盾构隧道施工技术及工程质量安全控制
傅德明
目录
1、
盾构法隧道技术发展概述
1.1
盾构法隧道基本概念及发展历史
1.2
我国盾构法隧道技术的应用和现状
2、
盾构掘进机类型及地层适应性
2.1
盾构掘进机的构造及分类
2.2
土压盾构及适应地层
2.3
泥水盾构及适应地层
2.4
复合盾构及适应地层
3、
盾构隧道衬砌结构和管片制作技术
3.1
盾构隧道衬砌分类和特点
3.2
高精度混凝土管片制作和质量控制
4、
盾构进出洞技术及安全
4.1
盾构进出洞口的地基加固方法和质量控制 4.2
大直径大深度盾构进出洞风险控制
5、
盾构掘进施工技术及工程质量控制
5.1
盾构开挖面稳定和工作参数优化
5.2
盾构在复杂地层条件下的施工及技术措施 5.3
盾构纠偏和姿态控制
5.4
管片拼装和隧道工程质量控制
1
6、
盾构穿越建筑物及保护技术
盾构掘进施工对地层的影响及沉降控制 盾构隧道施工监测技术
6.1
6.2
6.3
盾构穿越建筑物及保护技术
6.4
盾构下穿运营地铁隧道施工及监护 盾构隧道工程事故实例分析
7、
8、
盾构隧道工程技术新发展
上海申通地铁集团有限公司 傅德明
2008-10
2
1、 盾构法隧道技术发展概述
1.1 盾构法隧道基本概念及发展历史
盾构是一个横断面外形与隧道横断面外形相同、尺寸稍大，内藏挖土、排 土机具，自身设有保护外壳的暗挖隧道的机械。以盾构为核心的一整套完成的 隧道施工方法称为盾构工法，概况如图 1 所示。
盾构法施工的优点:场地作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响 小；隧道施工的费用和技术难度基本不受覆土深浅的影响，适宜于建造覆土深 的隧道；穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候的影响； 穿越地面建筑群和地下管线密集区时，周围可不受施工影响；自动化程度高、 劳动强度低、施工速度较快。
图 1 盾构工法概念图
盾构工法的设想 19 世纪初产生于英国， 1818 年 Brunel 观察了小虫腐蚀木 船底板成洞的经过，从而得到启示在此基础上提出了盾构工法，取得了专利， 并于 1823 年拟定了穿越伦敦泰晤士河道路隧道的计划。工程于 1825 年动工 ， 隧道长 458m，隧道断面为 11.4m×6.8m。工程因地层发生了 5 次涌水事故，致 使工程被迫中止。 Brunel 总结了失败的教训对盾构做了 7 年的改进，后于 1834 年工程再次开工，又经过 7 年的经心施工，终于在 1841 年贯通隧道。
1869 年建造横贯泰晤士河上的第二条隧道，首次采用圆形隧道，外径
2.18m,长 402m 。1887 年南伦敦铁道隧道施工中使用了盾构和气压组合工法获 得成功。
19 世纪末到 20 世纪中叶盾构工法相继传入美国、法国、德国、日本、苏联 等国，并得以不同程度的发展。
20 世纪 60~80 年代盾构隧道技术继续发展完善 。1960 年英国伦敦开始使用 滚筒式挖掘机； 1964 年日本埼玉隧道中最先使用泥水盾构；1969 年日本在东 京首次实施泥水加压盾构施工；1972 年日本开发土压盾构成功；1975 年日本推 出泥土加压盾构；1978 年日本开发高浓度泥水盾构；1981 年日本开发气泡盾构； 1982 年日本开发 ECL 工法成功；1988 年日本开发泥水式双圆盾构工法成功。
1990 年~2003 年 ，英法两国共同建造的英吉利海峡隧道（长 48km）采用 φ8.8m 的土压盾构工法于 1993 年竣工；日本东京湾隧道（长 9．2km)采用 8 台 φ14.14m 泥水盾构于 1996 年竣工；丹麦斯多贝尔特海峡隧道（长 7.9km） 采用 φ8.5m 土压盾构工法于 1996 年竣工；德国易北河第 4 条隧道采用复合盾
3
构（φ14.2m）于 2003 年竣工；荷兰格累恩哈特隧道（φ14.87m、泥水式）于 2004 年竣工。
从断面形状方面讲出现了矩形、马蹄形、椭圆形、多圆形等多种异圆断面 盾构；从功能上讲出现了球体盾构、母子盾构、扩径盾构、变径盾构、分岔盾 构、途中更换刀具盾构、障碍物直接切除盾构等特种盾构；从盾构机的掘削方 式上看出现了摇动、摆动掘削方式的盾构，打破了以往的传统的旋转掘削方式。
施工设备出现了管片供给、运送、组装自动化装置；盾构机掘进中的方向、 姿态自动控制系统；施工信息化、自动化的管理系统及施工故障自诊断系统。 1.2 我国隧道掘进机技术的发展历史和现状
