盾构法施工(新手能看懂)ppt课件.ppt

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1、盾构法隧道施工技术讲座,中国工程院谭伟姿,讲座内容,盾构法隧道的发展历史、技术现状和发展动向盾构法隧道的基本原理及特点盾构机的分类及选型盾构施工关键技术,盾构法隧道施工发展史,盾构法隧道的发展历史,18世纪末英国人提出在伦敦地下修建横贯通泰晤士河隧道的设想，并于1798年开始着手工作希望实现这个构想，但由于竖井挖不到预定深度，计划受挫，4年后Torevix决定在另一个地方建造连接两岸的隧道，随后工程再次开工，当掘进到最后30m时，开挖面激剧浸水，工程再次受阻。工程从开工到被迫终止用了5年时间，此后修建横贯泰晤士河隧道的计划在以后10年内没有任何进展。1818年，Brunel观察小虫腐蚀木船底板

2、成洞的经过，从而得到启发，在此基础上提出了盾构工法，并得到专利。这就是所谓开放型手掘式盾构的原型， Brunel对自己的新工法非常自信，于1823年拟定了修建另一条泰晤士河隧道的计划，随后这个计划得到英国国会批准，于1825年动工，初期，工程进展顺利，但后来由于地层下沉，工程被迫中止。但Brunel并没有灰心，总结了失败的教训后，对盾构做了7年改进后，于1834年再次开工，又经过7年施工，终于在1841年贯通隧道。自Brunel向泰晤士河隧道发起战到胜利，前后经历了20个春秋，此时，他已是72岁的老人。 Brunel对盾构工法的贡献极为卓著，这是后人的一致评价。,盾构法隧道施工发展史,盾构法隧

3、道的发展历史,自Brunel的方形盾构后，盾构技术经过23年的改进，到1869年修建横贯通泰晤士河的第二条隧道，这个项目由Great负责，从起初Torevix的反复失败，到Brunel的盾构工法，进而改进为Great的盾构工法，前后经历了80年的漫长岁月。19世纪到20世纪中叶，盾构工法相继传入美国、法国、德国、日本、苏联等国，并得到不程度的发展。在这一段时期，盾构工法虽然有一定进步，但这一时期仍主要是盾构工法在世界各国的推广与普及。20世纪60至80年代盾构工法继续发展完善，成绩显著。这一时期出现了多种盾构工法，以泥水式、土压式盾构工法为主。1990至2003年，这一段时间盾构工法的技术进步

4、极为显著。归纳起来有以下几个特点：（1）盾构隧道长距离化、大直径化。这一时期英法两国修建了长达48km的英吉利海峡隧道，隧道断面直径达8.8m，采用的是土压盾构工法。（2）盾构多样化。出现了矩形、椭圆形、多园搭接形等多种异圆断面盾构。（3）施工自动化。盾构掘进中和方向、姿态自动控制系统，施工信息化、自动化的管理系统及施工故障自诊断系统。,盾构法隧道施工发展史,盾构法隧道的技术现状,当前是泥水盾构、土压盾构技术的普及与推广时期，但有些技术细节还有待完善及改进。多种特种盾构的相继问世，大大地扩展了盾构工法的应用范围，使用盾构工法的前景更加宽广。但由于这这些特种工法问世时间不长，施工实例还不够多，有

5、些细节仍有待改进。近年来交通工程、下水道工程、共同沟工程存在大直径盾构隧道的构建需求，所以大直径、长距离、高速施工等施工措施、施工设备的研发与成功应用也较为迫切。,盾构法隧道的基本原理及特点,盾构法隧道的基本原理是用一件有形钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。盾构由通用机构与专用机构组成。通用机构一般由外壳、掘土机构、推进机构、挡土机构、管片组装机构、附属机构等组成。专用机构因机种而异，如对于土压盾构而言，专用机构即为排土机构、搅拌机构、添加材注入装置；而对于泥水盾构而言，专用机构系指送排泥机构、搅拌机构。,盾构法隧道的基本原理及特点,外壳 设置盾构外壳的目的是保护掘削、排土、推进、做衬

6、等所有作业设备、装置的安全，故整个外壳用钢板制作，并用环形梁加固支承。一台盾构机的外壳沿纵向从前到后分为前、中、后三段，通常又将这三段称为切口、支承、盾尾三部分。,盾构法隧道基本原理及特点,切口 该部位装有掘削机械和挡土设备，故又称掘削挡土部。支承 支承部即盾构的中央部位，是盾构的主体构造部。因为要支承盾构的全部荷载，所以该部位的前言和后方均设有环状梁和支柱，由梁和柱支承其全部荷载。盾尾 盾尾部即盾构的后部。盾尾部为管片拼装空间，该空间内装有拼装管片的举重臂。为了防止周围地层的土、地下水及背后注入的填充浆液窜入该部位，物设置尾封装置。,盾构法隧道基本原理及特点,尾封盾尾密封是为了防止周围地层的

