地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法课件

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1、地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法山岭隧道新奥法施工山岭隧道新奥法施工 传统的隧道施工方法是随挖随用钢材或木材支护，然后，从上到下，或从下到上砌筑刚性衬砌。这也和当时的机械设备、建筑材料、技术水平相一致的。 二十世纪六十年代以来，人们对开挖隧道过程中所出现的围岩变形、松弛、崩塌等现象有了更深入的认识，为提出新的、经济的隧道施工方法创造了前提。1963年，由奥地利学者L腊布兹维奇教授命名为“新奥地利隧道施工法（New Austria Tunneling Methord）”，简称“新奥法（NTAM）”正式出台，新奥法（NATM）是由传统的矿山法发展起来的，传统的矿山法施工是把地层压力视作

2、外力荷载，而新奥法是把围岩和支护结构作为一个统一的受力体系来考虑，围岩既是荷载的来源，又是支护结构体系的一部分，围岩和支护结构相互作用。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法 新奥法施工的基本思想是：充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护结构的监控、量测来指导地下工程的设计与施工。新奥法的主要特点：1充分保护围岩，减少对围岩的扰动。 2充分发挥围岩的自承能力。为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松

3、弛而丧失或大大降低承载能力。为此，在施工中应采用能与围岩密贴、及时砌筑又能随时加强支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的强度、刚度和它参加工作的时间（包括底拱闭合时间）来控制岩体的变形。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法3尽快使支护结构闭合为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快使之闭合，而成为封闭的筒形结构。另外，隧道断面形状要尽可能地圆顺，以避免拐角处的应力集中。4加强监测，根据监测数据指导施工在施工的各个阶段，应进行现场量测监视，及时提出可靠的、数量足够的量测信息，如坑道周边的位移或收敛、接触应力等。并及时反馈用来指导施工和修改设计。上述新奥法的基本原则可扼要

4、地概括为：“少扰动、早喷锚、快封闭、勤测量”。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法一、全断面法1、工序（1）钻眼、装药、爆破，开挖出整个隧道断面；（2）安装拱部锚杆、喷混凝土；（3）出渣；（4）安装边墙锚杆、喷混凝土；（5）必要时喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土；（6）开始下一轮循环；（7）初期支护稳定后、施作二衬。优点：工序少、相互干扰小，便于大型机械作业，施工效率高适用条件：比较均匀坚硬的岩石。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法二、台阶法：1、长台阶：一般上台阶超前50米，或大于5倍的洞跨；2、短台阶：一般上台阶长度11.5倍的洞跨L5倍的洞跨3、超短台阶。上台阶超前3

5、5米。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法三、分部开挖法：台阶分部开挖法（环形开挖留核心土法）CRD法CD法中洞法单侧壁导坑法双侧壁导坑法 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法第5节 辅助施工措施1、超前小导管：注浆、探水、了解地质情况；地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法2、超前锚杆：一般为砂浆锚杆。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法3、大管棚加固地层109，115，159难点：控制管棚的方向地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法城市地下工程浅埋暗挖法施工城市地下工

6、程浅埋暗挖法施工城市地下铁道工程的介质环境一般为松散地层，在松散地层中的新奥法施工，又常常冠以浅埋暗挖法的称谓。浅埋暗挖法的工艺流程和技术要求主要是针对埋深较浅、松散不稳定的地层和软弱破碎岩层的施工提出来的。浅埋暗挖法技术首次应用是在北京地铁复兴门折返线工程，近十几年来，浅埋暗挖法在我国的地下铁道工程的施工中得到了广泛的应用，北京地铁的区间隧道以及其它一些市政工程广泛采用“浅埋暗挖法”进行设计与施工，例如北京地铁复八线全长12.7km，其中区间隧道长约7km，地铁西单站、天安门西站、王府井站、东单站等均采用浅埋暗挖法技术施工，北京地铁四号线、五号线和十号线也有53%的区间隧道采用浅埋暗挖法施工

7、，长安街下多条人行地下通道和国家计委大型地下停车库也采用该技术施工。应该说地铁工程的暗挖法施工集中体现了我国在地下铁道工程暗挖法施工方面的技术成就。浅埋暗挖法整个工艺流程与新奥法的总原则类似，但是浅埋暗挖法更强调地层的预支护和预加固。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法“Boring in shallow depthBoring in shallow depth” construction process construction process 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法 both-side heading construction method双侧壁导坑法双侧壁导

8、坑法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法 both-side heading construction method双侧壁导坑法双侧壁导坑法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法 挖掘装载隧道掘进机挖掘装载隧道掘进机Cut and load machine 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法“Boring in shallow depthBoring in shallow depth” construction process construction process 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法“Boring in shallow depthBorin

9、g in shallow depth” construction process construction process 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法临时支撑临时支撑临时支撑临时支撑平顶直墙施工示意图平顶直墙施工示意图长安街长安街过街道过街道地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地铁区间隧道的浅埋暗挖法施工地铁

