盾構施工工藝課件

盾構施工工藝

楊釗

中交二航局技術中心

2014年9月17日1可編輯課件PPT一、概述二、盾構施工工藝流程三、盾構施工重大工藝簡介

匯報內容2可編輯課件PPT一、概述3可編輯課件PPT

盾構法是使用所謂的“盾構”機械，在圍巖中推進，一邊防止土砂的崩坍，一邊在其內部進行開挖、襯砌作業(yè)修建隧道的方法。盾構施工工藝流程圖4可編輯課件PPT二、盾構施工工藝流程5可編輯課件PPT盾構選型盾構選型，即選擇區(qū)間隧道合適的盾構機和配套設備。有較強的地質適應性在安全可靠的情況下，考慮技術先進性和經濟合理性滿足周圍環(huán)境等要求滿足工期、造價及環(huán)保要求后配套設備的能力與主機配套選型原則6可編輯課件PPT盾構選型工程地質與水文地質條件隧道長度，隧道平縱斷面及橫斷面尺寸等設計參數(shù)周圍環(huán)境隧道施工節(jié)點工期宜用的輔助工法技術經濟比較選型依據(jù)7可編輯課件PPT盾構選型復合盾構與軟土盾構選擇土壓盾構與泥水盾構選擇主要功能部件進行選擇和設計后配套施工設備選型步驟8可編輯課件PPT盾構設計與制造監(jiān)造無工廠組裝技術9可編輯課件PPT端頭加固

端頭加固方法需結合地質情況及地下水位綜合考慮，常用的加固形式有：高壓旋噴加固、攪拌樁加固、注漿加固、凍結加固、素混凝土墻與井點降水等。

高壓旋噴加固

凍結加固10可編輯課件PPT端頭加固

目的：確保盾構進（出）洞的安全。

鑿除后洞門的穩(wěn)定性

流砂（土）不沿著建筑間隙進入工作11可編輯課件PPT盾構組裝調試

盾構組裝包括：始發(fā)架下井定位、安裝，臺車下井、連接，主機下井、連接，反力架定位、安裝；調試包括：空載調試、負載調試。主機下井、連接臺車下井、連接12可編輯課件PPT盾構組裝調試

盾構始發(fā)架13可編輯課件PPT盾構組裝調試

盾構反力架14可編輯課件PPT盾構始發(fā)

盾構始發(fā)有整體始發(fā)、分體始發(fā)兩種形式。整體始發(fā)成本、工期較分體始發(fā)有明顯優(yōu)勢，但盾構井臺車下井空間不夠需采用分體始發(fā)，即臺車放在地面，通過延伸管路連接臺車和主機。

整體始發(fā)

分體始發(fā)15可編輯課件PPT盾構掘進

始發(fā)完成后，進入正常段掘進。盾構掘進前要制訂合理的掘進參數(shù)，掘進過程中要根據(jù)盾構機姿態(tài)、開挖面前方監(jiān)測數(shù)據(jù)等動態(tài)調整掘進參數(shù)。16可編輯課件PPT負環(huán)管片拆除

當周邊地層對管片的摩擦力足以提供盾構推力千斤頂反力時，可對負環(huán)進行拆除。

在實際施工過程中，一般取盾構機掘進100m后，拆除負環(huán)，使得工作井井口具備下料條件，同時將道岔搬移至隧道內。17可編輯課件PPT盾構到達盾構機到達施工是指從盾構機到達下一站接收井之前50m到盾構機貫通區(qū)間隧道進入車站（盾構井）接收托架的整個施工過程。18可編輯課件PPT聯(lián)絡通道施工

凍結孔施工

開挖施工

凍結施工19可編輯課件PPT洞門施工盾構隧道洞門是隧道與盾構井接口永久防水結構。20可編輯課件PPT盾構到達

常用的接收方式有水下到達、水平凍結、端頭加固+降水、鋼套筒等。水下到達：風險可控。水平凍結：風險可控，但是對各個工序之間銜接要求較高。端頭加固+降水：風險可控，接收井端頭需較大面積場地。鋼套筒：風險可控，鋼套筒加工成本高，拆裝工期長。盾構到達方式多樣，需結合接收端頭地質情況和場地情況綜合考慮。21可編輯課件PPT三、盾構施工重大工藝簡介22可編輯課件PPT始發(fā)井修建與場地布置一般在盾構車站兩端設置工作井，用于始發(fā)井或接收井。地鐵施工中，盾構掘進為控制性工程。為了盡快提供始發(fā)條件，在車站施工中，先做始發(fā)井。盾構始發(fā)空間為100－120m。

