盾構法隧道施工工法及管片拼裝技術

1、盾構法隧道施工工法及管片拼裝技術 一、盾構法隧道技術介紹 1、盾構法隧道基本概念 盾構法是在盾構保護下修筑隧道的一類施工方法。這類方法的特點是地層掘進、出土運輸、襯砌拼裝、接縫防水和盾尾間隙注漿充填等作業(yè)都在盾構保護下進行，并需隨時排除地下水和控制地面沉降，因而是工藝技術要求高、綜合性強的一類施工方法。盾構機(復合盾構土壓平衡)盾構法主要施工程序1、建造盾構工作井2、盾構掘進機安裝就位4、初推段掘進施工5、掘進機設備轉換6、盾構連續(xù)掘進施工8、盾構進入接收井，并運出地面7、接收井洞口土體加固3、出洞口土體加固2、盾構法施工的優(yōu)點（1）、場地作業(yè)少，隱蔽性好，因噪音、振動引起的環(huán)境影響小；（2）

2、、隧道施工的費用和技術難度基本不受覆土深淺的影響，適宜于建造覆土深的隧道；（3）、穿越河底或海底時，隧道施工不影響航道，也完全不受氣候的影響；（4）、穿越地面建筑群和地下管線密集區(qū)時，周圍可不受施工影響；（5）、自動化程度高、勞動強度低、施工速度較快。3、盾構法施工的缺點 （1）施工設備費用較高；（2）覆土較淺時，地表沉降較難控制；（3）用于施工小曲率半徑隧道時，掘進較困難。4、盾構法施工的適用范圍 適用于各類軟土地層和軟巖、硬巖地層的隧道掘進，尤其適用于城市地下隧道工程。 水底公路隧道； 地鐵區(qū)間隧道； 排水污水隧道； 引水隧道； 公用管線隧道。 盾構隧道的斷面形狀一般為圓形，也可采用矩形、

3、馬蹄形、橢圓形、雙圓形、多圓形等。圓形隧道最大直徑已達14.14m。5、盾構隧道斷面形狀盾構的分類和適用范圍1、盾構掘進機的構造 6、盾構掘進機構造盾殼： 分為切口環(huán)、支承環(huán)和盾尾三部分；開挖面切削和支護結構：* 敞開式：前瞻千斤頂、支撐千斤頂、平臺千斤頂* 網(wǎng)格式：開胸率、折裝式和開啟式* 刀盤式：面板式和條幅式；小刀盤和大刀盤；泥水 平衡和土壓平衡推進千斤頂：盾尾周圈布置，一般單臺推力，1000kn2000kn，行程比管片寬度長10cm20cm。管片拼裝機：舉重臂和真圓保持器7、盾構掘進機的分類（1）土壓平衡盾構（2）復合型土壓平衡盾構（3）泥水加壓盾構二、盾構施工技術1、 施工工藝流程到

4、達掘進盾構機下井盾構機就位調(diào)試初始掘進設備調(diào)整正常掘進 盾構進站、解體吊出圍護結構鑿除洞門密封圈安裝盾構機接收托架始發(fā)井端頭加固始發(fā)反力架安裝洞門密封圈安裝始發(fā)井端頭圍護樁鑿除盾構施工工藝流程(1)端頭加固為了確保盾構始發(fā)和到達時施工安全，確保地層穩(wěn)定，以防端頭地層發(fā)生坍塌或涌漏水等意外情況，根據(jù)各始發(fā)和到達端頭工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和端頭結構等綜合分析與評價，決定是否對洞門端頭地層進行加固處理。端頭加固有高壓旋噴樁、攪拌樁、靜壓注漿等多種形式。 2、施工工藝(2)洞門破除始發(fā)前將車站洞門部位的端頭圍護樁進行鑿除，采用油炮+人工施工作方式進行鑿除，先沿洞四周鑿除采用油炮A部分，再用人工持風鎬鑿除B

5、部分。鑿除時圍護樁內(nèi)層鋼筋先不割除，待盾構進洞或出洞時再迅速割除。2、施工工藝介紹 (3)始發(fā)設施的安裝 始發(fā)托架的安裝1)始發(fā)托架安裝洞門鑿除完成之后，依據(jù)隧道設計軸線定出盾構始發(fā)姿態(tài)的空間位置，然后反推出始發(fā)臺的空間位置。由于始發(fā)臺在盾構始發(fā)時要承受縱向、橫向的推力以及約束盾構旋轉的扭矩。所以在盾構始發(fā)之前，先對始發(fā)臺兩側進行加固。 2)反力架安裝在盾構主機與后配套連接之前，開始進行反力架的安裝。由于反力架為盾構始發(fā)時提供反推力，在安裝反力架時，反力架端面與始發(fā)臺水平軸垂直，以便盾構軸線與隧道設計軸線保持平行。安裝時反力架與盾構始發(fā)井結構連接部位的間隙要墊實，以保證反力架腳板有足夠的抗壓強

