盾构法施工技术

盾构法施工技术-------盾构施工技术目录

1.1关于地下建筑空间施工的几个概念1.2TBM和盾构机的具体区别2.1盾构法施工技术2.2盾构机械设备3盾构法隧道施工工艺

1.1关于地下建筑空间施工的几个概念明挖法：也称挖盖法暗挖法：也称矿山法，钻爆法等浅埋暗挖法：盾构法：沉井法：沉管法：顶管法：地下连续墙法：TBM法：(1)明挖法地下结构施工示意图挖建盖（填）(2)暗挖法地下结构施工示意图一般坚硬岩层中的隧道均采用该方法施工。挖衬埋深一般大于10m(3)浅埋暗挖法地下结构施工示意图初衬二衬超前支护锚杆、管棚或灌浆埋深一般小于5m一般用于城市交通繁忙地带，不允许中断交通，且地质条件又较差的地段，武汉市的地下过街通道大多采用该法施工。如武汉广场、武汉会展中心、洪山广场过街通道等(4)盾构法地下结构(隧道)施工示意图盾构法隧道施工适用于软土地区埋深大的隧道工程，可穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物和地下管线密集区的下部。

(5)沉井法地下结构施工示意图

沉井结构用途十分广泛，主要用于点式地下建筑工程：如自来水厂、电厂和化工厂的水泵房、地下沉淀池和水池、地下热电站、地下油库、地下车间和地下仓库等。此外，也可用作地铁、水底隧道等各种设备井、通风井、盾构拼装井、车间和区间段连续沉井等。(6)沉管法地下结构施工示意图1(6)沉管法地地下结构构施工示示意图2沉管法一般用于于水下隧道施工工，目前国内已已建成的最大的的沉管隧道是上上海外环越江隧隧道，总长2880m（沉管段长736m），双向8车道。(7)顶管法地下结构构施工示意图顶管法主要用于于建造穿越城市市交通繁忙地带带的地下工程，，其长度、断面面尺寸均受到较较大限制。国内内最长的顶管隧隧道是西气东输输工程穿越黄河河的隧道，长度度近3000m，直径约2m。(8)地下连续墙法施施工示意图地下连续墙法可可用于点式、条条式地下工程的的施工，如上海海、广州大部分分地铁车站均采采用该法施工。。其特点类似于于明挖法，但比比明挖法占用场场地小，对周围围环境影响较小小，且造价相对对较低。(9)TBM法地下结构施工工示意图目前国内,习惯上将用于岩岩石地层的隧道道掘进机称为TBM,将用于软土地层层的隧道掘进机机称为盾构机。。归类还是同在在掘进机门下。。1.2TBM和盾构机的具体体区别？1.适用的工程不一一样，TBM用于硬岩，盾构构机用于土层的的挖掘。2.两者的掘进，平平衡，支护系统统都不一样。3.TBM比盾构技术更先先进，更复杂。。4.工作的环境也不不一样，TBM是硬岩掘进机，，一般用在山岭岭隧道或大型引引水工程，盾构构是软土类掘进进机，主要是城城市地铁，及小小型管道。其实TBM和盾构除了这些些本质的差别外外，笼统的来说说，都是一样，，都是隧道全断断面掘进。只是是不同的工作环环境应用不同的的机械罢了。2.1盾构法施工技术术盾构（shield）是一种钢制的活动防护装置或活动动支撑，是通过软弱含含水层，特别是是河底、海底，，以及城市居民民区修建隧道的的一种机械。头部可以安全地开挖挖地层,尾部可以装配预制管管片或砌块，迅迅速地拼装成隧隧道永久衬砌。。盾构推进主要依靠盾构内内部设置的千斤斤顶。