7、土砂、地下水、背后注入浆液、开挖面上的泥水、泥土从盾尾间隙流向盾构而设置的封装措施。尾封通常使用钢丝刷、尿烷橡胶或者两者的组合。尾封的示意图如上图所示。另外，最近作为防止高压地下水的措施，有人在钢丝刷之间的空隙处加压注入密封材和润滑剂等填充材及采用4层钢丝刷密封，从而把耐地下水压的能力提高到1.1MPa。,盾构法隧道基本原理及特点,中折装置 在小曲率半径曲线段施工时，可以把盾构机做成可以折成2节、3节的中折形式。中折装置的设置不仅可以减少曲线部位的超挖量，而且由于弯曲容易，使盾构千斤顶的负担得以减轻，推进时作用在管片上的偏压减小，故使施工性得以提高。,盾构法隧道基本原理及特点,推进机构 盾构机

8、的推进是靠设置在支承环内侧的盾构千斤顶的推力作用在管片上，进而通过管片产生的反推动力使盾构前进的。 挡土机构 挡土机构是为了防止掘削时，掘削面地层坍塌和变形，确保掘削面稳定而设置的机构。该机构因盾构种类的不同而不同。 对泥水盾构而言，挡土机构是泥水舱内的加压泥水和刀盘面板。对土压盾构而言，挡土机构是土舱内的掘削加压土和刀盘面板。 掘削机构 对机械式盾构、封闭式（土压式、泥水式）盾构而言，掘削机构即掘削刀盘。 刀盘的构成及功能 掘削刀盘即作转动或摇动的盘状掘削器，由掘削地层的刀具、稳定掘削面的面板、出土槽口、转动或摇动的驱动机构、轴承机构等构成。刀盘设置在盾构机的最前方，其功能是既能掘削地层土体

9、，又能对掘削面起一定支承作用从而保证掘削面的稳定。,盾构法隧道基本原理及特点,排土机构 就土压盾构而言，排土机构由螺旋输送机、排土控制器及盾构机以外的泥土运出设备构成。螺旋输送机的功能是把土舱内的掘削土运出、经排土控制器送给盾构机外的泥土运出设备（至地表）。,盾构机的主要部件刀盘、切口环、支撑环、盾尾、拼装机、螺旋机。,刀 盘,切口环,支撑环,拼装机,盾构法隧道的基本原理及特点,盾构法隧道的基本原理及特点,土压平衡盾构工作原理盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体， 切削下来的土体进入土舱。当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土、水压基本相同，故掘削面实现平衡（即稳定）。这类盾构靠螺旋输送

10、机将渣土（即掘削弃土）排送至土箱，运至地表。由装在螺旋输送机排土口处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。,盾构法隧道的基本原理及特点,土压平衡盾构工法示意图,土压平衡盾构掘进机与工法,泥土在盾构压力舱中的增减受到有效控制，推进压力与土层压力和地下水压力相抗衡，使得掘进工作面保持稳定。,盾构法隧道的基本原理及特点,土压平衡盾构工法示意图,土压平衡盾构掘进机与工法,盾构法隧道基本原理及特点,几种不同直径的土压平衡盾构掘进机,盾构法隧道的基本原理及特点,泥水平衡盾构工作原理 泥水盾构系靠盾构机的推进力使泥水（水、粘土及添加剂的混合物）充满封闭式盾构的密封舱（也称泥水舱），并对掘削面上的土

11、体施加一定的压力，该压力称为泥水压力。通常取泥水压力大于地层的地下水压+土压，所以尽管盾构刀盘掘削地层，但地层不会坍落，即处于稳态。 刀盘掘削下来的土砂进入泥水舱，经设置在舱内的搅拌装置拌和后成为含掘削土砂的高浓度泥水，再经泥浆泵将其泵送到地表的泥水分离系统，待土、水分离后，再把滤除掘削土砂的泥水重新压送回泥水舱。如此不断循环实现掘削、排土、推进。因靠泥水压力使掘削面稳定故得名泥水加压盾构，简称泥水盾构。,盾构法隧道基本原理及特点,泥水平衡盾构掘进机与工法,泥水盾构掘进机对于隧道面可被泥水加压所支撑的土质条件很理想，适用于应付各种困难地层和控制地表沉降。挖出的土以泥水形式由管道运输，而砾石可压

12、碎后被管道运输或在管道输送中途被移走。,泥水平衡加压式盾构掘进机工法示意图,1 工作井施工,2 盾构吊装,3 盾构出洞,4 盾构推进出土过程,5 推进拼装,拼装成环后的管片环面,盾构法隧道施工发展史,盾构机的分类及选型,盾构按开挖面与作业室之间隔板构造可分为全敞开式、半敞开式及闭胸式三种。,盾构法隧道施工发展史,盾构机的分类及选型,盾构按开挖面与作业室之间隔板构造可分为全敞开式、半敞开式及闭胸式三种。,国内外根据各种使用条件的不同，使用的盾构也不同，特别是面板及刀具的形式多种多样。目前，应用最广的是泥水盾构和土压平衡盾构。,手掘式盾构 半机械式盾构 网格式盾构,盾构机的分类及选型,新干线TUN

