地鐵盾構(gòu)施工原理技術(shù)介紹與工程實例

中國建筑工程總公司沈陽地鐵一號線第九標(biāo)段項目經(jīng)理部沈陽地鐵一號線第九標(biāo)段

地鐵盾構(gòu)施工原理、技術(shù)介紹與工程實例目錄一、工程概況二、盾構(gòu)施工原理三、盾構(gòu)施工技術(shù)四、工程重、難點分析一、工程概況沈陽地鐵一號線第九標(biāo)段包括一站三區(qū)間：鐵西廣場站～云峰北街站、沈陽站站～南京街站和南京街站～南市站三個區(qū)間均為盾構(gòu)區(qū)間，三區(qū)間各設(shè)置一座聯(lián)絡(luò)通道兼泵房。鐵～云區(qū)間自車站始發(fā)掘進區(qū)間右線，在到達(dá)車站調(diào)頭掘進區(qū)間左線。沈～南區(qū)間和南～南區(qū)間都是自風(fēng)道始發(fā)掘進區(qū)間右線，在到達(dá)車站調(diào)頭掘進區(qū)間左線，風(fēng)道始發(fā)在國內(nèi)是首例，施工難度較大，技術(shù)復(fù)雜。區(qū)間最大縱坡為25‰，最小縱坡為2‰，南～南區(qū)間最小曲線半徑為350m，鐵～云區(qū)間最小曲線半徑為400m，沈～南區(qū)間最小曲線半徑為3000m。各區(qū)間長度見下表：鐵～云區(qū)間沈～南區(qū)間南～南區(qū)間合計左線847.404m778.836m1017.859m2644.099m右線875.399m778.820m1028.905m2683.124m合計1722.803m1557.656m2046.764m5327.223m區(qū)間隧道主體結(jié)構(gòu)為厚0.3m的預(yù)制鋼筋砼管片(鋼筋砼為C50、抗?jié)B等級S10)。管片寬1.2m，外徑6.0m，內(nèi)徑5.4m，由六塊組成：3個A塊、2個B塊和1個C塊。區(qū)間最大覆土厚度約為18.0m，最小覆土厚度約為10m。區(qū)間所穿越地層為中粗砂、礫砂和圓礫層，間斷有粉質(zhì)粘土出現(xiàn)。地層中的上層潛水與下層承壓水相通，兩層水水位埋深相同均為5.5~10m，滲透系數(shù)為50~110m/d。二、盾構(gòu)施工原理1.盾構(gòu)法的發(fā)展盾構(gòu)法起源于1818的英國，20世紀(jì)中葉傳入我國。20世紀(jì)60年代中期至80年代盾構(gòu)法逐漸發(fā)展成熟。按掘削面的加壓平衡穩(wěn)定方式的不同，盾構(gòu)機可分為外加支承式盾構(gòu)、氣壓式盾構(gòu)、泥水式盾構(gòu)和土壓式盾構(gòu)，其中以土壓式盾構(gòu)和泥水式盾構(gòu)為主。項目上將要投入使用的無論是德國海瑞克盾構(gòu)，還是日本三菱和石川島盾構(gòu)均為土壓平衡式盾構(gòu)。2.一般原理用盾構(gòu)機一邊進行挖掘、推進，一邊防止土砂的坍塌，并在盾尾進行襯砌作業(yè)從而修建隧道。3.土壓式盾構(gòu)原理將刀盤切下來的土砂加入泥漿材料，經(jīng)拌合，形成不透水塑性的流動性泥土，充滿土倉與螺旋輸送機，在這種狀態(tài)中利用盾構(gòu)機油壓千斤頂推力使土倉內(nèi)塑狀泥產(chǎn)生土壓，以對抗開挖面的土壓及水壓，并在保持開挖量與排土量平衡狀態(tài)下繼續(xù)掘進。

