地铁盾构隧道施工技术简介

3、盾构施工组织
3.1 盾构施工场地与交通疏解
一台盾构始发场地面积约2500~3000 m2 ，两台盾构始 发场地面积4000~5000 m2 ，接收场地800~1000 m2 左右。 看似合理的施工组织方案，有时因没有合适的施工场地 而改变。盾构井一般是沿线路中线设置的，在城市中心区因 交通疏解要求往往导致场地较小，过小时影响施工场地的合 理布置如弃土场、注桨材料储存、管片堆场、施工人员的生 产生活安排等，降低劳动生产率。因交通疏解、管线等条件 限制盾构井设置在线路中线一侧时，盾构机始发周期延长， 弃土、管片等洞内运输作业效率下降。
2、盾构机选型
2.2 盾构机的适用范围
土压平衡盾构机 土压平衡盾构是在泥水加压盾构基础上开发的一种新型盾构。 主要由盾壳、开挖机构、推进机构、排土机构、拼装机构及附属装 置组成。土压平衡盾构通过对压管理，保持土压或土碴量的相对平 衡与稳定来进行工作。 广泛适用于对冲积粘土、洪积粘土砂质土、砂、砂砾、卵石等 地质的施工，不需分离装置，占地面积少，施工时的覆土层可相对 较浅。 主要生产厂商有：日本川崎重工、德国海瑞克公司、加拿大罗 浮特 (lovat)公司等。
仅有几根幅条，同时幅条后 均设有搅拌叶片，土、砂流 动顺畅，不易堵塞。 不能加滚刀，刀头形式及数 量较少。
砂卵石适应性 适应性强，必要时可加滚 （粒径＞15cm） 刀。 刀盘扭矩
刀盘扭矩阻力大，需增加 设备能力，造价高。
刀盘扭矩阻力小，设备造价 低
在隧道内更换刀头时安全性 差，加固土体费用高。
隧道内刀头更换 由于有面板，在隧道内更 安全性 换刀头时安全可靠。
2、盾构机选型
2.3 盾构选型的特点
2、盾构机在地下的施工是不可后退的。当盾构 机在地下开始掘进施工后，就很难对盾构机的结 构组成进行修改。除刀头等部位可以通过特殊的 设计得到更换以外，盾构刀盘、压力舱、排土器、 推进系统等很难在施工过程中进行修改。
由此可见，盾构机的设计、制作从根本上决定了隧道施 工的成功与否，是盾构隧道施工的关键环节。为了设计最 为合理的盾构机械就必须进行周密的盾构选型工作。
2、盾构机选型
2.4 盾构机选型及定购的依据
土质条件、岩性 开挖面稳定 隧道埋深、地下水位 设计隧道的断面 环境条件、沿线场地 衬砌类型 工期；造价 辅助工法 设计路线、线形、坡度 电气等其他设备条件
2、盾构机选型
[调查项目] 周 围 条 件
• • • • • 土地利用状况 将来计划 道路种类、交通状况 施工用地状况 河川、湖沼等的状况
2、盾构机选型
2.2 盾构机的适用范围
泥水加压平衡盾构机 泥水加压平衡盾构由盾壳、开挖机构、推进机构、送排泥浆机 构、拼装机构及附属装置组成。是目前各种盾构中最复杂、价格最 贵的一种。 适用范围较大，多用于含水率高的软弱土质中，是一种低沉降、 较安全的施工机械，对稳定的地层优点尤为明显，其工作效率要高 于土压平衡盾构机，但随着土砂百分比的增加，会出现泥水分离难 度增大的不足。 泥水平衡盾构机的主要生产厂商有：日本川崎重工、三菱重工、 小松盾构以及德国的海瑞克公司等。
3、盾构施工组织
3.2 盾构掘进速度与施工长度
以下情形采用实际指标或偏低的掘进指标： 穿越江河段选用泥水平衡盾构机时； 穿越硬岩段选用复合式盾构机时； 连续穿过建（构）筑物保护区段； 长距离曲线地段特别是小半径曲线地段； 盾构施工多个短区间； 盾构机有超前钻探或超前注浆作业； 长距离砂层地段； 盾构井不在线路正上方； 与车站、铺轨施工工期重叠时间较长。
地铁盾构隧道
施工技术简介
主要内容
1、概述
2、盾构机选型 3、盾构施工组织
1、1 盾构掘进机的特点 1、2 盾构技术的发展 2.1盾构分类
2.2适用范围
2.3选型特点
2.5刀盘面板分类
2.4 盾构机选型及定购依据 3.1 场地与交通疏解
3.2 掘进速度与施工长度
3.3 盾构与车站施工干扰 3.4 盾构管片供应 3.5 盾构通过特殊地段 3.6 盾构铺轨基地 4.2 盾构进、出洞 5.2 土压平衡盾构掘进
障 碍 物
