盾構(gòu)的原理、施工技術(shù)及發(fā)展方向

盾構(gòu)的原理、施工技術(shù)及發(fā)展方向2016年4月中鐵十局集團(tuán)有限公司

目錄1、盾構(gòu)機(jī)的原理2、盾構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)和注意事項(xiàng)3、盾構(gòu)施工的發(fā)展方向1.1、盾構(gòu)機(jī)簡述盾構(gòu)機(jī)主要由開挖系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、排土系統(tǒng)、管片拼裝系統(tǒng)、油壓、電氣、控制系統(tǒng)、姿態(tài)控制裝置、導(dǎo)向系統(tǒng)、壁后注漿裝置、后方臺(tái)車、集中潤滑裝置、超前鉆機(jī)及預(yù)注漿、鉸接裝置、通風(fēng)裝置、土碴改良裝置及其他一些重要裝置如盾殼、穩(wěn)定翼、人閘等組成。盾構(gòu)機(jī)全長74.3米，全重500噸，從前往后依次為盾構(gòu)本體（刀盤、前體、中體、盾尾三部分）、連接橋架、1?！?＃臺(tái)車。1、盾構(gòu)機(jī)的原理

盾構(gòu)本體（刀盤、前盾、中盾、盾尾組成）

連接橋架

1#臺(tái)車

2#臺(tái)車

3#臺(tái)車

5#臺(tái)車

4#臺(tái)車

1.2、盾構(gòu)機(jī)的原理盾殼支承著圍巖并保護(hù)著刀盤旋轉(zhuǎn)，在千斤頂推力的作用下，刀盤上被切割、破碎的碴土，經(jīng)過開口進(jìn)入密閉室，當(dāng)密閉室內(nèi)的泥土壓力與開挖面壓力取得平衡的同時(shí)，端部伸入密閉室下部的螺旋輸送機(jī)開機(jī)排土，控制螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速或者盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度，達(dá)到密閉室內(nèi)的泥土壓力與開挖面壓力的動(dòng)態(tài)平衡。碴土通過配套的運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)至洞外。盾構(gòu)機(jī)原理演示.wmv2、盾構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)和注意事項(xiàng)