掘進4.盾構(gòu)設(shè)備主要組成部分5.盾構(gòu)法的特征原理特征保持圍巖的穩(wěn)定保持開挖面的穩(wěn)定施工作業(yè)安全地基變形容易控制預(yù)制管片施工容易，品質(zhì)容易保證重復(fù)作業(yè)機械化作業(yè)強，項目管理容易地下作業(yè)路面交通阻礙少噪音、振動少周圍環(huán)境不被破壞三、盾構(gòu)施工技術(shù)1.盾構(gòu)機的選型2.盾構(gòu)施工的前期準(zhǔn)備2.1區(qū)間沿線建（構(gòu)）筑物和地下管線的調(diào)查與區(qū)間隧道的相互位置關(guān)系建（構(gòu)）筑物：上部結(jié)構(gòu)形式、上部結(jié)構(gòu)層數(shù)、地下室情況、基礎(chǔ)類型、基礎(chǔ)埋深。地下管線：類型、材質(zhì)、大小、埋深。區(qū)間所穿越的風(fēng)險點：鐵~云區(qū)間是東環(huán)國際小區(qū)、沈陽油漆廠和沈陽鼓風(fēng)機廠附近的貨運鐵路專用線；沈~南區(qū)間是太原街時尚地下廣場；南~南區(qū)間是沈陽鋁鎂設(shè)計院。2.2盾構(gòu)進出洞部位的地基加固目的：防滲、防塌。方法：高壓旋噴注漿法、凍結(jié)法、化學(xué)注漿法和臨時擋土墻法等，項目上采用高壓旋噴注漿法兼輔助降水。加固范圍：隧道上下左右各3.0m，加固長度進洞段7.0m（出洞段4.0m）；加固強度：加固后地基應(yīng)具有良好的均勻性和自立性，其無限抗壓強度為0.8～1.0MPa，滲透系數(shù)≤1.0×10-8cm/s。2.3區(qū)間圖紙與區(qū)間相關(guān)車站圖紙審查原則：滿足并方便區(qū)間施工需要。2.4施工場地的布置地面場地布置是否順暢：以管片和出土運輸之間的相互干擾最小為原則，同時兼顧其它材料的運輸和地面生產(chǎn)；一些主要地面設(shè)施布置是否合理和齊全：以集土坑、管片堆放、地面管理系統(tǒng)、漿液拌合系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、防洪措施、污水沉淀設(shè)施、鋼結(jié)構(gòu)加工場地等互不影響為原則，并考慮現(xiàn)有場地、建（構(gòu)）筑物及地下管線情況。井內(nèi)及隧道內(nèi)的生產(chǎn)與輔助設(shè)施的布置：以隧道水平運輸和井內(nèi)垂直運輸流暢、相互轉(zhuǎn)換自然為基本原則。2.5主要物資設(shè)備的采購管片采購；盾構(gòu)機、龍門吊、漿液攪拌站、洞內(nèi)水平運輸列車等。2.6風(fēng)險點分析與專項方案盾構(gòu)施工風(fēng)險源的確定盾構(gòu)始發(fā)與接收、盾構(gòu)的停機、開倉檢查與換刀、穿越地面重要建（構(gòu)）筑物、穿越地下建（構(gòu)）筑物和管線、地下水豐富地區(qū)。風(fēng)險點的具體分析根據(jù)不同風(fēng)險源的實際情況，逐一進行分析，必要時輔之以計算，從而確定出風(fēng)險點的位置、等級、發(fā)生的條件及其可能性等；編寫專項方案根據(jù)風(fēng)險源和點的分析，有針對性的編寫專項方案。風(fēng)險點匯總與報告應(yīng)根據(jù)不同管線的實際情況，按照不同的要求分別報告，同時匯總出方便工地使用的警示圖表。3.區(qū)間施工進度計劃按照項目總體計劃的要求，確定盾構(gòu)區(qū)間的進度計劃，根據(jù)目前的盾構(gòu)施工水平和能力，實事求是、科學(xué)合理地制定盾構(gòu)掘進計劃。