盾構施工主要技術環(huán)節(jié)與施工流程

盾構施施工主主要技技術環(huán)環(huán)節(jié)與施工工流程程2目錄1.前言2.盾構施施工主主要技技術環(huán)環(huán)節(jié)與與流程程3.施工準準備環(huán)環(huán)節(jié)主主要內內容4.盾構施施工環(huán)環(huán)節(jié)主主要技技術5.結語1.前言盾構的的工作作原理理就是是在盾盾殼的的保護護下，，通過過刀盤盤切削削土體體，利利用千千斤頂頂?shù)韧仆七M系系統(tǒng)驅驅使設設備向向前方方土壤壤掘進進的一一種工工法。。盾殼殼對未未襯砌砌（拼拼裝管管片））的隧隧道段段起著著臨時時支護護的作作用，，承受受周圍圍的土土壓、、水壓壓以及及屏蔽蔽地下下水。。掘進進、排排土、、襯砌砌等作作業(yè)在在盾殼殼的掩掩護下下進行行。1.前言按照盾盾構掘掘進過過程中中開挖挖面穩(wěn)穩(wěn)定的的原理理分類類，盾盾構施施工主主要分分為土土壓平平衡式式盾構構與泥泥水加加壓平平衡盾盾構。。1.前言與土壓壓平衡衡盾構構相比比較，，泥水水盾構構在以以下三三個方方面具具有明明顯優(yōu)優(yōu)勢：：一是是適用用范圍圍更廣廣，特特別是是對于于地下下水發(fā)發(fā)育、、穿越越地質質條件件復雜雜的隧隧道；；二是是壓力力控制制精準準度更更高；；更利利于沉沉降控控制及及沿線線建構構筑物物安全全保護護；三三是更更利于于環(huán)境境保護護。因因此目目前國國內大大直徑徑隧道道，尤尤其是是穿越越江海海湖泊泊、地地處城城市核核心區(qū)區(qū)的大大直徑徑盾構構隧道道都以以泥水水復合合式平平衡盾盾構做做為首首選。。而鐵鐵路隧隧道由由于斷斷面大大、覆覆土深深、地地質條條件復復雜，，目前前采用用盾構構法修修建的的隧道道均選選用的的是泥泥水盾盾構，，如廣廣深港港什字字洋隧隧道、、湘株株譚客客運專專線、、北京京地下下直徑徑線、、天津津地下下直徑徑線以以及即即將開開工的的京沈沈、京京張和和天津津機場場線等等項目目。2.盾構施施工主主要技技術環(huán)環(huán)節(jié)及及流程程工作井施工盾構下井盾構安裝調試負環(huán)掘進出洞段掘進正常掘進洞門破除洞門密封圈安裝接收基座安裝洞門破除隧道端頭加固隧道洞口加固泥水系統(tǒng)安裝進洞段掘進盾構拆除吊出施工調查施工場地盾構、泥水設備選型與配置盾構制造3.施工準準備環(huán)環(huán)節(jié)主主要內內容與與控制制盾構施施工準準備環(huán)環(huán)節(jié)主主要的的工作作內容容有：：（1）詳細細的工工前調調查。。包括括施工工場地地、沿沿線建建構筑筑物、、工程程地質質與水水文地地質。。（2）施工工場地地規(guī)劃劃與布布置、、施工工用水水、用用電、、污水水排放放等臨臨時設設施規(guī)規(guī)劃與與布置置。（3）盾構構機及及泥水水處理理設備備、泥泥水輸輸排送送等主主要設設備的的選型型與配配置。。（4）管片片生產產車間間（工工廠））準備備。（5）工程程進度度、安安全、、質量量等各各種管管理計計劃制制定，，工程程技術術方案案的編編制與與完善善等相相關內內容。?？刂浦刂攸c是是施工工場地地規(guī)劃劃布置置及設設備選選型與與配置置。3.施工準準備環(huán)環(huán)節(jié)主主要內內容與與控制制3.1.盾構機機及泥泥水處處理設設備的的選型型與配配置盾構法法作為為地下下工程程修建建的一一種施施工方方法，，其成成敗關關健系系之于于設備備本身身。工工程能能否順順利實實施實實際就就是““能否否掘得得動、、排得得走、、穩(wěn)得得住””。核核心就就是進進、出出兩個個途徑徑是否否暢通通，進進即為為盾構構刀盤盤刀具具與地地層是是否適適應，，刀盤盤的使使用壽壽命、、切削削效果果、出出土狀狀況、、掘進進速度度和施施工效效率是是否滿滿足施施工計計劃需需求，，出即即為泥泥水處處理效效率與與效果果是否否與掘掘進速速度相相匹配配、排排污是是否滿滿足城城市環(huán)環(huán)?？乜刂茦藰藴省?。3.1.盾構機機及泥泥水處處理設設備的的選型型與配配置序號系統(tǒng)名稱主要組成部分投資占比1主驅動系統(tǒng)主軸承、主軸承內外密封、主驅動電機等35－40%2泥水循環(huán)系統(tǒng)包括進漿泵、排漿泵及控制單元20－25%3供電系統(tǒng)刀盤驅動變壓器、輔助變壓器、功率補償器等8%4推進系統(tǒng)包括推進油缸、壓力傳感器及相關控制單元5－6%5刀盤刀具刀具、刀盤法蘭及刀盤本體結構、旋轉接頭5－7%6管片安裝系統(tǒng)真空吸盤機、管片安裝機及結構梁等5%7同步注漿系統(tǒng)注漿泵、管路、儲漿罐等2.5%8盾構掘進導向系統(tǒng)

