盾构技术

——始发接收2目录盾构机始发技术盾构机接收技术3主要内容•第一部分盾构机始发技术•1、盾构机始发流程•2、端头井洞门土体加固•3、洞门凿除•4、始发架与反力架安装•5、洞门密封装置安装•6、铺轨•7、盾构始发•8、常见问题的预防及处理•第二部分盾构机的接收及接收新技术45盾构始发流程图端头土体加固6端头井土体加固•概述盾构始发到达之前，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”、“插板法”等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和环境具体情况而定，并且严格控制整个加固过程端头土体加固7端头土体加固8按国家标准《地基与基础工程施工及验收规范》执行注意6点：加固深度范围内土体的每一点均能经过20次以上成桩垂直度偏差不超过1％人工记录与仪器监测记录同时进行桩与桩搭接长度桩顶标高桩深应满足设计要求成桩后试块的试压强度不得小于设计要求值补加固强度必须达到设计要求搅拌桩施工质量控制端头土体加固9水泥：视浆液类型－普通型早强型抗渗型等进行选用拌浆用水：要求清洁无劣质无侵蚀性酸碱度适中外掺剂：促凝、早强：可外掺2％～4％氯化钙或3％～5％三乙醇胺，食盐1％及氯化钙2％～3％。提高抗渗性能，初凝快，终凝时间长：可外掺2％～4％水玻璃，10％～50％膨润土。浆液：要控制在初凝时间内使用不得超时端头土体加固旋喷桩施工质量控制10施工过程按要求作好施工记录开挖检查：待浆液达到一定强度，即可开挖土体检查成桩的垂直度、桩间结合状况及桩径大小钻孔检查：在已旋喷好并固结完成的桩体中取芯样，做成标准试件进行室内物理力学性能试验。下喷管前先检查喷嘴及喷浆口是否畅通再作喷浆试验当浆压符合设计要求时方可下管施工中经常测试浆液比重(浓度)做好记录端头土体加固旋喷桩施工质量控制11端头土体加固12端头土体加固13端头土体加固14端头井加固本公司职工24小时负责地基加固旁站工作尤其是水泥的掺量桩的位置垂直度和搭接情况并且对围护结构和加固体之间加固的夹档和两侧包角要进行重点监控进场加固一旦发觉钻头抱钻、喷嘴堵塞，安全阀和管路接头密封泄漏或压力过低，油管破裂漏油，注浆压力、有些高压管路未清洗彻底，浆液出现沉淀或其他杂物堵塞，造成浆液流量不够，加固体密实性差，造成浆液供应中断，出现断桩等等异常情况，旁站人员要严格指正关注事项：15地基加固检测垂直取芯（提前一个月）端头井加固16水平探测检查孔•选择可能出现的薄弱环节进行钻孔检查，其中4、5、2、7号孔检查开孔以45度角向外倾斜（见图）。检查孔无涌泥、涌砂，不塌孔，涌水量小于0.2L/min·m端头土体加固•水平探孔取芯情况(格式)见表17•洞门水平探孔位置示意图端头土体加固18序号孔号探孔深度地质情况备注1J14m0-4m水泥体，水泥色，含黄色砂土较少，浆液对砂土包裹较好，扩散较为均匀，芯体密实，有一定强度，成孔后无水0-4m取芯2J24m0-4m水泥体，水泥色，含黄色砂土较少，芯体较为完整，芯体密实，有一定强度，成孔后无水。0-4m取芯3J34m0-0.3m黄色砂土含量大，芯样可见浆脉，密实；0.3-3.4米，水泥体，砂土基本被浆液包裹；3.4-4砂土含量大，成块，密实，干燥，成孔后无水。0-4m取芯4J44m0-1m基本为水泥体，夹少量砂土；1-2.5m水泥体夹土，土含量稍大；2.5-4m基本为水泥体，成孔后无水。0-7m取芯5J54m0-1m基本为水泥体，芯体干实；1-2m土含量稍大，芯体干实，成孔后有清水，水量0.086m3/h。0-4m取芯6J64m0-3m水泥体，3-4m水泥体夹极少量砂土，较干，成孔后无水0-4m取芯7J74m0-1.5m基本为水泥体，1.5-2m水泥体夹土土含量较少；2-4m基本为水泥体，成孔后无水。