盾构施工技术课件.ppt

2022年12月9日星期五,1,第4章 盾构施工技术,2022年12月9日星期五,2,4.1 施工技术要点和适用范围,盾构一词的含义在土木工程领域中为遮盖物、保护物。 盾构机是由外形与隧道断面相同、但尺寸比隧道外形稍大的钢筒或框架压入地层中构成保护掘削机的外壳和壳内各种作业机械、作业空间组成的组合体。盾构机是一种既能支承地层压力，又能在地层中推进的施工机具。 使用盾构机在地下掘进，在护盾的保护下，在机内安全地进行开挖和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法，称为盾构施工法,盾构隧道示意图,盾构掘进机(Shield)是这种施工方法中最主要的施工机具，它是一个既能支撑地层压力又能在地层中推进的钢筒结构体。,由切削刀盘、动力机构、液压主轴顶进机构、液压纠偏机构、液压中继顶进机构、液压主顶进机构、衬砌及岩土排运机构以及检测导向机构等几个部分组成。,2022年12月9日星期五,4,盾构机由通用机械（外壳、掘削机构、挡土机构、推进机构、管片拼装机构、附属机构等部件）和专用机构组成。专用机构因机种的不同而异。 盾构的外形主要有：圆形（如左图）、双圆搭接形、三圆搭接形、矩形（如右图）、马蹄形、半圆形或与隧道断面相似的特殊形状等，但绝大多数为传统的圆形断面。,盾构隧道施工主要工序,在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井；盾构在起始端工作井内安装就位；依靠盾构千斤顶推力(作用在已拼装好的衬砌环和工作井后壁上)将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出；盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片；及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置；盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。,2022年12月9日星期五,6,8、盾构进入接收井，并运出地面,7、接收井洞口土体加固,技术要点,2022年12月9日星期五,7,盾构机大多为圆形，外壳由钢筒组成，钢筒直径稍大于隧道衬砌的外径。在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段内沿周边安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌环。在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉。,技术要点,2022年12月9日星期五,8,盾构在地下穿越，要承受各种压力，推进时，要克服正面阻力，故要求盾构具有足够的强度和刚度。盾构主要用钢板（单层厚板或多层薄板）制成。大型盾构考虑到水平运输和垂直吊装的困难，可制成分体式，到现场进行就位拼装，部件的连接一般采用定位销定位，高强度螺栓联接，最后焊接成型。 盾构的基本构造主要由壳体、切削系统、推进系统、出土系统、拼装系统等组成。,一、盾构壳体组成：切口环、支承环、盾尾三部分,1、切口环（1）位置盾构最前端， 切入土层，掩护开挖 作业，长度2m； （2）形状 （3）设备挖土设备（刀盘、挖土机）、排土设施、挡土千斤顶、活动平台等）（4）气压式、泥水平衡式、土压平衡式盾构，在切口环与支承环之间设置密闭隔板。