盾構(gòu)工法發(fā)展及盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

1、盾構(gòu)工法發(fā)展及盾構(gòu)施工(sh gng)關(guān)鍵技術(shù)(內(nèi)部培訓資料）北京城建集團 王 良共二十六頁一世界盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展(fzhn)概況1818年布魯爾（ Brunel ）研究出了開敞式手掘盾構(gòu)機，1823年在倫敦泰晤士河水底公路隧道進行了盾構(gòu)試驗，后因坍方事故中止。Brunel對盾構(gòu)進行了改進，于1834年使工程再次上馬(shng m)，歷時7年于1841年隧道貫通。共二十六頁1869年采用Greathead新開發(fā)的圓形盾構(gòu)鑄鐵管片，在倫敦泰晤士河水底第二條隧道。1887年氣壓盾構(gòu)在南倫敦鐵路隧道中應用。19世紀(shj)末20世紀(shj)初城市隧道工程促進了閉胸式盾構(gòu)的產(chǎn)生，盾構(gòu)工法相繼傳入美國、

2、日本、法國、德國等國家。20世紀60年代至80年代盾構(gòu)工法迅速發(fā)展，完善了氣壓盾構(gòu)、擠壓（網(wǎng)格）盾構(gòu)、插刀盾構(gòu)、泥土加壓盾構(gòu)、泥水盾構(gòu)等，盾構(gòu)工法在地鐵、市政隧道、公路隧道等的建設中得到廣泛應用。共二十六頁20世紀80年代至今研制出了加氣泡盾構(gòu)，同時(tngsh)大直徑盾構(gòu)、異形斷面盾構(gòu)（方形、橢圓形、馬蹄形等）、雙圓盾構(gòu)、三圓盾構(gòu)等得到發(fā)展。共二十六頁二中國(zhn u)地鐵工程盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展20世紀60年代北京城建集團前身基建工程兵為修建北京地鐵，自己(zj)研制網(wǎng)格式壓縮混凝土盾構(gòu)機成功地進行了試驗。1990年上海地鐵1號線，采用了7臺盾構(gòu)機共掘進了18Km1996年上海地鐵2號線開始建

3、設，以后陸續(xù)建設3號線、4號線、M8線、6號線1996年廣州開始建設1號線，以后陸續(xù)建設2號線、3號線、5號線共二十六頁2000年北京地鐵5號線盾構(gòu)實驗段開始設計施工(sh gng)。2001年深圳地鐵1號線、南京地鐵1號線開始建設。2002年北京地鐵5號線正式開工，以后4號線、10號線、機場線、地下直徑線陸續(xù)開工。2002年天津地鐵1號線開工建設。2006年沈陽地鐵1號線開工建設。即將開工建還有設有杭州、哈爾濱、成都、西安等城市。共二十六頁三、北京地鐵盾構(gòu)技術(shù)(jsh)的應用20世紀50年代北京從前蘇聯(lián)引進了一臺手掘式盾構(gòu)開始。1966年，北京研制(ynzh)了7000的半機械化盾構(gòu)進行完成

4、了87m試驗段施工。 1995年8月，研制出半斷面插刀盾構(gòu)應用北京地鐵復八線區(qū)間隧道施工 。1999年10月，北京亮馬河北路污水隧道工程中采用3330小斷面加泥式盾構(gòu)，并于2000年3月貫通。共二十六頁2000年9月，北京城建集團首次成功地將6000的大斷面土壓平衡盾構(gòu)機應用于北京地鐵五號線北新橋站至雍和宮站長680m的試驗段隧道施工，為北京地鐵進一步推廣盾構(gòu)施工技術(shù)創(chuàng)造了條件。此后涌現(xiàn)大批盾構(gòu)機應用于地鐵(dti)五號線、十號線、四號線及機場線等工程，目前北京地鐵(dti)施工投入的盾構(gòu)機達17臺。共二十六頁目前在建工程的設計線路總長度為112.7公里，總車站數(shù)74座（其中地下站64座，地面

