第六章 盾构法隧道结构PPT讲稿.ppt
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1、第六章 盾构法隧道结构第1页,共62页,编辑于2022年,星期三盾构衬砌结构盾构衬砌结构n 本章介绍盾构构造和分类,盾构推进及衬砌拼装;n圆形衬砌构造、内力计算与管片结构设计,要求了解盾构隧道的功能和适用环境。n掌握圆形衬砌结构设计方法和构造要求。第2页,共62页,编辑于2022年,星期三6.1 概述概述n盾构(shield)是一种钢制的活动防护装置或活动支撑,是通过软弱含水层,特别是河底、海底,以及城市居民区修建隧道的一种机械。n头部可以安全地开挖地层,尾部可以装配预制管片或砌块,迅速地拼装成隧道永久衬砌。n盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。第3页,共62页,编辑于2022年,星期三适用
2、条件n在松软含水地层中修建隧道、水底隧道及地下铁道时采用各种不同形式的盾构施工最有意义,特别是该施工方法属地表以下暗挖施工,不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节等条件的影响.第4页,共62页,编辑于2022年,星期三盾构隧道的历史n用盾构法修建隧道开始于1818年,法国工程师布鲁诺尔;n1825年在英国泰晤士河下首次用矩形盾构建造隧道;n近代,日本盾构法得到了迅速发展,用途越来越广,并研制了大量新型盾构;n我国于1957年北京下水道工程中首次出现2.6m小盾构;n上海市延安东路过江道路隧道使用11.0 m直径的大盾构;第5页,共62页,编辑于2022年,星期三隧道剖面图1-进风道;2-进风口;
3、3-排风口;4-排风道;5-路面(下拉杆)6-天棚(上拉杆);7-吊杆;8-照明灯;9-灭火器;10-消防栓;11-电缆;12-排水管;13-给水管;14-纵向螺栓;15-环向螺栓第6页,共62页,编辑于2022年,星期三第7页,共62页,编辑于2022年,星期三第8页,共62页,编辑于2022年,星期三按形状分类 n大致有圆形(又称半盾构)、矩形、马蹄形等几种。n圆形因其抵抗水土压力较理想,衬砌拼装简便,构件可以互换,较为通用,数量最多。n圆形盾构中,敞胸盾构和闭胸盾构两大类。第9页,共62页,编辑于2022年,星期三6.2 盾构构造和分类盾构构造和分类6.2.1 盾构的基本构造盾构的基本构
4、造1-1(切口环);2-2(支承环);3-3(纵剖面)通常由盾构壳体、推进系统、拼装系统、出土系统等四大部分组成。第10页,共62页,编辑于2022年,星期三1)盾构壳体n盾构壳体由切口环、支承环、盾尾与竖直隔板、水平隔板组成,并由外壳钢板连成整体。n切口环:开挖;上下宽度可以等值、也可以不等值,甚至是活动的。n容纳各种专门的挖土设备。n支承环:承受荷重的核心部分,刚性较好的圆环结构。n水平隔板和竖直隔板:增加盾构刚度,水平承受拉力,竖直承受压力。n盾尾:掩护工人在其内部安装衬砌。第11页,共62页,编辑于2022年,星期三2)推进系统n由盾构千斤顶和液压设备组成,上下左右活塞杆伸出长度不同达
5、到纠偏目的。n盾构千斤顶一般是沿支承环圆周均匀分布的;第12页,共62页,编辑于2022年,星期三3)拼装系统n衬砌拼装器又称举重臂,是拼装系统的主要设备,以油压系统为动力,一般举重臂均安装在支承环上。n举重臂能作旋转、径向运动,还能沿隧道中轴线作往复运动。n完成这些运动的精度应该保证待装配的管片上的螺栓孔能和已装配好的螺栓孔对齐,以便螺栓固定。第13页,共62页,编辑于2022年,星期三4)出土系统n出土方式一般有三种:n(1)有轨运输:皮带运输机矿车洞口垂直起吊至地面。n(2)无轨运输:自卸卡车n(3)管道运输:混合泥浆,压力输出,出土连续化 第14页,共62页,编辑于2022年,星期三6
6、.2.2 盾构分类及其适用范围盾构分类及其适用范围n1)人工开掘式、半机械式敞胸盾构n全部敞开,随时观察地层变化情况,并配备简便的液压、风动挖掘,机具、人工挖掘,当开挖面难以保持稳定时可以采用气压等人工措施及正面支撑、支撑千斤顶等随挖随撑。第15页,共62页,编辑于2022年,星期三2)挤压式闭胸盾构n在塑性粘土及淤泥中采用,盾构正面用胸板密闭起来。n厚兰隧道、林肯隧道和打浦路隧道都采用过半挤压及全挤压推进的闭胸盾构施工.n衬砌结构常发生椭圆率的现象,先衬砌水平直径缩小,竖向直径增大,继之,盾构离远时,竖向直径减小,水平直径增大。n主要是隧道上方土壤结构破坏、隆起,形成一个卸载拱,而水平压力仍
