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；盾构始发时图片2.1.1端头加固的方法

端头加固可以单独采用一种工法或多种工法相结合的加固手段，主要取决于地质情况、地下水、覆盖层厚度、盾构机直径、盾构机型、施工环境等因素。同时考虑安全性、施工性方便、经济性、进度等。

搅拌桩工法：通过搅拌桩使端头土体凝聚力和内摩擦角改变，主要适用于淤泥、粘土层和砂层，但在砂层加固效果差，须与旋喷桩等工法配合使用。该方法受国产设备性能限制，一般在14m深度以下加固效果很差。它的优点是工程造价低。易出问题：加固不连续，加固体强度偏低，吊钻头。

旋喷桩工法（单重管、双重管、三重管）：对于砂层改良效果好，也适用于淤泥、粉土、粘土层，但砂砾地基和粘着力大的粘土有时不能形成满意的改良桩，施工深度在40m以下时，效果较差。

注浆工法：主要适用于深度较深的砂质地层、砂砾层，地层较好的地段或与搅拌桩等工法相结合，对于水量不大的地段进行加固止水。可进行单液和双液注浆，同时可进行跟踪注浆。2.1.2端头加固的注意事项（1）、选择合理的端头加固的方法（决定加固是否成功的关键）（2）、做好加固前的准备工作（必须充分理解工作井洞口周围地层的土质情况，掌握各层土的主要物理力学性能指标、所影响区域的地面；地下建筑物、构筑物、公众设施、地下管线等的调查）（3）、桩身垂直度不够，桩身偏斜，加固体不连续，桩间不咬合；（4）、砂层中施工参数选取不合理，达不到预想的加固效果。可通过试桩和调整施工工艺解决。（5）、夹层的处理措施不当；（6）、端头加固的实施时间、完成时间尽可能提前；（7）、抽芯后未回灌砂浆密实；2.2、盾构机始发掘进技术和注意事项盾构始发是盾构施工的关键环节之一。其主要内容包括：盾构机始发托架的定位安装、盾构机及后续台车的下井安装及调试、安装密封胶圈、安装负环管片、盾构机试运转、拆除洞门临时墙、盾构机加压和掘进等。

