盾构隧道施工原理及方法课件
41页1、盾构隧道施工原理及方法,1. 盾构法的基本含义 盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进,在盾壳的保护下,在机内安全的进行开挖和衬砌作业,从而构筑成隧道的施工方法”。按照这个定义,盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大部分组成。,一、盾构法施工的原理及方法,盾构法施工的概貌如图5-5-1所示。在隧道的一端建造竖井(出发井、接受井)或基坑,将盾构安装就位,盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发,在地层中沿着设计轴线,向另一竖井或基坑的孔壁推进。,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经拼装好的衬砌管片上。盾构机是这种施工方法中主要的施工机具。,2. 盾构法施工的原理和过程,3. 密封式(平衡)盾构机的组成,盾构机组成,管 片,管片的组装顺序,K管片(封顶块)的嵌入,盾构机是根据每一施工区段设计的专用设备,盾构施工不可退后,对施工的要求精度高,占用的施工场地小,对邻近建筑物的影响小,对周围环境的影响较小,2.盾构施工的特点,初期的盾构法是用手掘式或机械开挖式盾构机,结合使用压气施工方法保证开挖面稳定,进行开挖,在地下水较丰富的地区,用注浆法进行止漏,而对软弱地层,则采用掌子面封
2、闭式施工。经过多年对盾构技术的研究开发和应用,已演变成现在非常盛行的泥水平衡式和土压平衡式两种盾构机。这两种机型的最大优点是在开挖功能中考虑了稳定开挖面的措施,将盾构施工法中的三大要素的前两者联系融为一体,无需辅助施工措施。并通过使用不同类型的刀具,就能适应地质情况变化范围较广的地质条件。,5. 盾构机和盾构法的发展史,砾石、岩石等硬质围岩时的刀头,大砾石、岩石时多采用刀轮式刀头,盾构法施工开挖面稳定技术的历史,是从压气施工法的“气”演变到泥水式的“水”和土压式的“土”。“开挖面稳定”和“盾构开挖”的技术已达到较完善的地步。目前盾构一般指密封式泥水平衡式和土压平衡式盾构。 最近,盾构技术的发展动向是:开发了超大断面的盾构机和MF盾构机以及DOT盾构机等多断面盾构机,加上在衬砌和开挖方面使用了ECL施工法的技术,采用管片自动组装装置,以及采用自动测量技术进行开挖控制,用计算机进行各种施工管理实现管理系统化等的开发研究。对提高盾构施工的安全性、适应性和经济性展示了更为广阔的应用前景。,1. 盾构机的种类 盾构机是盾构法施工的主要施工机械,按开挖面与作业室之间的隔墙构造可分为全开敞式、半开敞
3、式及密封式三种。种类划分如下所示:,二、盾构机的种类和构造,(1)全开敞式 全开敞式盾构机是指没有隔墙、开挖面敞露状态的盾构机。根据开挖方式的不同,又分为手掘式、半机械化式及机械式三种。这种盾构机适用于开挖面自稳性好的围岩。在遇到开挖面不能自稳的地层时,则需进行地层超前加固等辅助施工方法,以防止开挖面坍塌。,a.手掘式盾构机 如图5-5-2所示,手掘式盾构机的正面是开敞的,通常设置防止开挖顶面塌陷的活动前檐及上承千斤顶、工作面千斤顶及防止开挖面塌陷的挡土千斤顶。开挖采用铁锹、镐、碎石机等开挖工具,人工进行。,手掘式盾构机 这种盾构机适应的土质是自稳性强的洪积层压实的砂、砂砾,固结粉砂和粘土。对于开挖面不能自稳的冲积软弱砂层、粉砂和粘土,施工时必须采用稳定开挖面的辅助施工法,如气压施工法、改良地基、降低地下水位等措施。目前手掘式盾构机一般用于开挖断面有障碍物、巨砾石等特殊场合,而且应用逐渐减少。,b.半机械式盾构机 如图5-5-3所示,半机械式盾构机进行开挖及装运石碴都采用专用机械,配备液压铲土机、臂式刀盘等挖掘机械和皮带运输机等出碴机械,或配备具有开挖与出碴双重功能的机械,以图省力。,
4、半机械式盾构机 为防止开挖面顶面塌陷,盾构机内装备了活动前檐和半月形千斤顶。由于安装了挖掘机,再设置工作面千斤顶等支挡设备是较困难的。 与手掘式盾构机一样,应有确保开挖面稳定的措施。适应土质以洪积层的砂、砂砾、固结粉砂和粘土为主。也可用于软弱冲积层,但须同时采用超前加固,或采取降低地下水位、改良地基等辅助措施。,c.机械式盾构机 如图5-5-4所示,机械式盾构机前面装备有旋转式刀盘,增大了盾构机的挖掘能力,开挖的土砂通过旋转铲斗和排土可以连续进行,缩短了工期,减少了作业人员。在开挖自稳性好的围岩时,机械式盾构机适应的土质与手掘式盾构机、半机械式盾构机一样,须采用辅助施工方法。,(2) 半开敞式 是指挤压式盾构机,它是在开放型盾构的切口环与支撑环之间设置胸板,以支挡正面土体,但在胸板上有一些开口,当盾构向前推进时,需要排出的土体将从开口处挤入盾构内,然后装车外运,见图5-5-5。这种盾构适用于软弱粘土层,在推进过程中要引起较大的地面隆起。,(3) 密封式 是指在机械开挖式盾构机内设置隔墙,进入刀盘与隔墙土仓的土体,由泥水压力或土压提供足以使开挖面保持稳定的压力。密封式盾构机又分成局部气压
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