2.5%9空氣供應系統(tǒng)空壓機、儲氣罐及控制儀表、電氣元件等2%10水循環(huán)系統(tǒng)包括冷卻、排污2%11盾體包括前盾、中盾、尾盾及連接橋1%12注脂系統(tǒng)包括主軸承潤滑注脂、主軸承密封注脂（HBW）及盾尾密封注脂的注脂泵、吊機等1%13控制系統(tǒng)控制室、PLC控制、數(shù)據(jù)采集等0.7%刀具刀盤刀盤刀具的的選擇與應應用刀盤形式比較項目面板式幅條式砂、土適應性（粒徑＜15cm）由于開挖面土體受面板開口影響，渣土進入渣艙不順暢，易粘結，易堵塞。僅有幾根幅條，同時幅條后均設有攪拌葉片，土、砂流動順暢，不易堵塞。砂卵石適應性（粒徑＞15cm）適應性強，必要時可加滾刀。不能加滾刀，刀頭形式及數(shù)量較少。刀盤扭矩刀盤扭矩阻力大，需增加設備能力，造價高。適用于硬土與巖石地層刀盤扭矩阻力小，設備造價低，適用于淤泥質地層與砂層。隧道內刀頭更換安全性由于有面板，在隧道內更換刀頭時安全可靠性相對好。在隧道內更換刀頭時安全性差，加固土體費用高。刀盤特性比比較換刀功能的的配置沖刷功能的的配置泥水處理設設備泥水處理設設備的配置置取決于盾盾構掘進地地層的顆粒粒組成、掘掘進進度、、場地、排排放等眾多多因素影響響。一般的的泥水處理理分為三級級，即篩分分、旋流（（除砂除泥泥）、沉淀淀三級處理理模式。但但在細顆粒粒含量較多多的情況下下，泥水處處理應考慮慮增加至四四級甚至五五級，以滿滿足進度及及排放要求求。3.2施工場地規(guī)規(guī)劃與布置置盾構施工場場地需求主主要包括：：（1）泥水工廠廠及渣土堆堆放場地。。包括泥漿漿制備、調調整、沉淀淀、處理及及渣土堆放放。關健在在于泥水處處理場地需需求較大，，因為計劃劃進度要求求越高、泥泥水循環(huán)處處理設備配配置越多，，一般要求求泥漿的沉沉淀、調整整部分場地地不小于3000m2。（2）管片堆放放場地：一一般現(xiàn)場堆堆放管片數(shù)數(shù)量應不少少于2天掘進數(shù)量量。（3）其它場地地包括：加加工場地、、同步注漿漿拌和站、、電力變電電所、材料料堆放場地地等。對于于直徑大于于10米的盾構，，要求整體體始發(fā)時，，施工場地地應僅量不不小于7000m2。4.盾構施工環(huán)環(huán)節(jié)主要技技術4.1盾構始發(fā)出出洞技術4.盾構施工環(huán)環(huán)節(jié)主要技技術安裝始發(fā)基座端頭土體加固盾構組裝調試加固效果檢驗安裝反力架鑿除洞門安裝洞門密封拼裝負環(huán)管片始發(fā)掘進，盾尾通過洞門壓板加固，壁后注漿第24頁共共62頁4.1.2始發(fā)或到達達端頭加固固主要方法：：深層攪拌拌、旋噴樁樁、SMW、注漿、降降水、凍結結。第25頁共共62頁基座安裝始發(fā)基座進進場→基座吊裝下下井→始發(fā)基座安安裝始發(fā)軌道安安裝→軌道調整→始發(fā)基礎加加固4.盾構施工環(huán)環(huán)節(jié)主要技技術第26頁共共62頁G2拖車進場組組裝→G2拖車下井→G2拖車井下組組裝G1拖車地面組組裝→G1拖車下井→G1拖車井下組組裝盾構組裝4.盾構施工環(huán)環(huán)節(jié)主要技技術第27頁共共62頁G0拖車地面組組裝→G0拖車下井→G0拖車井下組組裝真空吸盤井井下組裝→前盾吊裝下下井→前盾組裝4.盾構施工環(huán)環(huán)節(jié)主要技技術第28頁共共62頁中盾下部吊吊裝下井→主驅動吊裝裝下井→主驅動井下下組裝米字梁安裝裝→人倉吊裝下下井→尾盾井下安安裝4.盾構施工環(huán)環(huán)節(jié)主要技技術第29頁共共62頁設備梁試安安裝→設備梁地面面組裝→設備梁井下下安裝走行平臺組組裝→設備梁吊裝裝下井→走行平臺組組裝4.盾構施工環(huán)環(huán)節(jié)主要技技術第30頁共共62頁盾尾上部下下井組裝→刀盤吊裝下下井→刀盤下井組組裝刀盤焊接→刀盤耐磨焊焊焊接→盾構組裝成成型4.盾構施工環(huán)環(huán)節(jié)主要技技術第31頁共共62頁管片拼裝機機調試→負環(huán)管片安安裝→盾構試掘進進泥水系統(tǒng)控控制→掘進參數(shù)控控制→盾構姿態(tài)控控制盾構調試4.盾構施工環(huán)環(huán)節(jié)主要技技術洞門破除順順序圖刀盤與洞門門破除后砼砼位置關系系洞門破除效效果圖洞門鑿除4.盾構施工環(huán)環(huán)節(jié)主要技技術第33頁共共62頁洞門密封↑洞門密封安安裝流程洞門密封進進場洞門密封安安裝4#井盾構始發(fā)發(fā)洞門臨時時密封采用用雙道密封封裝置，其其中每道密密封由簾布布橡膠、扇扇形壓板、、止水箱、、注漿管和和螺栓等組組成，兩道道密封間隔隔400mm。4.盾構施工環(huán)環(huán)節(jié)主要技技術第34頁共共62頁反力架安裝裝←發(fā)力座橫梁梁←橫梁安裝←橫撐架設↑反力架整體體結構4.盾構施工環(huán)環(huán)節(jié)主要技技術4.盾構施工環(huán)環(huán)節(jié)主要技技術盾構隧道始始發(fā)技術是是盾構法施施工技術的的關鍵，也也是盾構施施工成敗的的一個重要要標志。要認識到端端頭加固的的重要性，，特別是大大直徑盾構構出問題就是是大問題。?？刂浦攸c點在于：加固范圍、、始發(fā)基座座、負環(huán)拼拼裝、洞門門密封及泥泥水壓力設設定。而影響始發(fā)發(fā)費用高低低的控制關關健在于：：始發(fā)場地的的大小、始始發(fā)的方式式如是分體體始發(fā)還是是整體始發(fā)發(fā)。刀盤驅動背填注漿建立泥漿循環(huán)啟動推進油缸

