盾构的施工监测技术-课件

盾构工程的施工、监测技术盾构工程的施工、监测技术1

盾构的施工工艺

盾构的监测内容、布点情况

盾构常见的风险源

盾构施工各参数的选取盾构的施工工艺2盾构法隧道盾构法隧道3盾构施工流程出洞洞门加固车架转换正常推进(同步注浆、二次补浆、拼装管片)进洞说明:所谓“洞”是指盾构始发井。盾构施工流程出洞洞门加固车架转换正常推进(同步注浆、二次补浆4盾构工作井盾构工作井5洞门加固洞门加固6盾构出洞盾构出洞7洞圈放样→基座安装→盾构安装、调试→后靠安装→负环拼装→凿除部分槽壁→洞口止水装置安装→槽壁全部凿除→盾构靠上洞圈内加固土→始发推进洞圈放样→基座安装→盾构安装、调试→后靠安装→负环拼装→凿除8盾构基座图盾构基座图9后盾支撑图后盾支撑图10出洞止水装置出洞止水装置11封洞门封洞门12盾构推进盾构推进13盾构进洞主体结构盾构进洞主体结构14区间隧道间联络通道的施工技术在粘性土层中采用顶管法施工区间隧道间联络通道的施工技术在粘性土层中采用顶管法施工15

盾构的施工工艺

盾构的监测内容、布点情况

盾构常见的风险源

盾构施工各参数的选取盾构的施工工艺16盾构位移矢量图盾构位移矢量图17监测内容序号监测项目1地表沉降2管线沉降3建筑物沉降4隧道沉降、位移5隧道收敛频率要求：推进期间，1天2测监测范围：规程规定前20环后30环；实际要求范围：前30m后50m频率及范围监测内容序号监测项目1地表沉降2管线沉降3建筑物沉降4隧道沉18地表监测地表横向剖面沉降曲线地表监测地表横向剖面沉降曲线19地表纵向剖面沉降曲线地表纵向剖面沉降曲线20地层损失地层隆沉固结沉降主固结沉降次固结沉降土层厚度土体灵敏度正常地层损失非正常地层损失灾害性地层损失均匀变化局部化变化突发性变化地层损失地层隆沉固结沉降主固结沉降次固结沉降土层厚度土体灵敏21主固结沉降变形特性次固结沉降主固结沉降变形特性次固结沉降22地层隆沉主观因素客观因素严重超挖(欠挖)推进参数匹配不合理注浆量不足或注浆不及时盾构后退设计阶段的盾构选择注浆材料本身的体积收缩盾壳移动对临近土体的扰动隧道本身的沉降盾构“姿态”纠偏隧道初砌的变形地层隆沉主观因素客观因素严重超挖(欠挖)推进参数匹配不合理注23隧道沉降测点布置隧道沉降测点布置24隧道收敛隧道收敛25盾构监测测点布置盾构监测测点布置26盾构监测测点布置盾构监测测点布置27

盾构的施工工艺

盾构的监测内容、布点情况

盾构常见的风险源

盾构施工各参数的选取盾构的施工工艺28凿洞门时涌水涌沙凿洞门时涌水涌沙29

本次填充注浆共布置孔位23只，除进出洞门中心及原旋喷桩加固区两端共7只孔注浆深度为20米外（地面以下），其他16只孔注浆深度均为17米。共计注浆延412米。中兴路井充填注浆介绍本次填充注浆共布置孔位23只，除进出洞门中心及原旋喷30盾构切口10cm下移原因分析井口不变出现斜线现象底部加固土体为刚性，因此切削比较困难，同时还造成盾构刀盘受力不均。1号线隧道底部加固强度高、面积大、隧道加固范围不均匀。地铁1号线地铁2号线穿越1号线轴线突变盾构切口10cm下移原因分析井口不变出现斜线现象底部加固土体311、对成环隧道下部注浆加固2、放慢推进速度，每推进10cm进行一次测量3、穿越过程中建立通讯网络4、每箱土(10~15cm)分析一次反馈数据5、注浆以点数控制针对措施：隧道底部注浆地铁2号线穿越1号线轴线突变通过上述措施盾构轴线得到了有效控制1、对成环隧道下部注浆加固3、穿越过程中建立通讯网络针对措施32管片渗水管片破损管片错台管片渗水管片破损管片错台33隧道上浮控制措施隧道上浮控制措施34盾构切口进入加固区后刀盘切削不动土体，加水后盾构还是无法推动10＃盾构进洞接收井土体加固强度0.8~1.4Mpa盾构距离工作井槽壁外3.65米盾构推力为33000kN盾构切口进入加固区后刀盘切削不动土体，加水后盾构还是无法推动3510#盾构进洞针对措施：1.洞门凿除，强行进入凿除后盾构还是推不动，推力为32000kN10#盾构进洞针对措施：凿除后盾构还是推不动，推力为32003610#盾构进洞排孔刀盘注水软化土体针对措施：2、采取打排孔，刀盘注水软化土体，经过努力后盾构终于进洞10#盾构进洞排孔刀盘注水针对措施：37

