盾构法施工

盾构法
盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。

盾构（shield ）是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。

钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶；钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。

盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装（或现浇）一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。

盾构推进的反力由衬砌环承担。

盾构施工前应先修建一竖井，在竖井内安装盾构，盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。

按盾构断面形状不同可将其分为：圆形、拱形、矩形、马蹄形4种。

圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好，衬砌拼装简便，可采用通用构件，易于更换，因而应用较为广泛；按开挖方式不同可将盾构分为：手工挖掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式3种；按盾构前部构造不同可将盾构分为：敞胸式和闭胸式2种；按排除地下水与稳定开挖面的方式不同可将盾构分为：人工井点降水、泥水加压、土压平衡式，局部气压盾构，全气压盾构等。

盾构法的主要优点：除竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪声和振动影响；盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也比较少；土方量少；穿越河道时不影响航运；施工不受风雨等气候条件的影响；在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性。

盾构法施工一、盾构法施工的原理及方法1. 盾构法的基本含义盾构施工法是“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、盾构机挖掘和衬砌三大部分组成。

盾构法施工的概貌如图5-5-1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。

盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已经拼装好的衬砌管片上。

盾构机是这种施工方法中主要的施工机具。

碴土储舱和料斗图5-5-1 盾构法施工概貌图2. 盾构法施工的原理和过程调录像3. 密封式(平衡)盾构机的组成插盾构机组成及管片两个图4. 盾构法的特点a. 地下铁道盾构法施工是在城市浅埋地下作业，不影响地面交通，减少对附近居民的噪音和振动影响；b. 施工费用不受埋深的影响，有较高的技术经济优越性；c. 盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，易于管理，施工人员较少；d. 穿越江、河、海时，不影响航运，施工不受风雨等气候条件的影响；e. 但尺寸大小不能改变；f. 盾构施工不可后退。

5. 盾构机和盾构法的发展史初期的盾构法是用手掘式或机械开挖式盾构机，结合使用压气施工方法保证开挖面稳定，进行开挖，在地下水较丰富的地区，用注浆法进行止漏，而对软弱地层，则采用掌子面封闭式施工。

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刀具，就能适应地质情况变化范围较广的地质条件。

插刀具图盾构法施工开挖面稳定技术的历史，是从压气施工法的“气”演变到泥水式的“水”和土压式的“土”。

“开挖面稳定”和“盾构开挖”的技术已达到较完善的地步。

第 6 章盾构施工技术第一节概述一、基本原理盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。

先在隧道的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。

盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔洞推进。

盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌、再传到竖井或基坑的后靠壁上。

●盾构是进行土方开挖、正面支护和隧道衬砌结构安装的施工机具●盾构是一个既能支承地层压力，又能在地层中推进的钢筒结构●钢筒的前面设置各种支撑和挖土装置钢筒的中段周圈内安装顶进千斤顶钢筒的尾部可安置数环隧道衬砌●盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。

二、国外盾构施工技术发展概述1. 人工开挖盾构的发明世界上第一条人工开挖盾构隧道是由Mare Brunel和他的儿子—起在伦敦泰晤士河下建成的。

该盾构呈矩形（11.6m宽，7m高），总共只有366m长的隧道耗时20年左右，曾经历很大困难，出现过五次以上涌水。

1869年，James Henry Greathhead采用圆形敞开式盾构在泰晤士河下再建了一条外径为2.18m的行人隧道，该隧道衬砌是铸铁管片，隧道在不透水的粘土层中掘进，无地下水威胁，因此进展相当顺利。

1886年，Greathead在建造伦敦地铁时首次使用了压缩空气盾构，解决了在含水地层中修建隧道的问题。

2.机械化盾构的问世1876年：第一台机械化盾构的专利出现。

第一台机械化盾构的设想是用由几块板构成的半球状刀盘旋转切削土体，然后靠径向转动的土斗将切削下来的土体运到皮带输送机上。

1896年，J．Price的专利比第一台盾构有较大改进，刀盘由若干轮辐构成，电动驱动由长轴传递，其外形也与现代盾构较为接近。

早期的盾构技术在英国发明并得到发展并不是偶然的事件，由于19世纪和20世纪上半叶，英国是全球最强盛的工业化国家，而对隧道掘进来讲，伦敦的粘土可说是地球上较理想的土层，因此，由当时最发达的国家率先在较理想的土层中发展盾构技术是合乎技术发展的逻辑的。

