地下空间10-盾构.ppt
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1、,盾构法施工技术:插刀盾构法;土压平衡盾构法;泥水盾构法;复合式盾构法;顶管法。,盾构整机八大构成系统 1、液压传动系统 2、电气控制系统 3、集中润滑系统 4、同步注浆系统 5、盾尾密封系统 6、地面监控系统 7、发泡加泥系统 8、油温冷却系统,整机七项支持技术 1、土压平衡自动控制技术 2、衬砌拼装遥控技术 3、刀盘驱动密封技术 4、注油润滑技术 5、盾构姿态态控制技术 6、PLC程序控制技术 7、施工数据管理技术,6.1 概述,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。 头部可以安全地开挖地层 ,尾部可以
2、装配预制管片或砌块,迅速地拼装成隧道永久衬砌。 盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。,适用条件,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,,盾构隧道的历史,用盾构法修建隧道开始于1818年 ,法国工程师布鲁诺尔; 1825年在英国泰晤士河下首次用矩形盾构建造隧道 ; 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; 我国于1957年北京下水道工程中首次出现2.6m小盾构 ; 上海市延安东路过江道路隧道使用11.0 m直径的大盾构;,隧道剖面图,1-
3、进风道;2-进风口;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,按形状分类,大致有圆形(又称半盾构)、矩形、马蹄形等几种。 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。 圆形盾构中,敞胸盾构和闭胸盾构两大类。,6.2 盾构构造和分类 6.2.1 盾构的基本构造,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。,1)盾构壳体,盾构壳体由切口环、支承环、
4、盾尾与竖直隔板、水平隔板组成,并由外壳钢板连成整体。 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。 容纳各种专门的挖土设备。 支承环:承受荷重的核心部分,刚性较好的圆环结构。 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。 盾尾:掩护工人在其内部安装衬砌。,2)推进系统,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到纠偏目的。 盾构千斤顶一般是沿支承环圆周均匀分布的 ;,3)拼装系统,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。 举重臂能作旋转、径向运动,还能沿隧道中轴线作往复运动。 完成这些运动
5、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。,4)出土系统,出土方式一般有三种 : (1)有轨运输:皮带运输机矿车洞口垂直起吊至地面。 (2)无轨运输:自卸卡车 (3)管道运输:混合泥浆,压力输出, 出土连续化,6.2.2 盾构分类及其适用范围,表6-1。 1)人工开掘式、半机械式敞胸盾构 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 。,2挤压式闭胸盾构,在塑性粘土及淤泥中采用,盾构正面用胸板密闭起来 。 厚兰隧道、林肯隧道和打浦路隧道都采用过半挤压及全
6、挤压推进的闭胸盾构施工. 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。 主要是隧道上方土壤结构破坏、隆起,形成一个卸载拱,而水平压力仍然保持着初始数值之故。,3)机械式闭胸盾构,(1)局部气压盾构 (2)泥水加压式盾构 (3)土压平衡式盾构,表6-1,6.2.3 盾构几何尺寸的选定及盾构千斤顶推力计算,主要指盾构外径D和盾构长度L、盾构灵敏度L/D。 最小建筑空隙值x x=m=m D=d+2(x+) =0.02+0.01(D-4),2)盾构长度L,L=L0+L1+L2+L3 L0盾尾长度; L1支承环长度; L2切口环长度; L3
7、前檐长度。,3)盾构灵敏度L/D,经验数值 : 小型盾构D=23m,L/D=1.5 中型盾构D=36m, L/D=1.00 大型盾构D=69m, L/D=0.75 特大型盾构D12m, L/D=0.450.75,4)盾构千斤顶推力计算,阻力包括: 盾构外表面与四周地层的摩阻力; 盾尾内壳与衬砌结构之间的摩阻力; 盾构切口部分刃口切入土层的阻力; 盾构切口环切入土层时的正面阻力; 开挖面正面支撑阻力; 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。,日本盾构总推力经验公式,6 盾构衬砌结构,介绍盾构构造和分类,盾构推进及衬砌拼装; 圆形衬砌构造、内力计算与管片结构设计,
8、了解盾构隧道的功能和适用环境。 了解圆形衬砌结构设计方法和构造要求。,表6-2,盾构总推力,6.3 盾构推进及衬砌拼装,6.3.1 盾构推进 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。 技术先进的泥水盾构或土压平衡盾构很少采用 。 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。,1)人工井点降水加 手工掘式敞胸盾构施工,人工井点降水 ,经济,适用于漏气量大的砂性土。 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。
9、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。,具体过程 :,(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挖与运输,这样对周围地层扰动较小。 (2)分层开挖,施工工具为普通手工工具或手持式风动工具。 (3)每环管片可分数次开挖和推进,盾构纠偏时可以利用超挖解决。 (4)可借助支撑千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑 ; (5)当用网格式盾构时 ,防止盾构后退。,2)气压加手掘式敞胸盾构施工,盾构施工在含水松软不稳定地层中采用气压来疏干和支护开挖面,以防止涌水、开挖面崩坍,增强地层强度,是一种极古老,且行之有效的施工方法。 (1)气
10、压大小及耗气量的确定 理论上,每10m水头必须用0.1Mpa的气压力来平衡。 实际上 ,仅为理论压力的50%60%,空气量仅为理论空气量的10%50%。 。,中小型盾构,压力等于离盾构上端约D/2处的地下水压力; 大直径盾为2/3 D处的地下水压力 ; 顶部均超压,需有足够的覆盖层,施工时为了防止空气泄出,盾构顶部必须有足够厚的覆盖层t即 t值过大则直接影响到隧道埋置深度 ,过小则覆盖不足,往往容易发生喷发事故。 国外隧道规范规定;水底隧道的最小覆盖层必须大于盾构直径(日本)或等于盾构直径,覆盖层宽度应大于或等于盾构直径的6倍。,采用经验公式计算耗气量: 土质系数,当压力大于0.1MPa时,粘
11、性土=3.65;砂性土=7.30。,(2)气压盾构施工,气压盾构施工中闸墙和气闸作用是将作业区与常压作业区隔开 。 闸墙必须有足够的强度与气密性. 气闸是钢板铆接或焊接而成的圆筒形结构,分人行闸和外闸两部分。 人行闸的管理是气压施工的重要环节,要严格遵守气压作业的工作时间及进出气闸的变压时间,以防减压病。,3)泥水加压盾构施工,用泥水加压盾构代替上述气压盾构施工,克服了气压施工的弊病 。 地面沉降,减压病,覆土深时,气压太高无法施工,覆土浅时,漏气等 。 泥水加压盾构是将压力为 的泥水, (式中H取2m),压入盾构前部密封舱内,使其压力始终高于地下水压力 ,这样就保持了开挖面稳定的基本条件。,
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