馬蹄形盾構隧道設計施工及管片預制

馬蹄形盾構隧道設計、施工及管片預制主講人：申志軍（教高）

蒙西華中鐵路股份有限公司2016年12月內容提綱一、問題的提出二、馬蹄形盾構比選三、盾構管片設計與預制四、隧道施工五、關鍵技術和需研究的問題預留核心土法三臺階開挖法一、問題的提出1.土質山嶺隧道施工方法一、問題的提出1.土質山嶺隧道施工方法-超前加固一、問題的提出1.土質山嶺隧道施工方法-施工機械2、存在的風險安全風險大施工質量差施工進度慢作業(yè)環(huán)境差機械化程度低隧道塌方軟巖大變形拱頂開裂大量施工粉塵洞壁開裂一、問題的提出一、問題的提出3、盾構工法-分類一、問題的提出3、盾構工法-單圓盾構一、問題的提出雙圓盾構三圓盾構3、盾構工法-多圓盾構一、問題的提出3、盾構工法-非圓盾構相比于單圓盾構隧道，異形盾構隧道（多圓盾構隧道和非圓盾構隧道）具有斷面利用率高、工程造價低的優(yōu)點。矩形盾構馬蹄形盾構橢圓形盾構二、馬蹄形盾構方案比選1、依托工程-白城隧道

白城隧道位于陜西省靖邊縣內，隧道全長3345m，為時速120km單洞雙線電氣化重載煤運鐵路隧道，隧道最大埋深為81m。1、依托工程-白城隧道

二、馬蹄形盾構方案比選白城隧道主要穿越地層以粉砂、細砂、砂質新黃土為主，細顆粒含量足夠，天然含水量較低，弱透水。2、工程特點二、馬蹄形盾構方案比選（1）隧道進出口淺埋段較長，淺埋段為松散的粉細沙地層，不能自穩(wěn)，容易發(fā)生流砂及坍塌。（2）隧道穿越的第四系上更新統(tǒng)砂質新黃土具濕陷性，隧道洞身部分地段位濕陷深度以內，需進行基底處理。二、馬蹄形盾構方案比選（3）白城隧道下穿包茂高速、天然氣管及供水管段，沉降控制要求高，盾構穿越施工風險存在。二、馬蹄形盾構方案比選對比指標礦山法盾構法對比結果安全1、隧道進出口淺埋段為松散的粉細沙地層，不能自穩(wěn)，容易發(fā)生流砂及坍塌。2、洞身砂質新黃土，地層松散，掌子面不易穩(wěn)定，易坍塌。3.下穿包茂高速、天然氣管及供水管段地表沉降不易控制，易導致地表開裂，氣管水管開裂等不利影響。且地方交通廳對于穿越包茂高速要求地表設置橋梁跨越。盾構施工具有保壓系統(tǒng)和注漿系統(tǒng)，不會出現(xiàn)無支護狀態(tài)，下穿高速公路、天然氣管及供水管可能造成管線及路面變形，出現(xiàn)管線或路面破裂概率很小。盾構法更安全質量1、隧道施工中可能產生超欠挖，二襯混凝土振搗不密實、拱頂填充不密實等質量通病。2、防水板鋪設不規(guī)范及施工縫處理不到位，易造成隧道滲漏。1、盾構施工采用專業(yè)的裝備和專業(yè)化隊伍，盾構管片采用工廠預制法生產，作業(yè)更規(guī)范、監(jiān)管更容易，但管片拼裝過程可能局部出現(xiàn)錯臺和破損現(xiàn)象。2、管片接縫采用成熟的防水橡膠，根據地鐵隧道對比管片砌塊式襯砌防滲效果明顯優(yōu)于復合襯砌。盾構法質量更高環(huán)保需要進行土方開挖及噴射混凝土作業(yè)，內燃機械洞內作業(yè)，粉塵、廢氣大，施工環(huán)境差。采用電動機械密閉施工，基本無粉塵、廢氣產生。盾構法環(huán)保更好工期能滿足工期要求。能滿足工期要求。均等投資掌子面施工穩(wěn)定時，投資較低。投資較高，采用成本利潤法，總投資較礦山法約高出15%。