地下工程概論地下工程施工之盾構(gòu)法的施工

地下工程概論地下工程施工之盾構(gòu)法的施工第1頁(yè)/共69頁(yè)§1盾構(gòu)機(jī)的分類(lèi)盾構(gòu)法定義盾構(gòu)法隧道施工是利用盾構(gòu)機(jī)在軟巖和土體中進(jìn)行隧道掘進(jìn)，同時(shí)完成隧道永久襯砌鋪設(shè)的一種施工工法。第2頁(yè)/共69頁(yè)第3頁(yè)/共69頁(yè)■盾構(gòu)設(shè)計(jì)的兩種主流思想理念：

1、日本的設(shè)計(jì)思想——主要根據(jù)工程需要來(lái)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，考慮的是設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性；代表有日本三菱、IHI公司等2、歐美的設(shè)計(jì)思想——主要考慮設(shè)備的高可靠性、高效率，代表有美國(guó)羅伯特、德國(guó)海瑞克公司等。二者量化比較，日本的盾構(gòu)主要部件運(yùn)行4000小時(shí)無(wú)故障，歐美的盾構(gòu)機(jī)主要部件運(yùn)行10000小時(shí)無(wú)故障。

既要追求產(chǎn)品的高可靠性和適用性,又要達(dá)到產(chǎn)品的可維護(hù)性及長(zhǎng)壽命。設(shè)計(jì)原則第4頁(yè)/共69頁(yè)先行號(hào)盾構(gòu)日本產(chǎn)盾構(gòu)德國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)0.00.51.01.52.0第5頁(yè)/共69頁(yè)§1盾構(gòu)機(jī)的分類(lèi)與選型盾構(gòu)機(jī)的分類(lèi)第6頁(yè)/共69頁(yè)§1盾構(gòu)機(jī)的分類(lèi)與選型第7頁(yè)/共69頁(yè)§1盾構(gòu)機(jī)的分類(lèi)與選型第8頁(yè)/共69頁(yè)§1盾構(gòu)機(jī)的分類(lèi)與選型泥水平衡式盾構(gòu)：在密封艙內(nèi)通入泥水（泥漿）以平衡盾構(gòu)前方水土壓力。第9頁(yè)/共69頁(yè)§1盾構(gòu)機(jī)的分類(lèi)與選型土壓平衡式盾構(gòu)：利用刀盤(pán)切削下來(lái)的土充滿(mǎn)整個(gè)密封艙，并保持一定壓力來(lái)平衡開(kāi)挖面的土壓力。第10頁(yè)/共69頁(yè)§1盾構(gòu)機(jī)的分類(lèi)與選型2盾構(gòu)選型盾構(gòu)機(jī)選型的關(guān)鍵在于地質(zhì)與環(huán)境保護(hù)條件、工程規(guī)模、經(jīng)濟(jì)性。

1）在地下水位低的地區(qū)，應(yīng)優(yōu)先考慮半機(jī)械式盾構(gòu)；

2)在地下水位高的軟土地區(qū)泥水平衡式盾構(gòu)施工引起的沉降可控制在10mm以?xún)?nèi)；土壓平衡式盾構(gòu)施工引起的沉降可控制在20mm以?xún)?nèi)。第11頁(yè)/共69頁(yè)§2盾構(gòu)法施工工藝盾構(gòu)法施工的主要施工程序：

（1）建造豎井或基坑，作為盾構(gòu)施工的工作井；

（2）盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)安裝就位；

（3）盾構(gòu)出洞口處的土體加固處理；

（4）初推段盾構(gòu)掘進(jìn)施工，即包括推進(jìn)、出土、運(yùn)土、襯砌拼裝、盾尾注漿、軸線(xiàn)測(cè)量等；

（5）盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)換，即增加裝有動(dòng)力、電器、輔助工藝設(shè)備的后車(chē)駕；

