盾構施工方法課件

盾構施工技術

主講人：雜交稻創(chuàng)作者：雜交稻盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術

主講人：雜交稻盾構施工技術

盾構施工技術

SHIELDCONSTRUCTIONTECHNIQUE盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE

盾構施工技術

SHIELDCONSTRUCTION

1盾構概論2典型盾構介紹3盾構在我國的發(fā)展與應用4盾構的市場前景盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術1盾構概論隧道及地下空間的大發(fā)展，促進了盾構法施工技術的進步。盾構施工的歷史，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開始修建第一條盾構法隧道以來，盾構法施工已有180多年的歷史。我國自20世紀50年代開始涉足盾構法修建隧道和管道工程，最近十年開始大規(guī)模應用。雖然起步較晚，但由于主意吸收和采用先進技術和工藝、參考和借鑒國外成功的經(jīng)驗和失敗的教訓，所以發(fā)展較快，但與國外先進國家仍存在較大差距。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1盾構概論盾構施工技術1.1盾構及其工作原理概念：是一種用于軟土隧道暗挖施工、具有金屬外殼、殼內(nèi)裝有整機及輔助設備，在其掩護下進行土體開挖、土渣排運、整機推進和管片安裝等作業(yè)，而使隧道一次成型的工作機械。盾構是一種隧道掘進的專用工程機械，現(xiàn)代盾構集機、電、液、傳感、信息技術于一體，具有開挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、量測導向糾偏等功能。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1.1盾構及其工作原理概念：是一種用于軟土隧道暗挖施工

盾構的三大要素：1、開挖面穩(wěn)定2、掘進及排土3、管片襯砌及壁后注漿。

盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術盾構與硬巖掘進機（TBM）的區(qū)別：TBM不具備泥水壓、土壓等維護掌子面穩(wěn)定的功能。2.盾構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：盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構與硬巖掘進機（TBM）的區(qū)別：盾構施工技術1.2盾構分類按斷面形狀分類按支護地層的形式分類按開挖面與作業(yè)室之間隔板的構造分類盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1.2盾構分類盾構施工技術

1.2.1按斷面形狀分類

單圓盾構、復圓盾構（多圓盾構）、非圓盾構。異形盾構包括復圓盾構（雙圓和三圓）和非圓盾構（橢圓形盾構、矩形、馬蹄形、半圓形）盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE

1.2.1按斷面形狀分類

盾構施工技術雙圓和多圓盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術自然支護式機械支護式壓縮空氣支護式泥漿支護式土壓平衡式

1.2.2

按支護地層的形式分類盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1.2.2盾構施工技術

手掘式盾構

全敞開式半機械式盾構

機械式盾構

敞開式部分敞開式擠壓式盾構盾構壓氣式壓縮空氣盾構

閉胸式

泥水式土壓平衡盾構

土壓平衡盾構

土壓式

加泥式土壓平衡盾構

盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE

3典型盾構介紹敞開式盾構壓縮空氣盾構泥水盾構土壓平衡盾構復合盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3典型盾構介紹敞開式盾構盾構施工技術3.1敞開式盾構（OpenfaceshieldOF盾構）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半地機械（部分斷面開挖盾構—適用于良好層

：反鏟式和銑削頭式）3機械式（全斷面開挖）OF盾構——自穩(wěn)性強的圍巖，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時，必須用井點降水降低地下水位。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3.1敞開式盾構盾構施工技術

敞開式盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術半機械式盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術反鏟式盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE反鏟式盾構盾構施工技術機械式盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術4擠壓式盾構(Blindtypeshield盲式盾構)對底層的擾動較大，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。Ⅰ蓋板式擠壓盾構利用隔板將開挖面全部封閉，只在一部分上設面積可調(diào)的排土蓋板，盾構正面向前推進，使貫入部位土砂呈塑性化流動，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到平衡。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE4擠壓式盾構盾構施工技術Ⅱ螺旋出土式擠壓盾構利用封板將開挖面封閉，盾構正面貫入圍巖向前推進，使貫入部位土砂呈塑性化流動，由螺旋輸送機進行排土。通過調(diào)節(jié)螺旋輸送機的速度和土閘門打開度，來實現(xiàn)千斤頂推力和開挖面土壓力的平衡，以穩(wěn)定掌子面。Ⅲ網(wǎng)格擠壓盾構在上海軟土地層中常常被采用，進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)，盾構正面裝鋼板網(wǎng)格，在推進中可以且學土體，而在停止推進時可以起到穩(wěn)定開挖面的作用?？捎行Э刂频乇碜冃?。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUEⅡ螺旋出土式擠壓盾構盾構施工技術

