8.1 8.1 概述概述8.2 8.2 盾构机的分类与选型盾构机的分类与选型8.3 8.3 盾构机的构造和工作原理盾构机的构造和工作原理8.4 8.4 盾构法施工工艺盾构法施工工艺第八章第八章 盾构法施工盾构法施工盾构法主要施工程序盾构法主要施工程序1 1、建造盾构工作井、建造盾构工作井 2 2、盾构掘进机安装就位、盾构掘进机安装就位3 3、出洞口土体加固、出洞口土体加固4 4、初推段掘进施工、初推段掘进施工5 5、掘进机设备转换、掘进机设备转换6 6、盾构连续掘进施工、盾构连续掘进施工 7 7、接收井洞口土体加固、接收井洞口土体加固8 8、盾构进入接收、盾构进入接收 井，并运出地面井，并运出地面8.4 8.4 盾构法施工工艺盾构法施工工艺8.4.1 8.4.1 盾构施工的准备工作盾构施工的准备工作8.4.2 8.4.2 盾构出洞盾构出洞8.4.3 8.4.3 盾构推进及衬砌的拼装盾构推进及衬砌的拼装8.4.4 8.4.4 盾构壁后注浆盾构壁后注浆8.4.5 8.4.5 盾构施工隧道的防水盾构施工隧道的防水8.4.1 8.4.1 盾构施工的准备工作盾构施工的准备工作o包括工作井的制作、盾构基座与导轨的铺设包括工作井的制作、盾构基座与导轨的铺设满足盾构掘进机安装和出洞施工的要求接收工满足盾构掘进机安装和出洞施工的要求接收工作井作井: : 盾构隧道掘进完成后进入接收井盾构隧道掘进完成后进入接收井, ,满足盾构拆卸满足盾构拆卸或转场吊装移位的工作空间要求或转场吊装移位的工作空间要求8.4.2 8.4.2 盾构出洞盾构出洞o盾构出洞是盾构法施工的重要环节之一。在始盾构出洞是盾构法施工的重要环节之一。在始发井内，盾构按设计高程及坡度推出预留孔洞，发井内，盾构按设计高程及坡度推出预留孔洞，进入正常土层的过程定义为盾构出洞。进入正常土层的过程定义为盾构出洞。o盾构出洞涉及到洞门预留块制、四周土体加固、盾构出洞涉及到洞门预留块制、四周土体加固、封门的凿除、盾构后座支撑下顶进。一般在出封门的凿除、盾构后座支撑下顶进。一般在出洞洞50m50m之后，盾构法隧道施工才进入正常。之后，盾构法隧道施工才进入正常。8.4.2 8.4.2 盾构出洞盾构出洞o预留封门在盾构出洞之前必预留封门在盾构出洞之前必须抵挡洞外土体侧向压力和须抵挡洞外土体侧向压力和水压力，保证封门不断裂倒水压力，保证封门不断裂倒塌，同时不产生大量地下水塌，同时不产生大量地下水渗漏。渗漏。o封门的形式与作法：封门的形式与作法： 现浇钢筋混凝土封门；现浇钢筋混凝土封门； 钢板封门；钢板封门； 装配式楔体封门。装配式楔体封门。8.4.2 8.4.2 盾构出洞盾构出洞o为防止土体在临为防止土体在临空面产生大量的空面产生大量的坍塌或涌水，因坍塌或涌水，因此对封门外的土此对封门外的土体加固是必须的，体加固是必须的，目前常用的方法目前常用的方法有高压旋喷法、有高压旋喷法、深层搅拌法及冻深层搅拌法及冻结法。结法。8.4.2 8.4.2 盾构出洞盾构出洞o加固土体的厚度的求取。加固土体的厚度的求取。