盾构施工主要技术环节与流程（PPT60）

1目录1.前言2.盾构施工主主要技术环环节与流程程3.施工准备环环节主要内内容4.盾构施工环环节主要技技术5.结语1.前言盾构的工作作原理就是是在盾壳的的保护下，，通过刀盘盘切削土体体，利用千千斤顶等推推进系统驱驱使设备向向前方土壤壤掘进的一一种工法。。盾壳对未未衬砌（拼拼装管片））的隧道段段起着临时时支护的作作用，承受受周围的土土压、水压压以及屏蔽蔽地下水。。掘进、排排土、衬砌砌等作业在在盾壳的掩掩护下进行行。1.前言按照盾构掘掘进过程中中开挖面稳稳定的原理理分类，盾盾构施工主主要分为土土压平衡式式盾构与泥泥水加压平平衡盾构。。1.前言与土压平衡衡盾构相比比较，泥水水盾构在以以下三个方方面具有明明显优势：：一是适用用范围更广广，特别是是对于地下下水发育、、穿越地质质条件复杂杂的隧道；；二是压力力控制精准准度更高；；更利于沉沉降控制及及沿线建构构筑物安全全保护；三三是更利于于环境保护护。因此目目前国内大大直径隧道道，尤其是是穿越江海海湖泊、地地处城市核核心区的大大直径盾构构隧道都以以泥水复合合式平衡盾盾构做为首首选。而铁铁路隧道由由于断面大大、覆土深深、地质条条件复杂，，目前采用用盾构法修修建的隧道道均选用的的是泥水盾盾构，如广广深港什字字洋隧道、、湘株谭客客运专线、、北京地下下直径线、、天津地下下直径线以以及即将开开工的京沈沈、京张和和天津机场场线等项目目。2.盾构施工主主要技术环环节及流程程工作井施工盾构下井盾构安装调试负环掘进出洞段掘进正常掘进洞门破除洞门密封圈安装接收基座安装洞门破除隧道端头加固隧道洞口加固泥水系统安装进洞段掘进盾构拆除吊出施工调查施工场地盾构、泥水设备选型与配置盾构制造3.施工准备环环节主要内内容与控制制盾构施工准准备环节主主要的工作作内容有：：（1）详细的工工前调查。。包括施工工场地、沿沿线建构筑筑物、工程程地质与水水文地质。。（2）施工场地地规划与布布置、施工工用水、用用电、污水水排放等临临时设施规规划与布置置。（3）盾构机及及泥水处理理设备、泥泥水输排送送等主要设设备的选型型与配置。。（4）管片生产产车间（工工厂）准备备。（5）工程进度度、安全、、质量等各各种管理计计划制定，，工程技术术方案的编编制与完善善等相关内内容。控制重点是是施工场地地规划布置置及设备选选型与配置置。3.施工准备环环节主要内内容与控制制3.1.盾构机及泥泥水处理设设备的选型型与配置盾构法作为为地下工程程修建的一一种施工方方法，其成成败关健系系之于设备备本身。工工程能否顺顺利实施实实际就是““能否掘得得动、排得得走、稳得得住”。核核心就是进进、出两个个途径是否否畅通，进进即为盾构构刀盘刀具具与地层是是否适应，，刀盘的使使用寿命、、切削效果果、出土状状况、掘进进速度和施施工效率是是否满足施施工计划需需求，出即即为泥水处处理效率与与效果是否否与掘进速速度相匹配配、排污是是否满足城城市环保控控制标准。。3.1.盾构机及泥泥水处理设设备的选型型与配置序号系统名称主要组成部分投资占比1主驱动系统主轴承、主轴承内外密封、主驱动电机等35－40%2泥水循环系统包括进浆泵、排浆泵及控制单元20－25%3供电系统刀盘驱动变压器、辅助变压器、功率补偿器等8%4推进系统包括推进油缸、压力传感器及相关控制单元5－6%5刀盘刀具刀具、刀盘法兰及刀盘本体结构、旋转接头5－7%6管片安装系统真空吸盘机、管片安装机及结构梁等5%7同步注浆系统注浆泵、管路、储浆罐等2.5%8盾构掘进导向系统

