wěn)定,進行開挖,結合使用壓氣施工方法保證開挖面穩(wěn)定,進行開挖, 在地下水較豐富的地區(qū),用注漿法進行止漏,而對在地下水較豐富的地區(qū),用注漿法進行止漏,而對 軟弱地層,則采用掌子面封閉式施工。經(jīng)過多年對軟弱地層,則采用掌子面封閉式施工。經(jīng)過多年對 盾構技術的研究開發(fā)和應用,已演變成現(xiàn)在非常盛盾構技術的研究開發(fā)和應用,已演變成現(xiàn)在非常盛 行的泥水平衡式和土壓平衡式兩種盾構機。這兩種行的泥水平衡式和土壓平衡式兩種盾構機。這兩種 機型的最大優(yōu)點是在開挖功能中考慮了穩(wěn)定開挖面機型的最大優(yōu)點是在開挖功能中考慮了穩(wěn)定開挖面 的措施,將盾構施工法中的三大
6、要素的前兩者聯(lián)系的措施,將盾構施工法中的三大要素的前兩者聯(lián)系 融為一體,無需輔助施工措施。并通過使用不同類融為一體,無需輔助施工措施。并通過使用不同類 型的型的,就能適應地質(zhì)情況變化范圍較廣的地質(zhì),就能適應地質(zhì)情況變化范圍較廣的地質(zhì) 條件。條件。 5. 盾構機和盾構法的發(fā)展史盾構機和盾構法的發(fā)展史 礫石、巖石等硬質(zhì)圍巖時的刀頭 大礫石、巖石時多采用刀輪式刀頭 刀頭的固定方式 焊接 螺栓式插入式焊接式 盾構法施工開挖面穩(wěn)定技術的歷史,是從壓氣施盾構法施工開挖面穩(wěn)定技術的歷史,是從壓氣施 工法的工法的“氣氣”演變到泥水式的演變到泥水式的“水水”和土壓式的和土壓式的 “土土”?!伴_挖面穩(wěn)定開挖面穩(wěn)定
7、”和和“盾構開挖盾構開挖”的技術的技術 已達到較完善的地步。目前盾構一般指密封式泥已達到較完善的地步。目前盾構一般指密封式泥 水平衡式和土壓平衡式盾構。水平衡式和土壓平衡式盾構。 最近,盾構技術的發(fā)展動向是:開發(fā)了超大斷最近,盾構技術的發(fā)展動向是:開發(fā)了超大斷 面的盾構機和面的盾構機和mfmf盾構機以及盾構機以及dotdot盾構機等多斷面盾盾構機等多斷面盾 構機,加上在襯砌和開挖方面使用了構機,加上在襯砌和開挖方面使用了eclecl施工法的施工法的 技術,采用管片自動組裝裝置,以及采用自動測技術,采用管片自動組裝裝置,以及采用自動測 量技術進行開挖控制,用計算機進行各種施工管量技術進行開挖控制
8、,用計算機進行各種施工管 理實現(xiàn)管理系統(tǒng)化等的開發(fā)研究。對提高盾構施理實現(xiàn)管理系統(tǒng)化等的開發(fā)研究。對提高盾構施 工的安全性、適應性和經(jīng)濟性展示了更為廣闊的工的安全性、適應性和經(jīng)濟性展示了更為廣闊的 應用前景。應用前景。 1. 盾構機的種類盾構機的種類 盾構機是盾構法施盾構機是盾構法施 工的主要施工機械,按工的主要施工機械,按 開挖面與作業(yè)室之間的開挖面與作業(yè)室之間的 隔墻構造可分為全開敞隔墻構造可分為全開敞 式、半開敞式及密封式式、半開敞式及密封式 三種。種類劃分如下所三種。種類劃分如下所 示:示: 二、盾構機的種類和構造二、盾構機的種類和構造 泥漿式泥漿式 泥水加壓式泥水加壓式 泥水加壓式泥
