盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)(I)

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1、安徽建筑工業(yè)學(xué)院地下結(jié)構(gòu)工程主講教師：席培勝第6章盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)本章介紹盾構(gòu)構(gòu)造和分類，盾構(gòu)推進(jìn)及襯砌拼裝;圓形襯砌構(gòu)造、內(nèi)力計(jì)算與管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要求了解盾構(gòu)隧道的功能和適用環(huán)境。掌握?qǐng)A形襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造要求。6.1概述盾構(gòu)（shield）是一種鋼制的活動(dòng)防護(hù)裝置或活動(dòng)支撐，是通過軟弱含水層，特別是河底、海底，以及城市居民區(qū)修建隧道的一種機(jī)械。頭部可以安全地開挖地層,尾部可以裝配預(yù)制管片或砌塊，迅速地拼裝成隧道永久襯砌。盾構(gòu)推進(jìn)主要依靠盾構(gòu)內(nèi)部設(shè)置的千斤頂。適用條件在松軟含水地層中修建隧道、水底隧道及

2、地下鐵道時(shí)采用各種不同形式的盾構(gòu)施工最有意義，特別是該施工方法屬地表以下暗挖施工，不受地面交通、河道、航運(yùn)、潮汐、季節(jié)等條件的影響.盾構(gòu)隧道的歷史用盾構(gòu)法修建隧道開始于1818年，法國工程師布魯諾爾；1825年在英國泰晤士河下首次用矩形盾構(gòu)建造隧道；近代，日本盾構(gòu)法得到了迅速發(fā)展，用途越來越廣，并研制了大量新型盾構(gòu)；我國于1957年北京下水道工程中首次出現(xiàn)2.6m小盾構(gòu)；上海市延安東路過江道路隧道使用11.0m直徑的大盾構(gòu)；隧道剖面圖1-進(jìn)風(fēng)道；2-進(jìn)風(fēng)口；3-排風(fēng)口；4-排風(fēng)道；5-路面（下拉桿）6-天

3、棚（上拉桿）；7-吊桿；8-照明燈；9-滅火器；10-消防栓；11-電纜；12-排水管；13-給水管；14-縱向螺栓；15-環(huán)向螺栓按形狀分類大致有圓形（又稱半盾構(gòu)）、矩形、馬蹄形等幾種。圓形因其抵抗水土壓力較理想，襯砌拼裝簡(jiǎn)便，構(gòu)件可以互換，較為通用，數(shù)量最多。圓形盾構(gòu)中，敞胸盾構(gòu)和閉胸盾構(gòu)兩大類。6.2盾構(gòu)構(gòu)造和分類6.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造1-1(切口環(huán))；2-2(支承環(huán))；3-3(縱剖面)通常由盾構(gòu)殼體、推進(jìn)系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)、出土系統(tǒng)等四大部分組成。1）盾構(gòu)殼體盾構(gòu)殼體由切口環(huán)、支承環(huán)、盾尾與豎直隔板

4、、水平隔板組成，并由外殼鋼板連成整體。切口環(huán)：開挖；上下寬度可以等值、也可以不等值，甚至是活動(dòng)的。容納各種專門的挖土設(shè)備。支承環(huán)：承受荷重的核心部分，剛性較好的圓環(huán)結(jié)構(gòu)。水平隔板和豎直隔板：增加盾構(gòu)剛度，水平承受拉力，豎直承受壓力。盾尾：掩護(hù)工人在其內(nèi)部安裝襯砌。2）推進(jìn)系統(tǒng)由盾構(gòu)千斤頂和液壓設(shè)備組成，上下左右活塞桿伸出長(zhǎng)度不同達(dá)到糾偏目的。盾構(gòu)千斤頂一般是沿支承環(huán)圓周均勻分布的；3）拼裝系統(tǒng)襯砌拼裝器又稱舉重臂，是拼裝系統(tǒng)的主要設(shè)備，以油壓系統(tǒng)為動(dòng)力，一般舉重臂均安裝在支承環(huán)上。舉重臂能作旋轉(zhuǎn)、徑向運(yùn)動(dòng)

