盾构

李侃闻2015年7月22日地铁盾构法施工监理工作简介目录一、盾构法的概念二、盾构机的主要工作原理三、土压平衡盾构的组成和功能四、盾构法施工的质量控制要点一、盾构法的概念近年来，国内地铁建设速度不断加快，盾构法以其安全、快速的优点被广泛应用。盾构法施工是以盾构机为隧道掘进设备，以盾构机的盾壳作支护，用前端刀盘切削土体，由千斤顶顶推盾构机前进，以开挖面上拼装预制好的管片作衬砌，从而形成隧道的施工方法。盾构机的类型有多种，根据本区间的地质特点，目前采用的是土压平衡式盾构。沿江城际站～科教城南站区间起点里程为SK8+362.828~SK9+821.830，上行线长1459.002m。下行线长1462.725m，埋深10.7~17.0m设两座联络通道，管片约2438环。阳湖路站~沿江城际站区间三条隧道，管片约529环。二、盾构机的主要工作原理土压平衡盾构的开挖土舱由刀盘、切口环、隔板及添加剂注入系统组成。将刀盘切削下来的渣土填满土舱后，在切削刀盘后面装有使土舱室内土砂强制混合的搅拌棒。借助盾构掘进油缸的推力通过隔板进行加压，产生泥土压，这一压力通过渣土及刀盘作用于整个作业面，使作业面稳定。同时用螺旋输送机排土，螺旋输送机排土量与盾构掘进出土量相适应，掘进过程中始终维持开挖土量与排土量平衡，维持土舱内土压力稳定在预定范围内。土舱内的土压力通过土压传感器进行测量，为保证预定的土压力可通过控制掘进力、掘进速度、螺旋输送机转速来控制。二、盾构机的主要工作原理当土舱内的土压力大于地层土压力和水压力时，地表将会隆起；当土舱内的土压力小于地层土压力和水压力时，地表将会下沉；因此土舱内的土压力应与地层土压力和水压力平衡，这就是土压平衡盾构机名称的由来。盾构尾部的空隙通过注浆系统进行同步注入浆液，注浆压力及数量应与地层水土压力及空隙量相适应，有效控制地表的沉降。二、盾构机的主要工作原理渣土改良工作原理土压平衡盾构维持工作面稳定的介质为渣土，为维持土舱内土压力的稳定和渣土的排出，土舱内的渣土必须具有：良好的塑性和流动性、良好的粘—软稠度，且内摩擦力和透水性较低。一般情况下渣土不一定具有这些特性，刀盘扭矩较大，渣土流动困难，在土压力作用下易压实固结，容易产生泥饼或泥团，在透水性土层中，在水的作用下渣土在螺旋输送机内排出无法形成有效的压力递减，土舱内的土压力难以稳定，因此需要对开挖后的渣土进行改良，使其具有上述特性。根据地层情况，向开挖土舱内注入泡沫、粘土或添加剂，进行强制搅拌，使渣土具有可塑性和不透水性，以使螺旋机排土顺畅，土舱内的压力容易控制和稳定。二、盾构机的主要工作原理盾构姿态控制工作原理盾构方向控制是通过掘进油缸来进行，推进油缸共22个。盾构掘进油缸分为四个区，每个区中有一个油缸配有行程传感器，测量该区油缸行程，显示油缸的伸出长度，各个区的油缸液压压力根据需要可以调节，改变油缸的伸出速度和行程来达到控制盾构的掘进方向。盾构掘进姿态通过陀螺仪系统显示，根据盾构掘进位置与理想位置的偏差情况，调节各区掘进油缸伸出速度和行程。盾构的转动控制通过陀螺仪导向系统测量，当盾构转动量超过容许值时，通过改变刀盘转向来纠正。曲线掘进时需要通过仿形刀扩挖隧道内侧，同时加大外侧区油缸掘进力来进行盾构转弯。三、土压平衡盾构组成和功能盾构机从前至后依次由刀盘、切口环（前盾）、支撑环（中盾）、盾尾。盾尾后是连接桥，连接桥与1#台车相连，1#台车后依次为2#台车、3#台车、4#台车、5#台车。台车上分别是注浆泵、浆液罐、控制室、润滑油脂泵、盾尾密封油脂泵、空压机、蓄能器、空压机，低压电缆架，高压电缆架、储气罐、空气过滤器、高压变压器、水箱、控制柜、变频柜、膨润土箱等设备。三、土压平衡盾构组成和功能盾构机主要组成部分三、土压平衡盾构组成和功能名称直径（mm)长度（mm)重量（T）备注刀盘636026前体6340350099中体6340224073盾尾6340243518三、土压平衡盾构组成和功能1）刀盘结构结构：刀盘设计如同一个带有进料槽的切削盘体，刀盘前面安装切削刀具，一个旋转连接安装于刀盘背面中心部位，用于向刀盘面输送入添加物（如泡沫剂等）。