盾构施工技术及质量控制

盾构施工技术及质控要点BSEM田焘2019/8/211目录盾构法隧道简述盾构构造、分类及选型盾构施工技术措施介绍盾构施工质量技术措施12342019/8/2121、盾构法隧道简述2019/8/213原理：运用盾构机挖土排土构筑隧道的工法，属暗挖法范畴。即利用盾构机在地下掘进，在其掩护下，防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，在机内安全地进行隧道的开挖和衬砌作业。三大要素：①稳定开挖面；②挖掘及排土；③衬砌作业及壁后注浆1、盾构法隧道简述2019/8/214盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集机械、电气、液压、传感、信息等技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，且需按不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。1、盾构法隧道简述2019/8/215优点•1）在盾构支护下进行暗挖，施工安全性高特点；•2）具有机械化、自动化程度高、施工速度快、劳动强度较低的特点；•3）施工时不受交通、河道、航运、潮汐、气候等条件的影响、开挖时地面沉降可控、对地面建筑物及交通、环境的影响较小、水下开挖不影响水面交通等特点；•4）在松软地层中，开挖埋深深度较大的长距离，大直径隧道，使用盾构技术施工更为安全、经济合理。•5）地下结构的抗震性好缺点•1）盾构机造价较高，隧道衬砌、运输、拼装、机械安装工艺较复杂，需设备制造、管片预制、衬砌防水、测量、盾构转移等技术配合，系统工程协调复杂；•2）隧道曲线半径特别小或隧道埋深较浅时，施工难度较大。1、盾构法隧道简述2019/8/216起源和发展史——第一代盾构1、盾构法隧道简述2019/8/217起源和发展史——第二代盾构一、盾构法隧道简述2019/8/218起源和发展史——第三代盾构一、盾构法隧道简述2019/8/219起源和发展史——第四代盾构一、盾构法隧道简述2019/8/2110盾构在我国发展历史及发展现状我国自20世纪50年代开始涉足盾构法修建隧道和管道工程，最近二十年开始大规模应用。虽然起步较晚，与国外先进国家仍存在一定差距。但由于应用前景广阔，主要吸收和采用先进技术和工艺、参考和借鉴国外成功的经验和失败的教训，所以发展较快，差距正在逐步减小。二、盾构构造、分类及选型2019/8/2111盾构的构造二、盾构构造、分类及选型2019/8/2112盾构机的构造（土压平衡）刀盘驱动系统螺旋机盾尾推进系统拼装机切口环支撑环皮带输送机二、盾构构造、分类及选型2019/8/2113盾构机的分类按切削面挡土方式分类•全敞开•半敞开式（挤压式）•密闭式（泥水、土压式）按支护地层形式的分类•自然支护式；•机械支护式；•气压平衡式；•土压平衡式；•泥水平衡式按适用土层分类•软土盾构•硬岩盾构•复合盾构按断面形状分类•圆形盾构•矩形盾构•多圆搭接形盾构•椭圆形盾构二、盾构构造、分类及选型2019/8/2114盾构机的分类二、盾构构造、分类及选型2019/8/2115盾构的选型首先考虑：地质条件和开挖面稳定其次考虑：环境、工期、造价、设计线路、现场条件、障碍物情况、可选用的辅助工法等因素综合性比选问题三、盾构施工技术介绍2019/8/2116土压平衡盾构工法技术介绍（EPB）基本原理盾构推进时，其前端刀盘旋转切削地层土体，切削下来的渣土进入土仓，当土体充满土舱时，其被动土压力与切削面水、土压基本相同，故实现切削面平衡，从而保持开挖面的稳定三、盾构施工技术介绍2019/8/2117土压平衡盾构的施工技术与管理施工工艺流程三、盾构施工技术介绍2019/8/2118土压平衡盾构工法技术介绍（EPB）土压力管理土压设定和管理方法：理论估算，经验判断，确定合理P0；精心操作，认真量测，及时反馈信息，通过出土量与地表沉降数据对P0进行调整，即对P0进行动态化管理，以适应盾构连续推进工况。