盾构施工主要技术环节与流程

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,目录,1.,前言,2.,盾构施工主要技术环节与流程,3.,施工准备环节主要内容,4.,盾构施工环节主要技术,5.,结语,1,1.前言,盾构的工作原理就是在盾壳的保护下，通过刀盘切削土体，利用千斤顶等推进系统驱使设备向前方土壤掘进的一种工法。盾壳对未衬砌（拼装管片）的隧道段起着临时支护的作用，承受周围的土压、水压以及屏蔽地下水。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。,2,1.前言,按照盾构掘进过程中开挖面稳定的原理分类，盾构施工主要分为土压平衡式盾构与泥水加压平衡盾构。,3,1.前言,与土压平衡盾构相比较，泥水盾构在以下三个方面具有明显优势：一是适用范围更广，特别是对于地下水发育、穿越地质条件复杂的隧道；二是压力控制精准度更高；更利于沉降控制及沿线建构筑物安全保护；三是更利于环境保护。因此目前国内大直径隧道，尤其是穿越江海湖泊、地处城市核心区的大直径盾构隧道都以泥水复合式平衡盾构做为首选。而铁路隧道由于断面大、覆土深、地质条件复杂，目前采用盾构法修建的隧道均选用的是泥水盾构，如广深港什字洋隧道、湘株谭客运专线、北京地下直径线、天津地下直径线以及即将开工的京沈、京张和天津机场线等项目。,4,2.盾构施工主要技术环节及流程,工作井施工,盾构下井,盾构安装调试,负环掘进,出洞段掘进,正常掘进,洞门破除,洞门密封圈安装,接收基座安装,洞门破除,隧道端头加固,隧道洞口加固,泥水系统安装,进洞段掘进,盾构拆除吊出,施工调查,施工场地,盾构、泥水设备选型与配置,盾构制造,5,6,3.施工准备环节主要内容与控制,盾构施工准备环节主要的工作内容有：,（,1,）详细的工前调查。包括施工场地、沿线建构筑物、工程地质与水文地质。,（,2,）施工场地规划与布置、施工用水、用电、污水排放等临时设施规划与布置。,（,3,）盾构机及泥水处理设备、泥水输排送等主要设备的选型与配置。,（,4,）管片生产车间（工厂）准备。,（,5,）工程进度、安全、质量等各种管理计划制定，工程技术方案的编制与完善等相关内容。,控制重点是施工场地规划布置及设备选型与配置。,7,3.施工准备环节主要内容与控制,3.1.,盾构机及泥水处理设备的选型与配置,盾构法作为地下工程修建的一种施工方法，其成败关健系之于设备本身。工程能否顺利实施实际就是“能否掘得动、排得走、稳得住”。核心就是进、出两个途径是否畅通，进即为盾构刀盘刀具与地层是否适应，刀盘的使用寿命、切削效果、出土状况、掘进速度和施工效率是否满足施工计划需求，出即为泥水处理效率与效果是否与掘进速度相匹配、排污是否满足城市环保控制标准。,8,9,3.1.盾构机及泥水处理设备的选型与配置,10,刀具,11,刀盘,12,刀盘刀具的选择与应用,刀盘形式,比较项目,面板式,幅条式,砂、土适应性,（粒径,15 cm,）,由于开挖面土体受面板开口影响，渣土进入渣舱不顺畅，易粘结，易堵塞。,仅有几根幅条，同时幅条后均设有搅拌叶片，土、砂流动顺畅，不易堵塞。,砂卵石适应性,（粒径,15cm,）,适应性强，必要时可加滚刀。,不能加滚刀，刀头形式及数量较少。,刀盘扭矩,刀盘扭矩阻力大，需增加设备能力，造价高。适用于硬土与岩石地层,刀盘扭矩阻力小，设备造价低，适用于淤泥质地层与砂层。,隧道内刀头更换,安全性,由于有面板，在隧道内更换刀头时安全可靠性相对好。,在隧道内更换刀头时安全性差，加固土体费用高。,刀盘特性比较,13,换刀功能的配置,14,冲刷功能的配置,15,泥水处理设备,泥水处理设备的配置取决于盾构掘进地层的颗粒组成、掘进进度、场地、排放等众多因素影响。一般的泥水处理分为三级，即筛分、旋流（除砂除泥）、沉淀三级处理模式。但在细颗粒含量较多的情况下，泥水处理应考虑增加至四级甚至五级，以满足进度及排放要求。,16,3.2施工场地规划与布置,盾构施工场地需求主要包括：,（,1,）泥水工厂及渣土堆放场地。