沈陽站南京街站南市站云峰北街站鐵西廣場站區(qū)間施工進度計劃表4.盾構(gòu)施工工藝流程工作井施工盾構(gòu)下井盾構(gòu)安裝調(diào)試初始掘進拆除負(fù)環(huán)、調(diào)整進料、出土路線正常掘進貫通進入調(diào)頭井盾構(gòu)調(diào)頭（或解體）初始掘進正常掘進貫通進入接收井盾構(gòu)解體吊裝洞門破除洞門密封圈安裝接收基座安裝洞門破除接收基座安裝洞門破除隧道端頭加固隧道端頭加固負(fù)環(huán)管片安裝始發(fā)基座、反力架安裝始發(fā)基座、反力架安裝洞門破除洞門密封圈安裝負(fù)環(huán)管片安裝洞門施工5.盾構(gòu)施工旨過程管理投與控制5.1土壓管降理根據(jù)區(qū)間僅沿線的實嚴(yán)際土質(zhì)情渾況、隧道瞞埋深變化桌、水文情斯況、地面駐建筑物和細(xì)地下建筑照物現(xiàn)狀及炒其抗變形鼻能力、地塌面動載情劇況和試掘致進的具體橋經(jīng)驗等進晌行土壓設(shè)丹定和合理侵調(diào)整；每環(huán)掘湯進土壓割波動范俘圍：0.0哈2Mp初a（土體雜狀態(tài)保憐持）；土壓設(shè)綁定原則鄭：維持村土倉架內(nèi)的低土壓然力與深設(shè)定言土壓眨力相爸吻合休，保衛(wèi)持開蔬挖面魄土體辭穩(wěn)定盲，即戀設(shè)定脅值P盡量憲接近帶自然淋土體棋側(cè)向講自重拜應(yīng)力P0。P<犬P0，則預(yù)盾構(gòu)煎前部歡土體傳因應(yīng)裕力松悔弛造西成地能層損膨失，丟地面靜將發(fā)裳生沉夕降：P>岡P0，在遲軟粘賽土中搶附加餓荷載賣作用愈將產(chǎn)藥生超誦靜水富壓力敏，土肚體固頓結(jié)，藥產(chǎn)生攔土體旅沉降酬，另臨外如P值與P0值相差較杯大時，會灶造成土體塞的擾動，趟經(jīng)擾動后輛的土體重圓新固結(jié)會鏈產(chǎn)生很大柜的變形。地面有廚建筑物揉或其它畏超載作逃用，應(yīng)椅考慮地紙面超載抗在隧道萌埋置深存度處引杯起的地已基附加民應(yīng)力。公根據(jù)地每面沉降蝴監(jiān)測結(jié)萌果來判帝斷土壓篇力設(shè)定尤值是否挺合理及吸其與自熱然土壓頑力的吻棋合程度甘：一般情它況下，茶盾前地冒面隆起0－2m屈m之間是串相對合熄理的（膏此數(shù)值銜與土層與和隧道擠埋深等呀密切相彎關(guān)）。釀如隆起靈過大則攜應(yīng)適當(dāng)租調(diào)低土并壓力設(shè)怖定值，燈如發(fā)生過沉降則顏應(yīng)適當(dāng)貌調(diào)高土批壓力設(shè)夢定值。盾構(gòu)施啊工中的爭土壓及轟其管理農(nóng)影響因糧素多、股涉及面指廣、每嗎個項目字甚至不石同的區(qū)而段都有墻很大的煤變化，晃需要綜途合全面斯考慮方澤能取得餓一個合眾理的初劫始值，朝并在實趴施過程條中逐步齒獲得一宿個有效控的土壓袍值。5.2出土管理止（協(xié)助土美壓管理）出土速度統(tǒng)和出土量掏：每環(huán)出揭土量控何制在理第論值的1.2~1.濤5倍（考慮彼松散系）巴；滿足土壓甚管理下的缺合理出土娘速度，主跑要靠控制掠螺旋輸送摔機的轉(zhuǎn)速撕來調(diào)節(jié)。出土管理她是進行土僑壓管理的雙有效措施貓，合理的愚土壤改良蒼也是十分雷必要的！5.3曲線掘進裝與大角度谷糾偏盾構(gòu)施令工就是屈前進中海的不斷袖糾偏過碰程！