盾構(gòu)選型與施工課件

1、1地鐵盾構(gòu)知識(shí)交流2019-11匯報(bào)題綱第二部分 盾構(gòu)法施工第一部分 盾構(gòu)機(jī)選型3第一部分 盾構(gòu)機(jī)選型1. 盾構(gòu)法隧道的起源及發(fā)展史1818年，英國(guó)的布魯諾從蛀蟲(chóng)鉆孔得到啟示，提出盾構(gòu)掘進(jìn)隧道設(shè)想。布魯諾爾1806注冊(cè)專利的盾構(gòu) M.I.Brunel 螺旋盾構(gòu)，1818 18251843年，布魯諾在倫敦泰吾士河下用盾構(gòu)法修建458m長(zhǎng)的矩形隧道（11.4m6.8m）。1830年，英國(guó)的羅德發(fā)明“氣壓法”輔助解決隧道涌水。1865年，英國(guó)的布朗首次采用圓形盾構(gòu)和鑄鐵管片，1869年用圓形盾構(gòu)在泰吾士河下修建外徑2.2m的隧道。1863年倫敦的首條地鐵大都會(huì)地鐵建成通車。1963年Sato Kog

2、yo公司(佐藤工業(yè)）土壓平衡盾構(gòu) 1917年，日本引進(jìn)盾構(gòu)施工技術(shù)，是歐美國(guó)家以外第一個(gè)引進(jìn)盾構(gòu)法的國(guó)家。1963年，土壓平衡盾構(gòu)首先由日本Sato Kogyo公司開(kāi)發(fā)出來(lái)。 日本第一臺(tái)使用的土壓平衡盾構(gòu)（IHI公司1974年制造）日本東京灣海底隧道1989年，日本最引人注目的泥水盾構(gòu)隧道工程開(kāi)工。東京灣海底隧道長(zhǎng)10km，是世界最長(zhǎng)公路專用海底隧道，用八臺(tái)直徑14.14m泥水加壓式盾構(gòu)施工。 1990年12月，上海市隧道公司承建的上海合流污水治理工程過(guò)江隧道推進(jìn)施工。采用自己設(shè)計(jì)制造直徑5.17m土壓平衡盾構(gòu)。盾構(gòu)自重190t,總推力2880t，總功率500kW。 直徑5.17m加泥式土壓平

3、衡盾構(gòu)1992年，日本研制成世界上第一臺(tái)三圓泥水加壓式盾構(gòu)，并成功地用于大阪市地鐵7號(hào)線“商務(wù)公園站”車站工程施工。 三連體泥水加壓平衡盾構(gòu)基本構(gòu)造圖 4.35M土壓平衡盾構(gòu)研制及工程應(yīng)用1987年，上海市隧道公司承建過(guò)江電纜隧道工程，成功設(shè)計(jì)了我國(guó)第一臺(tái)直徑4.35m加泥式土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，由上海造船廠制造。 1992年臺(tái)北地鐵淡水線（Herrenknecht）土壓平衡盾構(gòu) 1994年10月，上海隧道工程股份有限公司采用盾構(gòu)法承建的南京第一條秦淮河治理工程隧道推進(jìn)。 南京夾江隧道直徑6.34m盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)最具風(fēng)險(xiǎn)的是盾構(gòu)推抵江中段，即鉆入全斷面粉砂層中，該粉砂層上方?jīng)]有其它土層與夾江水間隔。

4、直徑6.34m土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)于2019年2月5日順利進(jìn)入江心州接收井。 與法國(guó)FCB公司合作設(shè)計(jì)制作的6.34M土壓平衡盾構(gòu)1992年6月，上海市隧道工程公司承建上海地鐵1號(hào)線上?；疖囌緷h中路車站區(qū)間隧道盾構(gòu)推進(jìn)，1993年4月全線貫通。1993年8月，上海隧道工程股份有限公司承建上海地鐵1號(hào)線黃陂路站陜西路站區(qū)間隧道，1994年4月全線貫通。土壓平衡盾構(gòu)設(shè)備示意圖2019年，上海隧道工程股份有限公司于開(kāi)始研究矩形隧道技術(shù)，2019年研制一臺(tái)2.5m2.5m可變網(wǎng)格矩形隧道掘進(jìn)機(jī)，頂進(jìn)矩形隧道60m，解決了推進(jìn)軸線控制、糾偏技術(shù)、沉降控制、隧道結(jié)構(gòu)等技術(shù)難題。2019年，上海隧道工程股份有

5、限公司施工總承包延安東路隧道南線工程。長(zhǎng)1300m圓形主隧道采用從日本引進(jìn)的直徑11.22m泥水加壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工。 延安東路隧道南線11.22M泥水盾構(gòu)19海瑞克泥水盾構(gòu)泥水土壓平復(fù)合式盾構(gòu)鄂式破巖機(jī)2019年12月，上海隧道公司承建中國(guó)第一條較長(zhǎng)距離的水底觀光游覽隧道上海外灘觀光隧道。采用國(guó)外二手直徑7.65m鉸接式土壓平衡盾構(gòu)施工。 三龍過(guò)江示意圖2019年5月，上海隧道公司研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)3.8m3.8m矩形組合刀盤式土壓平衡掘進(jìn)機(jī)，在浦東陸家嘴地鐵車站掘進(jìn)120m，建成兩條過(guò)街人行地道。2019年9月，上海隧道工程股份有限公司建設(shè)的中國(guó)首條雙圓隧道在軌道交通8號(hào)線應(yīng)用上海地鐵建

