地下工程培训课件(共34张PPT).ppt
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1、第第 1 章章 绪绪论论 地下施工技术主要包括:地下施工技术主要包括:1、盾构施工技术、盾构施工技术 2、顶管施工技术、顶管施工技术 3、沉管施工技术、沉管施工技术4、沉井施工技术、沉井施工技术5、深基坑围护施工技术、深基坑围护施工技术 6、非开挖施工技术、非开挖施工技术 第第 1 节节盾构施工技术盾构施工技术 一、国外盾构施工技术发展概述一、国外盾构施工技术发展概述 1.世界上第一条人工开挖盾构隧道:世界上第一条人工开挖盾构隧道:人物:人物:Marc BrunelIsambart Brunel 地点:伦敦泰晤士河下地点:伦敦泰晤士河下 概况:呈矩形状(宽概况:呈矩形状(宽11.6m高高7m)
2、,总长),总长366m 历时:耗时历时:耗时20年左右年左右 发展:发展:1869年,圆形敞开式盾构在泰晤士河下再建了年,圆形敞开式盾构在泰晤士河下再建了一条外径为一条外径为 2.18m的行人隧道。的行人隧道。1886年,伦敦地铁时首次使用了压缩空气盾构。年,伦敦地铁时首次使用了压缩空气盾构。2.第一台机械化盾构的专利:第一台机械化盾构的专利:1876年,由英国的年,由英国的John Dickinson Brunton和和Gerge Brunton合作申请。如图合作申请。如图1-1所示,第一台机械化盾构的设所示,第一台机械化盾构的设想是用由几块板构成的半球状刀盘旋转切削土体,然后靠想是用由几块
3、板构成的半球状刀盘旋转切削土体,然后靠径向转动的土斗将切削下来的土体运到皮带输送机上。径向转动的土斗将切削下来的土体运到皮带输送机上。1896年,年,J.Price的专利(图的专利(图1-2)比图)比图1-1有较大改进,有较大改进,刀盘由若干轮辐构成,电动驱动由长轴传递,其外形也与刀盘由若干轮辐构成,电动驱动由长轴传递,其外形也与现代盾构较为接近。现代盾构较为接近。图图1-1第一台机械化盾构第一台机械化盾构 图图2-2轮辐式刀盘盾构轮辐式刀盘盾构 3.削土密封式压力平衡盾构削土密封式压力平衡盾构 1965年日本首先制造了泥水盾构。年日本首先制造了泥水盾构。基本原理:是用液体(水或加膨润土的水)
4、平衡开挖基本原理:是用液体(水或加膨润土的水)平衡开挖面的土体。面的土体。图图1-3 泥水盾构泥水盾构 特点:泥水处理系统比较复杂,可用于粘土地层,大特点:泥水处理系统比较复杂,可用于粘土地层,大多数情况是在含水砂层中使用。多数情况是在含水砂层中使用。1974年,日本土压平衡盾构年,日本土压平衡盾构。在此之前,虽然压缩空在此之前,虽然压缩空气盾构和泥水盾构己能克服含水层中的施工问题,但压缩气盾构和泥水盾构己能克服含水层中的施工问题,但压缩空气对人体的危害和泥水对环境的不利影响促使日本的隧空气对人体的危害和泥水对环境的不利影响促使日本的隧道专家寻找一个更好的解决问题的办法,土压平衡盾构便道专家寻
5、找一个更好的解决问题的办法,土压平衡盾构便应运而生了。应运而生了。图图1-4 土压平衡盾构土压平衡盾构 4.盾构技术的新发展盾构技术的新发展 20世纪进入世纪进入80年代后,盾构技术发展的主流大致从以年代后,盾构技术发展的主流大致从以下两个方面延伸:下两个方面延伸:(1)日本人注重的开发不同几何形状的盾构技术;)日本人注重的开发不同几何形状的盾构技术;(2)欧洲诸国(特别是德国)致力于研究能适合不同地层)欧洲诸国(特别是德国)致力于研究能适合不同地层的多功能盾构技术(的多功能盾构技术(Combined Shields)。)。图图1-5 矩形盾构端部矩形盾构端部 图图1-6 双圆形盾构双圆形盾构