盾构的施工工艺

盾构的监测内容、布点情况

盾构常见的风险源

盾构施工各参数的选取盾构的施工工艺38正面平衡压力p=k0h

p:平衡压力(包括地下水)：土体的平均重度(kN/m3)h：隧道埋深(m)k0：土的侧向静止平衡压力系数正面平衡压力p=k0hp:平衡压力(包括地下水)39出土量

6340盾构每环理论出土量＝/4×D2×L＝/4×6.342×1.2＝37.88m3/环盾构推进出土量控制在98%～100%之间。即37.13m3/环～37.88m3/环。推进速度

6340盾构：V=1.2(6.3402－6.2002)/4＝1.66m3;每环的压浆量一般为建筑空隙的200％~250％，即每推进一环同步注浆量为3.31m3~4.14m3泵送出口处的压力在水土压力的基础上相应提高0.5~1.0kg/cm2，软土地区，一般控制在0.3MPa左右。正常推进时速度宜控制在2～4cm/min之间。过建筑物时推进速度宜适当放慢，宜控制在1cm/min以内。同步注浆

千斤顶推力

初始掘进阶段时控制扭距F<10000kN，正常掘进阶段时控制扭距F<30000kN出土量6340盾构每环理论出土量＝/4×D2×L＝/40浆液的具体配比如下:(Kg/1.25m3)4002601150125数量水砂粉煤灰水泥材料二次补压浆液技术指标:(每0.5m3)75-125250kg250kg30s~60s35oBe‘中性水玻璃(kg)水水泥(普425#)初凝时间(s)乙液甲液二次补压浆

每5环进行一次壁后二次补压浆，重要地段按实际情况还需进行加密。浆液的具体配比如下:(Kg/1.25m3)4002601141盾构过江控制措施(1)土压力设定在盾构切入大堤后，根据覆土厚度、水深、潮汐变化和监测数据及时调整土压力的设定值，减少对土体的扰动，保证大堤和江中隧道施工的安全。对于盾构需要穿越承压水层时，实际掘进的土压力设定应不下于承压水.(2)监测制定合理的监测方案，加强沉降监测。盾构穿越大堤后，江中段施工采取跟踪观测的方法进行观测，将观测数据及时传送给施工技术人员进行分析，所对应的江底的沉降情况，并调整盾构推进的参数。(3)纠偏控制江中段隧道考虑隧道断面内地层复杂，给轴线控制带来一定的困难。过程中轴线纠偏要做到“勤纠、少纠”，避免大幅度纠偏。(4)出土量控制每环盾构掘进出土理论方量约为38.6m3。一旦盾构掘进施工出土量没有控制好，出现较大的超挖现象，就可能出现正面土体失稳、坍塌，所以在江中段施工，必须在土压平衡状态下进行盾构掘进，过程中严格控制出土量。盾构过江控制措施(1)土压力设定42(5)同步注浆量控制

在入江施工前，对前阶段盾构施工的同步注浆情况、沉降变形情况进行汇总、分析，得出适合本工程地质条件的同步注浆量。

在入江施工时，根据上述优化的同步注浆量严格控制，保证在掘进过程中及时填充建筑空隙，既不能因过少而造成江底大量沉降，也不能因过多而造成江底隆起，使钱塘江水涌入隧道。

