盾构机课件

一、盾构法的起源和发展简介一、盾构法的起源和发展简介1.定义定义：盾构是盾构掘进机的简称，是在钢壳体保护下完成隧道掘进，盾构是盾构掘进机的简称，是在钢壳体保护下完成隧道掘进，拼装作业，由主机和后配套组成的机电一体化设备。拼装作业，由主机和后配套组成的机电一体化设备。2.2.盾构法建设隧道的起源盾构法建设隧道的起源18181818年，法国的布鲁诺尔年，法国的布鲁诺尔年，法国的布鲁诺尔年，法国的布鲁诺尔(M.I.Brune1)(M.I.Brune1)从蛀虫钻孔得到启示，从蛀虫钻孔得到启示，最早提出了用盾构法建设隧道最早提出了用盾构法建设隧道最早提出了用盾构法建设隧道最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并在英国取得了专利。的设想，并在英国取得了专利。的设想，并在英国取得了专利。的设想，并在英国取得了专利。当时设计了两种方法，一种是当一段隧道挖完后，整个盾壳由当时设计了两种方法，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元格能单独地向前推进。第一种方法后液压千斤顶借助后靠向前推进；另一种方法是每一个单元格能单独地向前推进。第一种方法后来被采用，并得到了推广应用，演变为成熟的盾构法。来被采用，并得到了推广应用，演变为成熟的盾构法。1825年，他第一次在伦敦泰晤土河下开始用一个断面高年，他第一次在伦敦泰晤土河下开始用一个断面高6.8m、宽、宽11.4m，并由，并由12个邻接的个邻接的框架组成的矩形盾构修建隧道。每一个框架分成框架组成的矩形盾构修建隧道。每一个框架分成3个舱，每一个舱里有一个工人，共有个舱，每一个舱里有一个工人，共有36个工个工人。人。第一条隧道施工的盾构机第一条隧道施工的盾构机1一、盾构法的起源和发展简介1.定义：2.盾构法建设隧道的起源18281828年年1 1月月1212日泰晤土河水涌入盾构机日泰晤土河水涌入盾构机21828年1月12日泰晤土河水涌入盾构机2国外盾构技术的发展国外盾构技术的发展 1830 1830年，英国的罗德发明年，英国的罗德发明“气压法气压法”辅助解决隧辅助解决隧道涌水。道涌水。1874 1874年，工程师格瑞海德发现在强渗水的地层年，工程师格瑞海德发现在强渗水的地层中很难用压缩空气支撑隧道工作面，因此开发了用中很难用压缩空气支撑隧道工作面，因此开发了用液体支撑隧道工作面的盾构，通过液体流泥浆的形液体支撑隧道工作面的盾构，通过液体流泥浆的形式。式。1876 1876年英国人约翰年英国人约翰荻克英森荻克英森布伦敦和姬奥基布伦敦和姬奥基布伦敦机械化盾构专利。（这一构想后来被用于修布伦敦机械化盾构专利。（这一构想后来被用于修建地铁隧道工程。）建地铁隧道工程。）1886 1886年，格瑞海德在伦敦地下施工中将压缩空气方年，格瑞海德在伦敦地下施工中将压缩空气方法与盾构掘进相组合使用，在压缩空气条件下施工，法与盾构掘进相组合使用，在压缩空气条件下施工，标志着在承压水地层中掘进隧道的一个重大进步，标志着在承压水地层中掘进隧道的一个重大进步，2020世纪初，大多数隧道都是采用格瑞海德盾构法修建的。世纪初，大多数隧道都是采用格瑞海德盾构法修建的。1917 1917年，日本引进盾构施工技术，是欧美国家以年，日本引进盾构施工技术，是欧美国家以外第一个引进盾构法的国家。外第一个引进盾构法的国家。19631963年，土压平衡盾构首先由日本年，土压平衡盾构首先由日本Sato KogyoSato Kogyo公公司开发出来。司开发出来。19891989年，日本最引人注目的泥水盾构隧道工程开年，日本最引人注目的泥水盾构隧道工程开工。工。1830 1830年，英国的罗德发明年，英国的罗德发明“气压法气压法”辅助解决隧辅助解决隧道涌水。道涌水。3国外盾构技术的发展1830年，英国的罗德发明“气压法日本东京湾海底隧道泥水式盾构机4日本东京湾海底隧道泥水式盾构机4日本东京湾海底隧道盾构机示意图日本东京湾海底隧道盾构机示意图5日本东京湾海底隧道盾构机示意图5 1992 1992年，日本研制成世界上第一台三圆泥水加压式盾构，并成功地年，日本研制成世界上第一台三圆泥水加压式盾构，并成功地用于大阪市地铁用于大阪市地铁7 7号线号线“商务公园站商务公园站”车站工程施工。车站工程施工。