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1、第四讲 盾构/TBM法隧道施工方法,主要内容,与传统盾构法相关的主要参数及问题 与TBM法相关的主要参数及问题 Mixed Face 的相关参数及问题 其它问题,0 前言 盾构 Shield Driving( Open, EPB, Slurry) TBM Tunnel Boring Machine (Shielded) 顶管 Pipe Jacking 当前的趋势：盾构和TBM越来越密切结合，特别 是城市地下工程的大力发展，导致Mixed Face 和 Mixshield 的出现已经成为不可避免！顶管工程的最 大直径和最大尺寸问题也已经多次提到议事日程！,盾构 Shield Driving( O
2、pen, EPB, Slurry) 1.1 就盾构而言,不论是敞开式, 土压平衡式还是泥水平衡式 盾构, Shielding 是不可或缺的！Segment Lining 是必须的 1.2 敞开式盾构易于发展异型盾构，而土压平衡式和泥水平 衡式盾构可以发展似圆异型盾构 1.3 异型盾构能够发挥其特性，从而满足各种不同功能的要求 1.4 异型盾构多发源于日本，我国上海已经成功应用 1.5 Smart Solution Project in Kuala Lumpur / Malaysia 是用 圆形盾构解决隧道多功能问题的成功途径！ 1.6 EPB & Slurry TBM 是城市地下工程中广泛采用
3、的方式，尤 其是对于愈来愈复杂的城市地下环境而言,我国上海成功应用异型盾构的例子,异型管片,异型盾构隧道,Smart Solution Project in Kuala Lumpur / Malaysia Lime stone strata are the key question to be solved,上海复兴路双层隧道,1.7 怎样选择合适的盾构机型？ 敞开式适合于稳定地层，无地下水的地质条件且对地表沉降 的要求不高情况下（cm)； 对于土压平衡或泥水平衡盾构，则需要考虑诸多因素的复合 作用，尤其是对混合地层条件下盾构机选型问题，需要特别值得 重视（新加坡DTSS T-05和T-06项
4、目，经验教训值得参考和借鉴） 混合地层是指：土和砂砾石的混合，土岩混合或者岩石强度 差别很大的隧道断面并伴有地下水存在的情况,Dr. Herrenknecht 提供的德国常用的土压与泥水平衡盾构选择 应考虑的颗粒尺寸因素,土体颗粒影响曲线(中文译文),盾构选型应考虑的三个重要土层参数： 稠度指数Ic，渗透系数K和容重r,土层的粘稠度指标Ic 和渗透系数以及弃土土体容重等参数对盾构机选型的影响(中文译文),最适合于土压平衡盾构的流塑性土层,1.8 盾构选型应考虑的主要土层参数 1.8.1 土体的颗粒大小分配结果; 1.8.2 土体的粘稠度指标Ic (包括土体的液限,塑限等); 1.8.3 渗透系
5、数（实际中应考虑地下水的情况） 1.8.4 弃土容重,1.9 参数探讨 土体的颗粒级配, 渗透系数和弃土容重是我们已有的岩土工程勘察报告中比较容易获得的数据, 且易于理解和使用; 土体的粘稠度指标Ic (包括土体的液限,塑限等)的基本概念如下: Ic = 1-IL IL = (W-WL) / (WL-WP) IP = WL-WP Ic Consistency Index 粘稠度指数 IL - Liquidation Index液性指数 IP Plasticity Index 塑性指数,( IC 1),( 1 IC 0.75),( 0.75 IC 0.25),( 0.25 IC 0),( IC
6、0),Ic 粘稠度指数与和IL - 液性指数与土体状态之间的关系,土体的含水量界限图,2 . TBM Tunnel Boring Machine,2.1 岩石的基本构成： 火成岩 Igneous Rocks 沉积岩 Sedimentary Rocks 变质岩 Metamorphic Rocks,岩石与矿物地层结构,三种岩石的相互转换示意图,火成岩,沉积物,沉积岩,变质岩,岩浆,2.2 常见火成岩的分类,酸性的,中性的,碱性的,超碱性的,深成的,半深成的,火山的,2.3 常见的沉积岩分类,砾质的,砂质的,钙质的,粘土质的,铁质的,2.4 常见的变质岩分类,角闪岩,石英岩,大理岩,片麻岩,板岩,千
7、枚岩,片岩,长英片麻岩,2.5 岩体的不连续性,节理(裂隙)化岩体,岩土工程解译,节理面,原岩石,2.6 岩石的基本力学特性指标 Strength Resistance to (bulk) failure under elementary stresses such as compression, tension or shear - Effect of confining pressure, temperature， strain rate, pore- liquid pressure, specmen size, etc. on strength properties. 强度 单位应力（压