管

片

安

裝縮回頂進油缸

刀盤掘進泥漿分離處理

排漿泵排漿管片生產運輸

進漿泵導向系統(tǒng)

方向調整4.2.盾構掘進4.盾構施工環(huán)環(huán)節(jié)主要技技術4.2.1工藝流程4.2.2盾構掘進參參數(shù)盾構掘進過過程的主要要控制參數(shù)數(shù)包括：（（1）泥水壓力力：根據(jù)靜靜壓力并結結合沉降控控制要求設設置。盾構構機推進、、逆洗和旁旁路三種狀狀態(tài)切換時時的切口泥泥水壓力偏偏差值均控控制在±0.05bar。（2）推力、扭扭矩：根據(jù)據(jù)盾構掘進進地層條件件、泥漿比比重與粘度度、刀盤貫貫入度確定定。（3）掘進速度度。（4）泥漿指標標。包括送送漿指標與與排漿指標標。包括比比重、粘度度、析水量量等。（5）盾構掘進進姿態(tài)。主主要包括糾糾偏量的控控制。不同的掘進進參數(shù)對于于盾構掘進進過程的材材料消耗影影響差異性性非常大。。盾構掘進過過程的主要要消耗材料料包括前端端、后端的的密封油脂脂，刀具、、泥漿等。。4.盾構施工環(huán)環(huán)節(jié)主要技技術圖9.3.17