9、水加壓式 土壓式土壓式 土壓式土壓式 泥水式泥水式 密封式密封式 擠壓式擠壓式半開敞式半開敞式 機械式機械式 半機械式半機械式 手掘式手掘式 全開敞式全開敞式 (1)全開敞式全開敞式 全開敞式盾構機是指沒有隔墻、開挖面敞露狀態(tài)全開敞式盾構機是指沒有隔墻、開挖面敞露狀態(tài) 的盾構機。根據(jù)開挖方式的不同,又分為手掘式、半的盾構機。根據(jù)開挖方式的不同,又分為手掘式、半 機械化式及機械式三種。這種盾構機適用于開挖面自機械化式及機械式三種。這種盾構機適用于開挖面自 穩(wěn)性好的圍巖。在遇到開挖面不能自穩(wěn)的地層時,則穩(wěn)性好的圍巖。在遇到開挖面不能自穩(wěn)的地層時,則 需進行地層超前加固等輔助施工方法,以防止開挖面需
10、進行地層超前加固等輔助施工方法,以防止開挖面 坍塌。坍塌。 a.手掘式盾構機手掘式盾構機 如圖如圖5-5-25-5-2所示,手掘式盾構機的正面是開敞的,所示,手掘式盾構機的正面是開敞的, 通常設置防止開挖頂面塌陷的活動前檐及上承千斤頂、通常設置防止開挖頂面塌陷的活動前檐及上承千斤頂、 工作面千斤頂及防止開挖面塌陷的擋土千斤頂。開挖工作面千斤頂及防止開挖面塌陷的擋土千斤頂。開挖 采用鐵鍬、鎬、碎石機等開挖工具,人工進行。采用鐵鍬、鎬、碎石機等開挖工具,人工進行。 圖 5-5-2 手掘式盾構構造 手掘式盾構機手掘式盾構機 這種盾構機適應的土質(zhì)是自穩(wěn)性強的洪積層壓實這種盾構機適應的土質(zhì)是自穩(wěn)性強的洪
11、積層壓實 的砂、砂礫,固結粉砂和粘土。對于開挖面不能自穩(wěn)的砂、砂礫,固結粉砂和粘土。對于開挖面不能自穩(wěn) 的沖積軟弱砂層、粉砂和粘土,施工時必須采用穩(wěn)定的沖積軟弱砂層、粉砂和粘土,施工時必須采用穩(wěn)定 開挖面的輔助施工法,如氣壓施工法、改良地基、降開挖面的輔助施工法,如氣壓施工法、改良地基、降 低地下水位等措施。目前手掘式盾構機一般用于開挖低地下水位等措施。目前手掘式盾構機一般用于開挖 斷面有障礙物、巨礫石等特殊場合,而且應用逐漸減斷面有障礙物、巨礫石等特殊場合,而且應用逐漸減 少。少。 b.半機械式盾構機半機械式盾構機 如圖如圖5-5-35-5-3所示,半機械式盾構機進行開挖及裝所示,半機械式盾
12、構機進行開挖及裝 運石碴都采用專用機械,配備液壓鏟土機、臂式刀盤運石碴都采用專用機械,配備液壓鏟土機、臂式刀盤 等挖掘機械和皮帶運輸機等出碴機械,或配備具有開等挖掘機械和皮帶運輸機等出碴機械,或配備具有開 挖與出碴雙重功能的機械,以圖省力。挖與出碴雙重功能的機械,以圖省力。 圖5-5-3 半機械式盾構構造 半機械式盾構機半機械式盾構機 為防止開挖面頂面塌陷,盾構機內(nèi)裝備了活動前檐為防止開挖面頂面塌陷,盾構機內(nèi)裝備了活動前檐 和半月形千斤頂。由于安裝了挖掘機,再設置工作面和半月形千斤頂。由于安裝了挖掘機,再設置工作面 千斤頂?shù)戎踉O備是較困難的。千斤頂?shù)戎踉O備是較困難的。 與手掘式盾構機一樣,