61992年，日本研制成世界上第一台三圆泥水加压式盾构（1 1）起步）起步阶段段(20世纪60年代-80年代初)：（2 2）平）平稳发展展阶段段(20世纪80年代中-2000年)：1987年，上海市隧道工程公司承建市南站过江电缆隧道工程，成功设计了我国第一台直径4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机，由上海造船厂制造。7（1）起步阶段(20世纪60年代-80年代初)：（2）平稳发881990年12月，上海市隧道工程公司承建的上海合流污水治理工程6.1标过江隧道推进施工。采用自己设计制造直径5.17m加泥式土压平衡盾构。盾构自重190t,总推力28800kN，总功率500kW。91990年12月，上海市隧道工程公司承建的上海合流污水治理工1992年6月，上海市承建上海地铁1号线上海火车站汉中路车站区间，采用盾构法隧道施工，1993年4月全线贯通。1993年8月，上海承建上海地铁1号线黄陂路站陕西路站区间隧道，1994年4月全线贯通。101992年6月，上海市承建上海地铁1号线上海火车站汉中路车盾构的分类为适应各种不同的土质，所以形成盾构的种类繁多。按其构造特点和开挖方法，可归纳为以下4类。11盾构的分类为适应各种不同的土质，所以形成盾构的种类繁多。按其A类：敞口式盾构或称普通盾构有全部的或部分的正面支撑，人工或正、反铲开挖；无正面支撑，人工或正、反铲开挖；正面有切削土体或软岩的刀盘。12A类：敞口式盾构或称普通盾构有全部的或部分的正面支撑，人工或B类：普通闭胸式盾构或称普通挤压式盾构（半机械化盾构）正面全部胸板封闭，挤压推进，留有可调节进土孔口的面积，局部挤压推进；正面网格上覆全部或部分封板；或装调节开挖面积的闸门，挤压、局部挤压推进。13B类：普通闭胸式盾构或称普通挤压式盾构（半机械化盾构）正面全C类：机械式闭胸盾构正面封闭舱中加压，刀盘切削土体的，称局部气压盾构；正面密封舱中设泥浆或泥浆加气压平衡装置的称泥水平衡盾构、泥水加压式平衡盾构；正面密封舱中设土压或土压加泥水式平衡装置的，称土压平衡盾构或加泥式土压平衡盾构。14C类：机械式闭胸盾构正面封闭舱中加压，刀盘切削土体的，称局部D类：TBM盾构在硬岩中（50MPa）使用的隧道掘进机（TBM），分敞开型和密闭型，盾构正面的切削由大刀盘加滚刀组成的复合刀盘。15D类：TBM盾构在硬岩中（50MPa）使用的隧道掘进机（T土压平衡式盾构机16土压平衡式盾构机16泥土加压式盾构机17泥土加压式盾构机17泥浆式盾构机18泥浆式盾构机18多圆式盾构机19多圆式盾构机19矩形盾构机20矩形盾构机20硬岩掘进机硬岩掘进机TBM21硬岩掘进机TBM21四、土压平衡式盾构机的构造22四、土压平衡式盾构机的构造221.71.7盾构机的组成盾构机的组成盾构机主要由下列部件和系统构成：有盾构壳、推进油缸、刀盘、刀盘驱动、主轴承、人闸仓、管片安装机、螺旋输送机、皮带输送机等设备和装置；还有控制系统、液压系统、电力系统、通风系统、密封润滑系统、隧道导向系统、报警装置；以及服务于盾构工作要求的后配套设备、运输设备、注浆设备等辅助设备。231.7盾构机的组成盾构机主要由下列部件和系统构成：2324244刀盘254刀盘254.24.2刀盘的材料刀盘的材料刀盘的结构材料为Q345B、16MnR、GS52或相当于这种材料的铸钢。264.2刀盘的材料刀盘的结构材料为Q345B、16MnR、刮刀刮刀：刮刀安装在碴土通道的一侧。高质量的碳质刀刃,宽度100mm。可以从刀盘后面更换刀具。27刮刀：刮刀安装在碴土通道的一侧。27刮刀示意图28刮刀示意图28铲刀：铲刀的设计保证了快速、清洁的开挖；它们可以双向进行开挖,同时保证了开挖直径的稳定不变。铲刀用可更换的螺纹固定到钢结构上，因此，可以被单独更换。29铲刀：铲刀的设计保证了快速、清洁的开挖；29铲刀示意图30铲刀示意图30仿形刀：刀盘上安装了仿形刀。安装的仿形刀通过一个行程（50mm海瑞克；120mm三菱）的油缸进行操作。仿形刀的伸缩则在主控室内按每10事先加以设置控制。盾构具有仿形超挖功能是目前盾构中较为先进的一种，其仿形超挖方位、超挖量可根据不同的施工要求而调整。31仿形刀：刀盘上安装了仿形刀。安装的仿形刀通过一个行程（50仿形刀示意图32仿形刀示意图32刀具图片刀具图片33刀具图片333434土压平衡式盾构土压平衡式盾构适用于含水量和粒度组成比较适中的粉土、粘土、砂质粉土、砂质粘土、夹砂粉粘土等土砂可以直接从掘削面流入土舱及螺旋排土器的土质。但对含砂粒量过多的不具备流动性的土质，不宜选用。