第五讲：盾构隧道施工技术

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1、盾构法施工技术概述盾构机选型隧道盾构法原理盾构隧道衬砌盾构隧道掘进及其控制工程实例盾构应用前景及发展方向1.概述1.1盾构法概念盾构施工法的定义定义：使用盾构机在地下掘进，在护盾的保护下，在机内安全地进行开挖和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法。三大部分组成：由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌适用范围：盾构隧道适用于软土地区埋深大的隧道工程，可穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物和地下管线密集区的下部。盾构隧道示意图盾构掘进机(Shield)是这种施工方法中最主要的施工机具，它是一个既能支撑地层压力又能在地层中推进的钢筒结构体。由切削刀盘、动力机构、液压

2、主轴顶进机构、液压纠偏机构、液压中继顶进机构、液压主顶进机构、衬砌及岩土排运机构以及检测导向机构等几个部分组成。现代盾构现代盾构掘进机采用了类似机器人的技术，如控制、遥控、传感器、导向、测量、探测、通讯技术等，集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。通过计算机精确控制，在地下向前掘进，同时尾部拼装上可以承受巨大压力的相互咬合的管片而形成圆形隧道。4.3m-diameterEPBshiedmachine6.34m-diameterEPBshieldmachineΦ7.65marticulat

3、edEPBshieldmachineusedinShanghaiHuangpuSightseeingtunnelΦ11.2mslurryshiedusedinduplicatelineprojectofYanAnDongRoadtunnel1.2盾构隧道简史盾构施工法的发明与改进1818年，英国人布鲁洛(M.I.Brunel)从一种食船虫在船身上打洞一事受到启发，研究出了盾构施工法，并获得特许。这可以说是开敞型手掘盾构机的原型。1823年，Brunel制定了在伦敦东端泰晤士河畔的罗萨哈伊斯与对岸的斯瓦宾格之间建设公路隧道的计划。并于1825年在穿

4、越泰晤士河的隧道中第一次使用了盾构技术，后由于塌方事故而不得不中止。但Brunel未放弃在泰晤士河底兴建隧道的梦想，他对盾构机进行了改进，于1834年使工程再次上马，并于7年后的1841年使隧道贯通。盾构隧道技术进步[1]1830年LordCochrance发明了施加压缩空气的“压气法”以解决盾构穿越饱和含水地层时防止涌水的问题。10年后，Greathead首创了在盾尾衬砌外部盾尾空隙中注浆以控制地基变形的壁后注浆方法，进一步推动了盾构法隧道在城市建设中的应用。1869年开始建设穿过泰晤士河的第二条隧道。承担该工程的Barlow和Great采用G

5、reathead新开发的圆形盾构机和铸铁管片，顺利建成隧道。盾构隧道技术进步[2]近30年来，通过对土压平衡式、泥水式盾构机中的关键技术，如盾构机的有效密封，确保开挖面的稳定及控制隧道洞壁的隆起及地表塌陷在规定范围之内，刀具有使用寿命以及在密封条件下的刀具更换，对一些恶劣地质如高水压条件的处理技术等方面的探索和研究解决，使盾构机有了较大的发展。厂家可根据不同的地质条件和工程要求，设计制造不同类型的盾构机以满足工程需要。盾构隧道技术进步[3]盾构机在日本的发展很快，其使用盾构机施工的城市隧道占90%以上，主要因为日本经济发展迅速，城市发展规模较大，

6、再由于日本地下水位高等地质条件促使了盾构机的发展，尤其是土压平衡式和泥水式盾构机的发展。德国的盾构机技术也有独到之处，尤其是在地下施工过程中，保证密封的前提以及高达0.3MPa气压的情况下更换刀盘的刀具，从而提高盾构机的掘进长度，德国还开发了在密封条件下，从大直径刀具内侧常压空间内更换被磨损的刀具。国内盾构隧道[1]1963年开始在上海试验性地采用盾构法掘进隧道，最初为直径4.2m的开胸盾构干挖法，后逐步发展为于出土的网格式盾构、水力出土网格式盾构、局部气压水力开挖网格式盾构及土压平衡式盾构施工法，这些盾构的设计、加工、施工为盾构在软土中施工创造

7、了宝贵经验。国内盾构隧道[2]1966年水利部杭州机械研究所研究试制了我国第一台隧道掘进机并应用于水电工程，1976年又为郑州市设计了直径为6m的盾构掘进机，1985年组织技术人员参加了尼泊尔相迪水电工程建设，取得了丰富的工程实践经验。国内盾构隧道[3]1991年上海地铁1号线引进法国FCB公司的7台土压平衡式盾构，采用大刀盘开挖、螺旋输送机排土，同时备有同步压浆、计算机控制系统等，性能比较完善。上海利用这7台盾构机建成地铁1号线区间隧道，全长18.5km。该盾构直径为6.2m，混凝土管片厚度0.35m，每环6块，环宽1.0m。隧道经过淤泥土和淤

8、泥质亚粘土，覆土深度5～18m，盾构进尺为4～6m/d，地面沉降控制在10～30mm。国内盾构隧道[4]上海地铁2号线区间隧道也采用了盾