第四讲 盾构/TBM法隧道施工方法
主要内容
• 与Байду номын сангаас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)
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特性
Coefficient of friction – Resistance to sliding of two bodies with planar surface in in contact
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．
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！
1. 盾构 －Shield Driving( Open, EPB, Slurry)
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 渗透系数κ（实际中应考虑地下水的情况） 1.8.4 弃土容重γ
异型管片
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（＜２cm)；
岩石与矿物地层结构
三种岩石的相互转换示意图
火成岩
岩浆 变质岩
沉积物 沉积岩
2.2 常见火成岩的分类
酸性的
中性的
深成的 半深成的
火山的
碱性的
超碱性的
2.3 常见的沉积岩分类
砾质的 砂质的 粘土质的
钙质的 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 千枚岩 片岩
长英片麻岩
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
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 异型盾构隧道
1.9 参数探讨
土体的颗粒级配, 渗透系数κ和弃土容重γ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
2.5 岩体的不连续性
原岩石
节理面
节理(裂隙)化岩体
岩土工程解译
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．
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
Ic –粘稠度指数与和IL -- 液性指数与土体状态之间的关系
( IC ≥ 1) ( 1 > IC ≥ 0.75) ( 0.75 > IC ≥ 0.25) ( 0.25 > IC ≥ 0)
( IC < 0)
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