35土压平衡式盾构土压平衡式盾构适用于含水量和粒度组成比较适中的泥水加压式盾构泥水加压式盾构适用于冲积形成砂砾、砂、粉砂、粘土层、弱固结的互层地基以及含水率高开挖面不稳定的地层；洪积形成的砂砾、砂、粉砂、粘土层以及含水很高固结松散易于发生涌水破坏的地层，是一种适用于多种土质条件的盾构型式。但是对于难以维持开挖面稳定性的高透水性地基、砾石地基，有时也要考虑采用辅助施工方法。36泥水加压式盾构泥水加压式盾构适用于冲积形成砂砾、砂、粉砂、粘3土压平衡式盾构机373土压平衡式盾构机374.土压平衡工作原理土压平衡工作原理4.1开挖（见掘进动画）土体由旋转刀盘上的刀具切割下来，然后通过刀盘开口挤入土舱，与土舱内已有的粘性土浆混合。推进油缸的压力通过舱壁传给土舱内土体，从而保证开挖面的稳定。当土舱内的土体不能再被土压力和水压力压紧时，就达到了土压平衡，这时开挖面的土压约等于土舱中土体的压力。384.土压平衡工作原理4.1开挖（见掘进动画）38当土舱中土体的压力增加至超过平衡时的土压时，土舱中土体就会压紧开挖面的土体，这会导致盾构前方的地面隆起。当土舱中的土体压力小于平衡土压时，通常会引起地面下沉。土舱中的土体在压力的作用下通过螺旋输送机被输送出去。39当土舱中土体的压力增加至超过平衡时的土压时，土4040土体的压力主要受下列因素影响：掘进速度、开挖土量、土体改性所用添加剂的量。41土体的压力主要受下列因素影响：41土压平衡模式：土舱是由土舱中的土体来密封的，这些土体要被螺旋输送机运走，它们可以通过盾构机系统提供的装置在螺旋输送机中形成一段压力区段，从而保持土舱压力稳定。土压平衡盾构尤其适合在含有大量粘土、壤土或粉土、低渗水性和含大量细颗粒的粘性土壤中使用。42土压平衡模式：土舱是由土舱中的土体来密封的，这些土体要被螺旋土压平衡模式43土压平衡模式43开放模式：当开挖面的土体的稳定性良好时，土舱中的土体可以不经压力调节由螺旋输送机输送出去。在这种情况下，不用进行渣土改良。44开放模式：当开挖面的土体的稳定性良好时，土舱中的土体可以不经开放模式45开放模式45泡沫注入试验46泡沫注入试验461 1、盾构施工的、盾构施工的特点特点(1)地下施工，必须面对复杂的地质条件和敏感的地面环境。(2)所用设备集成度高，技术含量高。(3)涉及的专业领域较多，对复合型人才有较多需求。471、盾构施工的特点(1)地下施工，必须面对复杂的地质条件2 2、盾构法施工的优点、盾构法施工的优点4848（1）盾构法隧道施工不受地面自然条件的影响。在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工；49（1）盾构法隧道施工不受地面自然条件的影响。在盾构支护下进行（2）盾构法施工隧道机械化、自动化程度高。盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快，施工劳动强度较低；50（2）盾构法施工隧道机械化、自动化程度高。盾构的推（3）地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰。在松软地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径隧道，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。51（3）地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干3 3、盾构法施工的缺点、盾构法施工的缺点523、盾构法施工的缺点52（1）需要隧道衬砌管片预制、运输、衬砌、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布置、机械安装等施工技术的配合，系统工程协调复杂；53（1）需要隧道衬砌管片预制、运输、衬砌、衬砌结构防水及堵漏、（2）施工过程变化断面尺寸困难；只能前进，不能后退，当隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工难度大，在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险较大；54（2）施工过程变化断面尺寸困难；只能前进，不能后退，当隧道曲（3）盾构机制造周期长，造价较昂贵，盾构的拼装、转移等较复杂，建造短于750m的隧道经济性差。55（3）盾构机制造周期长，造价较昂贵，盾构的拼装、转移等较复杂56Thankyou!56