盾构施工技术工法介绍PPT课件

1、盾构机(复合盾构土压平衡)第1页/共44页盾构法主要施工程序1、建造盾构工作井2、盾构掘进机安装就位4、初推段掘进施工5、掘进机设备转换6、盾构连续掘进施工8、盾构进入接收井，并运出地面7、接收井洞口土体加固3、出洞口土体加固第2页/共44页2、盾构法施工的优点（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。第3页/共44页3、

2、盾构法施工的缺点 （1）施工设备费用较高；（2）覆土较浅时，地表沉降较难控制；（3）用于施工小曲率半径隧道时，掘进较困难。第4页/共44页4、盾构法施工的适用范围 适用于各类软土地层和软岩、硬岩地层的隧道掘进，尤其适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。第5页/共44页 盾构隧道的断面形状一般为圆形，也可采用矩形、马蹄形、椭圆形、双圆形、多圆形等。圆形隧道最大直径已达14.14m。5、盾构隧道断面形状第6页/共44页盾构的分类和适用范围1、盾构掘进机的构造 6、盾构掘进机构造第7页/共44页盾壳： 分为切口环、支承环和盾尾三部分；开挖

3、面切削和支护结构：* 敞开式：前瞻千斤顶、支撑千斤顶、平台千斤顶* 网格式：开胸率、折装式和开启式* 刀盘式：面板式和条幅式；小刀盘和大刀盘；泥水 平衡和土压平衡推进千斤顶：盾尾周圈布置，一般单台推力，1000kn2000kn，行程比管片宽度长10cm20cm。管片拼装机：举重臂和真圆保持器第8页/共44页7、盾构掘进机的分类第9页/共44页（1）土压平衡盾构第10页/共44页（2）复合型土压平衡盾构第11页/共44页（3）泥水加压盾构第12页/共44页二、盾构施工技术1、 施工工艺流程到达掘进盾构机下井盾构机就位调试初始掘进设备调整正常掘进 盾构进站、解体吊出围护结构凿除洞门密封圈安装盾构机

4、接收托架始发井端头加固始发反力架安装洞门密封圈安装始发井端头围护桩凿除盾构施工工艺流程盾构施工工艺流程第13页/共44页(1)端头加固为了确保盾构始发和到达时施工安全，确保地层稳定，以防端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况，根据各始发和到达端头工程地质、水文地质和端头结构等综合分析与评价，决定是否对洞门端头地层进行加固处理。端头加固有高压旋喷桩、搅拌桩、静压注浆等多种形式。 2、施工工艺第14页/共44页(2)洞门破除始发前将车站洞门部位的端头围护桩进行凿除，采用油炮+人工施工作方式进行凿除，先沿洞四周凿除采用油炮A部分，再用人工持风镐凿除B部分。凿除时围护桩内层钢筋先不割除，待盾构进洞或出洞时

5、再迅速割除。2、施工工艺介绍第15页/共44页 (3)始发设施的安装 始发托架的安装1)始发托架安装洞门凿除完成之后，依据隧道设计轴线定出盾构始发姿态的空间位置，然后反推出始发台的空间位置。由于始发台在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构旋转的扭矩。所以在盾构始发之前，先对始发台两侧进行加固。 第16页/共44页2)反力架安装在盾构主机与后配套连接之前，开始进行反力架的安装。由于反力架为盾构始发时提供反推力，在安装反力架时，反力架端面与始发台水平轴垂直，以便盾构轴线与隧道设计轴线保持平行。安装时反力架与盾构始发井结构连接部位的间隙要垫实，以保证反力架脚板有足够的抗压强度 。第17页/共

6、44页3)洞门密封及止水装置的安装洞口密封采用右图所示的折叶式密封压板。其施工分两步进行施工，第一步在始发端墙施工过程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作。在埋设过程中预埋件与端墙结构钢筋连接在一起。第二步在盾构正式始发之前，清理完洞口的碴土后及时安装洞口密封压板及橡胶帘布板。第18页/共44页(4)负环管片安装按设计要求经精确测量定位后，组装反力架和负环管片，为盾构推进提供后座反力。反力架和负环管片的布置，靠近反力架的一环为基准环，基准环为钢管片，其余负环管片为与隧道管片相同的混凝土管片。为利于洞门施工，0环伸入洞内0.40.8m，在洞门施工时再将这环管片凿除，负环管片组装采用错缝拼装 。第19

