盾构施工技术介绍

南京长江隧道盾构成功，这标志着我国超大直径盾构施工技术 水平达到了一个新的高度。
特大直径隧道施工法
先在隧道周边以顶管法施工小管道，形成管幕 （管篷）然后在管幕内支护挖掘形成大直径隧道。
管幕工法
非开挖钻孔铺管及旧管线修复技术
多刀盘土压平衡盾构机
多刀盘土压平衡顶管掘进机把通常的全断面切削刀盘改成 四个独立的切削搅拌刀盘，顶进中对地面及地下的建筑物的影 响比单刀盘小。
但是它的缺点也很明显，由于不是全断面切削，切削不到 的部分只能通过挤压进入机头，因此迎面顶力较大，只适合于 软土地质情况下施工。
转刀掘进式盾构机
用于岩层掘进，管道内径1200～ 2000mm。
5、距离“长”，水下盾构一次掘进距离长达3020m，在掘进过程 中对刀具保护要求极高。长江水下砾砂、卵石和风化岩层掘进3KM 的距离，对刀具的磨损相当于普通地铁盾构掘进17KM。
6、风险“高”：设计方面缺乏借鉴理论和经验。施工方面，地质 条件异常复杂。穿越地层松散易坍塌，高透水、高水压、长距离、 薄覆盖。各项指标均达到或超过世界同类工程的风险防范极限。
强制校正法：
4. 校正千斤顶校正法：在首节管之后安装校正环， 在校正环内的上下左右安装多个校正千斤顶 。
纠偏千斤顶
微型盾构顶进管线的连接
微型盾构一般指顶进管管径＜3.5m的盾构工程。管道可以 是混凝土管、陶土管、塑料管和钢管等。（其中混凝土管占 绝大多数，钢管主要用作套管）施工中管道的连接以管段形 式对接而成。顶进力由起始坑中顶进千斤顶施加。
压力平衡式盾构机是在切削头的后面加装一个加压室。加压 室内充满泥浆、水或土，并施加以压力，用以平衡钻头前方 土层和地下水的压力。当钻头前方压力增大时，加压室内的 压力也随之增大，当钻头前方压力减小时，加压室内的泥水 压力也随之减小。
这样就避免了顶进过程中地表发生沉陷或隆起的情况。
地下水压力＋静止土压力＝加压室内压力
盾构施工简介
盾构施工技术是利用岩土钻掘技术手段，在不 开挖地表的条件下进行地下大直径管线铺设的一 种施工技术。它使用盾构机在地下掘进，在防止 软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，在机 内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。它属于非 开挖顶管施工法之一。
被广泛应用于地铁、公路隧道、铁路隧道、输 气、输水管道等大型工程建设。
压力平衡式盾构机
全断动面力掘机械进仓机（TBM）
回转钻头
压力仓
遥控式土压力平衡顶管机
1、这种机型适用于不同土质条件，例如：淤泥、粘质土、砂土以 及带卵石的砂砾土。 2、塑性流动土维持掘削表面的土压。 3、进泥室及螺旋输送机内的塑性流动土阻断地下水。 4、渣土通过中空螺旋输送机送到渣土车或由土砂压送泵排出。
偏压碎岩盾构机 适合于在各种地下土壤类型的顶管掘进机。
卵石破碎试验
木桩破碎试验
水力辅助切割式破碎盾构机
在顶管工程中有一种非常令人头疼的状况，就是在软土中顶 进时遇到孤石而且不能开挖。可用造价昂贵的超高压水力辅 助切割破碎式顶管机工法顶进。 250 Mpa的高压水可以穿 透任何障碍物 。
泥浓式盾构机
左偏心旋转
右偏心旋转
可 安 装 在 管 道 内 的 盾 构 机
盾构施工设备布置
液压系统
泥浆系统
盾构机
反支力墙
多级千斤顶 滑轨
泥浆循 环系统
顶进过程中偏差测量与纠正
偏差的测量：
在首节管内安装特制的中线尺或目标靶，用经纬仪激光 仪进行测量，也可采用“小线垂球延长线法”测量。
激光导向
偏差纠正方法
纠正方法
南京长江隧道
南京长江隧道工程位于南京长江大桥和长江三桥之间，隧道 直径14.96m，穿越长江的左右线盾构隧道总长度为6042米， 设计为双向6车道、行车时速80公里的城市快速路。工程总投 资约33亿元。工程自2005年3月奠基、9月开工，左线隧道于 2009年5月20日出洞，右线隧道于2009年08月22日胜利出洞。
经高压水破碎的石块和混凝土
单刀盘土压力平衡盾构机 单刀盘土压平衡顶管掘进机有以下优点： 1．适用的土质范围非常广。它可以适用于N值为0 的淤泥，也可适用于N值为50的砂砾及卵石层，几乎 是一种全土质的顶管掘进机，是其他机型所无法比拟 的。 2．施工后地面沉降小。 3．弃土的处理比较简单。 4．可在复土层仅为管外径0.8倍的浅土层中施工。 5．有完善的土体改良系统和具有良好的土体改良 功能。 6．开口率达100％，土压力更切合实际。
增加微型盾构顶进长度的方法
微型盾构施加方法从理论上讲对管径没有限制。实际中受 设备功率和顶进管本身强度所限制，导致顶进长度与管径有 密切关系。
管径小，它所能承受的顶进力也小，因而顶进长度就短。 例如管径为1米时，顶进长度一般为200米； 管径为1.5米时，最大长度可达600米； 当管径为2米时，最大的顶进长度为1000米。
由于工程规模和难度大，被誉为万里长江第一隧