第五章盾构法施工第一节概述盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。

盾构是与隧道形状一致的盾构外壳内，装备着推进机构、挡土机构、出土运输机构、安装衬砌机构等部件的隧道开挖专用机械。

采用此法建造隧道，其埋设深度可以很深而不受地面建筑物和交通的限制。

近年来由于盾构法在施工技术上的不断改进，机械化程度越来越强，对地层的适应性也越来越好。

城市市区建筑公用设施密集，交通繁忙，明挖隧道施工对城市生活干扰严重，特别在市中心，若隧道埋深较大，地质又复杂时，用明挖法建造隧道则很难实现。

而盾构法施工城市地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道具有明显优点。

此外，在建造水下公路和铁路隧道或水工隧道中，盾构法也往往以其经济合理而得到采用。

盾构法是一项综合性的施工技术。

盾构法施工的概貌如图5－1 所示。

构成盾构法的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。

盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔洞推进。

盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。

盾构是一个能支承地层压力，又能在地层中推进的圆形、矩形、马蹄形及其他特殊形状的钢筒结构，其直径稍大于隧道衬砌的直径，在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌环。

盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。

盾构是进行土方开挖正面支护和隧道衬砌结构安装的施工机具，它还需要其它施工技术密切配合才能顺利施工。

主要有：地下水的降低；稳定地层、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；隧道衬砌结构的制造；地层的开挖；隧道内的运输；衬砌与地层间的充填；衬砌的防水与堵漏；开挖土方的运输及处理方法；配合施工的测量、监测技术；合理的施工布置等。

盾构法(Shield Method)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

1简介2条件3特点优点缺点4施工步骤5施工工序▪土层开挖▪推进纠偏▪衬砌拼装▪衬砌压注6发展简介【shield tunnelling method】指的是利用盾构进行隧道开挖，衬砌等作业的施工方法。

用盾构在软质地基或破碎岩层中掘进隧洞的施工方法。

盾构是一种带有护罩的专用设备，利用尾部已装好的衬砌块作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。

盾构是1874年发明，首先用的是气压盾构。

开挖英国伦敦泰晤士河水底隧道。

[1] 盾构机掘进的出碴方式有机械式和水力式，以水力式居多。

水力盾构在工作面处有一个注满膨润土液的密封室。

澎润土液既用于平衡土压力和地下水压力，又用作输送排出土体的介质。

盾构既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。

盾构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。

它包括三部分：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。

大多数盾构的形状为圆形，也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形式。

盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，适合在软土地基段施工。

例如深圳地铁一期工程初步设计有三处采用盾构法施工，即罗湖-国贸区间，皇岗-福民区间，福民-金田区间。

这几处均为软土地段，且具备盾构法施工的基本条件。

2条件在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深时，可以采用盾构法，即，1、线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井；2、隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m且不小于盾构直径；[2]3、相对均质的地质条件；4、如果是单洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建（构）筑物之间所夹土（岩）体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m,竖直方向1.5m；5、从经济角度讲，连续的施工长度不小于300m。

盾构法盾构法所属现代词，指的是在地层中修建隧道和大型管道的一种暗挖式施工方式。

目录盾构法正文采纳为施工机具，在地层中修建和大型管道的一种暗挖式施工方式。

施工时在盾构前端切口环的掩护下开挖土体，在盾尾的掩护下拼装衬砌（管片或砌块）。

在挖去盾构前面土体后，用盾构千斤顶顶住拼装好衬砌，将盾构推动到挖去土体空间内，在盾构推动距离达到一环衬砌宽度后，缩回盾构千斤顶活塞杆，然后进行衬砌拼装，再将开挖面挖至新的进程。

如此循环交替，慢慢延伸而建成隧道（图1）。

历史和进展用盾构法修建隧道已有150余年的历史。

最先进行研究的是法国工程师.布律内尔，他由观看船蛆在船的木头中钻洞，并从体内排出一种粘液加固洞窟的现象取得启发，在1818年开始研究盾构法施工，并于1825年在英国伦敦泰晤士河下，用一个矩形盾构建造世界上第一条水底隧道(宽米、高米)。

在修建进程中碰到专门大的困难，两次被河水淹没，直至1835年，利用了改良后的盾构，才于1843年完工。

其后.巴洛于1865年在泰晤士河底,用一个直径米的圆形盾构建造隧道。

1847年在英国伦敦地下铁道城南线施工中，英国人.格雷特黑德第一次在粘土层和含水砂层中采纳气压盾构法施工，并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的间隙，制造了比较完整的气压盾构法施工工艺，为现代化盾构法施工奠定了基础，增进了盾构法施工的进展。