（水压力+主动土压力+预备压）＜P0＜（水压力+被动土压力+预备压）三、盾构施工技术介绍2019/8/2119土压平衡盾构工法技术介绍（EPB）土压力管理土压力的调整方法a、调节螺旋机转速及出土闸门开口率b、调节盾构千斤顶推进速度c、两者组合调节三、盾构施工技术介绍2019/8/2120土压平衡盾构工法技术介绍（EPB）土体改良技术当掘进过程中遇到砂层或含水量低的硬黏土等不良地层时，土体塑流性差，需通过盾构机的渣土改良系统，注入高压水或粘土、膨润土、发泡剂等材料，通过土仓内搅拌系统充分搅拌后，从而保证盾构顺利掘进。三、盾构施工技术介绍2019/8/2121泥水平衡盾构工法技术介绍泥水循环系统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冲刷管，再输送到开挖面。泥水盾构适用的地质范围从软弱砂质土层到砂砾层都可以使用。三、盾构施工技术介绍2019/8/21管片拼装技术介绍一般每环管片有6-8块管片组成，分为A、B、K型，分别为标准块，邻接块、封顶块。可由球墨铸铁、钢结构、钢筋砼、钢板与钢筋砼的复合材料等制成的管片（衬砌）三、盾构施工技术介绍2019/8/2123管片拼装技术介绍通缝拼装一般只在隧道曲线段设置楔形管片错缝拼装设计时往往每环均为楔形管片（通过左右环宽不等的特点，管片旋转角度，可用于隧道转弯和纠偏）三、盾构施工技术介绍2019/8/2124管片拼装技术介绍管片拼装流程三、盾构施工技术介绍2019/8/2125管片拼装技术介绍管片拼装流程三、盾构施工技术介绍2019/8/2126管片拼装技术介绍螺栓紧固流程管片拼装时紧固二次复紧检验紧固三、盾构施工技术介绍2019/8/2127管片拼装技术介绍错缝拼装通缝拼装三、盾构施工技术介绍2019/8/2128盾构始发是指在始发井内利用临时组装的管片、反力台架等设备，使盾构机离开基座经井壁穿墙洞沿指定路线推进的一系列作业。盾构进洞是指在盾构机从外侧掘进进入接收井内台架的一系列作业盾构始发和进洞作业时盾构掘进施工中最容易发生事故的两道工序三、盾构施工技术介绍2019/8/2129进出洞土体加固目的保证始发时围护结构凿除后掌子面土体能够保持自稳；在盾尾进入洞门密封装置前防止洞口地层涌水涌砂三、盾构施工技术介绍2019/8/2130洞门密封止水装置作用：防止泥砂或地下水从洞门圈与盾构壳体（管片）间的空隙涌入盾构工作井内。三、盾构施工技术介绍2019/8/2131洞口止水装置三、盾构施工技术介绍2019/8/2132管片隧道同步注浆原理土体浆液浆液盾构机刀盘土体同步注浆孔4个管片浆液因盾构机外壳大于管片外径，随着盾构的推进，在管片和土体之间会出现建筑间隙。在盾构掘进过程中应采用同步注浆及时填充建筑空隙尽可能的减少盾构施工对地面的影响同时作为管片外防水和结构加强层。同步注浆原理填充空隙，稳固管片，防漏水、防止地面沉降。三、盾构施工技术介绍2019/8/2133穿越建筑物施工的同步注浆必须精确控制注浆量和注浆速率，否则将会使构筑物产生大的形变；同步注浆可采用惰性浆液或双液浆。注浆量主要依据距构筑物的位置和监测数据及时进行调整，一般为理论建筑间隙的130％－250％三、盾构施工技术介绍2019/8/2134二次注浆原理二次注浆：根据地面监测信息反馈，当同步注浆未不能填满管片与土体间隙，须及时补浆，否则会造成地面的较大沉降。管片隧道二次注浆注浆泵浆桶压力表二次注浆原理土体填料三、盾构施工技术介绍2019/8/2135管片防水原则盾构法隧道通常采用组装式衬砌，接缝数量多，防水难度大。要求高的防水等级隧道，往往采用二次内衬混凝土设计。其防水原则：以防为主，强化堵截，归口引导三、盾构施工技术介绍2019/8/2136管片防水关键环节除了管片拼装质量是隧道防水的关键环节外，接缝衬砌防水的还有四个关键环节：（1）、管片自防水：管片本体应满足抗渗设计要求和几何尺寸精度。