土压平衡盾构课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三节 盾构施工法,盾构施工技术的发展历史,1.,盾构施工法的发明,1818,年，,Brunel,从一种食船虫在船身上打洞一事受到启发，研究出了盾构工法。历经艰辛，终在,1841,年使泰晤士河底隧道贯通，该隧道自,1825,年开工，历时,17,年，可充分说明新技术的成功是多么的坎坷！,2.,盾构施工法的发展阶段,自,1818,年诞生发展到现在已有,180,多年的历史，概括而言，有四个阶段：,（,1,）初期盾构：以,Brunel,盾构为代表；,（,2,）第二代盾构：以机械式、气压式、,TBM,及城市盾构工法为代表；,（,3,）第三代盾构：以闭胸式盾构为代表（泥水式、土压式）；,（,4,）第三代盾构：以安全、高速、大深度、大断面、断面多样化、异形化为特色。,盾构施工技术的国内外发展现状,1.,国外盾构施工技术现状,以欧洲和日本最为发达。,美国：纽约自,1900,年起用气压盾构就建造了数十条水底隧,道，目前盾构施工占,90,以上；,前苏联：莫斯科自,1932,年开始采用盾构法施工地铁等地下工,程；德国、法国、英国、新加坡等也在广泛采用盾构法施工地,下工程。,日本：自,1917,年在国铁羽越线折渡隧道（新泻县）的建设中,首次采用盾构工法。日本从盾构施工法正式开始用于城市隧道,建设的,1964,年至,1984,年约,20,年间，研制盾构机超过,5000,台。,目前日本已经成为世界上盾构制造技术以及施工技术的大国，,占据世界上,80,的盾构份额。,1917,年,日本国铁隧道建设中首次采用盾构工法,1953,年,日本关门隧道采用盾构工法,1957,年,日本地铁采用顶盖式盾构施工，这是城市隧道首次采用盾构,1960,年,日本名古屋地铁采用盾构施工,1962,年,东京下水道采用圆形盾构。此后，盾构逐渐用于小断面的市政管道建设,1964,年,日本下水道工程，最先采用泥水式盾构,1974,年,日本独立研究出土压式盾构,1975,年,日本研究出砾石泥水式盾构,1981,年,日本研究出加气泡盾构,2.,国内盾构施工技术现状,国内最早是在,1956,年，阜新海州露天煤矿采用直径,2.66m,的盾构，在砂土层中成功地开掘了一条流水巷道。,北京：,1957,年在下水道工程中成功的使用直径,2.0m,及,2.6m,的盾构。北京地层不同于国内其他城市，以砂卵石、粉细砂及黏土层为主，对地层的摸索以及全面实践方面，北京市政集团在北京地区实现了零的突破，可谓是积累了相当丰富的施工经验。,上海：自,60,年代开始在黄浦江水底隧道进行试验，经过多年摸索，针对上海软土积累了丰富的经验，特别是在消化引进盾构机方面走在全国前列，尤其是近年引进的双圆盾构的成功实施。,60,年代北京地,铁用盾构试验,广州：以砂层和风化岩为主，于,90,年代引进和应用了能适,应地层的复合式盾构技术。,深圳、南京、杭州等都是近年地铁建设时期才引入盾构施工,技术。,2003年6月，当时中国最大的盾构法隧道翔殷路开工，采用直径为11.58m的超大型泥水平衡盾构掘进。,上海上中路隧道工程盾构直径达14.87m。,翔殷路盾构,截至目前，对内径为,2700mm,3000mm,范围内的市政隧道，北京市政已拥有,4,台盾构设备，并已完成市政盾构隧道施工近几十公里。,3.64m,盾构机,一、盾构的基础构造,1,、盾构组成,三大系统：,壳体,推进系统,拼装系统,壳体组成：,切削环,支承环,衬砌环,砌块形成的管道,盾构工作原理：,当砌完一环砌块后，以已砌好的砌块作后背，由支承环内的千斤顶顶进盾构本身，开始下一循环的挖土和衬砌。盾构施工时，需推进是的盾构本身，而非砌块形成的管道。,盾构施工的主要工序,4,、初推段掘进施工,1,、建造盾构工作井,2,、盾构掘进机安装就位工序,3,、洞 口土体加固,5,、掘进机设备转换,6,、盾构连续掘进施工,7,、接收井洞 口土体加固,8,、盾构进入接收井，并运出地面,2,、盾构特点：,在同一土层中所需施工顶力为一常数，向一个方向顶进的长度不受顶力大小的限制。,管径范围大。,断面形状多样，圆形，矩形，多边形等。,机动性好，可以开挖曲线走向的隧道。,可进行水底施工，不影响地面水体。,不断交通，不影响地面建筑物。,3,、适用土质,岩层，砂卵层，密实砂层，粘土层，流砂层等，均可适用。,二、盾构的尺寸确定,1,、外径,D=D,1,+2(H+X+T),D,1,管竣工内径,H,衬砌的总厚度,X,衬砌块与盾壳间的空隙量,T,盾构的外壳厚度,2,、长度,L=L,1,+L,2,+L,3,为切削环，支承环，衬砌环的长度之和。