盾构法施工简介-中铁隧道

盾构法施工简介开放交流合作共赢一、概述盾构机是集机、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。盾构法施工系统性强，往往牵一发而动全身。1、盾构隧道施工一般经历的五个阶段盾构机制造、下井、组装、调试、验收等和盾构始发准备；盾构始发和试掘进；盾构正常段掘进；盾构到达段掘进和盾构到达；盾构解体、吊出等。一、概述2、三个主要工序开挖出土管片拼装同步注浆3、每一循环的两个过程开挖与同步注浆管片拼装与土料运输4、三个控制要点开挖面的稳定盾构沿设计路线高精度推进（盾构姿态、隧道方向）管片作业2005-12-30-80-深圳地铁三号线投资公司一期工程概况一、概述二、盾构法施工流程盾构总体施工流程始发井交付使用→盾构始发架就位→盾构机下井、安装、调试→初始掘进（L=80~100m）→负环拆除及其它辅助设备调整→正常掘进→盾构机到达中间站→盾构机通过中间站→盾构机再次安装、调试→盾构机再次初始掘进→正常掘进→盾构机到达终点站→盾构机解体外运→隧道清理准备验收盾构机下井盾构机就位调试初始掘进正常掘进到达车站过站再次始发到达终点站盾构机解体外运设备调整始发端头加固反力架安装洞门密封圈安装洞门围护墙凿除到达端头加固洞门密封圈安装盾构机托架再次就位调试始发站中间站到达站二、盾构法施工流程三、盾构机下井、组装及调试1、准备工作盾构机制造、厂内组装验收等完成。盾构机运输至工地。盾构始发准备应具备条件。主要有：始发托架安装、轨道安装、洞门密封装置安装、盾构端头加固、反力架安装、起吊设备到位等工作。三、盾构机下井、组装及调试2、盾构机组装、调试程序主机定位及与后配套连接后配套拖车吊装与管线连接空载调试负荷调试井下轨道及始发基座的准备安装反力架主机吊装与连接组装场吊机组装就位地的准备安装负环管片三、盾构机下井、组装及调试3、盾构机下井、组装step1—组装始发台、托架盾构运输到施工场地;组装盾尾、焊接盾尾及盾尾密封刷;组装台车,临时托架吊入井内;洞内铺设轨道。step2—组装台车、桥架依次吊入后续台车；进行桥架组装;桥架吊入井内。盾构支撑架始发台盾构支撑架吊装一号台车二号台车三号台车四号台车五号台车三、盾构机下井、组装及调试step3—吊装螺旋输送机完成桥架与后配台车的连接。螺旋输送机吊入井内。step4—吊装中盾螺旋输送机后移;中盾吊入井内。中体三、盾构机下井、组装及调试step5—组装前盾与中盾前盾吊入井内。step6—组装刀盘前盾与中盾的连接;刀盘吊入井内;中体前体中体前体三、盾构机下井、组装及调试step7—组装管片拼装机、盾尾主机连接及前移;管片拼装机及盾尾的吊入井内及拼装。step8—组装螺旋输送机螺旋输送机前移;螺旋输送机吊起及组装。前体中体盾尾三、盾构机下井、组装及调试step9—设备连接、安装反力架连接各台车的管线；反力架吊入井内；安装反力架；盾构机设备的连接。step10—完成组装、准备始发完成组装;盾构机调试,准备始发。吊装反力架三、盾构机下井、组装及调试12台车、桥架下井组装三、盾构机下井、组装及调试三、盾构机下井、组装及调试盾构主机下井组装4、盾构机调试（1）空载调试：盾构机组装和连接完毕后，即可进行空载调试。主要调试内容为：液压系统，润滑系统，冷却系统，配电系统，注浆系统，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。（2）负载调试：空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负载调试。负载调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力。使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。负荷调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程安全、工程质量和隧道线型。