地鐵盾構(gòu)施工原理技術(shù)介紹與工程實(shí)例

中國(guó)建筑工程總公司沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線第九標(biāo)段項(xiàng)目經(jīng)理部沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線第九標(biāo)段

地鐵盾構(gòu)施工原理、技術(shù)介紹與工程實(shí)例目錄一、工程概況二、盾構(gòu)施工原理三、盾構(gòu)施工技術(shù)四、工程重、難點(diǎn)分析一、工程概況沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線第九標(biāo)段包括一站三區(qū)間：鐵西廣場(chǎng)站～云峰北街站、沈陽(yáng)站站～南京街站和南京街站～南市站三個(gè)區(qū)間均為盾構(gòu)區(qū)間，三區(qū)間各設(shè)置一座聯(lián)絡(luò)通道兼泵房。鐵～云區(qū)間自車(chē)站始發(fā)掘進(jìn)區(qū)間右線，在到達(dá)車(chē)站調(diào)頭掘進(jìn)區(qū)間左線。沈～南區(qū)間和南～南區(qū)間都是自風(fēng)道始發(fā)掘進(jìn)區(qū)間右線，在到達(dá)車(chē)站調(diào)頭掘進(jìn)區(qū)間左線，風(fēng)道始發(fā)在國(guó)內(nèi)是首例，施工難度較大，技術(shù)復(fù)雜。區(qū)間最大縱坡為25‰，最小縱坡為2‰，南～南區(qū)間最小曲線半徑為350m，鐵～云區(qū)間最小曲線半徑為400m，沈～南區(qū)間最小曲線半徑為3000m。各區(qū)間長(zhǎng)度見(jiàn)下表：鐵～云區(qū)間沈～南區(qū)間南～南區(qū)間合計(jì)左線847.404m778.836m1017.859m2644.099m右線875.399m778.820m1028.905m2683.124m合計(jì)1722.803m1557.656m2046.764m5327.223m區(qū)間隧道主體結(jié)構(gòu)為厚0.3m的預(yù)制鋼筋砼管片(鋼筋砼為C50、抗?jié)B等級(jí)S10)。管片寬1.2m，外徑6.0m，內(nèi)徑5.4m，由六塊組成：3個(gè)A塊、2個(gè)B塊和1個(gè)C塊。區(qū)間最大覆土厚度約為18.0m，最小覆土厚度約為10m。區(qū)間所穿越地層為中粗砂、礫砂和圓礫層，間斷有粉質(zhì)粘土出現(xiàn)。地層中的上層潛水與下層承壓水相通，兩層水水位埋深相同均為5.5~10m，滲透系數(shù)為50~110m/d。二、盾構(gòu)施工原理1.盾構(gòu)法的發(fā)展盾構(gòu)法起源于1818的英國(guó)，20世紀(jì)中葉傳入我國(guó)。20世紀(jì)60年代中期至80年代盾構(gòu)法逐漸發(fā)展成熟。按掘削面的加壓平衡穩(wěn)定方式的不同，盾構(gòu)機(jī)可分為外加支承式盾構(gòu)、氣壓式盾構(gòu)、泥水式盾構(gòu)和土壓式盾構(gòu)，其中以土壓式盾構(gòu)和泥水式盾構(gòu)為主。項(xiàng)目上將要投入使用的無(wú)論是德國(guó)海瑞克盾構(gòu)，還是日本三菱和石川島盾構(gòu)均為土壓平衡式盾構(gòu)。2.一般原理用盾構(gòu)機(jī)一邊進(jìn)行挖掘、推進(jìn)，一邊防止土砂的坍塌，并在盾尾進(jìn)行襯砌作業(yè)從而修建隧道。3.土壓式盾構(gòu)原理將刀盤(pán)切下來(lái)的土砂加入泥漿材料，經(jīng)拌合，形成不透水塑性的流動(dòng)性泥土，充滿土倉(cāng)與螺旋輸送機(jī)，在這種狀態(tài)中利用盾構(gòu)機(jī)油壓千斤頂推力使土倉(cāng)內(nèi)塑狀泥產(chǎn)生土壓，以對(duì)抗開(kāi)挖面的土壓及水壓，并在保持開(kāi)挖量與排土量平衡狀態(tài)下繼續(xù)掘進(jìn)。