,垂直形刀盘开挖，稳定土层手掘,倾斜形较不稳定土层手掘,阶梯形不稳定土层手掘,2、支承环（1）位置是连接切口环与盾尾的中间部分；（2）结构盾构结构的主体，较强刚性的圆环结构。设环向、水平、竖直支撑； 承受荷载：地层土压力、千斤顶顶力、管片拼装等施工荷载；（3）设备推进千斤顶（沿结构外沿布置）、操纵控制室、衬砌拼装机；（4）长度取决于推进千斤顶长度，一般为衬砌环宽加0.20.3m。,3、盾尾（1）结构盾构外壳钢板延长，掩护隧道管片拼装；（2）盾尾装置密封装置，防地下水、加压泥水、衬砌背后注浆浆液从盾尾流入隧道； 密封材料性能要求：富弹性、耐磨损、 耐撕裂、耐压力、止水好。 密封装置类型：,橡胶密封：L形、U形,钢丝束密封：弹簧钢板、钢丝束、密封油脂,二、推进系统 组成液压系统（液压站、控制系统）、 千斤顶群。 作用盾构的前进、方向调整(克服推进阻力) 千斤顶布置在支承环周圈布置， 单台推力，1000kN2000kN， 行程比管片宽度长1020cm。 推进速度：50100mm/min 油压：3040MPa(高液压系统),三、拼装系统 管片拼装机把管片按设计位置和形状进行拼装的机械装置； 组成由举重臂和真圆保持器组成；,四、出土系统1、皮带输送机 用于手掘式或半机械化盾构；2、螺旋输送机 用于土压平衡盾构 或手掘式、半机械化盾构；3、泥浆泵 用于泥水加压平衡盾构。,半机械化盾构,土压平衡盾构,螺旋输送机出土,土箱运土,井口土箱吊运,管片吊运下井,管片水平运输,泥水平衡盾构,2022年12月9日星期五,29,盾构机的外径 式中 管片外径，mm； x 盾尾间隙，mm； t 盾尾外壳的厚度，mm。 盾构机的长度 盾构长度主要（L）取决于地质条件、隧道的平面形状、开挖方式、出土方式及衬砌形式等多种因素。,盾构机的尺寸,2022年12月9日星期五,30,切口环的长度。对全（半）敞开式盾构而言，应根据切口贯入掘削地层的深度、挡土千斤顶的最大伸缩量、掘削作业空间的长度等因素确定；对封闭式盾构而言，应根据刀盘厚度、刀盘后面搅拌装置的纵向长度、土舱的容量或长度等条件确定； 支承环的长度，取决于盾构千斤顶、排土装置、举重臂支承机构等设备的规格大小，不应小于千斤顶最大伸长状态的长度； 盾尾的长度，可按下式确定 盾构千斤顶撑挡长度，m；管片的宽度，m；组装管片的富余量，m。通常取（0.250.33）；包括安装尾封材在内的后部富余量，m。,2022年12月9日星期五,31,通常把盾壳总长 与盾构外径 之比 称为盾构的灵敏度， 越小，操作越方便。一般在盾构直径确定后，灵敏度值有一些经验数据可参考：小直径盾构（ 3.5m） =1.21.5（多取1.50）中直径盾构（ ） =0.81.2（多取1.00）大直径盾构（ 6m） =0.70.8（多取0.75）,2022年12月9日星期五,32,优点：对环境影响小施工不受地、地貌、江河水域等地表环境的限制地表占地面积小，征地费用少隧道的施工费用受埋深的影响不大，适宜于建造覆土较深的隧道。在土质差、水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较好的技术经济优越性施工不受风雨气候条件影响修筑的隧道抗地震性好对地层的适应性宽，软土、砂卵石、软岩直至岩层均可 因此，盾构法已在城市隧道（地铁隧道，污水排放隧道，引水、供水隧道，江河湖海底隧道，电力、电讯、供气及共同沟工程等隧道）建造中确定了绝对的统治地位，有人将其称为城市隧道工法。,盾构法的主要优缺点,2022年12月9日星期五,33,缺点：当隧道曲线半径过小时，施工较为困难。在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅，开挖面稳定甚为困难，甚至不能施工；当在水下时，如覆土太浅则盾构法施工不够安全，要确保一定厚度的覆土。