（6）隧道連續(xù)掘進(jìn)施工；

（7）盾構(gòu)接收井洞口的土體加固處理；

（8）盾構(gòu)進(jìn)入接收井，并運(yùn)出地面。

第12頁(yè)/共69頁(yè)第13頁(yè)/共69頁(yè)§2盾構(gòu)法施工工藝2.1盾構(gòu)施工的準(zhǔn)備工作2.2盾構(gòu)出洞2.3盾構(gòu)推進(jìn)及襯砌的拼裝2.4盾構(gòu)壁后注漿2.5盾構(gòu)施工隧道的防水第14頁(yè)/共69頁(yè)2.1盾構(gòu)施工的準(zhǔn)備工作包括工作井的制作、盾構(gòu)基座與導(dǎo)軌的鋪設(shè)第15頁(yè)/共69頁(yè)2.2盾構(gòu)出洞盾構(gòu)出洞是盾構(gòu)法施工的重要環(huán)節(jié)之一。在始發(fā)井內(nèi)，盾構(gòu)按設(shè)計(jì)高程及坡度推出預(yù)留孔洞，進(jìn)入正常土層的過(guò)程定義為盾構(gòu)出洞。盾構(gòu)出洞涉及到洞門(mén)預(yù)留塊制、四周土體加固、封門(mén)的鑿除、盾構(gòu)后座支撐下頂進(jìn)。一般在出洞50m之后，盾構(gòu)法隧道施工才進(jìn)入正常。第16頁(yè)/共69頁(yè)2.2盾構(gòu)出洞預(yù)留封門(mén)在盾構(gòu)出洞之前必須抵擋洞外土體側(cè)向壓力和水壓力，保證封門(mén)不斷裂倒塌，同時(shí)不產(chǎn)生大量地下水滲漏。封門(mén)的形式與作法：現(xiàn)澆鋼筋混凝土封門(mén)；鋼板封門(mén)；裝配式楔體封門(mén)。第17頁(yè)/共69頁(yè)2.2盾構(gòu)出洞為防止土體在臨空面產(chǎn)生大量的坍塌或涌水，因此對(duì)封門(mén)外的土體加固是必須的，目前常用的方法有高壓旋噴法、深層攪拌法及凍結(jié)法。第18頁(yè)/共69頁(yè)2.3盾構(gòu)推進(jìn)及襯砌的拼裝第19頁(yè)/共69頁(yè)2.3盾構(gòu)推進(jìn)及襯砌的拼裝盾構(gòu)推進(jìn)工程中施工參數(shù)的調(diào)整第20頁(yè)/共69頁(yè)2.3盾構(gòu)推進(jìn)及襯砌的拼裝盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，導(dǎo)致偏離隧道設(shè)計(jì)軸線(xiàn)因素分析：

1）土層不均勻；

2）正面四周阻力不一致；

3）千斤頂伸出頂力不一致；

4）盾構(gòu)重心偏于一側(cè)；

5）盾構(gòu)下部土體流失過(guò)多導(dǎo)致盾構(gòu)叩頭下沉。第21頁(yè)/共69頁(yè)2.3盾構(gòu)推進(jìn)及襯砌的拼裝曲線(xiàn)推進(jìn)第22頁(yè)/共69頁(yè)2.3盾構(gòu)推進(jìn)及襯砌的拼裝盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程糾偏

1）千斤頂編組的調(diào)整；如停開(kāi)偏離方位處的幾只千斤頂；

2）縱坡控制；盾構(gòu)推進(jìn)盡量接近隧道縱坡，避免變坡推進(jìn)；

3）盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)的防止。通常由大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備（如切削刀盤(pán)、舉重壁及轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)）等引起的，簡(jiǎn)單的方法是在盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)方向的反側(cè)加壓重，或經(jīng)常改變大設(shè)備的轉(zhuǎn)向，注意調(diào)整拼裝左右程序。第23頁(yè)/共69頁(yè)2.3盾構(gòu)推進(jìn)及襯砌的拼裝1裝配式圓型襯砌構(gòu)造結(jié)構(gòu)形式：帶肋的箱型管片，不帶肋的平板形管片。聯(lián)結(jié)方式：直螺栓，彎螺栓。材料：球墨鑄鐵，全鋼，鋼筋混凝土管片環(huán)寬：750-1500mm;厚度：250-600mm；弦長(zhǎng)：3-4m