網(wǎng)格擠壓式盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術3.2壓縮空氣盾構（

airpressurebalanceAPB盾構）適用于黏土，黏砂土，多水松軟地層原理：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

已被泥水盾構取代盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3.2壓縮空氣盾構盾構施工技術3.3泥水盾構（slurrypressurebalanceshieldSPB盾構）泥水盾構的構成：一邊利用刀盤挖掘整個開挖面、一邊推進盾構掘進系統(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備運轉(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)

盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3.3泥水盾構（slurrypressurebala

目前最大的泥水盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術

目前最大的泥水盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術日本泥水盾構土壓平衡盾構

德國泥水盾構混合型盾構日本體系：泥水倉全是泥水，直接控制型泥水盾構，調(diào)節(jié)控制閥來開度，來進行泥漿壓力控制。德國體系：泥水倉中設置了氣壓倉，間接控制型泥水盾構，氣壓復合模式，調(diào)節(jié)空氣壓力來進行泥漿壓力控制，液位傳感器根據(jù)液位的高低來調(diào)整液位。

盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE日本泥水盾構土壓平衡泥水盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術1開挖面穩(wěn)定機理2泥膜形成機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、預留壓力）——盡快形成不透水的泥膜。掘進速度與泥膜的關系：高質(zhì)量泥水成膜時間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

盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術3.4土壓平衡盾構(earthpressurebalanceEPB盾構)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，但易堵塞;輻條式開口率大，不易堵塞，但不能安裝滾刀，安全性差，費用高，需加固土體。2.刀盤的驅(qū)動方式：變頻電機驅(qū)動、液壓驅(qū)動、定速電機驅(qū)動3.刀盤支承：中心支承方式（中小型盾構）、中間支承方式（中大型）、周邊支承方式（小型盾構）盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3.4土壓平衡盾構(earthpressurebal土壓平衡盾構（面板式和輻條式）盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術4.膨脹土添加系統(tǒng)和泡沫系統(tǒng)5.螺旋輸送機6.皮帶輸送機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：鉸接密封、盾尾密封9.管片安裝機：機械抓取式、真空吸盤式10.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)11.導向系統(tǒng)（VUT導向系統(tǒng)和PPS導向系統(tǒng)）盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術目前最大的土壓平衡盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術二.開挖面穩(wěn)定機理

刀盤切削下來的土渣與螺旋輸送機向外輸送量相平衡；土壓傳感器：控制推進力、推進速度、螺旋輸送機轉(zhuǎn)速。排土量：由螺旋輸送機的轉(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

土壓平衡盾構開挖面的穩(wěn)定由下列各因素綜合作用而維持：①土倉內(nèi)的土壓力平衡地層壓力和水壓力。②螺旋輸送機調(diào)節(jié)排土量③適當保持泥土的流動性，根據(jù)需要調(diào)節(jié)添加劑的注入量

土倉內(nèi)的泥土壓力與地層壓力與水壓力盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術

土壓平衡盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE

土壓平衡盾構盾構施工技術三.地質(zhì)適應范圍

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

盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術3.5復合盾構一臺盾構在不同地層經(jīng)轉(zhuǎn)換可以以不同的原理和方式運行，這類盾構稱為復合盾構，也稱混合盾構，polyshield或Mixshield也有稱其為combinedshield。

組合模式：壓縮空氣/敞開式盾構，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雜地層施工

特點：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)盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3.5復合盾構一臺盾構在不同地層經(jīng)轉(zhuǎn)換可以以不同的原理和盾構刀具盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構刀具盾構施工技術滾刀和刮刀盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE

中鐵隧道集團研制的復合盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE中鐵隧道集團研制的復合盾構盾構施工技術

復合式土壓平衡盾構

只有一套出渣系統(tǒng)：螺旋輸送機

三種掘進模式：土壓平衡模式、敞開模式、半敞開模式（壓縮空氣加壓模式）盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE

復合式土壓平衡盾構

盾構施工技術敞開模式：掌子面足夠穩(wěn)定并且涌水能夠控制時半敞開模式（加氣模式）：

掌子面具有足夠的自穩(wěn)能力，且水壓小于1.5×105Pa，下部為刀盤切削下來的渣土，上部為壓縮空氣，當土倉內(nèi)壓不大于1×105Pa時不會發(fā)生螺旋輸送機出渣噴涌現(xiàn)象;當土倉內(nèi)氣壓不小于1×105Pa且不大于1.5×105Pa時，可能會發(fā)生出渣噴涌現(xiàn)象，但可以控制。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術盾構安裝盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構安裝盾構施工技術盾構施工盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工盾構施工技術土壓平衡掘進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。土壓平衡掘進可以有效地防止過大的地面沉降。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術復合式土層平衡盾構在土壓平衡模式下工作時，必須具備以下功能特點：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螺旋輸送機的出渣量、出渣速度可控，隨時間可關閉，具有防噴涌的功能，建立土塞效應。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術1.3盾構在我國的發(fā)展與應用我國盾構的開發(fā)與應用始于1953年，東北阜新煤礦用手掘式盾構修建了直徑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4.16m的手掘式普通敞胸盾構。1965年月由上海工程設計院設計、江南造船廠制造的2臺盾構直徑5.8米的網(wǎng)格擠壓盾構，于1966年完成了2條平行的隧道，隧道長660m，地面最大沉降10cm。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1.3盾構在我國的發(fā)展與應用我國盾構的開發(fā)與應用始于1953武漢地鐵盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術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計院設計、江南造船廠制造廠制造的的直徑10.02m網(wǎng)格擠壓盾構施工，掘進總長1322m，于1970年底建成通車。1973年采用1臺直徑3.6m的水利機械化出土網(wǎng)格盾構和2臺直徑4.3m的網(wǎng)格擠壓盾構，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號線試驗段施工，研制了一臺直徑6.412m網(wǎng)格擠壓盾構，在淤泥質(zhì)粘土地層中掘進1130m。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術盾構吊裝盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術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計、江南造船廠制造的直徑11.3m網(wǎng)格擠壓水力出土盾構。1986年，中鐵隧道集團研制出半斷面插刀盾構，并成功用于修建北京地鐵復興門折返線。1990上海地鐵一號線全線開工，18km區(qū)間隧道引進了7臺由法國FCB公司制造的φ6.34m土壓平衡式盾構。1996年，上海延安東路隧道南線工程，總長1300m采用從日本引進的φ11.22m泥水加壓平衡盾構施工。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術沈重國產(chǎn)盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE沈重國產(chǎn)盾構盾構施工技術中鐵隧道集團研制的復合式盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE中鐵隧道集團研制的復合式盾構盾構施工技術2002年8月，國家科技部將φ6.3m土壓平衡盾構的研究設計列入國家“863”計劃。通過公開招標，第一批3項設計課題分別由中鐵隧道集團有限公司和上海隧道工程股份有限公司為主承擔。2002年底，同樣通過公開公開招標，第二批4項課題分別由中鐵隧道集團有限公司和上海隧道工程股份有限公司為主承擔。兩家國內(nèi)盾構設計、制造與施工優(yōu)勢企業(yè)成立了聯(lián)合攻關組，組織了有浙江大學、同濟大學、華中科技大學、東南大學、煤炭科學研究院、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、研結(jié)合的課題組。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術“先行號”盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE“先行號”盾構施工技術2004年5月中鐵隧道集團有限公司與日本小松公司聯(lián)合制造了1臺直徑6.3m土壓平衡盾構。2004年10月下旬，上海隧道股份有限公司制造了一臺直徑6.3m土壓平衡盾構應用于上海地鐵2號線西延伸隧道工程。2005年12月，中鐵隧道集團有限公司自主研制的適用于沙礫復雜地層的土壓平衡盾構刀盤成功應用于北京地鐵4號線19標頤和園——圓明園區(qū)間。2008年4月中鐵隧道集團研制成功了我國第一臺具有自主知識產(chǎn)權的復合式土壓平衡盾構。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術上海隧道股份盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術4盾構市場前景4.1城市地鐵前景“十一五”期間，已獲批建設地鐵的16個城市的新建里程合計為1009km，正在申報和在編制軌道交通規(guī)劃的城市6個，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)預測，近5年內(nèi)地鐵盾構的需求量約在350臺次以上。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE4盾構市場前景4.1城市地鐵前景盾構施工技術國內(nèi)盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE國內(nèi)盾構盾構施工技術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道、上海崇明島越江隧道、灣口海底隧道、渤海海底隧道、長江水底隧道、杭州灣水底隧道等。近5年內(nèi)，我國計劃新建越江隧道約30條，總長超過200km，需大直徑泥水盾構30臺以上。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE4.2過江隧道前景盾構施工技術上海長江隧道盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術4.3鐵路隧道前景