盾構(gòu)法施工是在隧道某段的一端建造工作井以供盾構(gòu)機(jī)安置就位，盾構(gòu)機(jī)從工作井的墻壁開孔處出發(fā)，沿著設(shè)計(jì)軸線向另一端掘進(jìn)，盾構(gòu)總體施工流程為：始發(fā)井交付使用→盾構(gòu)托架就位→盾構(gòu)機(jī)下井、安裝、調(diào)試→初始掘進(jìn)（L=80~100m）→負(fù)環(huán)拆除及其它調(diào)整→正常掘進(jìn)→盾構(gòu)機(jī)到達(dá)中間站→盾構(gòu)機(jī)通過中間站→盾構(gòu)機(jī)再次安裝、調(diào)試→盾構(gòu)機(jī)再次初始掘進(jìn)→正常掘進(jìn)→盾構(gòu)機(jī)到達(dá)終點(diǎn)站→盾構(gòu)機(jī)解體外運(yùn)→隧道清理準(zhǔn)備驗(yàn)收2.1、端頭加固技術(shù)和注意事項(xiàng)盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)出洞時(shí)，工作面將處于開放狀態(tài)，這種開放狀態(tài)將持續(xù)較長時(shí)間。如果處理不當(dāng)，地下水、流砂、涌泥等就會(huì)進(jìn)入工作井，嚴(yán)重情況下會(huì)引起洞門塌方。加固的目的：提高端頭土體強(qiáng)度，堵塞顆粒的間隙和地層的水，確保盾構(gòu)機(jī)始發(fā)和到達(dá)的安全。（1）、控制地表沉降，端頭不坍塌。（洞門破除期間，始發(fā)階段）（2）、盾構(gòu)始發(fā)進(jìn)入加固體，或盾構(gòu)到達(dá)穿過加固體時(shí)水土不大量流失。（3）、重型機(jī)械作用時(shí)土體的承載力。（主要指盾構(gòu)吊裝期間）加固的要求：（1）、洞門破除后能有效的抵擋洞門處的水土壓力；（2）、能有效的封堵洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)的滲水；（3）、盾構(gòu)能較易破除加固體；盾構(gòu)始發(fā)發(fā)時(shí)圖片片2.1.1端頭加固固的方法法端頭加固固可以單單獨(dú)采用用一種工工法或多多種工法法相結(jié)合合的加固固手段，，主要取取決于地地質(zhì)情況況、地下下水、覆覆蓋層厚厚度、盾盾構(gòu)機(jī)直直徑、盾盾構(gòu)機(jī)型型、施工工環(huán)境等等因素。。同時(shí)考考慮安全全性、施施工性方方便、經(jīng)經(jīng)濟(jì)性、、進(jìn)度等等。攪拌樁工工法：通過攪拌拌樁使端端頭土體體凝聚力力和內(nèi)摩摩擦角改改變，主主要適用用于淤泥泥、粘土土層和砂砂層，但但在砂層層加固效效果差，，須與旋旋噴樁等等工法配配合使用用。該方方法受國國產(chǎn)設(shè)備備性能限限制，一一般在14m深度以下下加固效效果很差差。它的的優(yōu)點(diǎn)是是工程造造價(jià)低。。易出問問題：加加固不連連續(xù)，加加固體強(qiáng)強(qiáng)度偏低低，吊鉆鉆頭。旋噴樁工工法（單重管管、雙重重管、三三重管））：對(duì)于于砂層改改良效果果好，也也適用于于淤泥、、粉土、、粘土層層，但砂砂礫地基基和粘著著力大的的粘土有有時(shí)不能能形成滿滿意的改改良樁，，施工深深度在40m以下時(shí)，，效果較較差。注漿工法法：主要適用用于深度度較深的的砂質(zhì)地地層、砂砂礫層，，地層較較好的地地段或與與攪拌樁樁等工法法相結(jié)合合，對(duì)于于水量不不大的地地段進(jìn)行行加固止止水?？煽蛇M(jìn)行單單液和雙雙液注漿漿，同時(shí)時(shí)可進(jìn)行行跟蹤注注漿。2.1.2端頭加固固的注意意事項(xiàng)（1）、選擇擇合理的的端頭加加固的方方法（決決定加固固是否成成功的關(guān)關(guān)鍵）（2）、做好好加固前前的準(zhǔn)備備工作（（必須充充分理解解工作井井洞口周周圍地層層的土質(zhì)質(zhì)情況，，掌握各各層土的的主要物物理力學(xué)學(xué)性能指指標(biāo)、所所影響區(qū)區(qū)域的地地面；地地下建筑筑物、構(gòu)構(gòu)筑物、、公眾設(shè)設(shè)施、地地下管線線等的調(diào)調(diào)查））（3）、樁身身垂直度度不夠，，樁身偏偏斜，加加固體不不連續(xù)，，樁間不不咬合；；（4）、砂砂層中施施工參數(shù)數(shù)選取不不合理，，達(dá)不到到預(yù)想的的加固效效果?？煽赏ㄟ^試試樁和調(diào)調(diào)整施工工工藝解解決。