泥水輸送基本程序圖4.3泥漿的輸送送與排放泥水環(huán)流系系統(tǒng)包括泥泥水輸送與與泥水排放放，刀盤切切削下來的的土砂和泥泥水艙中的的泥水合成成的泥漿，，通過排泥泥泵與排泥泥管道送往往地面的泥泥水處理分分系統(tǒng)進行行分離，分分離并經過過調整后的的泥漿通過過輸送系統(tǒng)統(tǒng)再送回盾盾構泥水艙艙。泥水輸送分分系統(tǒng)主要要由送排泥泥泵、閥、、送排泥管管道及配套套部件等組組成，通過過泥水監(jiān)控控分系統(tǒng)進進行自動化化操作。設設備投入的的多少主要要受掘進距距離、地層層的影響確確定。4.4泥漿分離混和開挖碴碴土后的泥泥漿通過泥泥漿排放系系統(tǒng)輸送至至泥水處理理工廠后，，通過泥水水分離系統(tǒng)統(tǒng)實現(xiàn)碴漿漿分離，碴碴土直接棄棄運，處理理后的泥漿漿調整合格格后再輸送送到盾構泥泥水艙。泥水處理系系統(tǒng)根據(jù)地地層顆粒級級配進行設設備配置。。一般的砂砂卵石地層層以及排放放標準要求求不高的項項目，泥水水處理系統(tǒng)統(tǒng)由篩分-旋流（除砂砂除泥）-沉淀三級處處理組成即即可滿足施施工需求。。但對于細顆顆粒含量（（＜74μm）含量較多多、排放標標準要求高高的項目，，泥水處理理容量需進進行擴容、、升級以滿滿足進度需需求。五級泥水處處理技術泥水處理泥漿泥漿——一級篩分——二級篩分——旋流——清水壓濾——沉淀——離心——清水泥水處理第47頁共共62頁4.5盾構壁后注注漿同步注漿流流程圖作用：（1）控制隧道道周邊地層層松動，防防止較大地地層位移及及坍塌；（（2）穩(wěn)定已拼拼裝成型的的管片，使使作用于管管片上的油油缸推力順順利傳至地地層中；（（3）作為隧道道防水系統(tǒng)統(tǒng)的第一道道屏，防止止地下水滲滲流到隧道道內部；（（4)作為隧道襯襯砌結構的的加強層,使其具有耐耐久性和一一定的強度度。4.5.1同步注漿后部油脂注入孔前部油脂注入孔注漿孔管片漿液體盾尾密封鋼絲刷4盾尾盾尾密封鋼絲刷3盾尾密封鋼絲刷2盾尾密封鋼絲刷1作用：二次注漿、、二次深孔孔注漿主要要是考慮到到同步注漿漿在凝結后后體積收縮縮，為避免免地層損失失及控制周周邊建筑物物風險而進進行的回填填、加固注注漿。注漿漿二次注漿漿根據(jù)不同同的作用可可分為堵漏漏注漿、加加固注漿、、分段注漿漿三種。施施工主要是是：在預制制管片上預預留二次注注漿孔，在在管片脫出出盾尾一定定距離后，，進行注漿漿施工。4.5.2二次注漿隧道內的二二次補強注注漿第50頁共共62頁管片拼裝程程序如下：：掘進→掘掘進完→測測量盾尾間間隙→啟動動PPS系統(tǒng)管片拼拼裝程序→→輸入盾尾尾間隙→按按管片計算算→記錄下下K塊拼裝點位位→保持管管片拼裝界界面進行管管片拼裝→→拼裝完再再次測量盾盾尾間隙→→輸入盾尾尾間隙→按按保存→啟啟動PPS測量程序→→開始掘進進。