(6)防喷涌处理

盾构螺旋机出口处设置闸门，作为承压水层施工时防喷涌的预防设备。一旦产生喷涌时，及时关闭闸门，并进行加泥等措施，形成土塞效应，预防喷涌影响施工。

(7)盾尾密封的管理

在穿越钱塘江施工过程中，必须加强对盾尾油脂压住的管理，确保盾尾密封性能，盾尾油脂应采用进口优质油脂，并确保施工中及时、足量压注。

(5)同步注浆量控制

在入江施工前，对前阶段盾构施43(8)防止盾尾漏泥、漏水措施①预防措施为避免在江中段发生盾尾漏泥、漏水等现象，施工过程中重点做好以下事项●按盾尾油脂压注程序，定期、定量、均匀地压注盾尾油脂。●严格控制浆液质量和注浆量。在同步注浆过程中，合理掌握注浆压力，使注浆量、注浆流量与掘进速度等施工参数形成最佳参数匹配。避免浆液进入盾尾，损坏盾尾密封装置，降低盾尾密封性能，引起盾尾漏泥、漏水。●注浆量应均匀压注，使浆液在成形隧道周边进行均匀、紧密环箍。●管片做到居中拼装，以防盾构与管片之间的建筑空隙过分增大，降低盾尾密封效果，引发盾尾漏泥、漏水。●为在江中段推进过程中，在必要时可在盾尾与管片之间垫放海绵用以止水，封堵管片与盾构间的间隙。●在盾构工作面配置适量的双快水泥、木楔、回丝等堵漏材料及工具。②应急措施如果盾尾发生泄漏现象时，拟采用以下施工对策：●针对泄漏部位集中压注盾尾油脂。●采取盾构机上增设的注浆孔和盾尾后3环管片注浆孔进行注浆，减缓盾尾止水压●利用堵漏材料进行封堵。●如上述措施效果不佳时，可采用聚氨脂在盾尾后一定距离处压注，进行集中、快速封堵。(8)防止盾尾漏泥、漏水措施44盾构穿越建筑物措施(1)严格控制盾构正面平衡压力盾构在穿越民房的过程中必须严格控制切口平衡土压力，使得盾构切口处的地层有微小的隆起量来平衡盾构背土时的地层沉降量。同时也必须严格控制与切口平衡压力有关的施工参数，如出土量、推进速度、总推力、实际土压力围绕设定土压力波动的差值等。防止过量超挖、欠挖，尽量减少平衡压力的波动。(2)严格控制盾构的推进速度过民房施工时，推进速度不宜过快，尽量做到均衡施工，减少对周围土体的扰动，避免在途中有较长时间耽搁。如果推得过快则刀盘开口断面对地层的挤压作用相对明显，地层应力来不及释放，所以正常推进时速度应控制在2～3cm/min。(3)严格控制盾构纠偏量在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，使盾构均衡匀速施工，盾构姿态变化不可过大、过频。每隔5环检查管片的超前量，隧道轴线和折角变化不能超过0.4％。推进时不急纠、不猛纠，多注意观察管片与盾壳的间隙，相对区域油压的变化量随出土箱数和千斤顶行程逐渐变化。采用稳坡法、缓坡法推进，以减少盾构施工对地面的影响。根据盾构进入曲线段的设计里程，盾构可提前5~10环进入曲线段施工，提前进行纠偏，以减少每环的纠偏量，从而减小建筑孔隙。提前纠偏过程中必须保持良好的盾构姿态，盾构轴线偏差不得超过50mm。盾构穿越建筑物措施(1)严格控制盾构正面平衡压力45(4)严格控制同步注浆量和浆液质量严格控制同步注浆量和浆液质量，务必做到三点：①保证每环注浆总量要到；②保证盾构推进每一箱土的过程中，浆液均匀合理地压注；③浆液的配比须符合质量标准。通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中的土体变形。每环的压浆量一般为建筑空隙的200％~250％，泵送出口处的压力应控制在0.3MPa左右。具体压浆量和压浆点视压浆时的压力值和地层变形监测数据选定。同时，在曲线段外弧侧可适量多压注，确保地面沉降的稳定。(5)二次补压浆当盾构穿越过后，隧道影响的构建筑物会有不同程度的后期沉降。因此必须准备足量的二次补压浆材料以及设备，根据后期沉降观测结果，及时进行二次补压浆，以便能有效控制后期沉降，确保地面建筑物的安全。(6)应急措施盾构穿越民房时，若地面变形值达到警戒值，除了采取壁后注浆的手段外，还可通过采取在地面跟踪注浆的手段来保护建筑物。

(4)严格控制同步注浆量和浆液质量46盾构工程的施工、监测技术盾构工程的施工、监测技术47

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盾构常见的风险源

盾构施工各参数的选取盾构的施工工艺48盾构法隧道盾构法隧道49盾构施工流程出洞洞门加固车架转换正常推进(同步注浆、二次补浆、拼装管片)进洞说明:所谓“洞”是指盾构始发井。盾构施工流程出洞洞门加固车架转换正常推进(同步注浆、二次补浆50盾构工作井盾构工作井51洞门加固洞门加固52盾构出洞盾构出洞53洞圈放样→基座安装→盾构安装、调试→后靠安装→负环拼装→凿除部分槽壁→洞口止水装置安装→槽壁全部凿除→盾构靠上洞圈内加固土→始发推进洞圈放样→基座安装→盾构安装、调试→后靠安装→负环拼装→凿除54盾构基座图盾构基座图55后盾支撑图后盾支撑图56出洞止水装置出洞止水装置57封洞门封洞门58盾构推进盾构推进59盾构进洞主体结构盾构进洞主体结构60区间隧道间联络通道的施工技术在粘性土层中采用顶管法施工区间隧道间联络通道的施工技术在粘性土层中采用顶管法施工61

