盾构法隧道与应用——第二章盾构分类及选型

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1、第二章盾构分类及选型 隧道建设与盾构掘进机不可分离，所以盾构掘进机对各种地层的适应性非常重要。1823年～1843年，世界上第一条人工开挖盾构隧道是由法国人Brunnel在伦敦泰晤士河下建成的，由于隧道掘进机与地层条件的不适应，长366m的隧道耗时达20年左右，隧道施工过程中遭遇了多次涌水，并付出了6个隧道工人生命的代价。   1991年6月29日贯通的长达49km（单条）英法海底隧道，耗时仅仅两年半，在如此短时内取得如此的成绩与隧道盾构正确选型密不可分。英法海峡隧道法国侧隧道工程是在含水的白色白垩地层里施工，然后进入完

2、全不渗透的兰色白垩地层里施工，然后进入完全不渗透的兰色白垩地层，选择了土压平衡盾构；而英国侧则根据地层的变化采用了通用型盾构。前者掘进速率达1071m/mon，后者更是达到1487m/mon，说明该隧道的盾构选型是合适的。   1989开始动工建设的东京湾海底公路隧道全长15.1km，其中盾构隧道长9.1km，穿越的地层为软弱的冲积、洪积性土层，另外，该盾构隧道的一个最大特点是盾构必须能够承受0.6MPa的水压，故采用8台直径14.14m的泥水式土压平衡盾构施工，东京湾隧道的成功建设也表明该类盾构的选择是合适的。 第一节

3、盾构的构造一、盾构外形和材料   1．盾构的外形   作为一种保护人体的空间，隧道的形状因其使用要求不同、而造成盾构外形不同是理所当然的。隧道掘进，无论盾构的形状如何，总是向轴线方向发展而成，所以，盾构的外形就是指盾构的断面形状。从采用过的盾构来看，其外形有圆形、双圆、三圆、矩形、马蹄形、半圆形或与隧道断面相似的特殊形状等。例如：将人行隧道筑成矩形，最大地利用了挖掘空间；将水利隧道筑成马蹄形，使流体的力学性能达到最佳状态；将穿山隧道筑成半圆形，可以使底边直接与公路连接等等。但是，绝大多数盾构还是采用传统的圆形。   2．

4、制造盾构的材料   盾构在地下穿越，要承受水平载荷、垂直载荷和水压力，如果地面有构筑物，要承受这些附加载荷，盾构推进时，还要克服正面阻力，所以，盾构整体要求具有足够的强度和刚度。盾构主要用钢板成型制成。钢板间连接可采用焊接和铆接两种方法，大型盾构考虑到水平运输和垂直吊装的困难，可制成分体式，到现场进行就位拼装，部件的连接一般采用定位销定位，高强度螺栓联接，最后焊接成型的方法。盾构壳体可有单层厚板或多层薄板制作而成。    二、盾构的基本构造   盾构种类繁多，从盾构在施工中的功能而言，其基本构造主要分为盾构壳体、推进系统

5、、拼装系统三大部分。图2-1-1   盾构基本构造示意图    1．盾构壳体   所有盾构的形式，其本体从工作面开始均可分为切口环、支承环和盾尾三部分，借以外壳钢板联成整体。   （1）切口环   切口环部分是开挖和挡土部分，它位于盾构的最前端，施工时最先切入地层并掩护开挖作业，部分盾构切口环前端设有刃口以减少切入掘进时对地层的扰动。切口环保持着工作面的稳定，并作为把开挖下来的土砂向后方运输的通道，因此，采用机械化开挖、土压式、泥水加压式盾构时，应根据开挖下来土砂的状态，确定切口环的形状、尺寸。     切口环的长度主要

6、取决于盾构正面支承、开挖的方法，就手掘式盾构而言，考虑到正面施工人员挖土机具工作要有回旋的余地等。大部分手掘式盾构切口环的顶部比底部长，犹如帽檐，有的还设有千斤顶控制的活动前沿，以增加掩护长度；对于机械化盾构切口环内按不同的需要安装各种不同的机械设备，这些设备是用于正面土体的支护及开挖，而各类机械是由盾构种类而定的。主要内容如下：   ①泥水盾构，安置有切削刀盘、搅拌器和吸泥口；   ②土压平衡盾构，安置有切削刀盘、搅拌器和螺旋输送机；   ③网格式盾构，安置有网格、提土转盘和运土机械的进口；   ④棚式盾构，安置有多层

7、活络平台、储土箕斗；   ⑤水力机械盾构，安置有水枪、吸口和搅拌器。   在局部气压、泥水加压、土压平衡等盾构中，因切口内压力高于隧道内常压，所以在切口环处还需布设密封隔板及人行舱的进出闸门。   （2）支承环   支承环是盾构的主体结构，是承受作用于盾构上全部载荷的骨架。它紧接于切口环，位于盾构中部，通常是一个刚性很好的圆形结构。地层压力、所有千斤顶的反作用力，以及切口入土正面阻力、衬砌拼装时的施工载荷均由支承环来承受。   在支承环外沿布置有盾构千斤顶，中间布置拼装机及部分液压设备、动力设备、操纵控制台。当切口环压力

8、高于常压时、在支承环内要布置人行加、减压舱。   支承环的长度应不小于固定盾构千斤顶所需的长度，对于有刀盘的盾构还要考虑安装切削刀盘的轴承装置、驱动装置和排土装置的空间。   （3）盾尾   盾尾一般由盾构外壳钢板延伸构成，主要用于掩护隧道管片衬砌的安装工作。盾尾末端设有密封装置，以防止水、土及压注材料从盾尾与衬砌之