概述适用条件在松软含水地层中中修建隧道、水底底隧道及地下铁铁道时采用各种种不同形式的盾盾构施工最有意意义，特别是该该施工方法属地地表以下暗挖施工，不受受地面交通、河道、航航运、潮汐、季季节等条件的影响，优点：安全性、高效率率、危害小、经经济性缺点：重复利用率低、、施工复杂、适适用性受限、工工作条件差、地地表变形不易控控制盾构优缺点盾构隧道的历史史用盾构法修建隧隧道开始于1818年，法国工程程师布鲁诺尔；；1825年在英国泰晤士士河下首次用矩形盾构构建造隧道；近代，日本盾构法得到了迅速发展展，用途越来越越广，并研制了了大量新型盾构构；我国于1957年北京下水道工程程中首次出现2.6m小盾构；上海市延安东路过江道路隧道使用11.0m直径的大盾构；；盾构按形状分类类大致有圆形（又称半盾盾构）、矩形、、马蹄形等几种。圆形因其抵抗水土压压力较理想，衬衬砌拼装简便，，构件可以互换换，较为通用，，数量最多。圆形盾构中，敞胸盾构和闭胸胸盾构两大类。按开挖方式分为为：人工挖掘式、半半机械挖掘式、、机械挖掘式。。一、盾构机定义义二、盾构机构造造三、盾构机分类类及型式四、盾构配套设设施2.2盾构机械设备盾构机是一种隧隧道掘进的专用用工程机械，现现代盾构掘进机机集光、机、电电、液、传感、、信息技术于一一体，具有开挖挖切削土体、输送土碴、、同步衬砌注浆浆、拼装隧道衬衬砌管片、测量量导向纠偏等功功能，涉及地质质、土木、机械械、力学、液压压、电气、控制制、测量等多门门学科技术，而而且要按照不同同的地质进行“定制式”的设计制造，可可靠性要求极高高。盾构掘进机机已广泛用于地地铁、铁路、地地下公路、城市市市政、水电等等隧道工程。一、盾构机定义义二、盾构机构造造盾构机是在钢壳壳体的保护下，，进行地下隧道道工程掌子面开开挖及衬砌连续续作业，并依靠靠钢壳体内千斤斤顶的推力向前前推进。盾构机机主要由切削刀刀盘、前部盾体体、连接桥架、、后配套台车等等部分组成。切切削刀盘根据工工程地质情况选选择不同型式、、配置相应刀具具；前部盾体由由主驱动系统、、推进系统、渣渣土输送系统、、管片拼装系统统、同步注浆等等系统组成；后后配套台车主要要为前部盾体内内各系统配置动动力源以及水、、电、气、液、、测量与监测等等辅助施工系统统和人工操作系系统；连接桥架架是前部盾体和和后配套台车的的连接桥梁，各各系统的动力通通过桥架上的管管线路从后配套套台车提供给前前部盾体内的执执行元件。切削刀盘盘型滚刀重型撕裂刀刮刀钢格栅面板辐条辐条泡沫口中心刀面板式刀盘辐条式刀盘外周强化刀先行撕裂刀刮刀辐条辐条泡沫口中心刀前部盾体主驱动系统、推推进系统、渣土土输送系统、管管片拼装系统、、同步注浆等系系统后配套台车主要配置盾构机机各系统所需的的动力源以及水水、电、气、液液、测量与监测测等辅助施工系系统以及人工操操作等系统三、盾构机分类类及型式开敞式土压平衡式泥水式泥土加压式复合式岩石盾构盾构机分类不同型式的盾构构机——适应不同工程的需需要圆形盾构双圆盾构矩形盾构椭圆形盾构球形盾构异型盾构多联盾构子母盾构转向盾构浆液搅拌站盾构配套设施——与盾构机组成完备备的施工系统水平运输系统电机车垂直运输系统龙门吊地面监控室管片生产厂盾构配套设施碴土坑现场管片堆放场风、水、电、照明一、盾构法的由来来二、土压平衡盾构构法施工工艺3.1盾构法隧道施工工工艺盾构法于19世纪初起源于欧洲洲，受启发于蛀虫虫挖洞，20世纪初日本引进盾盾构施工技术，并并使其得以较大发发展。