10、区间隧道的浅埋暗挖法施工在区间隧道的开挖支护施工中，严格执行“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的十八字施工原则。在施工工序上坚持“开挖一段，支护一段，封闭一段”的基本工艺。管超前-在工作面开挖前，沿隧道拱部周边按设计打入超前小导管。严注浆-在打设超前小导管后注浆加固地层，使松散、松软的土体胶结成整体。增强土体的自稳能力，和超前小导管一起形成纵向超前支护体系，防止工作面失稳。此外，严注浆还包括初支背后注浆和二衬背后注浆。短开挖-每次开挖循环进尺要短，开挖和支护时间尽可能缩短。强支护-采用格栅钢架和喷射混凝土进行较强的早期支护，以限制地层变形。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法

11、盾构法早封闭-开挖后初期支护要尽早封闭成环，以改善受力条件。勤量测-量测是对施工过程中围岩及结构变化情况进行动态跟踪的重要手段，对围岩和支护结构的变形监测，根据监测数据绘制位移-时间曲线，当位移-时间曲线出现反弯点时，表明围岩和支护已呈不稳定状态，加密监视，加强支护，确保施工安全。目前，在城市地下铁道和其它市政工程的浅埋暗挖法施工中，根据地表沉降的控制要求、地层条件以及开挖断面大小，主要施工方法有台阶法，中隔壁法（CD法）、十字中隔壁法（CRD法）、双侧壁导坑法等。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法（一）台阶法施工松散地层中，采用台阶法施工，一般都要用超前小导管对地层进行超前加固，对

12、于一些特殊地段，例如隧道埋深浅、地表有重要建筑物、隧道穿越公路或铁路线等，则需要对地层采用大管棚和小导管联合支护的方式。 一般来说台阶法施工的主要工序有：超前小导管注浆支护，分台阶开挖土方、洞内土方运输、初期支护、初期支护背后压浆，补喷砼、防水层施工、浇注仰拱以及二次模筑钢筋砼衬砌。 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法（二）CRD法施工当开挖断面比较大的时候，为确保地层沉降控制在允许值范围内，需要将整个开挖断面分为若干个小断面，并在断面中部设置一道临时支撑。在具体施工时，开挖一个小断面，进行一个小

13、断面的初期支护，最终使整个大断面初期支护闭合成环，在二衬前，拆除中间“十字”支撑。 （三）双侧壁导坑法施工地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法 （四）辅助施工措施1、超前小导管小导管一般布置在隧道拱部，超前小导管注浆支护的目的是改变地层力学参数，提高地层承载能力。施工步骤有：施工准备、钻孔与打入小导管、注浆。（1）施工准备：小导管制作：超前小导管采用423.25mm普通水煤气管，管长3.5m，注浆管一端做成尖形，另一端焊接上铁箍，在距铁箍端0.51.0m开始钻孔，钻孔沿管壁间隔100200mm呈梅花型布置，孔位互成90度。对于卵石层，超前小导管采用钢管。注浆压力：根据地层性质，初步设定

14、注浆压力0.10.3Mpa。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法（2）钻孔、打小导管注浆钢管沿隧道开挖轮廓线布置，外插角取510，处理特殊地段时，可适当加大。纵向前后相邻两排小导管搭接的水平投影长度为100cm，环向间距3根/m，小导管布设在拱顶部三分之二范围内布置。（3）注浆注浆前先喷混凝土封闭掌子面以防渗漏，对强行打入的钢管进行冲清管内积物，然后再注浆，注浆顺序由下而上，浆液用搅拌桶搅拌。在土层段注水泥浆，砂层段注水泥、水玻璃双液浆。 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法小导管注浆小导管注浆SMALL CONDUIT GROUTING地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾

15、构法冻结法冻结法FREEZING METHODFREEZING METHOD地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法2、管棚对于开挖断面比较大、对地表沉降控制标准高的隧道或者隧道拱顶有市政管线时，一般都要采用大管棚对地层进行加固。管棚规格有108、159等，对于近距离下穿既有地铁隧道，可以考虑采用600的超大管棚。 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法管棚法管棚法 PIPE-ROOFING METHOD 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法管棚法管棚法 PIPE-ROOFING METHOD 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法

16、盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地铁车站的浅埋暗挖法施工地铁车站的浅埋暗挖法施工 用暗挖法施工地铁车站可以将对地面交通的干扰减少到最低，因此，暗挖法在地铁车站的施工占有较大的比重，北京地铁复八线的西单站、天安门东站和北京地铁五号线蒲黄榆站、天坛东站、磁器口站等均采用暗挖法施工。采用浅埋暗挖法修建地铁车站，其基本作业程序包括地层预支护和预加固、土方开挖、初期支护及二次衬砌，监控量测指导施工组织设计等，这些与区间隧道的施工大体类似，只是车站的结构断面型式比区间隧道复杂，断面尺寸比区间隧道大，地