6、設(shè)用盾構(gòu) 在上個(gè)世紀(jì)90年代，修建上海地鐵一號(hào)線的時(shí)候，區(qū)間隧道都采用盾構(gòu)施工，共使用了7臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，推進(jìn)長(zhǎng)度約為18.6km。 以后在地鐵二號(hào)線、明珠線和M8線等線路的施工中，所有區(qū)間隧道都采用了盾構(gòu)法施工，最高峰時(shí)同時(shí)100余臺(tái)盾構(gòu)機(jī)在作業(yè)。 國(guó)產(chǎn)863盾構(gòu)24上海隧道股份研發(fā)的軟土盾構(gòu)在上海2號(hào)線西延伸首次使用，同 時(shí)中鐵隧道集團(tuán)研發(fā)的復(fù)合式盾構(gòu)也投入使用。中隧與小松聯(lián)合制造的盾構(gòu)機(jī) 廣州修建地鐵一號(hào)線由日本青木公司采用了3臺(tái)盾構(gòu)機(jī)施工，造價(jià)昂貴，每延米約1萬(wàn)美元。 施工的三號(hào)線，共有15臺(tái)盾構(gòu)機(jī)在作業(yè)，以后開(kāi)工的地鐵新線不斷采購(gòu)了新盾構(gòu)機(jī)。 北京修建地鐵盾構(gòu)法施工的線路也在不斷增加。中國(guó)

7、用掘進(jìn)機(jī)修建鐵路隧道TB880E修建的秦嶺18.4km鐵路隧道TB880E掘進(jìn)機(jī)安康至南京磨溝嶺鐵路隧道(掘進(jìn)機(jī))2. 盾構(gòu)法隧道基本原理及特點(diǎn)盾構(gòu)法隧道的基本原理是用一件有形的鋼質(zhì)組件沿隧道設(shè)計(jì)軸線開(kāi)挖土體而向前推進(jìn)。這個(gè)鋼質(zhì)組件在初步或最終隧道襯砌建成前，主要起防護(hù)開(kāi)挖出的土體、保證作業(yè)人員和機(jī)械設(shè)備安全的作用，這個(gè)鋼質(zhì)組件被簡(jiǎn)稱為盾構(gòu)。盾構(gòu)另一個(gè)作用是能夠承受來(lái)自地層的壓力，防治地下水或流沙的入侵。 盾構(gòu)法隧道基本原理 盾構(gòu)法隧道優(yōu)缺點(diǎn)盾構(gòu)法隧道優(yōu)點(diǎn)： （1）在盾構(gòu)支護(hù)下進(jìn)行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航運(yùn)、潮汐、季節(jié)、氣候等條件的影響，能較經(jīng)濟(jì)合理地保證隧道安全施工；盾構(gòu)法隧

8、道施工不受地面自然條件的影響 （2）盾構(gòu)的推進(jìn)、出土、襯砌拼裝等可實(shí)行自動(dòng)化、智能化和施工遠(yuǎn)程控制信息化，掘進(jìn)速度較快，施工勞動(dòng)強(qiáng)度較低；盾構(gòu)法隧道機(jī)械化、自動(dòng)化高 （3）地面人文自然景觀受到良好的保護(hù)，周圍環(huán)境不受盾構(gòu)施工干擾；在松軟地層中，開(kāi)挖埋置深度較大的長(zhǎng)距離、大直徑速度，具有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、安全、軍事等方面的優(yōu)越性。盾構(gòu)法隧道缺點(diǎn) （1）盾構(gòu)機(jī)械造價(jià)較昂貴，隧道的襯砌、運(yùn)輸、拼裝、機(jī)械安裝等工藝較復(fù)雜；在飽和含水的松軟地層中施工，地表沉陷風(fēng)險(xiǎn)極大。（2）需要設(shè)備制造、氣壓設(shè)備供應(yīng)、襯砌管片預(yù)制、襯砌結(jié)構(gòu)防水及堵漏、施工測(cè)量、始發(fā)接收?qǐng)龅夭贾?、盾?gòu)轉(zhuǎn)移等施工技術(shù)的配合，系統(tǒng)工程協(xié)調(diào)難；（3

9、）建造短于750m的隧道沒(méi)有經(jīng)濟(jì)性；對(duì)隧道曲線半徑過(guò)小或隧道埋深較淺時(shí)，施工難度大；（4）盾構(gòu)機(jī)的通用性比較差，適應(yīng)性有限，并非所有地層都適合盾構(gòu)施工，需要針對(duì)地層情況專門進(jìn)行設(shè)計(jì)。 總之，由于盾構(gòu)機(jī)在地鐵區(qū)間施工中正被 越來(lái)越廣泛的使用。盾構(gòu)機(jī)的分類原則： 無(wú)論是那種盾構(gòu)機(jī)或TBM，不管是圓形的方形的、單圓的多園的、人工的、機(jī)械的、半機(jī)械的等等，它們都必須具備兩種功能，一是與圍巖的主動(dòng)土壓和水壓的平衡方式；二是出土方式。將盾構(gòu)機(jī)的這種平衡方式和出土方式稱之為盾構(gòu)機(jī)的型。盾構(gòu)機(jī)的選型就是對(duì)盾構(gòu)機(jī)平衡方式（采用土壓平衡還是泥水平衡）和出土方式（采用螺旋輸送器和皮帶機(jī)還是泥漿泵和泥漿管路）的選擇。

10、這是一級(jí)功能分類。 二級(jí)功能分類是指密封艙的狀態(tài)，即通常所說(shuō)的盾構(gòu)機(jī)的模式，分為開(kāi)胸式、閉胸式、半開(kāi)胸式和加氣壓式。 型是在盾構(gòu)施工前選擇的，也就是在施工招標(biāo)前決定的。而模式是根據(jù)地質(zhì)環(huán)境的變化在施工過(guò)程中由操作人員實(shí)時(shí)設(shè)定的。3. 盾構(gòu)機(jī)的分類盾構(gòu)機(jī)的分類上隧863項(xiàng)目小松（土壓）綜述開(kāi)挖直徑6340mm6340mm整機(jī)長(zhǎng)度59000m61380mm盾構(gòu)主機(jī)總重250T330t（總重?）盾殼厚度40mm40mm刀盤刀盤形式平面直角開(kāi)口率35%40%切削刀主切削刀96把切刀78把重量31t螺旋機(jī)扭矩45knm37.7knm出土能力260m3/h191m3/h4.盾構(gòu)機(jī)的選型盾構(gòu)機(jī)并非通用設(shè)備，

