城市轨道交通盾构工法应用研究

1、盾构工法盾构工法盾构工法盾构工法城市轨道交通盾构工法应用研究汇报内容工 程 概 况 及 周 边 环 境12国 内 盾 构 应 用 现 状盾构选型34盾构隧道结构设计56工 程 筹 划 建 议盾构施工技术研究7专 项 施 工 技 术8盾 构 施 工 对 环 境 影 响 及 对 策9风 险 评 估 及 应 急 预 案10工程估算11结论一、工程概况及周边环境规划的轨道交通六号线南起茶园新区茶园南站，北至北碚区五路口站，线路大体呈东南西北的走向，全长约64km。一期工程建设上新街礼嘉段，全长为23.684km，其中，地下线14.08km，TBM施工8.1km，其他为钻爆法施工。二期工程部分即茶园南上新街以及礼嘉五路口等两段，全长约41km，地下线26.6km。一、工程概况及周边环境 本次研究范围为六号线二期工程即南段茶园南上新街、北段礼嘉五路口两段，全长约41km，共设车站13座。序号区间名称区间长度（双线）备注1茶园南站大方坪站1990m全部为地下线6.3km2大方坪站茶园站1550m3茶园站茶园北站1130m4茶园北站长生桥站1355m5龙凤溪站北碚站1400m全部为地下线4.1km6北

2、碚站天生站1030m7天生站五路口站1614m一、工程概况及周边环境u本段区间地质构造为剥蚀浅-中丘陵区。u区间隧道主要穿越砂岩和泥岩。砂岩：泥岩为2:3，岩体较完整，IIIV级围岩。u地下水类型主要为红层承压水。平水期涌水量为8000m3/d、丰水期涌水量为24000m3/d。u区间隧道局部穿越了粉质粘土层，长度约180m。南段区间地质概况南段区间地质概况一、工程概况及周边环境u本段区间地质构造为剥蚀浅-中丘陵区。u区间隧道主要穿越砂岩、泥岩，砂岩：泥岩为2:3，岩体较完整，IIIV级围岩。u地下水类型主要为红层承压水。平水期涌水量为8000m3/d、丰水期涌水量为24000m3/d。u隧道局部穿越了粉质粘土层，长度约90m。南段区间地质概况南段区间地质概况一、工程概况及周边环境u本段区间构造为剥蚀浅-中丘陵区。u区间隧道全部在砂岩、泥岩中穿越，砂岩：泥岩为2:3，岩体较完整，IIIV级围岩。u地下水类型主要为红层承压水。平水期涌水量为8000m3/d、丰水期涌水量为24000m3/d。南段区间地质概况南段区间地质概况一、工程概况及周边环境u本段区间地质为造剥蚀浅-中丘陵区。u区间隧

3、道主要穿越了砂岩、泥岩。u地下水类型红层承压水。平水期涌水量为8000m3/d、丰水期涌水量为24000m3/d。u隧道局部穿越填土层、粉质粘土层，长度约170m。南段区间地质概况南段区间地质概况一、工程概况及周边环境u本段区间地质为造剥蚀浅-中丘陵区。u本段区间为高架。南段区间地质概况南段区间地质概况一、工程概况及周边环境u区间地质构造剥蚀浅丘区。u区间隧道全部在泥岩、砂岩中穿越。u地下水类型主要为红层承压水。平水期涌水量为8000m3/d、丰水期涌水量为24000m3/d。北段区间地质概况北段区间地质概况一、工程概况及周边环境u本段区间地质构造剥蚀浅丘区。u区间隧道全部在泥岩、砂岩中穿越，岩层平缓。u地下水类型主要为红层承压水。北段区间地质概况北段区间地质概况一、工程概况及周边环境u本段区间地质构造为剥蚀中丘区。u区间主要穿越砂岩、泥岩，砂岩：泥岩为1：4，III、IV级围岩为主，局部V级围岩，岩层平缓。u地下水类型主要为红层承压水。北段区间地质概况北段区间地质概况一、工程概况及周边环境u本段地质构造：中梁山低山区，地形起伏较大。u区间隧道主要穿越中风化砂质泥岩、砂岩；IIIV级围

