《隧道盾構(gòu)施工技術(shù)》課件

隧道盾構(gòu)施工技術(shù)現(xiàn)代化隧道工程的核心技術(shù)大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要支撐目錄盾構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)定義特點(diǎn)、發(fā)展歷史、應(yīng)用范圍盾構(gòu)機(jī)類型與構(gòu)造主要類型、關(guān)鍵系統(tǒng)、工作原理設(shè)計(jì)與施工隧道設(shè)計(jì)、施工準(zhǔn)備、掘進(jìn)技術(shù)特殊工況與風(fēng)險(xiǎn)控制第一章：盾構(gòu)技術(shù)概述技術(shù)起源源于19世紀(jì)，歷經(jīng)百年發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域地鐵、引水、公路、管廊核心價(jià)值安全高效、環(huán)境友好全球影響盾構(gòu)法的定義與特點(diǎn)密閉式挖掘封閉工作面，保持土體穩(wěn)定圓形斷面力學(xué)性能優(yōu)越，施工效率高同步襯砌掘進(jìn)與襯砌同步完成機(jī)械化程度高自動(dòng)化控制，減少人工干預(yù)盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展歷史11825年布魯內(nèi)爾發(fā)明第一臺(tái)盾構(gòu)220世紀(jì)初機(jī)械化盾構(gòu)開始應(yīng)用31960年代土壓平衡盾構(gòu)機(jī)問(wèn)世41980年代泥水盾構(gòu)技術(shù)成熟521世紀(jì)智能化、大直徑盾構(gòu)發(fā)展盾構(gòu)施工的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用范圍城市地鐵減少地面干擾穿越建筑物下方控制地面沉降河底隧道抵抗水壓防水性能好適應(yīng)軟弱地層公路鐵路山區(qū)穿越長(zhǎng)距離掘進(jìn)高效穩(wěn)定市政管廊小直徑應(yīng)用長(zhǎng)距離鋪設(shè)減少開挖面積第二章：盾構(gòu)機(jī)類型與工作原理土壓平衡型適用于軟土地層，利用土壓平衡掘進(jìn)泥水平衡型適用于松散地層，利用泥漿壓力平衡硬巖型適用于巖石地層，直接機(jī)械破碎復(fù)合型適應(yīng)多變地層，模式可轉(zhuǎn)換土壓平衡盾構(gòu)機(jī)壓力平衡原理土艙壓力平衡地層水土壓力適用地層軟土、粘性土、砂質(zhì)土含水特性適應(yīng)地下水位以下施工結(jié)構(gòu)特點(diǎn)螺旋輸送機(jī)排渣，密閉土倉(cāng)泥水平衡盾構(gòu)機(jī)泥漿循環(huán)系統(tǒng)地面泥漿處理壓力控制系統(tǒng)保持土倉(cāng)壓力平衡泥漿輸送系統(tǒng)泥漿管道輸送渣土高水壓適應(yīng)性適合高地下水壓力復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)2+工作模式可在多種模式間切換30%效率提升復(fù)雜地層中提高施工效率50%成本節(jié)約減少盾構(gòu)機(jī)更換需求90%適應(yīng)性應(yīng)對(duì)變化地層條件第三章：盾構(gòu)機(jī)主要構(gòu)造刀盤系統(tǒng)切削地層，首要接觸面盾體支撐周圍土體，保護(hù)內(nèi)部設(shè)備推進(jìn)系統(tǒng)提供前進(jìn)動(dòng)力，控制方向出渣系統(tǒng)運(yùn)輸挖掘物料，保持掘進(jìn)連續(xù)管片拼裝系統(tǒng)安裝隧道永久襯砌結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)并調(diào)整各系統(tǒng)參數(shù)刀盤系統(tǒng)組成部件刀盤本體刀具開挖口驅(qū)動(dòng)裝置刀具類型滾刀鏟刀刮刀中心刀功能特點(diǎn)切削土體均勻破碎導(dǎo)向控制可更換磨損件推進(jìn)系統(tǒng)主推進(jìn)油缸提供前進(jìn)動(dòng)力，分布在盾體周圍推力控制控制推進(jìn)速度和姿態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分區(qū)控制方向和曲線掘進(jìn)支撐系統(tǒng)反力支撐在已完成的襯砌環(huán)土倉(cāng)與出渣系統(tǒng)土倉(cāng)臨時(shí)存儲(chǔ)挖掘材料，維持壓力平衡螺旋輸送機(jī)EPB盾構(gòu)中控制排土速率泥漿系統(tǒng)泥水盾構(gòu