17、表沉降控制相对更严。 在进行地铁车站暗挖法施工时，要根据地表沉降的控制要求、地表交通状况、施工技术水平等情况，进行技术经济比较，选择相对较为合理的施工方法。实践已经证明并将继续证明：采用合理的支护技术和施工工艺，用暗挖法可以安全地建设地铁车站，并且地表沉降可以控制在设计要求的范围内。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法三.车站浅埋暗挖法施工工法暗挖法的施工方法和工艺不是

18、千篇一律的，这里主要介绍北京地铁复八线西单车站的双侧壁导坑法施工、王府井车站的暗挖桩柱法施工（PBA工法）、天安门东站的条形盖挖逆作法施工以及北京地铁五号线磁器口站的暗挖中洞法施工。1、北京地铁复八线西单车站的双侧壁导坑法施工北京地铁复八线西单车站位于西长安街下的砂土层和砂粘土层中，车站为三拱两柱式双层拱形结构，拱顶离地表的距离只有6m。西单车站是我国首次用暗挖法建成的三拱两柱双层车站。施工方法选择： 为了寻求一个可靠的施工方案及合理的支护结构，对台阶法、单眼睛法、中隔壁法、双眼睛法等4种方案的6种开挖程序，按相同的支护参数进行力学分析，6种开挖程序见下表。 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗

19、挖法盾构法表表 7-9 不同方法的开挖顺序（引自：地下铁道设计与施工）不同方法的开挖顺序（引自：地下铁道设计与施工） A 台 阶 法 B 单 眼 镜 法 C1横向开挖 C2竖立开挖 C 中 隔 壁 法 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法D1导坑对称同时开挖 D2导坑错开开挖 D 双 眼 镜 法 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法不同开挖方法主要技术经济比较 项目 施工方案 地表沉降量 （mm） 喷 混 凝 土废弃量比 施工作业 台阶法 30 0.9 作业空间大， 便于大型机械使用， 安全稳妥 单眼睛法 32.0 0.9 施工过程容

20、易控制，安全稳妥 双眼睛对称开挖法 24.7 1.0 施工过程容易控制， 安全稳妥， 但是作业空间小，不利于使用大型设备 双眼睛错开开挖法 24.6 1.0 施工过程容易控制， 安全稳妥但是作业空间小，不利于使用大型设备。 中隔壁上下开挖法 15.8 1.1 安全度高，稳妥可靠 中隔壁左右开挖法 18.2 1.1 安全度高，稳妥可靠 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法2天安门西站的暗挖桩柱法施工天安门西站地处人民大会堂西侧路和石碑胡同之间，全长226.1，宽23.8，高15.25，结构上方覆土厚度5.8，车站主体穿过地层主要为粘土、亚粘土和砂砾石地层，地下水主要是承压水，水位在结构底

21、板1.5，施工方法将暗挖法和逆作法结合起来。具体施工步骤如下：首先在车站仰拱部位施作4个小导洞；在小导洞内做人工挖孔桩到车站的底板位置，利用人工挖孔桩施作边桩、钢管柱和顶纵梁；再对应开挖下面4个小导洞；自上而下紧跟施作扣拱、中板、边墙；施作底板、底纵梁，封闭成环。施工步骤见下图。 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法3、天安门东站的条形基础盖挖逆作法施工天安门东站地处天安门广场东侧，中国革命历史博物馆北侧，位于长安街下，车站结构型式为三跨两柱三层框架结构形式，车站主体位于杂填土，砂质粘土、粉质粘土和圆砾土中，车站长度218m，宽度160m，高

22、度15m，车站主体结构上方密布各种市政管线、电力管沟和通信光缆。主要施工步骤见图7-38，该方法实际上是把传统的盖挖逆作法和浅埋暗挖法相结合，有关文献将这种施工工法称为“条形基础盖挖逆作法”。 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法4、磁器口站的暗挖中洞法施工（1）工程概况磁器口车站位于崇文门外大街与两广大街的交叉口下，是北京地铁五号线与规划北京地铁七号线的换乘站，车站主体走向与崇文门外大街走向一致。共设四个出入口和两个风道风亭，车站为双层岛式三拱两柱结构。车站地下一层为站厅层，预留通道实现与七号线换乘，地下二层为站台层。车站主体覆土深度为9.

