[工学]隧道掘进机施工技术讲座

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1、白云博士、注册工程师（英国）同济大学教授/博导 国际隧道协会执行委员 英国土木工程师协会资深会员 中国土木工程学会常务理事 上海土木工程学会副理事长联系方法：联系方法：13701647907白云简历曾经到达过的国家（曾经到达过的国家（33）：亚洲新加坡、印度、马来西亚、泰国、巴基斯坦、越南、阿曼、 日本、韩国、不丹、泥泊尔、柬埔寨、阿联酋、也门;非洲 南非;美洲 美国、美洲 美国、阿根廷、智利;欧洲 德国、荷兰、英国、法国、瑞典、奥地利、西班牙、 意大利、俄罗斯、希腊、土耳其、匈牙利、瑞士、丹麦; 大洋洲澳大利亚。白云简历 工作地域和领域工作地域和领域： 曾参加过新加坡、印度、马来西亚、泰国、

2、巴基斯坦、阿根廷、 德国、荷兰、越南、阿曼、安哥拉、美国等国的工程施工、工程 设计、工程咨询、科研和招投标项目。工作领域涉及沉管隧道设计和施工技术、盾构隧道设计和施工技 术、非开挖施工技术、房屋建筑施工、道路施工、新奥法施工技 术、深基坑设计和施工技术、软土地基处理设计和施工技术、桥 梁施工技术、城市地下空间开发研究、风险管理研究、现场监控 技术、室内结构试验研究，等等。 主要经历：主要经历： 19822001年在上海隧道股份工作，历任助理工程师、工程 师、技术科长、主任工程师、总经理助理、海外事业部主任、总 工程师、董事。 20012009年在上海城建集团工作，任总工程师。 2009.9-至

3、今在同济大学工作，任教授。白云简历曾经与以下国家的人有过一段时期的交往（58）曾经与以下国家的人有过一段时期的交往（58）：亚洲新加坡、印度、马来西亚、泰国、巴基斯坦、越南、日本、 韩国、不丹、泥泊尔、柬埔寨、阿联酋、也门、缅甸、 孟加拉国、菲律宾、印尼、伊朗、伊拉克、巴勒斯坦; 非洲南非、津巴布韦、安哥拉、中非、坦桑尼亚、多哥、 纳米比亚、毛里求斯、喀麦隆、乌干达、埃及、赞比亚; 美洲美国、美洲美国、阿根廷、智利、加拿大、墨西哥; 欧洲德国、荷兰、英国、法国、瑞典、奥地利、西班牙、 意大利、俄罗斯、希腊、土耳其、匈牙利、瑞士、 南斯拉夫、丹麦、比利时、爱尔兰、冰岛、罗马尼亚; 大洋洲澳大利亚

4、、新西兰。隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术1、隧道掘进机方法的基本概念隧道掘进机方法是修筑隧道的一类施工方法。 这类方法的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼 装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等作业都在隧 道掘进机壳体保护下进行，并需随时排除地下水 和控制地面沉降，因而是工艺技术要求高、综合 性强的施工方法。2、隧道掘进机的分类隧道掘进机可分为： 岩石隧道掘进机和盾构两大类；岩石隧道掘进机可分为： 全断面切削方式和部分断面切削方式;盾构可分为： 网格式、土压平衡式、泥水平衡式、复合式隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系列讲座之一

5、 -隧道掘进机施工技术岩石隧道掘进机的两种开挖形式：隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术隧道掘进机三大核心技术隧道掘进机三大核心技术:自动控制技术(PLC) 液压技术 密封技术: 主轴承密封,铰接密封,盾尾密封隧道掘进机两大核心部件隧道掘进机两大核心部件:刀盘:包括各种刀具(滚刀,刮刀,超挖刀) 管片拼装机3、隧道掘进机的工作原理3、隧道掘进机的工作原理隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术3、隧道掘进机的工作原理3、隧道掘进机的工作原理推进千斤顶：盾尾周圈布置，一般行程比管片 宽度长10cm20

6、cm。管片拼装机：举重臂和真圆保持器隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术3、隧道掘进机的工作原理3、隧道掘进机的工作原理泥水平衡盾构原理示意泥水平衡盾构原理示意隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术泥水系统示意图泥水系统示意图隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术土压平衡盾构机原理示意土压平衡盾构机原理示意土压平衡盾构机原理示意土压平衡盾构机原理示意土压平衡盾构机组成土压平衡盾构机组成主体结构：盾体(前盾、中盾、尾盾)、刀盘、气闸 后配套设备：台车、

7、连接桥、管片运输设备、出土设备、液压 系统、电气系统、注浆系统、监控系统等。1、土体 2、刀盘 3、泥土仓 4、压力墙 5、千斤顶 6、螺旋输送机 7、管片拼装机 8、衬砌SlurryEPBSandKrnungslinie400,006 Grain Diameter d in mmMassenanteile der Krner 35K0.750.75-0.550.55-0.350.35-0.150.15岩体完整程度 (按岩体与岩石声波纵波速度之比的平方K划分)K0.750.75-0.350.35-0.150.15完整程度完整较破碎破碎极破碎隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系