式中：式中：Fs Fs 为安全系数，取为安全系数，取1.51.5； W W 为均布侧向水土压力为均布侧向水土压力(kN)(kN) r r 为洞门半径；为洞门半径； 为改良土体的抗弯强度为改良土体的抗弯强度人工地层冻结法基本原理人工地层冻结法基本原理冻土形成过程利用人工制冷技术利用人工制冷技术, ,使地层中的水结冰使地层中的水结冰, ,把天把天然岩土变成冻土然岩土变成冻土, ,增加其强度和稳定性增加其强度和稳定性, ,隔绝隔绝地下水与地下工程的联系地下水与地下工程的联系间接式：盐水制冷间接式：盐水制冷-30-30 - -3535 8.4.3 8.4.3 盾构推进及衬砌的拼装盾构推进及衬砌的拼装o七字口诀：保头、护尾、勤注浆七字口诀：保头、护尾、勤注浆8.4.3 8.4.3 盾构推进及衬砌的拼装盾构推进及衬砌的拼装8.4.3 8.4.3 盾构推进及衬砌的拼装盾构推进及衬砌的拼装o盾构推进工程中施工参数的调整盾构推进工程中施工参数的调整8.4.3 8.4.3 盾构推进及衬砌的拼装盾构推进及衬砌的拼装o盾构推进过程中，导致偏离隧道设计轴线因素分盾构推进过程中，导致偏离隧道设计轴线因素分析：析： 1 1）土层不均匀；）土层不均匀； 2 2）正面四周阻力不一致；）正面四周阻力不一致； 3 3）千斤顶伸出顶力不一致；）千斤顶伸出顶力不一致； 4 4） 盾构重心偏于一侧；盾构重心偏于一侧； 5 5）盾构下部土体流失过多导致盾构叩头下沉。）盾构下部土体流失过多导致盾构叩头下沉。盾构盾构推进推进轴线的纵坡控制方法轴线的纵坡控制方法 盾构盾构纵坡控制不单是调整盾构高程位置，还可以调正盾构和纵坡控制不单是调整盾构高程位置，还可以调正盾构和已成环管片之间顶部和下部间隙，以减少盾构对圆环的径向卡压已成环管片之间顶部和下部间隙，以减少盾构对圆环的径向卡压及下一环管片拼装的困难。及下一环管片拼装的困难。 纵坡纵坡控制应根据盾构现状情况以及盾构与圆环管片间的相对控制应根据盾构现状情况以及盾构与圆环管片间的相对位置，采用不同方法来达到最佳效果。位置，采用不同方法来达到最佳效果。oa a、稳坡法、稳坡法 这种方法盾构推进中对地层扰动最小，是最佳控制方法。这种方法盾构推进中对地层扰动最小，是最佳控制方法。（见图（见图2 23 3） b b、变坡法、变坡法 盾构推进前应先观察盾构与管片上下的间隙情况，遇盾构盾构推进前应先观察盾构与管片上下的间隙情况，遇盾构上部已卡管片时则可采用先抬后压的纵坡控制（上部已卡管片时则可采用先抬后压的纵坡控制（如左图）如左图）所示，所示，反之可用（反之可用（如右图）如右图）所示的先压后抬的方法来控制。所示的先压后抬的方法来控制。 左图 右图 当盾构与管片之间四周间隙较均匀时，可采用纵坡逐变的方当盾构与管片之间四周间隙较均匀时，可采用纵坡逐变的方法（法（如左图）所如左图）所示。示。 由于操作人员的技术水平，对盾构的性能不熟，以及施工由于操作人员的技术水平，对盾构的性能不熟，以及施工人员思想不集中等原因，往往发生在一环距离的推进过程中，人员思想不集中等原因，往往发生在一环距离的推进过程中，多次进行纵坡起伏的调正，（多次进行纵坡起伏的调正，（如右图）。这种如右图）。这种极不平稳的控制极不平稳的控制盾构推进轴线，对地层将产生最大的扰动，对地面建筑物危害盾构推进轴线，对地层将产生最大的扰动，对地面建筑物危害很大很大，后期，后期变形要有一个较长的时间，且变形量亦较大。变形要有一个较长的时间，且变形量亦较大。 左图右图8.4.3 8.4.3 盾构推进及衬砌的拼装盾构推进及衬砌的拼装o盾构推进过程纠偏盾构推进过程纠偏 1 1）千斤顶编组的调整；）千斤顶编组的调整； 如停开偏离方位处的几只千斤顶；如停开偏离方位处的几只千斤顶； 2 2）纵坡控制；）纵坡控制； 盾构推进尽量接近隧道纵坡，避免变坡推进；盾构推进尽量接近隧道纵坡，避免变坡推进； 3 3）盾构旋转的防止。）