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盾構(gòu)法分類
2013-08-28
盾構(gòu)的形式比較多，其分類方法也較多。以人工、機(jī)械等挖掘方式可分為手掘式盾構(gòu)和機(jī)械化盾構(gòu)。以工作面的擋土形式可分為敞開式和密閉式盾構(gòu)。盾構(gòu)按其構(gòu)造和開挖方法可分為手掘式和機(jī)械式。
盾構(gòu)分類
盾構(gòu)的形式比較多，其分類方法也較多。以人工、機(jī)械等挖掘方式可分為手掘式盾構(gòu)和機(jī)械化盾構(gòu)。以工作面的擋土形式可分為敞開式和密閉式盾構(gòu)。盾構(gòu)按其構(gòu)造和開挖方法可分為手掘式和機(jī)械式。
一、手掘式盾構(gòu)
手掘式盾構(gòu)多用于地質(zhì)條件較好的小型隧道開挖，其構(gòu)造簡單，配套設(shè)備較少，如圖所示?？筛鶕?jù)工作面的地質(zhì)條件或全部敞開開挖，或正面支撐開挖，隨挖隨掘。其特點(diǎn)是：
1.開挖面是開放性的，施工人員隨時(shí)可以觀察到地層的變化情況；
2.遇到各種地下障礙物時(shí)，比較容易排除處理；
3.容易做到需要方向的超挖，對(duì)盾構(gòu)糾偏有利，也便于隧道曲線段施工；
4.設(shè)備簡單，造價(jià)低。手掘式盾構(gòu)的缺點(diǎn)是施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工速度慢，用于含水不穩(wěn)定地層中容易產(chǎn)生流砂和涌土現(xiàn)象，施工安全性差。
二、擠壓式盾構(gòu)
擠壓式盾構(gòu)可分為全擠壓式盾構(gòu)和半擠壓式盾構(gòu)。前者是將工作面用胸板封閉，將土層擋在胸板外面，避免水土的涌入，并省去出土工序。后者則在封閉胸板上局部開孔，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，土體從孔中擠入盾構(gòu)，裝車外運(yùn)，如圖所示為擠壓式盾構(gòu)的示意圖。擠壓式盾構(gòu)靠強(qiáng)大的推力將前方土層擠入盾構(gòu)四周外側(cè)而向前推進(jìn)，適用于松軟可塑的粘性土層。該方法對(duì)地層的擾動(dòng)較大，應(yīng)盡量避開在地面建筑物下施工。網(wǎng)格式盾構(gòu)是一種介于半擠壓式和手掘式之間的盾構(gòu)形式。它的前部不是胸板，而是鋼制的開口網(wǎng)格。當(dāng)盾構(gòu)向前推進(jìn)時(shí)，土被網(wǎng)格切成條塊進(jìn)入盾構(gòu)后運(yùn)出；當(dāng)盾構(gòu)停止推進(jìn)時(shí)，網(wǎng)格起到擋土的作用，可有效地防止開挖面的坍塌。
三、機(jī)械化盾構(gòu)
有半機(jī)械化和全機(jī)械化之分。半機(jī)械化盾構(gòu)由挖土機(jī)械代替人工開挖。根據(jù)土質(zhì)情況，掘土機(jī)械可以是反鏟挖土機(jī)，螺旋切削機(jī)或軟巖掘進(jìn)機(jī)。因造價(jià)相對(duì)全機(jī)械化盾構(gòu)較低，又可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，效率較高，因此在地下工程中用的較多。全機(jī)械化盾構(gòu)于切口環(huán)部位裝有與盾構(gòu)直徑相仿的全斷面旋轉(zhuǎn)切削刀盤，不、配以運(yùn)土機(jī)械設(shè)備，可使土方從開挖到裝車全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。全機(jī)械化盾構(gòu)分為開胸式、機(jī)械切削盾構(gòu)和閉胸式機(jī)械化盾構(gòu)。世界各國在閉胸式機(jī)械化盾構(gòu)施工技術(shù)方面發(fā)展的較快。目前閉胸式機(jī)械化盾構(gòu)又可分為以下3種。
⑴局部氣壓盾構(gòu)
在開胸式盾構(gòu)的切口環(huán)和支撐環(huán)之間裝有隔板， 使切口環(huán)部分形成密封艙。 艙內(nèi)通入壓縮空氣，以平衡開挖面的土壓力，維持其穩(wěn)定。局部氣壓盾構(gòu)是相對(duì)于盾構(gòu)隧道內(nèi)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(gòu)至今還存在下列技術(shù)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(shù)大的地層不可保持開挖面氣壓的穩(wěn)定。
6.盾尾密封裝置還做不到完全阻止艙內(nèi)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(shí)管片外部泥水被一起帶入隧道，增加了施工難度。圖為局部氣壓盾構(gòu)示意圖，因此該方法一直未被應(yīng)用。
1.氣壓內(nèi)出土運(yùn)輸系統(tǒng) ;2.膠帶輸送機(jī) ;3.排土抓斗;4.出土斗 ;5.運(yùn)土車;6.運(yùn)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(gòu)