23、810.3m；出入口通道覆土深度约为11.812.4m。车站主体结构为三拱两柱双层结构地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法（2）车站主体结构的施工步骤1)在车站主体结构的拱顶位置，按预先设计好的位置，测量定位，打115的管棚，管棚长度30m，分5节打入，每节6 m。2)按照“小分块、短台阶、多循环、快封闭”的原则施工中洞，中洞采用CRD工法施工，并辅以小导管注浆加固地层。3)中洞开挖支护完成后，铺设底板防水层，施做结构底板及底纵梁，预留防水层和钢筋搭接长度。4)在中洞内施做上、下钢管混凝土柱、中板及中纵梁，预留钢筋搭接长度。上层中柱设可调式拉杆，以控制柱的垂直精度。5)铺设拱部防水层，

24、施工拱部结构及顶纵梁，预留防水层和钢筋搭接长度，拆除中洞内临时支护，完成中洞施工。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法6)两侧洞同步采用台阶法开挖土体并支护，并辅以小导管注浆加固地层。7)在两侧洞内铺设底板及下部边墙防水层，浇注底板及下部边墙结构。8)施工侧洞内中板，与中洞内中板连接。9)继续施做两侧洞内边墙及拱部防水层及结构，与中洞内拱部结构连接，二次衬砌封闭，拆除所有临时支护，完成主体结构。具体施工步骤详见图7-39 车站主体结构施工步骤图。 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法小导管注

25、浆小导管注浆SMALL CONDUIT GROUTING地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法管棚法管棚法 PIPE-ROOFING METHOD 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法管棚法管棚法 PIPE-ROOFING METHOD 地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法6.4.1 6.4.1 盾构法施工顺序盾构法施工顺序1) 1) 盾构选型盾构选型 根据隧道所通过的工程地质和水文地质条件根据隧道所通过的工程地质和水文地质条件选择一种最适宜的盾构型式。选择一种最适宜的盾构型式。2)

26、2) 确定所选盾构的直径和长度确定所选盾构的直径和长度 盾构的直径是根据隧道衬盾构的直径是根据隧道衬砌的外径而定的，隧道衬砌的外径：砌的外径而定的，隧道衬砌的外径： D=d+2c+2tD=d+2c+2t 式中：式中：d-d-限界直径，因盾构隧道一般都是圆形，所限界直径，因盾构隧道一般都是圆形，所以其限界也是给的直径，因国内地铁车辆宽度为以其限界也是给的直径，因国内地铁车辆宽度为2.8-2.8-3.0m3.0m，故一般，故一般d=5.2md=5.2m；t-t-衬砌厚度，国内衬砌厚度，国内t=30t=3035cm35cm；c-c-施工误差，一般施工误差，一般c=10cmc=10cm；所以，盾构的外

27、径为；所以，盾构的外径为 B=d+w+2hB=d+w+2h 式中：式中：w w衬砌外径与盾壳内部的间隙，应根据线路衬砌外径与盾壳内部的间隙，应根据线路曲线半径而定，一般曲线半径而定，一般w=80mmw=80mm左右；左右；h h盾构壳体钢板的盾构壳体钢板的厚度，一般厚度，一般h=40-50mmh=40-50mm。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法 盾构长度取决于盾构内需要安放的设备以及在盾盾构长度取决于盾构内需要安放的设备以及在盾构内需要拼装的管片环数和管片环宽度，若盾构长度构内需要拼装的管片环数和管片环宽度，若盾构长度比盾构直径大很多，则操纵起来就不灵活了，一般就比盾构直径大很多，

28、则操纵起来就不灵活了，一般就需要采用铰接式盾构，即盾构的前部与后部之间是用需要采用铰接式盾构，即盾构的前部与后部之间是用铰连接的，相互可以作相对转动。铰连接的，相互可以作相对转动。3) 3) 确定盾构应具备的扭矩和推力确定盾构应具备的扭矩和推力 为了能有效的将地层切削下来，必需根据地层特为了能有效的将地层切削下来，必需根据地层特性来确定它应具备的驱动切削刀盘的扭矩。为了将盾性来确定它应具备的驱动切削刀盘的扭矩。为了将盾构随着开挖随着向前推进，因此在盾构内设置了很多构随着开挖随着向前推进，因此在盾构内设置了很多液压千斤顶，这些千斤顶应具备的推力就是克服盾构液压千斤顶，这些千斤顶应具备的推力就是克

29、服盾构推进时所遇到的阻力，如盾构与地层的摩擦力等。推进时所遇到的阻力，如盾构与地层的摩擦力等。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法4) 4) 盾构制造盾构制造 一般来说，盾构都是定做的。一般来说，盾构都是定做的。5) 5) 开挖盾构始发井开挖盾构始发井 在地铁施工中，一般均利用车站端部在地铁施工中，一般均利用车站端部作为盾构始发井，只有需要在区间始发时才要另建。作为盾构始发井，只有需要在区间始发时才要另建。6) 6) 组装盾构组装盾构 盾构在工厂制好，要进行预组装和调试，然盾构在工厂制好，要进行预组装和调试，然后分解为几个大部件运至工地，用后分解为几个大部件运至工地，用300-5003