)中輸送泥漿并懸浮渣土皮帶輸送機(jī)后配套輸送系統(tǒng)運(yùn)輸渣土盾體與盾尾密封系統(tǒng)盾體結(jié)構(gòu)圓筒形鋼結(jié)構(gòu)抵抗地層壓力容納內(nèi)部設(shè)備保護(hù)工作人員盾尾密封刷型密封油脂密封多道防護(hù)防止?jié){液回流功能作用隔離地下水防止土體坍塌保持掘進(jìn)穩(wěn)定控制同步注漿第四章：盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)基礎(chǔ)地質(zhì)條件全面勘察，掌握地層特性線路規(guī)劃優(yōu)化隧道走向，考慮轉(zhuǎn)彎半徑斷面設(shè)計(jì)確定內(nèi)外徑，滿足使用需求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管片類型，承載力分析地質(zhì)勘察要點(diǎn)勘探方法鉆探取樣、物探、原位測(cè)試巖土參數(shù)強(qiáng)度、滲透性、含水率分析水文條件地下水位、水壓、流動(dòng)性監(jiān)測(cè)特殊地層斷層、溶洞、孤石等識(shí)別隧道線路設(shè)計(jì)原則大型盾構(gòu)中型盾構(gòu)小型盾構(gòu)盾構(gòu)隧道斷面設(shè)計(jì)內(nèi)空需求交通限界要求設(shè)備管線空間通風(fēng)排煙需求行人疏散通道外徑確定內(nèi)空需求加襯砌厚度考慮施工誤差匹配盾構(gòu)機(jī)規(guī)格管片拼裝需求斷面類型單圓形斷面雙圓并列大小圓組合特殊形狀管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料選擇混凝土、鋼筋混凝土、復(fù)合材料分塊設(shè)計(jì)塊數(shù)、角度、拼裝形式連接方式螺栓連接、榫槽連接、密封設(shè)計(jì)第五章：盾構(gòu)施工準(zhǔn)備方案規(guī)劃制定完整施工方案和應(yīng)急預(yù)案設(shè)備選型根據(jù)地質(zhì)條件選擇合適盾構(gòu)機(jī)工作井準(zhǔn)備建設(shè)始發(fā)井和接收井配套工程準(zhǔn)備后勤支持系統(tǒng)和場(chǎng)地布置施工方案編制施工組織設(shè)計(jì)總體規(guī)劃與資源配置施工工藝流程確定各階段工序與技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)度計(jì)劃編制合理安排時(shí)間與里程碑風(fēng)險(xiǎn)分析與應(yīng)急預(yù)案識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)并制定對(duì)策盾構(gòu)機(jī)選型地層類型推薦盾構(gòu)類型主要考慮因素軟黏土土壓平衡盾構(gòu)穩(wěn)定性控制砂礫層泥水平衡盾構(gòu)防止涌水涌砂巖石層巖石盾構(gòu)破碎效率復(fù)合地層復(fù)合式盾構(gòu)適應(yīng)性要求始發(fā)井與接收井設(shè)計(jì)始發(fā)井設(shè)計(jì)尺寸滿足盾構(gòu)組裝結(jié)構(gòu)滿足反力要求防水性能良好設(shè)置啟動(dòng)架和千斤頂接收井設(shè)計(jì)滿足盾構(gòu)機(jī)接收具備拆解功能防水處理嚴(yán)密接收洞門加固施工方法明挖法地下連續(xù)墻排樁支護(hù)鋼板樁圍護(hù)輔助設(shè)施布置地面控制系統(tǒng)操作控制站數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中心泥漿處理站物料供應(yīng)系統(tǒng)管片存儲(chǔ)區(qū)砂漿制備站材料倉(cāng)庫(kù)運(yùn)輸系統(tǒng)軌道系統(tǒng)運(yùn)輸車輛渣土運(yùn)輸帶支持系統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)供電系統(tǒng)排水系統(tǒng)第六章：盾構(gòu)始發(fā)洞門加固防止土體坍塌和涌水盾構(gòu)組裝各系統(tǒng)安裝與調(diào)試初始掘進(jìn)穿過(guò)加固段，逐漸正常掘進(jìn)工作模式建立設(shè)置正常掘進(jìn)參數(shù)始發(fā)段加固技術(shù)冷凍法適用于富水砂層，形成凍土帷幕注漿法改良地層性能，減少滲透性高壓旋噴樁形成搭接樁體，穩(wěn)定洞門管棚法預(yù)埋鋼管形成保護(hù)傘盾構(gòu)機(jī)組裝與調(diào)試始發(fā)洞門施工洞門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具備水密性密封