盾构发展概要第一章教程.docVIP

国内外盾构法隧道施工实例 盾构发展概要 PAGE  PAGE 20 第1章 盾构发展概要 1.1 盾构的概念 盾构，其英文名称为“Shield Machine”，是一种用于软土隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有整机及辅助设备，在其掩护下进行土体开挖、土碴排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道一次成形的机械。 盾构是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。盾构已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。 1.2 盾构的工作原理 盾构的工作原理就是一个钢结构组件沿隧道轴线边向前推进边对土壤进行掘进。这个钢结构组件的壳体称“盾壳”，盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道段起着临时支护的作用，承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。 图1－1 盾构的外形及其结构1.3 盾构分类 1.3.1 按断面形状分类 盾构根据其断面形状可分为：单圆盾构、复圆盾构（多圆盾构）、非圆盾构。其中复圆盾构可分为双圆盾构和三圆盾构。非圆盾构可分为椭圆形盾构、矩形盾构、马蹄形盾构、半圆形盾构。复圆盾构和非圆盾构统称为“异形盾构” 图1－2 单圆盾构图1－3 双圆盾构图1－4 三圆盾构 1.3.2 按支护地层的形式分类 自 然 支 护 机械支护 压缩空气支护 泥浆支护 土压平衡支护 碴土 螺旋输送机 压缩空气 土－泥浆混合物 沉浸墙 泥浆 缓冲气垫 压力隔墙及气闸 支撑挡板 刀盘 堆土斜面 压缩空气 盾构按支护地层的形式分类，主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆支护式，土压平衡支护式五种类型。见图1－5。 图1－5 按支护地层的形式分类 1.3.3 按开挖面与作业室之间隔板的构造分类 盾构按开挖面与作业室之间隔板构造可分为全敞开式、部分敞开式及闭胸式三种。 具体划分见图1－6。 闭胸式 盾 构 泥水式 土压式 土压平衡盾构 加泥式土压平衡盾构 敞开式 手掘式盾构 半机械式盾构 机械式盾构 全敞开式 部分敞开式 挤压式盾构 压气式 泥水加压盾构 压缩空气盾构 图1－6 盾构的分类 1.4 盾构的起源与发展 1.4.1 盾构的起源 1806年，马克?布鲁诺尔（Marc Isambrd Brunel）在蛀虫钻孔并用分泌物涂在四周的启示下，最早提出了盾构掘进隧道的原理并注册了专利（图1－7）。布鲁诺尔专利盾构由不同的单元格组成，每一个单元格可容纳一个工人独立工作并对工人起到保护作用。所有的单元格牢靠地装在盾壳上。当一段隧道挖完后，由液压千斤顶将整个盾壳向前推进。1818年，布鲁诺尔完善了盾构结构的机械系统，设计成用全断面螺旋式开挖的封闭式盾壳，衬砌紧随其后。见图1－8。 图1—7 布鲁诺尔专利盾构（1806年）图1—8 布鲁诺尔螺旋盾构（1818年）盾构的问世已有180年的历史。1825年，马克?布鲁诺尔第一次在伦敦泰晤士河下用一个断面高6.8m，宽11.4m的矩形盾构修建了第一条盾构法隧道。 马克?布鲁诺尔矩形盾构见图1－9。由12个邻接的框架组成，每一个框架分成3个工作舱，每个舱可容纳一个工人独立工作并对工人起到保护作用。每个工作舱都牢固地装在盾壳上，当掘进完一段隧道后，由螺杆将鞍型框架向前推进，紧接着后部砌砖。 ①顶板 ②顶部支撑螺杆 ③顶部 ④顶部单元 ⑤尾部千斤顶 ⑥铸铁加强构件 ⑦铸铁边架构件 ⑧上层踏板 ⑨吊环 ⑩中部单元  eq \o\ac(○,11)支腿  eq \o\ac(○,12)底部单元  eq \o\ac(○,13)支撑板  eq \o\ac(○,14)千斤顶施力点  eq \o\ac(○,15)靴板  eq \o\ac(○,16)铺砖  eq \o\ac(○,17)隔墙砖  eq \o\ac(○,18)底部支撑螺杆  eq \o\ac(○,19)砖路  eq \o\ac(○,20)走道  eq \o\ac(○,21)顶部定心器  eq \o\ac