竖井施工时有噪声和振动，需有解决的措施。盾构施工中采用全气压方法疏干和稳定地层时，对劳动保护要求较高，施工条件差。盾构法隧道上方一定范围内的地表沉陷尚难完全防止，特别在饱和含水松软的土层中，要采取严密的技术措施才能把沉陷限制在很小的限度内。在饱和含水地层中，盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水性的技术要求较高。用气压施工时，在周围有发生缺氧和枯井的危险，必须采取相应的办法。,2022年12月9日星期五,34,盾构分类表,泥土加压式,泥浆式,4.2 盾构的类型及选择,全开敞式,全开敞式盾构机是指没有隔墙、开挖面敞露状态的盾构机。根据开挖方式的不同，又分为手掘式、半机械化式及机械式三种。这种盾构机适用于开挖面自稳性好的围岩。在遇到开挖面不能自稳的地层时，则需进行有压气施工法、地层超前加固等辅助施工方法，以防止开挖面坍塌。,手掘式盾构,手掘式盾构机的正面是开敞的，通常设置防止开挖顶面塌陷的活动前檐及上承千斤顶、工作面千斤顶及防止开挖面塌陷的挡土千斤顶。开挖采用铁锹、镐、碎石机等开挖工具，人工进行。,手掘式盾构机的适用范围,适应的土质是自稳性强的洪积层压实的砂、砂砾，固结粉砂和粘土。对于开挖面不能自稳的冲积软弱砂层、粉砂和粘土，施工时必须采用稳定开挖面的辅助施工法，如采用压气施工法、改良地基、降低地下水位等措施目前手掘式盾构机一般用于开挖断面有障碍物、巨砾石等特殊场合，而且应用逐渐减少。,半机械式盾构,半机械式盾构机进行开挖及装运石碴都采用专用机械，配备液压铲土机、臂式刀盘等挖掘机械和皮带运输机等出碴机械，或配备具有开挖与出碴双重功能的机械。,机械式盾构,机械式盾构机前面装备有旋转式刀盘，增大了盾构机的挖掘能力，开挖的土砂通过旋转铲斗和斜槽装入皮带输送机，围岩开挖和排土可以连续进行 。,半开敞式盾构,特点是在隔墙的某处设置可调节开口面积的排土口，盾构机正面贯入围岩向前推进，使贯入部位土砂流动，由孔口部位绞出，进行排土。,半开敞式是指挤压式盾构机，它是在开放型盾构的切口环与支撑环之间设置胸板，以支挡正面土体，但在胸板上有一些开口，当盾构向前推进时，需要排出的土体将从开口处挤入盾构内，然后装车外运。,半开敞式盾构机的适用范围,开挖面的稳定是靠调节孔口大小和排土阻力，使千斤顶推力和开挖面土压达到平衡来实现的。适用于自稳性很差、流动性很大的软粘土和粉砂围岩，而不适用含砂率高的围岩和硬质地层。若液性指数过高，则流动性过大，也不能获得稳定的开挖面。由于适用地质范围狭窄，最近采用这种盾构机的工程很少。,密封式盾构,在机械开挖式盾构机内设置隔墙，将开挖土砂送入开挖面和隔墙间的刀盘腔内，由泥水压力的土压提供足以使开挖面保持稳定的压力。密封式盾构机又分成（气压式）、泥水平衡式和土压平衡式。,土压平衡盾构机,土压平衡式盾构机的前端有一个全断面切削刀盘，在它后面有一个贮留切削土体的密封舱，在其中心处或下方装有长筒形的螺旋输送机，在密封舱和螺旋输送机，以及在盾壳四周装设的土压传感装置，根据需要还可装设改善切削土体流动性的塑流化材料的注入设备。,土压平衡盾构机组成,1.切削刀盘2.开挖室3.承压隔板4.压缩空气闸室5.推进千斤顶6.尾盾密封7.管片8.带式输送机9.管片拼装机10.刀盘驱动11.螺旋输送机,土压平衡盾构机效果图,土压平衡盾构机的主要部件,切削刀盘轴承和驱动部件 开挖室螺旋输送机塑流化材料注入器土压传感器,切削刀盘形式,用于切削土体，同时将切削下来的土体搅拌混合，以改善切削土体的流动性。 