上世纪60年代该技术引入中中国。目前，日本本及欧洲处于盾构构技术的领先地位位。随着盾构机制制造业的发展和施施工工艺的不断改改进，逐步形成了了比较完善的盾构构系列施工工法。。近年来随着城市建建设的发展，地下下空间得到广泛的的开发利用，盾构构设备的自动化程程度越来越高，其其适用性得以拓展展，能够适用于多多种地质条件和复复杂环境条件。已已在城市地铁、市市政管道、地下公公路、越江隧道等等基础设施建设中中得到广泛应用。。一、盾构法的由来来目前在盾构工程中中普遍采用的多为为闭胸式盾构机，，其中以泥水平衡衡式与土压平衡式式盾构机最为普及及。而且由于盾构构工程大部分位于于人口密集的城区区，从减少施工污污染、降低施工造造价等多方面综合合考虑，又以土压压平衡盾构法施工工为主。二、土压平衡盾构构法施工工艺土压平衡盾构法施施工工艺流程施工准备盾构推进渣土排出管片拼装测量轴线控制盾尾油脂压注施工监测壁后注浆输送浆液制备土方运输开启皮带输送机、螺旋输送机及出土口管片运输管片生产盾构施工工艺流程程图（一个循环））盾渣构土掘排进出壁后同步注浆管片拼装始发台架图片折叶式密封环盾构机现场组装图图片盾构机主体组装过过程操作平台组装螺旋输送机、整圆圆器组装桥架、皮带输送机机、单轨梁、反力力架的安装反力架的结构型式式初始掘进（1）洞口土体加固（2）地面配套设施安安装施工（3）洞门范围内的钻钻孔灌注桩凿除（4）始法台架安装（5）盾构始发轨道铺铺设（6）反力架安装（7）洞门橡胶密封圈圈安装（8）盾尾密封刷涂满满密封油脂（9）盾构机的联动调调试满足要求（10）临时管片准备就就绪（11）碴土运输准备工工作就绪（12）盾构机已准确定定位（13）自动导向系统安安装、测试完毕（14）初始掘进范围内内的地面监测点已已布设完毕并获得得初始的数据（15）供电系统（含备备用电源）、给排排水系统、通信系系统等正常（16）始发反力架和基基准环已在始发井井地面试拼装，在在井下安装时要经经过精确定位测量量，确保第一环临临时管片的准确位位置----掘进前的准备工作作1、土压力的平衡（（开挖过程控制））2、进尺与出土量的的平衡（即时控制制）3、注浆量与建筑孔孔隙量的平衡（填填充控制）4、盾构掘进参数变变化量的平衡（掘掘进参数控制）5、盾构与管片两者者各项姿态间的平平衡（轴线控制））通过盾构施工控制达到五种种平衡状态施工参数和开挖面面稳定控制的好坏坏直接影响地表沉沉降大小、地下管管线和地表建筑物物的安全。因此施施工中应对开挖面面的稳定进行严格格控制。为了保证盾构机顺顺畅排土，需对掘掘削下来的土砂加加泥或加化学泡沫沫等添加剂以控制制土仓内土砂的塑塑性、流动性处于于适当的范围内，，以保证盾构机能能够顺畅排土。开挖面稳定控制管理重点：不同地层条件下进进尺与出土量的平平衡（即时控制）），及时进行土质质状态记录与分析析，并及时调整每每环总出土量，保保证掘进过程中进进尺与出土量的对对应统一。