11、是量身定做的，應(yīng)當(dāng)根據(jù)地層進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)選型。1）軟土盾構(gòu)2)復(fù)合盾構(gòu)機(jī)主要參數(shù)川崎（土壓平衡）住友（泥水盾構(gòu)機(jī)）綜述開(kāi)挖直徑6140 mm6140 mm主機(jī)長(zhǎng)度7.805 mm8150 mm開(kāi)口率1515滾刀5雙刃（外圈）9雙刃（外圈）中心刀圓盤凸起刮刀圓盤凸起刮刀額定轉(zhuǎn)矩389 tm239 tm脫困扭矩583 tm359 tm螺 旋機(jī)外徑650 mm最大扭矩9.6 tm初期盾構(gòu)配置中期盾構(gòu)配置平面圓角刀盤；41把單刃滾刀；480Knm扭矩；螺旋機(jī)扭矩40Knm細(xì)部部件名稱海瑞克（土壓平衡）開(kāi)挖直徑6280 mm護(hù)盾直徑6250mm盾殼厚度45mm開(kāi)口率28滾刀39把重量54t額定轉(zhuǎn)矩4346k

12、Nm脫困扭矩5252.6kNm近期復(fù)合盾構(gòu)主要參數(shù)細(xì)部部件名稱羅瓦特羅賓斯開(kāi)挖直徑6280mm6300 mm護(hù)盾直徑6250mm6260 mm主機(jī)長(zhǎng)度8.74m8770 mm開(kāi)口率33%37%滾刀41把39滾刀重量60T額定轉(zhuǎn)矩665TM5628脫困扭矩832TM7316復(fù)合盾構(gòu)的總體參數(shù)1，刀盤50t；2，開(kāi)口率約30%；3，滾刀刀刃39；刀間距100mm；4，刀高度差35mm；5，額定扭矩4300knm；6，螺旋機(jī)最大扭矩215knm粉細(xì)砂卵石層粗砂礫層中細(xì)砂礫層粉細(xì)礫層粗砂泥砂粘土地層滲透性與盾構(gòu)選型-10泥水盾構(gòu)土壓平衡盾構(gòu)透水系數(shù)(m/s)-1-10-1-10-2-10-3-10-4

13、-10-5-10-6-10-7-10-8-10-9-10-10-10-11問(wèn)題一：選擇土壓平衡還是泥水平衡？選型時(shí)的幾個(gè)困惑黃色區(qū)域適合于泥水平衡盾構(gòu)，藍(lán)色區(qū)域適合土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。由于泥水盾構(gòu)的場(chǎng)地要求較高，施工費(fèi)用相對(duì)復(fù)雜，雖然其對(duì)地層適應(yīng)性較廣，但實(shí)際中能使用土壓平衡盾機(jī)的，很少選用泥水盾構(gòu)。43問(wèn)題二：采用面板式還是幅條式？44面板式與幅條式的特點(diǎn)比較： 面板式：優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)口率較小，軟土口開(kāi)口率一般在45%左右，復(fù)合地層開(kāi)口率在30%左右，面板開(kāi)口小，強(qiáng)度高，易于刀具布置，對(duì)正面土體支撐效果較好，土壓波動(dòng)小；缺點(diǎn)是傳感器對(duì)正面土體的壓力反映不夠準(zhǔn)確，渣土進(jìn)入土倉(cāng)相對(duì)困難。 幅條式：優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)

14、口率大，渣土易進(jìn)入土倉(cāng)，不易形成泥餅，刀盤不易被堵，正面土壓能較準(zhǔn)確的反映；缺點(diǎn)是正面土壓波動(dòng)較大，容易引起地表沉降，刀盤比較薄弱，不易滿足復(fù)合地層刀具的布置和刀盤本身剛度的要求。 目前復(fù)合式盾構(gòu)開(kāi)口率基本趨于一致，在30%左右，重點(diǎn)保證刀盤中心開(kāi)口率，刀盤總重量在56噸左右；軟土盾構(gòu)刀盤在20噸左右。問(wèn)題三：刀具的選擇和布置單刃滾刀雙刃滾刀三刃滾刀切削刀先行刀47滾刀仿形刀（復(fù)合地層）柱形仿形刀（軟土地層）重型撕裂刀48中心滾刀中心魚尾刀49刀具配置方式 刀具的布置方式需要充分考慮工程地質(zhì)情況，進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，不同的工程地質(zhì)特點(diǎn)，采用不同的刀具配置方案，以獲得良好的切削效果和掘進(jìn)速度。根據(jù)地

15、質(zhì)條件特點(diǎn)，可以大致分為四種地層：軟弱土地層；砂層、砂卵石地層；風(fēng)化巖及軟硬不均地層；單純的純硬巖地層。 軟弱土地層如南京、上海、杭州等地，其地質(zhì)條件主要以淤泥、粘土和粉質(zhì)粘土為主， 在軟弱土地層一般只需配置切削型刀具，如：切刀、周邊刮刀、中心刀、先行刀和超挖刀。以南京地鐵盾構(gòu)為例，刀盤采用面板式結(jié)構(gòu)，裝有1把魚尾形中心刀，120把切刀，16把周邊刮刀及1把仿形刀。切刀安裝在開(kāi)口槽的兩側(cè)，覆蓋了整個(gè)進(jìn)碴口的長(zhǎng)度。刮刀安裝在刀盤邊緣。由于刀盤需要正反旋轉(zhuǎn)，因此切刀的布置也在正反方向布置，為了提高切刀的可靠性，在每個(gè)軌跡上至少布置2把。在周邊工作量相對(duì)較大，磨損后對(duì)盾構(gòu)切口環(huán)尺寸影響較大，在正反方