（5）、夾層層的處理理措施不不當(dāng)；（6）、端頭頭加固的的實(shí)施時(shí)時(shí)間、完完成時(shí)間間盡可能能提前；；（7）、抽芯芯后未回回灌砂漿漿密實(shí)；；2.2、盾構(gòu)機(jī)機(jī)始發(fā)掘掘進(jìn)技術(shù)術(shù)和注意意事項(xiàng)盾構(gòu)始發(fā)發(fā)是盾構(gòu)構(gòu)施工的的關(guān)鍵環(huán)環(huán)節(jié)之一一。其主主要內(nèi)容容包括：：盾構(gòu)機(jī)機(jī)始發(fā)托托架的定定位安裝裝、盾構(gòu)構(gòu)機(jī)及后后續(xù)臺(tái)車車的下井井安裝及及調(diào)試、、安裝密密封膠圈圈、安裝裝負(fù)環(huán)管管片、盾盾構(gòu)機(jī)試試運(yùn)轉(zhuǎn)、、拆除洞洞門臨時(shí)時(shí)墻、盾盾構(gòu)機(jī)加加壓和掘掘進(jìn)等。。在盾構(gòu)機(jī)機(jī)始發(fā)之之前一定定要掌握握盾構(gòu)機(jī)機(jī)操作規(guī)規(guī)程，嚴(yán)嚴(yán)格按規(guī)規(guī)程操作作。拖架拖架密封圈洞門破除除盾體組裝裝盾構(gòu)機(jī)始始發(fā)掘進(jìn)進(jìn)的注意意事項(xiàng)（1）、破洞洞門時(shí)失失穩(wěn)主要要表現(xiàn)為為土體坍坍塌和水水土流失失，其主主要原因因就是端端頭加固固不好所所致。在在小范圍圍的情況況下，可可邊破除除洞門砼砼，邊噴噴素砼的的辦法對(duì)對(duì)土體臨臨空面進(jìn)進(jìn)行封閉閉。對(duì)于于坍塌失失穩(wěn)情況況嚴(yán)重，，只有封封閉洞門門，重新新加固。。（2）、洞門門密封的的主要目目的是減減少土體體流失，，其主要要原因也也是端頭頭加固不不好和洞洞門密封封安裝精精度不高高所致。。在始發(fā)發(fā)過程中中發(fā)現(xiàn)洞洞門密封封效果不不好時(shí)，，及時(shí)通通過調(diào)整整配合比比，使注注漿后及及早封閉閉，也可可以采用用在洞門門密封外外側(cè)向洞洞門內(nèi)部部注快凝凝的雙液液漿的辦辦法來解解決。（3）始發(fā)推推進(jìn)過程程，在盾盾構(gòu)刀盤盤到達(dá)掌掌子面及及脫離加加固區(qū)時(shí)時(shí)，容易易出現(xiàn)盾盾構(gòu)機(jī)“磕頭”現(xiàn)象，根根據(jù)地質(zhì)質(zhì)條件的的不同，，有可能能出現(xiàn)超超限的情情況。為為此，通通常采用用抬高盾盾構(gòu)機(jī)的的始發(fā)姿姿態(tài)、合合理安裝裝始發(fā)導(dǎo)導(dǎo)軌以及及快速通通過的辦辦法盡量量避免“磕頭”或減小“磕頭”的影響。。2.3、盾構(gòu)機(jī)機(jī)測量導(dǎo)導(dǎo)向技術(shù)術(shù)及注意意事項(xiàng)采用德國國VMT公司生產(chǎn)產(chǎn)的SLS-T自動(dòng)導(dǎo)向向系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)行控制制，該系系統(tǒng)是目目前世界界上在地地鐵盾構(gòu)構(gòu)法施工工領(lǐng)域最最為先進(jìn)進(jìn)的隧道道掘進(jìn)機(jī)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)導(dǎo)向系統(tǒng)統(tǒng)。加強(qiáng)強(qiáng)了施工工過程中中的管理理水平和和提高工工程自動(dòng)動(dòng)化控制制程度，，減輕了了人工測測量的勞勞動(dòng)強(qiáng)度度，提高高盾構(gòu)施施工的速速度，其其主要目目的就是是為了確確定各相相關(guān)點(diǎn)的的坐標(biāo)，，通過系系統(tǒng)在盾盾構(gòu)機(jī)操操作室的的電腦上上顯示前前后參考考點(diǎn)的水水平和垂垂直偏離離值、里里程。使使用該系系統(tǒng)可以以滿足盾盾構(gòu)法施施工測量量的需要要。SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)統(tǒng)主要由由激光全全站儀、、ELS激光系統(tǒng)統(tǒng)、個(gè)人人電腦、、調(diào)制解解調(diào)器、、電源、、PLC、測斜儀儀、軟件件等部分分組成。。