分塊：6-8塊，分別為數(shù)塊標(biāo)準(zhǔn)塊；兩塊相鄰管片；一塊封頂管片組成，封頂管片一般趨向于小封頂；拼裝形式有：徑向楔入（楔角4-8度）與縱向插入第24頁(yè)/共69頁(yè)2.3盾構(gòu)推進(jìn)及襯砌的拼裝第25頁(yè)/共69頁(yè)2.3盾構(gòu)推進(jìn)及襯砌的拼裝拼裝形式通縫拼裝：縱縫環(huán)環(huán)對(duì)齊錯(cuò)縫拼裝：縱縫互相錯(cuò)開(kāi)，相鄰圓環(huán)環(huán)間錯(cuò)開(kāi)1/2~1/3管片。優(yōu)點(diǎn)：能加強(qiáng)圓環(huán)接縫剛度，約束接縫變形，使圓形結(jié)構(gòu)可近似地按均勻圓環(huán)等剛度考慮。第26頁(yè)/共69頁(yè)2.3盾構(gòu)推進(jìn)及襯砌的拼裝2襯砌的拼裝在盾構(gòu)尾部盾殼保護(hù)下，利用舉重壁拼裝。

1）拼裝工序：管片的運(yùn)送----就位---成環(huán)----襯砌的防水

第27頁(yè)/共69頁(yè)2.3盾構(gòu)推進(jìn)及襯砌的拼裝第28頁(yè)/共69頁(yè)2.3盾構(gòu)推進(jìn)及襯砌的拼裝2襯砌的拼裝

2）拼裝方法（1）先環(huán)后縱優(yōu)點(diǎn)：環(huán)面平整，縱縫拼接質(zhì)量好。缺點(diǎn)：在易產(chǎn)生盾構(gòu)后退地段不易采用。（2）先縱后環(huán)工法：拼塊縮回這部分千斤頂，其它千斤頂仍支撐在盾構(gòu)上，逐塊輪流，直至拼裝成環(huán)。（3）舉重壁拼裝順序自下而上，左右交叉，最后封頂成環(huán)，可以有效防止盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)第29頁(yè)/共69頁(yè)2.4盾構(gòu)襯砌壁后注漿第30頁(yè)/共69頁(yè)2.4盾構(gòu)襯砌壁后注漿

向襯砌壁后注漿盾構(gòu)施工的關(guān)鍵工序，其作用有：

1）防止隧道周?chē)冃危?/p>

2）防止地表沉降；

3）改善隧道襯砌的受力狀態(tài)，使襯砌與周?chē)馏w共同變形；

4）注漿在隧道周?chē)纬梢蝗λ鄽んw，能增強(qiáng)襯砌防水功能。第31頁(yè)/共69頁(yè)2.4盾構(gòu)襯砌壁后注漿1壓漿方法：

二次壓漿、一次壓漿

1）二次壓漿（1）推進(jìn)一環(huán)后，用風(fēng)動(dòng)壓漿機(jī)注入3-5mm的石英砂或卵石。（2）推進(jìn)5-8環(huán)后，注入水泥漿。缺點(diǎn)：石英砂難以保證密實(shí)，水泥漿也難以充滿(mǎn)孔隙，易引起地層變形。優(yōu)點(diǎn)：可保護(hù)盾尾密封裝置。第32頁(yè)/共69頁(yè)2.4盾構(gòu)襯砌壁后注漿1壓漿方法

2)一次壓漿隨著盾尾空隙的出現(xiàn)，立即壓注水泥砂漿，并保持一定壓力。隔30m，再次補(bǔ)漿，若出現(xiàn)地表沉降或嚴(yán)重滲漏時(shí)，還需補(bǔ)充注漿。第33頁(yè)/共69頁(yè)2.4盾構(gòu)襯砌壁后注漿2壓漿操作

1）左右對(duì)稱(chēng)，從下往上逐步進(jìn)行，并盡量避免單點(diǎn)超壓注漿。

2）襯砌背后空隙未被完全充填之前，不允許中途停止工作。

3）一個(gè)孔眼注漿序進(jìn)行到上一個(gè)壓漿孔出現(xiàn)灰漿為止。第34頁(yè)/共69頁(yè)2.5盾構(gòu)施工隧道的防水從管片生產(chǎn)工藝、襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、接縫防水措施和材料等幾個(gè)方面綜合處理。1.管片制作精度和抗?jié)B要求提高管片制作精度關(guān)鍵是提高鋼模精度，要求±0.5mm

