盾构的原理施工技术及发展方向

盾构的原理、施工技术及发展方向2016年4月中铁十局集团有限公司

目录1、盾构机的原理2、盾构施工的关键技术和注意事项3、盾构施工的发展方向1.1、盾构机简述盾构机主要由开挖系统、推进系统、排土系统、管片拼装系统、油压、电气、控制系统、姿态控制装置、导向系统、壁后注浆装置、后方台车、集中润滑装置、超前钻机及预注浆、铰接装置、通风装置、土碴改良装置及其他一些重要装置如盾壳、稳定翼、人闸等组成。盾构机全长74.3米，全重500吨，从前往后依次为盾构本体（刀盘、前体、中体、盾尾三部分）、连接桥架、1＃～5＃台车。1、盾构机的原理

盾构本体（刀盘、前盾、中盾、盾尾组成）

连接桥架

1#台车

2#台车

3#台车

5#台车

4#台车

1.2、盾构机的原理盾壳支承着围岩并保护着刀盘旋转，在千斤顶推力的作用下，刀盘上被切割、破碎的碴土，经过开口进入密闭室，当密闭室内的泥土压力与开挖面压力取得平衡的同时，端部伸入密闭室下部的螺旋输送机开机排土，控制螺旋输送机的转速或者盾构机的推进速度，达到密闭室内的泥土压力与开挖面压力的动态平衡。碴土通过配套的运输设备运至洞外。盾构机原理演示.wmv2、盾构施工的关键技术和注意事项