VMT系統(tǒng)軟件件主界面面整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)的組成成情況及及各個(gè)部部件之間間的相互互關(guān)聯(lián)如如下圖所所示：為了控制制盾構(gòu)機(jī)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)導(dǎo)向系統(tǒng)統(tǒng)的精度度，確保保隧道的的準(zhǔn)確貫貫通，需需定期利利用洞內(nèi)內(nèi)的控制制導(dǎo)線，，來校核核和調(diào)整整激光全全站儀的的坐標(biāo)及及人工測測定盾構(gòu)構(gòu)機(jī)的位位置與SLS-T自動(dòng)導(dǎo)向向系統(tǒng)顯顯示的盾盾構(gòu)機(jī)的的位置是是否一致致，而對(duì)對(duì)盾構(gòu)機(jī)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)導(dǎo)向系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行調(diào)調(diào)試。調(diào)調(diào)試工作作主要是是確保測測量控制制點(diǎn)穩(wěn)定定、可靠靠，避免免因吊籃籃控制點(diǎn)點(diǎn)位移或或?qū)蛳迪到y(tǒng)本身身的誤差差引起偏偏差。2.4、管片選選型及安安裝技術(shù)術(shù)及注意意事項(xiàng)管片作為為隧道施施工的支支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)，是主主要的受受力結(jié)構(gòu)構(gòu)，也直直接關(guān)系系到防水水效果的的好壞。。因此管管片安裝裝質(zhì)量的的好壞不不僅直接接關(guān)系到到成洞的的質(zhì)量，，而且對(duì)對(duì)盾構(gòu)機(jī)機(jī)能否繼繼續(xù)順利利推進(jìn)有有著直接接的影響響。2.4.1、管片選選型及安安裝技術(shù)術(shù)管片選型型要適合合隧道設(shè)設(shè)計(jì)線路路：根據(jù)隧隧道的埋埋深和地地質(zhì)狀況況，管片片的選型型嚴(yán)格依依據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)圖紙的的要求。。管片選型型要適應(yīng)應(yīng)盾構(gòu)機(jī)機(jī)的姿態(tài)態(tài)：管片三種種型號(hào)，，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)環(huán)、左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)環(huán)、右右轉(zhuǎn)環(huán)。。管片是是在盾尾尾內(nèi)拼裝裝，所以以不可避避免的受受到盾構(gòu)構(gòu)機(jī)姿態(tài)態(tài)的約制制。管片片平面盡盡量垂直直于盾構(gòu)構(gòu)機(jī)軸線線，讓盾盾構(gòu)機(jī)的的推進(jìn)油油缸能垂垂直地推推在管片片上，這這樣使管管片受力力均勻，，掘進(jìn)時(shí)時(shí)不會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生管片片破損。。同時(shí)也也要兼顧顧管片與與盾尾之之間的間間隙，避避免盾構(gòu)構(gòu)機(jī)與管管片發(fā)生生碰撞而而破損管管片。當(dāng)當(dāng)因地質(zhì)質(zhì)不均、、推力不不均等原原因，使使盾構(gòu)機(jī)機(jī)偏離線線路設(shè)計(jì)計(jì)軸線時(shí)時(shí)，管片片的選型型要適宜宜盾構(gòu)機(jī)機(jī)的姿態(tài)態(tài)。K快兩鄰接塊塊標(biāo)準(zhǔn)塊盾構(gòu)隧道道圖片人行道運(yùn)輸?shù)缆仿匪芨邏弘娎|纜風(fēng)管2.4.2、管片選選型及安安裝注意意事項(xiàng)管片在安安裝前要要進(jìn)行一一次檢查查，再確確認(rèn)管片片種類正正確、質(zhì)質(zhì)量完好好無缺和和密封墊墊粘結(jié)無無脫落，，管片的的吊裝孔孔預(yù)埋位位置正確確，逆止止閥、封封堵蓋完完好無損損，以及及其它主主要預(yù)埋埋件和混混凝土的的握裹牢牢固，管管片接頭頭使用的的螺栓、、螺母、、墊圈、、螺栓防防水用密密封墊等等附件準(zhǔn)準(zhǔn)備齊全全后，才才允許安安裝。每每環(huán)管片片安裝結(jié)結(jié)束后要要及時(shí)擰擰緊各個(gè)個(gè)方向的的螺栓，，且在該該環(huán)脫出出盾尾后后再次擰擰緊。防防止因管管片螺栓栓未緊固固而發(fā)生生錯(cuò)臺(tái)。。