盾构旋转的防止。 通常由大型旋转设备（如切削刀盘、举重壁及转盘旋转）通常由大型旋转设备（如切削刀盘、举重壁及转盘旋转）等引起的，简单的方法是在盾构旋转方向的反侧加压重，或经等引起的，简单的方法是在盾构旋转方向的反侧加压重，或经常改变大设备的转向，注意调整拼装左右程序。常改变大设备的转向，注意调整拼装左右程序。8.4.3 8.4.3 盾构推进及衬砌的拼装盾构推进及衬砌的拼装o曲线推进曲线推进盾构推进纠偏盾构推进纠偏1 1）盾构推一环的纠偏幅度应以小到大最后到小的规律）盾构推一环的纠偏幅度应以小到大最后到小的规律控制控制 由于由于开始推进时管片埋入盾尾内的深度为最长，这就使盾构与管片开始推进时管片埋入盾尾内的深度为最长，这就使盾构与管片之间相对位置调节量是处于最小的状态，过量的纠偏将会导致危机管片之间相对位置调节量是处于最小的状态，过量的纠偏将会导致危机管片安全的安全的现象，现象，一般为每环推进距离各一般为每环推进距离各1/31/3范围最佳范围最佳。2 2）分析盾构）分析盾构现状位置测量现状位置测量报表报表 目的目的是控制好拼装机中心的轴线偏离值，使管片拼装于正确位置，是控制好拼装机中心的轴线偏离值，使管片拼装于正确位置，保证隧道的连贯轴线的质量。保证隧道的连贯轴线的质量。3 3）盾构轴线控制纠偏必须要按）盾构轴线控制纠偏必须要按“及时、连续及时、连续”的的原则原则4 4）当施工时产生有过大偏差时，其纠偏应做到合理，使盾构纠偏轴）当施工时产生有过大偏差时，其纠偏应做到合理，使盾构纠偏轴 线和顺，有利于施工及隧道的使用线和顺，有利于施工及隧道的使用要求要求 8.4.3 8.4.3 盾构推进及衬砌的拼装盾构推进及衬砌的拼装o1 1 装配式圆型衬砌构造装配式圆型衬砌构造 结构形式：带肋的箱型管片，不带肋的平板形管片。结构形式：带肋的箱型管片，不带肋的平板形管片。联结方式：直螺栓，弯螺栓。联结方式：直螺栓，弯螺栓。 材料：球墨铸铁，全钢，钢材料：球墨铸铁，全钢，钢筋混凝土管片筋混凝土管片 环宽：环宽：750-1500mm; 750-1500mm; 厚度：厚度：250-600mm 250-600mm ；弦长：；弦长：3-3-4m4m 分块：分块：6-86-8块，分别为数块块，分别为数块标准块标准块；两块；两块相邻管片相邻管片；一块一块封顶管片封顶管片组成，封顶管片一般趋向于小封顶；拼装形组成，封顶管片一般趋向于小封顶；拼装形式有：径向楔入（楔角式有：径向楔入（楔角4-84-8度）与纵向插入度）与纵向插入 8.4.3 8.4.3 盾构推进及衬砌的拼装盾构推进及衬砌的拼装8.4.3 8.4.3 盾构推进及衬砌的拼装盾构推进及衬砌的拼装拼装形式拼装形式 通缝拼装：纵缝环环对齐通缝拼装：纵缝环环对齐 错缝拼装：纵缝互相错开，相邻圆环环间错开错缝拼装：纵缝互相错开，相邻圆环环间错开1/21/31/21/3管片。管片。 o通通缝拼装缝拼装前后环纵缝对齐的一种拼法，前后环纵缝对齐的一种拼法，其其特点特点 1 1）整条隧道整体性差因各环之间仅）整条隧道整体性差因各环之间仅有纵向螺栓连接圆环，管片间无牵连。有纵向螺栓连接圆环，管片间无牵连。 2 2）圆环变形大，由于纵向螺栓孔径）圆环变形大，由于纵向螺栓孔径间隙产生管片位置的变动，使圆环变形量间隙产生管片位置的变动，使圆环变形量大。大。 