7、页/共44页（5）盾构掘进1)试验段（始发段）掘进:盾构始发井始发，始发掘进长度为80100米定义为试验段掘进。 盾构机与后续台车的长度（80m）； 始发井内洞口处布置双线道岔所需长度； 管片与土体之间的摩擦力足以支撑盾构机的正常掘进；的准确性。 第20页/共44页（5）盾构掘进2)盾构正常段掘进:盾构机正常掘进范围为除初始掘进80m和、到达掘进50m外的长度。盾构机在完成试验段掘进后，对始发设施进行必要的调整，为正常掘进准备条件，调整工作包括：拆除负环管片、始发基座和反力架；在站内铺设双线轨道；其他各种管线的延伸和连接。盾构机正常掘进段根据隧道穿过不同的地层情况，选定不同的盾构机掘进模式如下

8、：A、类围岩及地表有建筑物的地段：地层自稳性较差，盾构机切削土体以刮刀为主，采用土压平衡模式掘进。刀盘紧贴开挖面，土仓所设压力与开挖面水土压力相平衡，严格控制出土量。B、类围岩：岩石组织结构已大部分破坏，风化裂隙发育，岩体破碎，遇水易崩解，地层有一定的自稳性，采用半敞开掘进模式掘进，在土仓内注入高压空气，以稳定掌子面土体和排水，并向开挖面注入泡沫等改良剂，改良切削土体的和易性和流塑性，防止在刀盘上和土仓内形成泥饼。C、 、类围岩：地层岩石组织结构部分破坏，岩质坚硬，地层稳定性较好，采用敞开掘进模式掘进，向掌子面注入泡沫或水，减少对滚刀的磨损。第21页/共44页客观上在同一施工区间地层变化也比较

9、突然，上下不均、球状风化体、孤石等不良地质经常存在，给盾构的施工组织管理和掘进技术带来很大难度，在施工中需要采用较多的辅助工法并且经常调整掘进参数甚至转换掘进模式以适应变化的地层。掘进参数是指：土仓压力、刀盘推力及扭矩、刀盘转速、螺旋机转速等一些通过盾构机操作或PLC设置达到正常掘进保证施工安全的技术指标。 盾构机的掘进参数第22页/共44页土仓压力：是土压平衡或泥水平衡掘进中最能体现掌子面稳定状况的一项操作指标，是利用刀盘的一系列操作（推力、转速及贯入度等）与螺旋输送机的转速合理匹配来完成的一种动态的平衡。其数据是通过土仓壁上的土压传感器采集反馈的。一般以最上方的传感器数据作为控制指标，在实

10、际土压平衡模式操作过程中，土仓压力设置宜略高于掌子面的水土压力（理论计算值）。第23页/共44页刀盘推力：刀盘推力：是所有推进千斤顶推力的总和，通过千是所有推进千斤顶推力的总和，通过千斤顶的工作油压以及推进速度旋钮来控制，但主要以前斤顶的工作油压以及推进速度旋钮来控制，但主要以前者控制为主。除了推力本身以外，在操作面板上能体现者控制为主。除了推力本身以外，在操作面板上能体现刀盘推力大小刀盘推力大小是否适当是否适当的指标有：贯入度、扭矩的指标有：贯入度、扭矩，甚至甚至推进速度推进速度在在一定程度上也能反映推力的合理性。一定程度上也能反映推力的合理性。刀盘扭矩：刀盘扭矩：取决于主轴承直径大小，在取

11、决于主轴承直径大小，在5 5号线使用的号线使用的海瑞克海瑞克62506250复合盾构机主轴承直径复合盾构机主轴承直径2.6m2.6m，工作扭矩，工作扭矩45450t.m0t.m，最大脱困扭矩，最大脱困扭矩540t.m540t.m。在在PLCPLC显示屏上体现显示屏上体现扭矩指标的参数有扭矩和刀盘工作油压，而且后者是最扭矩指标的参数有扭矩和刀盘工作油压，而且后者是最能体现刀盘的旋转工况。能体现刀盘的旋转工况。第24页/共44页刀盘转速与刀具的贯入度：是造成掌子面土体乃至更大范围土体扰动的最直接的参数。另外，在岩层中掘进时，也是及时调整掘进参数的有效依据。另外，还要指出的是：由于土压平衡模式实际上