出碴控制在施工中实时进行行施工数据采集，，建立完善的信息息化施工模式：1、盾构机掘进参数数的采集2、盾构机导向数据据的采集3、施工监测系统4、人工控制测量数数据盾构施工类似工厂厂流水线作业，因因此施工中要求各各环节紧密衔接，，任何一道工序发发生滞后，都将直直接影响施工工效效，或导致施工停停止。因此应进行行信息化施工管理理，收集各阶段的的施工参数，通过过分析、归纳，在在施工中不断对各各种参数的设定进进行优化，将会提提高施工的质量、、效率。盾构掘进参数控制制----即信息化施工地表沉降控制是盾盾构施工的重点，，及时的进行壁后后注浆是有效控制制地表沉降的措施施之一。在壁后注注浆施工中，由于于盾构隧道穿越地地层的多样性，注注浆量变化幅度较较大，因此采取以以注入压力控制为为主，兼顾注入量量的方法进行注浆浆管理。注浆参数控制----注浆压力及注浆量量平衡注浆材料选用壁后注浆浆浆液分分为单液液砂浆和和双液化化学浆液液，单液液砂浆浆浆液应具具备以下下性能：：1.具有良好好的长时时间稳定定性及流流动性，，并能保保证适当当的初凝凝时间，，以适应应盾构施施工以及及远距离离输送的的要求。。2.具有良好好的充填填性能。。3.在满足注注浆施工工的前提提下，尽尽可能早早地获得得高于地地层的早早期强度度。4.浆液在地地下水环环境中，，不易产产生稀释释现象。。5.浆液固结结后收缩缩率小，，泌水率率低。6.原料来源源丰富、、经济，，施工管管理方便便，并能能满足施施工自动动化技术术要求。。7.浆液无公公害，价价格合理理。通过施工工测量以以及盾构构设备的的自动导导向系统统，实时时取得盾盾构的当当前姿态态，再通通过盾构构操作系系统调整整掘进控控制，使使盾构姿姿态保持持在要求求的偏差差范围内内；管片片拼装前前认真测测量已经经成环的的管片姿姿态，根根据盾构构隧道曲曲线方向向、推进进千斤顶顶的行程程差、盾盾尾间隙隙等条件件合理选选择管片片类型，，拼装过过程中要要注意保保证管片片的拼装装质量满满足要求求。管理重点点：盾构构姿态；；成环管管片姿态态；管片片选型。。隧道轴线线控制CCR盾构掘进进纠偏施施工过程程已建隧道道设计轴线线盾构机纠偏曲线线盾构方位位纠偏曲线线隧道六、盾构构机接收收及解体体盾构接收收施工流流程图模拟贯通测量测量结果分析与验证掘进计划洞门部分凿除洞门密封的安装接收托架的安装与固定到达段的掘进洞门剩余部分的凿除碴土的清理贯通后上接收托架1、根据盾盾构机的的贯通姿姿态及掘掘进纠偏偏计划进进行推进进，纠偏偏要逐步步完成，，每一环环纠偏量量不能过过大。2、在盾构构机距离离端头墙墙50米时,选择合理理的掘进进参数，，逐渐放放慢掘进进速度，，逐渐降降低推力力，缓慢慢均匀地地切削洞洞口土体体，以确确保到达达围护桩桩和墙体体的稳定定和防止止地层坍坍塌。3、加强地地表沉降降监测，，及时反反馈信息息以指导导盾构机机掘进。。4、在拼装装的管片片进入加加固范围围后，浆浆液改为为快硬性性浆液，，提前在在加固范范围内将将泥水堵堵在加固固区外。。当最后后一环管管片拼装装完成后后，通过过管片的的二次注注浆孔，，注入双双液浆进进行封堵堵。5、由于盾盾构到站站时推力力较小，，致洞门门附近的的管片环环与环之之间连接接不够紧紧密，因因此作好好后20环管片的的螺栓紧紧固和复复紧工作作。防止止管片松松弛而影影响密封封防水效效果。