盾構(gòu)法隧道施工原理、常見難點和問題

盾構(gòu)法隧道施工原理、常見難點和問題談家龍

目錄一、盾構(gòu)法隧道施工發(fā)展歷史二、盾構(gòu)法隧道施工原理三、盾構(gòu)法隧道施工流程四、盾構(gòu)法隧道施工關(guān)鍵要素五、盾構(gòu)法隧道施工常見難點和問題六、結(jié)語一、盾構(gòu)法隧道施工的發(fā)展歷史起源概念與分類盾構(gòu)工法在中國發(fā)展趨勢（一）起源1818年，英國工程師布魯諾爾(M.I.Bruner)，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。1825年，他第一次在倫敦泰晤河下開始用一個斷面高6.8m、寬11.4m的矩形盾構(gòu)修建隧道。1843年，經(jīng)過18年施工，完成了全長1100m的第一條盾構(gòu)法隧道。1828年1月12日泰晤河水涌入盾構(gòu)機(jī)（二）概念與分類盾構(gòu)機(jī)(ShieldMachine),是一種全封閉的隧道掘進(jìn)設(shè)備,主要由掘進(jìn)系統(tǒng)、同步注漿系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、渣土改良系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)等組成，利用襯砌管片提供反力,不能連續(xù)掘進(jìn)。隧道掘進(jìn)機(jī)(TunnelBoringMachine),簡稱TBM，硬巖掘進(jìn)機(jī),部分封閉,圍巖暴露并可提供反作用力,可連續(xù)掘進(jìn)。（二）概念與分類“盾”——“防御、保護(hù)”，指刀盤、盾殼；“構(gòu)”——“構(gòu)筑、修建”，即管片襯砌和注漿；指使用盾構(gòu)機(jī)，一邊保持開挖面及圍巖穩(wěn)定，一邊進(jìn)行開挖面土體掘進(jìn)、出渣，同步實施管片背后注漿，在盾尾內(nèi)拼裝管片形成襯砌，從而在最大減少擾動圍巖條件下修建隧道的方法。

（二）概念與分類1.按照開挖面平衡方式分為：土壓平衡式，適用于各種土層、巖層等復(fù)合地層；泥水平衡式，適用于含水砂層以及軟流塑、流動性等軟弱地層；對地面沉降要求高的項目；復(fù)合式，適應(yīng)性更廣（二二））概概念念與與分分類類2.按照照直直徑徑大大小小分分為為：：巨型型盾盾構(gòu)構(gòu)，，大大于于12米；；15.43、14.9米；；常規(guī)規(guī)盾盾構(gòu)構(gòu)，，大大于于6米；；6.28、6.34、6.68米；；微型型盾盾構(gòu)構(gòu)，，小小于于3米。。0.15到3米。。（二二））概概念念與與分分類類3.按照照開開挖挖面面敞敞開開程程度度分分為為：：全敞敞開開式式，，手手掘掘式式、、半半機(jī)機(jī)械械式式、、機(jī)機(jī)械械式式半敞敞開開式式，，半半擠擠壓壓、、全全擠擠壓壓、、網(wǎng)網(wǎng)格格式式全封封閉閉式式，，土土壓壓、、泥泥水水、、復(fù)復(fù)合合式式（二二））概概念念與與分分類類4.按照照斷斷面面形形式式分分為為圓形形盾盾構(gòu)構(gòu)矩形形盾盾構(gòu)構(gòu)異形形盾盾構(gòu)構(gòu)（（雙雙圓圓、、三三圓圓、、球球形形））（三三））盾盾構(gòu)構(gòu)工工法法在在中中國國北京京地地鐵鐵上海海地地鐵鐵廣州州地地鐵鐵其它它城城市市北京京地地鐵鐵2000年9月，，北北京京地地鐵鐵五五號號線線雍雍和和宮宮站站至至北北新新橋橋站站區(qū)區(qū)間間首首次次采采用用盾盾構(gòu)構(gòu)法法施施工工。。2000年-2014年，，高高速速發(fā)發(fā)展展期期。。建建成成運運營營17條線線路路，，總總長長527公里里。。日日均均客客流流約約1000萬人人次次。。是是國國內(nèi)內(nèi)最最繁繁忙忙的的軌軌道道交交通通系系統(tǒng)統(tǒng)。。根據(jù)據(jù)線線網(wǎng)網(wǎng)規(guī)規(guī)劃劃，，2020年將將建建成成30條線路，運營營里程超過1000公里。上海地鐵1994年，上海延安安東路南線隧隧道首次使用用土壓平衡盾盾構(gòu)機(jī)施工。。2003年上海隧道股股份設(shè)計制造造第一臺國產(chǎn)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)。截至2014年，共建成運運營14條線路，總計計525.2公里。根據(jù)線線網(wǎng)規(guī)劃，2017年總里程689公里，2020年總里程808公里。廣州地鐵1995-1999年1號線建成運營營；首次引入入盾構(gòu)法進(jìn)行行隧道施工。。1999年以后，2、3、4號線大量采用用盾構(gòu)法隧道道修建；2010年高峰期，75臺盾構(gòu)同時掘掘進(jìn)。