13、NEL,开敞式,闭胸式SHIELD,盾构机的分类及选型,闭胸式SHIELD,盾构机的分类及选型,SHIELDO.D.：,東京湾横断道路TUNNEL,闭胸式SHIELD,盾构机的分类及选型,SHIELDO.D.：,年,圆泥水式盾构（）,地下鉄车站部区间同時施工,闭胸式SHIELD,盾构机的分类及选型,盾构选型的基本原则,开挖面稳定地层的适应性地下水处理沉降施工适宜性安全性辅助工法环境及公害,盾构机的分类及选型,盾构类型与渗透性的关系,盾构机的分类及选型,盾构类型与渗透性的关系,地层渗透系数对于盾构的选型是一个很重要的影响因素。根据欧美和日本的施工经验，当地层的透水系数小于10-7m/s时，可以选

14、用土压平衡盾构；当地层的渗水系数在10-7m/s和10-4m/s之间时，既可以选用土压平衡盾构也可以选用泥水式盾构；当地层的透水系数大于10-4m/s时，宜选用泥水盾构 。,盾构机的分类及选型,盾构类型与颗粒级配的关系,一般来说，细颗粒含量多，碴土易形成不透水的塑流体，容易充满土仓，在土仓中可以建立压力，平衡开挖面的土体。粗颗粒含量高的碴土塑流性差，实现土压平衡困难。 盾构类型与颗粒级配的关系详见下图，图中蓝色区域为淤泥粘土区，为土压平衡盾构适应范围，绿色区域为粗砂、细砂区，即可使用泥水盾构，也可经土质改良后使用土压平衡盾构，黄色区域为卵石砾石粗砂区，为泥水盾构适用的颗粒级配范围。,盾构机的分

15、类及选型,盾构类型与水压的关系,当水压大于0.3MPa时，适宜采用泥水盾构。如采用土压平衡盾构，螺旋输送机难以形成有效的土塞效应，在螺旋输送机排土闸门处易发生碴土喷涌现象，引起土仓中土压力下降，导致开挖面坍塌。当水压大于0.3MPa时，如因地质原因需采用土压平衡盾构，则需增大螺旋输送机的长度，或采用二级螺旋输送机。,盾构机的分类及选型,我国典型地区盾构选型,我国盾构应用较多或较早的地区是上海、广州及北京地区，可以说这三个地区分别代表了我国三大区域的土层特征，盾构特征。上海是软土区域，广州是软弱不均区域，北京是砂卵石地层为特点。,盾构机的分类及选型,1. 根据地质条件选择盾构机类型 砂质土类自立

16、性能较差的地层，应尽量使用密闭型的盾构施工。若为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。因在相同条件下，盾构复杂，操作困难，造价高，反之，盾构简单，制造使用方便，造价低。 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，以保证工程的安全，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，般应使用土压平衡盾构，若需采用泥水平衡盾构

17、的话，须增加一个鳄式碎石机，在输出泥浆前，先将大石块粉碎。,盾构机的分类及选型,2盾构机选型的其它条件 除了地质条件以外的盾构机选型的制约条件还很多，如工期、造价、环境因素、基地条件等。 工期制约条件 因为手掘式与半机械式盾构机使用人工较多，机械化程度低，所以施工进度慢。其余各类型盾构机因为都是机械化掘进和运输，平均掘进速度比前者快。 造价制约因素 一般敞口式盾构机的造价比密闭式盾构机低，主要原因是敞口式盾构机个象密闭式盾构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机。 环境因素的制约 敞口型的盾构机引起的地表沉降大于网格式盾构，更大于密闭式的掘进机

18、。,盾构机的分类及选型,基地条件的制约 泥水平衡式的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。将其分为前后铰接的两段，显然增加了施上中转弯的灵活性。,盾构机的分类及选型,3辅助工法的使用 掘进机施工隧道的辅助工法一般有：压气法、降水法、冻结法、注浆法等。前三种属于物理方法，注浆法属于化学方法。这些方法也主要是用于保证隧道开挖而的稳定，注浆法还能减少盾构机开挖过程中引起的地表沉降。一般密闭式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

19、。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，在这一辅助工法下，施工人员易患气压职业病。当盾构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，确保开挖面的稳定。冻结法的施工成本较高，一般情况下不采用，但在长隧道的盾构对接中使用。,盾构机的分类及选型,4盾构工法的选定程序流程图,盾构机的分类及选型,（一）盾构的始发,盾构隧道始发技术是盾构法施工技术的关键，也是盾构施工成败的一个标志，必须要全力做好。始发阶段存在以下几种特殊情况：,（1）始发推进前需凿除车站的围护结构（主要是处理钢筋砼

20、结构），凿除围护结构后的土体在一定的时间段内必须保持自稳，不能有水土流失；,（2）始发阶段盾构机主体在始发导轨上不能进行调向；（3）始发阶段的姿态及地面沉降控制比正常推进阶段更困难；（4）始发期间一些设备如管片小车、管片吊机，包括出渣都不能正常使用。有时也会存在盾构机因为车站结构的原因而不能整机始发。,综上所述，盾构在初始阶段的施工难度很大。因此，应确保盾构连续正常地从非(泥水)土压平衡工况过渡到(泥水)土压平衡工况，以达到控制地面沉降，保证工程质量等目的。,始发技术包括洞口端头处理（软土无自稳能力的地层 中）；洞门砼凿除（主要针对钢筋砼围护结构）；盾构始发基座的设计加工、定位安装；始发用反力