糾偏伴隨清盾構(gòu)施工仇的全過程辭，盾構(gòu)機靈調(diào)整角度頂后掘進方材向與原掘煩進方向存陪在一微小貝夾角，這律樣開挖橫區(qū)斷面形成仍一橢圓形暖，截面面之積大于盾駝構(gòu)機截面協(xié)，地層損錫失不可避齒免；同時盼糾偏過程略中會對土床體造成側(cè)議面擠壓，筍增大了土耗體的擾動戰(zhàn)。如外徑Φ6.芝25m，長6.躲00究m的盾豎構(gòu)機裂而言爭，每掉增加6′的糾賄偏角醫(yī)，就價會造喂成0.0漠576變m3的地層損拋失，引起采的地表沉藏降，隧道甘（埋深15米）中雷心上方據(jù)地面沉?xí)r降量約始為δ=代3.性4m惱m(xù)。曲線掘進件尤其不可橫避免??！嘗！曲線種掘進壘和正排常糾璃偏角童度越悔大相揚應(yīng)的鬧地面撞沉降名就越魯大。進所以挽在盾巨構(gòu)掘杏進中袖常糾就偏、炭小角倉度糾起偏從傾而達(dá)常到減尊少地漂層擾甩動和虧地面濫沉降瘡的效涉果?？刂坪镁蚺柽M方向，創(chuàng)在曲線掘抄進時適當(dāng)佳設(shè)置提前美量，盡量俗減少糾偏沉幅度。提盞前量的大頂小應(yīng)在時儲間中不斷英總結(jié)，但構(gòu)原則是：提前量偉應(yīng)與隧瞞道穩(wěn)定喬時的反漢方向偏甩移量相拒吻合！隧道盯曲線筑掘進機和大紹角度足糾偏尺的另煤一個寫有害土副產(chǎn)詠品--引起管披片安裝于的錯臺丹和整體衡隧道的雨偏移，然也應(yīng)引停起高度蒜重視！應(yīng)對址措施冶：錯臺--獨-1減少大瓣角度糾敏偏和盾芝構(gòu)蛇行鄉(xiāng)豐掘進2慢速掘進戒、降低土迅壓和推力3改良商土壤病、降寸低扭怎矩4加強同步辜注漿，盡個快穩(wěn)固地皆層5預(yù)緊螺栓炸等隧道偏移---權(quán)1控制漿液劈燕配比和時三間2提前量（榨地層變化洲與數(shù)值確踩定）5.4注漿管理農(nóng)（同步注諷漿與二次詢補漿）a)同步注漿—原因：盾錄構(gòu)機外徑移通常比襯留砌外徑大鋤十到數(shù)十張厘米，如儉不能及時豪地以適當(dāng)陡材料加以爬充填，將烘引起隧道繁結(jié)構(gòu)的不揀穩(wěn)定和較買大地面沉沙降。雜為保證哪漿液能起窗到抵抗周梁圍土體擠蜓壓的作用拉，同時考因慮易于注灣入，選用然的漿液應(yīng)灣具備以下前特性：①略沉低于腎或相輛當(dāng)于香周圍音土體巴的容雷重；②具有一符定的抗剪鉆強度和壓狡縮系數(shù)，惠漿液穩(wěn)定僚后其C、Φ值高于周督圍土體的凝相應(yīng)指標(biāo)劈燕；③靜態(tài)下脅有一定自咬立性和強怨度，經(jīng)擾蝴動后有一貓定的流動?xùn)|性，可泵挖送性好，韻不堵塞管磨路，能均厭勻地充滿恐各種間隙羽；④體積也收縮率誰小，壓濾縮系數(shù)球、壓縮勝指數(shù)小謎；⑤漿液不差易析水。⑥在迷振動燈荷載萌作用顯下不犧發(fā)生燦振動隱液化差。同步注景漿b)二次補漿—補齊煮空隙風(fēng)、穩(wěn)它固地瘡層、蠢有效懲防水損！惰性漿堅液：優(yōu)點--滿足充峽填空隙勁的要求經(jīng)；對盾駕尾刷的什危害小難；缺點—凝固慢；賽穩(wěn)定管片為作用差；均易造成隧敲道的偏移樓，尤其是速隧道糾偏嘗和曲線掘暗進時。硬性漿液何：優(yōu)缺點增與惰性漿旨液正好相柴反。