4、岩。断裂构造不发育。u地下水以基岩裂隙水为主，岩溶不甚发育；局部有有害气体。u平水期涌水量为18200m3/d、丰水期涌水量为60100m3/d。u其他区间段未见不良地质。北段区间地质概况北段区间地质概况向家岗站龙凤溪站一、工程概况及周边环境u本段区间地质构造为剥蚀浅丘区。u区间隧道主要穿越砂岩、泥岩，岩体较完整，砂岩:泥岩比例约为1:4，IIIIV级围岩。u地下水类型主要为红层承压水，构造裂隙不发育，岩层产状平缓。u隧道局部穿越填土层，长度约150m。北段区间地质概况北段区间地质概况一、工程概况及周边环境u本段地质构造为剥蚀浅丘区。u区间隧道全部在砂岩、泥岩中穿越，岩体较完整，砂岩:泥岩比例约为1:4，IIIIV级围岩。u地下水类型主要为红层承压水，构造裂隙不发育，岩层产状平缓。北段区间地质概况北段区间地质概况一、工程概况及周边环境u本段地质构造为剥蚀浅丘区。u区间隧道全部在砂岩、泥岩中穿越，岩体较完整，砂岩:泥岩比例约为1:4。u地下水类型主要为红层承压水，构造裂隙不发育，岩层产状平缓。北段区间地质概况北段区间地质概况 盾构机发展里程盾构机发展里程n 1802年，英国采矿工程师阿贝

5、年，英国采矿工程师阿贝尔尔马蒂厄提出修建英吉利海峡隧马蒂厄提出修建英吉利海峡隧道的计划，设计从英法两岸用一道的计划，设计从英法两岸用一种有掩体结构的挖掘机修筑隧道，种有掩体结构的挖掘机修筑隧道，每侧各挖掘每侧各挖掘18.7km，最后在瓦，最后在瓦恩恩班克浅滩对接贯通。班克浅滩对接贯通。n1803年，爆发英法战争，使该年，爆发英法战争，使该计划未能实施。计划未能实施。阿贝尔阿贝尔马蒂厄设计的隧道马蒂厄设计的隧道 起源起源盾构机问世至今已有近盾构机问世至今已有近180多年的历史，其源于英国，发展于日本、德国等。多年的历史，其源于英国，发展于日本、德国等。二、国内盾构应用现状 盾构机发展里程盾构机发展里程起源起源n1818年，法国工程师布鲁诺尔（年，法国工程师布鲁诺尔（Mare Isambard Brunel）在伦敦从船蛀在船板）在伦敦从船蛀在船板上蛀孔，再用分泌物涂在孔的四周中得到启上蛀孔，再用分泌物涂在孔的四周中得到启示，发现了盾构法掘进隧道的原理。示，发现了盾构法掘进隧道的原理。n后来，布鲁诺尔完善了构思，注册了专利。后来，布鲁诺尔完善了构思，注册了专利。布鲁诺尔注册专利的盾构布鲁诺尔

6、注册专利的盾构 二、国内盾构应用现状 盾构机发展里程盾构机发展里程起源起源n布鲁诺尔构想的盾构机械内部结构由不同的单元格组成，采用的方法布鲁诺尔构想的盾构机械内部结构由不同的单元格组成，采用的方法是将所有的单元格被牢靠地装在盾壳上。当时设计了两种施工方法：是将所有的单元格被牢靠地装在盾壳上。当时设计了两种施工方法：l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；向前推进；l另一种方法是每一个单元格能单独地向前推进。另一种方法是每一个单元格能单独地向前推进。v第一种施工方法后来得到推广应用，演变为成熟的盾构法，目前所有的封闭第一种施工方法后来得到推广应用，演变为成熟的盾构法，目前所有的封闭式盾构都是基于这种方法。式盾构都是基于这种方法。二、国内盾构应用现状 盾构机发展里程盾构机发展里程起源起源n布鲁诺尔在伦敦泰晤士河下的布鲁诺尔在伦敦泰晤士河下的隧道工程中首次使用这种盾构隧道工程中首次使用这种盾构,设想成为现实。设想成为现实。n矩形盾构断面尺寸为矩形盾构断面尺寸为11.3m6.7m。泰晤士河下的。泰晤士河下的隧道工程始于

7、隧道工程始于1825年，施工期年，施工期间遇到了许多困难，在经历了间遇到了许多困难，在经历了五次以上特大洪水后，直到五次以上特大洪水后，直到1843年才全部完工。年才全部完工。泰晤士河底隧道施工时涌水泰晤士河底隧道施工时涌水二、国内盾构应用现状 盾构机发展里程盾构机发展里程n1866年，莫尔顿申请年，莫尔顿申请“盾构盾构”专利。盾构最初称为小筒或圆筒，在莫尔顿专专利。盾构最初称为小筒或圆筒，在莫尔顿专利中第一次使用了利中第一次使用了“盾构盾构”（shield）这一术语。）这一术语。n盾构盾构-具有保护条件及隧道开挖功能的钢结构体（隧道掘进机）。具有保护条件及隧道开挖功能的钢结构体（隧道掘进机）。n1869年，英国工程师詹尼斯年，英国工程师詹尼斯亨利亨利格瑞海德用圆形盾构再次在泰晤士河底修格瑞海德用圆形盾构再次在泰晤士河底修建了一条隧道，隧道衬砌第一次采用了铸铁的衬砌管片，隧道基本上是在不透建了一条隧道，隧道衬砌第一次采用了铸铁的衬砌管片，隧道基本上是在不透水的粘土层中掘进，格瑞海德的圆形盾构成为后来大多盾构的模型。水的粘土层中掘进，格瑞海德的圆形盾构成为后来大多盾构的模型。概念概念二、