三、盾构机下井、组装及调试四、盾构始发1、盾构始发方法四、盾构始发①整机始发②分体始发2、盾构始发流程3、盾构始发要点始发准备要充分始发部位地层加固始发基座始发反力架洞门凿除洞门密封负环管片拼装盾构掘进参数控制盾构姿态与方向控制安装盾构始发基座封堵墙第一次凿除始发部位地层加固盾构机组装盾构机调试封堵墙第二次凿除盾构机始发推进与负环管片安装盾尾通过洞门密封后进行注浆回填盾构掘进与管片安装安装反力架与洞门密封装置安装负环管片、定位四、盾构始发始发部位地层加固主要方法深层搅拌、旋喷桩、SMW、注浆、降水、冻结四、盾构始发18加固范围及强度计算粘性土加固区强度及厚度计算示意图加固区高度计算示意图加固区宽度计算示意图加固区强度及厚度计算示意图加固区高度计算示意图加固区宽度计算示意图砂性土MMMMKrdd)(21221DHMiid332DMd22DCMr2DCMrCHaCRR2ln2lnaHaBcos)(1KrEtmax219•封门制作•沉井：钢板桩；蛭石、珍珠岩膨胀水泥混凝土、砖砌体、泡沫混凝土•连续墙：墙中预留轻质低强混凝土塞、局部浇注GFRP玻璃纤维和树脂热融合的玻璃纤维筋、碳纤维筋代替普通混凝土•封门的破除：手工、爆破四、盾构始发3%0图6.3盾构机始发工作图（一）赤岗站西端结构纵剖面图盾构机始发示意图T1T2反力架基准环回填混凝土临时管片盾构机始发托架预埋25吊环线路中心线（隧道中心线）预埋25吊环预埋钢板700X25X20载重5t图6.4盾构机始发工作图（二）1T7T6T5T4T3T2T1临时管片盾构始发示意图四、盾构始发四、盾构始发四、盾构始发盾构预埋钢环板A帘布橡胶密封板折叶压板固定螺栓固定螺栓预埋钢环板A固定螺栓管片折叶压板折叶压板管片注浆浆液进洞前状态盾构进洞时状态管片拼装后的状态16固定环板B90°M20内衬90°预埋钢环板AM2490°M20内衬内衬16固定环板B16固定环板B四、盾构始发24五、盾构掘进模式和参数确定1、掘进模式选择土压平衡盾构一般有土压平衡模式、敞开模式及半敞开模式三种掘进模式，应根据土压平衡盾构类型、盾构隧道围岩的工程地质和水文地质条件、施工环境等因素，综合判断、选择不同的掘进模式。（1）围岩为自稳定性差的地层或可能有较大涌水等地质地段，宜用土压平衡模式掘进。（2）围岩为稳定性好的岩石地层或地下水少的软土地层，宜用敞开模式掘进。（3）围岩处于软硬不均或具有一定自稳能力且地下水压力不太高的地层，宜用半敞开模式掘进。（4）遇到地层变换较大时应及时转换模式掘进。土仓压力分布Ⅰ.Ⅱ类围岩、断层及其影响带、敏感建筑物土仓压力分布Ⅳ.Ⅴ类围岩、部分Ⅲ类围岩土仓压力分布部分Ⅲ类围岩,重要建筑物压缩空气土压平衡模式敞开模式半敞开模式五、盾构掘进模式和参数确定2、掘进主要参数确定要点土压平衡模式掘进时设定的土仓压力应与作用在开挖面上的水土压保持平衡。应根据地质、覆土厚度并结合环境监测数据调整，比较理论计算土压力与实际设定土压力来判断实际设定土压力是否合理。掘进速度设定时应考虑刀盘进入土体的贯入度、刀盘转速及盾构设备出土能力等因素。推力应根据埋深条件、地层土质、地下水及管片特征等条件分情况计算确定。扭矩应根据埋深条件、地层土质、地下水及管片特征等条件分情况计算确定。同步注浆压力应与覆土压力相当；同步注浆量应根据管片与围岩间隙计算确定，实际注浆量宜大于计算注浆量。应根据试掘进和监测情况，对掘进参数进行调整优化。五、盾构掘进模式和参数确定六、盾构试掘进1、盾构试掘进为正常掘进控制提供依据，主要目的：应收集盾构掘进数据及地层变形测量数据；判断掘进参数是否适当；及早把握盾构掘进方向控制特性；盾构机磨合并进一步调试。2、试掘进长度的确定应考虑管片与周围地层的摩擦阻力和后续台车长度，试掘进结束后要拆除临时管片、始发基座和始发反力架等，盾构的掘进反力由管片与周围地层的摩擦阻力承担，掘进长度L＞F/2πrf式中：L—从始发井开始的管片长度（m）；F—盾构千斤顶推力（N）；r—管片外径(m)；f—注浆后管片与地层的摩擦阻力（N/m2）六、盾构试掘进七、盾构正常段掘进1、正常段掘进控制通过试掘进段的地基变形监测的结果确定的在不同地质地层中盾构推进的各项参数的调节控制方法。