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盾构常见的风险源

盾构施工各参数的选取盾构的施工工艺62盾构位移矢量图盾构位移矢量图63监测内容序号监测项目1地表沉降2管线沉降3建筑物沉降4隧道沉降、位移5隧道收敛频率要求：推进期间，1天2测监测范围：规程规定前20环后30环；实际要求范围：前30m后50m频率及范围监测内容序号监测项目1地表沉降2管线沉降3建筑物沉降4隧道沉64地表监测地表横向剖面沉降曲线地表监测地表横向剖面沉降曲线65地表纵向剖面沉降曲线地表纵向剖面沉降曲线66地层损失地层隆沉固结沉降主固结沉降次固结沉降土层厚度土体灵敏度正常地层损失非正常地层损失灾害性地层损失均匀变化局部化变化突发性变化地层损失地层隆沉固结沉降主固结沉降次固结沉降土层厚度土体灵敏67主固结沉降变形特性次固结沉降主固结沉降变形特性次固结沉降68地层隆沉主观因素客观因素严重超挖(欠挖)推进参数匹配不合理注浆量不足或注浆不及时盾构后退设计阶段的盾构选择注浆材料本身的体积收缩盾壳移动对临近土体的扰动隧道本身的沉降盾构“姿态”纠偏隧道初砌的变形地层隆沉主观因素客观因素严重超挖(欠挖)推进参数匹配不合理注69隧道沉降测点布置隧道沉降测点布置70隧道收敛隧道收敛71盾构监测测点布置盾构监测测点布置72盾构监测测点布置盾构监测测点布置73

盾构的施工工艺

盾构的监测内容、布点情况

盾构常见的风险源

盾构施工各参数的选取盾构的施工工艺74凿洞门时涌水涌沙凿洞门时涌水涌沙75

本次填充注浆共布置孔位23只，除进出洞门中心及原旋喷桩加固区两端共7只孔注浆深度为20米外（地面以下），其他16只孔注浆深度均为17米。共计注浆延412米。中兴路井充填注浆介绍本次填充注浆共布置孔位23只，除进出洞门中心及原旋喷76盾构切口10cm下移原因分析井口不变出现斜线现象底部加固土体为刚性，因此切削比较困难，同时还造成盾构刀盘受力不均。1号线隧道底部加固强度高、面积大、隧道加固范围不均匀。地铁1号线地铁2号线穿越1号线轴线突变盾构切口10cm下移原因分析井口不变出现斜线现象底部加固土体771、对成环隧道下部注浆加固2、放慢推进速度，每推进10cm进行一次测量3、穿越过程中建立通讯网络4、每箱土(10~15cm)分析一次反馈数据5、注浆以点数控制针对措施：隧道底部注浆地铁2号线穿越1号线轴线突变通过上述措施盾构轴线得到了有效控制1、对成环隧道下部注浆加固3、穿越过程中建立通讯网络针对措施78管片渗水管片破损管片错台管片渗水管片破损管片错台79隧道上浮控制措施隧道上浮控制措施80盾构切口进入加固区后刀盘切削不动土体，加水后盾构还是无法推动10＃盾构进洞接收井土体加固强度0.8~1.4Mpa盾构距离工作井槽壁外3.65米盾构推力为33000kN盾构切口进入加固区后刀盘切削不动土体，加水后盾构还是无法推动8110#盾构进洞针对措施：1.洞门凿除，强行进入凿除后盾构还是推不动，推力为32000kN10#盾构进洞针对措施：凿除后盾构还是推不动，推力为32008210#盾构进洞排孔刀盘注水软化土体针对措施：2、采取打排孔，刀盘注水软化土体，经过努力后盾构终于进洞10#盾构进洞排孔刀盘注水针对措施：83

盾构的施工工艺

盾构的监测内容、布点情况

盾构常见的风险源

盾构施工各参数的选取盾构的施工工艺84正面平衡压力p=k0h

p:平衡压力(包括地下水)：土体的平均重度(kN/m3)h：隧道埋深(m)k0：土的侧向静止平衡压力系数正面平衡压力p=k0hp:平衡压力(包括地下水)85出土量

6340盾构每环理论出土量＝/4×D2×L＝/4×6.342×1.2＝37.88m3/环盾构推进出土量控制在98%～100%之间。即37.13m3/环～37.88m3/环。推进速度

