地铁盾构施工原理技术介绍与工程实例

中国建筑工程总公司沈阳地铁一号线第九标段项目经理部沈阳地铁一号线第九标段

地铁盾构施工原理、技术介绍与工程实例目录一、工程概况二、盾构施工原理三、盾构施工技术四、工程重、难点分析一、工程概况沈阳地铁一号线第九标段包括一站三区间：铁西广场站～云峰北街站、沈阳站站～南京街站和南京街站～南市站三个区间均为盾构区间，三区间各设置一座联络通道兼泵房。铁～云区间自车站始发掘进区间右线，在到达车站调头掘进区间左线。沈～南区间和南～南区间都是自风道始发掘进区间右线，在到达车站调头掘进区间左线，风道始发在国内是首例，施工难度较大，技术复杂。区间最大纵坡为25‰，最小纵坡为2‰，南～南区间最小曲线半径为350m，铁～云区间最小曲线半径为400m，沈～南区间最小曲线半径为3000m。各区间长度见下表：铁～云区间沈～南区间南～南区间合计左线847.404m778.836m1017.859m2644.099m右线875.399m778.820m1028.905m2683.124m合计1722.803m1557.656m2046.764m5327.223m区间隧道主体结构为厚0.3m的预制钢筋砼管片(钢筋砼为C50、抗渗等级S10)。管片宽1.2m，外径6.0m，内径5.4m，由六块组成：3个A块、2个B块和1个C块。区间最大覆土厚度约为18.0m，最小覆土厚度约为10m。区间所穿越地层为中粗砂、砾砂和圆砾层，间断有粉质粘土出现。地层中的上层潜水与下层承压水相通，两层水水位埋深相同均为5.5~10m，渗透系数为50~110m/d。二、盾构施工原理1.盾构法的发展盾构法起源于1818的英国，20世纪中叶传入我国。20世纪60年代中期至80年代盾构法逐渐发展成熟。按掘削面的加压平衡稳定方式的不同，盾构机可分为外加支承式盾构、气压式盾构、泥水式盾构和土压式盾构，其中以土压式盾构和泥水式盾构为主。项目上将要投入使用的无论是德国海瑞克盾构，还是日本三菱和石川岛盾构均为土压平衡式盾构。2.一般原理用盾构机一边进行挖掘、推进，一边防止土砂的坍塌，并在盾尾进行衬砌作业从而修建隧道。3.土压式盾构原理将刀盘切下来的土砂加入泥浆材料，经拌合，形成不透水塑性的流动性泥土，充满土仓与螺旋输送机，在这种状态中利用盾构机油压千斤顶推力使土仓内塑状泥产生土压，以对抗开挖面的土压及水压，并在保持开挖量与排土量平衡状态下继续掘进。

掘进4.盾构设备主要组成部分5.盾构法的特征原理特征保持围岩的稳定保持开挖面的稳定施工作业安全地基变形容易控制预制管片施工容易，品质容易保证重复作业机械化作业强，项目管理容易地下作业路面交通阻碍少噪音、振动少周围环境不被破坏三、盾构施工技术1.盾构机的选型2.盾构施工的前期准备2.1区间沿线建（构）筑物和地下管线的调查与区间隧道的相互位置关系建（构）筑物：上部结构形式、上部结构层数、地下室情况、基础类型、基础埋深。地下管线：类型、材质、大小、埋深。区间所穿越的风险点：铁~云区间是东环国际小区、沈阳油漆厂和沈阳鼓风机厂附近的货运铁路专用线；沈~南区间是太原街时尚地下广场；南~南区间是沈阳铝镁设计院。2.2盾构进出洞部位的地基加固目的：防渗、防塌。方法：高压旋喷注浆法、冻结法、化学注浆法和临时挡土墙法等，项目上采用高压旋喷注浆法兼辅助降水。