1、第六章 盾构法施工,6.1 概述 6.2 盾构机的分类与选型 6.3 盾构机的构造和工作原理 6.4 盾构法施工工艺,6.1 概述,1、盾构法定义盾构法隧道施工是利用盾构机在软岩和土体中进行隧道掘进，同时完成隧道永久衬砌铺设的一种施工工法。,上海,6.1 概述,6.1 概述,2、盾构发展史 1963年上海隧道工程公司研制了1台直径4.2m的手掘式盾构； 1965年上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的2台直径5.8m的网格挤压型盾构掘进机； 1987年上海隧道股份研制成功了我国第一台4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机 ； 1990年引进法国FCB公司6.34m土压平衡盾构掘进机；1996年上
2、海延安东路隧道南线工程1300m圆形主隧道采用从日本引进的11.22m泥水加压平衡盾构掘进机施工。,6.1 概述,3 盾构法施工的优缺点 优点：对地面干扰小，施工速度快，机械自动化程度高。 缺点：施工设备费用高；当覆土较浅时，地表沉降较难控制；盾构法隧道衬砌和接缝渗漏水，隧道后期沉降过大。,既要追求产品的高可靠性和适用性,又要达到产品的可维护性及长寿命。,设计原则,先行号盾构,日本产盾构,德国产盾构,0.0,0.5,1.0,1.5,2.0,6.2 盾构机的分类与选型,1 盾构机的分类,6.2 盾构机的分类与选型,6.2 盾构机的分类与选型,6.2 盾构机的分类与选型,泥水平衡式盾构：在密封舱内
3、通入泥水（泥浆）以平衡盾构前方水土压力。,6.2 盾构机的分类与选型,土压平衡式盾构：利用刀盘切削下来的土充满整个密封舱，并保持一定压力来平衡开挖面的土压力。,6.2 盾构机的分类与选型,2 盾构选型盾构机选型的关键在于地质与环境保护条件、工程规模、经济性。1）在地下水位低的地区，应优先考虑半机械式盾构；2) 在地下水位高的软土地区泥水平衡式盾构施工引起的沉降可控制在10mm以内；土压平衡式盾构施工引起的沉降可控制在20mm以内。,6.2 盾构机的分类与选型,泥水加压盾构地质适应性条件：A 在以砂性土为主的沉积层中；B 在不需要做泥水分离的工程中；C 在水头高度很高（如大于50m）的江川和海峡
4、水底下施工时；D 在某些对地表沉降要求高的地段。,6.2 盾构机的分类与选型,土压平衡盾构地质适应性条件A 在软弱的冲积土层中； B 在砾石层或砂土层中，需掺入适当的泥浆；C 当工作面水压PW 0.4MPa 的软土地区。,6.3 盾构机的构造和工作原理,1 基本构造盾构掘进机由盾构壳体、推进系统、拼装系统、出土系统四大部分组成。 盾构壳体：切口环、支承环、盾尾 推进系统：盾构千斤顶和液压设备 拼装系统：衬砌拼装器（举重臂） 出土系统：有轨、无轨或管道运输,6.3 盾构机的构造和工作原理,2 盾构工作基本原理在盾壳的掩护下，切削刀盘可以安全地开挖地层，一次掘进相当于装配式衬砌一环的宽度。尾部可以
5、装配与之管片，迅速拼装成隧道永久衬砌，并将衬砌与土层之间用水泥砂浆填实，防止周围地层的变形。盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶，用千斤顶顶在拼成的衬砌环上使它推进到已挖好的空洞内，然后缩回活塞杆，为下一环衬砌拼装创造条件。重复上述过程，不断开挖，不断拼装，并不断推进，完成隧道施工。,6.3 盾构机的构造和工作原理,3 盾构推力的计算 1) 盾构外表面与四周地层摩阻力F1； 2）盾尾内壳与衬砌结构之间的摩阻力F2； 3）开挖面正面阻力F3； 4）盾构切口部分刃口切入土层阻力F4,6.3 盾构机的构造和工作原理,3 盾构推力的计算 1) 盾构外表面与四周地层摩阻力F1F1=1(2(Pv+Ph)*
6、L*D+W) 1为土与钢壳摩擦系数，一般取0.4 Pv 为盾构中心标高垂直土压力； Ph为盾构中心标高水平主动土压力； L为盾构全长；D为盾构外径；W为盾构总重； 2）盾尾内壳与衬砌结构之间的摩阻力F2；,6.3 盾构机的构造和工作原理,3 盾构推力的计算 2）盾尾内壳与衬砌结构之间的摩阻力F2F2=n*2*WSn为盾尾包裹管片环数，一般为3环； 2为衬砌结构与盾尾之间的摩擦系数，一般年取0.5； WS为单环衬砌管片重量；,6.3 盾构机的构造和工作原理,3）开挖面正面阻力F3；F3=1/4*D2*PH PH为盾构中心标高处被动土压力,6.3 盾构机的构造和工作原理,4）盾构切口部分刃口切入土层阻力F4 F4=*D0*BS*Pv*tg D0 为切口环内径； BS 为切口环长度； Pv 为盾构中心标高垂直土压力； 为土的内摩擦角。,6.3 盾构机的构造和工作原理,6.3 盾构机的构造和工作原理,盾构千斤顶总推力：F1.5(F1+F2+F3+F4),
