浅谈盾构法隧道施工及其易发工程灾害

浅谈盾构法隧隧道施工及其其易发工程灾灾害·盾构机介绍盾构机的分类类目前地铁施工工主要以泥水水平衡式、土土压平衡式两两种模式盾构构为主。泥水平衡式盾盾构介绍该型式盾构是是在机械式盾盾构的刀盘的的后侧设置一一道密封隔板板，隔板与刀刀盘间的空间间定名为泥水水仓，把水、、粘土、添加加剂混合制成成的泥水，经经过输送管道道压入泥水仓仓，并具有一一定压力，形形成泥水压力力室，通过泥泥水的加压作作用和压力保保持机构，来来维持开挖工工作面的稳定定。泥水平衡式盾盾构施工特点点在已发生流沙沙的地层中能能稳定开挖面面，可在正常常大气压下施施工作业；泥水传递速度度快而且均匀匀，开挖面压压力平衡的控控制精度高；；盾构不出土，，减少运输车车辆，进度快快；刀盘扭矩矩小、刀具磨磨损小，适合合长距离施工工；适合大直径隧隧道施工适用于软弱的的淤泥质粘土土层、松散的的砂土层、沙沙砾层、卵石石层和硬土的的互层等地层层。特别适用用于地层含水水量大、上方方有水体的越越江隧道和海海底隧道施工工。需要较大规模模的泥水处理理设备及设置置泥水处理设设备的场地。。土压平衡式盾盾构施工特点点土压平衡式盾盾构又称削土土密闭式或泥泥土加压式盾盾构。

其施施工方法是保保持开挖面的的稳定，在切切削刀盘后面面的密封腔内内充满开挖下下来的土砂，，并保持一定定土压力。特特点：施施工中基本不不使用土体加加固等辅助施施工措施，节节省技术措施施费，并对环环境无污染；；根据土压变变化调整出土土和盾构推进进速度，易达达到工作面的的稳定，减少少了地表变形形；对掘进土土量能形成自自动控制管理理，机械自动动化程度高、、施工速度快快。

