盾构法开挖隧道工程.ppt

第十章盾构法隧道工程 本章主要内容：盾构法基本原理盾构的组成各阶段施工控制要点 第一节盾构法基本原理一、基本概念1.盾构法是在软土地层中修建隧道的一种施工方法。它是以盾构设备在地下掘进，边稳定开挖面边在盾构内安全地进行开挖作业和衬砌作业，从而构筑隧道的施工方法.2.它适用于各类软土地层和软岩地层的隧道施工，尤其适用于城市地下铁道和水底隧道的施工。3.盾构法施工的三大要素组成：稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌。4.盾构法施工的要求程序为：盾构竖井的修建→盾构设备的拼装及附属设施的准备→盾构的开挖与推进→隧道衬砌的拼装→衬砌壁后压浆。 二、盾构机的组成一台盾构机的外壳沿纵向从前到后可分为前、中、后三段，通常又把这三段分别称为切口、支承、盾尾三部分，如图5.1.1所示。 二、盾构机的组成11．切口该部位装有掘削机械和挡土设备，故又称掘削挡土部。2.支承支承部即盾构的中央部位，是盾构的主体构造部。因为要支承盾构的全部荷载，所以该部位的前方和后方均设有环状梁和支柱，由梁和柱支承其全部荷载。该部位装有推动盾构机体前进的盾构千斤顶或装有刀盘驱动装置、排土装置、盾构千斤顶、中折机构、举重臂支承机构等等诸多设备（封闭式盾构）。 二、盾构机的组成23．盾尾盾尾部即盾构的后部。盾尾部为管片拼装空间，该空间内装有拼装管片的举重臂。为了防止周围地层的土砂、地下水及背后注入的填充浆液窜入该部位，特设置尾封装置。 泥水平衡式盾构在机械切削式盾构的前部刀盘后侧，设置隔板，它与刀盘之间形成泥水压力室，将加压的泥水送入泥水室，当泥水压力室充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来谋求开挖面的稳定。盾构推进时有旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水，用流体输送方式送到地面，这就是泥水加压平衡式盾构法的主要特征。 盾构的掘进是通过液压油缸顶推，同时前面刀盘边旋转边切削土体，使盾构向前移动，同时，通过出碴系统（螺旋输送机或泥水输送系统）将刀盘切削下来的碴土排出，当盾构前进到一定距离后，停止推进，将油缸缩回，安装一环衬砌管片，然后再继续推进下一循环。 泥水输送系统泥水输送系统具有两个基本功能，一是稳定掌子面，二是通过排泥泵将开挖碴料从泥水仓通过排泥管输送到分离站。掌子面的稳定性靠膨润土泥浆对掌子面的压力以及靠膨润土泥浆的流变特性来确保。泥水循环系统由送排泥泵、送排泥管、延伸管线、辅助设备等组成。送泥泵将调制好的泥水通过送泥管输送到泥水仓；而排泥泵则将携带碴土的泥水排出，通过排泥管输送到地面的泥水处理设备进行分离。 出碴系统总体布置示意图出碴系统总体布置示意图 泥水平衡式盾构特点a.在易发生流沙的地层中能稳定开挖面，可在正常大气压下施工作业；b.泥水传递速度快而且均匀，开挖面平衡土压力的控制精度高，对开挖面周边土体的干扰少，地面沉降量控制精度高；c.盾构出土，减少了运输车辆，进度快；刀盘、刀具磨损小，适合长距离施工；d.刀盘所受扭矩小，更适合大直径隧道施工；e.适用于软弱的淤泥质粘土层、松散的砂土层、沙砾层、卵石层和硬土的互层等地层。特别适用于地层含水量大、上方有水体的越江隧道和海底隧道。随着施工技术的不断进步，泥水平衡式盾构适用的范围不断扩大，目前该工法被认为几乎适用于所有地层。 盾构施工关键技术盾构到达盾构始发 管片壁后注浆同步注浆示意图在盾构掘进过程中采取以下注浆方式：①通过盾尾注浆管在掘进的同时进行同步注浆；②必要时，在管片脱出盾尾后，通过管片上预留的注浆孔进行补充的二次注浆。 三、盾构法施工主要程序1：（一）盾构法施工主要施工步骤为：1．在盾构法隧道的起始端和终结端各建一个工作井，城市地铁一般利用车站的端头作为始发或到达的工作井；2．盾构在始发工作井内安装就位；3．依靠盾构千斤顶推力(作用在工作井后壁或新拼装好的衬砌上)将盾构从始发工作井的墙壁开孔处推出；4．盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土(泥)和安装衬砌管片；5．及时向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置；6．盾构进入到达工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。 第二节盾构施工控制要点一、施工控制要点（1）检查盾构基座的安全性和牢固性，防止盾构基座发生变形，致使盾构掘进轴线偏离设计轴线。（2）检查盾构后背支撑体系的稳定性，防止盾构后背支撑体系在受盾构推进顶力的作用后发生局部变形或位移。（3）洞门凿除施工控制。当土体加固方案不当或加固效果欠佳、地下水丰富、洞门凿除工艺不佳等情况时，洞门凿除后易产生涌土，会影响地面变形、周边建筑物及管线安全，因此，事先应采取必要的防护措施。 一、施工控制要点（4）检查洞圈防水橡胶板和铰链板的安装是否得当有效。（5）控制负环的拼装质量。自负环起严格控制环面平整度，应逐环检查，控制相邻管片块的踏步，以免邻接块接缝处管片碎裂。（6）对于开口环出洞，则应检查支撑的牢固性和安全性。对于整环出洞，则应做好负环管片的支撑工作。（7）加强对盾构出洞段轴线的控制。盾懂出洞推进极易产生翘头或低头现象，造成隧道轴线偏离设计轴线。（8）进洞施工时应防止盾构姿态产生突变。加强对进洞基座安放、进洞段管片的连接、注浆等施工的管理。（9）盾构进洞后，应及时封堵管片与车站洞门结构的间隙，防止水土流失。 二、盾构出洞条件1盾构由于出洞条件不具备，容易造成渗涌水等问题，因此要严格盾构出洞条件验收，内容如下：（1）施工现场已完成设计、勘察交底。（2）工作井已通过结构验收。（3）盾构推进、测量、监测施工组织方案已审批并组织了各方讨论，监理细则已编制审批。（4）洞门维护结构破除方案审批完成，密封措施完成。（5）设计要求的出洞区地基加固完成。（6）各项加固指标经检测达到设计要求。（7）洞门经探孔未发现异常情况。 二、盾构出洞条件2（8）反力架经验算，强度和刚度满足施工工况。（9）已调查盾构推进沿线的保护构筑物、管线等现有状况，并已制订切实可行的保护措施。（10）周围环境检测控制点已按监测方案布置完成，且已测取初始值；井下控制点已布设且固定。（11）远程监控管理系统已建立并正常运行，前期工程信息已按要求上传。（12）对本工程潜在的风险源进行分析，编制完成有针对性、可操作性的应急预案，组织落实抢险设备、材料、人员、方案情况。（13）盾构机各系统验收情况。（《盾构法隧道工程施工与验工规范》GB50446——2008要求：盾构机13个系统验收合格并正常运转方可掘进，现场验收记录盾构运转状况，并进行评估，满足技术要求。） 三、盾构出洞主要质量问题1（1）常见问题盾构出洞常见质量问题是出现渗涌水，盾构姿态、管片轴线偏差较大，拼装质量差等。（2）预防措施1）进出洞地基加固①必须严格审查地质勘察报告和设计地质说明。②测量放线，确定加固的平面范围和布点位置。③对加固工艺的主要技术参数进行控制，并做好施工记录。④地基加固达到龄期后，进行取芯，委托具备相应资质的监测单位做相应的检测试验。 三、盾构出洞主要质量问题22）加强盾构进出洞准备及测量①审查地质工程勘察报告、设计地质说明等相关资料，在施工方案中，对流砂等不良地质情况应有相应的预防措施。②了解端头井附近的地下管线状况，绘制管线图，以便为场地布置、地基加固、盾构吊装、监测布点等工作提供条件。③必须建立严格的平面控制测量网，进行地面和井下联测。建立井下导线，用以盾构进洞后进行指引盾构掘进。④必须建立严格的高程测量网，将地面水准点传递至井下水准点上，作为井下高程起算点，并应选择主要导线点作为永久水准点。⑤制作盾构上的测量标志点。测量标志点要做好原始记录和校核记录，以免盾构标志数据中存在系统误差。⑥一公里左右的隧道需进行三次联接测量，盾构进洞前应及时做好地面中心的复测工作，并根据洞门中心调整盾构推进轴线。 