6340盾构：V=1.2(6.3402－6.2002)/4＝1.66m3;每环的压浆量一般为建筑空隙的200％~250％，即每推进一环同步注浆量为3.31m3~4.14m3泵送出口处的压力在水土压力的基础上相应提高0.5~1.0kg/cm2，软土地区，一般控制在0.3MPa左右。正常推进时速度宜控制在2～4cm/min之间。过建筑物时推进速度宜适当放慢，宜控制在1cm/min以内。同步注浆

千斤顶推力

初始掘进阶段时控制扭距F<10000kN，正常掘进阶段时控制扭距F<30000kN出土量6340盾构每环理论出土量＝/4×D2×L＝/86浆液的具体配比如下:(Kg/1.25m3)4002601150125数量水砂粉煤灰水泥材料二次补压浆液技术指标:(每0.5m3)75-125250kg250kg30s~60s35oBe‘中性水玻璃(kg)水水泥(普425#)初凝时间(s)乙液甲液二次补压浆

每5环进行一次壁后二次补压浆，重要地段按实际情况还需进行加密。浆液的具体配比如下:(Kg/1.25m3)4002601187盾构过江控制措施(1)土压力设定在盾构切入大堤后，根据覆土厚度、水深、潮汐变化和监测数据及时调整土压力的设定值，减少对土体的扰动，保证大堤和江中隧道施工的安全。对于盾构需要穿越承压水层时，实际掘进的土压力设定应不下于承压水.(2)监测制定合理的监测方案，加强沉降监测。盾构穿越大堤后，江中段施工采取跟踪观测的方法进行观测，将观测数据及时传送给施工技术人员进行分析，所对应的江底的沉降情况，并调整盾构推进的参数。(3)纠偏控制江中段隧道考虑隧道断面内地层复杂，给轴线控制带来一定的困难。过程中轴线纠偏要做到“勤纠、少纠”，避免大幅度纠偏。(4)出土量控制每环盾构掘进出土理论方量约为38.6m3。一旦盾构掘进施工出土量没有控制好，出现较大的超挖现象，就可能出现正面土体失稳、坍塌，所以在江中段施工，必须在土压平衡状态下进行盾构掘进，过程中严格控制出土量。盾构过江控制措施(1)土压力设定88(5)同步注浆量控制

在入江施工前，对前阶段盾构施工的同步注浆情况、沉降变形情况进行汇总、分析，得出适合本工程地质条件的同步注浆量。

在入江施工时，根据上述优化的同步注浆量严格控制，保证在掘进过程中及时填充建筑空隙，既不能因过少而造成江底大量沉降，也不能因过多而造成江底隆起，使钱塘江水涌入隧道。

(6)防喷涌处理

盾构螺旋机出口处设置闸门，作为承压水层施工时防喷涌的预防设备。一旦产生喷涌时，及时关闭闸门，并进行加泥等措施，形成土塞效应，预防喷涌影响施工。

(7)盾尾密封的管理

在穿越钱塘江施工过程中，必须加强对盾尾油脂压住的管理，确保盾尾密封性能，盾尾油脂应采用进口优质油脂，并确保施工中及时、足量压注。

(5)同步注浆量控制

在入江施工前，对前阶段盾构施89(8)防止盾尾漏泥、漏水措施①预防措施为避免在江中段发生盾尾漏泥、漏水等现象，施工过程中重点做好以下事项●按盾尾油脂压注程序，定期、定量、均匀地压注盾尾油脂。●严格控制浆液质量和注浆量。在同步注浆过程中，合理掌握注浆压力，使注浆量、注浆流量与掘进速度等施工参数形成最佳参数匹配。避免浆液进入盾尾，损坏盾尾密封装置，降低盾尾密封性能，引起盾尾漏泥、漏水。●注浆量应均匀压注，使浆液在成形隧道周边进行均匀、紧密环箍。●管片做到居中拼装，以防盾构与管片之间的建筑空隙过分增大，降低盾尾密封效果，引发盾尾漏泥、漏水。●为在江中段推进过程中，在必要时可在盾尾与管片之间垫放海绵用以止水，封堵管片与盾构间的间隙。●在盾构工作面配置适量的双快水泥、木楔、回丝等堵漏材料及工具。②应急措施如果盾尾发生泄漏现象时，拟采用以下施工对策：●针对泄漏部位集中压注盾尾油脂。●采取盾构机上增设的注浆孔和盾尾后3环管片注浆孔进行注浆，减缓盾尾止水压●利用堵漏材料进行封堵。●如上述措施效果不佳时，可采用聚氨脂在盾尾后一定距离处压注，进行集中