原理理：土压平衡衡盾构盾构机机是利用安装装在盾构最前前面的全断面面切削刀盘，，将正面土体体切削下来进进入刀盘后面面的密封舱内内，并使舱内内具有适当压压力与开挖面面水土压力平平衡，以减少少盾构推进对对地层土体的的扰动，从而而控制地表沉沉降，在出土土时由安装在在密封仓下部部的螺旋运输输机向排土口口连续的将土土碴排出。土压平衡盾构构的基本原理理图片演示增大/减小螺旋输送送机排放速度度地下水压土土压压增大/减小推进速度度压力土舱压力主要要控制因素图图片演示土压平衡盾构构的组成车架4车架3车架2车架1通风系统盾尾中盾前盾刀盘刀盘前盾中盾盾尾刀盘6.28m，前盾6.25m，中盾6.24m，盾尾6.23m刀盘刀盘是一个带带有多个进料料槽的切削盘盘体，位于盾盾构机的最前前部，开口率率为28％，刀盘驱动动可以使刀盘盘在顺时针和和逆时针两个个方向上实现现0～3.3转/分钟的无级变变速。前盾前盾的外型像像一个圆筒,在其内部安装装有用于支撑撑刀盘主驱动动装置和螺旋旋输送机的钢钢结构。排土土系统中的螺螺旋输送机的的安放位置，，装有土仓仓保压系统的的人行闸，工工作人员进入入到土舱检察察及更换刀具具时，要使用用人行闸。进舱通道连接螺旋输送送机连接中盾螺栓栓孔支撑钢结构主驱动马达前盾前方（土土舱）被动搅拌棒连接刀盘螺旋旋孔人舱闸门中盾中盾设备主要要有推进油缸缸，铰接油缸缸，人舱，米米字支撑梁，，走道平台，，配电柜，超超前注浆孔等等推进油缸铰接油缸超前注浆孔盾尾盾尾没有钢结结构支撑环，，只有壳体，，盾尾尾部有有加强环，厚厚50mm，设有3道盾尾刷，4用6备同步注浆孔孔，管片拼装装机安装于壳壳体内。盾尾盾尾下井连接接螺旋输送机下下井安装刀盘安装前盾与中盾连连接设备桥在其下部安装装有管片运输输设备，包括括管片输送车车、运送管片片的电动吊车车的连接桥轨轨道1#车架7m³储浆罐注浆泵手动注浆系统统2#车架液压油箱液压泵站冷却系统3#台车的泡沫系系统、内外循循环冷却水系系统、低压补补偿柜、配电电柜及管路等等设备泡沫原液箱泡沫混合液箱箱低压补偿柜配电柜4#车架空压机储气罐变压器5#车架电缆存放箱污水箱6#车架进水管卷盘排水管卷盘始发场地布置置始发井场地标标高控制，铺铺设盾体平移移钢板站内轨道铺设设道岔始发托架下井井井内场地硬化化找平电瓶车充电站站车架连接方式式车架之间采用用铁销连接盾构施工测量量盾构施工测量量的主要内容容：地面测量控制制网的交接桩桩。地面测测量控制网点点复核及加密密。贯通测量技术术方案的制订订。联系测量量。地下控制制测量（地下下主控导线测测量、施工导导线测量））。盾构机的的导向测量。。竣工测量等等等。平面精密导线线测量其中：①多方向水平角角观测采用全全圆观测法，，归零差小于于6秒；②导线点只有两两个观测方向向时，宜采用用左、右角观观测，左右角角平均值之和和与360。的较差应小于于4“；③如遇长、短边边需要调焦时时，应采用盘盘左长边调焦焦，盘右长边边不调焦，盘盘右短边调焦焦，盘左短边边不调焦的观观测顺序进行行观测；④观测竖直角不不应>30°；⑤开始测量前前应测量大气气温度、大气气压等气象参参数并输入全全站仪，改变变其气象参数数。每条导线线边测距应往往返各测三测测回，每测回回三次读数，，读数较差<3mm往返平均值较较差应小于5mm。边长理论上上应作高程归归化和投影改改化工作；⑥一般选用TC1800一级全站仪；；⑦高山、楼房房顶上测量一一般情况下人人员分工：测测站记录、观观测、搬运工工共三人，目目标站两人。。平均边长(m)导线总长(km)每边测距中误差(mm)测距相对中误差测角中误差(")测回数方位角闭合差(")全长相对闭合差相邻点的相对点位中误差Ⅰ级全站仪Ⅱ级全站仪3503~5±61/60000±2.546

1/35000±8注：n为导线的角度个数，Ⅰ级全站仪、Ⅱ级全站仪标称精度分别为mß=±1",mß=±2",测距：1mm±1ppm,2mm±2ppm±5√n

高程控制网应应在城市二等等水准点下布布设的精密水水准网。其中：1、车站、隧道道洞口或竖井井口应设置二二个以上水准准点2、观测方法：：往测：奇数数站上为：后后—前—前—后。偶数站上为：：前—后—后—前。返测：奇数站站上为：前—后—后—前。偶数站上为：：后—前—前—后。3、由往测转向向返测时，两两根标尺必须须互换位置。。4、视距≤60m，前后视距差差≤1.0m，前后视距累累计差≤3.0m5、每测站观值值限差：基辅辅分划读数差差≤0.5mm基辅分划所测测高差之差≤≤0.7mm检测间歇点高高差≤1.0mm主要技术参数数应符合以下下技术要求：每千米高差中数中误差(mm)附合水准路线平均长度(km)水准仪等级水准尺观测次数往返高差、附合或环线闭合差(mm)与已知点联测附合或环线偶然中误差M△全中误差Mw平坦地山地±2±42~4DS1因瓦尺往返测各一次往返测各一次