2.5%9空气供应系统空压机、储气罐及控制仪表、电气元件等2%10水循环系统包括冷却、排污2%11盾体包括前盾、中盾、尾盾及连接桥1%12注脂系统包括主轴承润滑注脂、主轴承密封注脂（HBW）及盾尾密封注脂的注脂泵、吊机等1%13控制系统控制室、PLC控制、数据采集等0.7%刀具刀盘刀盘刀具的的选择与应应用刀盘形式比较项目面板式幅条式砂、土适应性（粒径＜15cm）由于开挖面土体受面板开口影响，渣土进入渣舱不顺畅，易粘结，易堵塞。仅有几根幅条，同时幅条后均设有搅拌叶片，土、砂流动顺畅，不易堵塞。砂卵石适应性（粒径＞15cm）适应性强，必要时可加滚刀。不能加滚刀，刀头形式及数量较少。刀盘扭矩刀盘扭矩阻力大，需增加设备能力，造价高。适用于硬土与岩石地层刀盘扭矩阻力小，设备造价低，适用于淤泥质地层与砂层。隧道内刀头更换安全性由于有面板，在隧道内更换刀头时安全可靠性相对好。在隧道内更换刀头时安全性差，加固土体费用高。刀盘特性比比较换刀功能的的配置冲刷功能的的配置泥水处理设设备泥水处理设设备的配置置取决于盾盾构掘进地地层的颗粒粒组成、掘掘进进度、、场地、排排放等众多多因素影响响。一般的的泥水处理理分为三级级，即筛分分、旋流（（除砂除泥泥）、沉淀淀三级处理理模式。但但在细颗粒粒含量较多多的情况下下，泥水处处理应考虑虑增加至四四级甚至五五级，以满满足进度及及排放要求求。3.2施工场地规规划与布置置盾构施工场场地需求主主要包括：：（1）泥水工厂厂及渣土堆堆放场地。。包括泥浆浆制备、调调整、沉淀淀、处理及及渣土堆放放。关健在在于泥水处处理场地需需求较大，，因为计划划进度要求求越高、泥泥水循环处处理设备配配置越多，，一般要求求泥浆的沉沉淀、调整整部分场地地不小于3000m2。（2）管片堆放放场地：一一般现场堆堆放管片数数量应不少少于2天掘进数量量。（3）其它场地地包括：加加工场地、、同步注浆浆拌和站、、电力变电电所、材料料堆放场地地等。对于于直径大于于10米的盾构，，要求整体体始发时，，施工场地地应仅量不不小于7000m2。4.盾构施工环环节主要技技术4.1盾构始发出出洞技术4.盾构施工环环节主要技技术安装始发基座端头土体加固盾构组装调试加固效果检验安装反力架凿除洞门安装洞门密封拼装负环管片始发掘进，盾尾通过洞门压板加固，壁后注浆第23页共共62页4.1.2始发或到达达端头加固固主要方法：：深层搅拌拌、旋喷桩桩、SMW、注浆、降降水、冻结结。第24页共共62页基座安装始发基座进进场→基座吊装下下井→始发基座安安装始发轨道安安装→轨道调整→始发基础加加固4.盾构施工环环节主要技技术第25页共共62页G2拖车进场组组装→G2拖车下井→G2拖车井下组组装G1拖车地面组组装→G1拖车下井→G1拖车井下组组装盾构组装4.盾构施工环环节主要技技术第26页共共62页G0拖车地面组组装→G0拖车下井→G0拖车井下组组装真空吸盘井井下组装→前盾吊装下下井→前盾组装4.盾构施工环环节主要技技术第27页共共62页中盾下部吊吊装下井→主驱动吊装装下井→主驱动井下下组装米字梁安装装→人仓吊装下下井→尾盾井下安安装4.盾构施工环环节主要技技术第28页共共62页设备梁试安安装→设备梁地面面组装→设备梁井下下安装走行平台组组装→设备梁吊装装下井→走行平台组组装4.盾构施工环环节主要技技术第29页共共62页盾尾上部下下井组装→刀盘吊装下下井→刀盘下井组组装刀盘焊接→刀盘耐磨焊焊焊接→盾构组装成成型4.盾构施工环环节主要技技术第30页共共62页管片拼装机机调试→负环管片安安装→盾构试掘进进泥水系统控控制→掘进参数控控制→盾构姿态控控制盾构调试4.盾构施工环环节主要技技术洞门破除顺顺序图刀盘与洞门门破除后砼砼位置关系系洞门破除效效果图洞门凿除4.盾构施工环环节主要技技术第32页共共62页洞门密封↑洞门密封安安装流程洞门密封进进场洞门密封安安装4#井盾构始发发洞门临时时密封采用用双道密封封装置，其其中每道密密封由帘布布橡胶、扇扇形压板、、止水箱、、注浆管和和螺栓等组组成，两道道密封间隔隔400mm。4.盾构施工环环节主要技技术第33页共共62页反力架安装装←发力座横梁梁←横梁安装←横撑架设↑反力架整体体结构4.盾构施工环环节主要技技术4.盾构施工环环节主要技技术盾构隧道始始发技术是是盾构法施施工技术的的关键，也也是盾构施施工成败的的一个重要要标志。要认识到端端头加固的的重要性，，特别是大大直径盾构构出问问题题就就是是大大问问题题。。控控制制重重点点在在于于：：加固固范范围围、、始始发发基基座座、、负负环环拼拼装装、、洞洞门门密密封封及及泥泥水水压压力力设设定定。。而影影响响始始发发费费用用高高低低的的控控制制关关健健在在于于：：始发发场场地地的的大大小小、、始始发发的的方方式式如如是是分分体体始始发发还还是是整整体体始始发发。。刀盘驱动背填注浆建立泥浆循环启动推进油缸