21、架的设计加工、就位；支撑系统、洞门环的安设； 盾构组装、盾构始发方案；,始发洞口的地层处理,在盾构始发之前，一般要根据洞口地层的稳定情况评价地层，并采取有针对性的处理措施。地层处理一般采取如“固结灌浆”、“冷冻法”措施进行地层加固处理。选择加固措施的基本条件为加固后的地层要具备最少一周的侧向自稳能力，且不能有地下水的损失。常用的具体处理方法有搅拌桩、旋喷桩、注浆法，SMW工法、冷冻法等。选择哪一种方法要根据地层具体情况而定，并且严格控制整个过程。,盾构机始发前的洞门加固,反力架、始发台的安装,反力架、负环管片位置的确定依据 反力架的位置确定主要依据洞口第一环管片的起始位置、盾构的长度以及盾构刀

22、盘在始发前所能到达的最远位置确定。,盾构机座的运输,盾构机座延伸段,盾构机座的加固,反力架及负环管片示意图,安装反力架及负环管片示意,始发洞口维护结构的切除,根据经验，一般在始发前至少一个月开始洞口维护结构的切除。整个施工一般分两次进行，第一次先将围护结构主体凿除，只保留维护结构的钢筋保护层，在盾构始发前将保护层混凝土凿除。 在凿除完最后一层混凝土之后，要及时检查始发洞口的净空尺寸，确保没有钢筋、混凝土侵入设计轮廓范围之内。,探孔位置示意图,探孔实际位置图,在盾构出洞之前要在洞圈内开探测孔，观测槽壁后的土体是否稳定，有无泥水漏出。,在盾构出洞之前，需把洞圈封门破除。封门破除分二次，第一次破除其

23、厚度的一半。然后将槽壁剩下的部分分成九块，在盾构将要出洞之前予以割除。,洞圈封门分块图,破除方法：在洞圈外围打设脚手架，在井上接两台空压机，人工用风镐采取从上到下的顺序进行凿除。,第一次封门凿除完毕后，将安装洞圈防水装置。安装顺序：用行车吊着袜套，先从上向下安装。袜套安装完毕后，再安装铰链板。,注：在安装铰链板之前，需先对铰链板进行实地放样，实地摆放，编号。铰链板安装从上至下。当安装到最后一块时，如果铰链板长出，需将长出部分割除。,防水装置安装流程图组,在负环拼装之前需事前将盾尾油脂填满盾尾钢丝束内。,盾尾油脂,此时负环拼装完毕后，前期盾构出洞准备工作就绪。等待盾构正式出洞,前期负环管片拼装完

24、毕,在盾构出洞之前，在洞圈内左、右两边各焊接一段导向轨。此导向轨是基座轨道的延长线，但比基座轨道底2cm，以免盾构出洞刀盘旋转碰到此导向轨。此导向轨的作用是为了防止盾构进入洞圈后，盾构磕头，盾尾下沉。盾构出洞时要先将洞门钢筋割除，分九大块，从上向下进行。为保护电焊工的人生安全，防止割除下来的砼块砸伤人，在割除之前先在洞圈上焊接安装倒脚手架。,图23 倒脚手架,图25 保护刀盘刀头,图24 保护防水装置,准备工作就绪，开始割除洞门钢筋。采用从下到上的方式分九块上、中、下三部分割除。另外，要在割除块处事先挂上钢丝绳。下方钢筋割除完后，为保证人员安全，电焊工需爬到事先搭设好的脚手架上在割除上方钢筋，

25、以免砼块掉落砸伤人,图26 开始破槽壁割除钢筋 图27 电焊工在脚手架上,图组28 拉除下部三块砼,下部砼拉除后，先将第一层脚手架割除，电焊工爬到第二层脚手架上开始割除中部砼块。,图29 割除脚手架,图30 拉除第二层槽壁,以上述方法类推，直至全部砼分块割除完毕。全部槽壁割除完毕后，要把最上方遗留的脚手架全部尽快割除。将洞圈脏物清理完毕，掉落的砼块吊运到旁边，包括保护刀盘刀头和防水装置的方木。,图31,环管片下部支撑,工作准备就绪，盾构开始推进，向洞圈土体靠拢。在这期间，施工速度一定要快。在保证人员安全的情况下，尽量加快负环管片的拼装速度，配合盾构机以最快的速度靠近洞圈土体，防止土体暴露时间过

26、长导致土体塌方。,盾构推进过程中，当负环管片脱离盾尾时，管片和盾构基座间将产生一定间隙。为防止管片下沉导致环缝开口，要在管片与盾构基座间用锥木塞住。,另外，此时负环管片是开口环，为,开口环管片支撑,防止盾构推进导致管片标准块产生外张现象，在管片两边各焊接一支撑柱。,盾构出洞是盾构施工中非常重要的环节，也是危险性最大的环节。所以，盾构出洞最关节的是要快。因此在破除洞门之前所有工作都应就绪，保证所有设备运转正常。各施工环节都应配合到位，力保盾构顺利靠上洞门土体。,图34以上为盾构出洞工艺的介绍。,始发台两侧的加固,由于始发台在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构旋转的扭矩。所以在盾构始发之