4.6管片拼裝盾構姿態(tài)控控制→盾尾間間隙輸入→→管管片選型→→管管片拼拼裝第51頁共共62頁進場管片檢檢查→→管管片運輸輸→→洞洞內管片片卸載盾構掘進→→拼拼裝機檢驗驗→→管管片拼拼裝4.6管片拼裝4.7盾構換刀技技術盾構掘進過過程刀具磨磨損后必須須及時更換換，通過實實施主動換換刀能確保保盾構掘進進參數(shù)的穩(wěn)穩(wěn)定，保證證施工的安安全。換刀刀方式有常常壓換刀及及帶壓換刀刀兩種方式式。常壓換刀即即通過一定定加固措施施能夠實現(xiàn)現(xiàn)地層能夠夠自穩(wěn)的條條件下，開開倉常壓更更換磨損刀刀具。帶壓換刀指指地層不能能實現(xiàn)自穩(wěn)穩(wěn)、也無法法通過其它它輔助措施施實現(xiàn)常壓壓開倉時，，通過帶壓壓進倉更換換磨損刀具具的方式。。第53頁共共62頁進倉加壓→補氣量觀測測→邊刮刀檢查查帶壓進倉準準備→泥水系統(tǒng)控控制→人員進倉第54頁共共62頁進倉加壓→吸氧減壓→減壓出倉泥膜檢查→滾刀檢查→更換刀具4.8風險控制主要通過沉沉降數(shù)據(jù)分分析，掌握握大直徑泥泥水盾構在在不同埋深深、地層情情況下的沉沉降規(guī)律及及主要影響響因素，根根據(jù)盾構掘掘進各階段段的沉降占占比確定工工藝控制措措施。如根根據(jù)直徑線線施工地表表沉降統(tǒng)計計，先行沉沉降、開挖挖面前沉降降、通過沉沉降、盾尾尾空隙沉降降五個階段段占總沉降降值的比總總分別為：：8%、20%、35%、21%、17%。沉降量和和沉降速率率較大階段段發(fā)生在第第2、3、4階段，即盾盾構施工控控制沉降的的第2、3、4階段最為關關鍵，第2階段變形控控制要素是是泥水壓力力，第三階階段變形控控制因素為為掘進速度度，第4階段變形控控制要素是是盾尾間隙隙注漿的及及時性和充充填率。4.8風險控制根據(jù)沉降規(guī)規(guī)律統(tǒng)計，，充分利用用氣墊式泥泥水盾構設設備的先進進性，實現(xiàn)現(xiàn)對盾構掘掘進過程泥泥水壓力與與流量、推推力、刀盤盤扭矩、刀刀盤轉速及及轉向、刀刀盤貫入度度、盾構姿姿態(tài)與糾偏偏、同步注注漿壓力及及注漿量、、泥水性能能指標等參參數(shù)的精確確化控制，，以達到沉沉降變形的的主動控制制。如施工中通通過詳細的的地質調查查、管片應應力應變監(jiān)監(jiān)測實現(xiàn)掘掘進過程泥泥水壓力設設置的精準準性。通過過主動換刀刀控制掘進進參數(shù)的可可靠性及波波動值。結結合地層變變化及時調調整泥水性性能指標、、刀具配置置。依據(jù)地地層、泥水水壓力及出出土量控制制同步注漿漿的填充量量。進倉探明實實際地質情情況良好泥漿形形成泥膜的的支護效果果5.結語（1）盾構的生生產效率與與隧道埋深深、地質條條件及環(huán)境境控制存在在明顯的相相關性，尤尤其是與隧隧道穿越的