13、應有確保開挖面穩(wěn)定的措施。與手掘式盾構機一樣,應有確保開挖面穩(wěn)定的措施。 適應土質(zhì)以洪積層的砂、砂礫、固結粉砂和粘土為主。適應土質(zhì)以洪積層的砂、砂礫、固結粉砂和粘土為主。 也可用于軟弱沖積層,但須同時采用超前加固,或采也可用于軟弱沖積層,但須同時采用超前加固,或采 取降低地下水位、改良地基等輔助措施。取降低地下水位、改良地基等輔助措施。 c.機械式盾構機機械式盾構機 如圖如圖5-5-45-5-4所示,機械式盾構機前面裝備有旋轉(zhuǎn)所示,機械式盾構機前面裝備有旋轉(zhuǎn) 式刀盤,增大了盾構機的挖掘能力,開挖的土砂通過式刀盤,增大了盾構機的挖掘能力,開挖的土砂通過 旋轉(zhuǎn)鏟斗和排土可以連續(xù)進行,縮短了工期,減
14、少了旋轉(zhuǎn)鏟斗和排土可以連續(xù)進行,縮短了工期,減少了 作業(yè)人員。在開挖自穩(wěn)性好的圍巖時,機械式盾構機作業(yè)人員。在開挖自穩(wěn)性好的圍巖時,機械式盾構機 適應的土質(zhì)與手掘式盾構機、半機械式盾構機一樣,適應的土質(zhì)與手掘式盾構機、半機械式盾構機一樣, 須采用輔助施工方法。須采用輔助施工方法。 圖 5-5-4 機械式盾構構造 (2) 半開敞式半開敞式 是指擠壓式盾構機,它是在開放型盾構的切口環(huán)是指擠壓式盾構機,它是在開放型盾構的切口環(huán) 與支撐環(huán)之間設置胸板,以支擋正面土體,但在胸板與支撐環(huán)之間設置胸板,以支擋正面土體,但在胸板 上有一些開口,當盾構向前推進時,需要排出的土體上有一些開口,當盾構向前推進時,需
15、要排出的土體 將從開口處擠入盾構內(nèi),然后裝車外運,見圖將從開口處擠入盾構內(nèi),然后裝車外運,見圖5-5-55-5-5。 這種盾構適用于軟弱粘土層,在推進過程中要引起較這種盾構適用于軟弱粘土層,在推進過程中要引起較 大的地面隆起。大的地面隆起。 圖5-5-5 部分開放型盾構構造 (3) 密封式密封式 是指在機械開挖式盾構機內(nèi)設置隔墻,進入刀盤是指在機械開挖式盾構機內(nèi)設置隔墻,進入刀盤 與隔墻土倉的土體,由泥水壓力或土壓提供足以使開與隔墻土倉的土體,由泥水壓力或土壓提供足以使開 挖面保持穩(wěn)定的壓力。密封式盾構機又分成局部氣壓挖面保持穩(wěn)定的壓力。密封式盾構機又分成局部氣壓 式、泥水平衡式和土壓平衡式幾
16、種。式、泥水平衡式和土壓平衡式幾種。 局部氣壓式盾構。局部氣壓式盾構。 在機械式盾構支承在機械式盾構支承 環(huán)的前邊裝上隔板,使環(huán)的前邊裝上隔板,使 切口環(huán)成為一個密封艙,切口環(huán)成為一個密封艙, 其中充滿壓縮空氣,達其中充滿壓縮空氣,達 到疏干和穩(wěn)定開挖面土到疏干和穩(wěn)定開挖面土 體的作用,見圖體的作用,見圖5-5-65-5-6。 圖5-5-6 局部氣壓式盾構構造 局部氣壓式盾構局部氣壓式盾構 壓縮空氣的壓力值可根據(jù)工作面下壓縮空氣的壓力值可根據(jù)工作面下1/31/3點的地下點的地下 靜水壓力確定。由于這種盾構是靠壓縮空氣對開挖面靜水壓力確定。由于這種盾構是靠壓縮空氣對開挖面 進行密封,故要求地層透
17、水性小,滲透系數(shù)進行密封,故要求地層透水性小,滲透系數(shù)k k小于小于 1 110-510-5m/sm/s,靜水壓力不大于,靜水壓力不大于0.10.1mpampa。另外,這種盾。另外,這種盾 構在密封艙、盾尾及管片接縫處易產(chǎn)生漏氣,引起工構在密封艙、盾尾及管片接縫處易產(chǎn)生漏氣,引起工 作面土體坍塌,造成地面降陷。作面土體坍塌,造成地面降陷。 土壓平衡式盾構土壓平衡式盾構 土壓平衡式盾構又稱削土密封式或泥土加壓式盾土壓平衡式盾構又稱削土密封式或泥土加壓式盾 構。它的前端有一個全斷面切削刀盤,在它后面有一構。它的前端有一個全斷面切削刀盤,在它后面有一 個貯留切削土體的密封艙,在其中心處或下方裝有長個