8、国内盾构应用现状 盾构机分类盾构机分类n就其开挖断面不同，发展的有单圆盾构、双园盾构、三圆盾构、矩形盾构、异形盾就其开挖断面不同，发展的有单圆盾构、双园盾构、三圆盾构、矩形盾构、异形盾构、自由断面盾构等。构、自由断面盾构等。n就其稳定掌子面介质的不同，分为气压盾构、土压平衡盾构、泥水平衡盾构。就其稳定掌子面介质的不同，分为气压盾构、土压平衡盾构、泥水平衡盾构。二、国内盾构应用现状 盾构机分类盾构机分类双圆盾构掘进机双圆盾构掘进机单圆盾构掘进机单圆盾构掘进机三圆盾构掘进机三圆盾构掘进机 按开挖断面按开挖断面二、国内盾构应用现状异型盾构掘进机异型盾构掘进机矩形盾构开挖成型隧道矩形盾构开挖成型隧道 盾构机分类盾构机分类 按开挖断面按开挖断面二、国内盾构应用现状 盾构机分类盾构机分类自由断面盾构自由断面盾构球体盾构球体盾构 开挖断面开挖断面二、国内盾构应用现状 稳定掌子面介质稳定掌子面介质泥水平衡盾构泥水平衡盾构 根据平衡开挖面平衡介质（出渣方式）可分为土压平衡盾构和泥水平衡盾构。根据平衡开挖面平衡介质（出渣方式）可分为土压平衡盾构和泥水平衡盾构。土压平衡盾构土压平衡盾构 盾构机分类盾构机分类

9、二、国内盾构应用现状盾构原理盾构原理 土压（泥水）平衡模式是在盾构开挖时，利用土仓内的土压（泥水压）或土压（泥水）平衡模式是在盾构开挖时，利用土仓内的土压（泥水压）或加注辅助材料产生的压力来平衡开挖面的土压及地下水压力，以避免掌子面坍加注辅助材料产生的压力来平衡开挖面的土压及地下水压力，以避免掌子面坍塌或地层失水过多而引起地表下沉的一种盾构掘进模式。塌或地层失水过多而引起地表下沉的一种盾构掘进模式。二、国内盾构应用现状 国内盾构应用统计国内盾构应用统计 国外主要有国外主要有1818家，给国内供货的主要有以下家，给国内供货的主要有以下9 9家家n日本三菱重工日本三菱重工 生产厂家生产厂家n法国法国NFM集团集团 n日本小松制作所日本小松制作所n日本川崎重工日本川崎重工 n德国海瑞克德国海瑞克 n法国法码通法国法码通 n美国罗宾斯公司美国罗宾斯公司 n加拿大罗瓦特公司加拿大罗瓦特公司n德国维尔特德国维尔特 二、国内盾构应用现状 据不完全统计，目前国内使用的盾构总计约据不完全统计，目前国内使用的盾构总计约190190多台，分布于已经开多台，分布于已经开工建设地铁的十几个城市中，包括上海、北京

10、、广州、深圳、沈阳、天津，工建设地铁的十几个城市中，包括上海、北京、广州、深圳、沈阳、天津，杭州、苏州、武汉、西安等。盾构较多的城市有上海、广州、北京等，其杭州、苏州、武汉、西安等。盾构较多的城市有上海、广州、北京等，其中上海目前约有中上海目前约有9090台盾构在施工。台盾构在施工。盾构使用的类型有土压平衡盾构和泥水平衡盾构，土压平衡盾构约占盾构使用的类型有土压平衡盾构和泥水平衡盾构，土压平衡盾构约占总使用量的总使用量的9595以上。以上。其中，复合土压平衡盾构其中，复合土压平衡盾构2525台，能在岩层中施工的有台，能在岩层中施工的有1616台。台。国内盾构应用统计国内盾构应用统计 盾构机盾构机二、国内盾构应用现状 国内盾构应用统计国内盾构应用统计 盾构机盾构机序号序号盾构机型号盾构机型号直径直径数量数量厂家厂家使用地区使用地区1 1土土压压平衡平衡640064001 1天津天津2 2土土压压平衡平衡640064003 3天津天津3 3土土压压平衡平衡640064001 1天津天津4 4土土压压平衡平衡640064001 1天津天津5 5土土压压平衡平衡640064001 1天津天津6

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