5、及高架站10座），地下區(qū)間總長81.3公里（其中明挖區(qū)間4.2公里，占5，盾構(gòu)法區(qū)間34.2公里，占42，礦山法區(qū)間42.9公里53），高架及地面區(qū)間31.4公里。目前正在進行施工招標的地鐵9號線全長16.4km，區(qū)間全部為地下線，共設車站14座，13個區(qū)間中有8個區(qū)間采用盾構(gòu)，盾構(gòu)推進總長度達15Km（單線延米），擬投入(tur)5臺加泥式土壓平衡盾構(gòu)施工，其中一臺為帶滾刀的復合盾構(gòu)。明年北京的計劃開工建設的計劃是“保4爭6”，9號線、10號線二期、亦莊線、8號線、6號線、順義線等將相繼開工建設。順便提到的是，南水北調(diào)工程、市政工程也將大量采用盾構(gòu)，北京的盾構(gòu)市場已全面啟動。 共二十六頁共二

6、十六頁四盾構(gòu)施工(sh gng)關(guān)鍵技術(shù)4.1盾構(gòu)穿越湖江河湖的技術(shù)地鐵盾構(gòu)在廣州穿越了珠江、南京地鐵穿越秦淮河、沈陽地鐵將穿越渾河、北京地鐵9號線將穿越玉淵潭，穿越河段施工要點：4.1.1盾構(gòu)過河前必須進行系統(tǒng)和完整的檢修，使機器性能保持完好狀態(tài)，為一次順利施工到位提供設備保障。提前對刀具進行檢查，過河前可作適量更換以免河底(h d)換刀。4.1.2盾構(gòu)過河時，及時調(diào)整盾構(gòu)土倉壓力，確保土壓平衡，保證開挖面土體穩(wěn)定。4.1.3盾構(gòu)推進隧道軸線控制。切實做好盾構(gòu)推進過程中推進速率、出土量等推進參數(shù)的控制，防止因土體超挖量過大造成土體在盾構(gòu)本體處有較大沉降，使得河水涌入隧道。共二十六頁4.1.4

7、掘進過程中不斷地對盾尾密封鋼絲刷注入油脂，避免盾尾密封破壞；4.1.5拼裝(pn zhun)管片時，嚴防盾構(gòu)機后退，確保正面土體穩(wěn)定。4.1.6同步注漿量控制。及時進行同步注漿，使管片襯砌盡早支承地層，防止地層沉陷，同時根據(jù)監(jiān)測情況來調(diào)整同步注漿量和注漿壓力，既不能因過少、過小而造成河底沉降，也不能因過多、過大而造成河底隆起破壞,使河水涌入隧道。4.1.7進度控制。為保證盾構(gòu)順利過河，過河時盾構(gòu)應確保連續(xù)均衡施工。要配備足夠的值班維修人員，一旦盾構(gòu)機械發(fā)生故障能夠及時進行處理，確保盾構(gòu)推進順利進行。 共二十六頁 例如南京地鐵在三山街至中華門盾構(gòu)區(qū)間,需穿越內(nèi)秦淮河。該處覆土很薄,在原河床條石基

8、礎下深度1.5m 范圍基本為碎石、碎磚等建筑垃圾,且盾構(gòu)離抗浮板底只有80cm，造成上部覆土不能加固密實,容易產(chǎn)生漏水、漏泥,使得隧道上部壓力過小,隧道會產(chǎn)生向上漂移、下部產(chǎn)生空隙的現(xiàn)象。另外,盾構(gòu)掘進時難以控制,盾構(gòu)容易出現(xiàn)偏移。因此,盾構(gòu)穿越內(nèi)秦淮河施工時采取了如下措施:將碎石、碎磚等建筑垃圾清除(qngch)并覆土回填,在其上面澆70cm 厚的抗浮板；在頂板下對盾構(gòu)正面土體進行壓密注漿加固,注漿孔采用內(nèi)徑100mm 的PVC 管,加固深度為7m ,孔位間距、孔位排距均為1m；在盾構(gòu)兩側(cè)各做一排鉆孔灌注樁。共二十六頁4.2盾構(gòu)隧道(sudo)沉降控制沉降類型主要原因初始沉降地下水位降低,土