16、向各布置了8把刮刀?？紤]到刀盤的受力均勻性，刀具布置具有對(duì)稱性。刀具安裝采用螺栓固定，便于更換。在切刀或刮刀的刃口和刃口背面鑲嵌有合金和耐磨材料，以延長(zhǎng)刀具的使用壽命，切刀的破巖能力為20MPa，可以順利地通過(guò)進(jìn)出洞端頭的加固地層。50 砂層、砂卵石地層如北京、成都其地質(zhì)條件主要以砂，卵石地層為主，如遇到粒徑較大的礫石或漂石，應(yīng)配置滾刀進(jìn)行破碎。在砂層、砂卵石地層施工時(shí)，需設(shè)置（寬幅）切刀、周邊刮刀、先行刀（重型撕裂刀）、中心刀、仿形刀等刀具。切刀是主刀具，用于開(kāi)挖面大部分?jǐn)嗝娴拈_(kāi)挖；周邊刮刀也稱保徑刀，用于切削外周的土體，保證開(kāi)挖斷面的直徑；先行刀在開(kāi)挖面沿徑向分層切削，預(yù)先疏松土體，降低切

17、刀的沖擊荷載，減少切削力矩，同時(shí)重型撕裂刀用于破碎強(qiáng)度較低和粒徑較小的卵石和礫石；中心刀用于開(kāi)挖面中心斷面的開(kāi)挖，起到定心和疏松部分土體的作用；仿形刀用于曲線開(kāi)挖和糾偏。滾刀用于破碎粒徑較大的礫石或漂石。 風(fēng)化巖及軟硬不均地層 如廣州、深圳，上軟下硬、地質(zhì)不均的復(fù)合地層，且局部巖石的單軸抗壓強(qiáng)度較高（150-200Mpa），除配置切削型刀具外包括寬幅切刀、先行刀，還需配置滾刀，因而刀盤結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。對(duì)于巖層首先通過(guò)滾刀進(jìn)行破巖，且滾刀的超前量應(yīng)大于切刀的超前量，在滾刀磨損后仍能避免切刀進(jìn)行破巖，確保切刀的使用壽命。在曲線半徑小的隧道掘進(jìn)時(shí)，為了保證盾構(gòu)的調(diào)向和避免盾殼被卡死，需要有較大的開(kāi)挖直

18、徑，因此刀盤上需配置滾刀型的仿形刀（或超挖刀，超挖量50mm左右）。 單純的純硬巖地層 如秦嶺1線隧道，隧道斷面范圍內(nèi)以混合片麻巖和混合花崗巖兩種巖石為主，刀具全部選用滾刀，無(wú)任何齒刀。有時(shí)，在刀盤面板周邊開(kāi)口處配備刮碴刮刀板。 51在復(fù)合地層施工中，刀具配置的差異性主要表現(xiàn)在滾刀和先行刀的配置數(shù)量和刀具的高度、組合高度差等方面。海瑞克公司刀盤滾刀和固定先行刀高出面板175mm和140mm，而日系盾構(gòu)刀盤滾刀和固定先行刀高出面板90mm和70mm。兩種刀具的高差為35mm和20mm，前者的設(shè)計(jì)較好，具體表現(xiàn)為刀具高對(duì)防止泥餅的形成有利，高度差大有利于破巖。滾刀的刀間距過(guò)大和過(guò)小都不利于破巖，間

19、距過(guò)大，滾刀間會(huì)出現(xiàn)“巖脊”現(xiàn)象，間距過(guò)小，滾刀間會(huì)出現(xiàn)小碎塊現(xiàn)象，降低破巖功效。在復(fù)合地層中周邊滾刀的間距一般小于90mm，正面滾刀的間距為100120mm（參照國(guó)內(nèi)外施工實(shí)例，巖石強(qiáng)度高時(shí)，滾刀的間距應(yīng)控制在7090mm的范圍內(nèi)比較合理），滾刀總?cè)袛?shù)在40左右(一般選擇單刃滾刀）。 53問(wèn)題四：螺旋機(jī)的選擇帶式螺旋機(jī)軸式螺旋機(jī)（直徑700-900mm，300m3/h左右)雙閘門在砂卵石和地下水較少的可用帶式螺旋機(jī)伸縮式螺旋機(jī)的防水和防卡功能較為有利。二級(jí)螺旋機(jī)（適用于地下水易噴涌的 地層）問(wèn)題五：主動(dòng)鉸接和被動(dòng)鉸接日系一般用主動(dòng)鉸接，海瑞克一般用被動(dòng)鉸接1、主動(dòng)鉸接缺點(diǎn)：油缸設(shè)計(jì)荷載達(dá)32

20、000KN以上，而被 動(dòng)鉸接千斤頂只需8000KN，所以主動(dòng)鉸接重量大、造 價(jià)高（主動(dòng)鉸接盡靠前，被告動(dòng)鉸接比較靠后）；2、主動(dòng)鉸接優(yōu)點(diǎn)：彎道推進(jìn)時(shí)受力好；彎曲角度可達(dá)9度，而被 動(dòng)鉸接只能達(dá)到3度，但一般線路半徑在300米以上，2度已足夠；另外動(dòng)鉸接可以在主推進(jìn)系系故障時(shí)作副助推進(jìn)；盾 尾通過(guò)鉸接油缸掛在前部，無(wú)需專門操作為減小鉸接油缸受力鉸接盡靠前，一般在中部往前56問(wèn)題六：刀盤驅(qū)動(dòng)選 擇變頻電機(jī)還是液壓馬達(dá)動(dòng)動(dòng)方式傳動(dòng)效率發(fā)熱量隧道內(nèi)工作環(huán)境重量短時(shí)沖擊和過(guò)載承受能力故障率復(fù)合地層中使用調(diào)速范圍變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)高小好輕一般少少寬液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)較低較大較差較重略好少多較寬57問(wèn)題七：刀盤扭矩和推