截至2014年，共有9條營運路線（（1號線、2號線、3號線、4號線、5號線、6號線、8號線、廣佛線線及APM線），總長為為260.5公里。2017年底，將新建建10條線路，260公里新線?？偪偫锍坛^500公里。其它城市國內(nèi)目前地鐵鐵已經(jīng)開工的的共23個城市，國務(wù)務(wù)院批準(zhǔn)的有有33個城市，國內(nèi)內(nèi)地鐵建設(shè)趨趨勢由中心城城區(qū)向四周輻輻射，十二五五期間將是地地鐵建設(shè)發(fā)展展高潮期。國內(nèi)城市軌道道交通建設(shè)盾盾構(gòu)工法的使使用比例已經(jīng)經(jīng)超過85%。（四）發(fā)展趨趨勢超大直徑復(fù)合型大深度、大坡坡度、小曲率率二﹑盾構(gòu)法隧道施施工原理盾構(gòu)法隧道施施工的工作原原理盾構(gòu)法隧道施施工的特點盾構(gòu)法隧道施施工的優(yōu)點盾構(gòu)法隧道施施工的缺點（一）盾構(gòu)法法隧道施工工工作原理盾構(gòu)機(jī)千斤頂頂利用已成型型管片提供反反力，向前施施加推力，利利用刀盤旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)切削掌子面面土體（保持持土倉壓力）），通過螺旋旋輸送機(jī)（管管道）把渣土土輸送出來，，拼裝機(jī)拼裝裝管片形成襯襯砌，管片背背后同步注漿漿，形成永久久結(jié)構(gòu)。土壓平衡盾構(gòu)構(gòu)機(jī)工作原理理示意圖泥水盾構(gòu)機(jī)工工作原理示意意圖（二）盾構(gòu)法法隧道施工的的特點地下施工，必必須面對復(fù)雜雜的地質(zhì)條件件和敏感的地地面環(huán)境。所用設(shè)備集成成度高，技術(shù)術(shù)含量高，對對人的要求較較高。涉及的專業(yè)領(lǐng)領(lǐng)域較多，對對復(fù)合型人才才有較多需求求。（三）盾構(gòu)法法隧道施工的的優(yōu)點高效率。機(jī)械械化作業(yè)程度度高，施工速速度快，采用用預(yù)制管片襯襯砌，一次成成型，施工質(zhì)質(zhì)量易于控制制。經(jīng)濟(jì)效率率顯著。高安全。施工工作業(yè)環(huán)境好好，施工人員員安全得到有有效保障。對對周圍環(huán)境影影響小，地表表沉降易于控控制。高適應(yīng)。不影影響地面交通通，不影響航航運通航，不不受風(fēng)雨等氣氣候條件影響響。不受地質(zhì)質(zhì)限制。（四）盾構(gòu)法法隧道施工的的缺點盾構(gòu)機(jī)制造周周期長，設(shè)備備投入較大；；準(zhǔn)備難且費用用高，短距離離隧道不經(jīng)濟(jì)濟(jì)；小曲線隧道施施工較為困難難，施工質(zhì)量量得不到保障障；淺埋隧道覆土土太淺，盾構(gòu)構(gòu)法施工難度度很大；施工過程變化化斷面尺寸困困難；三、盾構(gòu)法隧隧道施工流程程總體流程：盾盾構(gòu)法施工總總體流程局部流程：盾盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)流流程（一）總體流流程始發(fā)井（車站站）交付使用用→盾構(gòu)托架架就位→盾構(gòu)構(gòu)機(jī)下井組裝裝、調(diào)試、驗驗收→初始掘掘進(jìn)（L=80-100米）→負(fù)環(huán)拆拆除及其它調(diào)調(diào)整（換裝））→正常掘進(jìn)進(jìn)→盾構(gòu)機(jī)到到達(dá)中間站→→盾構(gòu)機(jī)通過過中間站→盾盾構(gòu)機(jī)再次組組裝、調(diào)試、、驗收→盾構(gòu)構(gòu)機(jī)再次初始始掘進(jìn)→正常常掘進(jìn)→盾構(gòu)構(gòu)機(jī)到達(dá)終點點站→盾構(gòu)機(jī)機(jī)解體外運→→隧道清理、、管片修補(bǔ)、、堵漏→工程程驗收。盾構(gòu)機(jī)下井盾構(gòu)機(jī)就位調(diào)試初始掘進(jìn)正常掘進(jìn)到達(dá)車站過站再次始發(fā)到達(dá)終點站盾構(gòu)機(jī)解體外運負(fù)環(huán)拆除始發(fā)端頭加固反力架安裝洞門密封圈安裝洞門圍護(hù)墻鑿除到達(dá)端頭加固洞門密封圈安裝盾構(gòu)機(jī)托架再次就位調(diào)試始發(fā)井中間站到達(dá)站盾構(gòu)法隧道施施工流程圖（二）局部流流程準(zhǔn)備工作（風(fēng)風(fēng)、水、電、、漿液、渣車車、管片）→→啟動液壓系系統(tǒng)→啟動動刀盤→啟啟動次級渣土土運輸系統(tǒng)（（皮帶機(jī)）→→啟動推進(jìn)千千斤頂→啟動動首級渣土運運輸系統(tǒng)（螺螺旋機(jī)）→同同步注漿→停停止掘進(jìn)→安安裝管片→準(zhǔn)準(zhǔn)備下一環(huán)掘掘進(jìn)。