工作井井口尺寸：11.5*7.5

渣土井尺寸：7.0*5.0，渣土井一般距工作井井口70－90m23可編輯課件PPT始發(fā)井修建與場地布置土壓盾構始發(fā)場地24可編輯課件PPT始發(fā)井修建與場地布置

泥水盾構始發(fā)場地25可編輯課件PPT始發(fā)井修建與場地布置

地鐵盾構隧道施工以土壓平衡盾構、泥水盾構為主，其中泥水平衡盾構需較大場地施作泥水站，泥水站布置是否合理直接影響盾構施工效率。泥水站臨建布置圖26可編輯課件PPT盾構始發(fā)27可編輯課件PPT盾構始發(fā)盾構始發(fā)、到達是盾構施工過程中的事故多發(fā)地帶，其中端頭加固效果直接關系到盾構能否安全始發(fā)、到達。選擇合適的加固工法和必要的加固檢測手段，是保證盾構法隧道順利施工的重要環(huán)節(jié)。1）凍結法加固：加固止水效果良好，但造價高，解凍融沉沉降大；2）深層攪拌加固：加固體與連續(xù)墻之間間隙無法直接加固，需旋噴樁配合施工；3）旋噴樁加固：在砂卵石地層加固效果良好，造價高于深層攪拌加固。加固范圍：一般為隧道襯砌輪廓線外上下左右各3m，加固長度根據(jù)地質條件而定，富水地層加固長度必須大于盾構主機長度（刀盤+盾殼）。28可編輯課件PPT盾構始發(fā)29可編輯課件PPT盾構始發(fā)始發(fā)架安裝示意圖始發(fā)架安裝需精確定位，讓盾構以良好姿態(tài)進入洞門，采用鋼結構。30可編輯課件PPT盾構始發(fā)盾構機機頭到達加固區(qū)邊緣時與設計位置相重合盾構機方位角與設計方向角偏差較小實際掘進直線段與曲線段偏差不超過5cm垂直軸線預提高，預防盾構機磕頭，車站底板調節(jié)31可編輯課件PPT盾構始發(fā)32可編輯課件PPT盾構始發(fā)1）盾構下井組裝調試前必須制定詳細的方案，需專家評審之后方可實施；2）盾構進場運輸必須由具有資質的大件運輸公司實施；3）盾構吊裝由具有資質的專業(yè)隊伍負責起吊；4）作業(yè)前需對吊機工作區(qū)域進行加固提高地基承載力。33可編輯課件PPT盾構始發(fā)盾構吊裝場地布置圖34可編輯課件PPT盾構始發(fā)主機大件翻身35可編輯課件PPT臺車下井示意圖盾構始發(fā)36可編輯課件PPT臺車下井示意圖盾構始發(fā)37可編輯課件PPT盾構下井盾構始發(fā)38可編輯課件PPT盾構下井組裝調試主機下井示意圖刀盤中盾前盾39可編輯課件PPT盾構下井組裝調試主機與臺車連接示意圖40可編輯課件PPT盾構始發(fā)反力架安裝示意圖反力架是盾構始發(fā)發(fā)力的支撐系統(tǒng)，結構形式宜采用鋼結構。41可編輯課件PPT盾構始發(fā)

負環(huán)拼裝分兩次進行，盾構組裝調試完成之后拼裝第一次（反力架至主推進油缸之間），盾構始發(fā)之后第二次拼裝剩余負環(huán)管片。42可編輯課件PPT盾構始發(fā)第一次負環(huán)拼裝第二次負環(huán)拼裝43可編輯課件PPT

負環(huán)管片拼裝示意圖

在拼裝第一環(huán)負環(huán)管片前，在盾尾管片拼裝區(qū)180度范圍內均勻安設6根長1.5m、厚盾尾間隙的定位墊塊，負環(huán)管片在脫出過程中及時加支撐固定，防止管片失圓引起管片拼裝困難。盾構始發(fā)44可編輯課件PPT

