盾构隧道施工原理及方法讲课课件.pptx
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1、1.盾构法的基本含义盾构法的基本含义 盾构施工法是盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进,在护盾使用盾构机在地下掘进,在护盾的保护下,在机内安全的进行开挖和衬砌作业,从而的保护下,在机内安全的进行开挖和衬砌作业,从而构筑成隧道的施工方法构筑成隧道的施工方法”。按照这个定义,盾构施工法是由稳定开挖面、盾按照这个定义,盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机掘进和衬砌三大部分组成。构机掘进和衬砌三大部分组成。一、盾构法施工的原理及方法一、盾构法施工的原理及方法 盾构法施工的概貌如图盾构法施工的概貌如图5-5-15-5-1所示。在隧道的一端建所示。在隧道的一端建造竖井或基坑,将盾构安装就位,盾构从竖井或基坑造竖
2、井或基坑,将盾构安装就位,盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发,在地层中沿着设计轴线,向另一竖的墙壁开孔出发,在地层中沿着设计轴线,向另一竖井或基坑的孔壁推进。井或基坑的孔壁推进。图 5-5-1 盾构法施工概貌图车站碴土储舱和料斗龙门吊车泥浆处理设备竖井皮带运输机盾构机螺旋输送机管片运输车泥浆注入车斗车电瓶车2.2.盾构法施工的原理和过程盾构法施工的原理和过程3.3.密封式密封式(平衡平衡)盾构机的组成盾构机的组成盾构机组成(2)压力舱压 力 测试搅拌系统压力控制加浆系统(3)排土、排泥系统排土器排浆管路搅拌装置加浆装置(4)推进装置千斤顶选型和配置工作速度安全锁总推力千斤顶行程压力垫盾 构 机通用
3、装置轴承止水带(1)刀 盘超挖装置刀盘开口旋转速度形 式润滑装置刀 头旋转力矩支承方式(6)附属装置盾尾止水装置壁后注浆装置开挖面崩坏探测装置锁定装置测量装置后方台车接头装置起重臂真圆保护(5)管片组装装置油压机油油压机油压管路(7)油压装置KBBA管 片AAA管片的组装顺序K管片(封顶块)的嵌入半径方向插入型BKKBBB盾构机是根据每一施工区段设计的专用设备盾构机是根据每一施工区段设计的专用设备盾构施工不可退后盾构施工不可退后对施工的要求精度高对施工的要求精度高机械化程度高机械化程度高对周围环境的影响较小对周围环境的影响较小2.盾构施工的特点盾构施工的特点 初期的盾构法是简易护盾下的人工掘进
4、或机械开初期的盾构法是简易护盾下的人工掘进或机械开挖的形式,机械化程度低挖的形式,机械化程度低,不能稳定开挖面。不能稳定开挖面。经过多年对盾构技术的研究开发和应用,已演变经过多年对盾构技术的研究开发和应用,已演变成现在非常盛行的泥水平衡式和土压平衡式两种盾成现在非常盛行的泥水平衡式和土压平衡式两种盾构机。这两种机型的最大优点是在开挖功能中考虑构机。这两种机型的最大优点是在开挖功能中考虑了稳定开挖面的措施,将盾构施工法中的三大要素了稳定开挖面的措施,将盾构施工法中的三大要素的前两者联系融为一体,无需辅助施工措施。并通的前两者联系融为一体,无需辅助施工措施。并通过使用不同类型的过使用不同类型的刀具
5、刀具刀具刀具,就能适应地质情况变化范,就能适应地质情况变化范围较广的地质条件。围较广的地质条件。5.盾构机和盾构法的发展史盾构机和盾构法的发展史 砾石、岩石等硬质围岩时的刀头大砾石、岩石时多采用刀轮式刀头刀头的固定方式焊接螺栓式插入式焊接式 稳稳定定开开挖挖面面技技术术的的历历史史,是是从从“无无”到到“气气”,再再演演变变到到泥泥水水式式的的“水水”和和土土压压式式的的“土土”。“开开挖挖面面稳稳定定”和和“盾盾构构开开挖挖”的的技技术术已已达达到到较较完完善善的的地地步步。目目前前盾盾构构一一般般指指密密封封式式泥泥水平衡式和土压平衡式盾构。水平衡式和土压平衡式盾构。盾构技术的发展动向:超
6、大断面盾构、多圆盾构技术的发展动向:超大断面盾构、多圆盾构、异型盾构,加上在衬砌和开挖方面使用盾构、异型盾构,加上在衬砌和开挖方面使用了挤压混凝土衬砌技术,以及自动测量技术,了挤压混凝土衬砌技术,以及自动测量技术,计算机自动管理系统等。计算机自动管理系统等。1.盾构机的种类盾构机的种类 按开挖面与作业室之按开挖面与作业室之间的隔墙构造分为:全开间的隔墙构造分为:全开敞式、半开敞式及密封式敞式、半开敞式及密封式三种。三种。二、盾构机的种类和构造二、盾构机的种类和构造(1)全开敞式全开敞式 全开敞式盾构机是指没有隔墙、开挖面敞露状态全开敞式盾构机是指没有隔墙、开挖面敞露状态的盾构机。根据开挖方式的