21、力 海瑞克復(fù)合盾構(gòu)一般最大扭矩4500KNm，脫困扭矩5300KNm，推進(jìn)系統(tǒng)總推力為34000KN，最大推力為40000KN；日系盾構(gòu)在扭矩和推力上相對(duì)設(shè)計(jì)得更大一點(diǎn)，在的脫困扭矩已達(dá)到9000KNm。問(wèn)題八：關(guān)于人閘日系在中間海瑞克在上部更加安全問(wèn)題九： 添加劑使用泡沫、加泥、注漿、注水基本上趨于單泵單管，以免堵塞。土壓平衡式盾構(gòu)，其 特點(diǎn)是用開(kāi)挖出的土砂作為支撐開(kāi)挖面穩(wěn)定的介質(zhì)，因此要 求作為支撐介質(zhì)的土砂具有良好的塑性變形、軟稠度、內(nèi)摩 擦角小及滲透率小。但不般情況下難以同時(shí)滿足這些要求。盾構(gòu)泡沫 所謂盾構(gòu)泡沫是邊向盾構(gòu)開(kāi)挖面或土壓平衡艙內(nèi)注入一種事先調(diào)制好的特殊氣泡材料邊推進(jìn)的一種施

22、工方法。 1）較高的流動(dòng)性：氣泡具有潤(rùn)滑作用可提高開(kāi)挖土的流動(dòng)性?？捎行Х乐褂操|(zhì)粘土粘住盾構(gòu)面板和土壓艙內(nèi)部。2）開(kāi)挖面土壓變動(dòng)?。阂驓馀菥哂袎嚎s性，可減少開(kāi)挖面前土壓力的變動(dòng)范圍。3）較好的止水性能：氣泡注入后，細(xì)小的氣泡置換土粒間的空隙水，可改善開(kāi)挖土的止水性能。4）殘土的處理和搬運(yùn)容易：被排出的氣泡土中的氣泡容易蒸發(fā)，無(wú)須經(jīng)過(guò)特殊處理就可以將土質(zhì)恢復(fù)原狀，利于搬運(yùn)。5）隧道內(nèi)部整潔干凈：因不使用粘土或膨潤(rùn)土，隧道內(nèi)部整潔作業(yè)環(huán)境得到改善。6）使用設(shè)備小：注入氣泡無(wú)須大型設(shè)備。特點(diǎn)問(wèn)題十：超前鉆和徑向孔圖6-7-13 超前鉆孔系統(tǒng)示意圖61問(wèn)題十一：盾尾間隙取值間隙過(guò)大管片易錯(cuò)臺(tái)，盾尾密封

23、效果較差，出土和注漿量增大；間隙過(guò)小則管片拼裝易擠破，盾尾刷易壓破壞失效。軟土地層中以3CM為宜，在復(fù)合地層中可適當(dāng)加大。一般間隙在2.5-4.5CM之間，根據(jù)管片寬度和地質(zhì)情況選用。63問(wèn)題十二：關(guān)于推進(jìn)千斤頂設(shè)置 目前盾構(gòu)機(jī)直徑主要分兩個(gè)主流，即以上海為代表的軟土盾構(gòu)，其管片外徑為6200MM，內(nèi)徑為5500MM，和以廣州為代表的復(fù)合地層盾構(gòu)，其管片外徑為6000MM,內(nèi)徑為5400MM。近年來(lái)，昆明、福州、廈門采用了復(fù)合式盾構(gòu)，但其直徑又采用了軟土地層的尺寸，與其他城市的通用性更小。 由于管片分拼裝分為通縫、左右曲錯(cuò)縫和通用管片，故導(dǎo)致封頂塊位置的不同，所以拼裝千斤頂?shù)牟贾煤烷L(zhǎng)度也有所不

24、同。64問(wèn)題十三：關(guān)于盾構(gòu)機(jī)錐度和注漿管內(nèi)外置 軟土地層中盾構(gòu)機(jī)前后直徑一致，注漿管和看尾油脂管外置，而復(fù)合地層需要設(shè)置錐度，前邊大，后邊小，注漿管和盾尾油管內(nèi)置。軟土中注漿管外置第二部分 盾構(gòu)法施工6566 盾構(gòu)法施工示意圖1、盾構(gòu)法施工原理67土壓平衡盾構(gòu)工作原理：刀盤切削開(kāi)挖面，土體進(jìn)入土倉(cāng)，利用倉(cāng)內(nèi)的具有塑流性的、或加入添加劑改良成具有塑流性的土砂，作為平衡開(kāi)挖面土層壓力的傳力介質(zhì)，以維持開(kāi)挖面的土體平衡。作為傳力介質(zhì)的土砂與盾構(gòu)機(jī)刀盤，將盾構(gòu)機(jī)千斤頂?shù)耐屏D(zhuǎn)化為作用在開(kāi)挖面上的壓應(yīng)力，以維持開(kāi)挖面的水土壓力平衡，從而保持開(kāi)挖面土體的穩(wěn)定，具有塑流性的土砂通過(guò)螺旋機(jī)的有控輸出，使土倉(cāng)內(nèi)