負環(huán)管片拼裝加固盾構始發(fā)45可編輯課件PPT盾構始發(fā)

洞門鑿除是指鑿除盾構井圍護結構。盾構組裝調試、洞門探孔完成之后，開始鑿除洞門，洞門鑿除過程中各項工序緊密銜接，防止掌子面暴露時間過長引發(fā)險情。洞門鋼筋混凝土鑿除前，端頭加固土體須達到設計所要求的強度、滲透性等技術指標。分兩次鑿除，減少第二次鑿除工作量，第一次鑿除至內層鋼筋位置處；第二步，當盾構組裝調試完成之后，并推進距離洞門約1-1.5m時，快速鑿除剩余厚度。

第一次鑿除從上而下，第二次鑿除從下而上。46可編輯課件PPT盾構始發(fā)47可編輯課件PPT第一次鑿除洞門第二次鑿除洞門盾構推進盾構始發(fā)48可編輯課件PPT

同步注漿示意圖

當盾尾通過密封箱體后開始實施同步注漿。注漿漿液選擇水泥砂漿，水泥砂漿的凝結時間在6小時左右，漿液的強度不小于2MPa。始發(fā)階段同步漿液配合比見下表。注漿方式配合比水（kg）水泥（kg）細砂（kg）粉煤灰（kg）膨潤土（kg）同步注漿245225100040050盾構始發(fā)49可編輯課件PPT盾構始發(fā)惰性漿

硬性漿

單液漿

雙液漿

同步注漿

二次注漿50可編輯課件PPT穿越時空隧道，溝通美好未來。同步注漿

砂漿輸送

砂漿柱塞泵51可編輯課件PPT穿越時空隧道，溝通美好未來。二次注漿52可編輯課件PPT盾構掘進盾構掘進管片拼裝電瓶車出運電瓶車運料軌道、管線等延長53可編輯課件PPT盾構掘進出渣：45t龍門吊下料：16t龍門吊54可編輯課件PPT盾構掘進

盾構隧道管片拼裝分通縫拼裝和錯縫拼裝，通縫拼裝施工難度低，但管片接縫防水效果差，國內現(xiàn)在盾構隧道管片拼裝已錯縫拼裝為主。55可編輯課件PPT盾構掘進普通型標準環(huán)+左轉彎環(huán)+右轉彎環(huán)通用型帶有一定楔形量的襯砌圓環(huán)封頂塊為楔形塊，搭接2/3后插入56可編輯課件PPT盾構掘進環(huán)縫縱向螺栓縱縫環(huán)向螺栓57可編輯課件PPT盾構掘進

抓舉頭58可編輯課件PPT盾構掘進緩膨劑59可編輯課件PPT盾構掘進60可編輯課件PPT盾構掘進環(huán)縫縱縫61可編輯課件PPT盾構掘進62可編輯課件PPT直接調整參數(shù)被動調整參數(shù)盾構掘進推力千斤頂分區(qū)壓力切口壓力刀盤轉速刀盤扭矩注漿流量輔助材料流量螺旋機轉速掘進速度鉸接角度63可編輯課件PPT直接調整參數(shù)被動調整參數(shù)盾構掘進推力千斤頂分區(qū)壓力切口壓力刀盤轉速刀盤扭矩注漿流量送泥流量排泥流量掘進速度鉸接角度64可編輯課件PPT盾構掘進被動鉸接主動鉸接主動鉸接，推進油缸推著盾尾走，鉸接油缸推著盾體走。被動鉸接，推進油缸推著盾體走，鉸接油缸拉著盾尾走。65可編輯課件PPT盾構掘進設置鉸接，可使盾構機適用于更小轉彎半徑。主動鉸接姿態(tài)調整優(yōu)于被動鉸接。轉彎半徑大時，可以不開鉸接（主動）。收斂性不好地層，取500m，收斂性好地層，取600m。轉彎半徑小時，必須開鉸接。急糾偏時，需超挖刀配合。66可編輯課件PPT盾構掘進控制貫入度，刀盤掘進速度與轉速之比硬巖低貫入度，軟巖高貫入度關注掘進參數(shù)變化，特別是扭矩紅層掘進關注土艙溫度和渣土溫度勤查刀特殊地層掘進上軟下硬地層67可編輯課件PPT盾構掘進特殊地層掘進孤石施工前應進行物探補充勘探，探明孤石分布情況68可編輯課件PPT盾構掘進特殊地層掘進孤石當?shù)孛鏃l件允許時，采取深孔爆破預破碎、沖孔預處理技術進行破除69可編輯課件PPT盾構掘進特殊地層掘進孤石盾構機接觸到孤石時，扭矩波動大，慢轉速，小推力進入土艙，采用液壓巖石破碎機或靜態(tài)炸藥分裂巖石70可編輯課件PPT盾構掘進特殊地層掘進全巖地層礦山法隧道內施工砂漿導臺盾構機空推過礦山法隧道71可編輯課件PPT盾構掘進特殊地層掘進全巖地層盾構機空推過礦山法隧道盾構機空推，回填豆礫石72可編輯課件PPT盾構掘進換刀常壓換刀開挖面穩(wěn)定開挖面不穩(wěn)定，加固手段73可編輯課件PPT盾構掘進換刀帶壓換刀開挖面不穩(wěn)定，加氣壓穩(wěn)定開挖面土體不閉氣，需在開挖面表面形成閉氣泥膜74可編輯課件PPT盾構到達到達前100m進行貫通測量到達前10環(huán)，采用管片拉緊75可編輯課件PPT盾構到達水平凍結水中進洞加固體+降水到達76可編輯課件PPT