12、是一种通过螺旋机的旋转出土形成的动态平衡，所以在实际操作作程中螺旋机的转速和压力也要引起足够重视，同时在掘进过程中需要根据具体的监测情况进行调整的还有同步注浆量和注浆压力。第25页/共44页盾构机掘进操作管片洞内运输管片拼装第26页/共44页螺旋输送机出土土箱运土井口土箱吊运第27页/共44页（5）盾构掘进3)到达段掘进:在盾构机距离端头墙50m时，即进入到达掘进阶段，在此阶段，增加测量次数，不断校准盾构机掘进方向，确保盾构机掘进方向的准确性。盾构到达时由于正面土体压力降低，千斤顶推力逐渐减小及盾尾密封刷与管片之间的摩擦，将管片带动使管片之间的纵缝变大。为保证已安装的管片环与环之间连接紧密，盾

13、构机到达掘进阶段时，及时紧固螺栓，并在管片环间加型钢将管片拉紧，用角钢固定。第28页/共44页(6)管片安装 1）管片在预制工厂通过质检后，由专门的平板运输车将其运输至施工现场临时存放，在施工现场场地粘贴三元乙丙防水橡胶条并编号。管片由龙门吊吊入井下。洞内采用二节专用平车运输管片，每节平车可装运3片。安装采用能够左右旋转220全自动安装机。拼装形式采用错缝拼装，当盾构向前推进一环管片长度1.5m时，即可安装一环管片。管片安装前先进行防水处理，并将管片、连接件备齐，盾尾杂物清理干净，检查管片拼装机的举重臂等设备运转正常后方可进行管片安装。管片安装顺序先就位底部管片，再自下而上左右交叉安装，每环相

14、邻管片控制环面平整度和封口尺寸，最后插入封顶管片成环。2）管片拼装可采用错缝及通缝拼装，由于错缝比通缝拼装最大正、负弯矩增加，对应的轴力则减少，单点变形量错缝比通缝拼装减少。而错缝拼装由于纵向接头引起衬砌圆环的咬合作用，刚度增强而产生的变形被相邻管片约束，内力加大，空间刚度加大，衬砌圆环变形量减小，对隧道防水有利。管片拼装采用先纵后环法，错缝安装管片，错缝方式见下图 ：第29页/共44页掘进方向图 8.8-1 盾 构 管 片 错 缝 安 装 布 置 展 开 示 意 图第30页/共44页高精度钢筋 混凝土管片管片堆放及防水条、衬垫第31页/共44页管片吊运下井管片水平运输第32页/共44页管片试

15、拼装隧道拼装作业第33页/共44页3、 盾构掘进施工的竖井和配套设备(1)盾构掘进施工的竖井始发工作井: 满足盾构掘进机安装和出洞施工的要求接收工作井: 盾构隧道掘进完成后进入接收井,满足盾 构拆卸或转场吊装移位的工作空间要求竖井施工方法: 沉井法、地下连续墙围护、钢板桩围护。第34页/共44页井下安装盾构（始发井）盾构推进进洞（接收井）第35页/共44页(2)同步注浆和壁后注浆设备充填盾尾空隙的方法:1) 同步注浆:在盾构尾部外壳上设26根同步 注浆管, 在盾构推进的同时进行注浆充 填空隙2) 壁后注浆:在管片上留有注浆孔,随时可进 行壁后注浆盾尾建筑空隙 = 盾构外径 - 隧道外径第36页/共44页盾尾同步注浆管和壁后注浆孔示意图第37页/共44页注浆材料（应根据施工环境、地层条件选择，并进行配方试验和泵压试验）：1) 单液惰性浆液：由砂、粉煤灰、膨润土 组成。2) 单液结硬性浆液：由水泥、砂、粉煤灰、 膨润土组成。3) 双液结硬性浆液：由水泥、砂、粉煤灰、 水玻