25、形成保持設(shè)定壓力的密封系統(tǒng)。682、車站始發(fā)（接收）井的施工6970盾構(gòu)施工場(chǎng)地布置7172 3、盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)端頭地層加固 端頭加固目的：（1）控制地表沉降，端頭不坍塌。盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)前，需鑿除洞口范圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)，割除鋼筋，以滿足盾構(gòu)順利進(jìn)出洞。圍護(hù)結(jié)構(gòu)鑿除時(shí)間長(zhǎng)，要避免鑿除過(guò)程發(fā)生坍塌，或因開(kāi)挖面暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而坍塌。（2）控制水土流失。盾構(gòu)始發(fā)進(jìn)入加固體，或盾構(gòu)到達(dá)穿過(guò)加固體時(shí)，在含水量較高、水平滲透系數(shù)大的含砂層、卵石層等地層，盾構(gòu)進(jìn)出洞容易造成水土流失。盾構(gòu)始發(fā)時(shí)，土倉(cāng)內(nèi)難以建立平衡水土壓力，如果土體不具備一定強(qiáng)度，很容易坍塌。（3）重型機(jī)械作用時(shí)土體的承載力盾構(gòu)吊裝或拆卸時(shí)，重型吊機(jī)往

26、往作用在端頭位置，為防止重型機(jī)械在承載力弱的地面起吊時(shí)發(fā)生失穩(wěn)、坍塌，或?qū)σ殉尚嗡淼腊踩斐刹焕绊懀瑢?duì)端頭的軟弱地層進(jìn)行加固。（4）控制始發(fā)對(duì)端頭周邊建、構(gòu)筑物的影響。73始發(fā)、接收加固的方法注意這些年加強(qiáng)長(zhǎng)度的變化趨勢(shì)始發(fā)接收地層加固雙軸攪拌樁三軸攪拌樁高壓旋噴樁垂直凍結(jié)水平凍結(jié)另外還有SMW、素墻、降水等方法根據(jù)條件選擇7645T龍門吊隧道內(nèi)水平運(yùn)輸電瓶車4、盾構(gòu)配套設(shè)備77二、盾構(gòu)機(jī)及配套設(shè)備的選型配套設(shè)備的選型砂漿站(1m3)隧道通風(fēng)機(jī)換道道岔78795、盾構(gòu)施工前期準(zhǔn)備工作驗(yàn)收盾構(gòu)始發(fā)施工節(jié)點(diǎn)檢驗(yàn)內(nèi)容：（1）工作井已按設(shè)計(jì)要求完成并通過(guò)驗(yàn)收，其標(biāo)高、軸線、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)符合

27、設(shè)計(jì)和規(guī)范要求并能滿足盾構(gòu)施工各階段受力要求（端頭井結(jié)構(gòu)尺寸和洞門中心已復(fù)核且符合設(shè)計(jì)要求）；（2）盾構(gòu)推進(jìn)、始發(fā)/到達(dá)方案已審批，監(jiān)理細(xì)則已編制審批；（3）測(cè)量、監(jiān)測(cè)方案已審批，監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)已按監(jiān)測(cè)方案布置好，且已測(cè)取初始值；（4）井下控制點(diǎn)已布設(shè)且固定；（5）要求的各項(xiàng)端頭措施（端頭加固、降水、冷凍等）已經(jīng)完成，各項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求并有檢測(cè)報(bào)告； （6）洞門探孔未發(fā)現(xiàn)異常情況并滿足始發(fā)/到達(dá)要求；（7）始發(fā)/接收架已經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求；（8）施工現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底（含鉻施工工藝和步驟）已按要求完成；（9）人員、機(jī)械、材料按要求到位（盾構(gòu)以及大型起重設(shè)備拼裝到位，并通過(guò)政府監(jiān)督部門驗(yàn)收

28、）；（10）對(duì)本工程潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)和分析，有針對(duì)性、可操作性的應(yīng)急預(yù)案編制完成并落實(shí)搶險(xiǎn)設(shè)備、材料、人員、方案等；（11）已落實(shí)設(shè)計(jì)及規(guī)范規(guī)定的其他要求。806、洞門破除817、盾構(gòu)始發(fā)82 第一階段：先行沉降。第一階段：先行沉降，第二階段：開(kāi)挖面前的沉降與隆起，第三階段：盾構(gòu)機(jī)通過(guò)時(shí)的沉降，第四階段：盾尾間隙沉降，第五階段：后續(xù)沉降階段。要點(diǎn)：信息化施工，選擇合理參數(shù)，保頭護(hù)尾，及時(shí)糾偏，合理注漿8、盾構(gòu)掘進(jìn)839、盾構(gòu)接收8410、盾構(gòu)調(diào)頭851238611、關(guān)于盾構(gòu)施工幾個(gè)問(wèn)題的探討1）關(guān)于惰性漿液與可硬性漿液的問(wèn)題堵管對(duì)盾尾刷的影響施工沉降后期沉降施工難度成本隋性漿液不易小正常大小

29、小可硬性漿液易大略好較小相對(duì)困難略高872）盾構(gòu)機(jī)平移調(diào)頭、過(guò)站、分體轉(zhuǎn)場(chǎng)和整機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)的選擇轉(zhuǎn)換時(shí)間費(fèi)用制約條件安全風(fēng)險(xiǎn)就地調(diào)頭短正常接收井處底板設(shè)下翻梁，地面配套不搬時(shí)要求接收井長(zhǎng)度足夠，能鋪道叉。安全過(guò)站短正常接收車站的站臺(tái)層高度由6M增加到6.8M以上，車站適當(dāng)加寬。安全分體轉(zhuǎn)場(chǎng)長(zhǎng)略高接收井只要留吊出孔，地面配套設(shè)備不動(dòng)。風(fēng)險(xiǎn)略高整機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)短正常對(duì)運(yùn)輸?shù)缆泛驮O(shè)備要求較高，一般市區(qū)內(nèi)難以實(shí)施。風(fēng)險(xiǎn)略高88盾構(gòu)機(jī)過(guò)站順序圖89盾構(gòu)機(jī)過(guò)站流程903）關(guān)于隧道抗浮問(wèn)題上浮原因：1、液體的浮力；2、盾構(gòu)與管片姿態(tài)不匹配；3、注漿不合理。解決辦法：1、及時(shí)注漿填充盾尾建筑空隙；2、調(diào)整盾構(gòu)姿 態(tài)，減小向

