讲义总结ppt隧道及地下工程盾构法施工讲义

1 绪论,主要参考文献：1 盾构隧道，张凤祥、朱合华、傅德明编著，人民交通出版社，2004年9月 ￥1282 盾构隧道施工手册，张凤祥、傅德明、杨国祥、项兆池编著，人民交通出版社，2005年6月 ￥75,地下结构：保留上部地层（山体或土层）的前提下，在开挖出能提供某种用途的地下空间内修建的结构物。地下结构工程分类 ：交通隧道，水工隧洞、矿山巷道、地下仓库、地下工厂、地下民用与公共建筑、地下市政工程、人防工程、国防地下工程。,1 引言,地下结构：水平，倾斜（斜井）竖直（竖井）；水平坑道埋置深度的不同，又分成浅埋和深埋两种。结构型式首先由受力条件来控制，即在一定地质条件的土水压力下和一定的爆炸与地震等动载下求出最合理和经济的结构型式。,结构型式也受使用要求的制约；施工方案是决定地下结构型式的重要因素之一。,综合地质、使用、施工三因素，地下结构常见的型式有以下几种：,地下结构常见的型式有以下几种（1） 附建式结构（2） 浅埋式结构（3） 地道式结构 （4） 沉井法结构 （5） 盾构法结构（6） 连续墙结构（7） 顶管结构（8） 沉管法结构,南京地铁十号线新站年底主体完工，盾构机已掘进到江底卵石圆砾层2012-09-28 南京地铁4号线上月正式动工，从1号线车站"头顶"穿过2012-09-05 地铁三号线白鹭洲站正式开工 2014年3月土建完工2012-08-26 无锡地铁1号线施工“惊天穿越”“躲”开拦路虎2012-06-13,1 引言,苏州成中国首个开通地铁的地级市，无锡地铁一号线开始铺轨2012-05-14 地铁3号线施工受阻，25台盾构(含过江大盾构)，目前已始发16台，还有9台盾构没能下地。 10号线推进则比较顺利，8台盾构，目前已经全部始发。 2012-05-22,1 引言,成都地铁1号线轨道全线铺通(组图)2009年12月01日青岛地铁动工开建 计划2014年底通车2009年12月01日中铁一局破解盾构机穿越国内最长湖底盾构难题2009年11月16日南京长江隧道全线贯通2009年08月24日万里长江第一隧武汉长江隧道通车试运营2008年12月28日汉口路西延明年初可开工 2009年10月10日,1 引言,南京10名地铁工人隧道突发脑缺氧 2009-11-10 上海长江隧道（15.43m）建成通车设计8个逃生连接通道 2009-10-31,常温下，输送液氮的管道结满厚厚的冰碴,盾构法隧道技术是不良地质条件、复杂恶劣施工环境、大深度、长距离、狭窄空间条件下大型地下工程开挖的最佳手段。比如地铁、污水排放、引水供水工程、江河湖海地底隧道、电力、电信洞道等。,1 引言,盾构法隧道技术成功应用于重点、大型水利枢纽引水隧洞：引大入秦隧道、南水北调穿黄隧道。大型水利枢纽工程、高坝大库水电站面临大型引水隧道施工难题，盾构法大有用武之地。水利隧道与交通隧道的主要区别是衬砌结构。,1 引言,城市地下空间在加强城市功能，改善城市环境，实现城市集约化和可持续发展中将发挥越来越重要的作用。21世纪地下空间的世纪。盾构是开发城市地下空间的重要手段。,9月14日，4号线一期工程土建第二批土建标段中标公示标段       中标单位         中标价                            工程内容D4-TA05标      中铁十八局集团有限公司      21490.97(万元)                   锁-花盾构区间（2台盾构），花园路站D4-TA06标      中铁电气化局集团有限公司  20455.05(万元)                   花-紫矿山区间，紫金山北站D4-TA10标      中铁十三局集团有限公司      32301.22(万元)            （金-汇）中间风井，中-汇矿山区间，汇通路站D4-TA11标      浙江省大成建设集团有限公司  