27、前，必须对始发台两侧进行必要的加固。,负环管片的拼装类型 在安装井内的负环管片的拼装类型通常采取通缝拼装，主要是因为盾构井一般只有一个，在施工过程中要利用此井进行出渣、进管片。所以采用通缝拼装可以保证能及时、快速的拆除负环管片。,始发时盾构姿态的控制 主要通过盾构机的推油缸行程来控制姿态。,始发时盾构推进参数的控制 在保证盾构正常推进的情况下，稍微降低总推力和刀盘扭矩。,洞口注浆 在盾尾完全进入洞体后，调整洞口密封，进行洞口注浆。浆液不但要求顺利注入，而且要有早期的强度。,反力架、负环管片的拆除 反力架、负环管片的拆除时间根据背衬注浆的砂浆性能参数和盾构的始发掘进推力决定。一般情况下，掘进10

28、0M以上（同时前50环完成掘进7日以上），可以根据工序情况和工作整体安排，开始进行反力架、负环管片拆除。,盾构始发实况,加固效果不好,端头土体加固的效果不好是在始发过程中经常遇到的问题。采取的主要措施是必须根据端头土体情况选择合理的加固方法，而且要加强过程控制，特别是要严格控制一些基本参数。对于加固区与始发井间形成的必然间隙要采取其它方式处理。,开洞门时失稳,开洞门时失稳主要表现为土体坍塌和水土流失二种，其主要原因也是由端头加固效果不好所致。在小范围的情况下可采用边破除洞门砼，边利用喷素砼的方法对土体临空面进行封闭。如果土体坍塌失稳情况严重时，只有封闭洞门重新加固。,始发后盾构机“叩头”,始发

29、推进后，在盾构机抵达掌子面及脱离加固区时容易出现盾构机“叩头”的现象，根据地质条件不同有些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方法尽量避免“叩头”或减少“叩头”的影响。,密封效果不好,洞门密封的主要目的也是在始发掘进阶段减少土体流失。当洞门加固达到预期效果时，对于洞门环的强度要求相对较低，否则要在盾构推进前彻底检查和确定洞门环的状况。在始发过程中若洞门密封效果不好时可即时调整壁后注浆的配合比，使注浆后尽早封闭，也可采用在洞门密封外侧向洞门密封内部注快凝双液浆的办法解决。,盾尾失圆,在很多情况下，始发阶段由于自重及其他原因，盾尾一般都会出现失圆的

30、情况，有些可能达到10CM之多。可以采用盾构机自带的整圆器进行整圆，在必要的情况下，可采用错缝拼装以保证在管片拼至隧道内时管片自身的椭圆度控制在误差以内。,支撑系统失稳,支撑系统在某些情况下由于盾构机推进中的瞬时推力或扭矩较大而产生失稳，这样将导致整个始发工作的失败。对于支撑系统的失稳只能从预防角度进行，同时在始发阶段对支撑系统加强监测。,地面沉降较大,由于始发施工的特殊性，始发阶段的地面沉降值均较大，因此在始发阶段需尽早建立盾构机的适合工况并严密注意出土量及土压情况，同时加大监测频率，控制地面沉降值。,小 结,盾构机的始发成功主要由始发条件及始发施工技术中每一环节的处理决定。在前期的地质勘探

31、，特别是对端头土体的液限、塑限、渗透系数、含水量等各种物理力学指标进行全面的调查及评估是相当有必要的；同时应对始发技术施工中的每一个环节加强全面、细致的控制，以确保各种处理措施达到预期效果。因为始发技术与各个工程的始发条件息息相关，所以始发时每一个细节如采用什么端头加固方式、连续墙破除方式、始发台及反力架的定位等均需根据现场条件选择最合适的方法。,盾构接收（进洞）阶段掘进是盾构法隧道施工最后一个关键环节。盾构能否顺利进洞关系到整个隧道掘进施工的成败。在盾构进洞前后需做好充分的盾构接收的准备工作，确保盾构以良好的姿态进洞，就位在盾构接收基座上。,盾构到达前须慎重考虑的事项如下: 选定加固工法加固

32、到达部位近旁地层及设置出口密封圈。 为了确保盾构机按规定计划路线顺利到达预定位置，需要认真讨论测定盾构位置的方法和隧道内外的联络方法。 讨论低速推进的起始位置、慢速推进的范围。 讨论泥水盾构泥水减压的起始位置。 讨论盾构推进到位时，由于推力的影响是否需要在竖井内侧井壁到达口处采取支护等措施。 讨论掘削到达面的方法及其起始时间。 认真考虑防止从盾构机外壳板和到达面间的间隙涌水、涌砂的措施。 盾构机停止推进的位置的讨论。 讨论到达部位周围的背后注浆工法。 应周密的考虑拉出盾构机到井内时的盾构承台等临时设备的配备及设置状况。,盾构进洞土体加固 盾构进洞区域土体加固一般与出洞区域土体加固是同时进行，对

