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盾構機及盾構法施工原理

盾構(gou)機(ji)(Shield Machine),是(shi)一種全(quan)封閉的隧道掘(jue)進(jin)(jin)設備,主要由掘(jue)進(jin)(jin)系(xi)統(tong)、同步注漿(jiang)系(xi)統(tong)、出渣系(xi)統(tong)、渣土(tu)改良系(xi)統(tong)、拼(pin)裝系(xi)統(tong)、密封系(xi)統(tong)、導向(xiang)系(xi)統(tong)等組成(cheng),利用襯砌(qi)管片提供反力,不能連(lian)續(xu)掘(jue)進(jin)(jin)。隧道掘(jue)進(jin)(jin)機(ji)(Tunnel Boring Machine),簡稱TBM,硬巖掘(jue)進(jin)(jin)機(ji),部分封閉,圍(wei)巖暴露并可(ke)提供反作用力,可(ke)連(lian)續(xu)掘(jue)進(jin)(jin)。


"盾"——"防(fang)御、保護" ,指刀(dao)盤、盾殼;

"構(gou)"——"構(gou)筑(zhu)、修建",即管(guan)片襯(chen)砌和注漿(jiang);


按照開挖面平衡方(fang)式(shi)分為:

土壓平衡式,適用于各種土層、巖層等復合地(di)層 ;

泥(ni)水平衡式,適用于含(han)水砂(sha)層以及軟(ruan)流(liu)塑、流(liu)動(dong)性等軟(ruan)弱地層;對地面沉降要(yao)求高的項(xiang)目;

復合式,適應性更廣

盾構機

盾構機

按照直徑大小分為:


巨型盾構,大于(yu)12米;15.43、14.9米;

常規(gui)盾構(gou),大于(yu)6米(mi);6.28、6.34、6.68米(mi);

微型(xing)盾構(gou),小于3米。0.15到3米。

按照開挖面敞開程度分為:

全敞開式(shi),手掘式(shi)、半機(ji)械(xie)式(shi)、機(ji)械(xie)式(shi)

半敞開(kai)式,半擠壓、全(quan)擠壓、網格式

全封(feng)閉式,土壓、泥水、復(fu)合式


按照斷面形式分為

圓形盾構

矩形盾構

異形盾構(雙圓(yuan)、三圓(yuan)、球形)

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盾構法的應用案例

2000年9月,北(bei)京地鐵五號線雍和宮站至北(bei)新橋站區間首次采(cai)用(yong)盾構法施工。

2000年-2014年,高速(su)發(fa)展期。建成(cheng)運(yun)(yun)營(ying)17條(tiao)線路(lu),總長527公里。日均客流約1000萬(wan)人次。是國內最繁忙的軌道交(jiao)通系統。根據線網規劃,2020年將(jiang)建成(cheng)30條(tiao)線路(lu),運(yun)(yun)營(ying)里程超過1000公里。

1994年,上海延(yan)安東路(lu)南線隧道首次使用土壓平衡盾構機施工。

2003年(nian)上(shang)海隧道股(gu)份設計制(zhi)造(zao)第一臺國產盾構(gou)機。

截至2014年(nian)(nian),共建成運營14條線(xian)路,總計525.2公(gong)里(li)。根據(ju)線(xian)網(wang)規(gui)劃,2017年(nian)(nian)總里(li)程(cheng)689公(gong)里(li),2020年(nian)(nian)總里(li)程(cheng)808公(gong)里(li)。

1995-1999年1號線(xian)建成運營(ying);首次引入盾(dun)構法進行隧道施工。

1999年以后,2、3、4號線大量采用盾構(gou)法隧道修建(jian);2010年高峰期,75臺盾構(gou)同時掘進。


截至2014年,共有9條營運路(lu)線(xian)(1號(hao)(hao)線(xian)、2號(hao)(hao)線(xian)、3號(hao)(hao)線(xian)、4號(hao)(hao)線(xian)、5號(hao)(hao)線(xian)、6號(hao)(hao)線(xian)、8號(hao)(hao)線(xian)、廣(guang)佛線(xian)及(ji)APM線(xian)),總(zong)長為260.5公(gong)(gong)里(li)(li)。2017年底,將新建10條線(xian)路(lu),260公(gong)(gong)里(li)(li)新線(xian)。總(zong)里(li)(li)程超(chao)過500公(gong)(gong)里(li)(li)。


國內目前地鐵已經開工的(de)共(gong)23個城(cheng)(cheng)市,國務(wu)院批準(zhun)的(de)有33個城(cheng)(cheng)市,國內地鐵建設趨勢由中心城(cheng)(cheng)區向四(si)周輻(fu)射,十二五期(qi)間將是地鐵建設發展(zhan)高潮期(qi)。

