盾构隧道技术
盾构法隧道介绍
盾构法隧道主要内容一、盾构施工技术的进展历史二、盾构施工技术的国内外进呈现状三、盾构机的种类四、盾构施工的技术特点五、盾构机工作原理五、盾构施工的主要工序六、中国承受盾构修建地铁历史及规划八、工程案例一、盾构施工技术的进展历史1盾构施工法的制造1818 年，Brunel 从一种食船虫在船身上打洞一事受到启发，争论出了盾构工法。
历经艰辛，终在1841 年使泰晤士河底隧道贯穿，该隧道自1825 年开工，历时17 年，可充分说明技术的成功是多么的坎坷！2盾构施工法的进展阶段自1818 年诞生进展到现在已有180 多年的历史，概括而言，有四个阶段：（1）初期盾构：以Brunel 盾构为代表；（2）其次代盾构：以机械式、气压式、TBM 及城市盾构工法为代表；（3）第三代盾构：以闭胸式盾构为代表〔泥水式、土压式〕；（4）第三代盾构：以安全、高速、大深度、大断面、断面多样化、异形化为特色。
二、盾构施工技术的国内外进呈现状1国外盾构施工技术现状以欧洲和日本最为兴旺。
美国：纽约自1900 年起用气压盾构就建筑了数十条水底隧道，目前根本是以盾构施工占90％以上；前苏联：莫斯科自1932 年开头承受盾构法施工地铁等地下工程；德国、法国、英国、加坡等也在广泛承受盾构法施工地下工程。
日本：自1917 年在国铁羽越线折渡隧道〔泻县〕的建设中首次承受盾构工法。
日本从盾构施工法正式开头用于城市隧道建设的1964 年至1984 年约20 年间，工研制盾构机超过5000 台。
目前日本已经成为世界上盾构制造技术以及施工技术的大国，占据世界上仅80％的盾构份额。
1917 年——日本国铁隧道建设中首次承受盾构工法1953 年——日本关门隧道承受盾构工法1957 年——日本地铁承受顶盖式盾构施工，这是城市隧道首次承受盾构1960 年——日本名古屋地铁承受盾构施工1962 年——东京下水道承受圆形盾构。
此后，盾构渐渐用于小断面的市政管道建设1964 年——日本下水道工程，最先承受泥水式盾构1974 年——日本独立争论出土压式盾构1975 年——日本争论出砾石泥水式盾构1981 年——日本争论出加气泡盾构2国内盾构施工技术现状国内最早是在1956 年，阜海州露天煤矿承受直径2.66m 的盾构，在砂土层中成功地开掘了一条流水巷道。
盾构隧道施工技术
施工监测
详细介绍了盾构隧道施工的各个阶段，包括工作井施 工、盾构机组装与调试、始发掘进、接收井施工等， 以及各阶段的关键技术要点和注意事项。
广州地铁某标段盾构隧道施工案例分析
概述
盾构机选型
施工工艺
施工监测
广州地铁某标段盾构隧道施 工案例，主要介绍了该工程 的基本情况、施工环境、盾 构机选型、施工工艺、施工
在处理过程中，还需要注意对 泥水性质的监测和控制，以防 止泥水对盾构机造成损害。
盾构机姿态控制技术
盾构机姿态控制是保证隧道施工质量 的关键技术之一，它涉及到对盾构机 姿态的监测和调整。
姿态控制技术还包括对盾构机推进力 的控制，以保持盾构机的稳定推进。
在盾构机推进过程中，需要实时监测 盾构机的位置和姿态，并根据实际情 况进行调整，以确保隧道轴线的准确 性和稳定性。
进行了分析和评估。
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施工工艺
详细介绍了盾构隧道施工的各个阶段，包括工作井施工、 盾构机组装与调试、始发掘进、接收井施工等，以及各阶 段的关键技术要点和注意事项。
施工监测
为了保证施工安全和质量，采用了多种监测手段对盾构隧 道施工过程进行实时监测和数据采集，并对监测结果进行 了分析和评估。
上海地铁某标段盾构隧道施工案例分析
在盾构机推进过程中，需要实时监测土层压力，并根据实际情况调整土压力，以防 止土层塌陷或超挖。
土压力控制技术还包括对盾构机出土量的控制，以保持土层压力的平衡，防止盾构 机前方土体发生过大变形。
泥水处理技术
盾构机在挖掘过程中会产生大 量的泥水，需要进行处理以避 免泥水对隧道施工造成影响。
泥水处理技术包括对泥水的分 离、浓缩、运输和排放等环节 的处理，以确保泥水能够得到 有效的处理和利用。
盾构隧道施工技术培训课件(PPT10)