30、上的徑向分力；3、調(diào)整注漿時(shí)間、注漿量、配比，選擇注漿位置；4、勤糾偏。914）盾構(gòu)的接收方法法國(guó)14.87m盾構(gòu)進(jìn)洞92鋼套筒接收簡(jiǎn)介工程條件：地下水豐富，透水性強(qiáng)，埋深較大，原設(shè)計(jì)方案對(duì)該端頭采用水泥土攪拌樁、旋噴樁進(jìn)行加固。后經(jīng)盾構(gòu)研究所組織專家對(duì)設(shè)計(jì)方案重新審查，決定增加加固范圍，并緊貼車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)連續(xù)墻加設(shè)一道素混凝土連續(xù)墻。 原加固方案實(shí)施過(guò)程中存在如下問(wèn)題： (1)通過(guò)對(duì)加固范圍地下管線的探測(cè)，發(fā)現(xiàn)原加固方案范圍內(nèi)有地下管線，但管線遷改十分困難； (2)當(dāng)時(shí)車站施工單位正在進(jìn)行洛溪站結(jié)構(gòu)施工，工期緊張，場(chǎng)地移交滯后，影響加固方案的施工； (3)如按原方案施工，則需要增加施工場(chǎng)地，

31、而車站施工范圍周邊場(chǎng)地不允許。 (4)加固深度太深，從地面采用攪拌樁和旋噴樁加固施工質(zhì)量難以保證，漏水、涌砂等風(fēng)險(xiǎn)不能完全消除。 經(jīng)過(guò)深入研究，決定采用一種新的盾構(gòu)到達(dá)工法，即地面加固（一道素混凝土連續(xù)墻）+接收鋼套筒的工法。鋼套筒用作盾構(gòu)接收時(shí)總體安裝使用示意圖 照片1 鋼套筒筒體下半塊圖片 排漿口頂推托輪組托架照片2 鋼套筒筒體上半塊圖片 吊耳填料口圖2 鋼套筒后端蓋連接示意圖意圖 照片3 鋼套筒后端蓋圖片 后端蓋圖3 反力架加工示意圖圖5 鋼套筒底部托輪組安裝示意圖 圖7 反力架支撐位置示意圖 圖8 鋼套筒橫向支撐安裝示意圖 圖9 鋼套筒橫向支撐安裝示意圖 照片6 鋼套筒整體安裝完成圖片

32、 1055）孤石地層危害：刀具磨損嚴(yán)重、刀座變形、更換困難;刀盤磨耗導(dǎo)致刀盤強(qiáng)度和剛度降低，刀盤變形; 刀盤受力不均勻?qū)е轮鬏S承受損或主軸承密封被破壞、刀盤堵塞、盾構(gòu)負(fù)載加大; 被刀盤推向隧道側(cè)面的大漂石甚至導(dǎo)致盾構(gòu)轉(zhuǎn)向，偏離隧道軸線；掘進(jìn)困難，盾構(gòu)趴窩等。 深圳地鐵球狀風(fēng)化巖的存在導(dǎo)致盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中刀盤嚴(yán)重變形，險(xiǎn)些釀成重大事故。廣州地鐵 3 號(hào)線區(qū)間隧道在開(kāi)挖過(guò)程中遇到的花崗巖球狀風(fēng)化體的巖體單軸抗壓強(qiáng)度超過(guò) 160MPa。成都地鐵 1號(hào)線一期工程區(qū)間隧道大多通過(guò)富水砂卵石地層，且 含 有 少 量 大 粒 徑 孤 石，孤 石 的 最 大 粒 徑 達(dá)670mm，孤石單軸抗壓強(qiáng)度 65. 5

33、184MPa。針對(duì)盾構(gòu)過(guò)孤石時(shí)的施工問(wèn)題，盡管采取了許多措施，在一些問(wèn)題上有所突破，但總體效果仍不理想，處于摸索階段，并且尚未找到一種切實(shí)有效的施工方法。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段目前用于探測(cè)孤石、溶洞、水囊的主要手段有：地質(zhì)雷達(dá)：探地雷達(dá)是利用探測(cè)目標(biāo)體與其周圍介質(zhì)的導(dǎo)電性、介電性的差異，通過(guò)高頻脈沖電磁波在電性界面上的反射來(lái)探測(cè)有關(guān)的目標(biāo)物。瞬變電磁波法：基于電性差異，利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖電磁場(chǎng)，測(cè)量二次電場(chǎng)的方法。不受接地條件限制，穿透能力強(qiáng)，隨機(jī)干擾影響小，探測(cè)深度取決于大地電阻和儀器采樣時(shí)間。地震映象：采用錘擊震源點(diǎn)測(cè)法，即單道地震反射波法。受地形影響較小?？蓽p少直

34、線波、面波和折射波的干擾。 近期福州地鐵公司和福建省建科院用微振動(dòng)法探測(cè)孤石，但以上探測(cè)效果均不令人滿意。（瑞利波法、高密度電阻法） 在工程初勘和詳勘基礎(chǔ)上，首先采用 多種預(yù)報(bào)手段沿隧道中軸線進(jìn)行勘探，大致探出盾構(gòu)隧道中軸線洞身及上下一定深度影響范圍內(nèi)孤石的分布、發(fā)育情況和接觸關(guān)系等。然后結(jié)合區(qū)間隧道中線和開(kāi)挖輪廓線，根據(jù)物探確定的孤石位置，布設(shè)地質(zhì)探孔，進(jìn)行取芯補(bǔ)勘。電磁波反射示意圖地質(zhì)雷達(dá)記錄的回波曲線108聲波探測(cè)技術(shù)（SSP）處理措施： 根據(jù)孤石的大小、位置、形狀、周邊環(huán)境等因素確定處理方法。當(dāng)隧道上方地面具備沖孔、挖孔條件時(shí)，應(yīng)首先采用地面處理方式; 當(dāng)?shù)孛娌痪邆錄_孔、挖孔條件時(shí)，采

