盾構(gòu)施工工藝流程及重大工藝簡介

1、盾構(gòu)施工工藝流程及重大工藝簡介 楊釗 中交二航局技術(shù)中心 2014年9月17日一、概述二、盾構(gòu)施工工藝流程三、盾構(gòu)施工重大工藝簡介 匯報內(nèi)容一、概述 盾構(gòu)法是使用所謂的“盾構(gòu)”機械，在圍巖中推進，一邊防止土砂的崩坍，一邊在其內(nèi)部進行開挖、襯砌作業(yè)修建隧道的方法。盾構(gòu)施工工藝流程圖二、盾構(gòu)施工工藝流程盾構(gòu)選型盾構(gòu)選型，即選擇區(qū)間隧道合適的盾構(gòu)機和配套設(shè)備。有較強的地質(zhì)適應(yīng)性在安全可靠的情況下，考慮技術(shù)先進性和經(jīng)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(shè)備的能力與主機配套選型原則盾構(gòu)選型工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件隧道長度，隧道平縱斷面及橫斷面尺寸等設(shè)計參數(shù)周圍環(huán)境隧道施工節(jié)點工期宜用的

2、輔助工法技術(shù)經(jīng)濟比較選型依據(jù)盾構(gòu)選型復(fù)合盾構(gòu)與軟土盾構(gòu)選擇土壓盾構(gòu)與泥水盾構(gòu)選擇主要功能部件進行選擇和設(shè)計后配套施工設(shè)備選型步驟盾構(gòu)設(shè)計與制造監(jiān) 造無工廠組裝技術(shù)端頭加固 端頭加固方法需結(jié)合地質(zhì)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(jié)加固、素混凝土墻與井點降水等。 高壓旋噴加固 凍結(jié)加固端頭加固 目的：確保盾構(gòu)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盾構(gòu)組裝調(diào)試 盾構(gòu)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(diào)試包括：空載調(diào)試、負載調(diào)試。主機下井、連接臺車下井、連接盾構(gòu)組裝調(diào)試 盾

3、構(gòu)始發(fā)架盾構(gòu)組裝調(diào)試 盾構(gòu)反力架盾構(gòu)始發(fā) 盾構(gòu)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(gòu)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)盾構(gòu)掘進 始發(fā)完成后，進入正常段掘進。盾構(gòu)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(gòu)機姿態(tài)、開挖面前方監(jiān)測數(shù)據(jù)等動態(tài)調(diào)整掘進參數(shù)。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(gòu)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(gòu)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(nèi)。盾構(gòu)到達 盾構(gòu)機到達施工是指從盾構(gòu)機到達下一

4、站接收井之前50m到盾構(gòu)機貫通區(qū)間隧道進入車站（盾構(gòu)井）接收托架的整個施工過程。聯(lián)絡(luò)通道施工 凍結(jié)孔施工 開挖施工 凍結(jié)施工洞門施工盾構(gòu)隧道洞門是隧道與盾構(gòu)井接口永久防水結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)到達 常用的接收方式有水下到達、水平凍結(jié)、端頭加固+降水、鋼套筒等。水下到達：風(fēng)險可控。水平凍結(jié)：風(fēng)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(fēng)險可控，接收井端頭需較大面積場地。鋼套筒：風(fēng)險可控，鋼套筒加工成本高，拆裝工期長。 盾構(gòu)到達方式多樣，需結(jié)合接收端頭地質(zhì)情況和場地情況綜合考慮。三、盾構(gòu)施工重大工藝簡介始發(fā)井修建與場地布置 一般在盾構(gòu)車站兩端設(shè)置工作井，用于始發(fā)井或接收井。地鐵施工中，盾構(gòu)掘進為

