工程管理部--盾构施工进度和技术管理

盾构法施工技术与管理1盾构施工管理盾构管理部----2015年7月21日1主要内容一、盾构技术的发展历史及分类二、盾构法施工原理三、盾构施工管理四、盾构主要施工技术与管理五、盾构隧道的缺陷处理六、盾构法隧道施工与验收规范2一、盾构技术的发展历史及分类1盾构技术的发展历史盾构作为一种安全、快速的隧道掘进技术，归纳起来可以说经历了四个发展阶段：以布鲁诺尔（B（Brunel，1818)盾构为代表的初期盾构；以机械式、气压式、网格式盾构代表的第二代盾构；以闭胸式盾构为代表（泥水式、土压式）的第三代盾构；以异型化、多功能、综合化为各自特色的第四代盾构。3第一代盾构:伦敦Blackwall盾构隧道Brunel盾构伦敦Blackwall盾构隧道4第二代盾构:网格式盾构插刀盾构5第三代盾构:土压平衡盾构泥水平衡盾构6第四代盾构:72我国盾构发展情况从20世纪80年代开始，我国开始引进国外盾构技术和设备修建城市地铁隧道。20多年来，盾构法作为一种先进的施工技术在我国各类工程中已被广泛应用。我国目前是盾构发展最快的国家，由于我国地域辽阔、地质及水文地质条件复杂，使我国盾构施工技术发展较快。我国广州采用了世界上最先进的盾构和施工技术，代表了当代的国际先进水平。•1995年，上海地铁2号线24km区间隧道开始掘进施工，地铁1号线工程所用的七台φ6.34m土压盾构经维修以后，继续用于2号线区间隧道掘进。•1996年广州地铁一号线由日本清木公司承包施工,使用三台日本住友、川琦制造的复合盾构进行施工。•1999年北京引进德国海瑞克公司的盾构,进行北京地铁5号线盾构试验工程获得成功,证明盾构法具有安全、快速、经济、质量好的优势。8•截止到2014年底，已有20个城市的地铁开通运营，总长2438km。•未来3年轨道交通项目将达3000km。2我国盾构发展情况93盾构的分类全开敞式盾构：手掘式盾构、半机械式盾构、机械式盾构半开敞式盾构：挤压式盾构闭胸式盾构：土压平衡盾构、泥水加压平衡盾构网格式盾构插刀盾构面板式盾构辐条式盾构复合式盾构复合式盾构104盾构选型依据盾构是一种特殊的施工装备，它与地质的适应性息息相关。114盾构选型依据1、工程地质因素：地层颗粒级配是盾构选型的依据一左边白颜色区域为卵石砾石粗砂区，为泥水平衡盾构机适用的颗粒级配范围。右边蓝颜色区域为细砂淤泥粘土区，为土压平衡盾构机适用的颗粒级配范围。细颗粒含量多则碴土能形成不透水的流塑体，能够充满土仓的每个部位，以便建立压力并传递到切削面支撑土体，压力平衡可以实现。粗颗粒含量高的碴土不能形成具备这种功能的碴土，因而不能实现土压平衡,只能借助于泥水平衡盾构大比重的泥浆悬浮液，形成泥膜并传递压力。从掘进的角度，泥水平衡盾构机也适用于细颗粒土层，但细颗粒浆液的泥水分离难度大，投入大，场地要求高。因此，图中的区域划分考虑了综合因素。124盾构选型依据2、水文地质因素：地层渗透性是盾构选型的依据之二地层渗透性与盾构选型图既说明了地层颗粒与渗透率的一般关系―――细颗粒含量多的地层渗透率小，粗颗粒含量多的地层渗透率大，又反映了渗透率与盾构选型的关系：颗粒粗渗透率大水量充足，碴土为流体状，螺旋机不能形成土塞，土仓建立不了压力。因此，图中土压平衡盾构机对应的指标是粗砂以下、渗透率10-4m/s以下。泥水平衡盾构机对应的指标是细砂以上、渗透率10-7m/s以上。135刀盘面板的分类面板式刀盘辐条式刀盘14刀盘型式的选择：刀盘特性比较刀盘形式比较项目面板式幅条式砂、土适应性（粒径＜15cm）由于开挖面土体受面板开口仅有几根幅条，同时幅条后均影响，进入密封舱内不顺畅，设有搅拌叶片，土、砂流动顺易粘结，易堵塞。畅，不易堵塞。砂卵石适应性（粒径＞15cm）刀盘扭矩隧道内刀头更换安全性适应性强，必要时可加滚刀。刀盘扭矩阻力大，需增加设备能力，造价高。由于有面板，在隧道内更换刀头时安全可靠。不能加滚刀，刀头形式及数量较少。