,盾构,衬砌环,衬砌环,砌块,三、盾构的千斤顶及其顶力计算,P=P,1,+P,2,+P,3,+P,4,+P,5,P,1,盾构外壳与土的摩擦力,P,2,盾构内壁与砌块环的摩擦力,P,3,盾构切削环切入土层的阻力,P,4,盾构自重产生的摩擦力,P,5,开挖面支撑阻力,盾构千斤顶：,小型断面用,50-60T,中型断面用,100-150T,大型断面用,250T,左右,千斤顶的布置：,等分布置（力等分）,不等分布置,等分布置,不等分布置,四、盾构的分类和构造,分类：,手挖挖掘盾构：开放式，土质好时用,半机械化盾构：开放式，土质好时用,机械化式盾构：开放式或密闭式，土质适用性强,1,、手掘盾构,人工挖土，前有支撑或开放,优点：构造简单，设备少，造价低,缺点：工人劳动强度大，效率低，进度慢,适用条件：土质好的小型遂道，土方量小,Brunel盾构,原始盾构,伦敦Blackwall盾构隧道,2,、半机械化盾构,手掘前端装有挖土机械，多用反铲挖土机或螺旋切削机。,优点：减轻人工劳动强度，效率高，成本比人工高，但比机械低。,适用条件：土质较好的地层中。,3,、机械化盾构,采用全断面切削盘切土，分为有封板和无封板两种。,优点：速度快，效率高。,缺点：纠偏难，除障碍困难，盾构构造复杂。,4,、非全断面密闭式盾构,前端有许多进土孔，可出土，孔可调节。,优点：易控制和纠偏，顶力比全密闭要小。,适用：街道下，应尽量避开地面有建筑物段。,5,、闭腔机械化盾构,分类：,全部气压盾构：,整个施工段在气压支撑下。,局部气压盾构：,切削环与开挖面间有气压。,闭胸式盾构,辐条式盾构,面板式盾构,泥水加压盾构：,切削环与开挖面间用泥水持压。泥浆由输泥管输出。,适用：高低覆土条件均可，地层透水性差。,特点：泥水比气压流失小。不会出现坍塌和涌水的情况。挖,土,和出土实现机械化，改善了作业条件。减小地下水的移动，减小地表沉降。,土压平衡盾构：,在切削环和支承环间设密封隔板，切削环与开挖面间密闭，在原土中加入一种外加剂，使切削土具有流动性。,适用：软弱土层中，含水饱和土层。,土压平衡主要组成部分示意图,6,、挤压盾构,切削环与开挖面间用钢板封闭，挤压前进。,适用：软的可塑的粘土层，地面会有隆起。适用于空旷地带。,1,）挤压网格盾构,开挖面有网格，挤进时切的土条进入管内，再运出。,特点：网格具有一定的阻力，可防止坍塌。挤压作用力比全挤压式要小。在有地下水时要辅以降水施工。,7,、微型盾构,特点：小直径管道，埋深较浅时易形成地面突起。,适用性不强。,Microtunneling,微型,开敞式盾构,网格式盾构,插刀盾构,复合式盾构,五、盾构施工,（一）勘察和准备工作,1,、勘察内容：用地条件，障碍物，地形与地质。,2,、准备工作：测量，工作坑准备，衬块准备，盾构机组装，地下水排放，土层加固等。,（三）挖土运土与顶进,1,、挖土：,一次挖深为砌块宽度。在密实土中，先挖后顶，在松散土中，先顶后挖。,（二）盾构的下放和始顶,理论上顶力与距离无关，但开挖距离过长会增加土方与砌块的运输距离。,下放：用起重机，或下面组装。,始顶：开始顶至盾构完全没入土中。,2,、顶进要点,衬砌后应立即顶进。,顶进速度不能过快，一般,cm/min,。,千斤顶顶力不能过大破坏衬砌环。,弯道时，调整千斤顶的顶力。,如盾构转动，用偏心堆载法纠偏。,3,、运土,矿车,皮带,（四）衬砌块与缝隙填灌,1,、衬砌的目的,作为后背，作为支撑，作为永久性承载管。,材料：钢砼，或钢，铸铁。,形状：矩，梯，中缺形。,2,、衬砌的要求,能承受荷载，具有一定的强度，刚度，稳定性。,具有良好的水密性。,装配要安全，简单。,坚固耐久。,3,、砌块的连接,主要分为平口和企口。,处理用粘接剂。,常用：沥青胶和环氧水泥。,4,、砌块的灌缝,拼装完成后灌缝处理。,填密衬砌环与土的缝隙。,材料：水泥砂浆，水泥净浆，细石混凝土。,方法：每隔三到五环有一孔，注入。,注意：,自上而下灌注。,防止漏进管内。,灌注量应多一些。,大直径盾构,荷兰 14.87泥水盾构,易北河盾构,14.5m,第四节 挤密土层法,一、不出土挤压顶管,（一）适用条件,潮湿粘土，砂土和砂粘性土层,小直径的钢管或铸铁管,顶长小于,40,米,高程要求不严格情况,（二）设备,千斤顶或卷扬机,管尖长细比：,1,：,0.3,管帽开口,（三）工作坑,主坑,尾坑,（四）施工要点,注意最大管径与最小埋深要求,注意距相邻管与地面的距离,二、出土挤压顶管,（一）适用范围,大直径管松散土中不开槽,（二）设备,挤压工具管,（三）特点,提高生产效率,劳动强度较大,（四）施工要点,挤压口的位置，大小适当,