30、00-500吨的汽车吊吨的汽车吊吊入井下，重新组装。吊入井下，重新组装。7) 7) 准备推进准备推进 盾构在井下组装和调试后，就可以将其推出盾构在井下组装和调试后，就可以将其推出井外开始试掘进，所以需要在盾构后方设置临时反力架，井外开始试掘进，所以需要在盾构后方设置临时反力架，为盾构推进提供反力。同时也要对盾构前进方向的地层为盾构推进提供反力。同时也要对盾构前进方向的地层进行预加周。因为盾构刚始时尚不能对开挖面形成有效进行预加周。因为盾构刚始时尚不能对开挖面形成有效的支撑，容易坍方、涌水、涌泥，造成地面沉降。地层的支撑，容易坍方、涌水、涌泥，造成地面沉降。地层加固范围一般厚为加固范围一般厚为3

31、-5m3-5m，上下左右超出盾构轮廓，上下左右超出盾构轮廓2-3m2-3m。加固方法通常可采旋喷桩或注浆，加固后地层强度不小加固方法通常可采旋喷桩或注浆，加固后地层强度不小于于0.5MPa0.5MPa。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法(a)(a)盘刀又称为滚刀，它切削地层的原理是靠压力将其盘刀又称为滚刀，它切削地层的原理是靠压力将其压入地层，通过滚刀的旋转作用，将地层劈裂下来。压入地层，通过滚刀的旋转作用，将

32、地层劈裂下来。滚刀的直径根据隧道大小而定，滚刀的楔入角根据岩滚刀的直径根据隧道大小而定，滚刀的楔入角根据岩石强度和硬度而定。它适用于岩层。石强度和硬度而定。它适用于岩层。(b)(b)括刀又称为切刀，它靠压力将其压入地层，然后随括刀又称为切刀，它靠压力将其压入地层，然后随着刀盘的旋转将土切削下来，故适用于土层。着刀盘的旋转将土切削下来，故适用于土层。 从刀具在刀盘上的作用耒看，刀具又可分为：中从刀具在刀盘上的作用耒看，刀具又可分为：中心刀、边刀、仿形刀等，其中仿形刀又称超挖刀，它心刀、边刀、仿形刀等，其中仿形刀又称超挖刀，它是用在曲线地段扩大开挖断面的，因此它是水平放置是用在曲线地段扩大开挖断面

33、的，因此它是水平放置的，可以用千斤顶来调整它的伸缩量。的，可以用千斤顶来调整它的伸缩量。3) 3) 刀盘的转动装置刀盘的转动装置 刀盘上装有主轴、主轴承和齿轮，刀盘上装有主轴、主轴承和齿轮，通过电机或液压马达驱动。这里要强调的是盾构工作通过电机或液压马达驱动。这里要强调的是盾构工作条件很恶劣，主轴承的密封一定要好，否则泥砂进入条件很恶劣，主轴承的密封一定要好，否则泥砂进入密封圈将轴承磨坏，难以更换。电机驱动造价低、密封圈将轴承磨坏，难以更换。电机驱动造价低、地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法 设备简单，但调速不方便，故现己采用变频电机驱动。设备简单，但调速不方便，故现己采用变频电机驱

34、动。液压马达能根据地层条件自动调节刀盘的转动扭矩和转液压马达能根据地层条件自动调节刀盘的转动扭矩和转速，但设备较多、造价较高。速，但设备较多、造价较高。4) 4) 土仓土仓 在刀盘后方有一层密封钢板，将盾构在纵向分为在刀盘后方有一层密封钢板，将盾构在纵向分为两部分，密封钢板与刀盘之间的空间称为土仓，它是用两部分，密封钢板与刀盘之间的空间称为土仓，它是用来存放刀盘切削下来土、石。因此土仓是没有什么设备来存放刀盘切削下来土、石。因此土仓是没有什么设备的，但在密封钢板上却设置了可供工人进入土仓工作的的，但在密封钢板上却设置了可供工人进入土仓工作的闸门以及土压计和各种需通入土仑的管路接口。闸门以及土压

35、计和各种需通入土仑的管路接口。5) 5) 螺旋输送器螺旋输送器 它是用钢板卷成的圆管，内有带螺旋叶片它是用钢板卷成的圆管，内有带螺旋叶片的轴，后端装有驱动电机或液压马达，螺旋输送器的前的轴，后端装有驱动电机或液压马达，螺旋输送器的前端伸入之土仓内，当螺旋叶片旋转时就可将土从土仓内端伸入之土仓内，当螺旋叶片旋转时就可将土从土仓内取出。螺旋输送器直径一般为取出。螺旋输送器直径一般为700-900mm700-900mm。螺旋输送器。螺旋输送器可以是有轴的也可以是无轴的。可以是有轴的也可以是无轴的。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法 圆筒内，这个圆