3 3）环面平整度差。由于环缝压密量）环面平整度差。由于环缝压密量不一而引起，并使误差不一而引起，并使误差累计累计错错缝拼装缝拼装前后环纵缝错开的一种拼法，前后环纵缝错开的一种拼法， 有有1/2 1/2 或或 1/31/3管片弧长的二种，其特点管片弧长的二种，其特点： 1 1）整条隧道整体性强，纵向变形少；）整条隧道整体性强，纵向变形少； 2 2）由于每块管片受到其前环、后环与）由于每块管片受到其前环、后环与 本环六块管片的限制，所以圆环变形小；本环六块管片的限制，所以圆环变形小； 3) 3) 圆环质量好同样对拼装的质量要求圆环质量好同样对拼装的质量要求 也很高，不然将影响下环管片拼装精度；也很高，不然将影响下环管片拼装精度； 4) 4) 环面产生的不平整量不产生累计，而是产环面产生的不平整量不产生累计，而是产 生下一环骑缝管片的断裂。生下一环骑缝管片的断裂。8.4.3 8.4.3 盾构推进及衬砌的拼装盾构推进及衬砌的拼装o2 2 衬砌的拼装衬砌的拼装 在盾构尾部盾壳保护下，利用举重壁拼装。在盾构尾部盾壳保护下，利用举重壁拼装。 1 1）拼装工序：管片的运送）拼装工序：管片的运送-就位就位-成环成环-衬砌的防水衬砌的防水 8.4.3 8.4.3 盾构推进及衬砌的拼装盾构推进及衬砌的拼装8.4.3 8.4.3 盾构推进及衬砌的拼装盾构推进及衬砌的拼装2 2 衬砌的拼装衬砌的拼装 2 2）拼装方法）拼装方法 （1 1）先环后纵）先环后纵 优点：环面平整，纵缝拼接质量好。缺点：在易产优点：环面平整，纵缝拼接质量好。缺点：在易产生盾构后退地段不易采用。生盾构后退地段不易采用。 （2 2）先纵后环）先纵后环 工法：拼块缩回这部分千斤顶，其它千斤顶仍支撑在工法：拼块缩回这部分千斤顶，其它千斤顶仍支撑在盾构上，逐块轮流，直至拼装成环。盾构上，逐块轮流，直至拼装成环。 （3 3）举重壁拼装顺序）举重壁拼装顺序 自下而上，左右交叉，最后封顶成环自下而上，左右交叉，最后封顶成环，可以有效防，可以有效防止盾构旋转止盾构旋转图 31图32 成环形式成环形式 (1)(1)径向插入成环径向插入成环 （2)2)纵向插入成环纵向插入成环 （3 3）纵向半插入成环）纵向半插入成环 8.4.4 8.4.4 盾构衬砌壁后注浆盾构衬砌壁后注浆8.4.4 8.4.4 盾构衬砌壁后注浆盾构衬砌壁后注浆 向衬砌壁后注浆盾构施工的关键工序，其作用有：向衬砌壁后注浆盾构施工的关键工序，其作用有：1 1、填充由于盾构推进后形成的地层土体与隧道之间的建筑、填充由于盾构推进后形成的地层土体与隧道之间的建筑 空隙。空隙。2 2、控制地表变形。、控制地表变形。3 3、稳定隧道、控制隧道纵向变形及横向位移量。、稳定隧道、控制隧道纵向变形及横向位移量。4 4、改善隧道圆环的受力状态。、改善隧道圆环的受力状态。5 5、增加隧道施工缝的防水性能。、增加隧道施工缝的防水性能。6 6、合理选择压浆位置，可辅助盾构推进轴线的控制。、合理选择压浆位置，可辅助盾构推进轴线的控制。 1 1 1 1、同步注浆：压浆要与盾构推进速度同步，即做到建筑空隙一形成立、同步注浆：压浆要与盾构推进速度同步，即做到建筑空隙一形成立、同步注浆：压浆要与盾构推进速度同步，即做到建筑空隙一形成立、同步注浆：压浆要与盾构推进速度同步，即做到建筑空隙一形成立即压入等量的浆体填充其空隙，压浆出口在盾尾处。即压入等量的浆体填充其空隙，压浆出口在盾尾处。