应急预案制定和演练活动组织
应急预案制定
根据盾构隧道施工特点和可能发生的 突发事件，制定相应的应急预案，明 确应急组织、通讯联络、现场处置等 方面的要求。
应急演练活动组织
定期组织应急演练活动，提高员工的 应急处置能力和协同作战能力。同时， 根据演练结果对应急预案进行修订和 完善，确保其有效性。
06
控制系统
由PLC控制器、人机界面和各种传感器组成， 用于实时监测并调整盾构机各项参数，确 保掘进精度和安全。
刀盘驱动系统
由电机、减速器和刀盘组成，用于驱动刀 盘旋转切削土体。
注浆系统
由注浆泵、注浆管路和注浆嘴组成，用于 向隧道衬砌背后注入浆液，防止地层变形 和渗漏。
管片拼装机
由拼装机头、拼装机架和控制系统组成， 用于在后盾内拼装管片。
针对不合格品产生的原因，制定相应的预防 措施，避免类似问题的再次发生，并持续改 进施工过程中的质量控制措施。
07
总结回顾与展望未来发 展趋势
本次培训重点内容回顾
盾构隧道施工基本原理与工 艺流程
盾构机类型、结构及其功能 特点
02
01
地质条件对盾构施工影响及
应对措施
03
盾构隧道施工中的关键技术 难题与解决方案
管片拼装质量检查
对管片拼装过程中的错台、破损、渗漏等问 题进行检查，确保隧道结构安全。
验收标准明确及执行流程规范
验收标准明确
根据设计文件、施工图纸及相关规范，明确盾构隧道施工的验收标准，包括隧道线形、管片拼装质量、渗漏水等 方面的具体要求。
执行流程规范
制定详细的验收流程，包括验收申请、现场核查、问题整改、复验等环节，确保验收工作的规范化和标准化。
不同地质条件下施工方法选择
盾构法隧道施工的关键技术
为迎接2006年冬季奥运会，意大利都灵地 铁1号线2001年4月开工。
南亚和东南亚一些国家的大城市也面 临人口激增的压力：
• 新加坡地铁已完成83公里，为该地区之冠。 • 曼谷地铁历尽艰辛，1号线南段于2001年3月
贯通。
• 新德里和雅加达多年来都想修地铁，在2001 年分别与几家大公司签订贷款和修建合同。
V9 V8
管片
FPn 供泥管
排泥管
DP1
DPn
始发车站
泥浆控制阀 泥浆流量计 密度计 泥浆泵 FP--供泥泵 DP--排泥泵
图2 泥水盾构泥浆循环系统工作示意图
盾构法施工的特点
(1) 地下施工，必须面对复杂的地质条件和 敏感 的地面环境。
(2) 所用设备集成度高，技术含量高，对人 的要求较高。
(3) 涉及的专业领域较多，对复合型人才 有较多需求。
发展趋势
世界各国城市建筑历史表明： 19世纪——城市桥梁 20世纪——摩天大楼 21世纪——将是地下空间
开发利用的新纪元
21世纪的地下空间1
21世纪的地下空间2
21世纪的地下空间3
二﹑盾构法施工原理﹑特点﹑ 优点和缺点
• 盾构法施工的工作原理 • 盾构法施工的特点 • 盾构法施工的优点 • 盾构法施工的缺点
盾构法施工的优点
• 作业环境好，噪音和振动低，安全性高 • 机械化程度高，施工人员少，施工速度快 • 预制衬砌，质量易于控制，隧道质量高 • 对周围环境影响小，地表沉降易于控制； • 不影响地面交通，也不影响航运； • 适应范围广，不受风雨等气候条件影响；
盾构法施工的缺点
（1）当隧道曲线半径过小时，施工 较为困难；
盾构法隧道施工技术与进展
抗渗检测设备
管片检漏试验
三环试拼装
三环试拼装及接缝测量
管片堆场
管片堆场堆放
错缝拼装隧道
盾构工作井及钢封门（SMW）
盾 构 出 洞
盾构进洞前凿除封门（地下墙）
盾构进洞
盾构进洞
盾尾进洞
四、盾构隧道施工工法新技术
1 大口径圆形盾构工法
1.1 东京湾跨海公路隧道 1.2 东京地铁7号线
（三）盾构法的适用范围
可以穿越各种复杂工程、水文地质特性的地 层，适用范围广泛。
（1）大直径、双圆、多圆盾构的适用范围： 直径10m左右的大型盾构多用于修建水底公 路隧道和铁路隧道，还可以用于建造暗埋地 铁车站。
（2）中直径盾构的适用范围：直径6m左右 的中型盾构适用于修建地下铁道的区间隧道。
（3）小直径盾构的适用范围：直径3m左右 的小型盾构较多用于引水、排水、电缆、通 讯及其它市政公用设施综合管道的建设中。
• 周围建筑物的保 护
• 长距离施工 • 急曲线施工 • 障碍物