• 地上、地下建筑物 • 埋设物 • 水井、废井 • 旧建筑物、临时建筑 • 其它
2、盾构机选型
[论证项目]
开 挖 面 稳 定 性
•自立性 •地层构成 •支护方式
2.4 盾构机选型及定购的依据
续上图
• 地下水污染、 地下水枯竭 • 振动、噪声 • 日照、景观 • 交通 • 障碍物处理 • 开挖土的处理 • 开挖土的搬运 • 施工用地
1、概述
1.2 盾构技术的发展
第一代盾构:
Brunel盾构
伦敦Blackwall盾构隧道
1、概述
1.2 盾构技术的发展
第二代盾构:
网格式盾构
插刀盾构
1、概述
1.2 盾构技术的发展
第二代盾构:
网格式盾构可分为干出土与水力出土两种类型，结构简单、操作方 便，便于排除正面障碍物。基本构造分为：盾构壳体、推进系统、拼 装系统及出土系统、控制系统等。 水力出土特点： 网 格：适合水力冲刷的网格和封板组成切口支承形式。 泥水舱：盾构切口后部的隔墙板与网格间为泥水舱，该舱可供土体 冲刷成泥水，舱底设置泥水排出管口。 冲刷水枪：用于冲刷土体的旋转水枪。 水力输送机具：舱内的泥水通过管路进行输送排放。
2、盾构机选型
2.1 盾构分类
开敞式又可细分为人工开挖盾构、半机械开挖盾构、机械开挖盾构； 半开敞式有挤压盾构和网格盾构之分，而封闭式则可进一步分为泥水加 压平衡盾构(含直接控制型、间接控制型两种)、土压平衡盾构(包括普通 型、加泥型、加水型、泥浆型等种类)。还有将两种类型复合在一起的复 合型，也包括泥水型、土压型、敞开型等多种，此外，还有适用于城市 地下工程，如市政供排水、电缆管道建设的微型盾构。而目前作为主流 技术的，主要有泥水加压平衡盾构机、土压平衡盾构机、复合型盾构机、 TMB掘进机和微型盾构机五种。
1、概述
1.1盾构掘进机的特点
现代盾构掘进机集液压、机电控制、测控、计算机、 材料等各类技术于一体，属于技术密集型产品，其生产 主要集中在日本、德国、英国、美国、加拿大等少数发 达国家，其中又以德国、美国、日本技术最为先进。 盾构施工法与矿山法相比具有的特点是地层掘进、 出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等 主要作业都在盾构保护下进行，工艺技术要求高、综合 性强（土建、机械)。
2、盾构机选型
2.3盾构选型的特点
1、与其它隧道施工方法不同，盾构机是根 据每一个施工区段的地质条件、地下水条件、 隧道断面大小、区间线路条件、周围建筑物环 境等条件进行设计制作。所以，盾构机不是通 用机械，而是针对于某种特定地质条件的专用 机械。也就是说一般很难将盾构机转用到设计 隧道以外的工程中加以利用。
盾构机选型流程图
• • • • 开挖面的稳定 • 长距离施工 地基变形 出发到达部的保护 • 急曲线施工 周围建筑物的保护 • 障碍物
注：选择开挖 方式时请参照 解说表盾构形 式与土质
[比较论证]
安 全
• 开挖面稳 定 • 地基变形
经 济 • 推进 • 衬砌
工 期
• 环境保护 • 操作环境
• 盾构 • 相关措 施
4、组装、调试；进出洞 4.1组装及调试流程 5、盾构掘进技术 5.1泥水平衡盾构掘进
6、盾构管片制作应用举例
1、概述
1.1盾构掘进机的特点
盾构掘进机（简称盾构）是地面下暗挖施工隧道的 专用工程机械，具有一个可以移动的钢结构外壳(盾 壳)，内装有开挖、排土、拼装和推进等机械装置， 可以进行开挖、支护、衬砌等多种作业一体化施工， 广泛应用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程 建设。目前，在欧美等工业发达国家使用盾构机进行 施工的城市隧道占90%以上。
2.4 盾构机选型及定购的依据
计 划
盾构机选型流程图
环 境 条 件
• 噪声、振动 • 地基变形 • 地下水利用 • 施工垃圾处理 • 住房、文物等
• 地层构成 地 • 地下水位（头）分布 质 • 缺氧气体、有害气体 条 的有无 件 • 各层的工程性质（强 度特性、变形特性、 透水性）
设计条件整理 断面形状尺 寸 延长 覆土 线路 工期
2、盾构机选型