18、貯留切削土體的密封艙,在其中心處或下方裝有長 筒形的螺旋輸送機,在密封艙和螺旋輸送機,以及在筒形的螺旋輸送機,在密封艙和螺旋輸送機,以及在 盾殼四周裝設的土壓傳感裝置,根據(jù)需要還可裝設改盾殼四周裝設的土壓傳感裝置,根據(jù)需要還可裝設改 善切削土體流動性的塑流化材料的注入設備。善切削土體流動性的塑流化材料的注入設備。 泥水加壓式盾構泥水加壓式盾構 泥水加壓式盾構的總體構造與土壓平衡式盾構相泥水加壓式盾構的總體構造與土壓平衡式盾構相 似,僅支護開挖面方法和排碴方式有所不同。在泥水似,僅支護開挖面方法和排碴方式有所不同。在泥水 加壓式盾構的密封艙內(nèi)充滿特殊配制的壓力泥漿,刀加壓式盾構的密封艙內(nèi)充滿特殊
19、配制的壓力泥漿,刀 盤盤( (花板型花板型) )浸沒在泥漿中工作。對開挖面支護,通常浸沒在泥漿中工作。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進中起支護作用,后者主要是在停止掘進時起支護作 用。用。 泥水加壓式盾構泥水加壓式盾構 對于不透水的粘性土,泥漿壓力應保持大于圍巖主動土對于不透水的粘性土,泥漿壓力應保持大于圍巖主動土 壓力。對透水性大的砂性土,泥漿會滲入到土層內(nèi)一定深壓力。對透水性大的砂性土,泥漿會滲入到土層內(nèi)一定深 度,并在很短時間內(nèi),于土層表面形成一層泥膜,有助于
20、度,并在很短時間內(nèi),于土層表面形成一層泥膜,有助于 改善圍巖的自承能力,并使泥漿壓力能在全開挖面上發(fā)揮改善圍巖的自承能力,并使泥漿壓力能在全開挖面上發(fā)揮 有效的支護作用。此時,泥漿壓力一般以保持高于地下水有效的支護作用。此時,泥漿壓力一般以保持高于地下水 壓壓0.20.2mpampa為宜。而刀盤切削下的碴土在密封艙內(nèi)與泥漿混為宜。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重復使用,所以,在采用泥水加由供泥泵和管道送回盾構重復使用,所以,在采用泥水加 壓式盾構時,還需配備一套泥
21、漿處理系統(tǒng)。壓式盾構時,還需配備一套泥漿處理系統(tǒng)。 泥水加壓式盾構按泥漿系統(tǒng)壓力控制方式可分為直接泥水加壓式盾構按泥漿系統(tǒng)壓力控制方式可分為直接 控制型控制型( (日本型日本型) )和間接控制型和間接控制型( (德國型德國型) )兩種基本類型。兩種基本類型。 a a直接控制型直接控制型( (日本型日本型) ) 直接控制型直接控制型( (日本型日本型) )泥水加壓式盾構的泥漿壓力控制泥水加壓式盾構的泥漿壓力控制 由一套自動控制泥漿平衡的裝置來實現(xiàn),見圖由一套自動控制泥漿平衡的裝置來實現(xiàn),見圖5-5-105-5-10。p1p1 為供泥泵,從泥漿處理廠的泥水調(diào)整槽將泥漿壓人盾構密為供泥泵,從泥漿處理