33、盾构进洞土体加固效果的检验可参照对盾构出洞土体加固。,盾构接收基座设置 盾构接收基座用于接收进洞后的盾构机，由于盾构进洞姿态是未知的。在盾构接收（进洞）前仍需复核接收井洞门中心位置和接收基座平面、高程位置（一般以低于洞圈面为原则），确保盾构机进洞后能平稳、安全推上基座。,进洞前盾构姿态监控 在盾构进洞前100环对已贯通隧道内布置的平面导线控制点及高程水准基点做贯通前复核测量，是准确评估盾构进洞前的姿态和拟定进洞段掘进轴线的重要依据。复核数据应通过反复比较，分析误差是否在允许偏差之内，从而正确的指导进洞段盾构推进的方向。,洞门围护结构凿除（进洞侧） 盾构进洞前需对接收井内围护结构背水面钢筋进行割

34、除及砼凿除，通过打探孔实际验证盾构进洞区域土体加固的效果。在洞门围护结构凿除后同样需对其后土体自立性、渗漏等情况进行观察，判断进洞区域土体的实际加固效果是否满足盾构安全进洞的要求，否则应采取补救措施。,盾构接收进洞 盾构接收（进洞）准备工作就续后，盾构机向前推进，在前端刀盘露出土体直至盾构壳体顺利推上接收基座的过程称为“盾构接收进洞”。该关键环节要重点做好以下工作： 观察进洞洞口有无渗漏的状况，发现洞口渗漏应及时封堵。 及时安装洞口拉紧装置，并检查其牢固性。,为防止盾构进洞时盾构机铲到基座，将基座降低2cm。,进洞前洞圈弧行钢板的焊接,盾构进洞前，为了缩小盾壳与洞圈的间隙、便于塞添海面及防止盾

35、构进洞时洞圈产生出水、漏泥等问题，在洞圈内焊接一整环钢板。在盾构机靠上此钢板时，为确保钢板顺利外翻，在钢板一圈以10cm间距开缝，缝深约10cm。洞圈下部是盾构进洞的薄弱点，是最容易出现险情的部位，因此在洞圈底部钢板内、外层各加焊一道挡泥板加焊在洞圈底部6m弧度位置，距离洞圈底部位置25cm处, 10mm厚，高100mm，内弧铉长2m钢板三道，间距20cm用于盾构进洞时清理盾构底部的泥土便于盾构顺利骑上基座。,洞门破除完毕后，盾构开始推进。由于刀盘已出洞圈前方无土层存在故此时推进无出土，每推进1.2米应立即拼装尽快完成，从而缩短进洞时间防止发生意外。推进至盾尾还剩70cm在槽壁内停止推进盾构一

36、次进洞结束。,洞圈密封、注浆加固,一次进洞后停止推进立即安装一整圈花纹钢板，钢板与洞圈采用段焊，当焊接完毕后用速凝水泥封堵弧形钢板上的所有间隙。,此时洞圈封堵完毕，准备开始进行壁后注浆。,隧道内注浆的同时考虑到浆液有可能顺着盾壳和管片间的间隙流出，所以在钢板上下左右4个位置开设注浆孔在必要时进行补压浆，浆液达到设定强度时开始二次进洞。,防止管片被拉开的措施,为防止盾构完全进洞后，千斤顶离开管片，管片反作用力的释放而拉开管片间的间隙，造成渗漏水现象，在管片的纵向螺栓上焊接根拉杆，上部焊接两根，左右腰部各焊接一根.,把最后2环管片连接一起，先连接环到环，为保险起见此后每拼装好一环就焊拉杆连接管片脱

37、出盾尾后，螺栓有可能松动也会造成渗漏水现象，所以要加强对螺栓复紧、补紧。（注：拉杆材料为10号槽钢）,盾构正常推进阶段是千斤顶顶住管片向前前进，而此次推进已无管片。故使用顶管法，在千斤顶与管片之间加顶管使盾构机向前推进。当推进至盾尾离槽壁3.5米处停止推进，（共推进4.2米）二次进洞结束。,二次进洞后同一次进洞相同，用弧型钢板焊接一圈，当焊接完毕后用速凝水泥封堵弧形钢板上的所有间隙，开始进行注浆加固。,砂性地层中盾构推进的影响,存在的问题 土压平衡盾构施工成功的关键之是合理进行土压力管理，使开挖面保持稳定。为保证密封舱内的土压力能够真实反映，需要要将开挖面切削下来的土体在密封舱内调整成一种“塑

38、性流动状态”的土体。如果地层是淤泥质枯土层的话，只要在密封舱内通过旋转翼板搅拌，就可满足这种状态顺利进行施工。但是，如果地层是粘粒(粒径小于0005mm)的含量较少(小于10)的卵石层、砂土地层、粉土层、风化岩地层，进入密封舱的土体就很难形成这种“塑性流动状态”，从而给土压力保持带来困难，导致施工出现以下问题。,开挖面失稳 当盾构开挖面中心水、土压力与盾构机密封舱内压力无法平衡的时候，将产生开挖面失稳。土压平衡盾构在砂性土层中施工时，由于砂性土流动性极差，切削下来的土体并不能充满整个密封舱，进入舱内砂性土大颗粒沉积在密封舱的底部，而细小颗粒浮在上层，出现分层离析、表层失水、开挖面上部的土压力无