在盾構到達前首先施工端頭加固（根據(jù)端頭施工條件進行一定范圍內的水泥土加固），在水泥土加固完成后開始實施垂直凍結，凍結達到設計強度后開始鑿除洞門，凍結加固主要保證洞門鑿除過程中的土體穩(wěn)定和封水效果，洞門鑿除完成后，在盾構接收井或待穿越基坑內回填塑性混凝土至洞門上部一定高度，然后上部灌水至地下水位高度，以平衡豎井內外的水土壓力，避免盾構到達（穿越）過程中洞門圈由于未注漿封閉出現(xiàn)涌水、涌砂等事故，從而安全的完成盾構到達（過站）。端頭加固端頭凍結洞門鑿除基坑回填盾構到達（過站）后續(xù)施工盾構水下達到施工工序盾構到達77可編輯課件PPT冷凍加固破除洞門砼回填灌水加壓回填盾構水下達到工藝流程圖盾構到達78可編輯課件PPT

根據(jù)凍結監(jiān)測效果，凍結達到設計條件進行探孔后，分段自下而上鑿除洞門。鑿除完成一段，迅速回填一段，避免鑿除后的洞門暴露時間過程，影響凍結效果，造成安全隱患。盾構到達79可編輯課件PPT

洞門鑿除完成后，使用預先配置好的塑性混凝土對基坑進行回填，回填高度以超過洞門頂2m為標準。回填塑性混凝土達到一定強度后，基坑內即可回灌水至地下水位標高處，至此盾構機到達（過站）前準備工作全部完成。盾構到達80可編輯課件PPT

待盾構機到達后，洞內進行二次注漿(必要時壓注聚氨酯并進行環(huán)向冷凍)，進行封堵管片與車站（風井）結構之間的空隙。待二次注漿完全封堵注管片與結構之間的空隙，開始后續(xù)施工（二次開挖回填物、進行盾構拆機、施工洞門等）。盾構到達81可編輯課件PPT盾構到達82可編輯課件PPT穿越時空隧道，溝通美好未來。盾構到達主要內容包括：端頭旋噴加固、端頭水平冷凍、接收架安裝、簾布橡膠止水帷幕安裝、盾構機抵攏連續(xù)墻、隧道內二次注漿、洞門探孔、洞門鑿除、盾構空推、收緊簾布橡膠板及二次注漿、盾構到達。水平凍結到達工藝流程盾構到達83可編輯課件PPT穿越時空隧道，溝通美好未來。盾構到達84可編輯課件PPT

復興路端頭旋噴加固采用Φ800@500mm三重管法高壓旋噴樁加固，加固范圍為隧道結構外左右3m，隧道頂?shù)装迳?m，下4m，寬度4.5m。盾構到達85可編輯課件PPT凍結孔及測溫孔布置圖盾構到達86可編輯課件PPT穿越時空隧道，溝通美好未來。折頁板采用始發(fā)防水裝置，在翻板底端加焊鋼筋圓環(huán)，用于固定鋼絲繩。盾構到達87可編輯課件PPT