盾构到到达施施工技技术措措施隧道剖剖面图图1-进风道道；2-进风口口；3-排风口口；4-排风道道；5-路面（（下拉拉杆））6-天棚（（上拉拉杆））；7-吊杆；；8-照明灯灯；9-灭火器器；10-消防栓栓；11-电缆；；12-排水管管；13-给水管管；14-纵向螺螺栓；；15-环向螺螺栓盾构的的基本本构造造1-1(切口环环)；2-2(支承环环)；3-3(纵剖面面)通常由由盾构壳壳体、、推进进系统统、拼拼装系系统、、出土土系统统等四大部部分组组成。。1）盾构构壳体体盾构壳壳体由由切口口环、、支承承环、、盾尾尾与竖竖直隔隔板、、水平平隔板板组成成，并并由外外壳钢钢板连连成整整体。。切口环环：开挖挖；；上下下宽度度可以以等值值、也也可以以不等等值，，甚至至是活活动的的。容纳各各种专专门的的挖土土设备备。支承环环：承受受荷重重的核核心部部分，，刚性性较好好的圆圆环结结构。。水平隔隔板和和竖直直隔板板：增加加盾构构刚度度，，水平平承受受拉力力，竖竖直承承受压压力。。盾尾：掩护护工人人在其其内部部安装装衬砌砌。2）推进进系统统由盾构构千斤斤顶和和液压压设备备组成成，，上下下左右右活塞塞杆伸伸出长长度不不同达达到纠纠偏目目的。。盾构千千斤顶顶一般般是沿沿支承承环圆圆周均均匀分分布的的；；3）拼装装系统统衬砌拼拼装器器又称称举重臂臂，是拼拼装系系统的的主要要设备备，以以油压压系统统为动动力，，一般般举重重臂均均安装在在支承承环上。举重臂臂能作作旋转转、径径向运运动，，还能能沿隧隧道中中轴线线作往往复运运动。。完成这这些运运动的的精度度应该该保证证待装装配的的管片片上的的螺栓栓孔能能和已已装配配好的的螺栓栓孔对对齐，，以便螺螺栓固固定。4）出土土系统统出土方方式一一般有有三种种：：（1）有轨轨运输输：皮皮带运运输机机－矿矿车－－洞口口－垂垂直起起吊至至地面面。（2）无轨轨运输输：自自卸卡卡车（3）管道道运输输：混混合泥泥浆，，压力力输出出，出出土土连续续化盾构分分类及及其适适用范范围1）人工工开掘掘式、、半机机械式式敞胸胸盾构构全部敞敞开，随时时观察察地层层变化化情况况，并并配备备简便便的液液压、、风动动挖掘掘，机机具、、人工工挖掘掘，当当开挖挖面难难以保保持稳稳定时时可以以采用用气压压等人人工措措施及及正面面支撑撑、支支撑千千斤顶顶等随挖随随撑。1）挤压压式闭闭胸盾盾构在塑性粘粘土及及淤泥泥中采用,盾构正正面用用胸板板密闭闭起来来。。厚兰隧隧道、、林肯肯隧道道和打打浦路路隧道道都采采用过过半挤压压及全挤压压推进的的闭胸胸盾构构施工工.衬砌结结构常常发生生椭圆率率的现象象，先先衬砌砌水平平直径径缩小小，竖竖向直直径增增大，，继之之，盾盾构离离远时时，竖竖向直直径减减小，，水平平直径径增大大。主要是是隧道道上方方土壤壤结构构破坏坏、隆隆起，，形成成一个个卸载载拱，，而水水平压压力仍仍然保保持着着初始始数值值之故故。3）机械械式闭闭胸盾盾构（1）局部气压压盾构（2）泥水加压压式盾构（3）土压平衡衡式盾构盾构几何尺尺寸的选定定及盾构千千斤顶推力力计算主要指盾构构外径D和盾构长度度L、盾构灵敏敏度L/D。最小建筑空空隙值xx=mα=mD=d+2(x+δδ)δ=0.02+0.01（D-4）1）盾构长度度LL=L0+L1+L2+L3L0—盾尾长度；；L1—支承环长度度；L2—切口环长度度；L3—前檐长度。。