鐵路隧道是隧道掘進機施工的重要市場，從2000年開始，新建鐵路隧道每年平均以200km的速度增長。2006年10月26日，中國《鐵路“十一五”規(guī)劃》正式發(fā)布，根據(jù)該規(guī)劃，將建成新線近1.7km，其中客運專線為8000km。在新建鐵路中，隧道約占2000km。其中部分隧道采用隧道掘進機施工。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE4.3鐵路隧道前景盾構施工技術客運專線盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE客運專線盾構盾構施工技術4.4引水隧道前景

我國水資源分布不均，北方地區(qū)水資源嚴重短缺，西南方水資源比較豐富，因此進行跨流域調(diào)水非常必要。飲水工程不可避免會遇到飲水隧道的施工問題，而選擇盾構或硬巖掘進機施工是最佳手段。據(jù)不完全統(tǒng)計，近5年內(nèi)，我國計劃使用盾構或硬巖掘進機法修建的引水隧道約300km。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE4.4引水隧道前景盾構施工技術小型盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術4.5市政管道前景

城市市政燃氣管道工程、排污管道工程、供熱供冷管道工程、電纜管道工程均可采用盾構法施工。近5年內(nèi)，用于市政管道施工的φ2.5-5m的盾構需求量約為100臺次以上。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE4.5市政管道前景盾構施工技術

謝謝！盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術盾構施工技術

主講人：雜交稻創(chuàng)作者：雜交稻盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術

主講人：雜交稻盾構施工技術

盾構施工技術

SHIELDCONSTRUCTIONTECHNIQUE盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE

盾構施工技術

SHIELDCONSTRUCTION

1盾構概論2典型盾構介紹3盾構在我國的發(fā)展與應用4盾構的市場前景盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術1盾構概論隧道及地下空間的大發(fā)展，促進了盾構法施工技術的進步。盾構施工的歷史，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開始修建第一條盾構法隧道以來，盾構法施工已有180多年的歷史。我國自20世紀50年代開始涉足盾構法修建隧道和管道工程，最近十年開始大規(guī)模應用。雖然起步較晚，但由于主意吸收和采用先進技術和工藝、參考和借鑒國外成功的經(jīng)驗和失敗的教訓，所以發(fā)展較快，但與國外先進國家仍存在較大差距。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1盾構概論盾構施工技術1.1盾構及其工作原理概念：是一種用于軟土隧道暗挖施工、具有金屬外殼、殼內(nèi)裝有整機及輔助設備，在其掩護下進行土體開挖、土渣排運、整機推進和管片安裝等作業(yè)，而使隧道一次成型的工作機械。盾構是一種隧道掘進的專用工程機械，現(xiàn)代盾構集機、電、液、傳感、信息技術于一體，具有開挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、量測導向糾偏等功能。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1.1盾構及其工作原理概念：是一種用于軟土隧道暗挖施工

盾構的三大要素：1、開挖面穩(wěn)定2、掘進及排土3、管片襯砌及壁后注漿。

盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術盾構與硬巖掘進機（TBM）的區(qū)別：TBM不具備泥水壓、土壓等維護掌子面穩(wěn)定的功能。2.盾構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：盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構與硬巖掘進機（TBM）的區(qū)別：盾構施工技術1.2盾構分類按斷面形狀分類按支護地層的形式分類按開挖面與作業(yè)室之間隔板的構造分類盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1.2盾構分類盾構施工技術

1.2.1按斷面形狀分類

單圓盾構、復圓盾構（多圓盾構）、非圓盾構。異形盾構包括復圓盾構（雙圓和三圓）和非圓盾構（橢圓形盾構、矩形、馬蹄形、半圓形）盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE

1.2.1按斷面形狀分類

盾構施工技術雙圓和多圓盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術自然支護式機械支護式壓縮空氣支護式泥漿支護式土壓平衡式