盾构机选型流程图（三）
[比较论证] 安全
• 开挖面稳定 • 环境保护 • 地基变形 • 操作环境
经济
• 推进 • 衬砌
• 盾构 • 相关措施
工期
• 推进 • 衬砌
• 相关措施
综合评价 方法的选择
三、盾构法隧道施工技术
1）高强、耐久性管片制造 2）通、错缝拼装比较，纵横向变形分析 3）进出工作井难题与对策 4）纠偏 5）特殊条件沉降控制 6）流砂、砂质粉土变形机理及危害 7）掘进过程中遇到桩、大石块、超浅覆
（4）在饱和含水地层中，盾构法施工所用的拼装衬砌，要达到整体结构防水性 的技术要求较高。
（5）盾构液压系统、自动控制系统、自动监测系统操作复杂，要求施工人员技 术素质高
盾构法隧道施工的发展与应用
盾构法隧道施工的进展与应用一、盾构法隧道施工简述盾构法隧道施工(Shield Tunnelling)，是在地表以下地层中承受盾构机进展暗挖隧道的一种施工方法，可以实现边掘进、边出土，边拼装衬砌构造的工厂化施工。
相对于传统的明挖法和矿山暗挖法隧道施工，盾构法隧道技术具有环境较好，掘进速度较快、隧洞成型质量较好、工作环境较好、不受地表环境条件限制、不受天气限制及人性化等优点,从而使盾构法在地下铁道、大路隧道、水工及市政隧道等方面得到广泛应用。
二、盾构法施工的起源与进展盾构机是盾构法隧道施工的核心，盾构机最初于1818 年，法国的布鲁诺尔(M.I.Brune1)从蛀虫钻孔得到启发，最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并在英国取得了专利。
布鲁诺尔设想的盾构机机械内部构造由不同的单元格组成，每一个单元格可容纳一个工人独立工作并对工人起到保护作用。
承受的方法是将全部的单元格牢靠地装在盾壳上。
当时设计了两种方法，一种是当一段隧道挖完后，整个盾壳由液压千斤顶借助后靠向前推动；另一种方法是每一个单元格能单独地向前推动。
第一种方法后来被承受，并得到了推广应用，演化为成熟的盾构法。
此后，布鲁诺尔逐步完善了盾构构造的机械系统，设计成用全断面螺旋式开挖的封闭式盾壳，衬彻紧随其后的方式。
1825 年，他第一次在伦敦泰晤土河下开头用框架机构的矩形盾构修建隧道。
经过18 年施工，完成了全长458m 的第一条盾构法隧道。
1830 年，英国的罗德制造“气压法”关心解决隧道涌水。
1865 年，英国的布朗首次承受圆形盾构和铸铁管片，1866 年，莫尔顿申请“盾构”专利。
在莫尔顿专利中第一次使用了“盾构”〔shield〕这一术语。
1869 年用圆形盾构在泰吾士河下修建外径2.2m 的隧道。
1874 年，工程师格瑞海德觉察在强渗水性的地层中很难用压缩空气支撑隧道工作面，因此开发了用液体支撑隧道工作面的盾构，通过液体流，以泥浆的形式出土。
第一个机械化盾构专利是1876 年英国人约翰·荻克英森·布伦敦和姬奥基·布伦敦申请的。
盾构隧道施工方法及技术措施
第八章盾构隧道施工措施及技术措施§11端头加固§1.1端头加固概述盾构进出洞门外土体为软弱含水旳土层，盾构机在进出洞时，工作面将处在开放状态，这种开放状态将持续较长时间。
若不提前加固处理，地下水、涌水等就会进入工作井，就会导致软弱地层不稳定，严重状况下会引起洞门塌方。
为保证施工安全及盾构机顺利始发及出洞，必须对洞门外土体进行加固处理。
本标段盾构始发及抵达共有4个端头需要加固，详细加固措施见表8-1-1表8-1-1 盾构进出洞端头加固措施一览表1.1.1加固旳原则（1）根据隧道埋深及盾构隧道穿越地层状况，确定加固措施和范围。
（2）在充足考虑洞门破除时间和措施旳基础上，选择合适旳加固措施和范围，保证洞门破除和盾构机进、出洞旳安全。
1.1.2加固规定根据始发及抵达端头地层性质及地面条件，选择加固措施，加固后旳土体应有良好旳自立性，密封性、均质性，采用搅拌桩加固旳土体无侧限抗压强度不不不小于0.8MPa，渗透系数k≤1×10-8cm/sec。
（2）渗透系数＜1.0×10-5cm/s。