9、體受擠壓密開完面前方隆陷隆起:盾構(gòu)機推力過大沉降:盾構(gòu)機推力過小出碴過量盾構(gòu)通過時地沉降施工震動擾動,剪切錯動盾尾沉降土體失去盾構(gòu)支撐,管片壁后注漿不及時固結(jié)沉降土體后續(xù)時效變形地面(dmin)變形機理理共二十六頁地面變形的一般(ybn)規(guī)律圖共二十六頁沉陷(chnxin)事故照片共二十六頁4.2.1減少(jinsho)對開挖面地層的擾動:(1)在施工前做好施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)情況調(diào)查(dio ch),特別是做好地下水的來源、流向及流量的調(diào)查(dio ch),為施工做準備工作,提前制定出各種防治地表變形的措施,制定出防水、堵水方案和坍塌緊急處理預案。(2)提高施工的速度和連續(xù)性。做好施工組織，提高

10、隧道施工速度，盡量避免盾構(gòu)機在洞內(nèi)停機。若盾構(gòu)在中途檢修或其他原因必須暫停推進時，務必要作好防止后退的措施。(3)在盾構(gòu)掘進時,嚴格控制開挖面的出土量，防止超挖。只要嚴格控制其進土量,地表變形仍然是有可能控制的。(4)控制盾構(gòu)推進時的糾偏量。常糾偏、小糾偏，這樣就可以減少盾構(gòu)在地層中的擺動和對土層的擾動。同時避免糾偏需要的開挖面局部超挖。共二十六頁4.2.2做好盾尾建筑空隙(kngx)的充填壓漿 (1)保證壓注工作的及時性,盡可能縮短襯砌脫出盾尾的暴露時間,以防洞體坍塌引起的地層沉陷。(2)保證壓注數(shù)量,控制注漿壓力。壓注量必須超過理論建筑空隙的體積，通常為1.11.5倍。但是,過量的壓注會引

11、起地表隆起及局部沿著地下水跑漿等現(xiàn)象,對管片受力狀態(tài)也有影響。由于盾構(gòu)糾偏、局部超挖、地層存在孔隙等原因,往往使實際的建筑空隙很難正確估計。因此,還應以控制注漿壓力,作為充填程度的標準。當壓力急劇升高時,說明已充填密實,此時就應停止壓注,對注入數(shù)量及注漿壓力要兼顧。 (3)改進壓漿材料的性能。施工時,拌漿站要嚴格掌握壓漿材料的配合比,對其凝結(jié)時間、強度、收縮量要進行試驗并不斷改進。提高(t go)注漿材料的抗?jié)B性能,這將有利于遂道防水,相應地也會減少地表的沉降。共二十六頁4.3盾構(gòu)近距離穿越(chun yu)重要構(gòu)筑物的施工盾構(gòu)施工(sh gng)過程中，有可能近距離穿越既有鐵路軌道、公路隧道

12、、地鐵隧道及其他重要建筑物。例如：北京地鐵4號線靈鏡胡同西四區(qū)間，盾構(gòu)將從已有770年歷史的萬松老人塔下穿過。上海地鐵8號線曲阜路人民廣場區(qū)間盾構(gòu)隧道從正在運營的2號線隧道上方1.34m處穿過。北京地鐵10號線北土城芍藥居盾構(gòu)區(qū)間下穿13號線芍藥居車站。共二十六頁4.3.1在實施前必須對穿越區(qū)域的地質(zhì)水文及地形進行調(diào)查，并根據(jù)該構(gòu)筑物位置形狀材質(zhì)強度用途、允許變形量、選用的盾構(gòu)機型及距盾構(gòu)的相對位置等設計條件，進行施工影響程度的計算和評估，制定詳細的施工方案；4.3.2穿越前必須在被保護的構(gòu)筑物上設置精密監(jiān)測(jin c)系統(tǒng)，在穿越過程中根據(jù)盾構(gòu)與該構(gòu)筑物的相對位置以及監(jiān)測(jin c)系統(tǒng)