5、，還能沿隧道中軸線作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。完成這些運(yùn)動(dòng)的精度應(yīng)該保證待裝配的管片上的螺栓孔能和已裝配好的螺栓孔對(duì)齊，以便螺栓固定。4）出土系統(tǒng)出土方式一般有三種：（1）有軌運(yùn)輸：皮帶運(yùn)輸機(jī)－礦車－洞口－垂直起吊至地面。（2）無軌運(yùn)輸：自卸卡車（3）管道運(yùn)輸：混合泥漿，壓力輸出，出土連續(xù)化6.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍1）人工開掘式、半機(jī)械式敞胸盾構(gòu)全部敞開，隨時(shí)觀察地層變化情況，并配備簡(jiǎn)便的液壓、風(fēng)動(dòng)挖掘，機(jī)具、人工挖掘，當(dāng)開挖面難以保持穩(wěn)定時(shí)可以采用氣壓等人工措施及正面支撐、支撐千斤頂?shù)入S挖隨撐。2)擠壓式閉胸盾構(gòu)

6、在塑性粘土及淤泥中采用,盾構(gòu)正面用胸板密閉起來。厚蘭隧道、林肯隧道和打浦路隧道都采用過半擠壓及全擠壓推進(jìn)的閉胸盾構(gòu)施工.襯砌結(jié)構(gòu)常發(fā)生橢圓率的現(xiàn)象，先襯砌水平直徑縮小，豎向直徑增大，繼之，盾構(gòu)離遠(yuǎn)時(shí)，豎向直徑減小，水平直徑增大。主要是隧道上方土壤結(jié)構(gòu)破壞、隆起，形成一個(gè)卸載拱，而水平壓力仍然保持著初始數(shù)值之故。3）機(jī)械式閉胸盾構(gòu)（1）局部氣壓盾構(gòu)（2）泥水加壓式盾構(gòu)(3)土壓平衡式盾構(gòu)表6-1挖掘方式構(gòu)造類型盾構(gòu)名稱開挖面穩(wěn)定措施適用地層附注人工開挖（手掘式）敞胸普通盾構(gòu)臨時(shí)擋板、支撐千斤頂?shù)刭|(zhì)穩(wěn)定或松軟

7、均可輔以氣壓、人工井點(diǎn)降水及其它地層加固措施棚式盾構(gòu)將開挖面分成幾層，利用砂的安息角和棚的磨擦砂性土網(wǎng)格式盾構(gòu)利用土和鋼制網(wǎng)狀硌柵的磨擦粘土淤泥閉胸半擠壓盾構(gòu)胸板局部開孔依賴盾構(gòu)千斤頂推力土砂自然流入軟可塑的粘性土全擠壓盾構(gòu)胸板無孔、不進(jìn)土淤泥半機(jī)械式敞胸反鏟式盾構(gòu)手掘式盾構(gòu)裝上反鏟挖土機(jī)土質(zhì)堅(jiān)硬穩(wěn)定開挖面能自立輔助措施旋轉(zhuǎn)式盾構(gòu)同上，裝上軟巖掘進(jìn)機(jī)軟巖機(jī)械式敞胸旋轉(zhuǎn)刀盤式盾構(gòu)單刀盤加面板多刀盤加面板軟巖輔助措施閉胸局中氣壓盾構(gòu)面板和隔板間加氣壓多水松軟地層不再另設(shè)輔助措施泥水加壓盾構(gòu)面板和隔板間加壓力泥

8、水含水地層、沖積層、洪積層輔助措施土壓平衡盾構(gòu)（加水式、加泥式）面板和隔板間充滿土砂容積產(chǎn)生的壓力與開挖面處的地層壓力保持平衡淤泥、淤泥混砂輔助措施6.2.3盾構(gòu)幾何尺寸的選定及盾構(gòu)千斤頂推力計(jì)算主要指盾構(gòu)外徑D和盾構(gòu)長(zhǎng)度L、盾構(gòu)靈敏度L/D。最小建筑空隙值xx=mα=mD=d+2(x+δ)δ=0.02+0.01（D-4）2）盾構(gòu)長(zhǎng)度LL=L0+L1+L2+L3L0—盾尾長(zhǎng)度；L1—支承環(huán)長(zhǎng)度；L2—切口環(huán)長(zhǎng)度；L3—前檐長(zhǎng)度