包括泥浆制备、调整、沉淀、处理及渣土堆放。关健在于泥水处理场地需求较大，因为计划进度要求越高、泥水循环处理设备配置越多，一般要求泥浆的沉淀、调整部分场地不小于,3000m2,。,（,2,）管片堆放场地：一般现场堆放管片数量应不少于,2,天掘进数量。,（,3,）其它场地包括：加工场地、同步注浆拌和站、电力变电所、材料堆放场地等。对于直径大于,10,米的盾构，要求整体始发时，施工场地应仅量不小于,7000m2,。,17,18,19,20,4.,盾构施工环节主要技术,4.1,盾构始发出洞技术,21,4.盾构施工环节主要技术,安装始发基座,端头土体加固,盾构组装调试,加固效果检验,安装反力架,凿除洞门,安装洞门密封,拼装负环管片,始发掘进，盾尾通过洞门压板加固，壁后注浆,22,第,23,页 共,62,页,4.1.2,始发或到达端头加固,主要方法：深层搅拌、旋喷桩、,SMW,、注浆、降水、冻结。,23,第,24,页 共,62,页,基座安装,始发基座进场,基座吊装下井,始发基座安装,始发轨道安装,轨道调整,始发基础加固,4.,盾构施工环节主要技术,24,第,25,页 共,62,页,G2,拖车进场组装,G2,拖车下井,G2,拖车井下组装,G1,拖车地面组装,G1,拖车下井,G1,拖车井下组装,盾构组装,4.,盾构施工环节主要技术,25,第,26,页 共,62,页,G0,拖车地面组装,G0,拖车下井,G0,拖车井下组装,真空吸盘井下组装,前盾吊装下井,前盾组装,4.,盾构施工环节主要技术,26,第,27,页 共,62,页,中盾下部吊装下井,主驱动吊装下井,主驱动井下组装,米字梁安装,人仓吊装下井,尾盾井下安装,4.,盾构施工环节主要技术,27,第,28,页 共,62,页,设备梁试安装,设备梁地面组装,设备梁井下安装,走行平台组装,设备梁吊装下井,走行平台组装,4.,盾构施工环节主要技术,28,第,29,页 共,62,页,盾尾上部下井组装,刀盘吊装下井,刀盘下井组装,刀盘焊接,刀盘耐磨焊焊接,盾构组装成型,4.,盾构施工环节主要技术,29,第,30,页 共,62,页,管片拼装机调试,负环管片安装,盾构试掘进,泥水系统控制,掘进参数控制,盾构姿态控制,盾构调试,4.,盾构施工环节主要技术,30,洞门破除顺序图,刀盘与洞门破除后砼位置关系,洞门破除效果图,洞门凿除,4.,盾构施工环节主要技术,31,第,32,页 共,62,页,洞门密封,洞门密封安装流程,洞门密封进场,洞门密封安装,4#,井盾构始发洞门临时密封采用双道密封装置，其中每道密封由帘布橡胶、扇形压板、止水箱、注浆管和螺栓等组成，两道密封间隔,400mm,。,4.,盾构施工环节主要技术,32,第,33,页 共,62,页,反力架安装,发力座横梁,横梁安装,横撑架设,反力架整体结构,4.,盾构施工环节主要技术,33,4.盾构施工环节主要技术,盾构隧道始发技术是盾构法施工技术的关键，也是盾构施工成败的一个重要标志。,要认识到端头加固的重要性，特别是大直径盾构,出问题就是大问题。控制重点在于：,加固范围、始发基座、负环拼装、洞门密封及泥水压力设定。,而影响始发费用高低的控制关健在于：,始发场地的大小、始发的方式如是分体始发还是整体始发。,34,刀盘驱动,背填注浆,建立泥浆循环,启动推进油缸,管,片,安,装,缩回顶进油缸,刀 盘 掘 进,泥浆分离处理,排浆泵排浆,管片生产运输,进浆泵,导向系统,方向调整,4.2.,盾构掘进,4.盾构施工环节主要技术,4.2.1,工艺流程,35,4.2.2,盾构掘进参数,盾构掘进过程的主要控制参数包括：（,1,）泥水压力：根据静压力并结合沉降控制要求设置。盾构机推进、逆洗和旁路三种状态切换时的切口泥水压力偏差值均控制在,0.05bar,。（,2,）推力、扭矩：根据盾构掘进地层条件、泥浆比重与粘度、刀盘贯入度确定。（,3,）掘进速度。（,4,）泥浆指标。包括送浆指标与排浆指标。包括比重、粘度、析水量等。（,5,）盾构掘进姿态。主要包括纠偏量的控制。,不同的掘进参数对于盾构掘进过程的材料消耗影响差异性非常大。