盾构机施工技术大全ppt课件.ppt

《盾构机施工技术大全ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《盾构机施工技术大全ppt课件.ppt（168页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、,盾构法施工技术大全铁路工程隧道研究分院 2018-01-15,第三篇 盾构法隧道施工,目 录,1、绪论2、盾构机选型与配套设备3、盾构法施工 4、复合地层的盾构施工5、特殊条件下的盾构施工6、结语,1 绪 论,1.1 盾构法施工的概念与特点 盾构法是采用盾构机构筑隧道的暗挖施工方法。在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构机安装就位。盾构机从竖井或基坑的墙壁开孔处出发，沿设计轴线，向另一竖井或基坑的设计孔洞推进、构筑隧道，并有效地控制地面隆降。盾构法施工具有自动化程度高、对环境影响小，施工安全、质量可靠、施工进度快等显著特点，广泛应用于城市及特殊条件下的隧道工程建设中。,（1）1818年Br

2、unel提出盾构工法并获得专利；1841年世界第一条盾构隧道-伦敦泰晤士河底隧道贯通；20世纪6080年代盾构工法大发展各类平衡式盾构；（2）1954、1957年我国阜新、北京采用盾构法修建疏、下水道（2.6 m）；1963、1965年上海使用网格式挤压盾构修建隧道，打浦路过江隧道（10.22 m-2761 m）；（3）近20年来盾构法隧道已在我国各行业广泛应用，盾构施工技术已具有国际先进水平；,1.2 盾构法隧道施工的发展与现状,公路：上海-崇明岛“南隧”（15.43 m 7.5）；（泥水）武汉长江隧道（11.4 m-2538 m）；（泥水）南京长江隧道（14.3 m-3825 m）；（泥水

3、）铁路：北京站-北京西站地下直径线隧道（11.97m-7.3）广-深-港客运专线狮子洋隧道（11.4 m-10.8）莞-惠；长-株-潭 城际铁路（8.8 m；9.3m）水利：南水北调、穿越黄河（8.8 m-4520 m）TBM市政：上海中山路地下通道14.27m（土压）；共同管廊电力：取水、电缆；石油、天然气：管廊（3.0 m）地铁：在建项目已投入600余台盾构；,盾构法施工在我国各行业应用情况,（4）盾构机国产化有了大的发展,上海隧道股份公司、中铁隧道装备、北京华隧通等多家国内企业具有设计、制造能力。多个合资厂制造的盾构机国产化比例达50-70%；许多厂家已能提供较高质量的部件、刀具及辅料；

4、1.3 对目前盾构法施工的认识（1）基本工法是成熟的、可靠的、先进的；（2）在适应性及特殊条件下仍存在许多需研究的问题（3）盾构机仍需不断改进,1.3 盾构法隧道施工技术研究应把握的要点,（1）系统性、综合性（2）地质特征、工程特点（3）盾构机选型与改进（4）充分的前期准备（5）特殊条件的技术方案（6）沉降理论与监控量测（7）复合型的技术人才,2.盾构机选型与配套设备,2.1 盾构类型与构造 2.2 盾构工作原理 2.3 盾构选型 2.4 其他配套设备,2.1 盾构机的类型与构造,盾构机是是一个能支撑地层压力而又能在地层中掘进的专用隧道施工设备。主机是具有一定形状（园形、矩形等）的钢筒（箱）形

5、结构。设置各种类型的开挖土体、推进、安装衬砌块等机构。主机后拖带安装有电气、液压、机械及辅助系统的配套台车。,2.1.1 盾构机,2.1.2 盾构机的型式,（1）开胸式盾构 盾构前部与掌子面无隔离，与岩土、地下水相通。采用机械方式部分支撑掌子面，采用人工或挖掘机械开挖的盾构。,设有密封的胸板结构，与盾尾密封等设置共同作用使得盾构及成型隧道内部与岩土、地下水隔离，形成安全的作业空间。可建立气、泥水或土压力以稳定掌子面，采用刀盘开挖的盾构。有土压、泥水平衡两类,（2）闭胸式盾构,闭胸式盾构,A、土压平衡盾构机 以刀盘切削下来的泥土为介质，经盾构推进、压缩，建立起稳定开挖面的土压，并通过控制开挖量与

6、螺旋输送器的排土量之间的平衡，保持土仓的压力与开挖面的土、水压力平衡的盾构。B、泥水平衡盾构机 以具有一定压力的特制泥水（泥浆）作为稳定开挖面土、水压力的介质，采用刀盘开挖，并通过对开挖量和泥水压力、流量的控制，保持盾构泥水仓压力与开挖面的土、水压力平衡的盾构。弃碴由泥浆携带通过管道输送至地面。,（掘进机类型简介）,（1）隧道掘进机一般分类 T B M 全断面岩石掘进机（开敞式、单护盾、双护盾）盾构机 一般指软岩、软土掘进机（2）盾构机针对地层特征的分类：软土盾构 复合盾构 硬岩盾构（3）复合式盾构机 既能适应软土掘进又要有相当破岩能力 复合地层的需求（交互、变化）复合性能的适应,2.1.3