20世纪30～40年代，仅美国纽约就采纳气压盾构法成功地建造了19条水底的道路隧道、地下铁道隧道、煤气管道和给水排水管道等。

从1897～1980年，活着界范围内用盾构法修建的水底道路隧道已有21条。

德、日、法、苏等国把盾构法普遍利用于地下铁道和各类大型地下管道的施工。

1969年起，在英、日和西欧各国开始进展一种微型盾构施工法，盾构直径最小的只有1米左右,适用于城市给水排水管道、煤气管道、电力和通信电缆等管道的施工。

中国于第一个五年打算期间，第一在辽宁阜新煤矿，用直径米的手掘式盾构进行了疏水巷道的施工。

《市政工程》知识点：盾构法施工1盾构法施工1、盾构是通常用来开挖土砂类围岩的隧道施工机械，由切口环、支撑环及盾尾三部分组成，也移盾构机械。

2、盾构法是用盾构壳体防止围岩的土砂坍塌，进行开挖、推进，并在盾尾进行衬砌作业从而修建隧道的方法。

3、盾构机的种类繁多，按开挖面是否封闭划分为密闭式和敞开式二类，按平衡开挖面的土压力与水压的原理不同，密闭式盾构机又可分为土压式与泥水式二种。

国内用于地铁工种的盾构主要是土压式和泥水式两种。

以下仅限于密闭式盾构机械。

4、城市地铁一般利用车站的端头作为始发或到达的工作井。

5、盾构掘进由始发工作开始到隧道贯通、盾构机进入到达工作井，一般经过始发、初始掘进、转换、正常掘进、到达掘进五个阶段。

6、盾构掘进控制的目的是确保开挖面稳定的同时，构筑隧道结构、维持隧道线形、及早填充盾尾空隙。

施工前必须根据地质条件、隧道条件、环境条件、设计要求等，在试验的基础上，确定具体控制内容和参数，施工中根据量测监控的各项数据调整控制参数。

7、密闭式掘进控制内容：P82页表控制要素内容开挖泥水式开挖面稳定泥水压、泥浆性能排土量土压式开挖面稳定土压、塑流化改良排土量盾构参数线形盾构姿态、位置倾角、方向、旋转铰接角度、超挖量、蛇行量注浆注浆状况注浆量、注浆压力注浆材料一次衬砌管片拼装真圆度、螺栓紧固扭矩防水漏水、密封条压缩量不足、裂缝隧道中心位置8、初始掘进特点：1）由于通常在始发工作井内拼装临时管片，故向隧道内运送施工材料的通道狭窄。

2）由于初始掘进处于试掘进状态，因此施工速度受到制约。

9、初始掘进的主要任务：收集盾构掘进数据及地层变形量测量数据，判断土压、注浆量、注浆压力等设定值是否适当，并通过测量盾构与衬砌的位置，及早把握盾构掘进方向控制特性，为正常掘进控制提供依据。

10、决定初始掘进长度有二个因素：一是衬砌与周围地层的磨擦阻力，二是后继台车长度。

11、初始掘进一完成，应拆除临时管片、临时支撑、反力架和基座等，始发工作井内空间变得宽阔，将后继台车搬入隧道内。

06盾构法施工流程一、盾构系统组装、调试工艺流程1、盾构组装、调试流程图2、施工工序及各项准备工作要点在始发盾构系统组装时，将盾构分段吊放置始发井底的始发台上组装调试，组装顺序为：拖车下井→后移→连结桥下井→后移→主机下井组装→与连结桥、拖车连结→连结其它部件。

（1）车站底板放置的始发台精确定位后及后配套拖车处的轨道铺设完成后，方可进行盾构的下井组装。

（2）各节拖车下井顺序为：拖车起吊→轮对安装→拖车下井→风管下井→拖车后移→连接桥。

（3）主机下井顺序为：螺旋输送机→前体→中体→刀盘→管片安装机→盾尾。

中体、前体、刀盘、盾尾。

编制吊装方案批复后实施。

（4）反力架与负环管片的下井、安装、定位。

（5）主机后移与前移的后配套连接，然后连接液压和电气管路。

（6）盾构机组装顺序如下图图1、组装始发台、托架图2、组装后配套拖车图3、装设备桥图4、组装前体与中体图5、组装刀盘图6、组装盾尾图7、设备连接、安装反力架` 图8、完成组装（7）盾构机调试①空载调试盾构机组装和连接完毕后，即可进行空载调试，空载调试的目的主要是检查设备是否能正常运转。

主要调试内容为：液压系统、润滑系统、冷却系统、配电系统、注浆系统，泥浆系统，以及各种仪表的校正。

电气部分运行调试：检查送电→检查电机→分系统参数设置与试运行→整机试运行→再次调试。

液压部分运行调试：推进和铰接系统→螺旋输送机→管片安装机→管片吊机和拖拉小车→泡沫、膨润土系统和刀盘加水→注浆系统→皮带机(泥浆系统)等。

②负载调试空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负载调试。

负载调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力；对空载调试不能完成的工作进一步完善，以使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。

通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。

3、监理工程师和建设单位对下列工序进行验收4、端头加固盾构始发及接收前应做好端头加固工作，端头加固采用地面垂直注浆方式或洞内水平加固注浆方式，改良端头土体，提高端头强度，堵塞颗粒的间隙和地层的水，确保盾构机始发和到达的安全。

