盾構法施工技術（1）12提綱第一部分盾構法施工概述第二部分土壓平衡盾構機簡介第三部分盾構法施工關鍵技術第四部分盾構法施工組織與管理3第一部分盾構法施工概述淺埋暗挖法明挖法一、常用隧道施工工法1、常用隧道施工工法

主要有：明挖法、淺埋暗挖法、礦山法、盾構法、頂管法、沉管法、巖石掘進機法等。4第一部分盾構法施工概述頂管法盾構法礦山法5第一部分盾構法施工概述巖石掘進機沉管法序號施工方法環境場地要求優點缺點發展方向1明挖法市郊施工場地開闊，軟巖和土體，如北京和天津地鐵進度快，工作面大，便于機械和大量勞動力投入破壞環境生態，影響交通，帶來塵土和噪聲污染1）有效井點降水系統；2）可靠的支撐系統；3）大型土方機械，混凝土攪拌及運輸機械2礦山法巖石和堅硬土體，如青島和重慶地鐵地面干擾小，造價低進度慢，勞動強度高，風險大1）多臂鉆孔臺車，自動裝藥引爆裝置；2）光面爆破，噴錨支護，監控數據反饋指導設計和施工方法3暗挖法埋深較淺對土體進行凍結、注漿、深層攪拌樁加固地基，棚管法加固，淺埋車站，如北京、哈爾濱等城市地鐵地面干擾小，造價低，便于土法上馬機械化程度低，勞動強度高，環境惡劣，風險大1）發展可靠的淺地層地基處理技術；2）小型靈活的地下開挖機械；3）可靠的臨時支護措施和機具6第一部分盾構法施工概述2、隧道施工工法的對比序號施工方法環境場地要求優點缺點發展方向4盾構法和頂管法城市軟地層、深埋隧道，如上海、廣州、北京等城市地鐵地面影響小，機械化程度高，安全，工人勞動強度低，進度快機械設備復雜，價格昂貴，施工工藝繁，專業施工隊伍1）開發適用不同地質條件，自動更換刀盤的氣壓、土壓泥水平衡盾構和頂管，超前探測排障技術；2）鋼纖維擠壓混凝土襯砌；3）三維仿真計算機管理系統，管理信息化，自動化；4）自動導向，中途對接異型盾構5沉管法(連續沉井)跨越江河湖海，軟地基，如廣州、寧波、上海過江隧道造價省，速度快，隧道斷面大封鎖江河水面，專門的駁運、下沉、對接的機具，水下作業，風險大大型涵管制作及駁運技術；2）地下定位對接、防水技術6鑿巖機法（TBM）堅硬巖石地質，如廣州地鐵速度快，機械化程度高，安全，地面無干擾造價高，使用掌握復雜，刀具易磨損1）開發國產高性能鑿巖機；2）改進高強合金刀具；3）完善后配套系統；4）超前不良地質探測系統7第一部分盾構法施工概述8二、TBM（巖石掘進機）

TBM是隧道掘進機（TunnelBoringMachine）的簡稱。為了與盾構法施工的區別，通常對全斷面巖石掘進機（FullFaceRockTunnelBoringMachine）也簡稱TBM。TBM主要類型：第一部分盾構法施工概述隧道掘進機TBM山嶺掘進機（TBM）軟土掘進機（盾構）開敞式掘進機護盾式掘進機雙護盾式掘進機單護盾式掘進機泥水式盾構土壓平衡盾構泥水加壓式盾構泥漿式盾構9（1）開敞式TBM1、通常所說的TBM是指長大距離的山嶺隧道全斷面巖石掘進機。主要分為開敞式、雙護盾式、單護盾式三種類型。第一部分盾構法施工概述10（2）雙護盾式TBM第一部分盾構法施工概述11（3）單護盾式TBM

2、TBM適應性各種不同類型的TBM分別適應于不同地質下長距離（>10km）隧道掘進施工。一般情況下，整條隧道地質情況都差的作業條件下使用單護盾TBM;

在良好地質中則使用開敞式TBM;

雙護盾TBM常用于復雜地層的長隧道開挖，一般適用于中厚埋深、中高強度、地質穩定性基本良好的隧道，對各種不良地質和巖石強度變化有較好適應性。第一部分盾構法施工概述12三、盾構法1、概念盾構(Shield)是一種全封閉的隧道掘進機（既能支承地層的壓力、又能在地層中掘進的施工機具）,襯砌管片提供反力,不能連續掘進。一邊保持開挖面及圍巖穩定，一邊進行隧道掘進、出渣，并在盾尾內拼裝管片形成襯砌，及時實施注漿，從而在盡可能不擾動圍巖條件下修建隧道的方法。