盾构法施工是在隧道某段的一端建造工作井以供盾构机安置就位，盾构机从工作井的墙壁开孔处出发，沿着设计轴线向另一端掘进，盾构总体施工流程为：始发井交付使用→盾构托架就位→盾构机下井、安装、调试→初始掘进（L=80~100m）→负环拆除及其它调整→正常掘进→盾构机到达中间站→盾构机通过中间站→盾构机再次安装、调试→盾构机再次初始掘进→正常掘进→盾构机到达终点站→盾构机解体外运→隧道清理准备验收2.1、端头加固技术和注意事项盾构机在进出洞时，工作面将处于开放状态，这种开放状态将持续较长时间。如果处理不当，地下水、流砂、涌泥等就会进入工作井，严重情况下会引起洞门塌方。加固的目的：提高端头土体强度，堵塞颗粒的间隙和地层的水，确保盾构机始发和到达的安全。（1）、控制地表沉降，端头不坍塌。（洞门破除期间，始发阶段）（2）、盾构始发进入加固体，或盾构到达穿过加固体时水土不大量流失。（3）、重型机械作用时土体的承载力。（主要指盾构吊装期间）加固的要求：（1）、洞门破除后能有效的抵挡洞门处的水土压力；（2）、能有效的封堵洞门围护结构侧的渗水；（3）、盾构能较易破除加固体；盾构始发发时图片片2.1.1端头加固固的方法法端头加固固可以单单独采用用一种工工法或多多种工法法相结合合的加固固手段，，主要取取决于地地质情况况、地下下水、覆覆盖层厚厚度、盾盾构机直直径、盾盾构机型型、施工工环境等等因素。。同时考考虑安全全性、施施工性方方便、经经济性、、进度等等。搅拌桩工工法：通过搅拌拌桩使端端头土体体凝聚力力和内摩摩擦角改改变，主主要适用用于淤泥泥、粘土土层和砂砂层，但但在砂层层加固效效果差，，须与旋旋喷桩等等工法配配合使用用。该方方法受国国产设备备性能限限制，一一般在14m深度以下下加固效效果很差差。它的的优点是是工程造造价低。。易出问问题：加加固不连连续，加加固体强强度偏低低，吊钻钻头。旋喷桩工工法（单重管管、双重重管、三三重管））：对于于砂层改改良效果果好，也也适用于于淤泥、、粉土、、粘土层层，但砂砂砾地基基和粘着着力大的的粘土有有时不能能形成满满意的改改良桩，，施工深深度在40m以下时，，效果较较差。注浆工法法：主要适用用于深度度较深的的砂质地地层、砂砂砾层，，地层较较好的地地段或与与搅拌桩桩等工法法相结合合，对于于水量不不大的地地段进行行加固止止水。可可进行单单液和双双液注浆浆，同时时可进行行跟踪注注浆。2.1.2端头加固固的注意意事项（1）、选择择合理的的端头加加固的方方法（决决定加固固是否成成功的关关键）（2）、做好好加固前前的准备备工作（（必须充充分理解解工作井井洞口周周围地层层的土质质情况，，掌握各各层土的的主要物物理力学学性能指指标、所所影响区区域的地地面；地地下建筑筑物、构构筑物、、公众设设施、地地下管线线等的调调查））（3）、桩身身垂直度度不够，，桩身偏偏斜，加加固体不不连续，，桩间不不咬合；；（4）、砂砂层中施施工参数数选取不不合理，，达不到到预想的的加固效效果。可可通过试试桩和调调整施工工工艺解解决。（5）、夹层层的处理理措施不不当；（6）、端头头加固的的实施时时间、完完成时间间尽可能能提前；；（7）、抽芯芯后未回回灌砂浆浆密实；；2.2、盾构机机始发掘掘进技术术和注意意事项盾构始发发是盾构构施工的的关键环环节之一一。其主主要内容容包括：：盾构机机始发托托架的定定位安装装、盾构构机及后后续台车车的下井井安装及及调试、、安装密密封胶圈圈、安装装负环管管片、盾盾构机试试运转、、拆除洞洞门临时时墙、盾盾构机加加压和掘掘进等。。在盾构机机始发之之前一定定要掌握握盾构机机操作规规程，严严格按规规程操作作。拖架拖架密封圈洞门破除除盾体组装装盾构机始始发掘进进的注意意事项（1）、破洞洞门时失失稳主要要表现为为土体坍坍塌和水水土流失失，其主主要原因因就是端端头加固固不好所所致。在在小范围围的情况况下，可可边破除除洞门砼砼，边喷喷素砼的的办法对对土体临临空面进进行封闭闭。对于于坍塌失失稳情况况严重，，只有封封闭洞门门，重新新加固。。（2）、洞门门密封的的主要目目的是减减少土体体流失，，其主要要原因也也是端头头加固不不好和洞洞门密封封安装精精度不高高所致。。在始发发过程中中发现洞洞门密封封效果不不好时，，及时通通过调整整配合比比，使注注浆后及及早封闭闭，也可可以采用用在洞门门密封外外侧向洞洞门内部部注快凝凝的双液液浆的办办法来解解决。（3）始发推推进过程程，在盾盾构刀盘盘到达掌掌子面及及脱离加加固区时时，容易易出现盾盾构机“磕头”现象，根根据地质质条件的的不同，，有可能能出现超超限的情情况。为为此，通通常采用用抬高盾盾构机的的始发姿姿态、合合理安装装始发导导轨以及及快速通通过的办办法尽量量避免“磕头”或减小“磕头”的影响。。2.3、盾构机机测量导导向技术术及注意意事项采用德国国VMT公司生产产的SLS-T自动导向向系统进进行控制制，该系系统是目目前世界界上在地地铁盾构构法施工工领域最最为先进进的隧道道掘进机机自动导导向系统统。