沿刀盘侧面，刀盘钢结构圆周面焊有耐磨条。功能：刀盘可沿顺时针及逆时针两个方向旋转。起到切削土层、保持土压、搅拌土仓内土体等作用三、土压平衡盾构组成和功能2）推进千斤顶：结构：推进千斤顶安装在中盾，油缸侧装于中盾前法兰上。推进千斤顶在与管片接触端装有支承靴，通过支承靴作用于6片管片一环的管片环上。功能：提供盾构机前进的推力，并且可以通过单个控制或通过分组控制以达到调整掘进方向的功能。三、土压平衡盾构组成和功能3)、尾盾、铰接油缸结构：尾盾焊接成一个整体，通过铰接式油缸与主盾体相连。尾盾驱动系统中包括铰接油缸的驱动泵。注浆管线埋于盾尾钢板中。功能：主要通过盾构机掘进姿态来进行铰接油缸的伸长量；在掘进过程中，可手动伸长或收缩铰接油缸的伸长量，调整盾构机的姿态。三、土压平衡盾构组成和功能(4)、尾盾密封与润滑结构：尾盾后部装有两室三排钢丝刷环密封，以防止地下水侵入，只有在两个密封室都充满密封油脂时，才能真正起到密封的作用，在隧道掘进过程中，要保持一定的盾尾密封的压力，当密封室内的油脂开始变得稀薄时，就必须保证有油脂被连续补充注入。功能：保证同步注浆所注的浆液不会渗漏进盾构机内，提高注浆质量。三、土压平衡盾构组成和功能(5)、土压传感器结构：压力仓内安装土压传感器。这些传感器可以在压力墙后边进行更换，不用进入泥土仓。传感器可以拆卸下来，根据所提供的测试数据进行重新校准和调试，同时盾构机也将进行相应的调整。传感器的零配件在重新调试时可以更换。功能：根据地表沉降测量的反馈信息调整土仓压力的设定，通过调整盾构机的掘进速度和排土速度之间的平衡来调节土压平衡，保证地面的稳定。三、土压平衡盾构组成和功能(6)、人闸气压调节刀具在盾构机掘进过程中会出现磨损，当磨损严重时就需要对刀具进行更换，在气压法换刀情况下需要通过人闸进行气压调节后，人员才能进入土仓进行换刀。四、盾构法施工的质量控制要点1、盾构始发前控制1.1盾构始发井及土体加固盾构始发井一般建在车站端头，结构尺寸要严格按设计要求建成。始发井后推力墙在盾构起步时，承受千斤顶巨大的反推力，因此该推力墙必须具备足够的强度和刚度，在千斤顶反推力的作用下，不产生过大变形。为了确保盾构出洞施工的安全和更好地保护附近的地下管线和建（构）筑物，盾构出洞前需对出洞区域洞口土体进行加固。根据地质情况，加固做法通常采用地面旋喷注浆法，提高土体的抗剪、抗压强度，减少地层渗透性。四、盾构法施工的质量控制要点盾构进洞时要凿除前进方向始发井壁上的地连墙，加固土体后，在凿除时地层仍能保持稳定。盾构接收井除无推力墙外，其余结构尺寸加固要求，基本同始发井。监理人员对始发井（接收井）的监理要特别关注加固范围和效果。在确保加固效果满足设计要求前提下，才能同意盾构出洞，否则应督促承包方及时采取补救措施。针对土体加固监理人员应重点关注以下三方面：四、盾构法施工的质量控制要点⑴加固土体与围护结构间隙封闭由于加固土体与围护结构之间存在间隙，监理在审查土体加固专项方案时应审查承包方是否在方案中有相应的措施，一般可采用注浆、旋喷等方法封闭该间隙，并监督承包方予以落实。⑵加固土体的强度加固土体的强度是否满足设计要求是衡量加固效果的首要指标，可通过对进出洞加固范围内不同深度土体采用钻芯取样检测的方式加以验证，监理人员应对承包方钻芯取样过程进行见证，确保取样工作的真实性。四、盾构法施工的质量控制要点⑶加固土体的均匀性检验加固土体的均匀性目前尚无相应的工具、手段，可通过打探孔方式进行观察。监理人员应监督承包方在洞口割除围护结构背土面钢筋及凿除砼后，合理布置探孔（选择有代表性部位、数量一般不少于4个），现场观察探孔有无渗漏或流砂等异常情况，作为判断土体加固效果的辅助手段。