“盾”——“保護、庇護”

,指刀盤、盾殼；

“構”——“構筑、修建”，即管片拼裝和注漿。第一部分盾構法施工概述132、盾構工法（1）含義：以盾構為核心的一整套完整的建造隧道的施工方法。（2）施工過程：豎井（盾構工作井）→盾構機吊裝→始發→掘進（開挖出土與同步注漿、拼裝管片循環作業）→到達→吊出（3）三大要素：開挖面的穩定、盾構沿設計路線高精度推進（盾構姿態、隧道方向）、襯砌（管片）作業1－盾構；2－盾構千斤頂；3－盾構刀盤；4－出土轉盤；5－出土皮帶運輸機；6－管片拼裝機；7－管片；8－壓漿泵；9－壓漿孔；10－出土機；11－由管片組成的隧道襯砌結構；12－在盾尾空隙的壓漿；13－后盾管片；14－豎井。第一部分盾構法施工概述14第一部分盾構法施工概述153、盾構分類（1）盾構的的形式很繁多，可以從各個方面進行分類：按手工和機械劃分為：手掘式，半機械式，機械式三大類。以工作面擋土方式劃分：敞開式，密閉式，部分敞開式。以氣壓和泥水加壓方式劃分：氣壓式，泥水加壓式，土壓平衡式，加水式，高濃度泥水加壓式，加泥式。按斷面形狀劃分：半圓形、圓形、雙圓搭接形、三圓搭接形、馬蹄形、橢圓形、矩形。按不同用途劃分：鐵路公路隧道、下水道隧道、供水隧道、電力電纜隧道、通信電纜隧道、供氣隧道、共同溝隧道、橫斷鐵路公路下方的道路隧道、地下車庫等地下建筑用隧道、地下蓄水池等。按不同地層劃分：硬巖盾構、軟巖盾構、軟土盾構、硬巖軟土盾構（復合盾構）第一部分盾構法施工概述16土壓式（2）常見類型泥土加壓式第一部分盾構法施工概述17泥漿式泥水式第一部分盾構法施工概述18（3）雙圓和多圓盾構第一部分盾構法施工概述19（4）矩形盾構第一部分盾構法施工概述（5）球形盾構204、盾構法施工的特點及優缺點（1）特點：地下施工，必須面對復雜的地質條件和敏感的地面環境。

所用設備集成度高，技術含量高，對人的要求較高。涉及的專業領域較多，對復合型人才有較多需求。第一部分盾構法施工概述21（2）優點：對周圍環境影響小（出土量少，周圍地層沉降小，對周圍構造物的影響小；不影響地面交通及商店營業，無需切斷、搬遷地下管線等地下設施；對周圍居民生活、出行影響小；無空氣、噪聲、振動污染問題。）盾構掘進不受地形、地貌、江河水域等地表環境條件的限制。地表占地面積小故征地費用少。適于大深度、大地下水壓施工，施工成本低。施工不受天氣（風、雨……）條件限制。挖土、出土量少，利于降低成本。盾構工法構筑的隧道抗地震性好。適用地層范圍寬，軟土、砂卵石、軟巖、直到巖層均可使用。第一部分盾構法施工概述22（3）缺點：當隧道曲線半徑過小時，施工較為困難；如隧道覆土太淺，則盾構法施工難度很大；盾構機制造周期長，設備投入較大；施工過程變化斷面尺寸困難；只能前進，不能后退。第一部分盾構法施工概述23第一部分盾構法施工概述5、盾構法施工基本原理盾構的基本原理是基于一件圓筒形的鋼組件沿隧道軸線向前推進的同時開挖土壤。這個鋼組件在初步的或最終的隧道襯砌建成以前總是在防護著開挖出空洞。盾構必須承受周圍地層的壓力，而且需要防止地下水的侵入。最重要的還必須采取輔助的措施對工作面進行支撐，防止地面的沉降。246、土壓平衡盾構法施工基本原理（1）盾殼支承著圍巖并保護著刀盤旋轉，在千斤頂推力的作用下，刀盤上被切割、破碎的碴土，經過開口進入密閉室，當密閉室內的泥土壓力與開挖面壓力取得平衡的同時，端部伸入密閉室下部的螺旋輸送機開機排土，控制螺旋輸送機的轉速或者盾構機的推進速度，達到密閉室內的泥土壓力與開挖面壓力的動態平衡。碴土通過配套的運輸設備運至洞外。第一部分盾構法施工概述25第一部分盾構法施工概述（2）土壓平衡盾構開挖面穩定機理泥土壓必須可以對抗開挖面上地層的土壓和水壓。必須可以利用螺旋輸送機等排土機構，調節排土量。對必須混入添加材的土質而言，注入的添加材料必須可使泥土（混入添加材的開挖土）的塑流性和抗滲性提高到滿足開挖面穩定要求的水準。26第一部分盾構法施工概述7、泥水平衡盾構法施工基本原理8、盾構法施工錄影