2.5、管片背背后回填填注漿技技術(shù)管片背后后回填注注漿（同同步注漿漿）是防防止地層層下降并并使作用用于隧道道的土壓壓力得以以均布，，注漿回回填到管管片背面面，形成成一定厚厚度的充充填層，，防止隧隧道承受受偏壓及及接縫張張開。充充填層本本身起防防水層作作用。回填注漿漿的方式式漿液的種種類回填注漿漿的參數(shù)數(shù)選擇(壓力,數(shù)量,強(qiáng)度)同步注漿漿攪拌系系統(tǒng)同步注漿漿系統(tǒng)2.6、盾構(gòu)機(jī)機(jī)到達(dá)技技術(shù)及注注意事項(xiàng)項(xiàng)盾構(gòu)機(jī)到到達(dá)施工工是指從從盾構(gòu)機(jī)機(jī)到達(dá)接接收井（（或礦山山法隧道道擴(kuò)大段段）之前前50m到盾構(gòu)機(jī)機(jī)貫通區(qū)區(qū)間隧道道進(jìn)入車車站接收收井，被被推上盾盾構(gòu)接收收基座的的整個(gè)施施工過程程。其工工作內(nèi)容容包括：：盾構(gòu)機(jī)機(jī)定位及及接收洞洞門位置置復(fù)核測測量、地地層加固固、洞門門處理、、安裝洞洞門圈密密封設(shè)備備、安裝裝接收基基座等。。相對(duì)盾構(gòu)構(gòu)始發(fā)來來說，盾盾構(gòu)到達(dá)達(dá)是盾構(gòu)構(gòu)始發(fā)的的逆過程程，其施施工工藝藝基本相相類似。。盾構(gòu)到達(dá)達(dá)破除洞洞門盾構(gòu)機(jī)到到達(dá)注意意事項(xiàng)：（1）、根據(jù)據(jù)盾構(gòu)機(jī)機(jī)的貫通通姿態(tài)及及掘進(jìn)糾糾偏計(jì)劃劃進(jìn)行推推進(jìn)，糾糾偏要逐逐步完成成，每一一環(huán)糾偏偏量不能能過大。。（2）、在盾盾構(gòu)機(jī)距距離端頭頭墻50米時(shí),選擇合理理的掘進(jìn)進(jìn)參數(shù)，，逐漸放放慢掘進(jìn)進(jìn)速度，，控制在在20mm/min以下，以以確保到到達(dá)端墻墻的穩(wěn)定定。（3）、盾構(gòu)構(gòu)進(jìn)入到到達(dá)段后后，加強(qiáng)強(qiáng)地表沉沉降監(jiān)測測，及時(shí)時(shí)反饋信信息以指指導(dǎo)盾構(gòu)構(gòu)機(jī)掘進(jìn)進(jìn)。（4）、盾構(gòu)構(gòu)機(jī)刀盤盤距離貫貫通里程程小于10m時(shí)，在掘掘進(jìn)過程程中，專專人負(fù)責(zé)責(zé)觀測出出洞洞口口的變化化情況，，始終保保持與盾盾構(gòu)機(jī)司司機(jī)聯(lián)系系，及時(shí)時(shí)調(diào)整掘掘進(jìn)參數(shù)數(shù)。（5）、當(dāng)管管片最后后一環(huán)管管片拼裝裝完成后后，通過過管片的的二次注注漿孔，，注入雙雙液漿進(jìn)進(jìn)行封堵堵。注漿漿的過程程中要密密切關(guān)注注洞門的的情況。。2.7、隧道防防水技術(shù)術(shù)及注意意事項(xiàng)盾構(gòu)區(qū)間間防水工工作以管管片結(jié)構(gòu)構(gòu)自防水水為根本本、接縫縫防水為為重點(diǎn)，，確保隧隧道整體體防水，，同時(shí)遵遵循“以防為為主、、以堵堵為輔輔、多多道防防線、、綜合合制理理”的原則則，制制定防防水施施工措措施。。管片結(jié)結(jié)構(gòu)的的自防防水管片用用管模模生產(chǎn)產(chǎn)，管管片砼砼采用用高抗抗?jié)B高高強(qiáng)度度（C50）等級(jí)級(jí)的混混凝土土，抗抗?jié)B等等級(jí)為為S12。采用用摻加加高效效減水水劑及及粉煤煤灰“雙摻”技術(shù)，，減少少水泥泥用量量，降降低水水化熱熱，減減少收收縮裂裂縫的的產(chǎn)生生。管模管片鋼鋼筋籠籠管片水水養(yǎng)三環(huán)拼拼裝管片生生產(chǎn)流流程圖圖管片的的接縫縫防水水（1）、管管片之之間設(shè)設(shè)置密密封墊墊溝槽槽，其其內(nèi)設(shè)設(shè)置高高彈性性三元元乙丙丙橡膠膠密封封條。。（2）、管管片間間設(shè)有有嵌縫縫槽。。為防防止隧隧道上上半部部拱頂頂?shù)温┞┪＜凹靶熊囓嚢踩?，?duì)對(duì)隧道道上半半部拱拱頂45°°范圍作作嵌縫縫密封封。隧隧道下下半部部不作作嵌縫縫處理理，以以保證證隧道道長期期防水水效果果。（3）、螺螺栓孔孔采用用可更更換的的遇水水膨脹脹橡膠膠密封封圈作作為螺螺孔密密封圈圈加強(qiáng)強(qiáng)防水水。同步注注漿和和二次次注漿漿盾構(gòu)推推進(jìn)后后，盾盾尾空空隙在在圍巖巖坍落落前及及時(shí)進(jìn)進(jìn)行注注漿,