在刀盘的正面装有切削刀具，其中齿形刀适用于软弱地层，盘形刀适用于坚硬地层。刀盘背面装有搅拌翼片。为了在曲线上施工，刀盘周边还装有齿形的超挖刀 。,切削刀盘主轴形式,中空轴式构造简单，搅拌效果好，适用于中小直径盾构；中间支承式的强度和搅拌效果好，适用于大直径盾构；周边支承式强度高，消除砾石容易。,轴承和驱动部件,分为中心轴驱动方式和非中心轴驱动方式。中心轴驱动部件的封闭或敞开式切削刀盘是一种比较简单的设计，在开挖室内不需要什么处理，也没什么障碍物，可以从盾构机上接触到，易于修复。缺点是盾构中心被切削刀盘部件占满，使螺旋输送安装坡度特别小，导致盾构机的加长。非中心轴驱动部件的封闭或敞开式切削刀盘驱动轴承的直径约为盾构直径的一半。切削刀盘有单独的支架支承。优点是稳定、不易阻塞和支承支架能起一定的搅拌作用，并可以从盾构区域接近密封系统。,开挖室,土压平衡盾构机的刀盘切面与后面的承压隔板所形成的空间为开挖室。 挖面挖出的土料转变成有良好的变形性的可塑性土浆，保证在开挖面有稳定的支撑压力。开挖室的设计应顺应土料流动以避免土料聚集，保证土料持续地流到螺旋输送机中。,螺旋输送机,从有压力的开挖室内将土料送到大气压下的隧洞中；在渗水土层中密封有压水；通过控制开挖土料的进出量来控制开挖室的支撑压力。螺旋输送机是一个连续工作的系统，由可旋转的螺旋叶片和静止螺旋叶片外壳组成。螺旋叶片一般是装配在旋转轴上，但也可以设计成没有中心轴，以便在中心输送较大的石块。,塑流化材料注入器,用来向密封舱、刀盘和螺旋输送机内注人添加剂。常用的添加剂有两类：一类为泥浆材料；另一类为化学发泡剂，这种材料可以在土体内形成大量泡沫，使土壤颗粒分开，从而降低了土体的内摩擦角和渗透性。,土压传感器,用于测量密封舱和螺旋输送机内的土压力，前者是判定开挖面是否稳定的依据，后者用来判断螺旋输送机的排土状态，喷涌、固结、阻塞等。,土压平衡式盾构维持开挖面稳定的原理,依靠密封舱内塑流状土体作用在开挖面上的压力(P)(它包括泥土自重产生的土压力与盾构推进过程中盾构千斤顶的推力)和盾构前方地层的静止土压力与地下水压力(F)相平衡的方法。,土压平衡式盾构维持开挖面稳定示意图,螺旋输送机排土量大时，密封舱内土压力P就减小，当F P时，开挖面可能坍方而引起地面沉降；相反，排土量小时，P值就加大，一旦FPmax，地面将会隆起。,土压式盾构机稳定开挖面的特征,使刀具切下的土砂呈塑性流动，充满于土室内以控制开挖面；用螺旋输送机和排土调整装置来调整排土，使之与切削土量保持平衡，并使土室内的土砂有一定压力，以抵抗开挖面的土压力、水压力；用土室内和螺旋输送机内的土砂获得止水效果。,泥水加压式盾构机,泥水加压式盾构的总体构造与土压平衡式盾构相似，仅支护开挖面方法和排碴方式有所不同。在泥水加压式盾构的密封舱内充满特殊配制的压力泥浆，刀盘(花板型)浸没在泥浆中工作。对开挖面支护，通常是由泥浆压力和刀盘面板共同承担，前者主要是在掘进中起支护作用，后者主要是在停止掘进时起支护作用。,泥水加压式盾构机类型,泥水加压式盾构按泥浆系统压力控制方式可分为直接控制型(日本型)和间接控制型(德国型)两种基本类型。,直接控制型泥水加压盾构泥浆自动控制输送系统,P1为供泥泵，供入泥浆比重在1.051.25之间 ；P2、P3、P4为排泥泵，排出泥浆比重在1.11.4之间。P2是自动调速的，当P2泵达到最大扬程时，再加P3、P4接力泵。,间接控制型泥水加压盾构泥浆自动控制,泥水加压式盾构的泥浆压力控制由空气和泥水双重系统实现。在盾构的密封舱内，装有半道隔板，将密封舱分隔成两部分。在隔板的前面充满压力泥浆，隔板后面盾构轴线以上部分充满压缩空气，形成气压缓冲层，在隔板后面的泥浆上表面作用有空气压力。