中鐵一局廣州客大盾構工程簡介（譜寫盾構新篇章26分鐘）.DAT

27第一部分盾構法施工概述9、盾構法施工起源、發展

1818年，法國的布魯諾爾(M.I.Brune1)，最早提出了用盾構法建設隧道的設想，并在英國取得了專利。

1825年，他第一次在倫敦泰晤河下開始用一個斷面高6.8m、寬11.4m的矩形盾構修建隧道。

1843年，經過18年施工，完成了全長458m的第一條盾構法隧道。1828年1月12日泰晤河水涌入盾構機世界第一臺盾構機示意圖28第一部分盾構法施工概述1974年土壓平衡盾構EPB1976年鉸接式盾構1981年壓注混凝土襯砌工法ECL1986～1988年復圓、多圓斷面盾構MF1993年球體盾構、擴徑盾構1825年盾構機首次使用1830年使用氣壓的半機械式盾構1840年能夠壁后注漿的機械式盾構1865年圓形擠壓式盾構1966年泥水加壓盾構

盾構隧道的發展29第一部分盾構法施工概述30第一部分盾構法施工概述31第一部分盾構法施工概述1952年1966年1984年1994年手掘式盾構網格式式盾構土壓平衡式盾構泥水平衡式盾構路南線隧道上海延安東一號線上海地鐵路隧道上海打浦盾構輸水巷道阜新Φ2.6m2003年楊浦線上海地鐵雙圓盾構國內盾構隧道走過的歷程32四、盾構施工環境1、施工環境盾構機是根據施工對象“度身定做”的。制造盾構機所依據的對象稱之為施工環境，它是基礎地質、工程地質、水文地質、氣候地貌、建筑物以及地下管線和構筑物等特征的總和。在施工環境的諸多因素中，掌握基礎地質和工程地質特征最為重要，是盾構機選型及采用盾構施工工藝的先決條件。2、圍巖的各向均勻性（1）均一地層指在開挖斷面范圍內和開挖延伸方向上，由一種或若干種地層組成，但其巖土力學、工程地質和水文地質等特征相近的地層或地層組合。

第一部分盾構法施工概述33

單純的軟土地層：如北京地鐵、上海地鐵、南京地鐵、西安地鐵等施工的地層中。單純的硬巖地層：如西安鐵路秦嶺線I線隧道。（2）復合地層在地下工程開挖斷面范圍和開挖延伸方向上，由兩種或兩種以上不同地層組成，且這些地層的巖土力學、工程地質和水文地質等特征相差懸殊的組合地層。如廣州地鐵。斷面在垂直方向上不同地層的組合斷面在水平方向上不同地層的組合第一部分盾構法施工概述34（3）在均一地層中盾構施工的特點：施工中盾構機模式基本上不需要變化；盾構機結構在施工中不需要進行改變；需要在施工藝上做適當調整。（4）在復合地層中盾構施工的特點：經常變換盾構施工模式；盾構機的配置需做適當調整；用的施工工藝和施工參數要根據地層變化而變化；圍巖變化極懸殊的地段及石英含量高或高強度硬巖地段等地層中掘進時需頻繁更換刀具；在某些特殊地層要采取一些輔助工法。第一部分盾構法施工概述353、基礎地質地層可分為沉積巖（土）地層、巖漿巖（火成巖）地層和變質巖地層。地史：不同時代的地層在巖性、結構、變質程度等方面都存在巨大差別。地層：盾構隧道所穿過的地層。地質構造：區域地質構造，如褶皺、斷裂等。4、工程地質和水文地質工程地質分層、各層特征和物理特性（巖石單軸抗壓強度）、地層對盾構隧道的影響。5、氣候地貌不良的氣候和地貌環境可能會增加盾構施工風險。第一部分盾構法施工概述366