加固范围：隧道上下左右各3.0m，加固长度进洞段7.0m（出洞段4.0m）；加固强度：加固后地基应具有良好的均匀性和自立性，其无限抗压强度为0.8～1.0MPa，渗透系数≤1.0×10-8cm/s。2.3区间图纸与区间相关车站图纸审查原则：满足并方便区间施工需要。2.4施工场地的布置地面场地布置是否顺畅：以管片和出土运输之间的相互干扰最小为原则，同时兼顾其它材料的运输和地面生产；一些主要地面设施布置是否合理和齐全：以集土坑、管片堆放、地面管理系统、浆液拌合系统、排水系统、防洪措施、污水沉淀设施、钢结构加工场地等互不影响为原则，并考虑现有场地、建（构）筑物及地下管线情况。井内及隧道内的生产与辅助设施的布置：以隧道水平运输和井内垂直运输流畅、相互转换自然为基本原则。2.5主要物资设备的采购管片采购；盾构机、龙门吊、浆液搅拌站、洞内水平运输列车等。2.6风险点分析与专项方案盾构施工风险源的确定盾构始发与接收、盾构的停机、开仓检查与换刀、穿越地面重要建（构）筑物、穿越地下建（构）筑物和管线、地下水丰富地区。风险点的具体分析根据不同风险源的实际情况，逐一进行分析，必要时辅之以计算，从而确定出风险点的位置、等级、发生的条件及其可能性等；编写专项方案根据风险源和点的分析，有针对性的编写专项方案。风险点汇总与报告应根据不同管线的实际情况，按照不同的要求分别报告，同时汇总出方便工地使用的警示图表。3.区间施工进度计划按照项目总体计划的要求，确定盾构区间的进度计划，根据目前的盾构施工水平和能力，实事求是、科学合理地制定盾构掘进计划。沈阳站南京街站南市站云峰北街站铁西广场站区间施工进度计划表4.盾构施史工工艺吹流程工作井施工盾构下井盾构安装调试初始掘进拆除负环、调整进料、出土路线正常掘进贯通进入调头井盾构调头（或解体）初始掘进正常掘进贯通进入接收井盾构解体吊装洞门破除洞门密封圈安装接收基座安装洞门破除接收基座安装洞门破除隧道端头加固隧道端头加固负环管片安装始发基座、反力架安装始发基座、反力架安装洞门破除洞门密封圈安装负环管片安装洞门施工5.盾构草施工篇过程筋管理因与控妹制5.1土压千管理根据教区间挽沿线竭的实番际土桂质情纺况、黑隧道现埋深参变化器、水争文情湖况、枣地面遥建筑屯物和赛地下鸡建筑揉物现开状及卖其抗冬变形绑能力书、地毕面动伸载情税况和尼试掘赴进的多具体霉经验再等进乡丰行土腐压设醋定和愈合理赵调整丸；每环烂掘进委土压吉波动赴范围同：0.0遮2Mp验a（土挺体状己态保记持）冠；土压设容定原则犁：维持畏土仓答内的未土压姐力与魔设定西土压娱力相坟吻合械，保悉持开猾挖面矿土体破稳定丈，即汪设定盲值P尽量接遵近自然糟土体侧蹈向自重沙应力P0。P览<添P0，则爱盾构冻前部雕土体览因应辣力松睁弛造漂成地防层损你失，延地面亚将发纲生沉碌降：P>才P0，在跨软粘监土中陪附加相荷载迹作用逼将产速生超斩静水乡丰压力矮，土杂体固沫结，虏产生街土体划沉降洒，另沃外如P值与P0值相差近较大时愿，会造踢成土体击的扰动酱，经扰狗动后的男土体重洲新固结绣会产生等很大的竭变形。地面鼠有建阳筑物促或其冶它超瞒载作掌用，汇应考厉虑地脖面超丛载在撞隧道骡埋置撇深度今处引妈起的驾地基我附加湿应力亿。根供据地武面沉则降监估测结本果来浆判断葱土压劲力设音定值躺是否辅合理添及其廉与自骆然土询压力仓的吻厕合程岔度：一般情砖况下，希盾前地轧面隆起0－2mm之间蹲是相元对合芝理的罗（此梳数值舰与土棚层和沫隧道拳埋深婚等密言切相雅关）顽。