5、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(gòu)始發(fā)空間為100120m。 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7090m始發(fā)井修建與場地布置土壓盾構(gòu)始發(fā)場地始發(fā)井修建與場地布置 泥水盾構(gòu)始發(fā)場地始發(fā)井修建與場地布置 地鐵盾構(gòu)隧道施工以土壓平衡盾構(gòu)、泥水盾構(gòu)為主，其中泥水平衡盾構(gòu)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(gòu)施工效率。泥水站臨建布置圖盾構(gòu)始發(fā)盾構(gòu)始發(fā) 盾構(gòu)始發(fā)、到達是盾構(gòu)施工過程中的事故多發(fā)地帶，其中端頭加固效果直接關(guān)系到盾構(gòu)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(gòu)法隧道順利施

6、工的重要環(huán)節(jié)。1）凍結(jié)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(zhì)條件而定，富水地層加固長度必須大于盾構(gòu)主機長度（刀盤+盾殼）。盾構(gòu)始發(fā)盾構(gòu)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(gòu)以良好姿態(tài)進入洞門，采用鋼結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)始發(fā)盾構(gòu)機機頭到達加固區(qū)邊緣時與設(shè)計位置相重合盾構(gòu)機方位角與設(shè)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(yù)提高，預(yù)防盾構(gòu)機磕頭，車站底板調(diào)節(jié)盾構(gòu)始發(fā)

7、盾構(gòu)始發(fā)1）盾構(gòu)下井組裝調(diào)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(gòu)進場運輸必須由具有資質(zhì)的大件運輸公司實施；3）盾構(gòu)吊裝由具有資質(zhì)的專業(yè)隊伍負責(zé)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。盾構(gòu)始發(fā)盾構(gòu)吊裝場地布置圖盾構(gòu)始發(fā)主機大件翻身臺車下井示意圖盾構(gòu)始發(fā)臺車下井示意圖盾構(gòu)始發(fā)盾構(gòu)下井盾構(gòu)始發(fā)盾構(gòu)下井組裝調(diào)試主機下井示意圖刀盤中盾前盾盾構(gòu)下井組裝調(diào)試主機與臺車連接示意圖盾構(gòu)始發(fā)反力架安裝示意圖反力架是盾構(gòu)始發(fā)發(fā)力的支撐系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)形式宜采用鋼結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)始發(fā) 負環(huán)拼裝分兩次進行，盾構(gòu)組裝調(diào)試完成之后拼裝第一次（反力架至主推進油缸之間），盾構(gòu)始發(fā)之后第二次拼裝剩余負環(huán)管片

8、。盾構(gòu)始發(fā)第一次負環(huán)拼裝第二次負環(huán)拼裝 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(nèi)均勻安設(shè)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(gòu)始發(fā) 負環(huán)管片拼裝加固盾構(gòu)始發(fā)盾構(gòu)始發(fā) 洞門鑿除是指鑿除盾構(gòu)井圍護結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)組裝調(diào)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(shè)計所要求的強度、滲透性等技術(shù)指標。 分兩次鑿除，減少第二次鑿除工作量，第一次鑿除至內(nèi)層鋼筋位置處；第二步，當盾構(gòu)組裝調(diào)試完成之后，并推進距離洞門

9、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。盾構(gòu)始發(fā)第一次鑿除洞門第二次鑿除洞門盾構(gòu)推進盾構(gòu)始發(fā) 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(jié)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(gòu)始發(fā)盾構(gòu)始發(fā) 惰性漿 硬性漿 單液漿 雙液漿 同步注漿 二次注漿穿越時空隧道，溝通美好未來。同步注漿 砂漿輸送 砂漿柱塞泵穿越時空隧道，溝通美好未來。二次注漿盾構(gòu)掘進盾構(gòu)掘進管片拼裝