第35頁(yè)/共69頁(yè)2.5盾構(gòu)施工隧道的防水1)施工過(guò)程中盾尾的密封2）接縫防水：彈性條防水，常用材料為氯丁橡膠外包丁基橡膠。

3）螺栓孔防水第36頁(yè)/共69頁(yè)2.5盾構(gòu)施工隧道的防水第37頁(yè)/共69頁(yè)2.5盾構(gòu)施工隧道的防水第38頁(yè)/共69頁(yè)§3非開(kāi)挖與頂管施工技術(shù)在城市市政管道和地下通道工程中，普遍采用明挖法施工。但在管道埋深較大、交通干線(xiàn)附近和周?chē)h(huán)境對(duì)位移、地下水有嚴(yán)格限制的地段則采用非開(kāi)挖施工法更為安全與經(jīng)濟(jì)。常用的非開(kāi)挖工法有：頂管法、水平定向鉆法、箱涵法。第39頁(yè)/共69頁(yè)§3非開(kāi)挖與頂管施工技術(shù)第40頁(yè)/共69頁(yè)§3頂管法施工頂管法是將管道用大功率的頂推設(shè)備頂進(jìn)至終點(diǎn)來(lái)完成鋪設(shè)任務(wù)的施工方法。頂管法施工過(guò)程如下：頂管的工作井----頂管出口孔壁對(duì)面?zhèn)葔槌袎罕?，其上安裝液壓千斤頂和承壓墊板----然后以工具管為先導(dǎo)，將預(yù)制管節(jié)按設(shè)計(jì)軸線(xiàn)逐節(jié)頂入土層中----直到下一工作井的進(jìn)口孔壁。第41頁(yè)/共69頁(yè)§3頂管法施工60年代開(kāi)始，頂管技術(shù)不斷得到開(kāi)發(fā)和推廣；70-80年代，先后引進(jìn)和開(kāi)發(fā)了長(zhǎng)距離頂管、中繼間、泥漿減阻、計(jì)算機(jī)控制、激光導(dǎo)向系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，管道頂進(jìn)最大長(zhǎng)度已超過(guò)千米。嘉興污水處理排海頂管工程一次頂進(jìn)2050m，創(chuàng)造了同類(lèi)頂管工程的世界記錄。頂管適用土層很廣，特別適用于粘性土、粉性土和砂土，也適用于卵石、碎石、風(fēng)化殘積土等非粘性土。頂管法主要用于管徑300-4000㎜的地下管道施工，設(shè)備能夠平衡地下水壓力和土壓力，能控制地表的隆起和沉降，具有激光定向功能，頂進(jìn)速度200-300㎜/min。第42頁(yè)/共69頁(yè)3頂管法施工關(guān)鍵設(shè)備工具管工具管，又叫做機(jī)頭，它是頂管的關(guān)鍵機(jī)具，一般有以下功能：掘進(jìn)、防坍塌、出泥和導(dǎo)向。不同工具管有不同的特性，所以應(yīng)當(dāng)依據(jù)工程特點(diǎn)、地質(zhì)情況和設(shè)計(jì)要求等選擇合適的工具管。按照功能工具管分類(lèi)如下：（1）按掘進(jìn)功能，可分為：手掘式、擠壓式、半機(jī)械式、機(jī)械式和水力挖掘式工具管。（2）按防坍塌功能，可分為：機(jī)械平衡式、泥水平衡式、土壓平衡式、水壓平衡式和氣壓平衡式工具管。（3）按出泥功能，可分為：干出泥式和泥水出泥式工具管。第43頁(yè)/共69頁(yè)3頂管法施工關(guān)鍵設(shè)備中繼間頂管的關(guān)鍵設(shè)備式工具管，而長(zhǎng)距離頂進(jìn)的關(guān)鍵設(shè)備是中繼間。距離較長(zhǎng)的管道，由于管道四周的摩阻力越來(lái)越大，一方面主千斤頂?shù)捻斄τ邢蓿豢赡軣o(wú)限增加，另一方面主千斤頂?shù)捻斄σ彩艿焦艿涝试S應(yīng)力和后背墻允許應(yīng)力的制約。為了解決上述問(wèn)題就出現(xiàn)了中繼間。采用中繼間技術(shù)就是將一條長(zhǎng)管道分為多個(gè)區(qū)段，并在區(qū)段之間加入中繼環(huán)，中繼環(huán)的作用時(shí)分散主戰(zhàn)的頂力。而且一般主戰(zhàn)的頂力要大于中繼環(huán)的頂力。第44頁(yè)/共69頁(yè)3頂管法施工關(guān)鍵設(shè)備觸變泥漿減阻在頂管中為了減少管壁四周的摩阻力，觸變泥漿套的形成依賴(lài)于工具管。在長(zhǎng)距離和超常距離頂管中，由于施工工期較長(zhǎng)，觸變泥漿容易因失水而失去作用，因此在管道沿程，從工具管開(kāi)始每隔一定距離都需設(shè)置注漿孔，及時(shí)補(bǔ)充新的觸變泥漿。通常在中繼環(huán)附近設(shè)置注漿孔。第45頁(yè)/共69頁(yè)3頂管法施工關(guān)鍵設(shè)備糾偏糾偏是指工具管偏離設(shè)計(jì)軸線(xiàn)后，利用工具管的糾偏機(jī)構(gòu)，改變管端的方向，減少偏差的過(guò)程。其目的是使管道沿設(shè)計(jì)軸線(xiàn)頂進(jìn)。由于工具管產(chǎn)生的偏差都將全部保留在整條管線(xiàn)上，而且工具管的糾偏也是非常重要的，糾偏的好壞將直接影響頂管施工的質(zhì)量。第46頁(yè)/共69頁(yè)3頂管法施工工程實(shí)例垂直頂升工程第47頁(yè)/共69頁(yè)3頂管法的施工工藝動(dòng)畫(huà)顯示第48頁(yè)/共69頁(yè)§4水平定向鉆施工4.1水平定向鉆施工原理4.2水平定向鉆施工前勘察4.3水平定向鉆工程實(shí)例第49頁(yè)/共69頁(yè)水平導(dǎo)向鉆的施工工藝導(dǎo)向擴(kuò)孔（φ300、φ400、φ500、φ600）回拖管材第50頁(yè)/共69頁(yè)水平定向鉆導(dǎo)向鉆進(jìn)原理大多數(shù)的導(dǎo)向鉆進(jìn)使用一種射流輔助切削鉆頭，鉆頭通常是一個(gè)斜面，因此當(dāng)鉆桿不停地回轉(zhuǎn)時(shí)，可鉆出一個(gè)直孔，而當(dāng)鉆頭朝著某個(gè)方向推進(jìn)而不轉(zhuǎn)時(shí)，鉆孔向一方偏向推進(jìn)。在鉆孔向前推進(jìn)時(shí)，通過(guò)追蹤安裝在鉆頭內(nèi)發(fā)射器的信號(hào)來(lái)確定導(dǎo)向鉆的深度與方向第51頁(yè)/共69頁(yè)鉆孔軌跡的設(shè)計(jì)方法確定造斜點(diǎn)（直線(xiàn)段變?yōu)榍€(xiàn)段起點(diǎn)）確定曲線(xiàn)段的曲率半徑計(jì)算每根鉆桿的曲率半徑鉆桿號(hào)鉆桿斜率鉆桿深度備注1-25-0.75