c)注漿拋量是敘盾構(gòu)進施工放控制胳重要羅指標(biāo)正確閘確定醋注漿手量及夸注漿歷壓力考慮到裹糾偏引丈起的地禍層損失乞、盾構(gòu)觀機殼體支拖泥引保起的地尖層損失撕、漿液餅體積收偉縮和具版體的地激層特點就等因素柳，注漿返時實際皆注漿量右應(yīng)為理委論空隙法體積的12罪0％－180％，通殘常采用150％。實際施工怠中，應(yīng)根絮據(jù)盾尾脫禿離襯砌處哨對應(yīng)點的鍋地面沉降金觀測結(jié)果聲，及時進司行注漿量距調(diào)整，該米點地面沉查降量控制配在0－2mm/天。注漿辮壓力挑應(yīng)為刮保證挖足夠她注漿籮量的快最小思值，劑同時鳥應(yīng)與幅土倉滴內(nèi)的宗土壓闊力相近匹配痕。通常暈，注液漿壓伶力是紀(jì)孔隙嗓水壓+2獲00董kN相/m2（一般蠶，2～4×105Pa），如注津漿壓力過本大，就有致可能損壞爛管片，盾射構(gòu)機外殼形變形，如聰注漿孔壓慮力達(dá)到4～6×105Pa，混澆凝土倚管片極的螺績栓會倚發(fā)生量間斷錢破壞嬌。注漿速過度應(yīng)是砌使?jié){液屬充填速捎度與盾厚構(gòu)掘進虧度一致谷。注漿速簽度過快添，注漿闖壓力必吊然上升賓，易造情成尾漏務(wù)漿；注漿障速度粘過慢炭，注惡漿充脅填效問果不島易達(dá)帖到要化求，進引起恐地面半沉降周過大及時二次容補漿，減甲小后期沉呢降模盾構(gòu)施工同后期沉降(盾尾墻后30今-4隱0米范茄圍內(nèi))主要脆來自肥土體毅固結(jié)裙。雖融然沉蜘降發(fā)匆展速至度較包慢，臥但累扇計值辜占到剖總沉群降量丙的30-5雅0％左右傲。及時袍二次補偶漿的方臟法是減現(xiàn)少后期給沉降，猛避免影匪響建（月構(gòu)）筑雙物和管著線安全刊的必須蚊的手段緩且效果館良好。5.5管片街拼裝管片的現(xiàn)呢場驗收—管片揭質(zhì)量暫合格晚、管匆片型濤式正邊確盾尾內(nèi)的韻拼裝—確保不葛發(fā)生錯叢臺，如均發(fā)生，懲調(diào)整重狐新安裝識！錯縫通縫管片強拼裝5.6測量工接作與導(dǎo)探向控制導(dǎo)向液控制—確?？厝ぶ泣c到便盾構(gòu)始齡發(fā)位置敘導(dǎo)線測橫量的準(zhǔn)駐確并定甜期復(fù)核亮；隧道定向—確保定埋向準(zhǔn)確圓并定期登復(fù)核；隧道膀內(nèi)的陪導(dǎo)線司測量—及時償，準(zhǔn)怨確！5.7監(jiān)控量測目前乏與普斤通的紹監(jiān)控禾量測寒沒有媽本質(zhì)濕不同伴，儀捏器數(shù)盈字化藍(lán)和精詳度提蹄高，孫頻率吉沒變深；采用自起動監(jiān)控貌量測系蜂統(tǒng)進行河。6.盾構(gòu)隧瞧道防水防水章原則遵循“以防為拳主，剛株柔相濟蘆，多道閥防線，地因地制抱宜，綜雨合治理”的原則島，以管貍片結(jié)構(gòu)子自防水協(xié)為根本卡，接縫糊防水為供重點，筍確保隧熟道整體械防水。主要志防水園技術(shù)貝措施管片然混凝臉土結(jié)樹構(gòu)自橫防水垂：采樸用高潛性能談防水障混凝憤土，聞并通呢過外放摻劑塌改性盾提高耀混凝廚土的評抗?jié)B變性，偏管片悅抗?jié)B棍等級館≥S10。襯砌接縫寇設(shè)彈性橡飯膠密封墊解。彈性橡朱膠密封墊裝與管片間弟用單組份康氯丁-酚醛膠燒粘劑粘葛結(jié)。嵌縫采獻用聚合擦物水泥同或聚硫搶密封膠都密封。四、悶工程曠重、側(cè)難點翠分析1.區(qū)間所穿岡越地層大各部分為中邪粗砂、礫駱砂、圓礫蜓層且地下癢水豐富，訊盾構(gòu)始發(fā)妹、接收隧兆道防水是樣本工程重慰點。2.區(qū)間斧所穿摟越地帽層為釋砂性