如乔隆起控过大胡则应拐适当制调低淡土压烧力设厦定值颜，如阻发生符沉降幼则应烧适当等调高印土压萄力设吉定值傅。盾构窜施工赵中的慕土压俭及其菜管理秋影响消因素煎多、墨涉及聚面广材、每色个项宵目甚犯至不痕同的愈区段筋都有菜很大抹的变捕化，碑需要李综合跳全面王考虑树方能肤取得撑一个跃合理朱的初晋始值总，并喜在实亲施过鼓程中妄逐步凉获得喘一个漠有效镜的土派压值扑。5.2出土管趁理（协殿助土压渐管理）出土速储度和出药土量：每环子出土决量控心制在公理论敞值的1.赠2~1.5倍（考缴虑松散爷系）；满足矮土压天管理队下的掩合理桐出土伐速度倍，主哨要靠剥控制经螺旋隐输送脖机的良转速虏来调曾节。出土管批理是进青行土压补管理的环有效措庸施，合画理的土朝壤改良段也是十闸分必要生的！5.宣3曲线遥掘进雅与大主角度撑纠偏盾构施议工就是槐前进中础的不断也纠偏过侦程！纠偏伴叹随盾构腊施工的训全过程眯，盾构狸机调整诞角度后广掘进方泳向与原植掘进方旧向存在温一微小徐夹角，脉这样开至挖横断盯面形成兵一椭圆绘形，截慈面面积康大于盾植构机截管面，地勉层损失膊不可避云免；同盖时纠偏约过程中贩会对土叉体造成其侧面挤岩压，增览大了土满体的扰燃动。如介外径Φ6.筋25m，长6.0破0m的盾救构机柱而言楼，每半增加6′的纠暗偏角滨，就紧会造孩成0.0爸576仔m3的地层注损失，盐引起的命地表沉彩降，隧慌道（埋忠深15米）多中心雨上方纷地面朵沉降锣量约峡为δ=柱3.叮4m会m。曲线课掘进胃尤其聚不可涂避免辨！！跃！曲线事掘进狭和正垦常纠页偏角溪度越歪大相箭应的仍地面炭沉降能就越坚大。旦所以鄙在盾战构掘激进中舟常纠怨偏、毁小角嚼度纠猛偏从兔而达盘到减唐少地油层扰悄动和拔地面骑沉降茧的效还果。控制冬好掘贞进方已向，跑在曲覆线掘锐进时惭适当侍设置朱提前主量，桃尽量刑减少遵纠偏后幅度族。提专前量目的大邀小应抢在时查间中孙不断叛总结患，但犯原则却是：提前量捐应与隧练道稳定遭时的反逝方向偏趟移量相抹吻合！隧道曲姑线掘进那和大角稀度纠偏羽的另一恒个有害龙副产品--引起管为片安装吃的错台锦和整体溜隧道的纳偏移，写也应引路起高度小重视！应对脏措施卷：错台---愧1减少杂大角咱度纠谨偏和信盾构物蛇行均掘进2慢速诊掘进汗、降猛低土姜压和桶推力3改良傍土壤巴、降草低扭奥矩4加强磁同步书注浆正，尽棉快稳众固地迟层5预紧命螺栓队等隧道遇偏移---返1控制浆老液配比绣和时间2提前丹量（情地层解变化弊与数顶值确较定）5.4注浆筒管理罪（同拍步注肃浆与旗二次壤补浆芦）a)同步注撑浆—原因：谦盾构机茶外径通精常比衬社砌外径垫大十到尤数十厘灰米，如任不能及礼时地以膊适当材盐料加以告充填，蛇将引起警隧道结艇构的不膜稳定和在较大地宿面沉降承。泼为保赤证浆液趁能起到遮抵抗周盆围土体龟挤压的夺作用，集同时考喜虑易于紫注入，宫选用的狼浆液应巾具备以贴下特性最：①略低模于或相瞎当于周权围土体改的容重导；②具有钉一定的硬抗剪强悠度和压霞缩系数凭，浆液酸稳定后乐其C、Φ值高于矿周围土般体的相防应指标懂；③静态测下有一喉定自立添性和强花度，经阔扰动后蹈有一定占的流动追性，可催泵送性旨好，不震堵塞管汇路，能法均匀地编充满各差种间隙搅；④体积皆收缩率酬小，压违缩系数团、压缩队指数小谈；⑤浆液途不易析律水。⑥在手振动言荷载该作用堤下不耻发生验振动拌液化穿。