1.2端头旳施工1.2.1施工原理旋喷法施工是运用钻机把带有特殊喷嘴旳注浆管钻进至土层旳预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆液通过钻杆下端旳喷射装置，向四面以高速水平喷入土体，借助流体旳冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同步钻杆一面以一定旳速度旋转，一面低速渐渐提高，使土体与水泥浆充足搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀，具有一定强度旳桩体，从而使地层得到加固。
1.2.2机械设备旋喷法施工重要机具设备包括：高压泵、泥浆泵、钻机、浆液搅拌器、空压机、旋喷管和高压胶管等；辅助设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存系统以及多种管材、阀门、接头安全设施等。
浆液搅拌采用污水泵自循环式旳搅拌罐，钻机采用XY-100型振动钻机，空压机采用SA-5150W空压机，参数为20m3/min。
高速铁路隧道工程盾构施工关键技术及案例分析
高速铁路隧道工程盾构施工关键技术及案例分析一、引言随着交通运输的发展和人民生活水平的提高，高速铁路建设成为了现代城市化进程中不可或缺的重要组成部分。
而在高速铁路建设中，隧道工程起着非常重要的作用。
隧道工程盾构施工作为目前最主流的施工方法之一，其关键技术的研究和案例分析对于提高施工效率、保证工程质量具有重要意义。
本文旨在探讨高速铁路隧道工程盾构施工的关键技术，并通过案例分析加深对这些技术的理解和应用。
二、盾构施工技术概述1. 盾构机概述：介绍盾构机的分类、结构和工作原理。
2. 盾构施工步骤：详细描述盾构施工的步骤，包括准备工作、初期工程、主体工程和尾部工程等。
3. 盾构掘进方法：介绍常见的盾构掘进方法，如液压推进和地压平衡推进等。
4. 盾构施工的优势和限制：分析盾构施工的优势和限制，对比与其他施工方法的差异。
三、高速铁路隧道工程盾构施工关键技术1. 地质勘察和工程设计：详细介绍地质勘察的目的、方法和技术要求，探讨如何将勘察结果应用于工程设计中。
2. 盾构机选择和配置：讨论盾构机的选型原则、配置方案和关键参数，以及与地质条件的匹配关系。
3. 盾构施工过程管理：重点介绍盾构施工过程中的质量、进度和安全管理措施，包括施工准备、施工实施和施工收尾等。
4. 盾构施工中的关键问题及解决方法：分析盾构施工过程中可能出现的关键问题，如地面沉降、水文问题和风险管理等，提出相应的解决方法。
四、案例分析1. 案例一：某高速铁路隧道工程盾构施工案例分析，对该工程的地质条件、盾构机选择、施工过程管理和关键问题进行详细描述和分析。
2. 案例二：另一高速铁路隧道工程盾构施工案例分析，重点介绍该工程中的工程设计、地质勘察和施工过程管理的关键技术。
五、结论通过对高速铁路隧道工程盾构施工关键技术的研究和案例分析，我们可以得出以下结论：1. 盾构施工技术在高速铁路隧道工程中具有广泛应用的优势，能够提高施工效率和保证工程质量。
2. 地质勘察和工程设计是盾构施工的基础，对于选择适合的盾构机和合理配置具有重要意义。
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2.3.1泥土压管理
泥土压的调节办法：（1）调节螺旋输送机的转速 （2）调节盾构千斤顶的推进速度 （3）两者组合控制
泥土压>设定土压 传送机转速增加或者千斤顶减速 泥土压<设定土压 传送机转速减小或者千斤顶加速
2.3.2塑流性管理
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隧道新技术—— 盾构隧道
汇报人： 陈翼 指导老师：叶飞
目录
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泥水盾构 土压盾构 盾构选型
1.1泥水盾构原理
泥水压=地下水压+土压+预压
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（1）土舱内的土压 （2）盾构负荷 （3）螺旋输送机的排土效率 （4）排土性状的测量
2.3.3掘土量的管理
洞内运输方式分为轨道方式和泵压式