圈安裝保證盾構(gòu)穿越時(shí)密封效果封門墻拆除盾構(gòu)準(zhǔn)備就緒后拆除臨時(shí)墻反力架安裝提供初始推進(jìn)反力支撐盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)置10-20推進(jìn)油缸數(shù)量分布在盾體周圍均勻受力300-500單缸推力(噸)根據(jù)地層條件設(shè)定安全值3-10推進(jìn)速度(mm/min)初始段低速控制穿越5-8推進(jìn)步距(mm)確保掘進(jìn)精度和姿態(tài)控制第七章：盾構(gòu)掘進(jìn)施工土體開挖刀盤旋轉(zhuǎn)切削地層渣土運(yùn)輸排出開挖材料盾構(gòu)推進(jìn)液壓系統(tǒng)推動(dòng)前進(jìn)管片拼裝安裝隧道永久襯砌同步注漿填充空隙保持穩(wěn)定掘進(jìn)參數(shù)控制參數(shù)名稱控制范圍控制目的刀盤轉(zhuǎn)速1-3rpm適應(yīng)地層，延長(zhǎng)壽命刀盤扭矩30-80%額定值高效挖掘，避免過(guò)載推進(jìn)速度20-80mm/min確保掘進(jìn)效率土倉(cāng)壓力0.1-0.3MPa平衡地層壓力注漿壓力0.2-0.4MPa填充空隙同步注漿技術(shù)注漿目的填充盾尾空隙減少地層沉降均衡土壓分布保護(hù)管片結(jié)構(gòu)注漿材料水泥漿膨脹性砂漿雙液漿速凝材料注漿工藝分段注漿壓力控制實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自動(dòng)補(bǔ)漿盾構(gòu)姿態(tài)控制測(cè)量系統(tǒng)激光導(dǎo)向，陀螺儀，自動(dòng)跟蹤全站儀位置修正分區(qū)調(diào)整推進(jìn)油缸，修正偏差曲線控制特殊鉸接結(jié)構(gòu)適應(yīng)小半徑轉(zhuǎn)彎實(shí)時(shí)監(jiān)控連續(xù)比對(duì)設(shè)計(jì)與實(shí)際軸線偏差渣土處理與運(yùn)輸土體開挖刀盤切削地層進(jìn)入土倉(cāng)土倉(cāng)調(diào)節(jié)控制土倉(cāng)壓力平衡地層輸送排渣螺旋機(jī)或泥漿系統(tǒng)輸送后配套運(yùn)輸軌道車或皮帶運(yùn)輸至地面地面處理泥漿分離或直接外運(yùn)處置第八章：管片拼裝技術(shù)管片設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)計(jì)算與型式選擇預(yù)制生產(chǎn)工廠化精確制造運(yùn)輸存儲(chǔ)防止損傷與污染拼裝安裝精準(zhǔn)定位與連接防水處理接縫密封與質(zhì)量控制管片運(yùn)輸與存儲(chǔ)廠內(nèi)防護(hù)養(yǎng)護(hù)期保護(hù)防水防曬專用支架標(biāo)識(shí)清晰運(yùn)輸要求專用車輛減震保護(hù)固定可靠避免碰撞現(xiàn)場(chǎng)堆放平整場(chǎng)地按環(huán)編號(hào)便于吊裝防止雨淋管片拼裝流程清潔準(zhǔn)備清潔接口面和密封槽安裝密封條檢查密封條無(wú)損并正確就位管片就位按拼裝順序依次安裝螺栓連接按規(guī)定扭矩緊固螺栓校正復(fù)核測(cè)量調(diào)整環(huán)位置和姿態(tài)管片拼裝質(zhì)量控制幾何尺寸確保管片拼裝后形成規(guī)則圓環(huán)接縫控制接縫平整，錯(cuò)臺(tái)量在允許范圍連接質(zhì)量螺栓扭矩達(dá)標(biāo)，連接件完好環(huán)位置與設(shè)計(jì)軸線偏差控制在要求內(nèi)管片防水技術(shù)密封材料EPDM橡膠密封條膨脹型密封條復(fù)合密封系統(tǒng)防水涂料接縫處理錯(cuò)縫設(shè)計(jì)環(huán)縱縫錯(cuò)開密封槽精準(zhǔn)設(shè)計(jì)復(fù)合密封層滲漏處理化學(xué)注漿高壓灌漿封堵材料注入內(nèi)襯防水層第九章：特殊地質(zhì)條件下的盾構(gòu)施工綜合解決方案多種技術(shù)組合應(yīng)對(duì)強(qiáng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警實(shí)時(shí)掌握地層反應(yīng)設(shè)備與參數(shù)調(diào)整針對(duì)性改造與優(yōu)化地層改良加固預(yù)處理地質(zhì)缺陷軟土地層施工技術(shù)穩(wěn)定土壓嚴(yán)格控制土倉(cāng)壓力平衡地層控制速率避免過(guò)快推進(jìn)引起擾動(dòng)強(qiáng)化注漿增大注漿量填充空隙沉降監(jiān)控密切觀測(cè)地表反應(yīng)砂卵石地