盾构法（TBM）是一种常用于地下隧道施工的先进工艺。

它是一种机械化施工方法，使用特殊设备，称为盾构机，来推进隧道的同时，进行地层的掘进和围岩的支护。

盾构法施工工艺在隧道工程中具有许多优点，包括高效、安全和环保等方面。

盾构机的工作原理是借助盾构管片的支撑，通过推进装置将盾构机沿着隧道轴线推进。

盾构机主要由推进装置、掘进装置和周边设备组成。

推进装置负责推进盾构机，掘进装置则负责地层的掘进和围岩的支护。

整个施工过程中，掘进装置同时进行导孔、掘进和衬砌的操作，保证隧道的安全和机械化施工的高效。

盾构法施工工艺主要包括以下几个步骤：1. 现场准备和勘察：在开始施工之前，需要进行现场准备工作，包括场地平整、设施搭建和施工前的勘察工作。

勘察工作主要是确定地下地层情况，包括土质、水位和岩石等信息，为隧道施工提供基础数据。

2. 盾构机组装和调试：在准备阶段完成后，需要将盾构机送至工地，并进行组装和调试。

盾构机组装完成后，需要进行一系列的测试和调试工作，确保盾构机的各个部件和系统正常运行。

3. 导孔和掘进：当盾构机准备就绪后，可以开始进行导孔和掘进工作。

导孔是在隧道前端钻孔并设置预制管片，以便盾构机通过。

掘进工作则是通过盾构机的推进装置将盾构机沿着隧道轴线推进，同时进行掘进和支护。

4. 围岩支护：在掘进的同时，需要进行围岩的支护工作，以保证隧道的稳定和安全。

常用的围岩支护方式包括钢拱、喷射混凝土和预制管片等，根据地层情况和设计要求选择合适的支护方式。

5. 衬砌施工：当盾构机达到设计要求的位置后，可以进行衬砌施工。

衬砌是为了保护隧道的内壁，并确保隧道结构强度和密封性。

常用的衬砌材料包括预制管片、钢筋混凝土和涂料等。

盾构法施工工艺具有许多优点。

首先，相对于传统的施工方法，盾构法可以大大缩短施工周期。

其次，由于盾构机主要是在地下施工，所以可以减少地上的干扰和对交通的影响。

此外，盾构法还能减少对环境的破坏，因为施工过程中的噪音、振动和颗粒物排放等都可以得到有效控制。

盾构法施工技术4.1 盾构法的概念及特点4.1.1 盾构法的概念盾构法是地下暗挖施工中一种全机械化的施工方法,在我国和日本,习惯上将用于软土地层的全断面隧道掘进机称为盾构机,它由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大部分组成。

盾构法施工是将盾构机械在地中推进,通过盾构机外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌,同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖,通过出土机械运出洞外,靠千斤顶在后部加压顶进,并拼装预制混凝土管片,形成隧道结构的一种机械化施工方法。

盾构机与TBM的主要区别就是具备泥水压、土压等维护掌子面稳定的功能。

盾构施工主要由稳定开挖面、掘进及排土、管片衬砌及壁后注浆三大要素组成,其中开挖面的稳定方法是盾构机工作原理的主要方面,也是盾构机区别于TBM的主要方面。

4.1.2 盾构法施工技术发展史4.1.2.1 国外盾构法施工技术发展史盾构法修建隧道已有150余年的历史。

最早研究盾构法施工的是法国工程师M.I.布律内尔,他由观察船蛆在船的木头中钻洞,并从体内排出一种黏液加固洞穴的现象得到启发,在1818年开始研究盾构法施工,并于1825年在英国伦敦泰晤士河下,用一个矩形盾构机建造了世界上第一条水底隧道(宽11.4m、高6.8m)。

该水底隧道在修建过程中遇到很大困难,两次被河水淹没,直至1835年使用了改良后的盾构机,才于1843年完工。

其后P.W.巴洛于1865年在泰晤士河底,用一个直径2.2m的圆形盾构机建造隧道。

1847年,在英国伦敦地下铁道城南线施工中,英国人J.H.格雷特黑德第一次在黏土层和含水砂层中采用气压盾构法施工,并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的空隙,创造了比较完整的气压盾构法施工工艺,为现代化盾构法施工奠定了基础,促进了盾构法施工的发展。

20世纪30—40年代,仅美国纽约就采用气压盾构法成功建造了19条水底道路隧道、地下铁道隧道、煤气管道和给水排水管道等。

从1897—1980年,世界范围内采用盾构法修建的水底道路隧道已有21条,德、日、法、苏等国把盾构法广泛应用于地下铁道和各种大型地下管道施工。