在两者的接触面上气压和液压相等，仅需调节空气压力，就可确定全开挖面上的支护压力。,间接控制型泥水加压盾构泥浆压力控制系统,间接控制型泥水加压盾构泥浆自动控制,在盾构推进时，由于泥浆流失或盾构推进速度变化，进、出泥浆量将会失去平衡，空气和泥浆接触面的位置就会发生上下波动现象。通过液位传感器，即可根据液位变化来控制供泥浆泵的转速和流量，使液位恢复到设定位置，以保持开挖面支护压力的稳定。当液位达到最高极限位置时，供泥浆泵自动停止；当液位达到最低极限位置时，排泥浆泵则自动停止。,间接控制型泥水加压盾构的优点,密封舱空气室的空气压力是根据开挖面需要的支护泥浆压力而确定的。不论盾构是否掘进或液面位置产生波动，空气压力终究可以通过空气调节阀使压力保持恒定。空气缓冲层有弹性作用，在液位波动时，也不会影响开挖面的支护液压。和直接控制型泥水加压式盾构相比，控制系统更为简化，对开挖面地层的支护更为稳定，即使在盾构推进时，支护压力也不会产生脉动变化，对地面沉降的控制更为有利。,混合盾构 混合盾构是近几年在欧洲发展起来的一种新型盾构。这种盾构本机可以构成一台泥水加压式盾构、气压式盾构或土压平衡式盾构，当地层条件变化时，可更换刀具和调整面板的开口率。 既能适用于土层，又能适用于风化岩层。,2022年12月9日星期五,多圆盾构 多圆盾构是近年日本开发的新型盾构，其中的双圆盾构可以用来修建区间隧道，一次开挖完成双线区间隧道，可以比两个单独的圆形隧道降低工程成本工10%，减少开挖面积15%。三圆盾构既可用来修建地铁车站隧道，拆下中间盾构后又成为两个单独盾构，可以修建区间隧道。,2022年12月9日星期五,盾构掘进机选型依据,土质条件、岩性（抗压、抗拉、粒径、成层等各参数）开挖面稳定（自立性能）隧道埋深、地下水位设计隧道的断面环境条件、沿线场地（附近管线和建筑物及其结构特性）衬砌类型工期造价辅助工法设计线路、线形、坡度电器等其他设备条件,盾构掘进机选型的一般程序,盾构掘进机的选型首先考虑开挖面的稳定，其次才考虑环境、工期、造价等限制因素，同时考虑宜用的辅助工法。,根据地质条件选择盾构掘进机类型,对砂质土类等自立性能较差的地层，应尽量使用密闭型的盾构施工；地下水较丰富且透水性较好的砂质土，则应优先考虑使用泥水平衡盾构；对粘性土，则可首先考虑土压平衡盾构；砂砾和软岩等强度较高的地层自立性能较好，应考虑半机械式或敞口机械式盾构施工。,根据地质条件选择盾构掘进机类型（续）,针对地下水条件，若其压力值较高（大于0.1MPa），就应优先考虑使用密封型的盾构，条件许可也可采用降水或气压等辅助方法。对于砾径较小的地层，可以考虑各种盾构的使用。若砾径较大，除自立性能较好的地层可考虑采用手掘式或半机械式盾构外，一般应使用土压平衡盾构，若需采用泥水平衡盾构，须增加一个碎石机，在输出泥浆前，先将大石块粉碎。,工期条件的制约,手掘式与半机械式盾构掘进机使用人工较多，机械化程度低，施工进度慢。其余各类型盾构掘进机都是机械化掘进和运输，掘进速度快。,造价因素的制约,一般敞口式盾构掘进机的造价比密闭式盾构掘进机低，主要原因是敞口式盾构掘进机不像密闭式盾构掘进机那样有复杂的后配套系统。在地质条件允许的情况下，从降低造价考虑，宜优先选用敞口式盾构掘进机。,环境因素的制约,敞口型的盾构掘进机引起的地表沉降大于网格式盾构，更大于密闭式的盾构掘进机。,基地条件的制约,泥水平衡式的盾构掘进机必须配套大型的泥浆处理和循环系统，若需使用泥水平衡盾构开挖隧道，就必须具备较大的地面空间。,设计线路、平面竖向曲线形状的制约,若隧道转弯曲率半径太小，就需考虑使用中间铰接的盾构。