36、筒就称之谓盾壳，它的另外一个作用圆筒内，这个圆筒就称之谓盾壳，它的另外一个作用就是可以保护工作人员不被土石砸着。盾壳的后部拼装就是可以保护工作人员不被土石砸着。盾壳的后部拼装管片的地方又称为盾尾，它的四周装有盾尾密封钢丝刷，管片的地方又称为盾尾，它的四周装有盾尾密封钢丝刷，以防止水、土、浆液流入盾尾内。盾尾上还装有以防止水、土、浆液流入盾尾内。盾尾上还装有1-41-4个个同步注浆管，当盾构向前推进时，它可以用来即时向衬同步注浆管，当盾构向前推进时，它可以用来即时向衬砌与地层间空隙内注浆，以防止地面沉降。砌与地层间空隙内注浆，以防止地面沉降。10) 10) 盾构千斤顶盾构千斤顶 盾构靠什么推进呢

37、？就是靠装在盾壳内盾构靠什么推进呢？就是靠装在盾壳内的盾构顶，当管片拼装好后，盾构千斤顶就将其活塞伸的盾构顶，当管片拼装好后，盾构千斤顶就将其活塞伸出顶在已拼好的管片环，因为管片环己拼了很长，不能出顶在已拼好的管片环，因为管片环己拼了很长，不能推动，所以盾构只能住前走了。推动，所以盾构只能住前走了。3.3.4 3.3.4 土压平衡式盾构的工作模式土压平衡式盾构的工作模式 土压平衡式盾构有三种工作模式：土压平衡式、气压土压平衡式盾构有三种工作模式：土压平衡式、气压式、和敞开式。式、和敞开式。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法1) 1) 土压平衡模式土压平衡模式 在不稳定的地层中，为了维

38、持开挖面的稳定，在不稳定的地层中，为了维持开挖面的稳定，可以将刀盘切削下来的土碴暂时留在土仓内不立即卸空，经刀盘可以将刀盘切削下来的土碴暂时留在土仓内不立即卸空，经刀盘搅动而成为塑流状，从而对开挖面形成支撑力，当碴土的支撑力搅动而成为塑流状，从而对开挖面形成支撑力，当碴土的支撑力P P处于下式范围内时，则开挖面能维持稳定：处于下式范围内时，则开挖面能维持稳定： 主动土压力主动土压力+ +水压力水压力PP被动土压力被动土压力+ +水压力水压力 如不能满足上式要求，则可用调节螺旋输送器出土量的方法来如不能满足上式要求，则可用调节螺旋输送器出土量的方法来调整碴土压力调整碴土压力P P。如碴土不易形成

39、塑流状，则可向土仑内注入水、。如碴土不易形成塑流状，则可向土仑内注入水、膨润土泥浆或化学发泡剂，经刀盘搅拌后就可成塑流状土，也便膨润土泥浆或化学发泡剂，经刀盘搅拌后就可成塑流状土，也便于螺旋输送器出土。于螺旋输送器出土。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法2) 2) 气压模式气压模式 当掘进前方遇到大障碍物或刀具损坏需要当掘进前方遇到大障碍物或刀具损坏需要更换，此时就要放空土仓内的碴土，由工人进入土仓内更换，此时就要放空土仓内的碴土，由工人进入土仓内进行处理，如在含水不稳定地层中，这是很危险的，此进行处理，如在含水不稳定地层中，这是很危险的，此时可向土仑内压入压缩空气，靠气压来支撑开挖

40、面，维时可向土仑内压入压缩空气，靠气压来支撑开挖面，维持其稳定，此即为气压模式。持其稳定，此即为气压模式。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法3) 3) 敞开模式敞开模式 在干燥稳定地层中，开挖面不易塌坍，在干燥稳定地层中，开挖面不易塌坍，不要特别支撑，故土仑内的碴土无需充满，形成敞不要特别支撑，故土仑内的碴土无需充满，形成敞开式的掘进模式。开式的掘进模式。6.4.46.4.4土压平衡式盾构施工中的管片拼装土压平衡式盾构施工中的管片拼装1) 1) 衬砌环组成与拼装顺序衬砌环组成与拼装顺序 上文已述及，盾构隧道的上文已述及，盾构隧道的衬砌是由钢筋混凝土管片拼装而成，通常一环衬砌衬砌是由钢

41、筋混凝土管片拼装而成，通常一环衬砌由由6 6块管片组成：块管片组成：1 1块封顶块块封顶块(K)(K)、2 2块邻接块块邻接块(B)(B)、3 3块标准块块标准块(A)(A)。管片环的宽度一般为。管片环的宽度一般为1.0m1.0m1.5m1.5m。管片拼装顺序：底部标准块管片拼装顺序：底部标准块-两边抬准块两边抬准块-左邻接左邻接块块-右邻接块右邻接块-封顶块。封顶块。 以往封顶块都是由下向上，径向楔入，近来均以往封顶块都是由下向上，径向楔入，近来均改为由前往后，纵向楔入。改为由前往后，纵向楔入。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法2) 2)