7、然保持着初始数值之故。第16页,共62页,编辑于2022年,星期三3)机械式闭胸盾构n(1)局部气压盾构 n(2)泥水加压式盾构n (3)土压平衡式盾构第17页,共62页,编辑于2022年,星期三表6-1挖掘方式构造类型盾构名称开挖面稳定措施适用地层附注人工开挖(手掘式)敞胸普通盾构临时挡板、支撑千斤顶地质稳定或松软均可辅以气压、人工井点降水及其它地层加固措施棚式盾构将开挖面分成几层,利用砂的安息角和棚的磨擦砂性土网格式盾构利用土和钢制网状硌栅的磨擦粘土淤泥闭胸半挤压盾构胸板局部开孔依赖盾构千斤顶推力土砂自然流入软可塑的粘性土全挤压盾构胸板无孔、不进土淤泥半机械式敞胸反铲式盾构手掘式盾构装上反
8、铲挖土机土质坚硬稳定开挖面能自立辅助措施旋转式盾构同上,装上软岩掘进机软岩机械式敞胸旋转刀盘式盾构单刀盘加面板多刀盘加面板软岩辅助措施闭胸局中气压盾构面板和隔板间加气压多水松软地层不再另设辅助措施泥水加压盾构面板和隔板间加压力泥水含水地层、冲积层、洪积层辅助措施土压平衡盾构(加水式、加泥式)面板和隔板间充满土砂容积产生的压力与开挖面处的地层压力保持平衡淤泥、淤泥混砂辅助措施第18页,共62页,编辑于2022年,星期三6.2.3 盾构几何尺寸的选定及盾盾构几何尺寸的选定及盾构千斤顶推力计算构千斤顶推力计算n主要指盾构外径D和盾构长度L、盾构灵敏度L/D。n最小建筑空隙值x nx=m=mnD=d+
9、2(x+)n=0.02+0.01(D-4)第19页,共62页,编辑于2022年,星期三2)盾构长度LnL=L0+L1+L2+L3nL0盾尾长度;nL1支承环长度;nL2切口环长度;nL3前檐长度。第20页,共62页,编辑于2022年,星期三3)盾构灵敏度L/D n经验数值:n小型盾构D=23m,L/D=1.5n中型盾构D=36m,L/D=1.00n大型盾构D=69m,L/D=0.75n特大型盾构D12m,L/D=0.450.75第21页,共62页,编辑于2022年,星期三4)盾构千斤顶推力计算n阻力包括:n盾构外表面与四周地层的摩阻力;n盾尾内壳与衬砌结构之间的摩阻力;n盾构切口部分刃口切入土
10、层的阻力;n盾构切口环切入土层时的正面阻力;n开挖面正面支撑阻力;n以及盾构自重引起的阻力,纠偏时的阻力,局部气压或泥水压力,阻力板阻力等。第22页,共62页,编辑于2022年,星期三日本盾构总推力经验公式第23页,共62页,编辑于2022年,星期三表6-2盾构总推力隧道名称直径D(m)长度L(m)灵敏度L/D重量W(t)盾构千斤顶(只数)(104N)盾壳厚度(mm)附注荷兰Vehicular9.175.730.6340030600070美国林肯隧道9.634.710.4930428644063=12.7美Brooklyn-battery9.634.710.4931528644063=12.7
11、美Queen-Midtown9.655.700.59285600比Antwerpen9.505.500.57627532640070Rotherhite9.355.490.586406700原苏联莫斯科地铁9.504.730.5340363500中国上海打浦路隧道10.206.630.65400408000中国上海延安东路隧道11.267.800.69480448800第24页,共62页,编辑于2022年,星期三6.3 盾构推进及衬砌拼装盾构推进及衬砌拼装n6.3.1 盾构推进盾构推进n已建隧道所采用过的大直径盾构,大部分都属于手掘式敞胸盾构或闭胸挤压盾构,或者是两者兼有的盾构。n技术先进的泥
12、水盾构或土压平衡盾构很少采用。n本节将主要介绍在松软含水地层中采用手掘式敞胸盾构施工,辅以气压,人工井点降水及其它地层加固措施,盾构开挖掘进时的几种施工方法。第25页,共62页,编辑于2022年,星期三1)人工井点降水加手工掘式敞胸盾构施工n人工井点降水,经济,适用于漏气量大的砂性土。n地下水位降低、疏干地层,增加土体强度,以保证开挖面稳定,盾构在地下水位以上通过,施工场地较干燥。n一般都采用喷射井点,深度曾用到27 m,使埋深为25 m的隧道能顺利开挖。第26页,共62页,编辑于2022年,星期三具体过程:n(1)先借助盾构千斤顶使盾构推进,将切口环部分切入地层,然后在切口环保护下进行土体开
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