盾构工法

精品文档 第五章第五章盾构法施工盾构法施工 第一节第一节概述概述 盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。 盾构是与隧道形状 一致的盾构外壳内，装备着推进机构、挡土机构、出土运输机构、安装衬砌机构等部件的隧 道开挖专用机械。 采用此法建造隧道， 其埋设深度可以很深而不受地面建筑物和交通的限制。 近年来由于盾构法在施工技术上的不断改进， 机械化程度越来越强， 对地层的适应性也越来 越好。城市市区建筑公用设施密集，交通繁忙，明挖隧道施工对城市生活干扰严重，特别在 市中心，若隧道埋深较大，地质又复杂时，用明挖法建造隧道则很难实现。而盾构法施工城 市地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道具有明显优点。此外，在建造 水下公路和铁路隧道或水工隧道中，盾构法也往往以其经济合理而得到采用。 盾构法是一项综合性的施工技术。 盾构法施工的概貌如图5－1 所示。 构成盾构法的主要 内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑， 以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙 壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线， 向另一竖井或基坑的设计预留孔洞推进。 盾构推 进中所受到的地层阻力， 通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌， 再传到竖井或基 坑的后靠壁上。盾构是一个能支承地层压力，又能在地层中推进的圆形、矩形、马蹄形及其 他特殊形状的钢筒结构， 其直径稍大于隧道衬砌的直径， 在钢筒的前面设置各种类型的支撑 和开挖土体的装置， 在钢筒中段周圈内安装顶进所需的千斤顶， 钢筒尾部是具有一定空间的 壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌环。 盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼 装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉， 在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。 盾构是进行土方开挖正面支护和隧道衬砌结构安装的施工机具， 它还需要其它施工技术 密切配合才能顺利施工。主要有：地下水的降低；稳定地层、防止隧道及地面沉陷的土壤加 固措施；隧道衬砌结构的制造；地层的开挖；隧道内的运输；衬砌与地层间的充填；衬砌的 防水与堵漏； 开挖土方的运输及处理方法； 配合施工的测量、 监测技术； 合理的施工布置等。 此外，采用气压法施工时，还涉及到医学上的一些问题和防护措施等。 。1欢迎下载 精品文档 图 5－1 盾构法施工概貌示意图（网格盾构） 1——盾构； 2——盾构千斤顶； 3——盾构正面网格； 4 一一出土转盘； 5－一出土皮带 运输机； 6——管片拼装机； 7——管片； 8——压浆泵； 9－一压浆孔； 10——出土 机； 11——由管片组成的隧道衬砌结构； 12——在盾尾空隙中的压浆； 13——后盾装置； 14——竖井 第一节第一节盾构构造、分类及适用范围盾构构造、分类及适用范围 一 、盾构的外形和材料 1、盾构的外形 盾构的外形就是指盾构的断面形状，有圆形、双圆、三圆、矩形、马蹄形、半圆形或与 隧道断面相似的特殊形状等。例如：将人行隧道筑成矩形，最大地利用了挖掘空间；将水利 隧道筑成马蹄形，使流体的力学性能达到最佳状态； 将穿山隧道筑成半圆形， 可以使底边直 接与公路连接等等。