注：L为往返测段，附合或环线的路线长度（以km计）：n：为单程的测站数±8√L

±2√n

高程测量环片姿态测量量（极坐标法法测量）1、长水准尺（（3m或4m）应在每环前前端法线面上上置平；2、用全站仪极极坐标法直接接测量每环中中心（一般是是粘贴反射片片）坐标(X,Y)；4、或用三角高高程法测量直直接测量环片片中心三维坐坐标（X,Y,Z）。长尺法测量示示意图：5、计算环片片中心与隧道道设计中心的的偏距，偏距距在盾构前进进方向左侧为为“负”记为“-”，偏距在盾盾构前进方向向右侧为“正”记为“+”。底板高大于于设计高程垂垂直偏差为“正”记为“+，反之垂直偏偏差为“负”记为“-”。3、用DS3水淮仪直接测测量每环前端端底部高程；；RL/2i说明：1、R为隧道内径，L为长水平尺长度，i为长尺底部与隧道底之间的高差；2、站标高=i+反射片至长尺底部的高h。反射片隧道贯通测量量贯通前的测量量一般在贯通前前150米~200米再进行一次次联系测量与与主控测量，，测量方法与与地下主控测测量和联系测测量方法相同同。不另作介介绍。贯通后的测量量1.主控测量TCA托架移站必须须进行复测，，离贯通面50米新移站的托托架掘进5~8环后必须进行行复测，确保保盾构机姿态态测量误差≤≤±10mm。2.TCA托架测量（频频率、精度控控制）一般至少在贯贯通前100米测量出洞洞洞门中心的实实际三维坐标标，向总工室室提供书面资资料，由总工工室下达盾构构机贯通前盾盾构机姿态控控制技术指令令。3出洞洞门中心心三维坐标复复测盾构机破洞后后，应及时组组织测量盾构构机姿态。测测量方法一般般有两种，测测量测点三维维坐标一般为为全站仪直接接坐标法测量量法。下面仅仅介绍两种方方法的外业测测量方法:1破洞后的盾构构机姿态测量量演算工房导向向系统界面导向系统安装装说明VMT的姿态显示图图形TBM远程控制后视棱镜铰接千斤顶伸长测量G1G2G4G3G...n主千斤顶伸长测量V1V2V4V3V...nSLUM-控制单元盾尾间隙测量Disto1Disto2Disto4Disto3Disto5连接到办公室隧道管片TBMSPS---------------------------------------[TBMPLC]（数据采集存储系统）控制中心ELS目标黄色盒子激光经纬仪显示器工业电脑VMT内测量系统主主要组成部分分形象图1、支撑与底板板连接处2、3、托架支撑4、托架底板5、托架固定螺螺丝6、仪器对中制制动螺丝放测量仪器的的托架放后视棱镜的的托架圆棱镜166mmELS激光标靶激光标靶在盾盾构机上的位位置激光标靶测量仪器正常常工作时的情情景一无线信号发射射器隧道设备布置置隧道布置图纸纸电瓶车溜车管片拼装头断断裂管片开裂广州地铁二号号线市二宫～～江南西站右线R149环(鞠世健摄)新加坡某地铁铁隧道管片开开裂(上海隧道工程程股份有限公公司摄)盾尾漏浆软土地层喷涌涌，出土量增增大228环掘进至1600mm，推力大于1800t，刀盘扭矩达达80%～90%（4.6MN•m～5.2MN•m），速度却仍仍然难以提升升，维持在10mm/min左右。当229环掘进至1200mm，推力大于1800t，扭矩高达80%～100%（4.6MN•m～5.7MN•m），而掘进速速度仍为6mm/min左右，此时刀刀盘密封温度度升至50℃，渣土温度也也明显升高。。不断地加水、、搅拌、出土土，起到了一一定效果，随随着部分岩块块和泥饼的洗洗出，螺旋输输送机开始正正常出土，土土仓内土压逐逐渐正常。229环掘进完成。。该环管片共共使用泡沫1桶，出渣20车（约300m3）。四号线大学城城专线【大~小】盾构区间左线线盾构机盾体体侧翻－2005年4月29日夜班，左线线盾构机后点点垂直姿态偏偏离中心达到到180mm，大小项目部部决定转动刀刀盘，以使刀刀盘前方底部部的豆粒石搅搅动，在推进进中纠正盾构构机垂直姿态态。－2005年4月30日0点50分时开始启动动3个刀盘电机，，凌晨1点刀盘NO1、2、3电机先后过负负跳闸（该现现象在平时掘掘进中出现较较多）。－后启用8个电机运转，，但刀盘仍然然无法转动，，出现这些情情况时，从设设备监控系统统中发现故障障提示为电机机过负。－最后做出了了启动10个电机转动刀刀盘的决定，，同时缩回了了顶在管片上