盾構機抵攏地下連續(xù)墻后，對盾尾后2環(huán)進行二次注漿，盾構機出洞后對后續(xù)7環(huán)再次進行二次注漿，其中前兩環(huán)及最后兩環(huán)為施工重點，其中每環(huán)注漿至少5m3雙液漿。盾構到達88可編輯課件PPT穿越時空隧道，溝通美好未來。簾布橡膠板收緊示意圖盾構到達89可編輯課件PPT水平凍結：施工過程中工序銜接要求高，風險高，盾構機不能長時間在凍結體中待機，與車站交叉施工便利，特殊情況下考慮使用。水下到達：盾構到達過程中風險可控，盾構掘進回填體和后期鑿除耗時交多，盾構到達之后，后續(xù)基坑二次開挖較高，稍有不慎，容易造成洞門涌水涌砂事故。盾構到達90可編輯課件PPT盾構穿越風井

地鐵線路一般位于地下，為滿足通風、防災需要，需在長距離區(qū)間中間設置風井，風井是用于區(qū)間內部空間的空氣對流，緊急情況下也是救援、逃生通道。91可編輯課件PPT總體工藝流程為：風井端頭采取高壓旋噴加固+垂直凍結止水人工鑿除洞門圍護結構，砂漿回填盾構穿越區(qū)域，上部灌水加壓，盾構直接掘進穿越風井。

盾構穿越風井工序圖泥水盾構穿越風井常規(guī)做法92可編輯課件PPT泥水盾構穿越風井常規(guī)做法高壓旋噴加固凍結加固洞門鑿除預埋液氮凍結環(huán)管M5砂漿回填灌水加壓充水壓重水泥參量15%水泥參量7%M5砂漿連續(xù)墻300012000122001820093可編輯課件PPT泥水盾構穿越風井非常規(guī)做法1、風井基坑長24.2m，寬16m，深40.8m2、圍護結構采用1400mm厚地下連續(xù)墻結構，嵌固深度為14m3、地連墻槽壁加固：坑內為一排?850@600三軸水泥攪拌樁；坑外為三排?850@600三軸水泥攪拌樁4、支撐系統(tǒng)：共采用4道混凝土撐（截面1000*1200）5、基坑采用降水開挖+水下開挖的方式

18.5m以上采用降水開挖方式；18.5m以下采用水下開挖方式。94可編輯課件PPT泥水盾構穿越風井非常規(guī)做法圍護結構剖面圖95可編輯課件PPT泥水盾構穿越風井非常規(guī)做法96可編輯課件PPT泥水盾構穿越風井非常規(guī)做法97可編輯課件PPT泥水盾構穿越風井非常規(guī)做法98可編輯課件PPT泥水盾構穿越風井非常規(guī)做法99可編輯課件PPT聯(lián)絡通道施工

所謂“聯(lián)絡通道”，就是設置在兩個隧道之間的一條通道，若一條隧道出現(xiàn)問題，行人可通過連接通道轉移到另外一條隧道，因此有“逃生通道”之稱，最低點聯(lián)絡通道一般兼作廢水泵房。

100可編輯課件PPT聯(lián)絡通道施工101可編輯課件PPT開挖寬度3.8m高度7.62m線間距13.0m位于2－4含礫中粗砂層、20e－2中風化泥質粉砂巖隧道中心標高－23.486m102可編輯課件PPT凍結壁厚度3.1m凍結壁厚度3.1m聯(lián)絡通道施工103可編輯課件PPT

開孔深度250mm后，取出管片巖芯，打入加工好的孔口管，并用不少于4個固定點固定在管片上，然后安裝孔口密封裝置，每個鉆孔完成后，在孔口法蘭與凍結管之間間隙用鋼板焊接密封。聯(lián)絡通道施工104可編輯課件PPT供液管選用Φ48×3.5鋼管，焊接連接。鹽水干管和集、配液圈選用Φ159×4.5mm鋼管。冷卻水管選用Φ127×4.5mm無縫鋼管。制冷