管

片

安

装缩回顶进油缸

刀盘掘进泥浆分离处理

排浆泵排浆管片生产运输

进浆泵导向系统

方向调整4.2.盾构构掘掘进进4.盾构构施施工工环环节节主主要要技技术术4.2.1工艺艺流流程程4.2.2盾构构掘掘进进参参数数盾构构掘掘进进过过程程的的主主要要控控制制参参数数包包括括：：（（1）泥泥水水压压力力：：根根据据静静压压力力并并结结合合沉沉降降控控制制要要求求设设置置。。盾盾构构机机推推进进、、逆逆洗洗和和旁旁路路三三种种状状态态切切换换时时的的切切口口泥泥水水压压力力偏偏差差值值均均控控制制在在±0.05bar。（（2）推推力力、、扭扭矩矩：：根根据据盾盾构构掘掘进进地地层层条条件件、、泥泥浆浆比比重重与与粘粘度度、、刀刀盘盘贯贯入入度度确确定定。。（（3）掘掘进进速速度度。。（（4）泥泥浆浆指指标标。。包包括括送送浆浆指指标标与与排排浆浆指指标标。。包包括括比比重重、、粘粘度度、、析析水水量量等等。。（（5）盾盾构构掘掘进进姿姿态态。。主主要要包包括括纠纠偏偏量量的的控控制制。。不同同的的掘掘进进参参数数对对于于盾盾构构掘掘进进过过程程的的材材料料消消耗耗影影响响差差异异性性非非常常大大。。盾构构掘掘进进过过程程的的主主要要消消耗耗材材料料包包括括前前端端、、后后端端的的密密封封油油脂脂，，刀刀具具、、泥泥浆浆等等。。4.盾构构施施工工环环节节主主要要技技术术图9.3.17