7、土压平衡盾构机,刀盘、刀具（刮刀、滚刀）、喷口,前盾:主轴承、主密封、驱动系统（液压马达、减速箱）,中盾:推进油缸、拼装机,前、中盾与盾尾：铰接油缸、盾尾密封、管片拼装空间,螺旋输送机：出土控制、土塞,1号台车：操作控制室、同步注浆系统,2号台车：电机、液压泵站,3号台车：电气控制柜、各类油脂注入泵,4号台车：变压器、压缩空气系统,5号台车：电缆、冷却水卷盘等,连接桥架 盾构主机与后拖台车连接、皮带输送机,管片拼装机,其他系统简介,电气系统 电气系统是盾构机的重要组成部分，其设计依据盾构总体设计提供的盾构参数、设备配置、控制要求和工艺要求等，主要包含供配电、照明、控制、人机交互、数据采集等。液

8、压系统 盾构机液压系统为推进系统、铰接系统、螺旋输送机（回转、闸门）系统、管片拼装机（回转、抓取）系统、仿行刀系统、同步注浆清洗系统等系统提供动力源。,其他系统简介,导向系统 实时显示盾构的方向、姿态、掘进的蛇行线路，将有测量结果用图表在显示屏上表示显示，把握变化状态，引到掘进。同步注浆系统 在盾构掘进的同时，通过注浆泵的泵压作用，把混合浆液灌入盾尾的管片环外间隙之中，达到填充管片环外空隙、固结管片环位置、减小地面沉降、充当环外第一道防水线的目的,其他系统简介,集中润滑系统 集中润滑系统为密封、润滑消耗脂注入系统。系统采用间断补给压力油脂的方式，起到对该加注点进行润滑、密封保护的作用。盾尾注脂

9、系统 盾尾油脂密封系统是为盾构机盾尾加注、补充密封油脂而设计的高压注脂密封系统。,其他系统简介,冷却系统添加材料注入系统压缩空气系统,2.1.5 泥水盾构,泥水加压盾构,泥水加压盾构,泥水加压盾构整机运输,泥水盾构构造,2.1.6 特种、异形盾构,敞开式（矩形）,多园盾构,直角母子盾构,2.2 盾构工作原理,2.2.1 一般原理 钢结构盾壳支护提供安全的地下作业空间；机械开挖掌子面土（岩）体；采用机械的、自动的出碴运输系统；机械拼装预制衬砌块；隧道开挖、衬砌一次构筑成型。主要介绍采用刀盘（刀具）开挖土（岩）体，具有压力平衡性能的泥水、土压平衡盾构。,2.2.2 泥水盾构工作原理（1）泥水循环系

10、统原理图,（2）正常掘进泥水循环示意图,（3）泥水加压操作程序,（4）泥水式盾构排土量控制方法 A、容积控制法 检测单位掘进循环送泥流量Q1与排泥流量Q2，排土积Q3：Q3=Q2-Q1 式中 Q3排土体积（m3）Q2排泥流量（m3）Q1送泥流量（m3）对比Q3与Q，当QQ3时，一般表示泥浆流失（泥浆或泥浆中的水渗入土体）；QQ3时，一般表示涌水（由于泥水压低，地下水流入）。正常时，泥浆流失现象居多。,B、干砂量表征土体或泥浆中土颗粒的体积,开挖土干砂量V按下式计算：V=Q.100/（Gs.w+100）式中：V-开挖土干砂量（m3）Q-开挖土计算体积（m3）Gs-土颗粒密度 w-土体的含水量（%

11、）干砂量控制方法是，检测单位掘进循环送泥干砂量V1与排泥干砂量V2，按下式计算排土干砂量V3 V3=V2-V1=（G2-1）.Q2-(G1-1).Q1/(G1-1)式中：V3-排土干砂量（m3）V2-排泥干砂量（m3）V1-送泥干砂量（m3）G2-排泥密度 G1-送泥密度 对比V3与V，当VV3时，一般表示泥浆流失；VV3时，一般表示超挖。,2.2.2 土压平衡盾构的三种模式,（1）土压平衡盾构掘进作业具有土压平衡式、敞开式及半敞开式三种模式。（2）为保证开挖面稳定、有效控制地表沉降及确保地面建筑物安全并获得较高掘进效率，必须根据根据盾构机的类型、盾构隧道围岩的工程地质和水文地质条件、施工环境

12、等因素，综合判断、选择不同的掘进模式。,土压平衡模式,盾构机刀盘旋转，由刀具切削下来的土体填充刀盘后面的土仓，并随盾构机的推进逐渐充满并建立起压力，直至与所处地层的土、水压力相平衡。通过对推进速度与螺旋机排土量的控制使所建立起的压力保持稳定，从而减少对地层的扰动，保证地层的隆降控制在一定的范围内。,半敞开式气压辅助模式,敞开式模式,盾构构造与原理演示,2.3 盾构机的选型,选型程序 地质条件 基本类型 选型要点 主要参数,2.3.1 选型程序,2.3.2 选型与地层,2.3.3 基本类型选择,据对地层与地下水的初步认识，在粘土、粉土、淤泥及大部砂层、园砾、硬岩区间选用土压平衡盾构；在既是全断面