轨道方式不为掘削土的性状所限 水泵压式运出土砂的最大砾径不能超过0.8d,d为排泥 管的内径，在中小直径盾构隧道中使用较多
掘土量的测量方法多种多样，但准确掌握掘土量较为困难 ，因此仅靠掘土量的管理来判断掘削面的稳定是不可能的 ，故一般要求实施包括泥土压和地层变形等施工管理数据 在内的综合管理
③含水砂层、砾层或交错层中的承压含水砂层和砾层
④含大砾石的地层 ⑤估计埋有漂木和其他物质的地层 ⑥区段内存在软、硬两种土层的地层
3.4特种机型的选择
特种机型的选择主要受①地层制约条件 ②施工条件受限 ③特殊技 术要求
如地层中存在甲烷气体、含漂砾巨石，复线地铁隧道，扩径隧道、 变径隧道、长距离施工隧道、低成本隧道等等
辐条式
优点：（1）因掘削土的 取入容易，故土舱易被 充满 （2）掘削面上的土压、 水压和土舱内设置的土 压计的检测值的差距小 （3）掘削土在土舱内不 易被压密，故粘附现象 少，刀盘切削扭矩小
缺点：地层中混有巨砾时，巨砾无法通过螺旋输送机，当存在必须 拆除的障碍物时必须慎重
2.3稳定掘削面的施工管理
You may not extract the image for any other水的作用:①形成泥膜与稳定掘削面 ②运送排放掘削土砂
泥水特性：物理稳定性好、化学稳定性好、 泥水的粒度级配、相对密度、 粘度要适当、流动性好、成膜性好
外径15.43米钱江隧道盾构机内景 钱江隧道盾构机刀盘
2.1土压盾构
土压盾构削泥土土盾盾构构
靠掘削土自身的塑流性和抗渗性 须混入提高流塑性和抗渗性的添加材
土压盾构和泥水盾构差异是保持密封土舱内 的承压介质不同
2.2刀盘的种类
面板型
优点：（1）有利于稳定掘削面 （2）掘削槽口可以限制砾径 （3）有利于拆除障碍物，刀具 更换
缺点：（1）容易出现土舱内掘 削土充不满 （2）在粘性地层中掘进时，切 削槽口处和隔板上容易粘附掘 削土
3.2 按用途确定盾构机的断面形状
盾构机的断面形状分为：圆形、半圆形、双圆塔接形 、三圆塔接形、马蹄形、椭圆形、矩形。。。
3.3按土质状况确定盾构机型
通常一条隧道沿线的土质条件绝对相同是不可能的，一般多选择适
应施工标段内大多数地层条件的机型。选型取决于下列各种地层条 件：
①软流性粘土
②易坍塌的砂、砂砾层
1.3可渗比
定义：地层孔隙直径与泥水有效直径 的比值——表征泥水在掘削面上形成 泥膜或不能形成泥膜的条件
2泥水颗粒无法渗入地层
n
L G
2 ~ 4泥水颗粒可以进入地层 4泥水颗粒通过地层孔隙 流走
6
1.4泥水处理
泥水处理——对排放泥水作一系列的处 理、调整，使之符合循环再利用标准及 废弃物排放标准的处理、调整过程 具体细分为：
2.4土压盾构的优缺点
优点：（1）成本相对泥水盾构要低 （2）出土效率高 （3）使用地层范围宽
缺点：（1）掘削扭矩大 （2）地层沉降大 （3）直径不能过大
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3.1选择机型的原则
盾构机选型考虑因素： ①满足设计要求 ②安全可靠 ③造价低 ④工期短 ⑤对环境影响小
盾构机选型的原则： ①选择与工程地质匹配的机型，确保施工绝对安全 ②可以辅以合理的辅助工法 ③盾构机的性能应能满足工程推进的施工长度和线形的要求 ④选定的盾构机的掘进能力可与后续设备、始发基地等施工设备匹配 ⑤选择对周围环境影响小的机型
1.5泥水盾构的优缺点
优点： （1）对地层的扰动小、沉 降小 （2）适用于高地下水压、 江底、河底、 海底隧道施工 （3）适于大直径隧道 （4）适于高速化施工 （5）适用土质范围宽 （6）掘金中盾构机体的摆 动小
南京长江隧道
缺点：
（1）成本高 （2）排土效率低 （3）地表施工占地面积大并影响交通、 市容 （4）不适于在硬粘土层中掘进 （5）不适于在松散卵石层中掘进
①一次处理 携带掘削土砂的排泥中的砾、砂、淤泥及粘土结 块等粒径大于74μm的粗颗粒，从泥土中分离出去 ，并用运土车装走。
②二次处理 使一次处理后的多余泥水进一步作土（细粒成分 ）、水分离（凝集脱水），处理成可以搬运的状 态，然后运出。
③三次处理 把二次处理后的水和坑内排水等pH值高的水处理 成达到排放标准的水，然后排放。