例如直径为6m的盾构，其长度为67m，如将其分为前后铰接的两段，显然增加了施工中转弯的灵活性。,辅助工法的使用,注浆法主要是用于保证隧道开挖面的稳定，减少盾构掘进机开挖过程中引起的地表沉降，一般密闭式盾构掘进机使用最多的是注浆法。盾尾注浆用以填补建筑间隙，以减少地面沉降。在地层自立性能差的情况下，若采用手掘进、半机械式或网格式掘进机施工，就需采用压气法辅助施工，以高气压保证开挖面的稳定，但在这一辅助工法下，施工人员易患气压职业病。当盾构掘进机在砂质土或砂砾层中施工时，可考虑使用降水的方法改变地层的物理力学指标，增加其自立性能。冻结法的施工成本较高，一般情况下不采用，而在长距离隧道的盾构对接中使用。,4.3盾构法施工,第五节盾构法施工,盾构法施工的主要步骤,(1)在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作竖井； (2)盾构机在始发井内安装就位； (3)依靠盾构千斤顶推力将盾构从始发井的墙壁开孔处（封门）推出。 (4)盾构在地层中沿隧道设计轴线推进，同时不断出土和安装衬砌管片； (5)及时向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环的位置； (6)盾构进入到达井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。,盾构机安装示意图,出洞前破除洞门,2022年12月9日星期五,施工准备工作,修建始发井和到达井,盾构拼装,洞口地层加固,2022年12月9日星期五,2022年12月9日星期五,78,盾构施工需先施工工作基坑或工作井，并在工作井或基坑施工的同时将隧道口预留出来。为确保洞口暴露后正面土体的稳定和盾构能够准确进、出洞，必须设置洞门并临时封闭。,临时封门,封门方案,浇钢筋混凝土封门,钢板桩封门,预埋H型钢封门,2022年12月9日星期五,79,（a）钢板桩封门 （b） 地下连续墙式封门,2022年12月9日星期五,2022年12月9日星期五,80,盾构出、进洞门的施工，除合理选用洞门结构形式外，在直径大、土质差、隧道埋深较大的情况下，还应考虑洞外土体的稳定性问题。如果洞外土体能自立稳定相当一段时间，可不进行加固，盾构进出洞前拆除封门即可。否则，应提前采取有关辅助措施，稳定洞口土体和防止泥水涌入。,洞门土体加固,2022年12月9日星期五,81,土体加固方法,土体的加固方法很多，常用的有深层搅拌桩法、降水法、冻结法和注浆法等。搅拌桩法：是软土地基加固和深基坑围护中的常用方法，是一种施工机具简单、操作方便、造价低的隧道洞门加固方法，尤其在施工场地较小的地方采用更为合理。注浆法：将水泥浆液或化学浆液注入地层进行加固的方法，对含水丰富的砂土层较为有效。降水法：也是一种比较有效的、经常采用的加固方法，比较适用于含水丰富的流沙质土体。采用降水法一般为地面向下打井法，其使用范围和地区受到一定限制，降水对地面沉降影响较大，故在地面建筑密集的地方不宜采用。冻结法：是煤炭矿井通过第四纪松散表土地层时常用的一种特殊施工技术，近十几年来逐步引进到了城市地铁、建筑基坑等市政建设工程。用冻结法加固盾构进出洞洞口时，一般采用垂直冻结法，即在盾构进出洞口上部的土体内布置一定数量的冻结孔，经冻结后在洞门处形成板墙状东土帷幕来抵御盾构进出洞破壁时的水土压力，防止土层塌落和泥水涌入工作井内。,2022年12月9日星期五,82,搅拌桩法,注浆法,降水法,冻结法,2022年12月9日星期五,83,盾构掘进管理的目的是在保持隧道线形和开挖面稳定的同时，尽早进行尾隙处理，以防止围岩松弛和下沉等。掘进管理内容可分为四大项：即开挖管理、线形管理、注浆管理、管片拼装管理。