35、用洞內(nèi)處理方式。 （ 1）地層注漿加固后盾構(gòu)推進(jìn) 在確認(rèn)孤石區(qū)域后，從地面對(duì)孤石周邊一定范圍的地層采用袖閥管進(jìn)行加固，待漿液凝固后，漿液將孤石緊緊包裹住，待盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，孤石受到刀盤正面的切削作用而破碎，不會(huì)被擠壓至土體產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，盾構(gòu)姿態(tài)也比較容易控制。 （ 2）地面鉆孔爆破 利用小口徑鉆頭從地面下鉆，在孤石上鉆出爆破眼，然后在小孔內(nèi)安放適量的靜爆炸藥對(duì)孤石進(jìn)行爆破。結(jié)合所用盾構(gòu)的出碴能力，經(jīng)過(guò)螺旋輸送機(jī)的石塊尺寸不能超過(guò) 40cm，因此爆破后石塊的單邊長(zhǎng)度應(yīng)控制在 30cm 以下，以利于螺旋輸送機(jī)順利出碴。（3）人工挖孔破碎孤石 在確認(rèn)孤石所處區(qū)域位置后，定出孔位，即可進(jìn)行開(kāi)挖。人工挖孔

36、至風(fēng)化球處，即可對(duì)風(fēng)化球處理，采 用 風(fēng) 鉆 對(duì) 風(fēng) 化 球 進(jìn) 行 打 眼，間 距300mm 300mm，梅花狀布置，孔徑 40mm，鉆孔結(jié)束使用劈裂機(jī)對(duì)風(fēng)化球進(jìn)行破碎，破碎后清理吊出，清除至盾構(gòu)通過(guò)此風(fēng)化球處時(shí)的周邊各 15cm。（4）沖孔樁破碎法 確定孤石的位置、大小和形狀后，在地表采用十字沖擊錘沖擊破碎孤石的施工方法。根據(jù)孤石大小確定沖擊鉆機(jī)錘頭大小、鉆孔間距及數(shù)量，鉆孔前首先探明有無(wú)地下管線或其他建( 構(gòu)) 筑物，待鉆孔后及時(shí)采用原土對(duì)鉆孔分層回填夯實(shí)，并進(jìn)行土體壓密注漿，直至將整個(gè)孤石區(qū)域處理完畢。111（5）盾構(gòu)超前注漿孔注漿，盾構(gòu)掘進(jìn) 當(dāng)?shù)孛鏇](méi)有注漿條件，地質(zhì)條件稍好的地層中，

37、當(dāng)確認(rèn)抵達(dá)孤石區(qū)域之后，把準(zhǔn)備好的鋼花管從盾構(gòu)機(jī)預(yù)留超前注漿孔插入刀盤前方的土體注漿( 超前注漿孔的延伸方向與盾構(gòu)的中軸線存在一個(gè)夾角) ， 注漿加固范圍為隧道周邊各 3m，球體前方 3m，球體后方 1m，注漿完成后，調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，直接掘進(jìn)通過(guò)孤石。采用低貫入度、高轉(zhuǎn)速的方式對(duì)孤石掌子面進(jìn)行切削，靠刀盤的沖擊破碎能力通過(guò)孤石區(qū)域。（ 深圳五號(hào)線民治-五和區(qū)是案例：盾構(gòu) 宜 采 用 小 推 力 1 200kN、慢 掘 進(jìn) 速 度0. 5cm / min、高刀盤轉(zhuǎn)速 2. 5r / s 進(jìn)行掘進(jìn)，并隨時(shí)注意掘進(jìn)參數(shù)變化，防止刀盤局部過(guò)載，造成刀盤變形。）（6）靜態(tài)爆破 等盾構(gòu)機(jī)刀盤抵達(dá)孤石表面后，

38、采用盾構(gòu)機(jī)的預(yù)留超前注漿孔進(jìn)行超前注漿，使刀盤前方拱頂形成穩(wěn)固整體性良好的圍巖，然后再開(kāi)倉(cāng)對(duì)孤石采取靜態(tài)爆破，將碎石粉碎后由螺旋輸送機(jī)排出土倉(cāng)。這種方法同樣需要在靜爆、處理1m 孤石后，盾構(gòu)機(jī)即刻要向前掘進(jìn) 1m，始終保證刀盤與孤石的距離 1m，防止土體坍塌造成 地面塌陷。（7）巖石分裂機(jī)破碎孤石 在地質(zhì)條件較差的地層中，需要先對(duì)地層進(jìn)行加固，若地層條件較好，則可直接開(kāi)倉(cāng)，對(duì)掌子面孤石用巖石分裂機(jī)破碎。巖石分裂機(jī)是一種手工操作的設(shè)備，利用液壓原理，可以控制性地分裂巖石。 112（8）盾構(gòu)機(jī)直接掘進(jìn) 當(dāng)工期較緊，沒(méi)有時(shí)間對(duì)孤石進(jìn)行輔助施工，同時(shí)孤石區(qū)段周圍沒(méi)有管線以及樁基建筑物等存在時(shí)，施工中對(duì)地層的變形影響要求較低，則可以不進(jìn)行任何輔助工法，通過(guò)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，直接通過(guò)。待盾構(gòu)機(jī)刀盤接近孤石后，采用低貫入度，增加泡沫注入量，并以“小推力、高轉(zhuǎn)速、低扭矩”為指導(dǎo)思想，使刀具對(duì)孤石的切削、沖擊頻率加大，靠刀盤的沖擊破碎通過(guò)孤石區(qū)域。此方法適合處理較大型孤石。1136）上軟下硬地層中盾