13、砂、园砾，上软下硬、变化频烦、差别大的地层，又是处于地面沉降要求严格等敏感区间，应优先选择泥水盾构。含大粒径卵石、无水、有一定稳定性的地层，可选择开胸式盾构；,2.3.4 选型要点,（1）外形与基本尺寸：内外置注浆管；开挖直径；盾尾外径（管片外径、盾尾间隙、盾壳厚度）；（2）主轴承：寿命、直径；（3）主密封、铰接密封、盾尾密封：结构形式与性能；（4）扭矩：驱动系统（变频电机、液压）、减速器、转速；（5）推力：油缸布置、行程、控制分组；推进速度；（6）铰接：方式（主动、被动）、转角；,选型要点,（7）刀盘（辐条、面板；开口率、注入口）；刀具（滚刀、刮刀、先行刀；形状尺寸、刀间距）；（8）螺旋输送

14、机：（驱动功率、扭矩；有轴、无轴；）（9）同步注浆：储存与注入能力；（10）液压、电气控制系统：（可靠性、便于操作）；（11）测量、导向系统；（12）人闸及其他,刀盘、刀具 针对主要的地层条件选择刀盘、刀具,（1）对粘土，尤其是全断面砂、园砾、卵石地层，刀盘结构设计应有利于碴土通过，开口率应在4060%之间。（2）除个别有较硬岩层区间外，均不做配置滚刀的考虑。边缘区设滚刀以减少磨损、减小扭矩似有作用。（3）先行刀、贝壳刀等应体量大（刀宽250300mm、厚度也要相适应）、外形园钝，以耐冲击、耐磨损。（4）耐磨设计必须到位。重点是刀体、刀盘外圈、螺旋及螺旋机内腔等，关键是耐磨材料要确保质量。,复

15、合刀盘,软土刀盘,主要参数及重点配置推荐（以6m盾构为例）,（1）刀盘额定扭矩：50006000 kNm;驱动功率：变频电机驱动不小于750 kw、液压驱动不小于900kw。（2）螺旋输送机内径800mm为宜，扭矩120 kNm以上，驱动功率200 kw以上。（3）主轴承直径3 m左右为宜。（4）最高转速1.53rpm即可。（5）人行闸必须设置在上方。（6）膨润土注入能力强。,2.3.5 选型采购的主要环节,（1）盾构机的基本型式与参数（2）拟选厂家盾构机的使用情况与问题（3）盾构机的国产化与零部件的代用（4）设计联络（5）工厂监造（6）工厂组装验收,盾构直径与推力关系,盾构软土中掘进的推力计

16、算：F=F1+F2+F3+F4+F5 F1外壳与土体间的摩擦力 F2刀盘上水平推力 F3切土所需要的推力，F4盾尾与管片之间的摩阻 F5后方台车的阻力。盾构硬岩中掘进时推力计算：F=mF力F1F4 F F力单个滚刀贯入岩石力 m刀盘盘形滚刀的数量,2.3.6 主要参数计算（1）推力,盾构机扭矩特性曲线,软土中掘进时扭矩计算：M=M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M M1刀具的切削扭矩，M2刀盘旋转力矩，M3推力荷载产生的旋转扭矩，M4密封装置产生的摩擦力矩，M5刀盘前表面上的摩擦力矩，M6刀盘圆周面上的摩擦力矩，M7刀盘背面的摩擦力矩，M8刀盘开口槽的剪切力矩，M9刀盘土腔室内的

17、搅动力矩,盾构在硬岩中掘进扭矩计算：T=T1+T2+T3 T1刀盘滚动阻力矩计算，T2石碴提升所需要的扭距（TBM)T3克服刀盘自重所需扭矩。,（2）扭矩,（3）螺旋输送机的排土量QS,螺旋输送机的排土量QS理论上由其转速决定，应与掘进速度决定的理论碴土量Q0相当：QS=Q0 Q0=AVn0 式中：A-切削断面面积 n0-松散系数，V-推进速度。,2.4 盾构施工的主要配套设备,2.3.1一般要求（1）必须充分满足盾构机的效率；（2）符合场地条件；（3）要考虑适量的备用或应急方案。2.3.2 运输设备与方案的选择（1）垂直、水平运输；机车车辆的配置（连续输送带）：（2）泥水输送系统 2.3.3

18、 浆液拌合设备2.3.4 泥浆处理设备2.3.5 管片及模具的选型,龙门吊作业,3 盾构法施工,3.1 简介3.2 土压平衡工法概要3.3 盾构施工组织的要求与特点3.4 掘进施工3.5 管片拼装3.6 附属、辅助工程,3.1 盾构法施工基本要求,盾构法是采用盾构机构筑隧道的施工方法，其基本要求：隧道掘的进；沉降控的住；管片拼的好；,3.2 土压平衡式盾构工法概要,（1）选用一台适应于拟建隧道地质、设计、环境等条件的盾构机。（为了适应不同自稳程度的围岩条件，可选用具有土压平衡式、敞开式、半敞开式三种掘进模式的复合型盾构机）。（2）盾构施工场地、盾构工作井具备条件，组装、调试盾构机。,（3）根据