1.2.2

按支護地層的形式分類盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1.2.2盾構施工技術

手掘式盾構

全敞開式半機械式盾構

機械式盾構

敞開式部分敞開式擠壓式盾構盾構壓氣式壓縮空氣盾構

閉胸式

泥水式土壓平衡盾構

土壓平衡盾構

土壓式

加泥式土壓平衡盾構

盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE

3典型盾構介紹敞開式盾構壓縮空氣盾構泥水盾構土壓平衡盾構復合盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3典型盾構介紹敞開式盾構盾構施工技術3.1敞開式盾構（OpenfaceshieldOF盾構）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半地機械（部分斷面開挖盾構—適用于良好層

：反鏟式和銑削頭式）3機械式（全斷面開挖）OF盾構——自穩(wěn)性強的圍巖，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時，必須用井點降水降低地下水位。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3.1敞開式盾構盾構施工技術

敞開式盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術半機械式盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術反鏟式盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE反鏟式盾構盾構施工技術機械式盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術4擠壓式盾構(Blindtypeshield盲式盾構)對底層的擾動較大，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。Ⅰ蓋板式擠壓盾構利用隔板將開挖面全部封閉，只在一部分上設面積可調(diào)的排土蓋板，盾構正面向前推進，使貫入部位土砂呈塑性化流動，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到平衡。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE4擠壓式盾構盾構施工技術Ⅱ螺旋出土式擠壓盾構利用封板將開挖面封閉，盾構正面貫入圍巖向前推進，使貫入部位土砂呈塑性化流動，由螺旋輸送機進行排土。通過調(diào)節(jié)螺旋輸送機的速度和土閘門打開度，來實現(xiàn)千斤頂推力和開挖面土壓力的平衡，以穩(wěn)定掌子面。Ⅲ網(wǎng)格擠壓盾構在上海軟土地層中常常被采用，進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)，盾構正面裝鋼板網(wǎng)格，在推進中可以且學土體，而在停止推進時可以起到穩(wěn)定開挖面的作用。可有效控制地表變形。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUEⅡ螺旋出土式擠壓盾構盾構施工技術

網(wǎng)格擠壓式盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術3.2壓縮空氣盾構（

airpressurebalanceAPB盾構）適用于黏土，黏砂土，多水松軟地層原理：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

已被泥水盾構取代盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3.2壓縮空氣盾構盾構施工技術3.3泥水盾構（slurrypressurebalanceshieldSPB盾構）泥水盾構的構成：一邊利用刀盤挖掘整個開挖面、一邊推進盾構掘進系統(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備運轉(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)

盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3.3泥水盾構（slurrypressurebala

目前最大的泥水盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術

目前最大的泥水盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術日本泥水盾構土壓平衡盾構

德國泥水盾構混合型盾構日本體系：泥水倉全是泥水，直接控制型泥水盾構，調(diào)節(jié)控制閥來開度，來進行泥漿壓力控制。德國體系：泥水倉中設置了氣壓倉，間接控制型泥水盾構，氣壓復合模式，調(diào)節(jié)空氣壓力來進行泥漿壓力控制，液位傳感器根據(jù)液位的高低來調(diào)整液位。

盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE日本泥水盾構土壓平衡泥水盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術1開挖面穩(wěn)定機理2泥膜形成機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、預留壓力）——盡快形成不透水的泥膜。掘進速度與泥膜的關系：高質(zhì)量泥水成膜時間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

盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術3.4土壓平衡盾構(earthpressurebalanceEPB盾構)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，但易堵塞;輻條式開口率大，不易堵塞，但不能安裝滾刀，安全性差，費用高，需加固土體。2.刀盤的驅(qū)動方式：變頻電機驅(qū)動、液壓驅(qū)動、定速電機驅(qū)動3.刀盤支承：中心支承方式（中小型盾構）、中間支承方式（中大型）、周邊支承方式（小型盾構）盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3.4土壓平衡盾構(earthpressurebal土壓平衡盾構（面板式和輻條式）盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術4.膨脹土添加系統(tǒng)和泡沫系統(tǒng)5.螺旋輸送機6.皮帶輸送機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：鉸接密封、盾尾密封9.管片安裝機：機械抓取式、真空吸盤式10.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)11.導向系統(tǒng)（VUT導向系統(tǒng)和PPS導向系統(tǒng)）盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術目前最大的土壓平衡盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術二.開挖面穩(wěn)定機理