南京长江隧道盾构攻克了六方面的世界级技术难题：
1、断面“大”：南京长江隧道使用的盾构直径超大，开挖直径达到 14.96m，是目前世界上最大的泥水平衡盾构机之一，盾构机尺寸 大，施工难度大。
2、水压“高”：施工中承受的水土压力达到0.65MPa，居目前盾构 水下隧道项目之首。
顶管概述
盾构施工原理
盾构施工过程需先在隧洞某段的一端开挖竖井或基 坑，将盾构机吊入安装，盾构机从竖井或基坑的墙壁 开孔处开始掘进并沿设计洞线推进直至到达洞线中的 另一竖井或隧洞的端点。
掘进原理
顶管施工原理 顶进系统
盾构施工特点
1、用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省 人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响。 2、盾构施工时可控制地面沉降、减少对地面建筑物 的影响。 3、在地下或水下施工时不影响地面或水面交通。 4、对地面环境干扰影响小、 5、在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，盾构法施 工更为经济合理等特点。
压力的变化而自动伸缩，始终保持一个恒定的土压力平衡值，将地 表的沉降与隆起控制在最小范围，确保地面构筑物不受影响。
气压平衡式盾构机
德国生产的气压平衡式盾构机可以在高达0.3MPa气压的情况下保 证其密封性能。在密封条件下，工作人员可以通过密封的观察窗直 接观测到顶进面的土质变化情况。如果遇到障碍物，可以进入到挖 掘面排除障碍物。也可从大直径刀盘内侧常压空间内更换被磨损的 刀具，从而提高盾构机的一次掘进长度。。
填充砂石
灌注水ห้องสมุดไป่ตู้浆
顶进千斤顶
管壁衬砌固结
拼装管可进行曲线施工 由于盾构采用电子计算机控制系统，能自动控制大刀盘转速、
盾构推进速度及前进方向，使盾构掘进时地面沉降控制在30mm之 内，最小弯曲半径为R=300M，爬坡斜度为3.3％，每分钟可掘进 50mm 左右。
盾构机到达目标坑
盾构机到达目标坑
钻头出土
上海地铁盾构直径6340mm、本体长6540mm，由大刀盘、
切口环、支承环、盾尾、驱动机构、推力千斤顶、拼装机、 螺旋输送机、皮带输送机、车架等部件组成，盾构总长达 37～58米，总重达280～340吨。
螺旋盾构
成都地铁采用泥水式压力平衡盾构机，盾构直径6280mm，
由大刀盘、切口环、支承环、压力仓、盾尾、驱动机构、推 力千斤顶、拼装机等部件组成。
1.在管与土层之间注入潤滑液以减小摩擦力； 2.在管线中间设立中继顶进站，将顶进力分布在数个顶进点上。
增加顶进长度
大型盾构顶进管线的连接
大型盾构一般指管道直径径＞5m的盾构工程。管道是采用管
片拼接而成。小直径管道采用三片拼成，大直径管道采用多片
拼成。
无螺栓连接，管片间用环氧树脂粘结
大型盾构顶进管线的连接
顶管特点
盾构施工设备——盾构机
盾构机问世至今已有近180年的历史，其始于英国，发 展于日本、德国。
国外主要生产厂家有日本三菱重工、日立造船、德国海 伦克内希特(Herrenknecht AG)公司等。
目前国内也有多个生产厂家，资阳车辆厂是其中之一。
盾构机的分类
普通盾构机 螺旋式盾构机
压力平衡式盾构机
挖土校正法 强制校正法
挖土校正法 ：通过增减不同部位的挖土方量进行校正 。
支顶、超挖或 欠挖纠偏
强制校正法：
1. 衬垫法：在首节管的外侧局部管口位置 垫上钢板或木板，迫使管子转向 。
2. 支顶法：应用支柱或千斤顶在管前设支 撑,斜支撑于管口内的一側 。 3. 主压千斤顶校正法：顶进长度 (15米 内) ，在主压千斤顶端一侧加垫铁。
3、穿越“深”：隧道最深度处距水面60m，地层透水性极强，所有 水头压力均直接作用在隧道上，江底掘进风险巨大。
4、覆盖“薄”，江底盾构覆土厚度超浅，江中长150m的冲槽地 段，隧道上方粉细沙层覆土厚度约10.79m，（仅为开挖直径的0.72 倍。一般要求覆土厚度＞1倍)，在同类隧道中埋深最浅，对防止地 面沉降和隆起控制技术要求极高；
拼接工作是在护盾内进行。顶推千斤顶也位于护盾内，顶进 过程中管道不移动。
护盾——盾构机圆柱体组件的钢外壳。它对挖掘出的还未衬 砌的隧洞段起着临时文撑的作用，承受周围土层的压力，有时 还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等 作业在护盾的掩护下进行。
护盾
隧道内搬运管片
拼装管片
单次注浆衬砌
偏心碎石盾构机可破碎抗压强度达196Mpa卵石和砾石。
顶管机碎石原理
可分割偏心破碎盾构机
该机型具有两个突出点： 1、能轻易的将偏差控制在5毫米之内。 2、可以分成4段回收，减小了工作井和接收井的尺寸，可满 足小场地施工。
刀盘可伸缩泥水平衡盾构机
该机型的刀盘可以前后浮动，刀盘可根据顶进速度以及前方土体
普通盾构机（又称敞口式盾构机）：人可进
入到开挖工作面或工作面开挖切削具的后面。
人 工 掘 土