但是，绝大多数盾构还是采用传统的圆形。 2、制造盾构的材料 盾构在地下穿越，要承受水平载荷、垂直载荷和水压力，如果地面有构筑物，还要承受 这些附加载荷，盾构推进时，还要克服正面阻力，所以，要求盾构具有足够的强度和刚度。 盾构主要用钢板单层厚板或多层薄板制成，钢板一般采用A3 钢。钢板间连接可采用焊接和 铆接两种方法，大型盾构考虑到水平运输和垂直吊装的困难， 可制成分体式，到现场进行就 位拼装，部件的连接一般采用定位销定位，高强度螺栓联接，最后焊接成型。 二 、盾构的基本构造 盾构的基本构造主要分为盾构壳体、 推进系统、拼装系统三大部分，见简单的手掘式盾 构的基本构造图 5－2。 1、盾构壳体 从工作面开始可分为切口环、支承环和盾尾三部分。 。2欢迎下载 精品文档 (1)切口环 切口环位于盾构的最前端，起开挖和挡土作用，施工时最先切入地层并掩护开挖作业， 部分盾构切口环前端还设有刃口以减少切入地层的扰动。 切口环保持工作面的稳定， 并作为 把开挖下来的土砂向后方运输，因此，采用机械化开挖、土压式、泥水加压式盾构时，应根 据开挖下来土砂的状态，确定切口环的形状、尺寸。 切口环的长度主要取决于盾构正面支承、 开挖的方法，就手掘式盾构而言，考虑到正面 施工人员、 挖土机具有回旋的余地等。 大部分手掘式盾构切口环的顶部比底部长， 犹如帽檐， 有的还设有千斤顶控制的活动前沿， 以增加掩护长度； 对于机械化盾构切口环内按盾构种类 安装各种机械设备。 图 5-2 盾构基本构造示意图 1-切口环 2-支承环 3- 盾尾 4- 支承千斤顶 5- 活动平台 6- 平台千斤顶 7-切口 8-盾构千斤顶 9-盾尾空隙 10-管片拼装机 11-管片 如泥水盾构，在切口环内安置有切削刀盘、搅拌器和吸泥口；土压平衡盾构，安置有切 削刀盘、搅拌器和螺旋输送机；网格式盾构，安置有网格、提土转盘和运土机械的进口；棚 式盾构，安置有多层活络平台、储土箕斗；水力机械盾构，安置有水枪、吸口和搅拌器。 在局部气压、泥水加压、土压平衡等盾构中，因切口内压力高于隧道内，所以在切口环 处还需布设密封隔板及人行舱的进出闸门。 (2)支承环 支承环紧接于切口环，是一个刚性很好的圆形结构。地层压力、千斤顶的反作用力，以 及切口入土正面阻力、衬砌拼装时的施工载荷等承受作用于盾构上的全部载荷。 在支承环外沿布置有盾构千斤顶， 中间布置拼装机及部分液压设备、 动力设备、操纵控 制台。当切口环压力高于常压时，在支承环内要布置人行加、减压舱。 支承环的长度应不小于固定盾构千斤顶所需的长度， 对于有刀盘的盾构还要考虑安装切 削刀盘的轴承装置、驱动装置和排土装置的空间。 (3)盾尾 盾尾主要用于掩护管片的安装工作。 盾尾末端设有密封装置， 以防止水、土及压注材料 。3欢迎下载 精品文档 从盾尾与衬砌间隙进入盾构内。 盾尾密封装置损坏、 失效时， 在施工中途必须进行修理更换， 盾尾长度要满足上述各项工作的进行。 盾尾厚度应尽量薄，可以减小地层与衬砌间形成的建筑空隙， 从而减少压浆工作量， 对 地层扰动范围也小有利于施工， 但盾尾也需承担土压力， 在遇到纠偏及隧道曲线施工时， 还 有一些难以估计的载荷出现。所以其厚度应综合上述因素来确定。 盾尾密封装置要能适应盾尾与衬砌间的空隙， 由于施工中纠偏的频率很高， 因此，要求 密封材料要富有弹性、耐磨、防撕裂等，其最终目的是要能够止水。形式多种，目前常用的 是采用多道、 可更换的盾尾密封装置， 盾尾的道数根据隧道埋深、 水位高低来定， 一般取 2～ 3 道，如图 5-3。 图 5－3 盾尾密封示意图 1－盾壳； 2－弹簧钢板； 3－钢丝束； 4－密封油脂； 5－压板； 6－螺栓 由于钢丝束内充满了油脂， 钢丝又为优质弹簧钢丝， 使其成为一个即有塑性又有弹性的 整体，油脂保护钢丝免于生锈损坏。 采用专用的盾尾油脂泵加注油脂， 这种盾尾密封装置使 用后效果较佳，一次推进可达 500m 左右，这主要取决于