盾構法投資稍高二、馬蹄形盾構方案比選3、施工工法對比4、盾構選型白城隧道主要穿越地層以粉砂、細砂、砂質新黃土為主，細顆粒含量足夠，天然含水量較低，弱透水。隧道黃土地基承載力為180kPa，盾構機主機重量與盾體投影面積比值（40kPa）小于該數值，能夠保證主機掘進過程中不會下沉。采用土壓平衡盾構機掘進時，易于獲得流塑性良好的渣土，建立土倉的平衡壓力，掘進時能夠有效控制地表沉降。并且黃土地層土壓平衡盾構施工已經有成功經驗，投資要低于泥水平衡盾構。綜上所述，本隧道工程應采用土壓平衡盾構。二、馬蹄形盾構方案比選項目軌面以上有效凈空面積軌面以下有效凈空面積全部凈空面積無砟馬蹄形盾構66.115.181.2圓形盾構6919.388.3二、馬蹄形盾構方案比選采用馬蹄形斷面較圓形斷面內輪廓可減少約7.1m3，減少部位為圓形斷面仰拱底部混凝土仰拱填充，馬蹄形斷面可顯著減少傳統(tǒng)盾構的仰拱底部混凝土圬工方，節(jié)省工程投資，推薦采用馬蹄形盾構斷面形式。4、盾構選型二、馬蹄形盾構方案比選4、盾構選型世界首臺馬蹄形盾構工廠組裝整機圖2016年7月17日，馬蹄形盾構在中鐵裝備國家TBM產業(yè)化基地成功下線。二、馬蹄形盾構方案比選盾構外啄輪廓高109征50m界m、寬11息90展0m語m；最大搖推進饅速度60m晶m/m盛in；最大推繳力139某48t；采用痰液壓協(xié)驅動按；開挖授面設拳置刀舒盤9個；單個穩(wěn)刀盤狗最大蟻驅動王扭矩30撲44陳kn/m；裝機總遞功率372票6kw。二、馬花蹄形盾虜構方案雷比選5、馬山蹄形住盾構并基本相設計診參數①整機熟長度118吧m，整純機重鞋量16綁00淺t。②采用鋸雙螺旋弟輸送機擱出土，傅連續(xù)皮抖帶機運橡渣，仰千拱棧橋著同步進靜行仰供抱填充。③馬蹄掛形盾構役體現(xiàn)的制不僅僅港是斷面波、外觀素上的變港化，更子反映工粗法、技米術上的厭革新，文它能夠薯最大程是度增加綿空間利朗用率。開啟公了黃滋土隧址道開斧挖新家模式傘。二、馬全蹄形盾牢構方案稍比選6、馬興蹄形唇盾構廟設計燒概況世界首名臺馬蹄營形盾構專現(xiàn)場組育裝圖二、暫馬蹄挽形盾韻構方仿案比搭選世界怕首臺搶馬蹄芽形盾鞠構現(xiàn)楚場組啞裝圖二、赤馬蹄季形盾柜構方吵案比雷選世界憂首臺山馬蹄候形盾鴉構組要裝完律成內復部圖二、馬鈔蹄形盾野構方案舞比選三、隧盟道盾構淋管片設僑計與預貝制1.管片設瓣計情況白城隧內道斷面夾為3種半徑4個圓形寺，管片陶設計為敲馬蹄形叼斷面，剖設計寬乒度16捆00芽mm，厚此度500林mm，整牙環(huán)管妻片分露為7片+1片=8片，成哲環(huán)尺寸祖高度105命90m太m、寬度11堆54唇0m照m，管薯片設弦置奇朋偶環(huán)律，無遵楔形死量，荒采取材錯縫鏡拼裝拌，單病片管饞片最嗚重10脾t，管片瘋混凝土貧等級C50，抗?jié)B少等級P1分0。1.管片設識計情況管片連枕接采用袍螺栓連哄接，環(huán)告向44顆RD3懼0螺栓，燦縱向16顆RD丸36螺栓繁，機竟械性川能等偏級8.8級。根據隧象道埋深喘管片分藥為淺埋雖、中埋小、深埋頭管片。管片疊生產引共使查用模詢具4套，8環(huán)/天產舍量。勾管片邊采取歐固定推生產百方式疏，養(yǎng)南護模聾式采陪取蒸晴汽養(yǎng)填護及欺水池協(xié)養(yǎng)護紡。白舍城隧余道共晶計需體要190綁2環(huán)。三、啄隧道雹盾構濟管片能設計躬與預號制1.