6、 图图1-7 三圆形盾构三圆形盾构图图1-8 竖井隧道一体化盾构竖井隧道一体化盾构图图1-10混合盾构混合盾构(a)泥水平衡泥水平衡(b)上压平衡上压平衡(c)机械平衡机械平衡图图1-11合成盾构合成盾构5.管片及其联接方式的新发展管片及其联接方式的新发展 管片的联接方式主要是螺栓联接和销钉联接两种方式。管片的联接方式主要是螺栓联接和销钉联接两种方式。图图1-12 塑料销钉塑料销钉 图图1-13 钢销钉钢销钉 Wagner的销钉技术具有以下特点的销钉技术具有以下特点:(1)施工速度大大提高,这是因为减少了穿螺栓和拧螺栓)施工速度大大提高,这是因为减少了穿螺栓和拧螺栓的时间;的时间;(2)可以实
7、现连续施工,这是因为在管片拼装时,盾构可)可以实现连续施工,这是因为在管片拼装时,盾构可以不停顿地继续推进,大大提高了工作效率;以不停顿地继续推进,大大提高了工作效率;(3)可以减少隧道上方的土体沉降,这是因为盾构能够保)可以减少隧道上方的土体沉降,这是因为盾构能够保持连续推进气并能及时进行壁后注浆,有效地充填建筑孔持连续推进气并能及时进行壁后注浆,有效地充填建筑孔隙;隙;(4)可以减少管片的厚度,这是因为在管片的设计中可以)可以减少管片的厚度,这是因为在管片的设计中可以省略因穿放螺栓的手孔;省略因穿放螺栓的手孔;(5)可以大大提高管片内壁光洁度,减少水流的摩擦因数,)可以大大提高管片内壁光洁
8、度,减少水流的摩擦因数,这对用于水工隧道是非常有利的;这对用于水工隧道是非常有利的;(6)可以大大提高隧道的成环质量和管片防水性能,这是)可以大大提高隧道的成环质量和管片防水性能,这是因为销钉技术提高了管片拼装精度,接缝间隙大大减小。因为销钉技术提高了管片拼装精度,接缝间隙大大减小。管片的拼装方式有通缝拼装和错缝拼装两种。管片的拼装方式有通缝拼装和错缝拼装两种。图图1-14 圆形隧道圆形隧道 通用管片的工作机理通用管片的工作机理:是管片成环后将成为非等宽衬砌是管片成环后将成为非等宽衬砌环,通过对相邻管片环的旋转排列可以达到拼装成三维曲环,通过对相邻管片环的旋转排列可以达到拼装成三维曲线(含曲率
9、半径为无穷大的直线隧道)隧道的目的。线(含曲率半径为无穷大的直线隧道)隧道的目的。二、中国盾构技术发展概述二、中国盾构技术发展概述 1.第一个五年计划期间第一个五年计划期间,东北阜新煤矿用直径东北阜新煤矿用直径2.6m盾构及小型混凝土预制块建造盾构及小型混凝土预制块建造了疏水巷道。了疏水巷道。2.1957年在北京下水道工程中也用过直径为年在北京下水道工程中也用过直径为2.0m及及2.6m的盾构。的盾构。3.1963年上海隧道公司在浦东塘桥第四纪软弱含水地层进行的年上海隧道公司在浦东塘桥第四纪软弱含水地层进行的4.2m盾构隧道盾构隧道试验。试验。4.1964年隧道公司开发了网格式盾构。年隧道公司
10、开发了网格式盾构。5.1966年用可封闭式网格盾构建造了直径为年用可封闭式网格盾构建造了直径为10m的上海第一条黄浦江越江隧道的上海第一条黄浦江越江隧道(打浦路隧道)。(打浦路隧道)。6.1978年在地铁试验段使用了自己生产的高精度管片。年在地铁试验段使用了自己生产的高精度管片。7.1984年上海隧道工程公司(英文缩写名年上海隧道工程公司(英文缩写名:STEC)用日本进口的用日本进口的4.33m小刀盘小刀盘土压平衡盾构,建造了内径为土压平衡盾构,建造了内径为 3.6m的下水道总管。的下水道总管。8.1988年年STEC设计和使用了加泥式土压平衡盾构。设计和使用了加泥式土压平衡盾构。9.1990
11、年年STEC设计了刀盘削土土压平衡盾构。设计了刀盘削土土压平衡盾构。10.1991年年STEC使用以法国使用以法国FCB公司为主制造的土压平衡盾构施工了上海地铁公司为主制造的土压平衡盾构施工了上海地铁一号线的大部分区间隧道。一号线的大部分区间隧道。11.1995年年STEC使用以日本为主制造的使用以日本为主制造的11.22m泥水盾构建造了上海黄浦江下泥水盾构建造了上海黄浦江下的延安路南线隧道。的延安路南线隧道。12.1998年至今,年至今,STEC在承接新加坡东北线地铁工程的施工过程中,掌握了当在承接新加坡东北线地铁工程的施工过程中,掌握了当今流行的通用管片的使用方法等国际最新盾构施工技术今流