國內城市軌(gui)道交通建設(she)盾構工法的使用比(bi)例已經超(chao)過85%。

盾構(gou)法隧道施工(gong)工(gong)作原理


盾構(gou)機(ji)千斤頂利用已成型管片(pian)提供反力,向(xiang)前施加推力,利用刀盤旋轉(zhuan)切(qie)削(xue)掌子面土(tu)體(保(bao)持土(tu)倉壓力),通過(guo)螺旋輸送(song)機(ji)(管道)把渣土(tu)輸送(song)出來,拼(pin)裝機(ji)拼(pin)裝管片(pian)形(xing)成襯砌,管片(pian)背后同步注漿,形(xing)成永久(jiu)結構(gou)。

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土壓平(ping)衡盾構機施(shi)工原理示意(yi)圖(tu)如下:

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泥水盾構機工作原理示意圖如下:

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盾構法隧(sui)道施工的(de)特點

地(di)下施工,必須面對復雜的地(di)質條(tiao)件和(he)敏感的地(di)面環(huan)境。所用(yong)設(she)備集成度高,技術含量高,對人的要(yao)求較(jiao)高。涉及(ji)的專業(ye)領(ling)域較(jiao)多,對復合型人才有較(jiao)多需求。


盾構法隧道施工的優點(dian)

高效率。機(ji)械化作業程度(du)(du)高,施(shi)工速(su)度(du)(du)快,采用預制管片襯砌(qi),一次(ci)成型,施(shi)工質(zhi)量易于控制。經濟效率顯著(zhu)。高安全。施(shi)工作業環境(jing)好,施(shi)工人(ren)員安全得到有效保障(zhang)。對周圍環境(jing)影(ying)響(xiang)小,地表沉(chen)降易于控制。高適(shi)應(ying)。不(bu)影(ying)響(xiang)地面交通,不(bu)影(ying)響(xiang)航(hang)運通航(hang),不(bu)受(shou)風雨等氣候條件(jian)影(ying)響(xiang)。不(bu)受(shou)地質(zhi)限(xian)制。


盾(dun)構法(fa)隧道施工總體流程

始發井(車站(zhan)(zhan))交付使用→盾(dun)構(gou)(gou)(gou)托架(jia)就位(wei)→盾(dun)構(gou)(gou)(gou)機(ji)下井組裝、調試(shi)、驗收→初始掘(jue)進(jin)(jin)(L=80-100米(mi))→負環拆除及其它調整(換裝)→正(zheng)常掘(jue)進(jin)(jin)→盾(dun)構(gou)(gou)(gou)機(ji)到(dao)達(da)中(zhong)間(jian)站(zhan)(zhan)→盾(dun)構(gou)(gou)(gou)機(ji)通過中(zhong)間(jian)站(zhan)(zhan)→盾(dun)構(gou)(gou)(gou)機(ji)再次(ci)(ci)組裝、調試(shi)、驗收→盾(dun)構(gou)(gou)(gou)機(ji)再次(ci)(ci)初始掘(jue)進(jin)(jin)→正(zheng)常掘(jue)進(jin)(jin)→盾(dun)構(gou)(gou)(gou)機(ji)到(dao)達(da)終點站(zhan)(zhan)→盾(dun)構(gou)(gou)(gou)機(ji)解體外運→隧道清理、管片修補(bu)、堵(du)漏→工(gong)程驗收。

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局部流程


準備工作(zuo)(風、水、電(dian)、漿(jiang)液、渣車(che)、管片)→啟(qi)動(dong)(dong)液壓系統(tong) →啟(qi)動(dong)(dong)刀盤 →啟(qi)動(dong)(dong)次級渣土運輸系統(tong)(皮(pi)帶機(ji))→啟(qi)動(dong)(dong)推進(jin)千斤頂(ding)→啟(qi)動(dong)(dong)首級渣土運輸系統(tong)(螺旋(xuan)機(ji))→同步(bu)注漿(jiang)→停(ting)止掘(jue)進(jin)→安裝管片→準備下一(yi)環(huan)掘(jue)進(jin)。


開挖→出土→注漿→拼裝

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掘進系統:


同步注漿系統:

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出渣系統:

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管片拼裝系統:

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導向系統:

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密封系統:

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渣土改良系統:

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風、水、電、氣系統:

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盾構隧道管(guan)片(pian)襯砌(qi)構造示意圖(tu):

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盾構機的操作技術:

做(zuo)好操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)前的準備(bei)工作(zuo)(zuo)(zuo)。嚴(yan)格按操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)規程進行操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)。按照操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)指令的控制掘進參數(shu)(刀盤轉速(su)﹑扭矩﹑土倉壓力(li)﹑推(tui)力(li)﹑掘進速(su)度(du)﹑鉸接角度(du)﹑注(zhu)漿壓力(li)等)

對線路特點(dian)﹑工程地(di)質和地(di)面的環(huan)境狀況有充分(fen)認識。對異(yi)常(chang)情況要及時(shi)采取措施并上報


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