18500(万元)                      汇-灵盾构区间（1台盾构），灵山站D4-TA12标      北京市公路桥梁建设集团有限公司  27535.61(万元)          灵-东盾构区间（2台盾构），东流站D4-TA13标      中煤第三建设（集团）有限责任公司  27498.24(万元)       东-青盾构区间（2台盾构），青龙站D4-TA14标      中铁十九局集团有限公司   29399.75(万元)   青-桦盾构区间，桦-中盾构区间（3台盾构），桦墅站D4-TA15标      中建八局有限公司             42220.3(万元)             中间风井，中-仙区间，仙林东站，出入段线      另三号线最后一个土建标段也同时开标D3-TA24标     中铁七局集团有限公司           8701.6(万元)                  宏运大道-南京南站矿山法区间,盾构隧道的建造原理、盾构的基本构造，与相应的勘察、设计与施工方法；主要盾构的种类及选型，以及盾构隧道的信息化施工监测方法、施工管理、防止施工事故的措施与典型的施工实例。,1 引言,盾构法隧道的基本原理用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进钢质组件主要起临时性支护，以保证开挖面土体稳定、保障作业人员和机械设备安全的作用同时承受来自地层的压力，防止地下水或流沙的入侵。,盾构法始于18世纪末英国人提出的在伦敦地下修建横贯泰晤士河隧道的构想。期间经多次失败和探索、改进，到19世纪40年代初才贯通第一条地下过河隧道。Brunel，方形铸铁框盾构。Great，1887年，南伦敦铁道隧道施工中使用了圆形盾构和气压组合工法成功，现代盾构工法的基础。,2 盾构法隧道的发展历史、历史现状和发展动向,英国法籍工程师布鲁诺尔 (Mare Isambart Brunel),1806年，布鲁诺尔发现一种蛀虫用分泌液涂在孔壁上顺利钻出木板孔道，悟出盾构掘进隧道的原理，1825年在泰晤士河下开始尝试.,1825年在泰晤士河下用一个断面高6.8m，宽11.4m的矩形盾构修建第一条盾构法隧道。后来，布鲁诺尔完善了构思，注册了专利。布鲁诺尔构想的盾构机械内部结构由不同的单格组成，每一个单格可容纳一个工人独立工作并对工人起到保护作用。采用的方法是将所有的单格都被牢靠地装在盾壳上。当时设计了两种施工方法，一种是当一段隧道挖完后，整个盾壳由液压千斤顶借助后靠向前推进；另一种方法是每一个单格能单独地向前推进。第一种施工法后来被采用，并得到推广应用，演变为成熟的盾构法，目前所有的封闭式盾构都是基于第一种方法。此后，布鲁诺尔逐步完善了盾构结构的机械系统，设计成封闭式盾壳用全断面螺旋式开挖，衬砌紧随其后的。它可以被认为是土压平衡盾构（EPB Shield）的先行者。,其后盾构工法传入美、法、德、日、苏等国，并得到不同程度发展。20世纪6080年代发展显著：滚筒式挖掘机，油压千斤顶盾构，泥水盾构，泥水加压盾构，土压盾构，泥水式双圆搭接盾构工法，HV工法、注浆盾构工法等等，开发了许多新型的盾构工法。,1990，盾构工法的技术进步极为显著：(1)盾构隧道长距离化、大直径化英吉利海峡隧道(1993，48km，8.8m，土压盾构)日本东京湾隧道(1996，15.1km，14.14m，泥水盾构)德国易北河第4隧道(2003，14.2m，复合盾构)第2条英吉利海峡隧道 (15m，土压盾构),1994年5月6日开通The (English) Channel Tunnel Chunnelle tunnel sous la MancheEurotunnel横穿英吉利海峡最窄处，西起英国东南部港口城市多佛尔附近的福克斯通，东至法国北部港口城市加来，全长50.5公里，其中海底部分长37公里。