0-4m取芯8J84m0-2.5m基本为水泥体，水泥色，较为破碎，但呈薄片块状，强度较高；2.5-4m含水率有所增加，芯样完整，水泥色，成孔后无水。0-4m取芯9J94m0-2m基本为水泥体，水泥色；2-3m黄色砂土含量增多，干实；3-4m水泥夹沙，芯体呈薄片状，成孔后无水。0-4m取芯端头土体加固19J4检查孔情况J2检查孔情况J3检查孔情况J6检查孔情况J5检查孔情况J1检查孔情况端头土体加固水平取芯情况20•根据垂直和水平取芯情况，进行洞门加固评价。一般在盾构始发或到达前7～10天开始洞口围护结构的切除。施工一般分两次进行，第一次先将围护结构主体外层凿除，保留内层围护结构的钢筋和保护层，在盾构始发或到达前将剩余部分凿除。洞门凿除•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、混凝土侵入洞门轮廓范围之内。21吊装孔地下连续墙围护结构洞门凿除洞门凿除22洞口凿除顺序先下后上23剥除第一层钢筋24凿除第一层钢筋与第二层钢筋间混凝土25钻孔桩围护结构洞门凿除•洞门第一次凿除，如下图：22006620说明：洞门凿除顺序严格按照图示分块进行。2200875496213800说明：1、阴影部分为第一次凿除部位，保留外排钢筋和保护层。2、剩余部分为第二次凿除部位。洞门凿除26洞门第二次凿除凿除剩余部分的混凝土，使围护桩的钢筋完全外露，以便第三次切割。洞门凿除27洞门第三次割除钢筋盾构机推进正常时，派专业切割人员快速切割剩余的围护桩钢筋，盾构机快速跟进。洞门凿除28第一步，预埋件安装1、始发架预埋件形式，如图所示；预埋件平面预埋件剖面始发架与反力架安装2、埋设方式和埋设位置，根据线路形式和托架的设计来确定，颐和园的预埋件布置如图所示。29第二步始发架定位1、始发架平面位置确定2、始发架垂直位置确定。12071925轨截面中心线过圆心且垂直与轨面18211329H150×150钢H150×150钢H175×175钢EEH150×150钢I25252089751100256325225251325325256110097520813291821192525195302253900隧道中心线始发架与反力架安装303、预埋件的布置R31309751821110013291925轨截面中心线过圆心且垂直与轨面19819252082302303021951232C-C25B251335BH150×150钢13291821H175×175钢97511002082525IH150×150钢H150×150钢EE预埋件位置预埋件位置始发架与反力架安装31始发托架的定位始发架与反力架安装32第三歩始发架加固盾构始发之前，必须对始发台两侧进行必要的加固。加固的方式见下图：始发架与反力架安装33反力架安装盾构遂道洞门3409009071098006710件2325062406260负环管片隧道设计轴线盾构机轴线9001610752253301800设计轨面线10mm的找平层2252010940752106500件1325071090200753410车站中板12250始发架与反力架安装34反力架示意图始发架与反力架安装35始发架与反力架安装36盾构机半环始发示意图始发架与反力架安装37安装反力架及负环管片示意图始发架与反力架安装38洞口密封是为盾构在始发时防止背衬注浆砂浆外泄所用按种类：压板式和折叶式，折叶式越来越被人们所认可。洞口密封施工分两步：第一步做好始发洞门预埋件的埋设工作，注意在埋设过程中预埋件必须与车站结构钢筋连接牢固；第二步在盾构正式始发之前，应先清理完洞口的碴土，再完成洞口密封的安装。洞口密封装置安装由于洞圈与盾构外径有一定的间隙，需在洞圈周围安装由橡胶帘布、扇形压板等组成的密封装置。39安装止水帘幕洞口密封装置安装40洞口密封装置安装41盾构始发防水装置图42轨道铺设一般分两期：第一期：盾构始发阶段的轨道铺设线型；第二期：盾构正常掘进阶段的轨道铺设线型。