（2）、接缝密封防水：密封垫防水、螺栓防水（3）、嵌缝防排水：嵌缝抹孔（4）、壁后注浆的防水：同步注浆和二次注浆等三、盾构施工技术介绍2019/8/2137嵌缝抹孔作业三、盾构施工技术介绍2019/8/2138止水环注浆管片隧道止水（浆）环注浆原理土体盾构机刀盘土体止水（浆）环浆液浆液下坡掘进在盾构特殊地段或特殊地质，必要时通过管片上的注浆孔进行止水（浆）注浆,。止水（浆）环材料通常用：水玻璃+水泥浆三、盾构施工技术介绍2019/8/2139盾构施工测量技术盾构姿态四要素高程平面位置倾角扭转状态盾构掘进纠偏施工过程已建隧道设计轴线盾构机纠偏曲线盾构方位纠偏曲线隧道三、盾构施工技术介绍2019/8/2141盾构施工对地层的影响和防治措施地层变形的防治措施•保持开挖面的土压力平衡•同步压浆•其他施工参数优化保持最佳盾构掘进状态•详细调查，评估•施工前做好保护措施对建筑物、管线预测和保护•加强地面变形监测及反馈•及时调整盾构掘进参数信息化施工四、盾构施工质量控制措施2019/8/2142管片制作、运输质量控制盾构进、出洞质量控制土压盾构掘进质量控制管片拼装质量控制同步注浆质量控制衬砌防水质量控制盾构法隧道施工的质量控制重点是建成的隧道实际轴线与设计轴线的一致性，管片的制造质量，管片拼装质量需符合设计要求；另外隧道的综合防水能力，隧道施工过程对地层的扰动、对周围环境的影响等也是反映隧道施工质量的重要指标2019/8/2143管片制作、运输质量•加工精度•3环试拼装•模具需定期检验和保养维修高精度钢模质量要求•高强度混凝土需严格控制原材料质量；•水泥、钢筋和预埋件质量，严格执行进场复试。•所有砼原材料须达到抗渗性和耐久性的要求；原材料质量控制•钢筋笼制作、混凝土浇筑、养护•脱模要求•允许偏差和缺陷要求•检验频率管片制作质量控制要点•场地要求•码放要求•运输要有保护措施管片运输和存放四、盾构施工质量控制措施2019/8/2144四、盾构施工质量控制措施2019/8/2145四、盾构施工质量控制措施2019/8/2146四、盾构施工质量控制措施2019/8/21471)加固效果要通过在不同部位、不同深度钻心取样等手段进行验证,确保满足设计要求；2)降低地下水位。在始发期间,端头井周围地下水位要降至洞圈以下1.5—2m,要实施实时监测,并有备用降水井和降水设备。1、进出洞土体加固及改良质量盾构始发、到达质量控制四、盾构施工质量控制措施2019/8/2148盾构始发、到达质量控制盾构机在隧道内有只能进不能退的特点,因此盾构机的质量是隧道能否顺利施工的关键,现场应有厂方经验丰富的组装和调试工程师。现场应加强对隐蔽组装部位以及盾构机出洞后不便观察检查等部位的检查验收,如刀盘安装螺栓(力矩、数量)、止水密封圈、同步注浆和渣土改良系统等。始发前主要对盾构进行部件、系统功能性、运转状况进行验收,应制定详细的验收表格,逐项验收,确保盾构机的组装调试质量。2、盾构机和配套设备质量验收控制四、盾构施工质量控制措施2019/8/2149盾构始发、到达质量控制2)出洞止水密封装置安装：帘布橡胶板上的安装螺栓必须齐全紧固,防翻卷装置加工牢固,帘布橡胶板紧贴洞门,防泥水流失。3)盾构机基座a位置及尺寸。基座设置前,应对洞中的实际净尺、平面位置、直径及高程进行复核确定基座的位置和高程。b基座的加固焊接质量,导向轨的夹角,基座的防移动加固。c考虑设计坡度和盾构机预沉降防范措施,前端应有防盾构机磕头装置。4)反力支撑系统(由临时负环管片、反力架、调节装置等部分组成)a必须尽可能地保持负环管片的真圆度。b使用钢材等按设计调整正1环与竖井坑口部位的位置关系。c负环顶部作为运输开口时,必须用钢材加固该开口。d反力架的支撑中,受力混凝土和钢构件的强度,要达到设计推力的要求。3、盾构始发工序质量控制四、盾构施工质量控制措施2019/8/2150盾构始发、到达质量控制5)始发前组织对始发条件验收，验收合格后方可进行始盾构始发发作业。验收内容：a、各项方案已编制并审批，已向工班交底；b、加固体强度、渗透系数测试满足设计要求；c、洞门、控制点已经三方复测并满足施工设计要求；d、反力架、始发架结构已通过验算并固定牢固；e