地下铁路建设 第5章讲.ppt

第五节 盾构法施工 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”。 盾构法施工就是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。 一、概述 第五节 盾构法施工 第五节 盾构法施工 二、盾构机的种类 第五节 盾构法施工 1 全开敞式 全开敞式盾构机是指没有隔墙、开挖面敞露状态的盾构机。根据开挖方式的不同，又分为手掘式、半机械化式及机械式三种。 适用范围：适用于开挖面自稳性好的围岩。 (1)手掘式盾构机 第五节 盾构法施工 这种盾构机适应的土质是自稳性强的洪积层压实的砂、砂砾，固结粉砂和粘土。 (2)半机械式盾构机 第五节 盾构法施工 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，以图省力。 (3)机械式盾构机 第五节 盾构法施工 机械式盾构机前面装备有旋转式刀盘，增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以连续进行，缩短了工期，减少了作业人员。 2 半开敞式 第五节 盾构法施工 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。 3 密封式 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挖面保持稳定的压力。密封式盾构机又分成局部气压式、泥水平衡式和土压平衡式几种。 (1)局部气压式盾构 第五节 盾构法施工 (2) 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。 第五节 盾构法施工 单刀盘土压平衡机 第五节 盾构法施工 ①刀盘：用于切削土体，同时将切削下来的土体搅拌混合，以改善切削土体的流动性。 根据围岩条件，切削刀盘可以是花板型的、辐条型的和砾石破碎型。 根据盾构直径的大小，刀盘的主轴可以采用中空轴式、中间支承式和周边支承式。 第五节 盾构法施工 第五节 盾构法施工 第五节 盾构法施工 第五节 盾构法施工 第五节 盾构法施工 ②密封舱：用于存贮被刀盘切削下来的土体，并加以搅拌使其成为不透水的，具有适当流动性的塑流体，使其能及时充满密封舱和螺旋输送机的全部空间，对开挖面实行密封，以维持开挖面的稳定性，同时，也便于将其排出。 ③螺旋输送机：用来将密封舱内的塑流状土体排出盾构外，并在排土过程中，利用螺旋叶片与土体间的摩擦和土体阻塞所产生的压力损失，使螺旋输送机排土口的泥土压力降至一个大气压力，使其不发生喷漏现象。 第五节 盾构法施工 ④塑流化材料注入器：用来向密封舱、刀盘和螺旋输送机内注人添加剂。 关于塑流化添加剂的种类，目前常用的添加剂有两类：泥浆材料、化学发泡剂。 式中 Vs ——螺旋输送机每旋转一周的排土体积； N ——螺旋输送机的转速； A ——切削断面积； V ——推进速度。 第五节 盾构法施工 常用螺旋输送机的排土率K来定量判定碴土的塑流性。当碴土处于良好的塑流状态时，K为1.0左右。 ⑤土压传感器：用于测量密封舱和螺旋输送机内的土压力，前者是判定开挖面是否稳定的依据，后者用来判断螺旋输送机的排土状态，喷涌、固结、阻塞等。 土压平衡式盾构维持开挖面稳定的原理是依靠密封舱内塑流状土体作用在开挖面上的压力(P) (它包括泥土自重产生的土压力与盾构推进过程中盾构千斤顶的推力)和盾构前方地层的静止土压力与地下水压力(F)相平衡的方法。 第五节 盾构法施工 第五节 盾构法施工 要控制土压平衡式盾构在推进过程中开挖面的稳定，可以用两种方法来实现，其一是控制螺旋输送机排土量(调节其转速)；其二是用调节盾构千斤顶的推进速度和螺旋输送机转速，直接控制密封舱内的土压力P。 主动土压力+地下水压力P被动土压力+地下水压力 对于花板型刀盘，若刀盘面板开口率为x，刀盘上和密封舱内的碴土压力分别为P1和P2， 主动土压力+地下水压力＜P1(1-x)+ P2x＜被动土压力＋地下水压力 第五节 盾构法施工 (3) 泥水加