10、電瓶車出運電瓶車運料軌道、管線等延長盾構(gòu)掘進出渣：45t龍門吊下料：16t龍門吊盾構(gòu)掘進 盾構(gòu)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(nèi)現(xiàn)在盾構(gòu)隧道管片拼裝已錯縫拼裝為主。盾構(gòu)掘進普通型 標準環(huán)+左轉(zhuǎn)彎環(huán)+右轉(zhuǎn)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后插入盾構(gòu)掘進環(huán)縫 縱向螺栓縱縫 環(huán)向螺栓盾構(gòu)掘進 抓舉頭盾構(gòu)掘進緩膨劑盾構(gòu)掘進盾構(gòu)掘進環(huán)縫縱縫盾構(gòu)掘進直接調(diào)整參數(shù)被動調(diào)整參數(shù)盾構(gòu)掘進推力千斤頂分區(qū)壓力切口壓力刀盤轉(zhuǎn)速刀盤扭矩注漿流量輔助材料流量螺旋機轉(zhuǎn)速掘進速度鉸接角度直接調(diào)整參數(shù)被動調(diào)整參數(shù)盾構(gòu)掘進推力千斤頂分區(qū)壓力切口壓力刀盤轉(zhuǎn)速

11、刀盤扭矩注漿流量送泥流量排泥流量掘進速度鉸接角度盾構(gòu)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。盾構(gòu)掘進設(shè)置鉸接，可使盾構(gòu)機適用于更小轉(zhuǎn)彎半徑。主動鉸接姿態(tài)調(diào)整優(yōu)于被動鉸接。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)彎半徑小時，必須開鉸接。急糾偏時，需超挖刀配合。盾構(gòu)掘進控制貫入度，刀盤掘進速度與轉(zhuǎn)速之比硬巖低貫入度，軟巖高貫入度關(guān)注掘進參數(shù)變化，特別是扭矩紅層掘進關(guān)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盾構(gòu)掘進特殊地層掘進 孤石施工前應(yīng)進行物探補充勘探，探

12、明孤石分布情況盾構(gòu)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(yù)破碎、沖孔預(yù)處理技術(shù)進行破除盾構(gòu)掘進特殊地層掘進 孤石盾構(gòu)機接觸到孤石時，扭矩波動大，慢轉(zhuǎn)速，小推力進入土艙，采用液壓巖石破碎機或靜態(tài)炸藥分裂巖石盾構(gòu)掘進特殊地層掘進 全巖地層礦山法隧道內(nèi)施工砂漿導(dǎo)臺盾構(gòu)機空推過礦山法隧道盾構(gòu)掘進特殊地層掘進 全巖地層盾構(gòu)機空推過礦山法隧道盾構(gòu)機空推，回填豆礫石盾構(gòu)掘進換刀常壓換刀開挖面穩(wěn)定開挖面不穩(wěn)定，加固手段盾構(gòu)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盾構(gòu)到達到達前100m進行貫通測量到達前10環(huán)，采用管片拉緊盾構(gòu)到達水平凍結(jié)水中進洞加固體+

13、降水到達 在盾構(gòu)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(nèi)的水泥土加固），在水泥土加固完成后開始實施垂直凍結(jié)，凍結(jié)達到設(shè)計強度后開始鑿除洞門，凍結(jié)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(gòu)接收井或待穿越基 坑內(nèi)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(nèi)外的水土壓力，避免盾構(gòu)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(gòu)到達（過站）。 端頭加固端頭凍結(jié)洞門鑿除基坑回填盾構(gòu)到達（過站）后續(xù)施工盾構(gòu)水下達到施工工序盾構(gòu)到達冷凍加固破除洞門砼回填灌水加壓回填盾構(gòu)水下達到工藝流程圖盾構(gòu)到達 根據(jù)凍結(jié)

14、監(jiān)測效果，凍結(jié)達到設(shè)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(jié)效果，造成安全隱患。盾構(gòu)到達 洞門鑿除完成后，使用預(yù)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(nèi)即可回灌水至地下水位標高處，至此盾構(gòu)機到達（過站）前準備工作全部完成。盾構(gòu)到達 待盾構(gòu)機到達后，洞內(nèi)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(fēng)井）結(jié)構(gòu)之間的空隙。待二次注漿完全封堵注管片與結(jié)構(gòu)之間的空隙，開始后續(xù)施工（二次開挖回填物、進行盾構(gòu)拆機、施工洞門等）。盾構(gòu)到達盾構(gòu)到達穿越時空隧道

