盾構(gòu)法隧道施工原理、常見難點和問題

1、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（二）概念與分類盾構(gòu)機(Shiel

2、d Machine),是一種全封閉的隧道掘進設(shè)備,主要由掘進系統(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)、導向系統(tǒng)等組成，利用襯砌管片提供反力,不能連續(xù)掘進。隧道掘進機(Tunnel Boring Machine),簡稱TBM，硬巖掘進機,部分封閉,圍巖暴露并可提供反作用力,可連續(xù)掘進。（二）概念與分類“盾”“防御、保護” ，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，一邊保持開挖面及圍巖穩(wěn)定，一邊進行開挖面土體掘進、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

3、式分為：土壓平衡式，適用于各種土層、巖層等復合地層 ；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；復合式，適應(yīng)性更廣 （二）概念與分類2.按照直徑大小分為：巨型盾構(gòu)，大于12米；15.43、14.9米； 常規(guī)盾構(gòu)，大于6米；6.28、6.34、6.68米；微型盾構(gòu)，小于3米。0.15到3米。（二）概念與分類3.按照開挖面敞開程度分為：全敞開式，手掘式、半機械式、機械式半敞開式，半擠壓、全擠壓、網(wǎng)格式全封閉式，土壓、泥水、復合式（二）概念與分類4.按照斷面形式分為圓形盾構(gòu)矩形盾構(gòu)異形盾構(gòu)（雙圓、三圓、球形）（三）盾構(gòu)工法在中國北京地鐵上海地鐵廣州地鐵其它城市北

4、京地鐵2000年9月，北京地鐵五號線雍和宮站至北新橋站區(qū)間首次采用盾構(gòu)法施工。 2000年-2014年，高速發(fā)展期。建成運營17條線路，總長527公里。日均客流約1000萬人次。是國內(nèi)最繁忙的軌道交通系統(tǒng)。根據(jù)線網(wǎng)規(guī)劃，2020年將建成30條線路，運營里程超過1000公里。上海地鐵1994年，上海延安東路南線隧道首次使用土壓平衡盾構(gòu)機施工。2003年上海隧道股份設(shè)計制造第一臺國產(chǎn)盾構(gòu)機。截至2014年，共建成運營14條線路，總計525.2公里。根據(jù)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；首次引入盾構(gòu)法進行隧道施工。1999

5、年以后，2、3、4號線大量采用盾構(gòu)法隧道修建；2010年高峰期，75臺盾構(gòu)同時掘進。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、廣佛線及APM線），總長為260.5公里。2017年底，將新建10條線路，260公里新線?？偫锍坛^500公里。其它城市國內(nèi)目前地鐵已經(jīng)開工的共23個城市，國務(wù)院批準的有33個城市，國內(nèi)地鐵建設(shè)趨勢由中心城區(qū)向四周輻射，十二五期間將是地鐵建設(shè)發(fā)展高潮期。國內(nèi)城市軌道交通建設(shè)盾構(gòu)工法的使用比例已經(jīng)超過85%。（四）發(fā)展趨勢超大直徑復合型大深度、大坡度、小曲率 二盾構(gòu)法隧道施工原理盾構(gòu)法隧道施工的工作原理盾構(gòu)法隧道施工的特點盾

6、構(gòu)法隧道施工的優(yōu)點盾構(gòu)法隧道施工的缺點（一）盾構(gòu)法隧道施工工作原理盾構(gòu)機千斤頂利用已成型管片提供反力，向前施加推力，利用刀盤旋轉(zhuǎn)切削掌子面土體（保持土倉壓力），通過螺旋輸送機（管道）把渣土輸送出來，拼裝機拼裝管片形成襯砌，管片背后同步注漿，形成永久結(jié)構(gòu)。土壓平衡盾構(gòu)機工作原理示意圖 泥水盾構(gòu)機工作原理示意圖（二）盾構(gòu)法隧道施工的特點 地下施工，必須面對復雜的地質(zhì)條件和敏感的地面環(huán)境。所用設(shè)備集成度高，技術(shù)含量高，對人的要求較高。涉及的專業(yè)領(lǐng)域較多，對復合型人才有較多需求。（三）盾構(gòu)法隧道施工的優(yōu)點高效率。機械化作業(yè)程度高，施工速度快，采用預制管片襯砌，一次成型，施工質(zhì)量易于控制。經(jīng)濟效率顯著。

7、高安全。施工作業(yè)環(huán)境好，施工人員安全得到有效保障。對周圍環(huán)境影響小，地表沉降易于控制。高適應(yīng)。不影響地面交通，不影響航運通航，不受風雨等氣候條件影響。不受地質(zhì)限制。 （四）盾構(gòu)法隧道施工的缺點盾構(gòu)機制造周期長，設(shè)備投入較大；準備難且費用高，短距離隧道不經(jīng)濟；小曲線隧道施工較為困難，施工質(zhì)量得不到保障；淺埋隧道覆土太淺，盾構(gòu)法施工難度很大；施工過程變化斷面尺寸困難；三、盾構(gòu)法隧道施工流程總體流程：盾構(gòu)法施工總體流程局部流程：盾構(gòu)機掘進流程（一）總體流程始發(fā)井（車站）交付使用盾構(gòu)托架就位盾構(gòu)機下井組裝、調(diào)試、驗收初始掘進（L=80-100米）負環(huán)拆除及其它調(diào)整（換裝）正常掘進盾構(gòu)機到達中間站盾構(gòu)機