掘進(jìn)4.盾構(gòu)設(shè)備主要組成部分5.盾構(gòu)法的特征原理特征保持圍巖的穩(wěn)定保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定施工作業(yè)安全地基變形容易控制預(yù)制管片施工容易，品質(zhì)容易保證重復(fù)作業(yè)機(jī)械化作業(yè)強(qiáng)，項(xiàng)目管理容易地下作業(yè)路面交通阻礙少噪音、振動(dòng)少周?chē)h(huán)境不被破壞三、盾構(gòu)施工技術(shù)1.盾構(gòu)機(jī)的選型2.盾構(gòu)施工的前期準(zhǔn)備2.1區(qū)間沿線建（構(gòu)）筑物和地下管線的調(diào)查與區(qū)間隧道的相互位置關(guān)系建（構(gòu)）筑物：上部結(jié)構(gòu)形式、上部結(jié)構(gòu)層數(shù)、地下室情況、基礎(chǔ)類(lèi)型、基礎(chǔ)埋深。地下管線：類(lèi)型、材質(zhì)、大小、埋深。區(qū)間所穿越的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：鐵~云區(qū)間是東環(huán)國(guó)際小區(qū)、沈陽(yáng)油漆廠和沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠附近的貨運(yùn)鐵路專(zhuān)用線；沈~南區(qū)間是太原街時(shí)尚地下廣場(chǎng)；南~南區(qū)間是沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)院。2.2盾構(gòu)進(jìn)出洞部位的地基加固目的：防滲、防塌。方法：高壓旋噴注漿法、凍結(jié)法、化學(xué)注漿法和臨時(shí)擋土墻法等，項(xiàng)目上采用高壓旋噴注漿法兼輔助降水。加固范圍：隧道上下左右各3.0m，加固長(zhǎng)度進(jìn)洞段7.0m（出洞段4.0m）；加固強(qiáng)度：加固后地基應(yīng)具有良好的均勻性和自立性，其無(wú)限抗壓強(qiáng)度為0.8～1.0MPa，滲透系數(shù)≤1.0×10-8cm/s。2.3區(qū)間圖紙與區(qū)間相關(guān)車(chē)站圖紙審查原則：滿足并方便區(qū)間施工需要。2.4施工場(chǎng)地的布置地面場(chǎng)地布置是否順暢：以管片和出土運(yùn)輸之間的相互干擾最小為原則，同時(shí)兼顧其它材料的運(yùn)輸和地面生產(chǎn)；一些主要地面設(shè)施布置是否合理和齊全：以集土坑、管片堆放、地面管理系統(tǒng)、漿液拌合系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、防洪措施、污水沉淀設(shè)施、鋼結(jié)構(gòu)加工場(chǎng)地等互不影響為原則，并考慮現(xiàn)有場(chǎng)地、建（構(gòu)）筑物及地下管線情況。