8、列讲座之一 -隧道掘进机施工技术围岩自稳能力岩体级别自稳能力洞径20m,可长期稳定洞径10-20m,可基本稳定 洞径10m,可长期稳定洞径5-10m,可稳定数月 洞径5m,可基本稳定洞径5m,可稳定数日无自稳能力另见公式5、隧道掘进机应用范围、优缺点和施工工序隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术隧道掘进机适用于各类软土和岩石地层的隧道掘进，应用于：城市地下隧道工程；水底公路隧道；地铁区间隧道；排水污水隧道；引水隧道；公用管线隧道。隧道掘进机方法施工的优点：1、场地作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影 响小；2、隧道施工的费用和技术难度基本

9、不受覆土深浅的影 响，适宜于建造覆土深的隧道；3、穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不 受气候的影响；4、穿越地面建筑群和地下管线密集区时，周围可不受施 工影响；5、自动化程度高、劳动强度低、施工速度较快。隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术隧道掘进机方法施工的缺点：施工设备费用较高（按直径估算的方法）；覆土较浅时，地表沉降较难控制；用于施工小曲率半径隧道时，掘进较困难；对于混合地层、含气地层掘进较困难。隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术Example of Ground Profi

10、le(新加坡地铁新加坡地铁) 434 m length of tunnelling7 times in and out soil/rock.SoilRock隧道掘进机施工技术系列讲座之一隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术主要施工程序1、建造工作井2、隧道掘进机安装就位4、初推段掘进施工5、掘进机设备转换6、连续掘进施工8、隧道掘进机进入 接收井，并运出地面7、接收井洞口土体加固3、出洞口土体加固隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术6、国外隧道掘进机技术的发展简史* 1818年，英国的布鲁诺（法国人-看鼻子）从蛀虫钻孔 得到启示

11、，提出盾构掘进隧道设想。* 18251843年，布鲁诺在伦敦泰吾士河下用盾构法修 建458m长的矩形隧道（11.4m6.8m）。6、国外隧道掘进机技术的发展简史* 1830年，英国的罗德发明“气压法”辅助解决隧道涌 水。* 1865年，英国的布朗首次采用圆形盾构和铸铁管片， 1869年用圆形盾构在泰吾士河下修建外径2.2m的隧道。6、国外隧道掘进机技术的发展简史* 1874年，英国的占姆斯首创盾尾空隙压浆的辅助工 法，并用于伦敦地铁南线内径3.2m隧道施工。* 18801890年，在英国和加拿大间的圣克莱河下用盾 构法建成直径6.4m、长1800m的水底铁路隧道。* 1896年，开始应用刀盘式

12、机械掘进盾构。* 20世纪初，美国、英国、德国、苏联、法国等国开始 采用盾构法修筑地铁和水底公路隧道。* 1940年后，苏联用直径6.09.5m盾构在莫斯科和列宁 格勒修建地铁。隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术6、国外隧道掘进机技术的发展简史* 19391942年，日本首次用盾构施工国铁关门隧道工 程（盾构直径7.18m，隧道长度725.8m）。* 1967年，英国开发成功首台泥水加压平衡盾构。* 1974年，日本开发成功首台土压平衡盾构。* 19871991年，英国、法国采用11台盾构掘进深50km 长的英法海峡隧道，创造单台盾构连续掘进

13、21km的记 录。* 19891996年，日本采用8台世界最大直径14.14m泥水 加压盾构，掘进东京湾海峡隧道，2条隧道各长15.1km。隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术Trans-Tokyo Bay Highway (15.1km)Trans-Tokyo Bay Highway (15.1km)隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术14.14m Slurry Shield Machine14.14m Slurry Shield Machine Trans-Tokyo Bay Highway

14、 Kawasaki Tunnel Work14.14m Slurry Shield Machine14.14m Slurry Shield Machine Trans-Tokyo Bay Highway Kawasaki Tunnel WorkAutomation to a segment carrying-in - segment assemblyAutomation to a segment carrying-in - segment assembly 把持状態 把持状態Right side: IHI Left side: MHIRight side: IHI Left side: MHI

15、Arrival pointArrival pointState of cutter bit wearingState of cutter bit wearingEffect of rolling correction deviceEffect of rolling correction deviceImpelling forcePower to pushPower to correctThe shield jack for rolling correction7、我国隧道掘进机技术的发展简史* 50年代，东北阜新煤矿首次采用直径2.6m手掘 式盾构施工巷道。* 1957年，北京市政工程局采用2台直径2.0m和 2.6m手掘式盾构进行城市下水道施工。* 1963年，上海隧道工程股份有限公司在软土地 层进行直径4.2m手掘和网格盾构的浅推进和深推 进工程试验。隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术系列讲座之一 -隧道掘进机施工技术4.2M网格挤压盾构试验工程深层隧道推进衬砌布置深层隧道推进衬砌布置4.2M网格挤压盾构试验工程浅层隧道推进衬砌布置浅层隧道推进衬砌布置塘桥直径4.2米试验型盾构掘进机塘桥直径4.2米试验型盾构掘进机7、我国隧道掘进机技术的发展简史* 1965年，上海采用直径10.22m网格挤压盾构掘进国内 首条水底公路隧道打浦路隧道掘进长度1