泥水输送基本程序图4.3泥浆浆的的输输送送与与排排放放泥水水环环流流系系统统包包括括泥泥水水输输送送与与泥泥水水排排放放，，刀刀盘盘切切削削下下来来的的土土砂砂和和泥泥水水舱舱中中的的泥泥水水合合成成的的泥泥浆浆，，通通过过排排泥泥泵泵与与排排泥泥管管道道送送往往地地面面的的泥泥水水处处理理分分系系统统进进行行分分离离，，分分离离并并经经过过调调整整后后的的泥泥浆浆通通过过输输送送系系统统再再送送回回盾盾构构泥泥水水舱舱。。泥水水输输送送分分系系统统主主要要由由送送排排泥泥泵泵、、阀阀、、送送排排泥泥管管道道及及配配套套部部件件等等组组成成，，通通过过泥泥水水监监控控分分系系统统进进行行自自动动化化操操作作。。设设备备投投入入的的多多少少主主要要受受掘掘进进距距离离、、地地层层的的影影响响确确定定。。4.4泥浆浆分分离离混和和开开挖挖碴碴土土后后的的泥泥浆浆通通过过泥泥浆浆排排放放系系统统输输送送至至泥泥水水处处理理工工厂厂后后，，通通过过泥泥水水分分离离系系统统实实现现碴碴浆浆分分离离，，碴碴土土直直接接弃弃运运，，处处理理后后的的泥泥浆浆调调整整合合格格后后再再输输送送到到盾盾构构泥泥水水舱舱。。泥水水处处理理系系统统根根据据地地层层颗颗粒粒级级配配进进行行设设备备配配置置。。一一般般的的砂砂卵卵石石地地层层以以及及排排放放标标准准要要求求不不高高的的项项目目，，泥泥水水处处理理系系统统由由筛筛分分-旋流流（（除除砂砂除除泥泥））-沉淀淀三三级级处处理理组组成成即即可可满满足足施施工工需需求求。。但对对于于细细颗颗粒粒含含量量（（＜＜74μμm）含含量量较较多多、、排排放放标标准准要要求求高高的的项项目目，，泥泥水水处处理理容容量量需需进进行行扩扩容容、、升升级级以以满满足足进进度度需需求求。。五级级泥泥水水处处理理技技术术泥水水处处理理泥浆泥浆浆———一级级筛筛分分———二级级筛筛分分———旋流流———清水压滤——沉淀——离心——清水泥水水处处理理第46页共共62页4.5盾构构壁壁后后注注浆浆同步步注注浆浆流流程程图图作用用：：（1）控控制制隧隧道道周周边边地地层层松松动动，，防防止止较较大大地地层层位位移移及及坍坍塌塌；；（（2）稳稳定定已已拼拼装装成成型型的的管管片片，，使使作作用用于于管管片片上上的的油油缸缸推推力力顺顺利利传传至至地地层层中中；；（（3）作作为为隧隧道道防防水水系系统统的的第第一一道道屏屏，，防防止止地地下下水水渗渗流流到到隧隧道道内内部部；；（（4)作为为隧隧道道衬衬砌砌结结构构的的加加强强层层,使其其具具有有耐耐久久性性和和一一定定的的强强度度。。4.5.1同步步注注浆浆后部油脂注入孔前部油脂注入孔注浆孔管片浆液体盾尾密封钢丝刷4盾尾盾尾密封钢丝刷3盾尾密封钢丝刷2盾尾密封钢丝刷1作用用：：二次次注注浆浆、、二二次次深深孔孔注注浆浆主主要要是是考考虑虑到到同同步步注注浆浆在在凝凝结结后后体体积积收收缩缩，，为为避避免免地地层层损损失失及及控控制制周周边边建建筑筑物物风风险险而而进进行行的的回回填填、、加加固固注注浆浆。。注注浆浆二二次次注注浆浆根根据据不不同同的的作作用用可可分分为为堵堵漏漏注注浆浆、、加加固固注注浆浆、、分分段段注注浆浆三三种种。。施施工工主主要要是是：：在在预预制制管管片片上上预预留留二二次次注注浆浆孔孔，，在在管管片片脱脱出出盾盾尾尾一一定定距距离离后后，，进进行行注注浆浆施施工工。。4.5.2二次次注注浆浆隧道道内内的的二二次次补补强强注注浆浆第49页共共62页管片片拼拼装装程程序序如如下下：：掘掘进进→→掘掘进进完完→→测测量量盾盾尾尾间间隙隙→→启启动动PPS系统统管管片片拼拼装装程程序序→→输输入入盾盾尾尾间间隙隙→→按按管管片片计计算算→→记记录录下下K块拼拼装装点点位位→→保保持持管管片片拼拼装装界界面面进进行行管管片片拼拼装装→→拼拼装装完完再再次次测测量量盾盾尾尾间间隙隙→→输输入入盾盾尾尾间间隙隙→→按按保保存存→→启启动动PPS测量量程程序序→→开开始始掘掘进进。。4.6管片片拼拼装装盾构姿态控制制→盾尾间隙隙输入→管管片选型型→管管片拼装装第50页共共62页进场管片检查查→管管片运运输→→洞洞内管片卸载载盾构掘进→→拼拼装机检检验→→管管片拼装4.6管片拼装4.7盾构换刀技术术盾构掘进过程程刀具磨损后后必须及时更更换，通过实实施主动换刀刀能确保盾构构掘进参数的的稳定，保证证施工的安全全。换刀方式式有常压换刀刀及带压换刀刀两种方式。。常压换刀即通通过一定加固固措施能够实实现地层能够够自稳的条件件下，开仓常常压更换磨损损刀具。带压换刀指地地层不能实现现自稳、也无无法通过其它它辅助措施实实现常压开仓仓时，通过带带压进仓更换换磨损刀具的的方式。第52页共共62页进仓加压→补气量观测→边刮刀检查带压进仓准备备→泥水系统控制制→人员进仓第53页共共62页进仓加压→吸氧减压→减压出仓泥膜检查→滚刀检查→更换刀具4.8风险控制主要通过沉降降数据分析，，掌握大直径径泥水盾构在在不同埋深、、地层情况下下的沉降规律律及主要影响响因素，根据据盾构掘进各各阶段的沉降降占比确定工工艺控制措施施。如根据直直径线施工地地表沉降统计计，先行沉降降、开挖面前前沉降、通过过沉降、盾尾尾空隙沉降五五个阶段占总总沉降值的比比总分别为：：8%、20%、35%、21%、17%。沉降量和沉沉降速率较大大阶段发生在在第2、3、4阶段，即盾构构施工控制沉沉降的第2、3、4阶段最为关键键，第2阶段变形控制制要素是泥水水压力，第三三阶段变形控控制因素为掘掘进速度，第第4阶段变形控制制要素是盾尾尾间隙注浆的的及时性和充充填率。4.8风险控制根据沉降规律律统计，充分分利用气垫式式泥水盾构设设备的先进性性，实现对盾盾构掘进过程程泥水压力与与流量、推力力、刀盘扭矩矩、刀盘转速速及转向、刀刀盘贯入度、、盾构姿态与与纠偏、同步步注浆压力及及注浆量、泥泥水性能指标标等参数的精精确化控制，，以达到沉降降变形的主动动控制。如施工中通过过详细的地质质调查、管片片应