盾構(gòu)機(jī)及盾構(gòu)法施工原理

盾構(gòu)機(jī)(Shield Machine),是一種全封閉的隧道掘進(jìn)設(shè)備,主要由掘進(jìn)系統(tǒng)、同步注漿系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、渣土改良系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)等組成，利用襯砌管片提供反力,不能連續(xù)掘進(jìn)。隧道掘進(jìn)機(jī)(Tunnel Boring Machine),簡(jiǎn)稱(chēng)TBM，硬巖掘進(jìn)機(jī),部分封閉,圍巖暴露并可提供反作用力,可連續(xù)掘進(jìn)。

"盾"——"防御、保護(hù)" ，指刀盤(pán)、盾殼；

"構(gòu)"——"構(gòu)筑、修建"，即管片襯砌和注漿；

按照開(kāi)挖面平衡方式分為：

土壓平衡式，適用于各種土層、巖層等復(fù)合地層；

泥水平衡式，適用于含水砂層以及軟流塑、流動(dòng)性等軟弱地層；對(duì)地面沉降要求高的項(xiàng)目；

復(fù)合式，適應(yīng)性更廣

盾構(gòu)機(jī)

按照直徑大小分為：

巨型盾構(gòu)，大于12米；15.43、14.9米；

常規(guī)盾構(gòu)，大于6米；6.28、6.34、6.68米；

微型盾構(gòu)，小于3米。0.15到3米。

按照開(kāi)挖面敞開(kāi)程度分為：

全敞開(kāi)式，手掘式、半機(jī)械式、機(jī)械式

半敞開(kāi)式，半擠壓、全擠壓、網(wǎng)格式

全封閉式，土壓、泥水、復(fù)合式

按照斷面形式分為

圓形盾構(gòu)

矩形盾構(gòu)

異形盾構(gòu)（雙圓、三圓、球形）

盾構(gòu)法的應(yīng)用案例

2000年9月，北京地鐵五號(hào)線(xiàn)雍和宮站至北新橋站區(qū)間首次采用盾構(gòu)法施工。

2000年-2014年，高速發(fā)展期。建成運(yùn)營(yíng)17條線(xiàn)路，總長(zhǎng)527公里。日均客流約1000萬(wàn)人次。是國(guó)內(nèi)最繁忙的軌道交通系統(tǒng)。根據(jù)線(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃，2020年將建成30條線(xiàn)路，運(yùn)營(yíng)里程超過(guò)1000公里。

1994年，上海延安東路南線(xiàn)隧道首次使用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工。

2003年上海隧道股份設(shè)計(jì)制造第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)。

截至2014年，共建成運(yùn)營(yíng)14條線(xiàn)路，總計(jì)525.2公里。根據(jù)線(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃，2017年總里程689公里，2020年總里程808公里。

1995-1999年1號(hào)線(xiàn)建成運(yùn)營(yíng)；首次引入盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工。

1999年以后，2、3、4號(hào)線(xiàn)大量采用盾構(gòu)法隧道修建；2010年高峰期，75臺(tái)盾構(gòu)同時(shí)掘進(jìn)。

截至2014年，共有9條營(yíng)運(yùn)路線(xiàn)（1號(hào)線(xiàn)、2號(hào)線(xiàn)、3號(hào)線(xiàn)、4號(hào)線(xiàn)、5號(hào)線(xiàn)、6號(hào)線(xiàn)、8號(hào)線(xiàn)、廣佛線(xiàn)及APM線(xiàn)），總長(zhǎng)為260.5公里。2017年底，將新建10條線(xiàn)路，260公里新線(xiàn)?？偫锍坛^(guò)500公里。

國(guó)內(nèi)目前地鐵已經(jīng)開(kāi)工的共23個(gè)城市，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的有33個(gè)城市，國(guó)內(nèi)地鐵建設(shè)趨勢(shì)由中心城區(qū)向四周輻射，十二五期間將是地鐵建設(shè)發(fā)展高潮期。

國(guó)內(nèi)城市軌道交通建設(shè)盾構(gòu)工法的使用比例已經(jīng)超過(guò)85%。

盾構(gòu)法隧道施工工作原理

盾構(gòu)機(jī)千斤頂利用已成型管片提供反力，向前施加推力，利用刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)切削掌子面土體（保持土倉(cāng)壓力），通過(guò)螺旋輸送機(jī)（管道）把渣土輸送出來(lái)，拼裝機(jī)拼裝管片形成襯砌，管片背后同步注漿，形成永久結(jié)構(gòu)。

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工原理示意圖如下：

泥水盾構(gòu)機(jī)工作原理示意圖如下：

盾構(gòu)法隧道施工的特點(diǎn)

地下施工，必須面對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件和敏感的地面環(huán)境。所用設(shè)備集成度高，技術(shù)含量高，對(duì)人的要求較高。涉及的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域較多，對(duì)復(fù)合型人才有較多需求。

盾構(gòu)法隧道施工的優(yōu)點(diǎn)

高效率。機(jī)械化作業(yè)程度高，施工速度快，采用預(yù)制管片襯砌，一次成型，施工質(zhì)量易于控制。經(jīng)濟(jì)效率顯著。高安全。施工作業(yè)環(huán)境好，施工人員安全得到有效保障。對(duì)周?chē)h(huán)境影響小，地表沉降易于控制。高適應(yīng)。不影響地面交通，不影響航運(yùn)通航，不受風(fēng)雨等氣候條件影響。不受地質(zhì)限制。

盾構(gòu)法隧道施工總體流程

始發(fā)井（車(chē)站）交付使用→盾構(gòu)托架就位→盾構(gòu)機(jī)下井組裝、調(diào)試、驗(yàn)收→初始掘進(jìn)（L=80-100米）→負(fù)環(huán)拆除及其它調(diào)整（換裝）→正常掘進(jìn)→盾構(gòu)機(jī)到達(dá)中間站→盾構(gòu)機(jī)通過(guò)中間站→盾構(gòu)機(jī)再次組裝、調(diào)試、驗(yàn)收→盾構(gòu)機(jī)再次初始掘進(jìn)→正常掘進(jìn)→盾構(gòu)機(jī)到達(dá)終點(diǎn)站→盾構(gòu)機(jī)解體外運(yùn)→隧道清理、管片修補(bǔ)、堵漏→工程驗(yàn)收。

局部流程

準(zhǔn)備工作（風(fēng)、水、電、漿液、渣車(chē)、管片）→啟動(dòng)液壓系統(tǒng) →啟動(dòng)刀盤(pán) →啟動(dòng)次級(jí)渣土運(yùn)輸系統(tǒng)（皮帶機(jī)）→啟動(dòng)推進(jìn)千斤頂→啟動(dòng)首級(jí)渣土運(yùn)輸系統(tǒng)（螺旋機(jī)）→同步注漿→停止掘進(jìn)→安裝管片→準(zhǔn)備下一環(huán)掘進(jìn)。

開(kāi)挖→出土→注漿→拼裝