19、地层和地面构造物情况，选定适宜的掘进模式和推力、扭矩、推进速度、刀盘转速、土压力值等掘进参数。（4）在盾构前部的旋转机构与推进油缸的共同作用下，带动装有适应不同岩土条件刀具的刀盘旋转推进，挤压破碎、刮削岩土进入土仓并予搅拌使之便于输送，经过运输系统将弃土输送至地面及土场，从而使盾构机向前掘进一段距离（大于一环管片的宽度）。,土压平衡式盾构工法概要,土压平衡式盾构工法概要,（4）管片拼装机械手将已预制好且嵌有止水条的数块管片按序安装成环，形成隧道的永久衬砌结构，并给盾构机的推进提供反力。（5）在掘进的同时，利用同步注浆系统足量注浆，填充开挖直径与管片外径之间的空隙，以弥补地层损失，根据需要利用管

20、片吊装孔进行二次注浆以补充和加强。（演示）,3.3 盾构施工组织要求与特点,3.3.1 基本要求（1）充分了解工程地质、水文地质及环境条件，按照合同与设计要求编制详细施工计划，完成各项前期准备工作。（2）确定合理的掘进模式和掘进参数，并在施工中优化调整；控制盾构姿态及隧道轴线，及时、逐步纠偏；合格安装管片，保证隧道衬砌质量。（3）做好地表隆降的监测，根据监测反馈的信息指导施工，采取措施控制地表隆降在允许范围以内，满足环境要求。,3.3.2 施工组织特点,充分领会隧道盾构法施工系统性很强的特点，在施工之前全面掌握工程规模、要求、地质和环境条件等有关资料，以利于正确采取经济合理的施工措施。首先要进

21、行总体策划；在进行隧道施工的一般准备工作时，必须同步完成其特有的各项前期工作：（1）盾构机及配套设备（采购、修理、改造）（2）施工基地的布置、建设（3）管片厂的建设及生产（4）需在盾构掘进到达前提前处理的特殊问题,3.3.3 总体策划,（1）策划前提：合同文件（总工期与节点工期、设计、地质、环境、相关工程情况及管理程序等条件）盾构机到场时间 场地与组装条件（2）策划目的：保证盾构按时始发及总工期要求 盾构机的有效使用及顺利掘进 利于施工且经济合理,3.3.4 施工准备,（1）熟悉合同文件（合同条款、招标设计、地质资料、工程量清单、管理程序等）（2）现场调查（场地、交通、管线、建筑物、环境）（3

22、）补充地质勘察（4）施工图设计与施工方案研究（5）设备、物资准备（6）临时工程、施工准备（7）实施性施工组织设计（8）人员组织与培训,3.3.5 盾构施工基地的布置、建设,A、施工总平面设计一般要求 根据施工项目、施工方案和周围环境，本着“节约用地，施工必需”的原则进行临时工程布设,并注意环境保护和水土保持工作。（1）设计能力满足盾构效率要求（日进尺和月进尺）。（2）考虑临时设施兼顾工作井与掘进同步要求。（3）利用地形条件，尽量少占地。（4）充分考虑环境保护。,B、临建与施工场地布置：,（1）施工基地及生产生活所需临时设施本着“节约用地，施工与生活必需”的原则进行布设，要采取措施保护环境。（2

23、）供电、供水、冷却、通风、通讯等保障供应系统（3）要做好应对防洪、防火、防风等可能发生灾害及风险的防范设计并制定预案。,C、辅助添加材料与配件,（1）泡沫剂、澎润土泥浆（2）盾尾油脂（3）配件、易损件准备 D、端头加固,E、管片厂的建设及生产,（1）生产工厂可以自建，也可以与就近的预制厂合作生产。（2）预制厂的规模应该达到3000m，同时还要配备一些必须的设备和工具等。（3）钢制模型应该尽早委托加工制造。（4）提前组织预生产，始发前达到强度的衬砌块不少于1000环。,管片模型,管片的水池养护,3.4 盾构掘进,3.4.1 盾构施工程序,3.4.2 盾构始发：洞门的完全破除、盾构由工作井出发掘进

24、至机体完全进入地层并对零环管片实施同步注浆，实现正常掘进的施工过程。,严格执行盾构机操规程 探明端头加固质量，谨慎破除洞门 关注洞门密封效果，及时调整、注浆封闭。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，应抬高 盾构机的始发姿态、合理安装始发导轨以及快速通过,始发密封结构（泥水加压）,盾构始发,始发后负环上半部拆除,盾构机到达程序,盾构到达 盾构机距接收井约50m至完全进入接收井，并封闭最后一环管片的施工过程。,盾构机到达注意事项,（1）根据盾构机的姿态及纠偏计划推进，纠偏要逐步完成，每一环纠偏量不能过大。（2）在盾构机距离端头墙50米时,逐渐放慢掘进速度，控制在20mm