22、廠的泥水調(diào)整槽將泥漿壓人盾構密 封艙,供入泥漿比重在封艙,供入泥漿比重在1.051.051.251.25之間,在密封艙內(nèi)與開之間,在密封艙內(nèi)與開 挖碴土混合后的重泥漿由排泥泵挖碴土混合后的重泥漿由排泥泵p2p2、p3p3、p4p4排至泥漿處理排至泥漿處理 廠,排出泥漿比重在廠,排出泥漿比重在1.11.11.41.4之間。密封艙的泥漿壓力是之間。密封艙的泥漿壓力是 通過調(diào)節(jié)供漿泵通過調(diào)節(jié)供漿泵p1p1的轉(zhuǎn)速或節(jié)流閥的開口比值來實現(xiàn)控制的轉(zhuǎn)速或節(jié)流閥的開口比值來實現(xiàn)控制 的。的。 泥水室 圖5-5-10 直接控制型泥水加壓盾構泥漿自動控制輸送系統(tǒng) 大刀盤 清水槽 泥漿調(diào)整槽 密度計 流量計 供漿管
23、 排漿管 伸縮管 v p2 p3 p4 p1 直接控制型直接控制型( (日本型日本型) ) 泥漿管中的泥漿流速,必須保持在臨界值以上,否則,泥漿管中的泥漿流速,必須保持在臨界值以上,否則, 泥漿中的顆粒會產(chǎn)生沉淀而堵塞管路,尤其是在排泥管中,泥漿中的顆粒會產(chǎn)生沉淀而堵塞管路,尤其是在排泥管中, 堵塞將更為嚴重。按管道流理論,臨界流速堵塞將更為嚴重。按管道流理論,臨界流速vl(m/s)vl(m/s)可按可按 duranddurand公式計算:公式計算: 2 1 0 )1(2 p p gdfv ll 式中式中 f fl l 流速系數(shù),按顆粒直徑和泥漿濃度而定,當顆粒 流速系數(shù),按顆粒直徑和泥漿濃度
24、而定,當顆粒 直徑大于直徑大于1 1mmmm時,時,f fl l1.341.34;g g 重力加速度,重力加速度,g g=9.8m/s=9.8m/s2 2; p p0 0 泥漿母液比重,一般泥漿母液比重,一般p p0 0=1.05=1.051.251.25;p p 碴土比重;碴土比重; d d 管子內(nèi)徑管子內(nèi)徑( (m)m)。 直接控制型直接控制型( (日本型日本型) ) 在盾構推進時,進、排泥管需不斷延長,管阻亦隨之增在盾構推進時,進、排泥管需不斷延長,管阻亦隨之增 大。為了保證管內(nèi)的流速恒大于臨界流速,排泥漿泵大。為了保證管內(nèi)的流速恒大于臨界流速,排泥漿泵p2p2的的 轉(zhuǎn)速應隨時調(diào)整,故排
25、泥漿泵轉(zhuǎn)速應隨時調(diào)整,故排泥漿泵p2p2必須是自動調(diào)速的。當必須是自動調(diào)速的。當p2p2 泵達到最大揚程時,再加泵達到最大揚程時,再加p3p3、p4p4接力泵。接力泵。 為了保證盾構推進質(zhì)量、減少地面沉降量,需要嚴格控為了保證盾構推進質(zhì)量、減少地面沉降量,需要嚴格控 制排土量,故應在進、排泥漿管路上分別裝設流量計和比制排土量,故應在進、排泥漿管路上分別裝設流量計和比 重計,根據(jù)檢測數(shù)據(jù)即可計算實際排土量重計,根據(jù)檢測數(shù)據(jù)即可計算實際排土量 。 b間接控制型間接控制型( (德國型德國型) ) 間接控制型間接控制型( (德國型德國型) )泥水加壓式盾構的泥漿壓力控制泥水加壓式盾構的泥漿壓力控制 由