即压入等量的浆体填充其空隙，压浆出口在盾尾处。即压入等量的浆体填充其空隙，压浆出口在盾尾处。 2 2 2 2、二次压浆：作为对地表后期沉降控制的手段，这是从地表观测数据、二次压浆：作为对地表后期沉降控制的手段，这是从地表观测数据、二次压浆：作为对地表后期沉降控制的手段，这是从地表观测数据、二次压浆：作为对地表后期沉降控制的手段，这是从地表观测数据沉降有扩大发展位置处的管片压浆孔压出，通常称为补压浆。沉降有扩大发展位置处的管片压浆孔压出，通常称为补压浆。沉降有扩大发展位置处的管片压浆孔压出，通常称为补压浆。沉降有扩大发展位置处的管片压浆孔压出，通常称为补压浆。 3 3 3 3、压浆量及压浆压力的控制、压浆量及压浆压力的控制、压浆量及压浆压力的控制、压浆量及压浆压力的控制 压浆量：一般是理论建筑孔隙的压浆量：一般是理论建筑孔隙的压浆量：一般是理论建筑孔隙的压浆量：一般是理论建筑孔隙的130130130130250250250250，具体量是按地表变，具体量是按地表变，具体量是按地表变，具体量是按地表变形观察数据作调整，压浆压力略大于地层压力，这压力是指压浆管路最形观察数据作调整，压浆压力略大于地层压力，这压力是指压浆管路最形观察数据作调整，压浆压力略大于地层压力，这压力是指压浆管路最形观察数据作调整，压浆压力略大于地层压力，这压力是指压浆管路最终出口处，总之压浆要做到及时地用一定压力，把足够符合要求的浆体终出口处，总之压浆要做到及时地用一定压力，把足够符合要求的浆体终出口处，总之压浆要做到及时地用一定压力，把足够符合要求的浆体终出口处，总之压浆要做到及时地用一定压力，把足够符合要求的浆体压入建筑空隙。压入建筑空隙。压入建筑空隙。压入建筑空隙。8.4.4 8.4.4 盾构衬砌壁后注浆盾构衬砌壁后注浆1 1 压浆方法压浆方法8.4.4 8.4.4 盾构衬砌壁后注浆盾构衬砌壁后注浆2 2 压浆操作压浆操作 1 1）左右对称，从下往上逐步进行，并）左右对称，从下往上逐步进行，并尽量避免单点超压注浆。尽量避免单点超压注浆。 2 2）衬砌背后空隙未被完全充填之前，）衬砌背后空隙未被完全充填之前，不允许中途停止工作。不允许中途停止工作。 3 3）一个孔眼注浆序进行到上一个压浆）一个孔眼注浆序进行到上一个压浆孔出现灰浆为止。孔出现灰浆为止。8.4.4 8.4.4 盾构衬砌壁后注浆盾构衬砌壁后注浆8.4.4 8.4.4 盾构衬砌壁后注浆盾构衬砌壁后注浆8.4.5 8.4.5 盾构施工隧道的防水盾构施工隧道的防水从管片生产工艺、衬砌结构设计、接缝防水措施和从管片生产工艺、衬砌结构设计、接缝防水措施和材料等几个方面综合处理。材料等几个方面综合处理。 1 1 管片制作精度和抗渗要求管片制作精度和抗渗要求 提高管片制作精度关键是提高钢模精度，要提高管片制作精度关键是提高钢模精度，要求求0.5mm0.5mm 8.4.5 8.4.5 盾构施工隧道的防水盾构施工隧道的防水1) 1) 施工过程中盾尾的密封施工过程中盾尾的密封 2 2）接缝防水：弹性条防水，常用材料为氯）接缝防水：弹性条防水，常用材料为氯丁橡胶外包丁基橡胶。丁橡胶外包丁基橡胶。3 3）螺栓孔防水）螺栓孔防水8.4.5 8.4.5 盾构施工隧道的防水盾构施工隧道的防水高精度钢筋高精度钢筋 混凝土管片混凝土管片管片堆放及管片堆放及防水条、衬垫防水条、衬垫8.4.5 8.4.5 盾构施工隧道的防水盾构施工隧道的防水