25、/min以下，以确保到达端墙的稳定。（3）加强地表沉降监测，及时反馈信息（4）用型钢拉紧最后20环管片。（5）特别注意在盾构机破洞门土体前，对加固体与盾壳空隙的注浆封堵。（加固体的长度、中盾开注浆孔）当最后一环管片拼装完成后，二次注入双液浆进行封堵。注浆的过程中要密切关注洞门的情况。,到达密封结构（土压平衡）,成型隧道与拉紧最后管片,3.4.3 掘进施工程序,土压平衡操作程序,3.4.4 掘进技术管理要点,模式选择 掘进参数 方向姿态 同步注浆 监控量测 设备维护,掘进技术管理要点,（1）模式选择-土压平衡模式 确定土压力（计算-类比-实验）土压平衡控制（掘削与排土量的平衡的控制）碴土塑流性能

26、管理（必要条件、碴土改良-塑流、抗渗）出土量管理,（2）正确管理掘进参数 土仓压力、推力、扭矩、速度、转速、同步注浆等参数 部分掘进参数建议值,（3）盾构机掘进过程中的沉降变化规律,盾构推进过程中，开挖及管片脱出盾尾时，是沉降变化最快的阶段，因此掘进施工要连续进行，否则地层变形最大的阶段的时间将变长，导致沉降量可能变大，尤其在较差地层中掘进时更要注意。,3.4.5 盾构施工的地层隆降,（1）与掌子面稳定的相关问题 A、地层应力状态,A、地层应力状态,B、掌子面平衡状态分析 PT-掌子面极限状态临界力；PD-盾构刀盘压力,PTPD 平衡状态，但棱柱体S-BBCC-DDGG具有下滑趋势，作用于楔形

27、体S-ABC,PTPD,PTPD,C、盾构施工开挖面稳定的理论方法,极限平衡法-筒仓理论 稳定系数法D、土拱效应 松散体（包括土、砂）介质中：HD2.02.5“拱”效应存在 H 埋深 D 洞径E、沉降槽与沉降曲线,（2）盾构掘进中地层沉降原因分析：,A、地层损失 盾构机开挖土体体积大于隧道实体体积。对地层扰动后的土体主、次固结。B、特殊部位 始发与到达掘进时土压尚未建立或失压。隧道与洞门结合部薄弱易发生水土流失。,C、不良地质条件 上软下硬。富水砂层、断裂破碎带易发生喷涌。D、掘进技术参数与盾构机控制失误 掘进模式选择错误、土压等参数未及时调整适应、未同步足量注浆和及时二次注浆 盾构机姿态不当

28、、盾构机较长时间停顿且措施不当,沉降原因分析,（3）基本对策,首先把握盾构施工的特点、盾构机自身特点与能力，去克服问题。通过实验确定适宜的土压力、掘进速度等掘进参数 加强同步注浆、适时二次注浆以弥补地层损失；采取特别措施，增加辅助设备及添加剂,3.4.6 同步注浆的控制,（1）选择适宜的浆液、凝结时间、配合比等（2）计算注浆量，在软土区应以控制注浆量为准，在硬岩区应以注浆压力为主要控制参数。（3）对造浆、运输过程的管理要到位，注浆手要精心操作，发生堵管要采取措施及时疏通。,同步注浆,3.4.7 测量、导向、姿态,（1）按隧道测量方法向井下引入坐标、基准点。（2）盾构机配备自动导向仪进行方向控制

29、；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（盾构姿态）、里程。德国VMT公司生产的SLS-T自动导向系统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。,SLS-T导向系统,（3）方向姿态的控制,A.分组推进油缸B.铰接油缸C.超挖刀,3.4.8 预测、监测与信息化施工,合理掘进参数的选择，是通过预测、监测、反馈、分析等一系列过程验证，确定的。这就要求实施作为土建工程施工科学化发展重要表证的信息化施工管理。盾构机自动采集的信息和人工通过监测、测量采集信息的相互校核，更好的指导施工，提供安全

30、、质量的保证。成立以项目总工程师任组长的信息化领导小组，加强信息化施工的组织与管理。,激光棱镜导向机构,对反馈数据的分析、判断、调整掘进参数,将人工监测、测量搜集到的信息和盾构机自动采集到的信息，进行对比分析。然后上报综合组，经过研究对比，并根据盾构掘进的实际情况，调整优选盾构参数，下达作业指令书。根据掘进验证的数据，再次进行预测核对调整后的掘进参数，经过一段时间的实际施工验证，据此对下一阶段的沉降做出预测。,3.4.9 盾构机过站（过隧道）技术,线路较长的区间中间一般均设计有通风竖井，竖井与一扩大段矿山法隧道相连。因此区间隧道采管片选型要适应盾构机的姿态用盾构法施工时，存在盾构机必须经过竖井

31、下矿山法隧道的问题。移动托架过站弧形导台过站盾构机整体吊装过站利用永久管片过隧道利用临时管片过隧道,过站弧形导台,3.4.10 软土地层土压盾构掘进的难点,A、泥饼成因：在粘性颗粒含量大的土层中，粘性颗粒在高温、高压下作用下积聚而成的坚硬块体。对策：刀盘开口率、土仓搅拌型式、添加剂、掘进参数B、富水全断面砂、卵石层原因：难以建立压力，螺旋输送机喷涌对策：碴土改良；欠压推进、严控出土量；保压泵碴；,3.5 管片拼装与防水,标准块,K快,两邻接块,3.5.1 管片的类型,（1）管片：隧道衬砌环的基本单元。通常采用钢筋混凝土预制。视隧道直径每一衬砌环可分为不同片数。通常有一片封顶块、两片邻接块、多片