39、法被舱内压力平衡，发生土体失稳。 高水头压力下，大刀盘切削振动可能引起工作面附近砂土液化，孔隙水压力上升，有效应力减小，抗剪强度降低甚至丧失。液化引起的管涌流砂使工作面失去稳定平衡。土体失稳将引起大幅度的地层位移，使得相邻的建、构筑物产生差异沉降，管线破裂，地表发生大范围沉陷，造成巨大的经济损失。,产生开挖面稳定问题的原因如下：土压平衡式盾构是将开挖下来的土料泥土化，由刀盘上轮辐开孔进入开挖面后的密封舱，通过施加适当的土压力并控制出土量，使密封舱土体挤压密实，保持与工作面水、土体侧压力动态平衡，开挖面处于稳定状态。 要保证开挖面的稳定必须注意以下几个环节：首先，盾构施工过程中必须在开挖面和隔板

40、之间充满土料，这里土料是作为一种荷载传递的介质，将密封舱的压力由刀盘上的开孔传递到开挖面上，以维持工作面的稳定；其次，在盾构推进挖土和管片拼装过程中，始终保证盾构机密封舱内压力孔始终略微大于正面主动侧压力PS和水压力Pw之和。,土压平衡式盾构在砂性土层中比较容易丧失稳定性主要是由于砂性土、砂质粉土等土层由于土的渗透性好，受扰动后产生水土分离流出，土与水不能形成具有一定流动性的土料，无法完全充满开挖面与隔板之间的土舱，致使在开挖面上局部区域压力不平衡从而导致工作面失稳。由此可见要保证土压平衡式盾构在砂性土等特殊土层中施工时工作面的稳定，应当增加砂性土的保水性，改善其流动性。,盾构推进时周围土体发

41、生液化导致土体沉降 虽然土压平衡盾构施工时不会对盾构周围土体造成影响，但在砂性土等粘粒含量较少的特殊土层中的盾构推进过程会发生一个特殊现象，尤其是颗粒级配不理想和相对密度较小的土层中容易发生液化。,由于粉细砂层颗粒与颗粒之间吸引力相对很小，几乎没有连接，且含水量较高，所以在循环荷载作用的一开始，就产生一个较大的瞬间变形。主要原因是颗粒受到挤压后，孔隙体积被压缩，孔隙比减小，此时部分有效应力发生转移，由超孔隙水压力来承担，土骨架强度降低，土体产生残余变形。当施加的动应力小于临界动应力时，随着振动时间的增长，土体颗粒经过不断调整，已能够适应变化了的压力环境，此时变形已趋于缓和，这是一个结构再造阶段

42、。最后，当振动时间继续增长时，土体结构差异性调整已不明显，结构参数的变化大多趋于平缓，新的结构体系已基本形成；在压力的进一步作用下，新体系的结构要素仅做适当调整以求得更加巩固的平衡结构。这时的永久变形值基本上已趋于稳定。但是当施加的动应力大于临界动应力时，随着振动次数增多，土体结构经过一段时间的调整仍不能适应新的压力环境，而在这过程中，孔隙水压力不断上升，有效应力不断下降，最后导致土体强度丧失，也即粉细砂层达到了液化状态。 在砂性土层中盾构推进时，因盾构前进、盾构内部设备的振动和其他等因素，容易使周围的砂土发生液化，这在推进速度较慢和推进持续时间较长等情况下更加明显。砂土发生液化后，不可避免地

43、造成土体的沉降。,密封舱内砂土积聚，切削推进困难 土压平衡式盾构穿越砂性土地层时，若砂土中含有少量粘粒，则在盾构密封舱内的压力较高时，渣土往往无法顺利排出，在这样的情况下如果继续强行推进，那么密封舱内的砂粒失水固结越压越紧，将会使千斤顶的顶推力增加，刀盘的扭矩变大盾构无法正常推进，甚至会使刀具损伤，主轴承断裂，盾构严重损伤。上海地铁明珠二期I临平路溧阳路区间盾构隧道，在粉砂地层中施工，盾构推进时遇到这个问题，密封舱的闭塞密封舱内压力失控、扭矩变大、盾构推进困难，同时还引起较大的地层位移和地表沉降。 密封舱闭塞问题产生原因：土压平衡式盾构在砂性土层中掘进时，密封舱压力较在粘性土中掘进时高。含有少

44、量粘粒的砂性土经刀盘切削进入密封舱后，由于砂性土本身具有较大的内摩擦力，加上少量粘粒所提供的粘结力，使得渣土在较高的密封舱压力作用下，发生应力重分布，在螺旋出土器的进出口附近容易产生拱作用，拱外渣土无法进入出土器，造成密封舱闭塞。消除密封舱闭塞现象的关键在于消除压力拱，参照普氏理论，压力拱形成的一个重要原因就是松散体之间存在较大摩擦力和粘结力，因而应当从降低渣土的内摩擦角着手考虑。,舱内泥砂“结饼” 当土压平衡式盾构在粘聚力和内摩擦角都比较大的土层中施工时，在密封舱内，主轴承附近的土体往往会排水固结，形成饼状，若不及时采取措施，结饼的范围将不断的扩大，最终充满整个密封舱，使得刀盘扭矩增大、切削