15、，溝通美好未來。盾構(gòu)到達主要內(nèi)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(gòu)機抵攏連續(xù)墻、隧道內(nèi)二次注漿、洞門探孔、洞門鑿除、盾構(gòu)空推、收緊簾布橡膠板及二次注漿、盾構(gòu)到達。水平凍結(jié)到達工藝流程盾構(gòu)到達穿越時空隧道，溝通美好未來。盾構(gòu)到達 復(fù)興路端頭旋噴加固采用800500mm三重管法高壓旋噴樁加固，加固范圍為隧道結(jié)構(gòu)外左右3m，隧道頂?shù)装迳?m，下4m，寬度4.5m。盾構(gòu)到達凍結(jié)孔及測溫孔布置圖盾構(gòu)到達穿越時空隧道，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(gòu)到達 盾構(gòu)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(gòu)機出洞后對

16、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(gòu)到達穿越時空隧道，溝通美好未來。簾布橡膠板收緊示意圖 盾構(gòu)到達水平凍結(jié)：施工過程中工序銜接要求高，風(fēng)險高，盾構(gòu)機不能長時間在凍結(jié)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(gòu)到達過程中風(fēng)險可控，盾構(gòu)掘進回填體和后期鑿除耗時交多，盾構(gòu)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(gòu)到達盾構(gòu)穿越風(fēng)井 地鐵線路一般位于地下，為滿足通風(fēng)、防災(zāi)需要，需在長距離區(qū)間中間設(shè)置風(fēng)井，風(fēng)井是用于區(qū)間內(nèi)部空間的空氣對流，緊急情況下也是救援、逃生通道。總體工藝流程為：風(fēng)井端頭采取高壓

17、旋噴加固+垂直凍結(jié)止水人工鑿除洞門圍護結(jié)構(gòu)，砂漿回填盾構(gòu)穿越區(qū)域，上部灌水加壓，盾構(gòu)直接掘進穿越風(fēng)井。 盾構(gòu)穿越風(fēng)井工序圖泥水盾構(gòu)穿越風(fēng)井常規(guī)做法泥水盾構(gòu)穿越風(fēng)井常規(guī)做法高壓旋噴加固凍結(jié)加固洞門鑿除預(yù)埋液氮凍結(jié)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3000120001220018200泥水盾構(gòu)穿越風(fēng)井非常規(guī)做法1、風(fēng)井基坑長24.2m，寬16m，深40.8m2、圍護結(jié)構(gòu)采用1400mm厚地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，嵌固深度為14m3、地連墻槽壁加固： 坑內(nèi)為一排850600三軸水泥攪拌樁；坑外為三排850600三軸水泥攪拌樁4、支撐系統(tǒng)：共采用4道混凝土撐（截面1000*

18、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。泥水盾構(gòu)穿越風(fēng)井非常規(guī)做法圍護結(jié)構(gòu)剖面圖泥水盾構(gòu)穿越風(fēng)井非常規(guī)做法泥水盾構(gòu)穿越風(fēng)井非常規(guī)做法泥水盾構(gòu)穿越風(fēng)井非常規(guī)做法泥水盾構(gòu)穿越風(fēng)井非常規(guī)做法聯(lián)絡(luò)通道施工 所謂“聯(lián)絡(luò)通道”，就是設(shè)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(zhuǎn)移到另外一條隧道，因此有“逃生通道”之稱，最低點聯(lián)絡(luò)通道一般兼作廢水泵房。 聯(lián)絡(luò)通道施工開挖寬度3.8m高度7.62m線間距13.0m位于24含礫中粗砂層、20e2中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖隧道中心標高23.486m凍結(jié)壁厚度3.1m凍結(jié)壁厚度3.1m聯(lián)絡(luò)通道施工 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(jié)管之間間隙用鋼板焊接密封。聯(lián)絡(luò)