盾构法隧道综合施工技术
盾构法隧道工程施工技术一、前言一、前言一、前言一、前言 二、盾构技术的发展二、盾构技术的发展二、盾构技术的发展二、盾构技术的发展三、三、三、三、盾构机分类盾构机分类盾构机分类盾构机分类四、土压平衡盾构机四、土压平衡盾构机四、土压平衡盾构机四、土压平衡盾构机工作原理工作原理工作原理工作原理五、土压平衡盾构机结构介绍五、土压平衡盾构机结构介绍五、土压平衡盾构机结构介绍五、土压平衡盾构机结构介绍六、盾构机选型六、盾构机选型六、盾构机选型六、盾构机选型七、土压盾构法施工关键技术七、土压盾构法施工关键技术七、土压盾构法施工关键技术七、土压盾构法施工关键技术八、土压盾构法隧道施八、土压盾构法隧道施八、土压盾构法隧道施八、土压盾构法隧道施 工组织的关键工组织的关键工组织的关键工组织的关键u城市地铁的建设已经从北京、上海、广州、深圳等一线城市及大部分省会城市地铁的建设已经从北京、上海、广州、深圳等一线城市及大部分省会城市，并向二级城市快速发展，随着国家地铁审批权的下放，三四线城市轨道交城市，并向二级城市快速发展，随着国家地铁审批权的下放，三四线城市轨道交通也在计划和规划中通也在计划和规划中u各主要经济圈等主要城市之间的轨道交通，城迹铁路也正在或者即将兴建，各主要经济圈等主要城市之间的轨道交通，城迹铁路也正在或者即将兴建，在在“十三五十三五”时期甚至未来半个世纪地下轨道交通工程将是国内建筑业中的一个时期甚至未来半个世纪地下轨道交通工程将是国内建筑业中的一个巨大市场巨大市场u截止截止20162016年年9 9月，包括月，包括北京北京、上海、上海、天津天津和重庆和重庆4 4个直辖市个直辖市;深圳、厦门、宁深圳、厦门、宁波、波、青岛青岛、大连、大连5 5个计划单列市个计划单列市;大部分的省会城市大部分的省会城市(除拉萨外，海口也在申报除拉萨外，海口也在申报););以及主要经济发达二三线城市。以及主要经济发达二三线城市。u以省份统计以省份统计 含南京、苏州、无锡、常州、徐州和南通共含南京、苏州、无锡、常州、徐州和南通共6 6个个;广东共有广州、广东共有广州、深圳、佛山和东莞共深圳、佛山和东莞共4 4个个;浙江共有杭州、宁波和绍兴浙江共有杭州、宁波和绍兴3 3个个;福建、山东、辽宁、安福建、山东、辽宁、安徽、河南、内蒙各有徽、河南、内蒙各有2 2个个u很多城市有兴建地铁的设想，如四川很多城市有兴建地铁的设想，如四川 的绵阳、南充、宜宾、泸州等。还有的绵阳、南充、宜宾、泸州等。还有些城市些城市 如县级城市都如县级城市都 统计在地市统计在地市 级城市之内。级城市之内。一、前言国内在建拟建地铁工程中，对于区间隧道主要采用国内在建拟建地铁工程中，对于区间隧道主要采用三大类施工方法，明挖法、浅埋暗挖法以及盾构法。三大类施工方法，明挖法、浅埋暗挖法以及盾构法。根据国内已建地铁工程的调研结果，盾构法隧道以根据国内已建地铁工程的调研结果，盾构法隧道以单圆盾构为主，以城市地铁为例单圆盾构为主，以城市地铁为例85%85%以上采用土压盾构以上采用土压盾构方法，只有少部分如成都、广州、上海、南京、武汉等方法，只有少部分如成都、广州、上海、南京、武汉等穿越江河或者长距离穿越砂层才选用泥水盾构。穿越江河或者长距离穿越砂层才选用泥水盾构。随着盾构制造技术与施工技术的发展，城市拆迁难随着盾构制造技术与施工技术的发展，城市拆迁难的现实，将来采用异型盾构或者盾构加暗挖的方法也会的现实，将来采用异型盾构或者盾构加暗挖的方法也会成为更多地铁车站修建的方法之一或者说主流。成为更多地铁车站修建的方法之一或者说主流。一、前言二、盾构技术的发展1818年布鲁内尔观察小虫腐蚀木船底板成洞，提出盾构工法，并取得专利。