32、基本块。（2）隧道衬砌组合形式 采用标准环、左转环、右转环管片组合 标准环管片：基本块投影为矩形的管片；转弯环管片：管片投影为楔形，使用于隧道曲线及修正盾构掘进蛇形误差。有左、右两种转弯楔形方向 采用通用管片组合 隧道衬砌仅由具有一种楔形方向的转弯环管片拼装完成。,（3）管片的选型和拼装,盾构机PLC系统能预测5环拟拼装管片的型号（左右转弯环）和点位,但施工中不要完全照办,还要本着纠偏不能过急的原则，并考虑现场所存放各类管片的数量，确定管片型号的选择。管片拼装是质量控制的关键环节，不必太快，拼装机操作手是关键，环向螺拴应注意紧固。因推进千斤顶分为四组，在盾构机推进时，即使在纠偏时，一定要把握各

33、组推力不要相差过大,（4）管片的接缝防水,管片之间设置密封垫沟槽，其内设置高弹性三元乙丙橡胶密封条。管片间设有嵌缝槽。为防止隧道上半部拱顶滴漏危及行车安全，对隧道上半部拱顶45范围作嵌缝密封。隧道下半部不作嵌缝处理，以保证隧道长期防水效果。螺栓孔采用可更换的遇水膨胀橡胶密封圈作为螺孔密封圈加强防水。,管片选型要适应盾构机的姿态,管片三种型号，标准环、左转环、右转环。管片是在盾尾内拼装，所以不可避免的受到盾构机姿态的约制。管片平面尽量垂直于盾构机轴线，让盾构机的推进油缸能垂直地推在管片上，这样使管片受力均匀，掘进时不会产生管片破损。同时也要兼顾管片与盾尾之间的间隙，避免盾构机与管片发生碰撞而破损

34、管片。当因地质不均、推力不均等原因，使盾构机偏离线路设计轴线时，管片的选型要适宜盾构机的姿态。,3.5.2 隧道防水技术及注意事项,（1）盾构区间防水工作以管片结构自防水为根本、接缝防水为重点，确保隧道整体防水，同时遵循“以防为主、以堵为辅、多道防线、综合制理”的原则，制定防水施工措施。（2）管片砼采用高抗渗高强度（C50）等级的混凝土，抗渗等级为S12。采用掺加高效减水剂及粉煤灰“双掺”技术，减少水泥用量，降低水化热，减少收缩裂缝的产生。,准备拼装的管片,（1）盾构工作井的端头加固 洞口部位的土体处于不稳定地层时，盾构始发和到达前应进行加固改良，达到土体能够自稳和止水的要求 加固范围取值应根

35、据强度的计算、施工经验及设备条件确定。还应考虑工作井施工时的异常情况。根据隧道埋深、地层情况及施工环境等因素，考虑工法的适用特点，宜选择高压喷射注浆法、化学加固法、冻结法以及降低地下水等加固方法。,3.6 辅助、附属工程,端头加固方法示意,（2）联络通道 软土中修建联络通道是地铁盾构施工的难点（地面加固、冻结法、新材料注浆、降水）（3）洞门,成型盾构隧道与管线布置,4 复合地层的盾构施工,4.1 复合地层,复合地层是针对单一且较均匀的软土、硬岩地层而言。复合地层指在隧道开挖断面内和一定的掘进区段内，具有两种及以上不同地层，且其岩土力学、工程地质、水文地质特征相差悬殊的组合地层；（1）隧道断面垂

36、直方向上不同地层的组合；常见的上软下硬；（2）隧道水平方向上不同地层的组合 广、深地区的地质极具代表性,4.2 复合式盾构机,（1）隧道掘进机一般分类 T B M（硬岩掘进机）盾构机（软土掘进机）（2）复合式盾构机 复合地层的需求（交互、变化）复合性能的适应 既能适应软土掘进又要有相当破岩能力,复合式盾构机,4.3 刀盘,刀盘是关键 地质刀盘 结构的刚度、强度、耐磨程度;结构及与驱动的连接 开口率;刀具布置;其他（注入系统等）复合刀盘：软土地层需较大的开口率，尤其是粘土 岩石地层对破岩能力提出要求（1）盾构机破岩能力的分析（2）破岩能力与设计分析,4.4 复合地层掘进施工要点,4.4.1 刀具

37、的配置 软土 上软下硬 全断面硬岩4.4.2 对区间地层的总体把握 掘进模式转换与换刀位置,掘进模式转换与刀具配置,5 特殊条件下的盾构掘进,一般要求：,调查地质与周边环境，分析施工条件，制定针对措施。认真检查、保养盾构机，保证盾构机及附属设备处于良好状态。合理选择掘进模式，严格控制和管理掘进参数，严格控制盾构姿态和掘进方向。加强监控量测管理，加密监测频次。必要时的要采取针对性的加固措施。施工前要制定应急预案。,5.1 浅覆土,（1）隧道覆土厚度小于隧洞外径尺寸即按浅覆土地段施工。施工要防止地面隆起或坍塌，防止注浆击穿覆土。（2）一般应采用压力平衡模式掘进，土压力按承受全部覆土压力及水压力计算