26、空氣和泥水雙重系統(tǒng)實現(xiàn),見圖由空氣和泥水雙重系統(tǒng)實現(xiàn),見圖5-5-115-5-11。 空氣管 半隔板 圖5-5-11 間接控制型泥水加壓盾構泥漿壓力控制系統(tǒng) 混合盾構混合盾構(mixshield) 混合盾構是近幾年在歐洲發(fā)展起來的一種新型盾構?;旌隙軜嬍墙鼛啄暝跉W洲發(fā)展起來的一種新型盾構。 這種盾構本機可以構成一臺泥水加壓式盾構、氣壓式盾構這種盾構本機可以構成一臺泥水加壓式盾構、氣壓式盾構 或土壓平衡式盾構,當?shù)貙訔l件變化時,盾構的機形可以或土壓平衡式盾構,當?shù)貙訔l件變化時,盾構的機形可以 隨地層變化而相應改變調(diào)整。隨地層變化而相應改變調(diào)整。 多圓盾構多圓盾構(multicircularfac
27、eshield) 多圓盾構是近年日本開發(fā)的新型盾構,其中的雙圓盾多圓盾構是近年日本開發(fā)的新型盾構,其中的雙圓盾 構可以用來修建區(qū)間隧道,一次開挖完成雙線區(qū)間隧道,構可以用來修建區(qū)間隧道,一次開挖完成雙線區(qū)間隧道, 可以比兩個單獨的圓形隧道降低工程成本工可以比兩個單獨的圓形隧道降低工程成本工10%10%,減少開,減少開 挖面積挖面積15%15%。三圓盾構既可用來修建地鐵車站隧道,拆下。三圓盾構既可用來修建地鐵車站隧道,拆下 中間盾構后又成為兩個單獨盾構,可以修建區(qū)間隧道。中間盾構后又成為兩個單獨盾構,可以修建區(qū)間隧道。 2. 土壓平衡式盾構機的構造土壓平衡式盾構機的構造 (1)切削刀盤切削刀盤
28、通過主軸承支撐和液壓馬達式電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的刀盤,通過主軸承支撐和液壓馬達式電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的刀盤, 正面安裝土體切削刀并帶有碴土進料口,背面安裝有碴土正面安裝土體切削刀并帶有碴土進料口,背面安裝有碴土 攪拌槳。刀盤側(cè)面還裝有可伸縮的超挖刀。攪拌槳。刀盤側(cè)面還裝有可伸縮的超挖刀。 刀盤的型式有花板型和刀盤的型式有花板型和 輻條型的不同型式輻條型的不同型式( (如圖如圖5-5- 5-7)5-7),根據(jù)地層性質(zhì)所需要,根據(jù)地層性質(zhì)所需要 安裝刀具大小與數(shù)量不同以安裝刀具大小與數(shù)量不同以 及進料口面積大小與數(shù)量不及進料口面積大小與數(shù)量不 同,有不同的開口率。一般同,有不同的開口率。一般 硬巖刀盤開口率小,軟
29、土開硬巖刀盤開口率小,軟土開 口率大。口率大。 圖5-5-7 切削刀盤形式 花板型輻條型 (2)刀具刀具 刀具的類型有齒刀、刮刀和滾刀等不同型式,齒刀、刀具的類型有齒刀、刮刀和滾刀等不同型式,齒刀、 刮刀用于軟土質(zhì)地層、滾刀用于巖石地層。刀盤上可僅為刮刀用于軟土質(zhì)地層、滾刀用于巖石地層。刀盤上可僅為 一種類型的刀具,也可為多種刀具的組合,以適應不同形一種類型的刀具,也可為多種刀具的組合,以適應不同形 式的地層。現(xiàn)代盾構機刀盤設計上可進行刀具的更換,可式的地層?,F(xiàn)代盾構機刀盤設計上可進行刀具的更換,可 在刀盤背面換刀。在刀盤背面換刀。 礫石、巖石等硬質(zhì)圍巖時的刀頭 大礫石、巖石時多采用刀輪式刀頭