6、度 。3)洞門密封及止水裝置的安裝洞口密封采用右圖所示的折葉式密封壓板。其施工分兩步進行施工，第一步在始發(fā)端墻施工過程中，做好始發(fā)洞門預埋件的埋設工作。在埋設過程中預埋件與端墻結構鋼筋連接在一起。第二步在盾構正式始發(fā)之前，清理完洞口的碴土后及時安裝洞口密封壓板及橡膠簾布板。(4)負環(huán)管片安裝按設計要求經(jīng)精確測量定位后，組裝反力架和負環(huán)管片，為盾構推進提供后座反力。反力架和負環(huán)管片的布置，靠近反力架的一環(huán)為基準環(huán)，基準環(huán)為鋼管片，其余負環(huán)管片為與隧道管片相同的混凝土管片。為利于洞門施工，0環(huán)伸入洞內(nèi)0.40.8m，在洞門施工時再將這環(huán)管片鑿除，負環(huán)管片組裝采用錯縫拼裝 。（5）盾構掘進1)試驗段

7、（始發(fā)段）掘進:盾構始發(fā)井始發(fā)，始發(fā)掘進長度為80100米定義為試驗段掘進。 盾構機與后續(xù)臺車的長度（80m）； 始發(fā)井內(nèi)洞口處布置雙線道岔所需長度； 管片與土體之間的摩擦力足以支撐盾構機的正常掘進；的準確性。 （5）盾構掘進2)盾構正常段掘進:盾構機正常掘進范圍為除初始掘進80m和、到達掘進50m外的長度。盾構機在完成試驗段掘進后，對始發(fā)設施進行必要的調(diào)整，為正常掘進準備條件，調(diào)整工作包括：拆除負環(huán)管片、始發(fā)基座和反力架；在站內(nèi)鋪設雙線軌道；其他各種管線的延伸和連接。盾構機正常掘進段根據(jù)隧道穿過不同的地層情況，選定不同的盾構機掘進模式如下：A、類圍巖及地表有建筑物的地段：地層自穩(wěn)性較差，盾構

8、機切削土體以刮刀為主，采用土壓平衡模式掘進。刀盤緊貼開挖面，土倉所設壓力與開挖面水土壓力相平衡，嚴格控制出土量。B、類圍巖：巖石組織結構已大部分破壞，風化裂隙發(fā)育，巖體破碎，遇水易崩解，地層有一定的自穩(wěn)性，采用半敞開掘進模式掘進，在土倉內(nèi)注入高壓空氣，以穩(wěn)定掌子面土體和排水，并向開挖面注入泡沫等改良劑，改良切削土體的和易性和流塑性，防止在刀盤上和土倉內(nèi)形成泥餅。C、 、類圍巖：地層巖石組織結構部分破壞，巖質(zhì)堅硬，地層穩(wěn)定性較好，采用敞開掘進模式掘進，向掌子面注入泡沫或水，減少對滾刀的磨損?？陀^上在同一施工區(qū)間地層變化也比較突然，上下不均、球狀風化體、孤石等不良地質(zhì)經(jīng)常存在，給盾構的施工組織管理

9、和掘進技術帶來很大難度，在施工中需要采用較多的輔助工法并且經(jīng)常調(diào)整掘進參數(shù)甚至轉換掘進模式以適應變化的地層。掘進參數(shù)是指：土倉壓力、刀盤推力及扭矩、刀盤轉速、螺旋機轉速等一些通過盾構機操作或PLC設置達到正常掘進保證施工安全的技術指標。 盾構機的掘進參數(shù)土倉壓力：是土壓平衡或泥水平衡掘進中最能體現(xiàn)掌子面穩(wěn)定狀況的一項操作指標，是利用刀盤的一系列操作（推力、轉速及貫入度等）與螺旋輸送機的轉速合理匹配來完成的一種動態(tài)的平衡。其數(shù)據(jù)是通過土倉壁上的土壓傳感器采集反饋的。一般以最上方的傳感器數(shù)據(jù)作為控制指標，在實際土壓平衡模式操作過程中，土倉壓力設置宜略高于掌子面的水土壓力（理論計算值）。刀盤推力：是