井內(nèi)及隧道內(nèi)的生產(chǎn)與輔助設(shè)施的布置：以隧道水平運(yùn)輸和井內(nèi)垂直運(yùn)輸流暢、相互轉(zhuǎn)換自然為基本原則。2.5主要物資設(shè)備的采購(gòu)管片采購(gòu)；盾構(gòu)機(jī)、龍門(mén)吊、漿液攪拌站、洞內(nèi)水平運(yùn)輸列車(chē)等。2.6風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析與專(zhuān)項(xiàng)方案盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)源的確定盾構(gòu)始發(fā)與接收、盾構(gòu)的停機(jī)、開(kāi)倉(cāng)檢查與換刀、穿越地面重要建（構(gòu)）筑物、穿越地下建（構(gòu)）筑物和管線、地下水豐富地區(qū)。風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的具體分析根據(jù)不同風(fēng)險(xiǎn)源的實(shí)際情況，逐一進(jìn)行分析，必要時(shí)輔之以計(jì)算，從而確定出風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的位置、等級(jí)、發(fā)生的條件及其可能性等；編寫(xiě)專(zhuān)項(xiàng)方案根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源和點(diǎn)的分析，有針對(duì)性的編寫(xiě)專(zhuān)項(xiàng)方案。風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)匯總與報(bào)告應(yīng)根據(jù)不同管線的實(shí)際情況，按照不同的要求分別報(bào)告，同時(shí)匯總出方便工地使用的警示圖表。3.區(qū)間施工進(jìn)度計(jì)劃按照項(xiàng)目總體計(jì)劃的要求，確定盾構(gòu)區(qū)間的進(jìn)度計(jì)劃，根據(jù)目前的盾構(gòu)施工水平和能力，實(shí)事求是、科學(xué)合理地制定盾構(gòu)掘進(jìn)計(jì)劃。沈陽(yáng)站南京街站南市站云峰北街站鐵西廣場(chǎng)站區(qū)間施工進(jìn)度計(jì)劃表4.盾構(gòu)施工工藝流程工作井施工盾構(gòu)下井盾構(gòu)安裝調(diào)試初始掘進(jìn)拆除負(fù)環(huán)、調(diào)整進(jìn)料、出土路線正常掘進(jìn)貫通進(jìn)入調(diào)頭井盾構(gòu)調(diào)頭（或解體）初始掘進(jìn)正常掘進(jìn)貫通進(jìn)入接收井盾構(gòu)解體吊裝洞門(mén)破除洞門(mén)密封圈安裝接收基座安裝洞門(mén)破除接收基座安裝洞門(mén)破除隧道端頭加固隧道端頭加固負(fù)環(huán)管片安裝始發(fā)基座、反力架安裝始發(fā)基座、反力架安裝洞門(mén)破除洞門(mén)密封圈安裝負(fù)環(huán)管片安裝洞門(mén)施工5.盾構(gòu)施工旨過(guò)程管理投與控制5.1土壓管降理根據(jù)區(qū)間僅沿線的實(shí)嚴(yán)際土質(zhì)情渾況、隧道瞞埋深變化桌、水文情斯況、地面駐建筑物和細(xì)地下建筑照物現(xiàn)狀及炒其抗變形鼻能力、地塌面動(dòng)載情劇況和試掘致進(jìn)的具體橋經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)晌行土壓設(shè)丹定和合理侵調(diào)整；每環(huán)掘湯進(jìn)土壓割波動(dòng)范俘圍：0.0哈2Mp初a（土體雜狀態(tài)保憐持）；土壓設(shè)綁定原則鄭：維持村土倉(cāng)架內(nèi)的低土壓然力與深設(shè)定言土壓眨力相爸吻合休，保衛(wèi)持開(kāi)蔬挖面魄土體辭穩(wěn)定盲，即戀設(shè)定脅值P盡量憲接近帶自然淋土體棋側(cè)向講自重拜應(yīng)力P0。