8、通過中間站盾構(gòu)機再次組裝、調(diào)試、驗收盾構(gòu)機再次初始掘進正常掘進盾構(gòu)機到達終點站盾構(gòu)機解體外運隧道清理、管片修補、堵漏工程驗收。盾構(gòu)機下井盾構(gòu)機就位調(diào)試初始掘進正常掘進到達車站過 站再次始發(fā)到達終點站盾構(gòu)機解體外運負環(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墻鑿除到達端頭加固洞門密封圈安裝盾構(gòu)機托架再次就位調(diào)試始發(fā)井中間站到達站盾構(gòu)法隧道施工流程圖（二）局部流程準備工作（風、水、電、漿液、渣車、管片）啟動液壓系統(tǒng) 啟動刀盤 啟動次級渣土運輸系統(tǒng)（皮帶機）啟動推進千斤頂啟動首級渣土運輸系統(tǒng)（螺旋機）同步注漿停止掘進安裝管片準備下一環(huán)掘進。開挖出土注漿拼裝四 盾構(gòu)法隧道施工關(guān)鍵要素研究對手，

9、地質(zhì)研究兵器，盾構(gòu)機研究招式，技術(shù)（一）研究對手，地質(zhì)（二）研究兵器-盾構(gòu)機系統(tǒng)總成（二）研究兵器-盾構(gòu)機系統(tǒng)總成（二）研究兵器-盾構(gòu)機系統(tǒng)總成（二）研究兵器-盾構(gòu)機系統(tǒng)總成1 掘進系統(tǒng)2 同步注漿系統(tǒng)3 出渣系統(tǒng)4 管片拼裝系統(tǒng)5 導向系統(tǒng)6 密封系統(tǒng)7 渣土改良系統(tǒng)8 風、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)隧道管片襯砌構(gòu)造示意圖（三）研究招式盾構(gòu)機操作技術(shù) 盾構(gòu)機過站技術(shù)管片選型技術(shù) 端頭地層處理技術(shù)盾構(gòu)機測量導向技術(shù) 隧道防水技術(shù) 管片背后回填注漿技術(shù) 其它技術(shù)盾構(gòu)機始發(fā)掘進技術(shù)盾構(gòu)機到達技術(shù)1 盾構(gòu)機的操作技術(shù)做好操作前的準備工作嚴格按操作規(guī)程進行操作

10、按照操作指令的控制掘進參數(shù)(刀盤轉(zhuǎn)速扭矩土倉壓力推力掘進速度鉸接角度注漿壓力等)對線路特點工程地質(zhì)和地面的環(huán)境狀況有充分認識對異常情況要及時采取措施并上報2 管片選型技術(shù)管片的類型管片的尺寸及分塊管片的連接型式轉(zhuǎn)彎環(huán)的楔形量管片選型應(yīng)遵循的原則:管片跟著盾構(gòu)走管片選型的考慮因素:盾尾間隙千斤頂行程差鉸接角度盾構(gòu)機姿態(tài)趨勢重要性:決定隧道的質(zhì)量(尤其是防水質(zhì)量)3 盾構(gòu)機導向技術(shù)主流VMT導向系統(tǒng)4 管片背后注漿技術(shù)注漿的目的注漿的方式漿液的種類注漿參數(shù)選擇(壓力、數(shù)量、強度）5 盾構(gòu)機始發(fā)掘進技術(shù)始發(fā)托架的定位安裝盾構(gòu)機、后續(xù)臺車的下井組裝反力架的安裝洞門密封環(huán)板的安裝洞門圍護結(jié)構(gòu)的鑿除盾尾密

11、封油脂的涂抹負環(huán)管片的安裝6 盾構(gòu)機到達技術(shù)到達階段的貫通測量到達接收托架的安裝洞門密封環(huán)板的安裝洞門圍護結(jié)構(gòu)的鑿除到達段管片的安裝緊固和補充注漿7 盾構(gòu)機過站、過隧道技術(shù)移動托架過站滾軸法過站盾構(gòu)機整體吊裝過站利用永久管片過隧道利用臨時管片過隧道8 端頭地層處理技術(shù)端頭地層處理的目的端頭地層處理的主要方法9 隧道防水技術(shù)管片的自防水(抗?jié)B等級)管片接逢止水條的形式和種類嵌縫和手孔封堵堵漏和缺陷修補10 其它技術(shù)刀具更換技術(shù)發(fā)泡劑注入技術(shù)使用泡沫處理過的軟土沒有使用泡沫處理的軟土五 常見難點和問題軟弱含水地層且地面沉降控制要求高（塌陷）富水地層（如穿越江河或斷層帶）（噴涌）掘進斷面內(nèi)地層軟硬相差懸殊（管片上?。┩临|(zhì)粘性大易結(jié)泥餅（刀具磨損）設(shè)計線路復雜五 常見難點和問題隧道內(nèi)有建筑物樁基等