1825年泰晤士河水底（隧道11.4X6.8）矩形盾构，两次被水淹，盾构，两次被水淹，盾构，两次被水淹，盾构，两次被水淹，1835183518351835年改良后于年改良后于年改良后于年改良后于1843184318431843年完工。年完工。年完工。年完工。1874年格瑞海德发现并开发了液体支撑工作面的盾构，以泥浆形式出土；1887年Great使用盾构和气压组合工法施工隧道获得成功，为现在的盾构工法奠定了基础19世纪末到20世纪中叶盾构工法相继传入美、法、德、日等国家。1963年土压盾构由日本sato kogyo（佐藤）公司开发形成，1974年首台土压平衡盾构由IHI设计，3.72外径；我国首条盾构掘进机施工的隧道-1956年东北阜新煤矿疏水隧道-直径2.6m，采用手掘盾构。1965年上海 5.8m网格挤压盾构；66年10.2同网格挤压盾构。20世纪6080年代随着机械、液压、气压、密封技术的进步以及计算机、测量技术的发展，更职能化的多功能实现的复合式盾构机诸如气泡式、泥水式、复合土压式盾构相继问世并成为主流。二、盾构技术的发展n国内盾构生产现状国内盾构生产现状 盾构隧道逐渐长距离化、大直径化、高水压、复盾构隧道逐渐长距离化、大直径化、高水压、复合地层等特征；盾构逐渐多样化，如矩形、椭圆合地层等特征；盾构逐渐多样化，如矩形、椭圆形等多种异圆断面盾构等；施工与控制的高度自形等多种异圆断面盾构等；施工与控制的高度自动化，如出现了管片供给、运送、组装自动化装动化，如出现了管片供给、运送、组装自动化装置等。置等。细节技术有待完善及改进，如出泥、出土的速度细节技术有待完善及改进，如出泥、出土的速度等参数优化选取、排出泥水的分离处理等；多种等参数优化选取、排出泥水的分离处理等；多种特殊盾构工法相继问世，扩展了盾构工法的应用特殊盾构工法相继问世，扩展了盾构工法的应用范围；大直径、异型断面、长距离、高速度、抗范围；大直径、异型断面、长距离、高速度、抗高水压、抗高风险施工等施工技术措施、施工设高水压、抗高风险施工等施工技术措施、施工设备的研发仍为当前应用所迫切需求。备的研发仍为当前应用所迫切需求。特点特点技术技术二、盾构技术的发展n国内盾构生产现状及方向国内盾构生产现状及方向上海隧道股份、北方重工、秦治通联、中铁工重工、中铁建装备、中交天和、三三重工、中信重工、徐工凯宫等等 其中中铁重工、中铁建均为其中中铁重工、中铁建均为5050至至7070台量级，中交天和也于今台量级，中交天和也于今年年 达到达到 5252台。台。可以说国产盾构已经能够满足国内施工的需求。可以说国产盾构已经能够满足国内施工的需求。西雅图隧道联合体签订了一份14亿美元合同，拟在市区西雅图高架AlaskanWay道路改建为1.7英里长双层隧道日立造船公司供货巨型17.52米直径土压平衡盾构来挖掘该隧道。大型化，异型化，高水压、复合地层、多功能双模复合型、智大型化，异型化，高水压、复合地层、多功能双模复合型、智能化、无人化进舱作业、标准化施工作业、高难度。能化、无人化进舱作业、标准化施工作业、高难度。对失败的恐惧是制约国产化和国内技术进步的对失败的恐惧是制约国产化和国内技术进步的冏冏境。境。国内国内厂商厂商技术技术冏境冏境二、盾构技术的发展n西雅图隧道的昨天与明天2012年12月，日立造船公司宣布北美最大土压盾构掘进机“贝莎”号制造完成。其直径17.5米，长约100米，重量约为7000吨;2013年年末，在开挖1000英尺后，施工团队被迫停止掘进。为了维修盾构机，承包商STP公司建造了120英尺深的维修井，对盾构机进行了拆卸和维修;至2015年10月，STP公司和日立公司才开始重新组装盾构机，12月重新施工。由于漫长的维修时间，隧道工程的完工日期被迫由原定的2016年11月推迟到了2018年4月。