在盾构机始发之前一定要掌握盾构机操作规程，严格按规程操作。拖架拖架密封圈洞门破除盾体组装

盾构机始发掘进的注意事项（1）、破洞门时失稳主要表现为土体坍塌和水土流失，其主要原因就是端头加固不好所致。在小范围的情况下，可边破除洞门砼，边喷素砼的办法对土体临空面进行封闭。对于坍塌失稳情况严重，只有封闭洞门，重新加固。（2）、洞门密封的主要目的是减少土体流失，其主要原因也是端头加固不好和洞门密封安装精度不高所致。在始发过程中发现洞门密封效果不好时，及时通过调整配合比，使注浆后及早封闭，也可以采用在洞门密封外侧向洞门内部注快凝的双液浆的办法来解决。（3）始发推进过程，在盾构刀盘到达掌子面及脱离加固区时，容易出现盾构机“磕头”现象，根据地质条件的不同，有可能出现超限的情况。为此，通常采用抬高盾构机的始发姿态、合理安装始发导轨以及快速通过的办法尽量避免“磕头”或减小“磕头”的影响。2.3、盾构机测量导向技术及注意事项采用德国VMT公司生产的SLS-T自动导向系统进行控制，该系统是目前世界上在地铁盾构法施工领域最为先进的隧道掘进机自动导向系统。加强了施工过程中的管理水平和提高工程自动化控制程度，减轻了人工测量的劳动强度，提高盾构施工的速度，其主要目的就是为了确定各相关点的坐标，通过系统在盾构机操作室的电脑上显示前后参考点的水平和垂直偏离值、里程。使用该系统可以满足盾构法施工测量的需要。SLS-T导向系统主要由激光全站仪、ELS激光系统、个人电脑、调制解调器、电源、PLC、测斜仪、软件等部分组成。VMT系统软件主界面整个系缓统的组爪成情况铁及各个胞部件之卸间的相吩互关联醋如下图湖所示：为了棚控制歌盾构辅机自调动导芹向系也统的竭精度定，确科保隧牢道的浅准确驾贯通远，需愈定期投利用驾洞内抬的控弟制导观线，誓来校爱核和兆调整絮激光灰全站蒜仪的幕坐标组及人惑工测在定盾猫构机栏的位叉置与SLS存-T自动导凝向系统凳显示的扔盾构机准的位置城是否一追致，而慨对盾构塘机自动握导向系旦统进行脊调试。害调试工毛作主要肌是确保子测量控唱制点稳首定、可论靠，避姑免因吊霞篮控制贡点位移降或导向左系统本排身的误起差引起诸偏差。2.4、管片坏选型及尚安装技彻术及注矿意事项管片误作为侦隧道叫施工岗的支圣护结议构，网是主注要的间受力萝结构衣，也抬直接阿关系谊到防摩水效闸果的花好坏材。因民此管狂片安详装质发量的耳好坏纠不仅架直接巷关系钢到成蛮洞的落质量取，而心且对忍盾构纲机能尸否继搂续顺征利推挥进有疲着直匆接的呀影响皮。、管雁片选妨型及赵安装厘技术管片选畏型要适厕合隧道犯设计线厅路：根据秆隧道的充埋深和况地质状班况，管冒片的选顿型严格趴依据设素计图纸柳的要求剪。管片汽选型坦要适奔应盾毒构机浮的姿衰态：管片三陡种型号汉，标准童环、左扣转环、悔右转环斗。管片均是在盾敲尾内拼再装，所仓以不可衣避免的视受到盾讯构机姿前态的约弱制。管猜片平面控尽量垂闪直于盾栏构机轴成线，让军盾构机我的推进痒油缸能冷垂直地扯推在管它片上，词这样使罗管片受坟力均匀悬，掘进摆时不会疾产生管告片破损烂。同时舍也要兼膝顾管片性与盾尾卸之间的拿间隙，近避免盾共构机与律管片发叛生碰撞速而破损昆管片。醉当因地乖质不均牲、推力箩不均等府原因，斤使盾构竖机偏离押线路设祥计轴线竟时，管诊片的选季型要适昼宜盾构辟机的姿姨态。K快两邻断接块标准逐块盾构隧演道图片人行兼道运输道件路水管高压电放缆风管、管五片选齿型及笔安装彻注意脑事项管片在挺安装前盗要进行唯一次检欠查，再贤确认管栋片种类壤正确、始质量完嗽好无缺格和密封欲垫粘结温无脱落牵，管片窑的吊装宣孔预埋猛位置正月确，逆绘止阀、陈封堵盖膏完好无俗损，以塔及其它炮主要预慕埋件和秘混凝土掘的握裹还牢固，趁管片接酸头使用斑的螺栓苹、螺母仓、垫圈芳、螺栓腐防水用雷密封垫败等附件青准备齐张全后，身才允许锈安装。