四、盾构法施工的质量控制要点1.2盾构机及后配套设备吊装、调试、井下验收大吊车进场前,大吊车设备合格证及吊车司机上岗证必须报监理审批,审批合格后,方可进场,按照吊装专项方案进行吊装,监理对盾构机吊装全过程进行安全监理,发现安全隐患和不符合吊装要求,立刻制止，保证吊装安全顺利。盾构机吊装井下施工现场后,进行安装工作。组装完毕后进行调试,调试合格后报监理验收,验收合格后投入使用。四、盾构法施工的质量控制要点盾构法隧道施工主要依靠盾构掘进机及配套设备完成掘进任务，由于受工作井内空间限制，需将盾构机及后配套台车分节吊装运至井下，并在井下安装、调试和试运转。土压平衡式盾构机及后配套设备构成主要由盾构壳体（包括刀盘及切口环、支撑环、盾尾）、推进系统、拼装系统、油脂润滑系统、监控系统等组成。监理在井下验收工作中的重点是对盾构机及后配套设备主要部件和系统检查和核对，并对试运转情况进行见证，在验收合格前提下可批准盾构机及配套设备投入使用。四、盾构法施工的质量控制要点1.3盾构始发基座设置四、盾构法施工的质量控制要点盾构始发前需将盾构机准确的搁置在符合设计轴线的始发基座上，待所有准备工作就绪后，沿设计轴线向地层内掘进施工。因此，盾构出洞前盾构始发基座定位的准确与否，直接影响到盾构机始发姿态好坏。监理在检查盾构始发基座时，应重点复核以下内容：⑴洞门位置及尺寸在基座设置前，监理人员应采用测量工具对洞口实际的净尺寸、直径、洞门中心的平面位置及高程进行复核。四、盾构法施工的质量控制要点⑵盾构始发基座位置盾构始发基座的设置依据不仅包括洞门中心的位置、还包括设计坡度与平面方向。在始发基座设置完毕，为确保盾构机能以最佳的姿态出洞。监理人员应复核基座顶部导向轨的位置（平面位置及高程），确保盾构搁置位置和方向满足设计轴线的要求，减少出洞后盾构机调整的幅度。四、盾构法施工的质量控制要点1.4后盾支撑系统安装盾构前进的动力是通过千斤顶来提供，而盾构始发时千斤顶顶力是作用在后盾支撑系统之上。一般后盾支撑体系是由钢反力架、钢支撑、临时衬砌（负环管片）等组成，监理在监督过程中应重点关注后盾支撑系统是否满足其技术要求，即后盾支撑系统必须有足够的刚度和强度，确保在顶力作用下不发生变形。四、盾构法施工的质量控制要点反力架四、盾构法施工的质量控制要点1.5洞门围护结构凿除（出洞侧）地铁盾构法隧道施工一般以车站主体结构两端端头井作为盾构始发井和接收井。盾构在始发前需对始发井出洞侧洞口围护结构进行分次凿除(一般分为两次，第一次先割除背水面钢筋及凿除围护结构砼至迎水面钢筋，第二次出洞前再清除剩余部分)，一方面清除盾构出洞前障碍，另一方面第一次凿除围护结构后通过打探孔可进一步直观的观察盾构出洞土体加固的效果。监理在洞门围护结构凿除后应对其后土体自立性、渗漏等情况进行观察，判断出洞区域土体的实际加固效果是否满足盾构安全出洞的要求。四、盾构法施工的质量控制要点1.6盾构出洞装置安装由于隧道洞口与盾构之间存在建筑间隙，易造成泥水流失，从而引起地面沉降及周围建筑物、管线位移，因此需安装出洞装置。一般包括帘布橡胶帘幕、扇形压板及相应的连接螺栓和垫圈等。监理应重点对帘布橡胶板上所开螺孔位置、尺寸进行复核，对出洞装置安装的牢固情况进行检查，确保帘布橡胶板能紧贴洞门，防止盾构出洞后同步注浆浆液泄漏。四、盾构法施工的质量控制要点洞门圈上的帘布橡胶帘幕、扇形压板四、盾构法施工的质量控制要点1.7盾构始发出洞盾构出洞准备工作就续后，盾构从始发基座导轨上应及时向前推进，使盾构切口切入土层直至盾构壳体进入洞口的过程称为“盾构始发出洞”。该关键环节监理应进行旁站监督，并重点做好以下工作：⑴观察割除围护结构迎水面钢筋后盾构机应迅速靠上洞口正面土体。⑵观察盾构出洞期间洞口有无渗漏的状况，发现洞口渗漏督促承包单位及时封堵。⑶检查前仓土压力设置是否合适，观察土仓有无砼块，发现后督促承包单位及时清除。⑷第一环正环拼装前检查零环管片的拼装位置。四、盾构法施工