整个隧道由两条直径为7.6米的火车隧道和一条直径为4.8米的服务隧道组成。两条火车隧道之间相距30米，服务隧道平卧其间。火车隧道与服务隧道间每隔375米有一横向通道，用于隧道维修，和在发生事故时紧急疏散乘客。,总长153km的90%在海峡水下，地面为厚度20-25公尺的细泥灰岩层，不透水性好，这样防水保护层可以做得不厚，线路断面，由上向下，依次为白垩沉积层、粘土、粗砂、白垩泥灰岩横断面。根据穿过白垩岩层采取措施，纵向坡度不大于9，平面最小半径为4200公尺，垂直半径为20km。隧道大部用水泥弓形板砌面，用楔子和补充水泥固定。主隧道在中间区段及出洞口处由过道连通，在过道连接处，也用铸铁短管砌面。在工作洞拱顶上设直径为250mm的高压水管向主洞防火栓供水。,地质钻探工作从58年做到87年，重要的钻孔达94个。浅层勘探在海底以下150m之内，考虑隧道布置的范围；深层勘探在海底以下800m之内，主要为评价地震风险提供数据。海底钻探曾采用大型北海石油钻机，每个钻孔平均费用约为50万英镑。勘探发现海底有一层泥灰质白垩岩（Chalk Marl)，厚度约30m，饱和容重约23KN/m3，抗压强度69MPa，变形模量8001600MPa，蠕变系数=1.5，渗透系数（12)×10-7m/s。该岩层抗渗性好，硬度不大，裂隙也较少，易于掘进，隧道线路就布置在它的下部，距海底2540m。由于岩层的起伏，而隧道要求一定的运行坡度，所以隧道轴线在平面和立面上均呈平坦的W形。工程专家们认为，充分的地质资料和正确的判断，使欧洲隧道找到了理想的岩层。,隧道施工的主要设备是隧道掘进机（Tunnel Boring Machines)，具有不同的型号、尺寸和性能，出自欧洲、北美和日本的不同厂家。它们从英国海岸的莎士比亚崖和法国海岸的桑洁滩两个掘进基地开始，分别沿三条隧洞的两个方向开挖，共有12个开挖面，其中6个面向陆地方向掘进，另6个面向海峡方向掘进。开敞式掘进机适用于透水性较小的地层；封闭式掘进机适用于透水性较强的地层，其掘进头能承受11bar(1巴=0.9869标准大气压）的静水压力。最大的一台掘进机直径8.78m，全长约250m，重达1200T，（合同运行寿命2万小时），价值超过1000万英镑。它能完成掘进、钢筋砼衬砌块的安装、灌浆以及施工轨道敷设等一连串工序，实际就象一条自动化作业线。最高掘进纪录为428m/周，英国一边的6台掘进机平均掘进速度为150m/周。整个掘进工作按计划完成，只用了三年半时间。由于欧洲隧道工程每延误一天工期，仅贷款利息就要支付约200万英镑，因而施工速度至关重要。当工期对经济效益有重大影响而掘进工作面又受限制的情况下，采用隧道掘进机能发挥很好的作用。,(2)盾构多样化：从断面形状（矩、马蹄、椭圆、多圆搭接），到功能（球体、母子、扩径、变径、分岔、途中无竖井更换工具盾构、障碍物直接切除盾构），到盾构机的掘削方式（从旋转到摇动、摆动掘削方式）。,(3)施工自动化：施工设备-管片供给、运送、组装自动化装置；掘进-方向、姿态自动控制系统；施工信息化、自动化的管理系统，施工故障自诊断系统。,技术现状：(1)泥水、土压盾构技术的普及、推广期，有些技术细节待完善和改进；(2)多种特殊盾构工法相继问世，扩展了盾构工法的应用范围，但施工实例不多，细节待改进(3)大直径、长距离、高速施工措施、设备的研发与应用；近年交通、给排水等工程对大直径盾构隧道的构建需求,发展动向：(1)完善近年推出的新工法、新工艺的技术细节，提高并成熟；(2)加速盾构工法的自动化进程；(3)开发新概念的工法、工艺、材料、管理系统等，以适应大深度、高地下水压、大口径化、长距离化、施工自动化、高速化、断面多样化等的社会需求。,20世纪50年代初，东北阜新煤矿，2.6m，手掘式盾构及小型混凝土预制块修建疏水巷道；60、70年代，上海，网格挤压型盾构掘进机，上千米，直径数米；,