浆每环管巨片安装乏结束后秃要及时越拧紧各丛个方向证的螺栓驴，且在崭该环脱胜出盾尾慨后再次屈拧紧。拳防止因隐管片螺缸栓未紧娘固而发戒生错台暑。2.5、管贝片背狼后回促填注帝浆技拥术管片海背后程回填顷注浆绣（同盗步注饼浆）设是防址止地姑层下呀降并振使作石用于扫隧道害的土逗压力蛾得以座均布晴，注递浆回援填到郑管片泰背面不，形有成一悄定厚荒度的喇充填不层，箩防止秆隧道缺承受涨偏压疯及接色缝张倡开。男充填据层本震身起续防水山层作再用。回填注哑浆的方瘦式浆液的锤种类回填注咳浆的参弦数选择(压力,数量,强度)同步注范浆搅拌五系统同步注溉浆系统2.救6、盾构该机到达堆技术及荷注意事晌项盾构机痕到达施稠工是指片从盾构论机到达虹接收井薄（或矿忍山法隧碌道扩大答段）之梁前50m到盾构虽机贯通宪区间隧禁道进入河车站接谅收井，寒被推上须盾构接取收基座察的整个崭施工过岛程。其馆工作内尽容包括露：盾构稻机定位冈及接收棵洞门位舅置复核厦测量、答地层加瞒固、洞胀门处理澡、安装删洞门圈医密封设扮备、安圆装接收炼基座等遵。相对洋盾构围始发残来说伏，盾熟构到伪达是疯盾构察始发赌的逆酱过程招，其篮施工葱工艺从基本含相类斧似。盾构到烤达破除钓洞门盾构胃机到述达注饶意事破项：（1）、衬根据革盾构找机的般贯通钞姿态有及掘团进纠嘴偏计狂划进案行推朗进，垦纠偏拳要逐纳步完阁成，蛙每一清环纠届偏量她不能辉过大快。（2）、镇在盾嘱构机妻距离谁端头出墙50米时,选择合猫理的掘普进参数锡，逐渐桶放慢掘挨进速度对，控制须在20罚mm真/m碍in以下，留以确保完到达端娘墙的稳平定。（3）、盾脊构进入挥到达段悟后，加斧强地表便沉降监背测，及啦时反馈猫信息以馆指导盾洪构机掘互进。（4）、草盾构役机刀岩盘距粱离贯峰通里评程小乳于10叙m时，炉在掘屠进过浅程中驱，专恰人负嫌责观渣测出级洞洞甲口的懒变化躁情况叮，始砍终保纹持与莲盾构验机司拐机联品系，罚及时冷调整醉掘进纠参数刮。（5）、当智管片最疯后一环判管片拼录装完成震后，通惰过管片夸的二次粒注浆孔帝，注入常双液浆畏进行封铁堵。注稿浆的过痛程中要寇密切关架注洞门左的情况累。2.球7、隧愿道防透水技漠术及武注意王事项盾构区誓间防水族工作以舒管片结点构自防长水为根择本、接毕缝防水铜为重点蜻，确保锈隧道整盛体防水尸，同时尤遵循“以防鸟为主吃、以蓬堵为霜辅、罩多道蒸防线廉、综缝合制棋理”的原则翁，制定套防水施峡工措施政。管片结订构的自套防水管片夕用管搂模生夹产，大管片弃砼采讲用高怖抗渗祥高强火度（C50）等编级的语混凝碗土，昏抗渗糊等级饶为S1脂2。采用王掺加高颠效减水炼剂及粉白煤灰“双掺”技术，笔减少水厌泥用量共，降低权水化热薄，减少粒收缩裂和缝的产爆生。管模管片椒钢筋爆笼管片水治养三环拼弃装管片探生产堂流程枪图管片宗的接淡缝防害水（1）、绢管片魔之间役设置步密封兵垫沟启槽，勾其内茄设置教高弹民性三稻元乙挤丙橡抹胶密大封条泼。（2）、管卖片间设充有嵌缝葛槽。为稼防止隧双道上半问部拱顶建滴漏危夹及行车添安全，骆对隧道返上半部纯拱顶45°范围今作嵌狂缝密魄封。抹隧道乳下半团部不妄作嵌茄缝处伙理，闭以保愁证隧粥道长巾期防盲水效妄果。（3）、捎螺栓氏孔采醋用可误更换葡的遇链水膨青胀橡甘胶密僚封圈悬作为差螺孔校密封啊圈加唱强防禁水。同步丢注浆格和二酱次注扁浆盾构乡丰推进坛后，宾盾尾党空隙两在围牙岩坍宵落前储及时晃进行蓝注浆,不但亭可防敌止地盼面沉蔬降,而且坊有利神于隧波道