38、，设定的土（泥水）仓压力应适当降低，同步注浆压力也应适当降低。（3）邻近建筑物或覆土中埋设有管线时，需采取隔离措施或对地层进行加固。,5.2 富水砂层（土压平衡）,1）应加注泥浆、泡沫或高效聚合物，改良土体；2）采用较大开口率刀盘，适当欠压掘进，控制出土量；3）若出现喷涌现象，采用螺旋输送机双闸门控制，关闭闸门，适当向前掘进，使土仓内建立平衡，转动刀盘，将土仓内的土体搅拌均匀。前后闸门协调动作，边掘进边出土，始终保持土仓内压力稳定。4）严格控制盾构掘进方向和铰接油缸的行程差，以确保铰接密封效果；加强尾刷密封检查，不漏水漏砂。5）必要时采用保压泵碴装置。6）注意刀具的检查，提前设置换刀加固区。7

39、）特别注意始发、到达掘进技术及端头加固效果。,5.3 下穿、邻近建（构）筑物及地下管线,（1）视下穿建（构）筑物及地下管线与隧道距离及其基础与结构形式，分别采取加固、托换等措施。一般桩基基础距隧道3m以外可不作加固等处理，可采用跟踪注浆保护措施。（2）处于主动坍塌线范围内的建（构）筑物及地下管线作为邻近施工处理。一般应采用加固、隔离措施。（3）加强掘进参数管理、足量同步注浆，减少地层损失以控制地层沉降。（4）确需洞内处理个别障碍物时，应采取地层加固、带压作业等措施以确保安全。,5.4 穿越水域地段,（1）深入探明地质、水文、水底地形、河堤结构、周围构筑物等情况。分析影响、制定措施和预案。（2）

40、对浅覆土河床要事先抛填土袋预压或做混凝土压板。（3）进入水域下施工前对设备作全面检修，尤其是密封性。（4）掘进时应适当减少出土量，保持较高的泥水或土压力，确保开挖面稳定。在足量注浆的前提下应适当减小注浆压力，防止击穿覆土。（5）采用声纳法或在河床设置稳固监测点加强监测。（6）发生掘进面与水体连通时要首先关闭螺旋机闸门，抛填土袋压住漏点后试掘进、出土；或采用不出土挤压推进通过漏水段等措施处理。,5.5 小曲线半径地段施工,（1）小曲线半径始发应采用割线始发，注意割线起始点及线路中心线与隧道中心线关系；（2）盾构机应具有铰接功能和超挖(防形)刀装置。管片的楔型量满足小曲线半径的拟合，管片宽度不宜大

41、。（3）掘进时一般应启动超挖(防形)刀，减少因盾构机的挤压对地层的扰动。在较硬的地层中必需启动超挖(防形)刀，以适当扩大开挖断面，便于盾构机转弯。（4）运用铰接装置，分组控制推力油缸，防止衬砌管片变形。（5）认真做好管片选型及拼装点位，使盾尾间隙处于较均匀状态，防止破坏盾尾密封。（6）增加线路测量频次。,小曲线半径始发要点 始发割线长度按盾构机完全进入洞门钢环为宜 如果隧道曲线半径过小，在割线中点处隧道偏移值超过允许偏移值，则将割线起点往曲线外侧偏移。由于该区间盾构始发曲线半径小，割线起点往线路曲线外侧偏移1，保证割线中点处的隧道相对设计线路偏移值在规范允许内。,5.6 小净距隧道,（1）两隧

42、道净距小于隧道外径2/3的隧道按小净距隧道施工，在软土地层中施工的影响程度要预先进行评估和计算分析。（2）软土地层中需在先行隧道洞内采用钢桁架加固管片，对可能塑化的夹土体注浆加固并达到设计强度。（3）后行隧道应至少在先行隧道完成一个月后施工。（4）小净距上下重叠隧道一般应先完成下行隧道。,5.7 岩溶地段,（1）采用物探、钻探等方法探明岩溶的分布、规模、充填物及地下水的情况。（2）溶洞填充物、隧底地基承载力及封堵主要地下水通道应满足以下要求：提供建立压力平衡的条件。避免盾构机发生陷落及严重栽头。满足永久隧道结构的承载力、变形、防水要求。（3）盾构机应具有针对硬岩、软硬差别大的围岩条件的掘进能力

43、。（4）掘进时一般应建立压力平衡，选用小转数、小贯入量等掘进参数，慎重掘进。必要时在洞内进行超前地质勘探，确保施工安全。,5.8 较大直径的砾石、孤石、花岗岩球状风化,（1）含有较多体量大于进碴口或螺旋输送机输送粒径的砾石、孤石、花岗岩球状风化地层，在地下水小的情况下优先选用开敞式盾构施工。（2）在此地段须谨慎掘进，根据盾构机显示的参数波动、变化及掘进经验判断是否遇到孤石等，发现异常应保持压力，及时停机检查、分析确认。（3）地面有条件且探明孤石位置可采用深孔爆破，一般可由滚刀掘进缓慢磨削或开仓人工破除。,5.9 黄土,（1）试验、认识非饱和新黄土的湿陷特性在盾构工法中的反映，如加大沉降量，暂停