刀盤切削下來的土渣與螺旋輸送機向外輸送量相平衡；土壓傳感器：控制推進力、推進速度、螺旋輸送機轉(zhuǎn)速。排土量：由螺旋輸送機的轉(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

土壓平衡盾構開挖面的穩(wěn)定由下列各因素綜合作用而維持：①土倉內(nèi)的土壓力平衡地層壓力和水壓力。②螺旋輸送機調(diào)節(jié)排土量③適當保持泥土的流動性，根據(jù)需要調(diào)節(jié)添加劑的注入量

土倉內(nèi)的泥土壓力與地層壓力與水壓力盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術

土壓平衡盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE

土壓平衡盾構盾構施工技術三.地質(zhì)適應范圍

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

盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術3.5復合盾構一臺盾構在不同地層經(jīng)轉(zhuǎn)換可以以不同的原理和方式運行，這類盾構稱為復合盾構，也稱混合盾構，polyshield或Mixshield也有稱其為combinedshield。

組合模式：壓縮空氣/敞開式盾構，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雜地層施工

特點：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)盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE3.5復合盾構一臺盾構在不同地層經(jīng)轉(zhuǎn)換可以以不同的原理和盾構刀具盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構刀具盾構施工技術滾刀和刮刀盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE

中鐵隧道集團研制的復合盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE中鐵隧道集團研制的復合盾構盾構施工技術

復合式土壓平衡盾構

只有一套出渣系統(tǒng)：螺旋輸送機

三種掘進模式：土壓平衡模式、敞開模式、半敞開模式（壓縮空氣加壓模式）盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE

復合式土壓平衡盾構

盾構施工技術敞開模式：掌子面足夠穩(wěn)定并且涌水能夠控制時半敞開模式（加氣模式）：

掌子面具有足夠的自穩(wěn)能力，且水壓小于1.5×105Pa，下部為刀盤切削下來的渣土，上部為壓縮空氣，當土倉內(nèi)壓不大于1×105Pa時不會發(fā)生螺旋輸送機出渣噴涌現(xiàn)象;當土倉內(nèi)氣壓不小于1×105Pa且不大于1.5×105Pa時，可能會發(fā)生出渣噴涌現(xiàn)象，但可以控制。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術盾構安裝盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構安裝盾構施工技術盾構施工盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工盾構施工技術土壓平衡掘進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。土壓平衡掘進可以有效地防止過大的地面沉降。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術復合式土層平衡盾構在土壓平衡模式下工作時，必須具備以下功能特點：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螺旋輸送機的出渣量、出渣速度可控，隨時間可關閉，具有防噴涌的功能，建立土塞效應。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術1.3盾構在我國的發(fā)展與應用我國盾構的開發(fā)與應用始于1953年，東北阜新煤礦用手掘式盾構修建了直徑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4.16m的手掘式普通敞胸盾構。1965年月由上海工程設計院設計、江南造船廠制造的2臺盾構直徑5.8米的網(wǎng)格擠壓盾構，于1966年完成了2條平行的隧道，隧道長660m，地面最大沉降10cm。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE1.3盾構在我國的發(fā)展與應用我國盾構的開發(fā)與應用始于1953武漢地鐵盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術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計院設計、江南造船廠制造廠制造的的直徑10.02m網(wǎng)格擠壓盾構施工，掘進總長1322m，于1970年底建成通車。1973年采用1臺直徑3.6m的水利機械化出土網(wǎng)格盾構和2臺直徑4.3m的網(wǎng)格擠壓盾構，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號線試驗段施工，研制了一臺直徑6.412m網(wǎng)格擠壓盾構，在淤泥質(zhì)粘土地層中掘進1130m。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術盾構吊裝盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術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計、江南造船廠制造的直徑11.3m網(wǎng)格擠壓水力出土盾構。1986年，中鐵隧道集團研制出半斷面插刀盾構，并成功用于修建北京地鐵復興門折返線。1990上海地鐵一號線全線開工，18km區(qū)間隧道引進了7臺由法國FCB公司制造的φ6.34m土壓平衡式盾構。1996年，上海延安東路隧道南線工程，總長1300m采用從日本引進的φ11.22m泥水加壓平衡盾構施工。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構施工技術沈重國產(chǎn)盾構盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE沈重國產(chǎn)盾構盾構施工技術中鐵隧道集