,盾构的掘进管理,2022年12月9日星期五,84,盾构施工管理内容,施工中的挖掘管理。施工管理中的线性管理。 盾构自动导向测量约有以下三种类型：激光导向系统；陀螺仪加千斤顶冲程计数器导向系统；普通测量系统等。,2022年12月9日星期五,施工管理中的注浆管理。盾构施工中的注浆作业，根据注入时间，大致分为三种方式：a.同步注浆，即一边推进盾构，一边注浆。 b.即时注浆，即在盾构推进终了后，通过管片上的注浆孔，迅速对口径脱离盾尾的管片环背后间隙注浆。c.后方注浆，即在盾构后方一定距离处，从管片上的注浆孔向衬砌背后注浆，在时间上与盾构掘进无直接联系。 施工管理中的管片拼装管理。,2022年12月9日星期五,盾构法施工地面沉降机理、预测和防治,(1)地面沉降原因 地面沉降的基本原因是在盾构掘进时所引起的地层损失和隧道周围地层受到扰动或剪切破坏的再固结。 地层损失是指盾构施工中实际开挖的土体体积与竣工隧道体积之差。,2022年12月9日星期五,地层损失率以占理论排土体积的百分比表示:,式中：VL盾构隧道单位长度的地层损失量(m3/m)，根据统计，在采用适当技术和良好操作的正常施工条件下，VL(-1.1%11.0%)V，对于黏土可根据其稳定系数N进行估算：,2022年12月9日星期五,式中：V盾构隧道单位长度的理论体积；Cu黏土的不排水抗剪强度；Eu黏土的弹性模量；黏土的泊松比。,2022年12月9日星期五,地层原始应力状态的变化地下水位的变化 盾尾空隙充填压浆不足衬砌变形 受挠动土体的固结(2)地面沉降的预测 地面沉降量及影响范围的预测可以分为设计阶段预测和施工阶段预测。,2022年12月9日星期五,派克横向分布公式为：,式中 S(x) 距隧道中线x处的地面沉降量(m)； S(max) 隧道中线处(即x0)的地面沉降量(m)； x 距隧道中线的距离(m)； i 沉降槽宽度系数，即沉陷曲线反弯点的横坐标(m)，派克并假定横向沉陷曲线为正态分布曲线。,2022年12月9日星期五,横向沉降槽体积等于地层损失，即V(s)= VL= Vl V。,式中 Z 隧道开挖面中心至地面的距离； R 盾构外半径； K、n试验系数，K =0.630.82；n0.360.97。,2022年12月9日星期五,派克纵向沉降分布公式,式中 S(y)地面沉降量(m)； y 沉降点至坐标原点的距离(m)； yi 盾构推进起点处盾构开挖面至坐标原点的距离(m)； yl 盾构开挖面至坐标原点距离(m)；,2022年12月9日星期五,Z 盾构长度； 正态分布函数。,横向最大沉降量的估算公式：在砂砾土中：,在砂性土中：,在粘性土中：,2022年12月9日星期五,沉降影响范围估算公式：,式中 Z地面至开挖面中心距离(m)； R隧道外半径(m)； OFS简单超载系数； K、n系数。施工阶段的地面沉降大致发生在5个阶段：盾构到达前、盾构到达时、盾构通过后、管片脱出盾尾时及长期变形。,2022年12月9日星期五,(2)地表沉降的控制 减少对开挖面地层的挠动 a施工中采取灵活合理的正面支撑或适当的土压值来防止土体坍塌，保持开挖面土体的稳定。 b在盾构掘进时，严格控制开挖面的出土量，防止超挖即使对地层挠动较大的局部挤压盾构。 c控制盾构推进一环的纠偏量，以减少盾构在地层中的摆动和对土体的挠动。同时尽量减少纠偏需要的开挖面局部超挖。 d提高施工速度和连续性。,2022年12月9日星期五,做好盾尾建筑空隙的充填压浆 a确保压注工作的及时性，尽可能缩短衬砌脱出盾尾的暴露时间，以防止地层坍塌。 b确保压浆数量，控制注浆压力。 c改进压浆材料的性能。,2022年12月9日星期五,