2-21-1.38

3-17-1.89

第52頁(yè)/共69頁(yè)4.2水平定向鉆施工前勘察管道地基巖土分類(lèi)（需重視砂土、淤泥質(zhì)粘土）城市地下障礙物的調(diào)查（如雜填物，河道邊板樁）城市已有地下管線(xiàn)的調(diào)查第53頁(yè)/共69頁(yè)4.2水平定向鉆施工前勘察靜力觸探（注意回填觸探孔）管線(xiàn)儀（適合快速探測(cè)金屬管線(xiàn)）地質(zhì)雷達(dá)（可探查障礙物與各類(lèi)管線(xiàn)）第54頁(yè)/共69頁(yè)Subsite75R/75T型電磁感應(yīng)法探測(cè)管線(xiàn)的儀器設(shè)備第55頁(yè)/共69頁(yè)RD400PXL型RD4000型電磁感應(yīng)法探測(cè)管線(xiàn)的儀器設(shè)備第56頁(yè)/共69頁(yè)EKKO100增強(qiáng)型EKKO1000型Noggin250型EKKO系列第57頁(yè)/共69頁(yè)3207型5103型5100型NextGSSI自行生產(chǎn)的天線(xiàn)第58頁(yè)/共69頁(yè)X3M型RAMAC系列匹配天線(xiàn)第59頁(yè)/共69頁(yè)RIS-2K/ME型（多道