加强强了施工工过程中中的管理理水平和和提高工工程自动动化控制制程度，，减轻了了人工测测量的劳劳动强度度，提高高盾构施施工的速速度，其其主要目目的就是是为了确确定各相相关点的的坐标，，通过系系统在盾盾构机操操作室的的电脑上上显示前前后参考考点的水水平和垂垂直偏离离值、里里程。使使用该系系统可以以满足盾盾构法施施工测量量的需要要。SLS-T导向系统统主要由由激光全全站仪、、ELS激光系统统、个人人电脑、、调制解解调器、、电源、、PLC、测斜仪仪、软件件等部分分组成。。VMT系统软件件主界面面整个系统统的组成成情况及及各个部部件之间间的相互互关联如如下图所所示：为了控制制盾构机机自动导导向系统统的精度度，确保保隧道的的准确贯贯通，需需定期利利用洞内内的控制制导线，，来校核核和调整整激光全全站仪的的坐标及及人工测测定盾构构机的位位置与SLS-T自动导向向系统显显示的盾盾构机的的位置是是否一致致，而对对盾构机机自动导导向系统统进行调调试。调调试工作作主要是是确保测测量控制制点稳定定、可靠靠，避免免因吊篮篮控制点点位移或或导向系系统本身身的误差差引起偏偏差。2.4、管片选选型及安安装技术术及注意意事项管片作为为隧道施施工的支支护结构构，是主主要的受受力结构构，也直直接关系系到防水水效果的的好坏。。因此管管片安装装质量的的好坏不不仅直接接关系到到成洞的的质量，，而且对对盾构机机能否继继续顺利利推进有有着直接接的影响响。2.4.1、管片选选型及安安装技术术管片选型型要适合合隧道设设计线路路：根据隧隧道的埋埋深和地地质状况况，管片片的选型型严格依依据设计计图纸的的要求。。管片选型型要适应应盾构机机的姿态态：管片三种种型号，，标准环环、左转转环、右右转环。。管片是是在盾尾尾内拼装装，所以以不可避避免的受受到盾构构机姿态态的约制制。管片片平面尽尽量垂直直于盾构构机轴线线，让盾盾构机的的推进油油缸能垂垂直地推推在管片片上，这这样使管管片受力力均匀，，掘进时时不会产产生管片片破损。。同时也也要兼顾顾管片与与盾尾之之间的间间隙，避避免盾构构机与管管片发生生碰撞而而破损管管片。当当因地质质不均、、推力不不均等原原因，使使盾构机机偏离线线路设计计轴线时时，管片片的选型型要适宜宜盾构机机的姿态态。K快两邻接块块标准块盾构隧道道图片人行道运输道路水管高压电缆风管2.4.2、管片选型及及安装注意事事项管片在安装前前要进行一次次检查，再确确认管片种类类正确、质量量完好无缺和和密封垫粘结结无脱落，管管片的吊装孔孔预埋位置正正确，逆止阀阀、封堵盖完完好无损，以以及其它主要要预埋件和混混凝土的握裹裹牢固，管片片接头使用的的螺栓、螺母母、垫圈、螺螺栓防水用密密封垫等附件件准备齐全后后，才允许安安装。每环管管片安装结束束后要及时拧拧紧各个方向向的螺栓，且且在该环脱出出盾尾后再次次拧紧。防止止因管片螺栓栓未紧固而发发生错台。2.5、管片背后回回填注浆技术术管片背后回填填注浆（同步步注浆）是防防止地层下降降并使作用于于隧道的土压压力得以均布布，注浆回填填到管片背面面，形成一定定厚度的充填填层，防止隧隧道承受偏压压及接缝张开开。充填层本本身起防水层层作用。回填注浆的方方式浆液的种类回填注浆的参参数选择(压力,数量,强度)同步注浆搅拌拌系统同步注浆系统统2.6、盾构机到达达技术及注意意事项盾构机到达施施工是指从盾盾构机到达接接收井（或矿矿山法隧道扩扩大段）之前前50m到盾构机贯通通区间隧道进进入车站接收收井，被推上上盾构接收基基座的整个施施工过程。其其工作内容包包括：盾构机机定位及接收收洞门位置复复核测量、地地层加固、洞洞门处理、安安装洞门圈密密封设备、安安装接收基座座等。相对盾构始发发来说，盾构构到达是盾构构始发的逆过过程，其施工工工艺基本相相类似。盾构到达破除除洞门盾构机到达注注意事项：（1）、根据盾构构机的贯通姿姿态及掘进纠纠偏计划进行行推进，纠偏偏要逐步完成成，每一环纠纠偏量不能过过大。（2）、在盾构机机距离端头墙墙50米时,选择合理的掘掘进参数，逐逐渐放慢掘进进速度，控制制在20mm/min以下，以确保保到达端墙的的稳定。（3）、盾构进入入到达段后，，加强地表沉沉降监测，及及时反馈信息息以指导盾构构机掘进。（4）、盾构机刀刀盘距离贯通通里程小于10m时，在掘进过过程中，专人人负责观测出出洞洞口的变变化情况，始始终保持与盾盾构机司机联联系，及时调调整掘进参数数。（5）、当管片最最后一环管片片拼装完成后后，通过管片片的二次注浆浆孔，注入双双液浆进行封封堵。注浆的的过程中要密密切关注洞门门的情况。2.7、隧道防水技技术及注意事事项盾构区间防水水工作以管片片结构自防水水为根本、接接缝防水为重重点，确保隧隧道整体防水水，同时遵循循“以防为主、以以堵为辅、多多道防线、综综合制理”的原则，制定定防水施工措措施。管片结构的自自防水管片用管模生生产，管片砼砼采用高抗渗渗高强度（C50）等级的混凝凝土，抗渗等等级为S12。采用掺加高高效减水剂及及粉煤灰“双掺”技术，减少水水泥用量，降降低水化热，，减少收缩裂裂缝的产生。。管模管片钢筋笼管片水养三环拼装管片生产流程程图管片的接缝防防水（1）、管片之间间设置密封垫垫沟槽，其内内设置高弹性性三元乙丙橡橡胶密封条。。（2）、管片间设设有嵌缝槽。。为防止隧