轨道铺设43一期轨道铺设线型轨道铺设44二期轨道铺设线型轨道铺设45盾构始发46空载推进控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量推进的同时，检查盾构是否与始发架、始发洞门发生干涉或是否有其他异常事件或问题的发生始发时要密切注意始发基座、反力架的变形，发现异常，及时采取措施。盾构始发47盾构机始发管片拼装•盾构机始发在反力架和洞内正式管片之间安装7-9环负环管片（全部为闭口环），反力架与临时管片之间设一环钢管片作为基准环，每环临时管片分块数与标准管片相同，依次安放在托架上。并在内、外侧采取手拉葫芦将钢丝绳拉紧和钢管支撑等加固措施，以保证在传递推力过程中管片不会浮动变位。•负环管片与始发基座采用木锲子将管片垫实牢靠。盾构始发48洞口注浆封堵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。盾构始发49隧道内注浆浆液有可能注不满洞门间隙，所以在钢板上下左右4～5个位置开设注浆孔进行补压浆盾构始发50盾构始发51试验段掘进参数计算•盾构推力偏小时，土体处于向下滑动的极限平衡状态（见图1）。此时，土体内的竖直应力σz相当于大主应力σ1，水平应力σa相当于小主应力σ3水平应力σa为维持刀盘前方的土体不向下滑动所需的最小土压力，即土体的主动土压力：•σa=σztan2（45°-φ/2）-２Ctan（45°-φ/2）•式中，σz为深度z处的地层自重应力；c为土的粘聚力；z为地层深度；φ为地层内部摩擦角。参数设定52滑动面滑动面滑动方向R•主动土压力参数设定53•盾构的推力偏大时，土体处于向上滑动的极限平衡状态（见图2）。此时，刀盘前方的土压力σp相当于大主应力σ1，而竖向应力σz相当于小主应力σa。•σp=σ1=σztan2（45°+φ/2）+２ctan（45°+φ/2）参数设定54被动土压力滑动面滑动方向R滑动面参数设定55参数设定土仓压力=水压力+土压力56土仓压力水压力+土压力导致地面隆起参数设定57参数设定土仓压力水压力+土压力导致地面沉降58参数设定技术难点－压力平衡59参数设定•土仓压力主要受下列因素影响：掘进速度、开挖土量、土体改性所用添加剂的量。•在一定速度下进行掘进时通常可以通过改变螺旋输送机的速度来控制土压。当螺旋输送机转速较快时泥土就会迅速被运出去，这时土压就会降低，相反土压就升高。•通常也可以通过改变掘进速度来控制土压，减小掘进速度土舱中的土压会降低，相反会升高。60加固效果不好采取的主要措施是必须根据端头土体情况选择合理的补加固方法，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。常见问题的预防与处理开洞门时失稳主要表现：土体坍塌和水土流失，其主要原因是端头加固效果不好。小范围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61•始发后盾构机“磕头”•在盾构机抵达掌子面及脱离加固区时容易出现盾构机“磕头”的现象，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“磕头”或减少“磕头”的影响，安装防“磕头”装置。常见问题的预防与处理•洞门密封效果不好•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，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。62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。•反力架的预埋件及斜撑要坚固牢靠。要有计算书。地面沉降较大由于始发施工的特殊性，盾尾进入洞门5环后才能进行同步注浆，这段时间不能及时充填建筑空隙，故始发阶段的地面沉降值均较大，因此在始发阶段需尽