層施工技術(shù)刀具選型加強(qiáng)型刀具提高耐磨性掘進(jìn)控制降低轉(zhuǎn)速增加扭矩改良劑注入泡沫劑減少磨損提高均勻性刀具維護(hù)定期檢查更換磨損件巖溶地層施工技術(shù)超前探測(cè)物探手段識(shí)別前方溶洞預(yù)處理方案注漿填充或加固軟弱地帶慢速通過(guò)減速掘進(jìn)確保安全穩(wěn)定特殊支護(hù)增設(shè)臨時(shí)支撐或永久加強(qiáng)襯砌斷層破碎帶施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判巖體分類變形預(yù)測(cè)涌水評(píng)估穩(wěn)定性分析施工措施超前支護(hù)注漿加固降速掘進(jìn)強(qiáng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備調(diào)整增加刀具數(shù)量降低刀盤轉(zhuǎn)速調(diào)整土壓控制強(qiáng)化密封系統(tǒng)第十章：盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)與控制地面沉降設(shè)備故障涌水涌砂管片變形盾構(gòu)卡困其他問(wèn)題地表沉降控制沉降成因超挖效應(yīng)地下水?dāng)_動(dòng)盾尾間隙土體擾動(dòng)控制措施土壓精準(zhǔn)控制同步注漿優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)調(diào)整超前地層加固監(jiān)測(cè)系統(tǒng)地表水準(zhǔn)測(cè)量建筑物傾斜監(jiān)測(cè)地層位移監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋盾構(gòu)機(jī)卡困處理原因分析地質(zhì)異常、運(yùn)行參數(shù)不當(dāng)、刀盤堵塞處理措施前進(jìn)后退震動(dòng)、注入潤(rùn)滑劑、調(diào)整參數(shù)輔助手段超前地層改良、特殊添加劑、刀盤清理應(yīng)急救援人工開挖救援、安裝臨時(shí)頂進(jìn)設(shè)備涌水涌砂處理超前探測(cè)物探手段識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域預(yù)防措施提前注漿改良，加強(qiáng)密封應(yīng)急控制調(diào)整土倉(cāng)壓力，加大泥漿比重事后處理灌漿補(bǔ)強(qiáng)，加固薄弱環(huán)節(jié)管片變形控制第十一章：盾構(gòu)接收技術(shù)接收前準(zhǔn)備接收井土體加固1接近段施工特殊參數(shù)控制與安全保障2洞門貫通控制破除洞門與防水處理設(shè)備解體盾構(gòu)機(jī)分解與吊裝運(yùn)出4接收段加固技術(shù)高壓旋噴形成土體加固體系注漿加固提高接收段土體強(qiáng)度冷凍法適用于高水壓地層管棚支護(hù)形成保護(hù)傘預(yù)支護(hù)接收井防水設(shè)計(jì)止水帷幕接收井周邊形成防水屏障洞門密封特殊密封圈設(shè)計(jì)防止漏水應(yīng)急排水備用排水系統(tǒng)保障施工安全接縫處理接收井與隧道接縫防水設(shè)計(jì)盾構(gòu)機(jī)接收流程接收前檢查確認(rèn)接收井狀態(tài)與設(shè)備就位2減速控制靠近盾構(gòu)機(jī)低速精準(zhǔn)導(dǎo)向接近洞門洞門貫通控制刀盤轉(zhuǎn)速慢速破除洞門進(jìn)入接收架導(dǎo)向盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入預(yù)設(shè)位置5解體吊裝分段拆解盾構(gòu)機(jī)各部件第十二章：盾構(gòu)施工監(jiān)測(cè)與信息化施工全過(guò)程監(jiān)測(cè)盾構(gòu)機(jī)參數(shù)地表沉降周邊建筑物地下水位數(shù)據(jù)分析處理實(shí)時(shí)分析預(yù)警系統(tǒng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)參數(shù)優(yōu)化信息化管理BIM技術(shù)遠(yuǎn)程控制智能決策大數(shù)據(jù)應(yīng)用施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置盾構(gòu)機(jī)監(jiān)測(cè)刀盤扭矩、推進(jìn)力、姿態(tài)控制地表監(jiān)測(cè)地表沉降、建筑物傾斜襯砌監(jiān)測(cè)管片變形、接縫開合、滲水情況數(shù)據(jù)采集與分析