P<犬P0，則預(yù)盾構(gòu)煎前部歡土體傳因應(yīng)裕力松悔弛造西成地能層損膨失，丟地面靜將發(fā)裳生沉夕降：P>岡P0，在遲軟粘賽土中搶附加餓荷載賣(mài)作用愈將產(chǎn)藥生超誦靜水富壓力敏，土肚體固頓結(jié)，藥產(chǎn)生攔土體旅沉降酬，另臨外如P值與P0值相差較杯大時(shí)，會(huì)灶造成土體塞的擾動(dòng)，趟經(jīng)擾動(dòng)后輛的土體重圓新固結(jié)會(huì)鏈產(chǎn)生很大柜的變形。地面有廚建筑物揉或其它畏超載作逃用，應(yīng)椅考慮地紙面超載抗在隧道萌埋置深存度處引杯起的地已基附加民應(yīng)力。公根據(jù)地每面沉降蝴監(jiān)測(cè)結(jié)萌果來(lái)判帝斷土壓篇力設(shè)定尤值是否挺合理及吸其與自熱然土壓頑力的吻棋合程度甘：一般情它況下，茶盾前地冒面隆起0－2m屈m之間是串相對(duì)合熄理的（膏此數(shù)值銜與土層與和隧道擠埋深等呀密切相彎關(guān)）。釀如隆起靈過(guò)大則攜應(yīng)適當(dāng)租調(diào)低土并壓力設(shè)怖定值，燈如發(fā)生過(guò)沉降則顏應(yīng)適當(dāng)貌調(diào)高土批壓力設(shè)夢(mèng)定值。盾構(gòu)施啊工中的爭(zhēng)土壓及轟其管理農(nóng)影響因糧素多、股涉及面指廣、每嗎個(gè)項(xiàng)目字甚至不石同的區(qū)而段都有墻很大的煤變化，晃需要綜途合全面斯考慮方澤能取得餓一個(gè)合眾理的初劫始值，朝并在實(shí)趴施過(guò)程條中逐步齒獲得一宿個(gè)有效控的土壓袍值。5.2出土管理止（協(xié)助土美壓管理）出土速度統(tǒng)和出土量掏：每環(huán)出揭土量控何制在理第論值的1.2~1.濤5倍（考慮彼松散系）巴；滿足土壓甚管理下的缺合理出土娘速度，主跑要靠控制掠螺旋輸送摔機(jī)的轉(zhuǎn)速撕來(lái)調(diào)節(jié)。出土管理她是進(jìn)行土僑壓管理的雙有效措施貓，合理的愚土壤改良蒼也是十分雷必要的！5.3曲線掘進(jìn)裝與大角度谷糾偏盾構(gòu)施令工就是屈前進(jìn)中海的不斷袖糾偏過(guò)碰程！糾偏伴隨清盾構(gòu)施工仇的全過(guò)程辭，盾構(gòu)機(jī)靈調(diào)整角度頂后掘進(jìn)方材向與原掘煩進(jìn)方向存陪在一微小貝夾角，這律樣開(kāi)挖橫區(qū)斷面形成仍一橢圓形暖，截面面之積大于盾駝構(gòu)機(jī)截面協(xié)，地層損錫失不可避齒免；同時(shí)盼糾偏過(guò)程略中會(huì)對(duì)土床體造成側(cè)議面擠壓，筍增大了土耗體的擾動(dòng)戰(zhàn)。如外徑Φ6.芝25m，長(zhǎng)6.躲00究m的盾豎構(gòu)機(jī)裂而言爭(zhēng)，每掉增加6′的糾賄偏角醫(yī)，就價(jià)會(huì)造喂成0.0漠576變m3的地層損拋失，引起采的地表沉藏降，隧道甘（埋深15米）中雷心上方據(jù)地面沉?xí)r降量約始為δ=代3.性4m惱m(xù)。曲線掘進(jìn)件尤其不可橫避免??！嘗！曲線種掘進(jìn)壘和正排常糾璃偏角童度越悔大相揚(yáng)應(yīng)的鬧地面撞沉降名就越魯大。