刀盘扭矩阻力小，设备造价低在隧道内更换刀头时安全性差，加固土体费用高。15二、盾构法施工原理明挖法矿山法常用隧道施掘进机工方法TBM硬岩掘进机（TunnelBoringgMachine）盾构16二、盾构法施工原理盾构工法的概念盾构实际上是盾构机的简称。它是一个横断面外形与隧道横断面外形相同、尺寸稍大，内藏挖土、排土机具，自身设有保护外壳的用于暗挖隧道的机械。以盾构为核心的一整套完整的隧道施工方法称为盾构工法。17二、盾构法施工原理盾构工法的概念盾构实际上是盾构机的简称。它是一个横断面外形与隧道横断面外形相同、尺寸稍大，内藏挖土、排土机具，自身设有保护外壳的用于暗挖隧道的机械。以盾构为核心的一整套完整的隧道施工方法称为盾构工法。18二、盾构法施工原理目前地铁常用盾构机的类型就其稳定掌子面介质的不同，分为土压平衡盾构、泥水平衡盾构。其中土压平衡盾构根据地层条件可采用敞开式（大气压力）、气压平衡式（压缩空气）、土压平衡式（改良后的碴土）三种模式掘进。土压平衡盾构泥水平衡盾构19二、盾构法施工原理土压平衡盾构简介切口环支撑环尾盾尾刷密封管片密封刀盘土仓螺旋机主驱动推进缸人员仓管片拼装机20二、盾构法施工原理土压平衡盾构的基本原理利用盾构施加于开挖舱内渣土的压力平衡开挖面水土压力刀盘切削下来的渣土通过刀盘上的开口进入土仓，渣土在土仓内经过搅拌和渣土改良成为流塑状，盾构推进油缸的推力通过承压隔板传递给土仓内的渣土，继而传递给开挖面，以平衡开挖面处的地下水压和土压，从而保持开挖面的稳定。螺旋输送机从承压隔板的开孔伸入土仓进行排土.21二、盾构法施工原理土仓压力控制因素图增大/减小推进速度增大/减小螺旋输送机排放速度地下水压土压22二、盾构法施工原理泥水平衡盾构简介典型泥水平衡盾构的基本结构气垫仓泥水仓主机排浆泵刀盘主驱动冲刷管排浆管吸口破碎机位置管片拼装机23二、盾构法施工原理泥膜泥水平衡盾构的基本原理泥水仓气垫仓冲刷管排浆管泥水盾构采用膨润土悬浮液（俗称泥浆）作为支护材料。将泥浆送入泥水室，在开挖面上形成不透水的泥膜，通过该泥膜平衡作用于开挖面的水土压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥浆处理设备进行分离，分离后的泥水进行重新调浆，再输送到开挖面。泥水盾构适用的地质范围较大，从软弱砂质土层到砂砾层都可以使用。利用泥浆在由泥浆形成的泥膜面上的压力平衡开挖面水土压力24二、盾构法施工原理在泥水平衡的理论中，泥膜的形成是至关重要的，当泥水压力大于地下水压力时，泥水按达西定律渗入土壤，形成与土壤间隙成一定比例的悬浮颗粒，被捕获并积聚于土壤与泥水的接触表面，泥膜就此形成。随着时间的推移，泥膜的厚度不断增加，渗透抵抗力逐渐增强，当泥膜抵抗力大于正面土压时，产生泥水平衡效果。25二、盾构法施工原理泥水平衡盾构的基本原理—开挖面上的泥膜26二、盾构法施工原理泥水平衡盾构的基本原理---开挖面上的泥膜27二、盾构法施工原理泥水盾构泥浆环流输送系统DRYINGSEPARATION地面泥水分离站PREPARATIONPUMPP1BENTONITICMUDTANK进浆泵进浆管路隧道中继泵主机排浆泵排浆管路BACKUPPUMPP3PUMPP2泥浆管延伸装置28二、盾构法施工原理盾构法施工的特点近年来，随着我国经济的高速发展，盾构法作为一种安全、高效的施工方法，已经在城市地铁及其它基础设施建设领域得到了越来越多的应用，与传统的工法相比，盾构法具有如下特点：（1）安全可靠盾构法施工，所有的工序都在盾壳及衬砌好的隧道内进行，作业安全。（2）工程质量好盾构隧道衬砌采用预制砼管片及背衬注浆，衬砌质量可控，防水质量好。（3）施工速度快盾构法施工工效高，是传统施工方法的2～10倍。（4）地面沉降小盾构法施工通过土压或泥浆来平衡掌子面的水土压力，避免掌子面水土流失，从而有效的控制地表沉降。目前盾构工法在城市隧道施工技术中已确立了稳固的统治地位，且已成为一种必不可少的通用隧道施工技术。