8、缩，拉伸或剪切）作用下岩石抵抗破坏的能力 围压，温度，应变速率，空隙液体压力，试件尺寸等影响强度特性 Deformability Resistance to change of shape or volume 变形特性 岩石抵抗形状或体积改变的特性 Hardness Resistance to a local (surface) failure by indentation or scratching 硬度岩石抵抗由于压入或刮入而带来的局部（表面）破坏的特性 Fracture toughness Resistance to fracture propagation 断裂粗糟度岩石抵抗裂缝扩展的
9、特性,Coefficient of friction Resistance to sliding of two bodies with planar surface in in contact 摩擦系数 紧密接触的两岩石面间抵抗滑动的能力 Crushability and millability Resistance to comminution (reduction of a substance to a power) “Extractability” Resistance to fragmentation and disruption by different extraction pro
10、cesses such as rock cuttability, drillability, balstability of blast-rock and pumpability of cuttings under certain “idealized” or standard operating conditions. 岩石抵抗破碎或扰动的能力： Abrasivity Ability of rock to induce wear on mechanical tools and aparatus 岩石抵抗机械工具或设备侵入的能力 Boreability The value of TBM pen
11、etration rate divided by force on single disc 隧道的可开挖性TBM的惯入度（mm)与单个滚刀上所受的平均力（吨）的比值,2.7 岩体可开挖性的量化 Rock mass cuttability and drillability is, in its simplest form, defined as a factor proportional to net cutting or net penetration rates; Or more precisely, definition for rock cuttability is rock resis
12、tance to tool indentation for an unit depth of cut, such as the critical normal force Fn in roller-disk cutting.,2.8 岩石的磨损性能刀具寿命 Rock Abracivity Tool service life,螺旋输送机 的磨损,单刀磨损,单平台磨损,多平台磨损,刮刀磨损情况,双刀磨损情况,岩石切削工具的磨损过程,三种不同结构的岩体造成的冲击对刀具有重要影响,材料磨损破坏的四种基本模式,刀具磨损速率随材料硬度比的变化曲线,刀具速度与磨损速率的关系曲线,2.9 岩石的磨损指标CAI
13、 (CERCHAR Abracivity Index),典型岩石的CAI值,描述岩石磨损性能的其它参数与CAI值之间的关系,CAI Versus UCS Curve,一些岩石的相关参数统计资料,2.10 TBM隧道中重要的岩石参数 UCS Unconfined Compressive Strength: 单轴抗压强度 TS Tensile Strength: 抗拉强度 CAI CERCHAR Abracivity Index: CERCHAR磨损指数 Contents of abrasive minerals:磨损矿物的含量 2.11 岩体分类 RMR-Rock mass rating sys
14、tem RQD-Rock quality designation Q-system-Rock mass quality,3. 复合混合地层(Mixed Face)的相关参数及问题,3.1 复合地层的概念 参见鞠世健先生的有关讲义， 但应注意以下问题： 隧道横断面复合及其形式； 隧道纵断面复合； 土和沙，砾石的符合（北京地铁问题）； 3.2 盾构TBM的推进速度的估算与折算 将在隧道的可掘性中讨论 3.3 盾构/TBM的非正常震动与螺旋输送机的卡机问题 有待于进一步研究,典型的岩石混合复合断面 Typical Mixed Face,4 其它问题 顶管问题最大直径问题 顶进长度问题 岩石顶管问题 中继站问题 惯入度的经验值,惯入度与滚刀受力之间的关系曲线,不同岩石与寸滚刀寿命之间的关系,TBM推进速度与节理间距之间的统计关系,隧道直径，出渣量和运输量之间的关系曲线,
