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盾構法分類

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盾構分類

    盾构的形式比较多,其分类方法也较多。以人工、机械等挖掘方式可分为手掘式盾構和機械化盾構。以工作面的挡土形式可分为敞开式和密闭式盾构。盾构按其构造和开挖方法可分为手掘式和机械式。

一、手掘式盾構

手掘式盾構多用于地质条件较好的小型隧道开挖,其构造简单,配套设备较少,如图所示。可根据工作面的地质条件或全部敞开开挖,或正面支撑开挖,随挖随掘。其特点是:

1.開挖面是開放性的,施工人員隨時可以觀察到地層的變化情況;

2.遇到各種地下障礙物時,比較容易排除處理;

3.容易做到需要方向的超挖,對盾構糾偏有利,也便于隧道曲線段施工;

4.设备简单,造价低。手掘式盾構的缺点是施工人员劳动强度大,施工速度慢,用于含水不稳定地层中容易产生流砂和涌土现象,施工安全性差。

二、擠壓式盾構

擠壓式盾構可分为全擠壓式盾構和半擠壓式盾構。前者是将工作面用胸板封闭,将土层挡在胸板外面,避免水土的涌入,并省去出土工序。后者则在封闭胸板上局部开孔,当盾构推进时,土体从孔中挤入盾构,装车外运,如图所示为擠壓式盾構的示意图。擠壓式盾構靠强大的推力将前方土层挤入盾构四周外侧而向前推进,适用于松软可塑的粘性土层。该方法对地层的扰动较大,应尽量避开在地面建筑物下施工。网格式盾构是一种介于半挤压式和手掘式之间的盾构形式。它的前部不是胸板,而是钢制的开口网格。当盾构向前推进时,土被网格切成条块进入盾构后运出;当盾构停止推进时,网格起到挡土的作用,可有效地防止开挖面的坍塌。

三、機械化盾構

有半机械化和全机械化之分。半機械化盾構由挖土机械代替人工开挖。根据土质情况,掘土机械可以是反铲挖土机,螺旋切削机或软岩掘进机。因造价相对全機械化盾構较低,又可以减轻劳动强度,效率较高,因此在地下工程中用的较多。全機械化盾構于切口环部位装有与盾构直径相仿的全断面旋转切削刀盘,不、配以运土机械设备,可使土方从开挖到装车全部实现机械化作业。全機械化盾構分为开胸式、机械切削盾构和闭胸式機械化盾構。世界各国在闭胸式机械化盾構施工技术方面发展的较快。目前闭胸式機械化盾構又可分为以下3種。

⑴局部氣壓盾構

在開胸式盾構的切口環和支撐環之間裝有隔板, 使切口環部分形成密封艙。 艙內通入壓縮空氣,以平衡開挖面的土壓力,維持其穩定。局部氣壓盾構是相對于盾構隧道內全部通入壓縮空氣的施工方法而言,它可以避免工作人員在壓氣下工作的弊病。但局部氣壓盾構至今還存在下列技術問題:

5.因密封艙部分的體積小,故壓縮空氣的容量小,若透氣系數大的地層難以保持開挖面氣壓的穩定。

6.盾尾密封裝置還做不到完全阻止艙內壓縮空氣的泄漏。

7.管片之間接縫存在壓縮空氣泄漏的問題,有時管片外部泥水被一起帶入隧道,增加了施工難度。圖爲局部氣壓盾構示意圖,因此該方法一直未被廣泛應用。

1.氣壓內出土運輸系統 ;2.膠帶輸送機 ;3.排土抓鬥;4.出土鬥 ;5.運土車;6.運送管片單軌;7.管片;8.襯砌拼裝器;9.伸縮接頭

⑵泥水加壓盾構

 

在盾構密封隔艙內注入泥水,由泥水壓力抵抗正面土壓力,用全斷面機械化切削及管道輸送泥水出土方式,完成盾構並開挖掘進的全過程。圖爲泥水加壓盾構示意圖,泥水加壓盾構實現了管道連續出土,又防止開挖面的坍塌,大大改善了盾尾泄漏。因此,泥水加壓盾構發展較快,廣泛應用于各種用途的隧道工程中。

1.鑽頭;2.隔板;3.壓力控制閥;4.集矸槽;5.斜槽;6.攪動器;7.盾尾密封;8.水泥漿;9.摩努型泵;10.矸石泵;11.伸縮管;12.緊急支管

⑶土壓平衡盾構

 

又稱削土密閉式或泥土加壓式盾構,是在局部氣壓盾構及泥水加壓盾構基礎上發展起來的一種適用于含水飽和軟弱地層中施工的新型盾構。如圖所示。土壓平衡盾構的頭裝有斷面切削刀盤,在切口環與支撐環之間設有密封隔板,使切口部分形成漿化泥土密封艙。用流動性和不透水性的“作漿材料”壓注于切削下的土中使之成爲可流動又不透水的漿化泥土,使其充滿開挖面密封艙及相連的長筒型螺旋輸送機。盾構切削速度控制螺旋輸送機的轉速,保證密封艙內始終充滿泥土,而又不過于飽滿。土壓平衡盾構避免了局部氣壓盾構的主要缺點, 又省略了泥水盾構中的處理設備,是正在發展的最有前途的地下工程施工設備之一。

 

1.漿化泥土 ;2.測定漿化泥土的壓力計 ;3.漿化泥土密封艙 ;4.使刀盤旋轉的液壓馬達;5.土層;6.管片;7.襯砌拼裝器;8.攪拌葉片;9.作漿材料注入孔閥門;10.螺旋輸送機;11.刀盤支架上裝刀具

 

(4)微型盾構

微型盾構是指直徑在2.0m以下的小直徑盾構。自1970年以來,由于上下水道、電纜隧道等小直徑隧道工程的不斷增加,促使微型盾構迅速發展。尤其在大城市中地下管線密集、開槽埋管又無法施工時,采用微型盾構按挖法更加顯示其優越性。微型盾構基本原理與普通盾構相同但並非單純地將普通盾構按比例縮小,而是有其自身的許多特點。例如:覆蓋層較薄,一般不到2.0m襯砌結構受集中荷載影響;施工在繁忙的城市道路下方,工作井盡量少占地,應減少噪音等。

四、城市地鐵的盾構法施工具有以下優點:

1.除豎井施工外,施工作業均在地下進行,既不影響地面交通。又可減少對附近居民産生的噪聲和振動;

2.盾構的推進、出土、拼裝襯砌等主要工序循環進行,施工易于管理,施工人員也較少;

3.隧道的施工費用不受覆土量多少的影響,適宜于建造覆土較深的隧道;

4.施工不受天氣變化(如風雨等氣候)條件的影響;

5.當隧道穿過河底或其它建築物時,不影響施工;

6.只要設法使盾構的開挖面穩定,則隧道越深,地基越差,土中影響施工的埋設物越多,與明瓦發相比在經濟上、施工進度上越有利。但盾構法施工中也存在以下問題。

7.當隧道曲線半徑過小時,施工難度較大;

8.在陆地建造隧道时,如果隧道覆土太浅,则盾構施工困难很大,而在水下施工时,如覆土太浅则盾构法施工也不够安全;

9.盾構施工中采用全气压方法以疏干和稳定地层时,对劳动保护要求较高,施工条件差;

10.盾構在地層中沿著設計軸線推進時,隧道上方一定範圍內的地表沈降尚難完全預防,特別在飽和含水松軟的土層中,要采取嚴密的技術措施才能將沈降控制在很小的限度內;

11.在飽和含水層中,盾構法施工所采用的拼裝襯砌,對達到整體結構防水的技術要求較高。

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