進(jìn)所以挽在盾巨構(gòu)掘杏進(jìn)中袖常糾就偏、炭小角倉(cāng)度糾起偏從傾而達(dá)常到減尊少地漂層擾甩動(dòng)和虧地面濫沉降瘡的效涉果。控制好掘盆進(jìn)方向，創(chuàng)在曲線掘抄進(jìn)時(shí)適當(dāng)佳設(shè)置提前美量，盡量俗減少糾偏沉幅度。提盞前量的大頂小應(yīng)在時(shí)儲(chǔ)間中不斷英總結(jié)，但構(gòu)原則是：提前量偉應(yīng)與隧瞞道穩(wěn)定喬時(shí)的反漢方向偏甩移量相拒吻合！隧道盯曲線筑掘進(jìn)機(jī)和大紹角度足糾偏尺的另煤一個(gè)寫(xiě)有害土副產(chǎn)詠品--引起管披片安裝于的錯(cuò)臺(tái)丹和整體衡隧道的雨偏移，然也應(yīng)引停起高度蒜重視！應(yīng)對(duì)址措施冶：錯(cuò)臺(tái)--獨(dú)-1減少大瓣角度糾敏偏和盾芝構(gòu)蛇行鄉(xiāng)豐掘進(jìn)2慢速掘進(jìn)戒、降低土迅壓和推力3改良商土壤病、降寸低扭怎矩4加強(qiáng)同步辜注漿，盡個(gè)快穩(wěn)固地皆層5預(yù)緊螺栓炸等隧道偏移---權(quán)1控制漿液劈燕配比和時(shí)三間2提前量（榨地層變化洲與數(shù)值確踩定）5.4注漿管理農(nóng)（同步注諷漿與二次詢補(bǔ)漿）a)同步注漿—原因：盾錄構(gòu)機(jī)外徑移通常比襯留砌外徑大鋤十到數(shù)十張厘米，如儉不能及時(shí)豪地以適當(dāng)陡材料加以爬充填，將烘引起隧道繁結(jié)構(gòu)的不揀穩(wěn)定和較買(mǎi)大地面沉沙降。雜為保證哪漿液能起窗到抵抗周梁圍土體擠蜓壓的作用拉，同時(shí)考因慮易于注灣入，選用然的漿液應(yīng)灣具備以下前特性：①略沉低于腎或相輛當(dāng)于香周?chē)敉馏w巴的容雷重；②具有一符定的抗剪鉆強(qiáng)度和壓狡縮系數(shù)，惠漿液穩(wěn)定僚后其C、Φ值高于周督圍土體的凝相應(yīng)指標(biāo)劈燕；③靜態(tài)下脅有一定自咬立性和強(qiáng)怨度，經(jīng)擾蝴動(dòng)后有一貓定的流動(dòng)?xùn)|性，可泵挖送性好，韻不堵塞管磨路，能均厭勻地充滿恐各種間隙羽；④體積也收縮率誰(shuí)小，壓濾縮系數(shù)球、壓縮勝指數(shù)小謎；⑤漿液不差易析水。⑥在迷振動(dòng)燈荷載萌作用顯下不犧發(fā)生燦振動(dòng)隱液化差。同步注景漿b)二次補(bǔ)漿—補(bǔ)齊煮空隙風(fēng)、穩(wěn)它固地瘡層、蠢有效懲防水損！惰性漿堅(jiān)液：優(yōu)點(diǎn)--滿足充峽填空隙勁的要求經(jīng)；對(duì)盾駕尾刷的什危害小難；缺點(diǎn)—凝固慢；賽穩(wěn)定管片為作用差；均易造成隧敲道的偏移樓，尤其是速隧道糾偏嘗和曲線掘暗進(jìn)時(shí)。硬性漿液何：優(yōu)缺點(diǎn)增與惰性漿旨液正好相柴反。c)注漿拋量是敘盾構(gòu)進(jìn)施工放控制胳重要羅指標(biāo)正確閘確定醋注漿手量及夸注漿歷壓力考慮到裹糾偏引丈起的地禍層損失乞、盾構(gòu)觀機(jī)殼體支拖泥引保起的地尖層損失撕、漿液餅體積收偉縮和具版體的地激層特點(diǎn)就等因素柳，注漿返時(shí)實(shí)際皆注漿量右應(yīng)為理委論空隙法體積的12罪0％－180％，通殘常采用150％。實(shí)際施工怠中，應(yīng)根絮據(jù)盾尾脫禿離襯砌處哨對(duì)應(yīng)點(diǎn)的鍋地面沉降金觀測(cè)結(jié)果聲，及時(shí)進(jìn)司行注漿量距調(diào)整，該米點(diǎn)地面沉查降量控制配在0－2mm/天。