在盾構(gòu)密封隔艙內(nèi)注入泥水，由泥水壓力抵抗正面土壓力，用全斷面機(jī)械化切削及管道輸送泥水出土方式，完成盾構(gòu)并開挖掘進(jìn)的全過程。圖為泥水加壓盾構(gòu)示意圖，泥水加壓盾構(gòu)實(shí)現(xiàn)了管道連續(xù)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(gòu)發(fā)展較快，應(yīng)用于各種用途的隧道工程中。
1.鉆頭;2.隔板;3.壓力控制閥;4.集矸槽;5.斜槽;6.攪動(dòng)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(gòu)
又稱削土密閉式或泥土加壓式盾構(gòu)，是在局部氣壓盾構(gòu)及泥水加壓盾構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)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(gòu)。如圖所示。土壓平衡盾構(gòu)的頭裝有斷面切削刀盤，在切口環(huán)與支撐環(huán)之間設(shè)有密封隔板，使切口部分形成漿化泥土密封艙。用流動(dòng)性和不透水性的“作漿材料”壓注于切削下的土中使之成為可流動(dòng)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(jī)。盾構(gòu)切削速度控制螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，保障封艙內(nèi)充滿泥土，而又不過于飽滿。土壓平衡盾構(gòu)避免了局部氣壓盾構(gòu)的主要缺點(diǎn)， 又省略了泥水盾構(gòu)中的處理設(shè)備，是正在發(fā)展的較有前途的地下工程施工設(shè)備之一。
1.漿化泥土 ;2.測(cè)定漿化泥土的壓力計(jì) ;3.漿化泥土密封艙 ;4.使刀盤旋轉(zhuǎn)的液壓馬達(dá);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(jī);11.刀盤支架上裝刀具
(4)微型盾構(gòu)
微型盾構(gòu)是指直徑在2.0m以下的小直徑盾構(gòu)。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(gòu)發(fā)展。在大城市中地下管線密集、開槽埋管又無法施工時(shí)，采用微型盾構(gòu)按挖法較為顯示其優(yōu)良性。微型盾構(gòu)基本原理與普通盾構(gòu)相同但并非單純地將普通盾構(gòu)按比例縮小，而是有其自身的許多特點(diǎn)。例如：覆蓋層較薄，一般不到2.0m襯砌結(jié)構(gòu)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(yīng)減少噪音等。
四、城市地鐵的盾構(gòu)法施工具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1.除豎井施工外，施工作業(yè)均在地下進(jìn)行，既不影響地面交通。又可減少對(duì)附近居民產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)；
2.盾構(gòu)的推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進(jìn)行，施工易于管理，施工人員也較少；
3.隧道的施工費(fèi)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(fēng)雨等氣候）條件的影響；
5.當(dāng)隧道穿過河底或其它建筑物時(shí)，不影響施工；
6.只要設(shè)法使盾構(gòu)的開挖面穩(wěn)定，則隧道越深，地基越差，土中影響施工的埋設(shè)物越多，與明瓦發(fā)相比在經(jīng)濟(jì)上、施工進(jìn)度上越有利。但盾構(gòu)法施工中也存在以下問題。
7.當(dāng)隧道曲線半徑過小時(shí)，施工難度較大；
8.在陸地建造隧道時(shí)，如果隧道覆土太淺，則盾構(gòu)施工困難很大，而在水下施工時(shí)，如覆土太淺則盾構(gòu)法施工也不夠安全；
9.盾構(gòu)施工中采用全氣壓方法以疏干和穩(wěn)定地層時(shí)，對(duì)勞動(dòng)保護(hù)要求較高，施工條件差；
10.盾構(gòu)在地層中沿著設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)時(shí)，隧道上方相對(duì)范圍內(nèi)的地表沉降尚難完全預(yù)防，在飽和含水松軟的土層中，要采取嚴(yán)密的技術(shù)措施才能將沉降控制在很小的限度內(nèi)；
11.在飽和含水層中，盾構(gòu)法施工所采用的拼裝襯砌，對(duì)達(dá)到整體結(jié)構(gòu)防水的技術(shù)要求較高。
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