42、 管片拼装方式管片拼装方式 管片纵向排列方式有两种：通缝和错缝。管片纵向排列方式有两种：通缝和错缝。通缝拼装就是指管片间的纵向接缝都是在一条线上，错通缝拼装就是指管片间的纵向接缝都是在一条线上，错缝拼装则管片间的纵向接头是相互错开的。通缝拼装施缝拼装则管片间的纵向接头是相互错开的。通缝拼装施工工艺简单，在盾构推进过程中不易将管片顶裂，但通工工艺简单，在盾构推进过程中不易将管片顶裂，但通缝拼装的衬砌环刚度小，较易变形。错缝拼装则与之相缝拼装的衬砌环刚度小，较易变形。错缝拼装则与之相反。反。3) 3) 管片环型式管片环型式 当盾构通过曲线时，仍用一种等宽度的当盾构通过曲线时，仍用一种等宽度的标准管

43、片环就不行了，此时还需要有一种上宽下狭或上标准管片环就不行了，此时还需要有一种上宽下狭或上狭下宽的楔形管片环。用标准环与楔形相互搭配，就可狭下宽的楔形管片环。用标准环与楔形相互搭配，就可以拼装出各种半径的曲线段。以拼装出各种半径的曲线段。 近年来又推出了一种万能或称为通用管片环，它本身近年来又推出了一种万能或称为通用管片环，它本身就是一种楔形管片环，只要将每环管片中的封顶块置于就是一种楔形管片环，只要将每环管片中的封顶块置于不同位置，就能拼装出直线段，又能拼装出各种半径的不同位置，就能拼装出直线段，又能拼装出各种半径的曲线段。曲线段。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法

44、(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法6.4.5 6.4.5 土压平衡式盾构施工中的重点问题土压平衡式盾构施工中的重点问题1) 1) 控制土压平衡控制土压平衡 如何能控制好土仓中的碴土压力是维持如何能控制好土仓中的碴土压力是维持开挖面稳定的关键问题，一般是通过设置在密封钢板上开挖面稳定的关键问题，一般是通过设置在密封钢板上的土压计来监测土仓中的碴土压力，通过控制螺旋输送的土压计来监测土仓中的碴土压力，通过控制螺旋输送器的出土量来调节碴土压力，向土仑内注入各种改良液器的出土量来调节碴土压力，向土仑内注入各种改良液的方法调整碴土的流动性。的方法调整碴土的流动性。2

45、) 2) 控制盾构姿态控制盾构姿态 盾构在推进过程中可能会发生旋转、偏盾构在推进过程中可能会发生旋转、偏斜、低头、上抬等现家，需要随时于以纠正。通常盾构斜、低头、上抬等现家，需要随时于以纠正。通常盾构中都配有监测仪器，可以在盾构纵操室的计算机屏幕上中都配有监测仪器，可以在盾构纵操室的计算机屏幕上反映出盾构的姿态，以及它与设计位置的差异，然后，反映出盾构的姿态，以及它与设计位置的差异，然后，调整盾构千斤顶的开动个数和伸出量，即可逐步纠正盾调整盾构千斤顶的开动个数和伸出量，即可逐步纠正盾构的姿态。构的姿态。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法3) 3) 管片拼装管理管片拼装管理 钢筋混凝土

46、管片虽然强度很高，钢筋混凝土管片虽然强度很高，C50C50，但毕竟是脆性材料，稍有碰撞，就会掉块缺角，甚至会但毕竟是脆性材料，稍有碰撞，就会掉块缺角，甚至会碰掉粘在管片接缝能面上的密封防水胶条。因此在运输、碰掉粘在管片接缝能面上的密封防水胶条。因此在运输、拼装管片时要格外小心，严格按操作规程办事。如果密拼装管片时要格外小心，严格按操作规程办事。如果密封防水胶条是用遇水膨胀橡胶制成时，在正式拼装前要封防水胶条是用遇水膨胀橡胶制成时，在正式拼装前要保护膜将其覆盖。保护膜将其覆盖。 在错缝拼装或在曲线地段时，管片环中封顶块的位置，在错缝拼装或在曲线地段时，管片环中封顶块的位置，或标准环与楔形环如何搭

47、配，均要严格按设计单位或盾或标准环与楔形环如何搭配，均要严格按设计单位或盾构机自动给出的偏排顺序拼装，否则就不能正确地进行构机自动给出的偏排顺序拼装，否则就不能正确地进行错缝或与设计线路的空间位置相吻合。错缝或与设计线路的空间位置相吻合。4) 4) 盾尾同步注浆管理盾尾同步注浆管理 盾尾同步注浆是控制地面沉降的有盾尾同步注浆是控制地面沉降的有效措施之一，但有以下几个问题要注意：效措施之一，但有以下几个问题要注意：地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法(a) (a) 注浆材料的选择注浆材料的选择 过去注浆材料均采用隋性浆液，即这种浆液中没有硬过去注浆材料均采用隋性浆液，即这种浆液中没有硬化