12、行的通用管片的使用方法等国际最新盾构施工技术。第第 2 节节顶管施工技术顶管施工技术 顶管施工技术:顶管施工技术:其机头的掘进方式同盾构,但其推进的动力由放在始其机头的掘进方式同盾构,但其推进的动力由放在始发井内的后顶装置提供,故其推力要大于同直径的盾构隧发井内的后顶装置提供,故其推力要大于同直径的盾构隧道。顶管管道是由整体浇筑预制的管节拼装成的,一节管道。顶管管道是由整体浇筑预制的管节拼装成的,一节管节长节长24m,对同直径的管道工程,采用顶管法施工的成对同直径的管道工程,采用顶管法施工的成本比盾构法施工的要低。本比盾构法施工的要低。顶管施工主要用于:顶管施工主要用于:地下给排水管、煤气管、
13、电讯电缆管的施工。地下给排水管、煤气管、电讯电缆管的施工。顶管施工的发展:顶管施工的发展:在引进国外先进技术的同时,先后开发了水力机械顶在引进国外先进技术的同时,先后开发了水力机械顶管机、反铲顶管机、土压平衡顶管机和泥水平衡顶管机。管机、反铲顶管机、土压平衡顶管机和泥水平衡顶管机。长距离顶管技术也得到了开发和应用。混凝土管节制作技长距离顶管技术也得到了开发和应用。混凝土管节制作技术和管节防水技术也得到了发展和提高。术和管节防水技术也得到了发展和提高。一、局部气压反铲式顶管机一、局部气压反铲式顶管机 德国较早开发反铲式顶管机技术,开挖面施加气压可德国较早开发反铲式顶管机技术,开挖面施加气压可用于
14、含水地层,尤其适用砂性土和混有砾石、卵石的地层。用于含水地层,尤其适用砂性土和混有砾石、卵石的地层。1990年,上海污水治理一期年,上海污水治理一期3.2标工程采用德国崔柏林公司标工程采用德国崔柏林公司的的4000反铲顶管机一次顶进反铲顶管机一次顶进800m。1993年,上海隧道公年,上海隧道公司研制的司研制的2200反铲顶管机,用于深圳华侨城排水管道工反铲顶管机,用于深圳华侨城排水管道工程,一次顶进程,一次顶进1053m。二、土压平衡顶管机二、土压平衡顶管机 日本是最早开发土压平衡盾构,并把该项技术用于顶日本是最早开发土压平衡盾构,并把该项技术用于顶管工程。管工程。德国在土压平衡顶管机技术方
15、面也处于领先地位。德国在土压平衡顶管机技术方面也处于领先地位。隧道公司在隧道公司在1989年研制出国内第年研制出国内第1台台2200土压平衡顶土压平衡顶管机,并开发了土压平衡顶管工法管机,并开发了土压平衡顶管工法。土压平衡顶管机特点:土压平衡顶管机特点:具有刀盘切削土体、开挖面土压平衡、对土体扰动小、具有刀盘切削土体、开挖面土压平衡、对土体扰动小、地面和建筑的沉降较小等特点,适用于软粘土地层的城市地面和建筑的沉降较小等特点,适用于软粘土地层的城市建筑密集区内进行顶管施工。在砂性土或砾石土层中采用建筑密集区内进行顶管施工。在砂性土或砾石土层中采用土压平衡顶管机时,应适当加注泥浆使土体塑流。土压平
16、衡顶管机时,应适当加注泥浆使土体塑流。三、泥水平衡顶管机三、泥水平衡顶管机 泥水平衡顶管机可分为:泥水平衡顶管机可分为:泥水机械平衡和泥水加压两种顶管机。泥水机械平衡和泥水加压两种顶管机。工作原理:工作原理:泥水加压顶管机采用泥水加压盾构的原理,以膨润土泥水加压顶管机采用泥水加压盾构的原理,以膨润土泥浆充满开挖面密闭舱,在开挖面土体接触面形成泥膜,泥浆充满开挖面密闭舱,在开挖面土体接触面形成泥膜,起到止水作用,以泥水压力平衡开挖面水土压力。起到止水作用,以泥水压力平衡开挖面水土压力。特点特点:适用砂性高水压条件下的顶管施工,其安全性好,施适用砂性高水压条件下的顶管施工,其安全性好,施工机械化、
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