测定和统计不同地层条件下推力、扭矩的大小；盾构机姿态的控制特点；同步注浆的参数和浆液配合比；同步注浆中容易出现的问题及解决方法；各种刀具的适应性等。选定六个施工管理的指标（①土仓压力；②推进速度；③总推力；④排土量；⑤刀盘转速和扭矩；⑥注浆压力和注浆量）来进行掘进控制管理。七、盾构正常段掘进2、盾构掘进流程准备工作→转动刀盘→启动次级运输系统（皮带机）→启动推进千斤顶→启动首级运输系统（螺旋机）→回填注浆→停止掘进→安装管片→准备下一环掘进开始设定土仓压力值设定刀盘扭矩、转速设定泡沫、膨润土注入参数设定千斤顶速度设定螺旋输送机转速刀盘扭矩为上限土压力10与1是否相符渣土塑流性满足要求盾构机姿态正确地表沉降在允许范围内继续掘进调整泡沫及膨润土注入参数否调整螺旋输送机转速及出料口仓门调整掘进参数或进行二次注浆土压平衡盾构机操作控制程序是是是否否是是否调整掘进参数否掘进七、盾构正常段掘进拼装管片（1）：落地块位置千斤顶回缩，拼装落地块盾构推进：在保持正面压力平衡条件下，边推进边出渣，顶进一环拼装管片（4）：拼装封顶块拼装管片（2）：标准块位置千斤顶回缩，拼装标准块管片现场堆放：检查修补破损，粘贴止水橡胶条、传力衬垫拼装管片（3）：邻接块位置千斤顶回缩，拼装邻接块管片垂直运输：用龙门架将管片装运到电瓶车上管片水平运输（1）：用电瓶车将管片运至盾构机内千斤顶顶进：千斤顶顶进一环环宽距离泥浆注入：在保持正面压力一定的情况下，不断注入新鲜泥浆管片水平运输（2）：用单轨葫芦吊沿导梁将管片运至工作面泥浆运输：用泥浆排送管路将泥浆运送至泥浆处理设备,处理排放穿连接螺栓及嵌缝：将管片连成整体隧道衬砌,并做嵌缝堵漏处理.壁后注浆：用惰性或活性浆液填塞管片壁后空隙，并用以防水封堵手孔：用同色混凝土封堵手孔，防止穿孔螺栓生锈腐蚀二次紧固穿孔螺栓：将螺栓拧紧，增加隧道刚性铺设道轨及管路：盾构机前进同步铺设电瓶车及机架道轨以及相应管路二次注浆：对局部隧道渗漏点进行二次注浆防水预拌注浆浆液：在工作井附近拌制壁后注浆浆液壁后注浆浆液运输：用管路将浆液运至注浆桶3、盾构掘进施工要点掘进前根据地质状况、地表环境、盾构姿态、施工监测结果制定、下达当班盾构掘进作业指令，并准备好同步注浆、管片拼装工作。严格按照盾构设备操作规程、安全操作规程以及当班的掘进指令控制盾构掘进参数与盾构姿态。掘进施工时应根据围岩条件正确地使用盾构千斤顶，在确保围岩稳定的同时沿隧道设计线路正确地进行。注浆与掘进的同步进行，及时根据信息反馈情况调整注浆参数。按规定进行监控量测、盾构与管片姿态人工复核测量。严防出现盾构姿态突变。应尽量防止横向、竖向和转动偏差的发生，用测量数据修正盾构姿态，尽早进行“蛇行”修正。应根据地层条件适当注入添加剂改善碴土的塑流性，同时应慎重管理土仓压力和排土量。采用适合的排土方法，排土设备的配置应满足掘进能力。盾构暂停施工时应制定稳定开挖面的专项措施。七、盾构正常段掘进4、盾构姿态、盾构隧道方向控制要点采用自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态测量监控。采用分区操作掘进油缸来调整盾构机姿态，使盾构的掘进方向趋向隧道的设计中心线。在曲线段和变坡段，必要时利用盾构超挖刀进行局部超挖、在轴线允许偏差范围内提前进入曲线段掘进施工。盾构在调整方向的过程中不能有太大的趋势。当盾构处于水平线路掘进时，宜使盾构保持稍向上的掘进姿态，以防止盾构因自重而产生的栽头现象。应正确进行管片选型，控制拼装质量与精度，以使管片端面尽可能与计划的掘进方向垂直。施工中定期测量管片直径与圆度﹑管片平面和高程偏差以及前沿里程成环情况等，及时反馈信息指导管片拼装施工。测量控制系统如下：七、盾构正常段掘进整个系统的组成情况及各个部件之间的相互关联。七、盾构