13、的即時監(jiān)測(jin c)數(shù)據(jù)，綜合調(diào)控施工步驟及參數(shù)；4.3.3盾構(gòu)在穿越構(gòu)筑物期間應嚴格控制推進速度，對一般地層推進速度10mm/min為宜，困難區(qū)段6-8mm/min。主要施工(sh gng)措施：共二十六頁4.3.4合理精確地設定土壓力是施工關(guān)鍵，尤其是在盾構(gòu)接近構(gòu)筑物開始產(chǎn)生影響至盾構(gòu)頭部到達構(gòu)筑物下方期間。同時必須考慮盾構(gòu)從建筑物下方穿越時的土壓力損失值，嚴格防止超挖和欠挖；4.3.5土壓平衡盾構(gòu)施工時，必須充分考慮開挖土體的流動性。必要時向開挖面適量加注泥漿或水，亦可采用氣泡掘進工法；穿越施工必須考慮盾殼與周圍土體的磨擦及粘附(zhn f)，必要時可向盾殼四周均勻少量加注泥漿；共二

14、十六頁4.3.6盾構(gòu)在曲線(qxin)推進穿越時，必須精確計算（水平和豎向）糾偏量，并將其分配至全部推進行程中，嚴禁大幅度糾偏，推進時盾構(gòu)水平糾偏量20mm/環(huán)，垂直糾偏量0.05度/環(huán)。出現(xiàn)大的偏移時，要考慮調(diào)線。4.3.7盡量縮短管片拼裝時間，防止盾構(gòu)機后退導致正面土壓力降低。必要時可采取在管片拼裝中途啟動千斤頂或土倉內(nèi)加壓等技術(shù)措施；共二十六頁4.3.8在穿越過程中必須及時進行同步注漿。穿越施工的同步注漿必須精確控制注漿量和注漿速率，否則將會使構(gòu)筑物產(chǎn)生大的形變；同步注漿可采用惰性漿液或雙液漿。注漿量主要依據(jù)距構(gòu)筑物的位置和監(jiān)測數(shù)據(jù)及時進行調(diào)整，一般為理論建筑間隙的110150，注漿壓力

15、0.3-0.5Mpa。4.3.9盾構(gòu)穿越后應進行二次補漿，二次補漿的開始時間、注漿位置、注漿量與速率、補漿次數(shù)與間隔時間應根據(jù)構(gòu)筑物變形的監(jiān)測數(shù)據(jù)來確定。先頻后疏，先大后小，往往耗時數(shù)月；二次補漿可采用雙液注漿，一般在距離(jl)盾構(gòu)尾部5-10m后根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行壓注，注漿壓力應控制在0.3Mpa以下。二次補漿須考慮對新建本體隧道的影響，防止隧道受壓過大或不均勻而產(chǎn)生變形；共二十六頁5盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展(fzhn)方向1）超大深度盾構(gòu)2）大斷面盾構(gòu)3）超常(cho chn)距離掘進盾構(gòu)4）高度自動化盾構(gòu)5）復合形斷面盾構(gòu)共二十六頁 謝 謝 共二十六頁內(nèi)容摘要盾構(gòu)工法發(fā)展及盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)(內(nèi)部培訓資料）。盾構(gòu)工法發(fā)展及盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)(內(nèi)部培訓資料）。2001年深圳地鐵1號線、南