10、所有推進千斤頂推力的總和，通過千斤頂?shù)墓ぷ饔蛪阂约巴七M速度旋鈕來控制，但主要以前者控制為主。除了推力本身以外，在操作面板上能體現(xiàn)刀盤推力大小是否適當?shù)闹笜擞校贺炄攵取⑴ぞ?，甚至推進速度在一定程度上也能反映推力的合理性。刀盤扭矩：取決于主軸承直徑大小，在5號線使用的海瑞克6250復合盾構機主軸承直徑2.6m，工作扭矩450t.m，最大脫困扭矩540t.m。在PLC顯示屏上體現(xiàn)扭矩指標的參數(shù)有扭矩和刀盤工作油壓，而且后者是最能體現(xiàn)刀盤的旋轉工況。刀盤轉速與刀具的貫入度：是造成掌子面土體乃至更大范圍土體擾動的最直接的參數(shù)。另外，在巖層中掘進時，也是及時調(diào)整掘進參數(shù)的有效依據(jù)。另外，還要指出的是：由于

11、土壓平衡模式實際上是一種通過螺旋機的旋轉出土形成的動態(tài)平衡，所以在實際操作作程中螺旋機的轉速和壓力也要引起足夠重視，同時在掘進過程中需要根據(jù)具體的監(jiān)測情況進行調(diào)整的還有同步注漿量和注漿壓力。盾構機掘進操作管片洞內(nèi)運輸管片拼裝螺旋輸送機出土土箱運土井口土箱吊運（5）盾構掘進3)到達段掘進:在盾構機距離端頭墻50m時，即進入到達掘進階段，在此階段，增加測量次數(shù)，不斷校準盾構機掘進方向，確保盾構機掘進方向的準確性。盾構到達時由于正面土體壓力降低，千斤頂推力逐漸減小及盾尾密封刷與管片之間的摩擦，將管片帶動使管片之間的縱縫變大。為保證已安裝的管片環(huán)與環(huán)之間連接緊密，盾構機到達掘進階段時，及時緊固螺栓，并

12、在管片環(huán)間加型鋼將管片拉緊，用角鋼固定。(6)管片安裝 1）管片在預制工廠通過質(zhì)檢后，由專門的平板運輸車將其運輸至施工現(xiàn)場臨時存放，在施工現(xiàn)場場地粘貼三元乙丙防水橡膠條并編號。管片由龍門吊吊入井下。洞內(nèi)采用二節(jié)專用平車運輸管片，每節(jié)平車可裝運3片。安裝采用能夠左右旋轉220全自動安裝機。拼裝形式采用錯縫拼裝，當盾構向前推進一環(huán)管片長度1.5m時，即可安裝一環(huán)管片。管片安裝前先進行防水處理，并將管片、連接件備齊，盾尾雜物清理干凈，檢查管片拼裝機的舉重臂等設備運轉正常后方可進行管片安裝。管片安裝順序先就位底部管片，再自下而上左右交叉安裝，每環(huán)相鄰管片控制環(huán)面平整度和封口尺寸，最后插入封頂管片成環(huán)。

13、2）管片拼裝可采用錯縫及通縫拼裝，由于錯縫比通縫拼裝最大正、負彎矩增加，對應的軸力則減少，單點變形量錯縫比通縫拼裝減少。而錯縫拼裝由于縱向接頭引起襯砌圓環(huán)的咬合作用，剛度增強而產(chǎn)生的變形被相鄰管片約束，內(nèi)力加大，空間剛度加大，襯砌圓環(huán)變形量減小，對隧道防水有利。管片拼裝采用先縱后環(huán)法，錯縫安裝管片，錯縫方式見下圖 ：高精度鋼筋 混凝土管片管片堆放及防水條、襯墊管片吊運下井管片水平運輸管片試拼裝隧道拼裝作業(yè)3、 盾構掘進施工的豎井和配套設備(1)盾構掘進施工的豎井始發(fā)工作井: 滿足盾構掘進機安裝和出洞施工的要求接收工作井: 盾構隧道掘進完成后進入接收井,滿足盾 構拆卸或轉場吊裝移位的工作空間要求豎井施工方法: 沉井法、地下連續(xù)墻圍護、鋼板樁圍護。井下安裝盾構（始發(fā)井）盾構推進進洞（接收井）(2)同步注漿和壁后注漿設備充填盾尾空隙的方法:1) 同步注漿:在盾構尾部外殼上設26根同步 注漿管, 在盾構推進的同時進行注漿充 填空隙2) 壁后注漿:在管片上留有注漿孔,隨時可進 行壁后注漿盾尾建筑空隙 = 盾構外徑 - 隧道外徑盾尾同步注漿管和壁后注漿孔示意圖注漿材料（應根據(jù)施工環(huán)境、地層條件選擇，并進行配方試驗和泵壓試驗）：1) 單液惰性漿液：由砂、粉煤灰、膨潤土 組成。2) 單