注漿辮壓力挑應(yīng)為刮保證挖足夠她注漿籮量的快最小思值，劑同時(shí)鳥(niǎo)應(yīng)與幅土倉(cāng)滴內(nèi)的宗土壓闊力相近匹配痕。通常暈，注液漿壓伶力是紀(jì)孔隙嗓水壓+2獲00董kN相/m2（一般蠶，2～4×105Pa），如注津漿壓力過(guò)本大，就有致可能損壞爛管片，盾射構(gòu)機(jī)外殼形變形，如聰注漿孔壓慮力達(dá)到4～6×105Pa，混澆凝土倚管片極的螺績(jī)栓會(huì)倚發(fā)生量間斷錢(qián)破壞嬌。注漿速過(guò)度應(yīng)是砌使?jié){液屬充填速捎度與盾厚構(gòu)掘進(jìn)虧度一致谷。注漿速簽度過(guò)快添，注漿闖壓力必吊然上升賓，易造情成尾漏務(wù)漿；注漿障速度粘過(guò)慢炭，注惡漿充脅填效問(wèn)果不島易達(dá)帖到要化求，進(jìn)引起恐地面半沉降周過(guò)大及時(shí)二次容補(bǔ)漿，減甲小后期沉呢降模盾構(gòu)施工同后期沉降(盾尾墻后30今-4隱0米范茄圍內(nèi))主要脆來(lái)自肥土體毅固結(jié)裙。雖融然沉蜘降發(fā)匆展速至度較包慢，臥但累扇計(jì)值辜占到剖總沉群降量丙的30-5雅0％左右傲。及時(shí)袍二次補(bǔ)偶漿的方臟法是減現(xiàn)少后期給沉降，猛避免影匪響建（月構(gòu)）筑雙物和管著線安全刊的必須蚊的手段緩且效果館良好。5.5管片街拼裝管片的現(xiàn)呢場(chǎng)驗(yàn)收—管片揭質(zhì)量暫合格晚、管匆片型濤式正邊確盾尾內(nèi)的韻拼裝—確保不葛發(fā)生錯(cuò)叢臺(tái)，如均發(fā)生，懲調(diào)整重狐新安裝識(shí)！錯(cuò)縫通縫管片強(qiáng)拼裝5.6測(cè)量工接作與導(dǎo)探向控制導(dǎo)向液控制—確?？厝ぶ泣c(diǎn)到便盾構(gòu)始齡發(fā)位置敘導(dǎo)線測(cè)橫量的準(zhǔn)駐確并定甜期復(fù)核亮；隧道定向—確保定埋向準(zhǔn)確圓并定期登復(fù)核；隧道膀內(nèi)的陪導(dǎo)線司測(cè)量—及時(shí)償，準(zhǔn)怨確！5.7監(jiān)控量測(cè)目前乏與普斤通的紹監(jiān)控禾量測(cè)寒沒(méi)有媽本質(zhì)濕不同伴，儀捏器數(shù)盈字化藍(lán)和精詳度提蹄高，孫頻率吉沒(méi)變深；采用自起動(dòng)監(jiān)控貌量測(cè)系蜂統(tǒng)進(jìn)行河。6.盾構(gòu)隧瞧道防水防水章原則遵循“以防為拳主，剛株柔相濟(jì)蘆，多道閥防線，地因地制抱宜，綜雨合治理”的原則島，以管貍片結(jié)構(gòu)子自防水協(xié)為根本卡，接縫糊防水為供重點(diǎn)，筍確保隧熟道整體械防水。主要志防水園技術(shù)貝措施管片然混凝臉土結(jié)樹(shù)構(gòu)自橫防水垂：采樸用高潛性能談防水障混凝憤土，聞并通呢過(guò)外放摻劑塌改性盾提高耀混凝廚土的評(píng)抗?jié)B變性，偏管片悅抗?jié)B棍等級(jí)館≥S10。襯砌接縫寇設(shè)彈性橡飯膠密封墊解。彈性橡朱膠密封墊裝與管片間弟用單組份康氯丁-酚醛膠燒粘劑粘葛結(jié)。嵌縫采獻(xiàn)用聚合擦物水泥同或聚硫搶密封膠都密封。四、悶工程曠重、側(cè)難點(diǎn)翠分析1.區(qū)間所穿岡越地層大各部分為中邪粗砂、礫駱砂、圓礫蜓層且地下癢水豐富，訊盾構(gòu)始發(fā)妹、接收隧兆道防水是樣本工程重慰點(diǎn)。2.區(qū)間斧所穿摟越地帽層為釋砂性