30、 刀頭的固定方式 焊接 螺栓式插入式焊接式 (3)密封艙密封艙 用于存貯被刀盤切削下來的土體,并加以攪拌使其成用于存貯被刀盤切削下來的土體,并加以攪拌使其成 為不透水的,具有適當流動性的塑流體,使其能及時充滿為不透水的,具有適當流動性的塑流體,使其能及時充滿 密封艙和螺旋輸送機的全部空間,對開挖面實行密封,以密封艙和螺旋輸送機的全部空間,對開挖面實行密封,以 維持開挖面的穩(wěn)定性,同時,也便于將其排出。在密封艙維持開挖面的穩(wěn)定性,同時,也便于將其排出。在密封艙 后隔板上,一般留有進入艙孔,供人員進出入密封艙和進后隔板上,一般留有進入艙孔,供人員進出入密封艙和進 行維修工作。行維修工作。 壓力艙(
31、泥土壓盾構) 添加材料注入口 添加材料注入管 攪拌翼 攪拌翼 獨立攪拌翼 螺旋排土器 (4)螺旋輸送機螺旋輸送機 用來將密封艙內(nèi)的塑流狀土體排出盾構外,并在排土用來將密封艙內(nèi)的塑流狀土體排出盾構外,并在排土 過程中,利用螺旋葉片與土體間的摩擦和土體阻塞所產(chǎn)生過程中,利用螺旋葉片與土體間的摩擦和土體阻塞所產(chǎn)生 的壓力損失,使螺旋輸送機排土口的泥土壓力降至一個大的壓力損失,使螺旋輸送機排土口的泥土壓力降至一個大 氣壓力,使其不發(fā)生噴漏現(xiàn)象。通過螺旋輸送機排碴量的氣壓力,使其不發(fā)生噴漏現(xiàn)象。通過螺旋輸送機排碴量的 速度來控制和調(diào)解碴艙內(nèi)的土體壓力。速度來控制和調(diào)解碴艙內(nèi)的土體壓力。 (5)塑流化材料
32、注入器塑流化材料注入器 用來向密封艙、刀盤和螺旋輸送機內(nèi)注人添加劑。因用來向密封艙、刀盤和螺旋輸送機內(nèi)注人添加劑。因 為當土體中的含砂量超過一定限度時,由于其內(nèi)摩擦角大,為當土體中的含砂量超過一定限度時,由于其內(nèi)摩擦角大, 流動性差,單靠刀盤的旋轉(zhuǎn)攪動很難使這種土體達到足夠流動性差,單靠刀盤的旋轉(zhuǎn)攪動很難使這種土體達到足夠 的塑流性,一旦在密封艙內(nèi)貯留,極易產(chǎn)生壓密固結,無的塑流性,一旦在密封艙內(nèi)貯留,極易產(chǎn)生壓密固結,無 法對開挖面實行有效的密封和排土。此時,就需要向切削法對開挖面實行有效的密封和排土。此時,就需要向切削 土體內(nèi)注入一種促使其塑流化的添加劑,經(jīng)刀盤混合和攪土體內(nèi)注入一種促使其塑流化的添加劑,經(jīng)刀盤混合和攪 拌后能使固結土成為流動性好、不透水的塑流體。拌后能使固結土成為流動性好、不透水的塑流體。 (6)土壓傳感器土壓傳感器 用于測量密封艙和螺旋輸送機內(nèi)的土壓力,前者是判用于測量密封艙和螺旋輸送機內(nèi)的土壓力,前者是判 定開挖面是否穩(wěn)定的依據(jù),后者用來判斷螺旋輸送機的排定開挖面是否穩(wěn)定的依據(jù),后者用來判斷螺旋輸送機的排 土狀態(tài),噴涌、固結、阻塞等。土狀態(tài),噴涌、固結、阻塞等。 土壓平衡式盾構維持開挖面穩(wěn)定的原理是依靠密封艙內(nèi)塑土壓平衡式盾構維持開挖面穩(wěn)定的原理是依靠密封艙內(nèi)塑 流狀土體作用在
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