45、困难甚至无法进行。2002年，深圳地铁一期工程就遇到了这样的问题，最后不得不停止推进，打开密封舱人工处理，由此引起了临近建筑物沉降，地表塌陷，对工程的影响巨大。 密封舱结饼现象问题产生原因：在砾质粘性土等同时具有较大的粘聚力和内摩擦角的土层中进行盾构掘进时，由于刀盘转动较慢，密封舱中的土体受到的搅拌作用的影响由周边向中间递减，在密封舱主轴处的土体基本上只受到沿盾构轴向的压力，在此荷载下，渣土中的孔隙水排出，发生固结，形成泥饼。若不及时处理，泥饼将向周边不断扩大直至充满整个密封舱。与密封舱闭塞现象相似，引起结饼现象的关键在于砾质粘性土本身所具有的较大的粘聚力和内摩擦角，如何降低渣土的粘聚力和内摩

46、擦角是解决结饼问题的核心。,排土口喷涌，污染盾构作业面 通常情况下，在螺旋出土器的出口处，所排出的渣土中的水的压力为零，渣土在自重作用下落入传输带，然而在渗透性较大的砂性土中施工时，密封舱和排土器内的土体不能完全有效地抵抗开挖面上较高的水压力，会在螺旋出土器的口部产生喷涌。采用土压平衡式盾构施工的深圳地铁曾经遇到过这样的问题，广州地铁施工中也出现过因为喷涌而严重影响施工工期的情况。 喷涌发生问题产生原因：盾构正面的砂土中的水头压力所产生的向螺旋出土器出口的渗流力经过密封舱以及螺旋出土器过程的水头损失，还会在螺旋出土器的出口产生喷涌。 喷涌发生的主体是强度较低的扰动土，发生路径是筒状的螺旋出土器

47、，而且土体本身处于运动中，只是由于运动的速度和压力失控发生的现象。喷涌发生的关键是砂性土具有良好的渗透性，不能对流经的水造成较大的水头损失。,管片分类,管片宽度为1.2m，厚度为350mm；隧道拼装形式一般分为以下三种：1、通缝拼装；2、错缝拼装；,管片类型：钢管片钢筋混凝土管片,技术名词解释 管片端头每块管片的二个纵向端面； 张角两块管片端面接头缝在径向向外张开称外张角，反之称内张角； 喇叭两块管片端面接头缝在纵向向推进方向张开叫前喇叭，反之称后喇叭； 踏步前后两环管片内弧面的不平整度； 纵向螺栓环与环之间的连接螺栓； 环向螺栓同一环管片块与块之间的连接螺栓； 端肋管片中每块管片两端头的肋板

48、； 环肋管片环向的肋板； 纵肋管片在纵向的加劲肋； 椭圆度圆环垂直、水平两直径之差值； 超前指圆环环面与推进设计轴线垂直度的误差，有上、下超前和左、右超前之分。,管片成环后的尺寸,隧道管片成环后，其管片外径为 6200mm，内径为5500mm；（指单圆隧道，盾构直径为6340mm）,管片进场必须对其进行验收，保证管片质量，对管片的生产日期和养护期、合格证进行校对管片吊卸必须小心轻放，防止管片被撞坏，影响管片的质量,管片进场验收,管片堆放时，管片与管片之间必须防止枕木，防止管片受力不均，使管片产生裂缝管片的堆放高度不得高于3块管片的高度,管片防雨设施,管片堆场放置移动遮雨棚；可以在雨天中用来遮雨

49、，并在雨天中可进行管片涂料工作,移动遮雨棚,1- 4 管片遮盖防雨油布,在下雨天中，用油布遮盖管片，对管片的止水带起保护作用；止水带遇水膨胀，失去止水作用；,防水橡胶膨胀止水带的制作,止水带制作,包角粘子,管片的垂直运输,管片依靠32T行车的吊运进行垂直运输，吊运至井下,使管片平稳的堆放在电机车托运的平板车上,水平运输,管片水平运输靠电机车进行水平运输；运输至车架内，井下施工人员使用车架内的单、双轨梁对管片进行调运、安放；,管片运输车,双轨梁运输管片,同步注浆拌浆作业,盾构机在推进时，必须压注同步注浆浆液，控制地面的沉降；管片与盾构间的建筑间隙，由单液浆对其进行有效的填充，减小盾构推进时对地面

50、管线、建筑物的影响。并进行浆液稠度测试，测试值为911。,单液浆的材料： 1、黄砂 2、水泥 3、粉煤灰 4、膨润土 5、水,稠度仪,拌浆间,同步注浆的作用,同步注浆可以对管片的环与环之间的高差进行有效的控制，以免管片推出盾尾后管片下沉或上浮量过大，引起管片碎裂。如图所示,盾构同步注浆孔位置,盾构注浆孔一般分为6个注浆点，可以随时根据管片姿态与盾构姿态对盾构的注浆点进行更换。如图所示,管片拼装形式,一般分为三种：1、为通缝拼装；2、错缝拼装；,通缝拼装隧道,错缝拼装隧道,管片拼装的特点,通缝拼装：各环管片的纵缝对齐的拼装方法，这种拼装方法在拼装时定位容易，纵向螺栓容易穿进，拼装施工应力小，但容