29三、盾构施工管理1土压平衡盾构法施工管理技术特点1．盾构机是集机、电、液、光于一体的技术含量高的大型隧道施工设备，性能先进、结构复杂，施工机械化、自动化程度高。2．施工系统性强，往往牵一发而动全身。3．需要土建技术与机电技术的有机结合。4．技术密集、管理要求高。30三、盾构施工管理2土压平衡盾构法施工管理的重心在于四个方面：以机器为本、以地质为本、以人为本、实施信息化管理。2．1机器因素1．选好盾构机；2．后配套力量强大，能与盾构机施工能力相匹配；3．操作规范；4．对盾构机及后配套设备了解透彻，保养维修、故障排除能力强大；设备完好率及使用率高。2．2地质因素1．清楚施工地层的分布、地层状态，地层参数充足、真实、可靠；2．方案制定、掘进参数的设定一切以地层情况为依据；3．紧跟掘进不断对前方地层进行准确判断分析，并依之及时正确调整掘进参数；4．根据地层情况，提前预测后序掘进可能发生的情况，提前做好预案准备。31三、盾构施工管理2．3人的因素1．施工人员既要了解土建技术，又要了解机电技术；2．操作及管理人员的技术素养要高、责任心要强，人员要配足。项目部施工自始自终需要团队、沟通、协作的工作态度及风貌，正常的推进需要各部门、各专业、各操作层都动起来，一切以推进为重、以集体利益为重。3．有与盾构法施工相匹配的先进的项目管理制度并严格执行；4．不断在实践中学习，不断总结提高。2．4信息化施工1．建立监测小组～盾构机操作室～地面监控分析室三方合而为一的封闭的信息环；2．监测小组全天候对地面、地面建筑物及洞内管片实施动态监测，并将结果及时通报；3．地面监控分析室全天候对掘进参数及监测资料进行分析研究，向盾构机操作室及时输出各项操作指令；4．其余施工信息融入以上信息环，与盾构掘进彼此相互作用。32三、盾构施工管理3进度管理重在以下5个方面的管理：（1）掘进前期准备工作此阶段在于完善对工程施工条件的了解及相关设计、方案的准备，主要需要按时完成：1．补充地质勘探；2．对地面建筑物、地下管线的详细调查；3．施工图纸设计；4．水管、轨枕、走道板等加工制作；5．端头加固施工；6．后配套设备的选型、采购；7．施工平面布置设计；8．始发掘进的各项技术准备工作；9．管理人员与作业层的技术培训等。此阶段准备往往在接受场地前进行，需要周密的计划安排，不能掉以轻心。33三、盾构施工管理（2）盾构机选型与制造1．详细深入地了解工程条件，特别是工程及水文地质条件，并结合工程特点、工期要求，与盾构机制造商配合，设计合理的、适应地质环境的盾构机，确保盾构机功能满足。2．与盾构机制造商密切配合，制定周密的生产计划，控制盾构机制造的各环节，确保盾构机如期交付使用。同时，与海关、运输等部门提前做好协调，确保盾构机按期到场。（3）管片生产1．管模数量选择应根据堆场大小、设计掘进速度、生产周期等确定足够。2．管模应至少在正式掘进的两月之前到场。3．掘进前的预生产数量应单台盾构机至少在400环以上。4．管片正式生产的速率应至少大于使用的速率，最好在1.3倍以上。8834三、盾构施工管理（4）循环时间的动态管理在盾构施工的各项作业中，掘进时间及碴土洞内运输时间、地面弃运的顺畅对整体进度影响很大，是抓掘进进度的关键所在。1．尽可能多的使盾构机处于正常的掘进状态，尽量减少非正常停机时间A.施工期间要不断加深对盾构机的了解；盾构机的维修、保养力量要强，不仅人要配足，技术更要过硬；日常的保养、操作检查、检验按机械使用要求做足做到位，确保盾构机的完好率及使用率始终维持在高水平。B.盾构机配件要提前配足配够。C.成立故障诊断、处理快速反应小组，快速解决出现的故障问题。D.按规范进行各种指令操作，尽量减少人为失误造成故障停机。E.两班交班时实行现场点对点、专业对专业交班；上一班最后一小时是下一班准备工作的开始，做到零时间交接班，下班接手要达到即可推进的程度。35三、盾构施工管理F.计划停机时间提前规划。尤其是对刀具检查及更换的地点提前计划确定，早做各项准备，减少换刀