7、不同,又分为手掘式、半的盾构机。根据开挖方式的不同,又分为手掘式、半机械化式及机械式三种。这种盾构机适用于开挖面自机械化式及机械式三种。这种盾构机适用于开挖面自稳性好的围岩。在遇到开挖面不能自稳的地层时,则稳性好的围岩。在遇到开挖面不能自稳的地层时,则需进行地层超前加固等辅助施工方法,以防止开挖面需进行地层超前加固等辅助施工方法,以防止开挖面坍塌。坍塌。a.手掘式盾构机手掘式盾构机 手掘式盾构机的正面是开敞的,通常设置防止开手掘式盾构机的正面是开敞的,通常设置防止开挖顶面塌陷的活动前檐及上承千斤顶、工作面千斤顶挖顶面塌陷的活动前檐及上承千斤顶、工作面千斤顶及防止开挖面塌陷的挡土千斤顶。开挖采用
8、铁锹、镐、及防止开挖面塌陷的挡土千斤顶。开挖采用铁锹、镐、碎石机等开挖工具,人工进行。碎石机等开挖工具,人工进行。图 5-5-2 手掘式盾构构造b.半机械式盾构机半机械式盾构机 半机械式盾构机进行开挖及装运石碴都采用专用半机械式盾构机进行开挖及装运石碴都采用专用机械,配备液压铲土机、臂式刀盘等挖掘机械和皮带机械,配备液压铲土机、臂式刀盘等挖掘机械和皮带运输机等出碴机械,或配备具有开挖与出碴双重功能运输机等出碴机械,或配备具有开挖与出碴双重功能的机械。的机械。图5-5-3 半机械式盾构构造c.机械式盾构机机械式盾构机 机械式盾构机前面装备有旋转式刀盘,增大了盾机械式盾构机前面装备有旋转式刀盘,增
9、大了盾构机的挖掘能力,开挖的土砂通过旋转铲斗和排土可构机的挖掘能力,开挖的土砂通过旋转铲斗和排土可以连续进行,缩短了工期,减少了作业人员。以连续进行,缩短了工期,减少了作业人员。图 5-5-4 机械式盾构构造(2)半开敞式半开敞式 是指挤压式盾构机,它是在开放型盾构的切口环是指挤压式盾构机,它是在开放型盾构的切口环与支撑环之间设置胸板,以支挡正面土体,但在胸板与支撑环之间设置胸板,以支挡正面土体,但在胸板上有一些开口,当盾构向前推进时,需要排出的土体上有一些开口,当盾构向前推进时,需要排出的土体将从开口处挤入盾构内,然后装车外运,见图将从开口处挤入盾构内,然后装车外运,见图5-5-55-5-5
10、。这种盾构适用于软弱粘土层,在推进过程中要引起较这种盾构适用于软弱粘土层,在推进过程中要引起较大的地面隆起。大的地面隆起。图5-5-5 部分开放型盾构构造(3)密封式密封式 是指在机械开挖式盾构机内设置隔墙,进入刀盘是指在机械开挖式盾构机内设置隔墙,进入刀盘与隔墙土仓的土体,由泥水压力或土压提供足以使开与隔墙土仓的土体,由泥水压力或土压提供足以使开挖面保持稳定的压力。密封式盾构机根据仓内压力平挖面保持稳定的压力。密封式盾构机根据仓内压力平很衡的形式又分成局部气压式、泥水平衡和土压平衡很衡的形式又分成局部气压式、泥水平衡和土压平衡式几种。式几种。局部气压式盾构局部气压式盾构 在在机机械械式式盾盾
11、构构支支承承环环的的前前边边装装上上隔隔板板,使使切切口口环环成成为为一一个个密密封封舱舱,其其中中充充满满压压缩缩空空气气,达达到到疏疏干干和和稳稳定定开开挖挖面面土土体体的的作作用用,见图见图5-5-65-5-6。图5-5-6 局部气压式盾构构造 由于这种盾构是靠压缩空气对开挖面进行密封,由于这种盾构是靠压缩空气对开挖面进行密封,故要求地层透水性小,渗透系数故要求地层透水性小,渗透系数K K小于小于110-5m/s110-5m/s。另外,这种盾构在密封舱、盾尾及管片接缝处易另外,这种盾构在密封舱、盾尾及管片接缝处易产生漏气,引起工作面土体坍塌,造成地面降陷。产生漏气,引起工作面土体坍塌,造
12、成地面降陷。土压平衡式盾构土压平衡式盾构 土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾构。它的前端有一个全断面切削刀盘,在它后面有一构。它的前端有一个全断面切削刀盘,在它后面有一个贮留切削土体的密封舱,在其中心处或下方装有长个贮留切削土体的密封舱,在其中心处或下方装有长筒形的螺旋输送机,在密封舱和螺旋输送机,以及在筒形的螺旋输送机,在密封舱和螺旋输送机,以及在盾壳四周装设的土压传感装置,根据需要还可装设改盾壳四周装设的土压传感装置,根据需要还可装设改善切削土体流动性的塑流化材料的注入设备。善切削土体流动性的塑流化材料的注入设备。泥水加压式盾构泥水加压式盾
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