2.2 盾构机的适用范围
组合式盾构机：组合式盾构机开挖面稳定，施工方法可视土 质情况的变化而转换，因此适应范围较广，根据需要可以从土压平 衡转换为泥水加压方式，土料输送可由螺旋输料器转为泥浆及管道 输送。有一定知名度的产品有川崎重工推出的直径为10.2m组合式 盾构机产品；德国的海瑞克出品的直径为14.2m的盾构机。 全断面硬岩掘进机（TBM掘进机）：全断面硬岩掘进机是由盾 构技术发展而来。通常适用于硬基地层。特点是稳定性良好、施工 速度快、隧道成型好、对周围环境影响小。 微型盾构机：行业内通常把直径小于3m的盾构称为微型盾构。 主要用于市政供排水管道，电缆管道等的建造。
刀具磨损严重
2、盾构机选型
2.4 盾构机选型及定购的依据
盾构选型与地层关系 （2）渗透系数与岩性、粒径
2、盾构机选型
面板式刀盘
2.5刀盘面板分类
辐条式刀盘
2、盾构机选型
刀盘型式的选择
刀盘形式 面 比较项目 砂、土适应性 （粒径＜15 cm ） 板
2.5刀盘面板分类
刀盘特性比较
式 幅 条 式
由于开挖面土体受面板开 口影响，进入密封舱内不 顺畅，易粘结，易堵塞。
1、概述
1.2 盾构技术的发展
盾构作为一种安全、快速的隧道掘进技术，经历了四个 发展阶段： 以布鲁诺尔（Brunel，1818)盾构为代表的初期盾构； 以机械式、气压式、网格式盾构代表的第二代盾构； 以闭胸式盾构为代表（泥水式、土压式）的第三代盾构； 以异型化、多功能、综合化为各自特色的第四代盾构。
盾构机选型流程图
环 境 保 护
可能适用的方式选择 闭胸式 敞胸式
土压 平衡式 土 泥 土 压 压 式 式 泥 手 水 掘 加 压 式 式
地 • 影响范围 基 • 水平、铅直变形 条 件 • 临近建筑物变形
半 机 械 式
机 械 式
其 他
2、盾构机选型
2.4 盾构机选型及定购的依据
续上图
施工措施的论证
3、盾构施工组织
3.3 盾构与车站施工干扰
• 推 进 • 衬 砌
• 相关措施
综合评价 方法的选择
2、盾构机选型
2.4 盾构机选型及定购的依据
盾构选型与地层关系
（1）少水地层、砂卵石地层 宜选择开敞式网格盾构 少水或无水地层，地层具 有较好的自稳性，降水下沉 量小（如沈阳、成都等地 层），土体颗粒对刀盘刀具 磨损很大，选择开敞式盾构 网格盾构比较适宜。
3、盾构施工组织
3.2 盾构掘进速度与施工长度
盾构掘进速度与工程地质条件、盾构机选型、掘进 管理水平、地面建（构）筑物保护要求等因素密切相关。 地铁区间隧道多采用（加泥）土压平衡盾构机，在目前 的施工技术水平条件下，正常的平均掘进速度已达到每 天7~9环，按1.2m或1.5m管片环宽计可达每天8~12m, 综合考虑始发和到达掘进、通过建筑物保护段的沉降控 制、地层性质与均质性、弃土与材料运输时间限制等因 素的影响，施工组织的平均指标一般按6~8m控制，当 地层适于盾构施工且均质性好，环境限制条件少，一次 掘进距离长时，掘进指标可按8~10m。
1、概述
1.2 盾构技术的发展
第三代盾构:
土压平衡盾构
源自文库
泥水平衡盾构
1、概述
1.2 盾构技术的发展
第四代盾构:
复合式盾构
任意截面盾构
2、盾构机选型
2.1 盾构分类
盾构机的机型种类很多。根据地层条件和具体施工方法的 不同，隧道盾构机可分为硬岩隧道掘进机(即TMB)、软岩隧 道盾构机。而按开挖面的闭合程度，可分为开敞式、半开敞 式和封闭式。 全开敞式盾构：手掘式盾构、半机械式盾构、机械式盾构 半开敞式盾构：挤压式盾构、网格盾构 封 闭 式盾构：土压平衡盾构、泥水加压平衡盾构
3、盾构施工组织
3.2 盾构掘进速度与施工长度 盾构隧道土建费用主要由盾构机、掘进、 衬砌三部分组成。 有效降低造价的手段之一是在满足工期 的条件下尽量加大盾构机的掘进长度，降低 盾构机摊销费用。 考虑土建工期的限制，盾构施工经济长 度一般控制在3~4km。
3、盾构施工组织
3.2 盾构掘进速度与施工长度 盾构机制造时间约需9个月，下井安装 始发1个月。 盾构隧道一般会先行招标以方便设备采 购，与始发井的提供时间是匹配的，必要时 要求始发井提前开工。