48、材料，如水泥等，注入衬砌背后长期不会结硬或结硬化材料，如水泥等，注入衬砌背后长期不会结硬或结硬时间很长。这种浆液的优点是在注浆时不易绪塞注浆管，时间很长。这种浆液的优点是在注浆时不易绪塞注浆管，但浆液长期不结硬，不便维持隧道的稳定性。近来这种但浆液长期不结硬，不便维持隧道的稳定性。近来这种浆液已较少采用而改为硬化浆液，即在液浆中掺有少量浆液已较少采用而改为硬化浆液，即在液浆中掺有少量水泥，但能控制其结硬时间，浆液配比要根据地层条件水泥，但能控制其结硬时间，浆液配比要根据地层条件经试验而定，目前各地都有自己的经验配比。经试验而定，目前各地都有自己的经验配比。 (b) (b) 浆液强度浆液强度 一

49、般要求它不低于该处地层的强度。一般要求它不低于该处地层的强度。 (c) (c) 注浆压力注浆压力 一般要求在注入口的注浆压力大于该处土一般要求在注入口的注浆压力大于该处土压力与水压力之和，做到尽量填充而不是劈裂。通常注压力与水压力之和，做到尽量填充而不是劈裂。通常注浆压力可用浆压力可用1.1-1.21.1-1.2倍的静止土压力。倍的静止土压力。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法(d) (d) 注浆体积注浆体积 理论上每环衬砌背后的注浆量应为：理论上每环衬砌背后的注浆量应为： V=LDG/2V=LDG/2 式中：式中：L L衬砌环宽度；衬砌环宽度；D D盾构外径；盾构外径；G G盾尾建

50、盾尾建筑间隙宽度筑间隙宽度 。6.4.6 6.4.6 泥水盾构泥水盾构 泥水盾构的总体构造和施工、顺序基本上与土压泥水盾构的总体构造和施工、顺序基本上与土压平衡式盾构相似，主要区别有以下两点：平衡式盾构相似，主要区别有以下两点： 1) 1) 支撑开挖面的方法支撑开挖面的方法 因为泥水盾构主要用在含水的砂层中，由于砂会因为泥水盾构主要用在含水的砂层中，由于砂会沉淀而板结，没有足够的塑流性，不能在土仓内形成沉淀而板结，没有足够的塑流性，不能在土仓内形成均匀的碴土压力来维持开挖面的稳定，同时也不客易均匀的碴土压力来维持开挖面的稳定，同时也不客易将碴土从土仓内输送出来。所以在泥水盾构中需要有将碴土从土

51、仓内输送出来。所以在泥水盾构中需要有一套专门用来向土仓内注入粘性泥浆设备，包括：泥一套专门用来向土仓内注入粘性泥浆设备，包括：泥浆制浆制地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法 池、泥浆泵、送泥浆管。通过刀盘的搅拌，可以将土池、泥浆泵、送泥浆管。通过刀盘的搅拌，可以将土仓内的泥浆和砂搅拌成具有一定塑流性的重质泥浆，能仓内的泥浆和砂搅拌成具有一定塑流性的重质泥浆，能对开挖面形成均匀的支撑力，而且土仓中的重质泥浆可对开挖面形成均匀的支撑力，而且土仓中的重质泥浆可以用泥浆泵抽走，然后通过输泥浆管运送到洞外，故不以用泥浆泵抽走，然后通过输泥浆管运送到洞外，故不再需要螺旋输送器、皮带机、土斗车等。再

52、需要螺旋输送器、皮带机、土斗车等。 开挖面支撑压力的大小，主要靠注入泥浆的稠度和注开挖面支撑压力的大小，主要靠注入泥浆的稠度和注入泥浆的多少来控制。入泥浆的多少来控制。 2) 2) 泥浆处理设备泥浆处理设备 泥水盾构中所用的泥浆要用优质粘土或膨润土制成，泥水盾构中所用的泥浆要用优质粘土或膨润土制成，而且用量巨大，不能用过一次就废弃，必需重复使用，而且用量巨大，不能用过一次就废弃，必需重复使用，故需要泥浆处理系统，它包括：新鲜泥浆的制备、泥浆故需要泥浆处理系统，它包括：新鲜泥浆的制备、泥浆和碴土的分离、沉淀、泥浆的复制设备等，见图。和碴土的分离、沉淀、泥浆的复制设备等，见图。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法盾构法隧道地面沉降的防治措施盾构法隧道地面沉降的防治措施（1）保持开挖面的稳定性。（2）及时、有效、足量地充填衬砌背后的建筑间隙，必要时还可通过在管片上的注浆孔进行二次加固注浆。（3）严格控制盾构施工中的偏差量，盾构施工偏差增大，不但影响地下铁道线路、限界等使用要求，还会过多扰动地层而导致地面沉降量的增加。地下工程施工方法(3)新奥法浅埋暗挖法盾构法