50 年代，东北阜新煤矿首次采用直径 2.6m 手掘式盾构施工巷道。1957 年， 北京市政工程局采用 2 台直径 2.0m 和 2.6m 手掘式盾构进行城市下水道施工。
1963 年，上海结合软土地层对盾构掘进机、预制钢混凝土衬砌、隧道掘进 施工参数，隧道接缝防水进行了系统的试验研究。研制了 1 台直径 4.2m 的手掘 式盾构进行浅埋和深埋隧道掘进试验，隧道掘进长度 68m。
1966 年，上海打浦路越江道路隧道工程 1322m 主隧道采用由上海隧道工程 设地院设计、江南造船厂制造的我国第一台直径 10.2m 超大型网格格挤压盾构 掘进机施工，辅以气压稳定开挖面，在黄浦江底顺利掘进隧道。
1987 年上海隧道工程公司研制成功了我国第一台 φ4.35m 加泥式土压平衡 盾构掘进机，用于市南站过江电缆隧道工程。1990 年，上海地铁 1 号线工程全 线开工，18km 区间隧道采用 7 台由法国 FCB 公司、上海隧道工程公司、上海 隧道工程设计院、上海船厂联合制造的 φ6.34m 土压平衡盾构掘进机。
1996 年，上海延安东路隧道南线工程 1300m 圆形主隧道采用从日本引进的 φ11.22m 泥水加压平衡盾构掘进机施工。
1996 年，广州地铁 1 号线 8.8km 区间隧道由日本青木建设施工，采用 2 台 φ6.14m 泥水加压平衡盾构和 1 台 φ6.14m 土压平衡盾构。
2001 年以来，广州地铁 2 号线、南京地铁 1 号线、深圳地铁 1 号线、北京 地铁 5 号线、天津地铁 1 号线先后从德国、日本引进 14 台 φ6.14m~6.34 的土 压盾构和复合型土压盾构，掘进地铁隧道 50km。盾构法隧道已经成为我国城市 地铁隧道的主要施工方法。
2003 年，上海地铁 8 号线首次采用双圆隧道新技术，从日本引进 2 台 φ6520×W11120 双圆型土压盾构，掘进黄兴路站——开鲁路站 2.6km 区间隧 道。
2004 年，天津地铁 1 号线采用 2 台德国海瑞克 ?6.20m 土压平衡盾构掘进区 间隧道。
2006 年，沈阳地铁 1 号线砂砾地层采用盾构法掘进区间隧道。成都地铁 1 号线砂卵地层采构法掘进区间隧道。
2007 年，西安地铁 2 号线湿现性黄土地层采用盾构法掘进区间隧道。 2008 年，武汉地铁 2 号线、杭州地铁 1 号线、苏州地铁 1 号线也采用盾构 法掘进区间隧道。
今年，在全国 12 个城市地铁隧道工程中有 200 余台盾构掘进机施工约 300
4
公里区间隧道。
2005 年，上海上中路隧道引进 1 台 Φ14.89m 超大直径泥水盾构掘进 2 条 长 1250m 的 4 来 4 去双层道路隧道。
2006 年 9 月,二来二去的武汉长江越江隧道工程 2 条长 2338mΦ11.2m 的圆 形主隧道采用 2 台 Фm11.5 泥水加压盾构掘进施工。
2006 年 9 月,三来三去的上海长江口越江隧道 2 条长 7.9k m 的圆形主隧道 采用 2 台 Φ15.44m 泥水加压盾构掘进施工,为目前世界上最大断面的盾构隧道。
2007 年 11 月，三来三去的南京长江隧道 2 条长 3.9k m 的圆形主隧道采 用 2 台 Φ14.9m 泥水盾构掘进施工。
2、 盾构掘进机类型及地层适应性 2.1
盾构掘进机的构造及分类
按挖掘土体的方式，盾构可分手掘式盾构、半机械式盾构及机械式盾构三 种。
① 手掘式盾构：即掘削和出土均靠人工操作进行的方式。
② 半机械盾构：即大部分掘削和出土作业由机械装置完成，但另一部分
仍靠人工完成。
③ 机械式盾构：即掘削和出土等作业均由机械装备完成。
按掘削面的挡土形式，盾构可分为开放式、部分开放式、封闭式三种。 ① 开放式：即掘削面敞开，并可直接看到掘削面的掘削方式。
② 部分开放式：即掘削面不完全敞开，而是部分敞开的掘削方式。 ③ 封闭式：即掘削面封闭不能直接看到掘削面，而是靠各种装置间接地 掌握掘削面的方式。
按加压稳定掘削面的形式，盾构可分为压气式、泥水加压式，削土加压式， 加水式，加泥式，泥浆式六种。
按盾构切削断面形状，盾构可分为圆形、非圆形两大类。圆形又可分为单 圆形、半圆形、双圆搭接形、三圆搭接形。非圆形又分为马蹄形、矩形（长方 形、正方形、凹、凸矩形）、椭圆形（纵向椭圆形、横向椭圆形）。
2.2 土压盾构及适应地层
土压平衡盾构依靠大刀盘旋转切削开挖面土体，土砂切削后进入刀盘后的密 封土舱，并通过土舱下部的螺旋输送机把土砂送至盾构机后部，见图 1 所示。 通过调整刀盘转速、推进速度、螺旋机转速来调整切削土量和出土量并保持土 舱压力，使之与开挖面水土压力保持平衡。
5
盾构隧道施工技术及工程质量安全控制 - 图文