開挖→出土→→注漿→拼裝裝四盾構(gòu)法隧隧道施工關(guān)鍵鍵要素研究對手，地地質(zhì)研究兵器，盾盾構(gòu)機(jī)研究招式，技技術(shù)（一）研究對對手，地質(zhì)（二）研究兵兵器-盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)總總成（二）研究兵兵器-盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)總總成（二）研究兵兵器-盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)總總成（二）研究兵兵器-盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)總總成1掘進(jìn)系統(tǒng)2同步注漿系統(tǒng)統(tǒng)3出渣系統(tǒng)4管片拼裝系統(tǒng)統(tǒng)5導(dǎo)向系統(tǒng)6密封系統(tǒng)7渣土改良系統(tǒng)統(tǒng)8風(fēng)、水、電、、氣系統(tǒng)9管片管片型式主要參數(shù)連接方式防水材料管片選型盾構(gòu)隧道管片片襯砌構(gòu)造示示意圖（三）研究招招式盾構(gòu)機(jī)操作技技術(shù)盾盾構(gòu)機(jī)過過站技術(shù)管片選型技術(shù)術(shù)端端頭地地層處理技術(shù)術(shù)盾構(gòu)機(jī)測量導(dǎo)導(dǎo)向技術(shù)隧隧道防水技術(shù)術(shù)管片背后回填填注漿技術(shù)其其它它技術(shù)盾構(gòu)機(jī)始發(fā)掘掘進(jìn)技術(shù)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)技技術(shù)1盾構(gòu)機(jī)的操作作技術(shù)做好操作前的的準(zhǔn)備工作嚴(yán)格按操作規(guī)規(guī)程進(jìn)行操作作按照操作指令令的控制掘進(jìn)進(jìn)參數(shù)(刀盤轉(zhuǎn)速﹑扭矩﹑土倉壓力﹑推力﹑掘進(jìn)速度﹑鉸接角度﹑注漿壓力等)對線路特點﹑工程地質(zhì)和地地面的環(huán)境狀狀況有充分認(rèn)認(rèn)識對異常情況要要及時采取措措施并上報2管片選型技術(shù)術(shù)管片的類型管片的尺寸及及分塊管片的連接接型式轉(zhuǎn)彎環(huán)的楔楔形量管片選型應(yīng)應(yīng)遵循的原原則:管片跟著盾盾構(gòu)走管片選型的的考慮因素素:盾尾間隙﹑千斤頂行程程差﹑鉸接角度﹑盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)態(tài)趨勢重要性:決定隧道的的質(zhì)量(尤其是防水水質(zhì)量)3盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向向技術(shù)主流VMT導(dǎo)向系統(tǒng)4管片背后注注漿技術(shù)注漿的目的的注漿的方式式漿液的種類類注漿參數(shù)選選擇(壓力、數(shù)量量、強(qiáng)度））5盾構(gòu)機(jī)始發(fā)發(fā)掘進(jìn)技術(shù)術(shù)始發(fā)托架的的定位安裝裝盾構(gòu)機(jī)、后后續(xù)臺車的的下井組裝裝反力架的安安裝洞門密封環(huán)環(huán)板的安裝裝洞門圍護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)的鑿除除盾尾密封油油脂的涂抹抹負(fù)環(huán)管片的的安裝6盾構(gòu)機(jī)到達(dá)達(dá)技術(shù)到達(dá)階段的的貫通測量量到達(dá)接收托托架的安裝裝洞門密封環(huán)環(huán)板的安裝裝洞門圍護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)的鑿除除到達(dá)段管片片的安裝﹑緊固和補(bǔ)充充注漿7盾構(gòu)機(jī)過站站、過隧道道技術(shù)移動托架過過站滾軸法過站站盾構(gòu)機(jī)整體體吊裝過站站利用永久管管片過隧道道利用臨時管管片過隧道道8端頭地層處處理技術(shù)端頭地層處處理的目的的端頭地層處處理的主要要方法9隧道防水技技術(shù)管片的自防防水(抗?jié)B等級)管片接逢止止水條的形形式和種類類嵌縫和手孔孔封堵堵漏和缺陷陷修補(bǔ)10其它技術(shù)刀具更換技技術(shù)發(fā)泡劑注入入技術(shù)使用泡沫處處理過的軟軟土沒有使用泡泡沫處理的的軟土五常見見難點和問問題軟弱含水地地層且地面面沉降控制制要求高（（塌陷）富水地層（（如穿越江江河或斷層層帶）（噴噴涌）掘進(jìn)斷面內(nèi)內(nèi)地層軟硬硬相差懸殊殊（管片上上浮）土質(zhì)粘性大大易結(jié)泥餅餅（刀具磨磨損）設(shè)計線路復(fù)復(fù)雜五常見見難點和問問題隧道內(nèi)有建建筑物樁基基等