第三节盾构管片盾构管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最外层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。盾构管片质量直接关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水性能及耐久性能。一、盾构管片质量问题（1）盾构管片的钢模精度不足。（2）盾构管片的混凝土强度和抗渗性能不能满足设计要求。（3）管片存在气泡、局部破损、裂缝等现象。二、盾构管片质量控制（1）严格检查制作盾构管片的钢模精度，保证管片质量。（2）盾构管片的混凝土强度和抗渗性能必须满足设计要求，应严格控制混凝土的坍落度。 二、盾构管片质量控制（3）盾构管片的混凝土浇筑、脱模、养护应严格按施工方案进行。盾构管片的制作精度、预埋件、预留孔（洞）位置必须满足设计和规范要求。（4）盾构管片的渗漏和水平拼装检测必须符合规范要求。（5）严格控制管片的进场检验，对存在气泡、局部破损、裂缝等现象的管片要根据《盾构混凝土管片质量缺陷判定管理方法》相应条款规定进行判定、修补，并将不合格的管片，清除出场。 第四节盾构隧道主体1一、盾构推进轴线控制（1）盾构推进轴线控制质量问题1）盾构出土量不均匀、盾构纠偏过大，导致轴线产生过量的偏移；2）盾构施工的测量误差较大；3）盾构在软弱的土层中长时间停滞导致盾构下沉；4）管片拼装不及时。 一、盾构推进轴线控制（2）盾构推进轴线控制预防措施1）严格控制盾构出土量、盾构纠偏，防止因此导致轴线产生过量的偏移；2）控制盾构施工的测量，防止较大误差；3)防止盾构在软弱的土层中长时间停滞导致盾构下沉；4）管片拼装应与盾构推进相互配合，避免对盾构推进轴线的影响。5）加强管片拼装时的控制，结合盾尾位置和成环隧道轴线的情况进行拼装调整。6）管片成环后，严格检测隧道轴线，如偏差较大，必须进行局部注浆加以控制和纠偏。7）严格控制盾构施工中轴线偏差在±50mm以内，成型隧道轴线如超出规范要求，必须及时与设计结合，确定处理方案。 第四节盾构隧道主体2二、管片拼装（1）管片拼装质量问题1）第一块管片定位误差较大。2）拼装管片成环破损、渗漏较多。3）管片拼装椭圆度不符合要求。（2）管片拼装预防措施1）在拼装时应清除盾尾拼装部位的垃圾和杂物，同时严格控制管片定位，特别是第一块管片的定位，因它会影响整环管片成环后的质量及与盾构的相对位置。2）严格控制拼装质量，减少管片成环的破损，避免因此产生渗漏。3）控制管片与设计轴线的垂直度，控制管片的超前量。 （2）管片拼装预防措施4）控制管片环、纵缝的质量，严禁发生拼装前后喇叭、内外张角、环高差、拼装缝过宽、两块管片相对旋转等质量问题。5）检查整环测量的成果报告以及管片与盾壳间的间隙，及时调整管片拼装的姿态，控制管片与盾尾之间的周边间隙。6）每块管片拼装后及时调整圆环椭圆度至符合要求，测量管片圆环成果报表，再调整好千斤顶的顶力，确保隧道的圆度。 第四节盾构隧道主体3三、隧道防水（1）隧道防水质量问题隧道防水主要问题是防水效果差，达不到二级防水要求。（2）隧道防水预防措施1）管片拼装孔渗漏控制。检查拼装孔的闷头，对注浆后的拼装孔需封堵。2）管片环、纵缝渗漏控制。预先控制管片止水条的安装、加强对管片拼装的控制、避免管片破损、控制盾构推进轴线和隧道轴线一致、控制隧道同步注浆和二次注浆工作。 第四节盾构隧道主体4四、盾构推进的地面监测（1）盾构推进的地面监测质量问题1）监测方案未审查，监测点位布置不合理。2）土压平衡盾构的正面平衡压力未合理设定。3）同步注浆和二次注浆参数不合理，地表沉降。4）穿越建筑物时，推进速度不合理，对土层的扰动。 （2）盾构推进的地面监测预防措施1）严格审查监测方案，监测点位布置准确合理，监测频率适应盾构施工的要求，监测报告及时提交。2)土压平衡盾构的正面平衡压力需合理设定，并根据实际情况进行调整。3）严格控制同步注浆和二次注浆的浆液稠度、注浆量、配比和其他参数。4）严格控制盾构推进速度。在穿越建筑物的时候，以合理的推进速度，在最大程度上减小对土层的扰动，均衡施工。