44、掘进时难以保压等问题，采用相应对策。（2）在非饱和的黄土地层中可选用开敞模式，加注水或泡沫。在地下水位高、水量大地层中宜选用土压平衡模式掘进。（3）饱和黄土地层承载力差，掘进时须特别注意盾构机姿态，防止栽头。（4）特别注意地表水的防排、地下管线渗漏的处理，防止渗漏至隧道周围。停机时要注意地下水的防排，刀盘要及时支撑掌子面，防止黄土的湿陷性坍塌。,隧道断面地质,黄土地质条件下的盾构隧道沉降规律满足一般盾构隧道沉降规律。分析结果存在一定的湿陷性，并且和同步注浆的凝固时间有关系。,5.10 软硬不均地层,（1）在上软下硬地层中应优先选择泥水盾构，土压平衡盾构要采用土压平衡模式掘进，控制沉降、防止坍塌

45、。（2）根据不均匀地层特性配置刀具。仅底部初露硬岩可将刀盘边缘区换装滚刀，大部为硬岩或变化频繁时应安装全盘滚刀。（3）应以较小的贯入量、转速、推力谨慎掘进，注意刀具检查。有条件可采用深孔爆破。（4）严格控制盾构姿态。,5.11 极硬岩,（1）盾构机刀盘做针对性的设计，应加强结构强度、加大扭矩、采用单刃滚刀、减小刀间距以增强破岩能力。（2）对全断面硬岩应采用敞开式模式掘进，可以采用较高转速（2-3转/min）、较大推力掘进，但应在扭矩设定范围内选择其他参数。（3）加密刀具检查周期，按单刀允许磨损量及相邻刀的高差允许值及时更换。（4）富水硬岩段掘进要加强同步注浆及二次注浆管理，一般应采用快凝、早强

46、液浆，及时填充空隙、稳固管片以防止管片上浮。必要时适当降低盾构掘进轴线以弥补管片上浮。,5.12 断裂破碎带,（1）严重的破碎带地层应尽可能在地面采取加固措施，无地面加固条件时应在利用盾构机配置的注浆孔及超前钻机进行洞内超前注浆加固。（2）检查确认盾构机的密封性能。（3）选定掘进参数保证开挖面稳定，做好同步及壁后注浆。（4）减小推进速度，严密监查发现掘进异常现象，停机分析、处理。,6、特殊条件下的盾构施工案例与研究,1、硬岩盾构机的选型与掘进施工2、局部岩溶地层中的盾构隧道施工3、上下重叠小净距盾构隧道设计与施工4、复合地层的盾构施工,结 语,（1）盾构法施工是一个系统性很强的工程，其施工技术

47、方案的确定，一定要从土建、机械、安全、经济各个方面，认真比选、统筹权衡，才能确保盾构安全、快速、均衡的施工，成本得到有效地控制。（2）盾构法施工要充分掌握和明确判断地质情况，以正确选择设计适宜的盾构机，选用合理的掘进模式，优化掘进技术参数,（3）盾构法施工要充分重视施工场地的设计布置与配套设备的配置与管理，这些往往是影响进度的重要因素。（4）盾构法施工管理要以盾构机为中心，盾构机作为关键设备除了选型合理外，还要对盾构机进行科学管理、维护、保养及可行的改造完善，以发挥最大的生产效率。,盾构施工的一般规律,（5）通过盾构机自动采集信息与人工监测测量所采集信息的相互校核，使数据更加准确可靠。有效地实

48、行信息化施工，这对盾构法施工是既有条件又十分必要。（6）盾构法施工归根结底是要“以人为本”，特别要注重机电与土木技术的复合人才。加强培训、精心操作、悉心体会，以得到感觉，遇到问题时才能准确判断、及时处理。,盾构施工一般规律,2.2.5 盾构机的组装与验收,（1）根据场地条件，盾构工地组装的方式可分为整机组装和分体组装两种方式。（2）组装场地要进行硬化，地基要达到足够的承载力，吊装设备要满足最大单件重量及位置的要求（3）盾构在工厂及工地组装和连接完毕后，均应进行空载调试，主要调试内容为：刀盘驱动、液压、润滑、冷却、配电、注浆、气压仓等系统以及各种仪表的校正。着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。泥浆盾构还必须对泥水循环系统及泥浆处理设备进行调试。（4）空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负荷调试，通常试掘进期即为对设备负载调试期。（5）盾构机的验收一般分为出厂验收、工地验收和试掘进验收。,2.2.6 盾构机的修理与改造,（1）盾构机修理分为项修和大修。（2）为满足不同隧道区间的地质与设计要求需要对盾构机的某些系统或部件进行的改造，一般情况下主要是针对不同的地质条件对盾构机刀盘进行适应性改造。对旧机进行全面评价。根据施工图设计与地质条件提出盾构机改造的具体方案，重要部分要进行设计计算。按照经相关部门审定后的方案实施改造。完成改造的盾构机应由建设单位组织验收合格方可投入使用。,