2）盾构灵敏敏度L/D经验数值:小型盾构D=2~3m，L/D=1.5中型盾构D=3~6m,L/D=1.00大型盾构D=6~9m,L/D=0.75特大型盾构构D＞12m,L/D=0.45~0.754）盾构千斤斤顶推力计计算阻力包括：盾构外表面面与四周地地层的摩阻阻力；盾尾内壳与与衬砌结构构之间的摩摩阻力；盾构切口部部分刃口切切入土层的的阻力；盾构切口环环切入土层层时的正面面阻力；开挖面正面面支撑阻力力；以及盾构自自重引起的的阻力，纠纠偏时的阻阻力，局部部气压或泥泥水压力，，阻力板阻阻力等。盾构推进及及衬砌拼装装3.1盾构推进已建隧道所所采用过的的大直径盾盾构，大部部分都属于于手掘式敞胸胸盾构或闭闭胸挤压盾盾构，或者是两两者兼有的的盾构。技术先进的的泥水盾构或或土压平衡衡盾构很少采用。。本节将主要要介绍在松松软含水地地层中采用手掘式式敞胸盾构构施工，辅以气压压，人工井井点降水及及其它地层层加固措施施，盾构开开挖掘进时时的几种施施工方法。。1）人工井点点降水加手手工掘式式敞胸盾构构施工人工井点降降水，经经济，适用用于漏气量量大的砂性性土。地下水位降降低、疏干干地层，增加土体强强度，以保证开挖挖面稳定，，盾构在地地下水位以以上通过，，施工场地地较干燥。一般都采用用喷射井点，深度曾用用到27m，使埋深为为25m的隧道能顺顺利开挖。。具体过程：：（1）先借助盾盾构千斤顶顶使盾构推进进，将切口环环部分切入入地层，然然后在切口环保护护下进行土土体开挖与与运输，这样对周周围地层扰扰动较小。。（2）分层开挖挖，施工工工具为普通通手工工具具或手持式式风动工具具。（3）每环管片片可分数次次开挖和推推进，盾构构纠偏时可可以利用超超挖解决。。（4）可借助支支撑千斤顶顶加撑板对对开挖面进进行临时支支撑；（5）当用网格格式盾构时时，防止止盾构后退退。2）气压加手手掘式敞胸胸盾构施工工盾构施工在在含水松软软不稳定地地层中采用用气压来疏干干和支护开开挖面，以防止涌涌水、开挖挖面崩坍，，增强地层层强度，是是一种极古古老，且行行之有效的的施工方法法。（1）气压大小小及耗气量量的确定理论上，每10m水头必须用用0.1Mpa的气压力来来平衡。实际上，仅为理论论压力的50%~60%，空气量仅仅为理论空空气量的10%~50%。中小型盾构构，压力等等于离盾构上端端约D/2处的地下水水压力;大直径盾为为2/3D处的地下水水压力;顶部均超压压，需有足足够的覆盖盖层施工时为了了防止空气气泄出，盾盾构顶部必必须有足够够厚的覆盖盖层t即t值过大则直直接影响到到隧道埋置置深度，，过小则覆覆盖不足，，往往容易易发生喷发发事故。国外隧道规规范规定；水底底隧道的最小覆盖层层必须大于盾盾构直径（（日本）或或等于盾构直径，覆盖层宽度应大于或等等于盾构直径的的6倍。采用经验公公式计算耗耗气量：—土质系数，，当压力大大于0.1MPa时，粘性土土=3.65；砂性土=7.30。（2）气压盾构构施工气压盾构施施工中闸墙和气闸闸作用是将作业区与常压作业区区隔开。闸墙必须有有足够的强度与气密性.气闸是钢板板铆接或焊焊接而成的的圆筒形结结构，分人行闸和外闸两部分。人行闸的管理是气气压施工的的重要环