管片設災計情況斷面位置最大彎矩（kN·m）最大彎矩處軸力（kN）配筋（每環(huán)）裂縫（mm）超淺埋管片內側594.01998.48Φ22+4Φ20+2Φ180.16管片外側673.52617.614Φ200.185淺埋管片內側647.22816.08Φ22+6Φ200.13管片外側842.53504.08Φ25+6Φ220.182中埋管片內側922.94094.48Φ28+4Φ25+2Φ220.164管片外側1133.05092.814Φ280.189深埋管片內側622.82628.88Φ22+2Φ20+4Φ180.147管片外側803.33289.66Φ25+8Φ220.190三、隧仇道盾構運管片設虹計與預沃制2.管片預腐制5月8日開始擴預制，蟻受天氣稻及場地若條件限兆制管片由預制于11月13日停警止本搬年生莊產，倆截至牢目前璃已經咽生產嶄管片96瘡6環(huán)，泰管片似剩余93壟6環(huán)?，F(xiàn)場些貯備愚量滿畏足明墊年管損片預協(xié)制復慈工前鏈掘進也使用吃量。三、隧徐道盾構疊管片設赤計與預隱制管片鋼禿筋籠制占作三、隧霧道盾構判管片設繭計與預葉制管片混慣凝土澆悅筑三、隧巷道盾構繳管片設耐計與預占制管片桐水池滾養(yǎng)護三、隧長道盾構縫管片設才計與預匹制四、隧挺道施工1.盾構掘襲進白城隧鋒道馬蹄捕形盾構壞于20負16年7月17日在國家TBM產業(yè)險化中老心下管線，201導6年10月20日首環(huán)年負環(huán)拼扎裝，20惱16年11月11日舉行柔始發(fā)肢儀式森，目怖前已疲經掘朱進51環(huán)，合陶計81.絕6m。本項朱目前10俊0環(huán)定為矩始發(fā)段卸，始發(fā)擋段主要飲是設備塑、人員兄磨合、鉛掘進參欄數及工約序組織遙優(yōu)化階貸段，目豎前已經墓初步掌狂握地層話特點及棄適合地顆層的掘隱進參數致，單日蹲最高進依度4環(huán)（6.畫4m），后詞期進度煙基本能汽保證日睬均6環(huán)（9.艦6m）。馬蹄范形盾駕構首飼環(huán)成街功拼許裝四、耳隧道賊施工掘進兄參數管控制四、根隧道懼施工馬蹄形武盾構掘撓進出土建情況四、隧恨道施工隧道內蘿碴土運具輸連續(xù)普皮帶機四、隧斜道施工洞外并碴土飲運輸損系統(tǒng)轉載癢皮帶續(xù)機棄土傅場連續(xù)皮晴帶機四、溉隧道辯施工管片拼唇裝完成減后成型圖隧道四、浪隧道辛施工2.進度氧計劃（1）20厚16年11月1日～30日，鋒月掘進64米；（2）20旗16年12月～20昏17年1月，有月掘發(fā)進24戒0米；（3）20翅17年2月～201結7年9月，炭月掘忠進300米；（4）20書17年10月，月泥掘進16板0米；（5）20蒸17年11月，葬接收瓦準備視、隧吃道貫憤通。在盾童構掘科進期猴間可雷進行貌仰拱圾可填遙充、捏電纜向溝槽榴施工糾、部叨分附女屬工饅程施伏工，兩沉降廚觀測案期內帳施工云完成放出口希明洞蔥。四、統(tǒng)隧道銀施工五、色關芳鍵技占術與恩研究吸的問似題1、關鍵技順術①大斷面垃馬蹄形蕩盾構多錯刀盤聯(lián)嬸合分步筑開挖技看術②多馬達僚平衡負謙載協(xié)同箏驅動技樸術③大斷面瞧馬蹄形夾盾構管劉片拼裝孔技術④黃土地右層大斷腿面馬蹄尸形盾構錯復合式狐渣土改釣良技術⑥大斷鵲面馬杏蹄形姐盾構糕管片演分塊休與接鋪頭設估計技正術⑦大斷面幫馬蹄形堪盾構防盆滾糾偏佩技術⑧大斷面獵馬蹄形吩盾構機昨在線監(jiān)娃測與施冠工控制青技術2、進一撕步研究股的問題1.