一旦通车，将是光芒四射，只会记得技术的进步，当然进步就是昨天的曲折换来的。辉煌辉煌技术技术无耐无耐二、盾构技术的发展n西雅图隧道三、盾构机的分类按掘进机的头部形状分：刀盘式、网格式、手掘按掘进机的头部形状分：刀盘式、网格式、手掘式、插刀式；式、插刀式；按盾构机的工作面稳定支撑方式：敞开式、泥水按盾构机的工作面稳定支撑方式：敞开式、泥水盾构、土压盾构、气压盾构（现在气压式多与土盾构、土压盾构、气压盾构（现在气压式多与土压形成压形成复合式多功能复合式多功能）；）；按盾构机的盾壳的数量分：单护盾、双护盾；按盾构机的盾壳的数量分：单护盾、双护盾；按盾构机机体与推进机构是联合一体还是分成二按盾构机机体与推进机构是联合一体还是分成二部分：整机式、分体式。部分：整机式、分体式。三、盾构机的分类首台盾构：首台盾构：布鲁诺尔布鲁诺尔BrunelBrunel盾盾构构18251825年年泰晤士河泰晤士河底隧道底隧道国内首台水底网格盾国内首台水底网格盾构构19661966打浦路隧道打浦路隧道土 压 平 衡 式 盾 构 机 三、盾构机的分类泥泥 水水 式式 盾盾 构构 机机三、盾构机的分类异型断面异型断面盾构机盾构机 很适合北京无水很适合北京无水砂卵孤石地层砂卵孤石地层矩矩 形形 盾盾 构构 机机硬岩掘进机硬岩掘进机TBMTBM三、盾构机的分类四、土压平衡盾构机工作原理n盾构机的掘进盾构机的掘进刀盘驱动方式两类型：液压马达或者变频电机驱刀盘驱动方式两类型：液压马达或者变频电机驱动刀盘旋转，同时启动盾构机推进油缸，将盾构机向动刀盘旋转，同时启动盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过盾构井口垂直运送机运输至渣土车的土箱中，再通过盾构井口垂直运至地面。至地面。四、土压平衡盾构机工作原理n掘进中控制排土量与排土速度掘进中控制排土量与排土速度当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍塌或隆起不致坍塌或隆起 这时只要保持从螺旋输送机和这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。顺利进行。四、土压平衡盾构机工作原理n管片拼装管片拼装 盾构机掘进一环的距离后，通过管片拼装机盾构机掘进一环的距离后，通过管片拼装机通缝或错缝拼装单层衬砌管片，使隧道一次成型通缝或错缝拼装单层衬砌管片，使隧道一次成型。五、土压平衡盾构机结构介绍刀盘刀盘、盾体盾体、推进系统、推进系统、驱动系统、螺旋输送机、驱动系统、螺旋输送机系系统、皮带输送机系统、管片拼装系统、集中润滑系统、皮带输送机系统、管片拼装系统、集中润滑系统、盾尾密封油脂系统、同步注浆系统、管片吊运统、盾尾密封油脂系统、同步注浆系统、管片吊运系统、人行闸、数据采集系统系统、人行闸、数据采集系统、自动测量系统、自动测量系统、后后配套台车配套台车、排污系统、冷却系统、电气系统、排污系统、冷却系统、电气系统和辅助和辅助设备等设备等土压平衡盾构机土压平衡盾构机的组成的组成五、土压平衡盾构机结构介绍五、土压平衡盾构机结构介绍n刀盘刀盘盾构刀盘系统为盾构机最为重要的系统之一盾构刀盘系统为盾构机最为重要的系统之一盾构刀盘系统为盾构机最为重要的系统之一盾构刀盘系统为盾构机最为重要的系统之一将盾构机前方的土体进行切削、搅拌，将盾构机前方的土体进行切削、搅拌，主要功能主要功能主要功能主要功能便于排土，同时也起到减小盾构推进阻力、保持便于排土，同时也起到减小盾构推进阻力、保持开挖面土体稳定等重要作用开挖面土体稳定等重要作用一般采用辐条式、面板式两种大的类型，一般采用辐条式、面板式两种大的类型，