同步注旺浆b)二次补买浆—补齐造空隙粱、稳阳固地境层、堪有效份防水却！惰性兵浆液抬：优点--满足充标填空隙败的要求在；对盾猜尾刷的晓危害小耽；缺点—凝固杏慢；雪稳定近管片艇作用挂差；性易造强成隧邻道的长偏移控，尤妈其是字隧道茂纠偏根和曲制线掘笑进时泉。硬性浆艺液：优剑缺点与躬惰性浆型液正好搅相反。c)注浆量佳是盾构代施工控朽制重要评指标正确确毁定注浆羡量及注育浆压力考虑避到纠裹偏引扒起的掏地层耽损失冬、盾绩构机弓壳体赵拖泥贡引起聋的地歼层损手失、忆浆液伤体积理收缩拳和具否体的虾地层谅特点庙等因圾素，把注浆戚时实姜际注渔浆量蛾应为斩理论活空隙批体积奏的120％－180％，井通常在采用15彩0％。实际施凝工中，湿应根据番盾尾脱梳离衬砌盗处对应离点的地箱面沉降驶观测结辅果，及饲时进行非注浆量爆调整，适该点地神面沉降拍量控制净在0－2mm骂/天。注浆咳压力亚应为辞保证哨足够碰注浆文量的搁最小嚼值，赤同时现应与狮土仓伶内的堂土压帝力相坊匹配乏。通常，厘注浆压盖力是孔爷隙水压+2视00陶kN亩/m2（一木般，2～4×稀105Pa），著如注肆浆压熄力过闹大，雄就有第可能俩损坏氧管片扛，盾承构机度外壳贱变形垃，如醋注浆阴孔压北力达魄到4～6×1旧05Pa，混轿凝土夕管片蕉的螺倍栓会葡发生敞间断悄破坏凝。注浆喇速度贿应是划使浆域液充殿填速欧度与榆盾构河掘进局度一想致。注浆师速度排过快眉，注绢浆压尽力必激然上忙升，姿易造灵成尾矿漏浆穿；注浆速基度过慢显，注浆似充填效件果不易妄达到要孤求，引序起地面穿沉降过表大及时二扩次补浆题，减小黑后期沉梳降码盾构艳施工后月期沉降(盾尾后30投-4验0米范围畏内)主要咱来自既土体付固结眼。虽懒然沉轨降发顷展速冤度较援慢，闯但累铸计值寒占到球总沉相降量银的30臣-5舅0％左右香。及时侮二次补傻浆的方挂法是减姜少后期交沉降，独避免影奋响建（梁构）筑蛇物和管侨线安全往的必须禾的手段牢且效果呜良好。5.5管片拼司装管片的仿现场验颈收—管片质证量合格蒸、管片饰型式正压确盾尾内厦的拼装—确保不惰发生错扶台，如守发生，圾调整重特新安装织！错缝通缝管片盈拼装5.脉6测量迫工作柴与导替向控杯制导向缠控制—确保控铺制点到经盾构始纳发位置苗导线测敬量的准最确并定禽期复核株；隧道障定向—确保定恶向准确飘并定期鱼复核；隧道哈内的灯导线抱测量—及时，凳准确！5.7监控量班测目前走与普递通的猾监控懒量测拢没有油本质姻不同椅，仪天器数成字化后和精宗度提蚁高，赔频率押没变朽；采用自夜动监控寒量测系来统进行闹。6.盾构狐隧道从防水防水原丽则遵循“以防为草主，刚那柔相济上，多道乔防线，责因地制耗宜，综斥合治理”的原则泽，以管身片结构特自防水娇为根本拔，接缝琴防水为雷重点，冈确保隧厨道整体宁防水。主要挥防水注技术族措施管片混纠凝土结进构自防铜水：采鲁用高性骑能防水帮混凝土贵，并通个过外掺贷剂改性扩提高混商凝土的狗抗渗性区，管片咬抗渗等航级≥S10。衬砌拆接缝芽设弹呀性橡极胶密忍封垫预。弹节性橡转胶密扶封垫镇与管晌片间脉用单去组份卸氯丁-酚醛胶功粘剂粘汤结。嵌缝枝采用墓聚合露物水乞泥或云聚硫坑密封乖胶密戏封。四、工搏程重、促难点分想析1.区间所紧穿越地渠层大部予分为中昼粗砂、停砾砂、茅圆砾层射且地下挨水丰富怠，盾构利始发、受接收隧锤道防水削是本工虽程重点爷。2.区间所晶穿越地庙层为砂