,盾构掘进过程的主要消耗材料包括前端、后端的密封油脂，刀具、泥浆等。,4.,盾构施工环节主要技术,36,37,38,39,图,9.3.17,泥水输送基本程序图,4.3泥浆的输送与排放,泥水环流系统包括泥水输送与泥水排放，刀盘切削下来的土砂和泥水舱中的泥水合成的泥浆，通过排泥泵与排泥管道送往地面的泥水处理分系统进行分离，分离并经过调整后的泥浆通过输送系统再送回盾构泥水舱。,泥水输送分系统主要由送排泥泵、阀、送排泥管道及配套部件等组成，通过泥水监控分系统进行自动化操作。设备投入的多少主要受掘进距离、地层的影响确定。,40,41,4.4,泥浆分离,混和开挖碴土后的泥浆通过泥浆排放系统输送至泥水处理工厂后，通过泥水分离系统实现碴浆分离，碴土直接弃运，处理后的泥浆调整合格后再输送到盾构泥水舱。,泥水处理系统根据地层颗粒级配进行设备配置。一般的砂卵石地层以及排放标准要求不高的项目，泥水处理系统由筛分,-,旋流（除砂除泥）,-,沉淀三级处理组成即可满足施工需求。,但对于细颗粒含量（,74m,）含量较多、排放标准要求高的项目，泥水处理容量需进行扩容、升级以满足进度需求。,42,43,五级泥水处理技术,泥水处理,44,泥浆,泥浆,一级筛分,二级筛分,旋流,清水,压滤,沉淀,离心,清水,泥水处理,45,第,46,页 共,62,页,4.5,盾构壁后注浆,同步注浆流程图,作用：,（,1,）控制隧道周边地层松动，防止较大地层位移及坍塌；（,2,）稳定已拼装成型的管片，使作用于管片上的油缸推力顺利传至地层中；（,3,）作为隧道防水系统的第一道屏，防止地下水渗流到隧道内部；（,4),作为隧道衬砌结构的加强层,使其具有耐久性和一定的强度。,4.5.1,同步注浆,后部油脂注入孔,前部油脂注入孔,注浆孔,管片,浆液体,盾尾密封钢丝刷,4,盾尾,盾尾密封钢丝刷,3,盾尾密封钢丝刷,2,盾尾密封钢丝刷,1,46,作用：,二次注浆、二次深孔注浆主要是考虑到同步注浆在凝结后体积收缩，为避免地层损失及控制周边建筑物风险而进行的回填、加固注浆。注浆二次注浆根据不同的作用可分为堵漏注浆、加固注浆、分段注浆三种。施工主要是：在预制管片上预留二次注浆孔，在管片脱出盾尾一定距离后，进行注浆施工。,4.5.2 二次注浆,47,隧道内的二次补强注浆,48,第,49,页 共,62,页,管片拼装程序如下：掘进掘进完测量盾尾间隙启动,PPS,系统管片拼装程序输入盾尾间隙按管片计算记录下,K,块拼装点位保持管片拼装界面进行管片拼装拼装完再次测量盾尾间隙输入盾尾间隙按保存启动,PPS,测量程序开始掘进。,4.6,管片拼装,盾构姿态控制, 盾尾间隙输入 管片选型 管片拼装,49,第,50,页 共,62,页,进场管片检查 管片运输 洞内管片卸载,盾构掘进 拼装机检验 管片拼装,4.6,管片拼装,50,4.7,盾构换刀技术,盾构掘进过程刀具磨损后必须及时更换，通过实施主动换刀能确保盾构掘进参数的稳定，保证施工的安全。换刀方式有常压换刀及带压换刀两种方式。,常压换刀即通过一定加固措施能够实现地层能够自稳的条件下，开仓常压更换磨损刀具。,带压换刀指地层不能实现自稳、也无法通过其它辅助措施实现常压开仓时，通过带压进仓更换磨损刀具的方式。,51,第,52,页 共,62,页,进仓加压,补气量观测,边刮刀检查,带压进仓准备,泥水系统控制,人员进仓,52,第,53,页 共,62,页,进仓加压,吸氧减压,减压出仓,泥膜检查,滚刀检查,更换刀具,53,4.8风险控制,主要通过沉降数据分析，掌握大直径泥水盾构在不同埋深、地层情况下的沉降规律及主要影响因素，根据盾构掘进各阶段的沉降占比确定工艺控制措施。如根据直径线施工地表沉降统计，先行沉降、开挖面前沉降、通过沉降、盾尾空隙沉降五个阶段占总沉降值的比总分别为：,8%,、,20%,、,35%,、,21%,、,17%,。沉降量和沉降速率较大阶段发生在第,2,、,3,、,4,阶段，即盾构施工控制沉降的第,2,、,3,、,4,阶段最为关键，第,2,阶段变形控制要素是泥水压力，第三阶段变形控制因素为掘进速度，第,4,阶段变形控制要素是盾尾间隙注浆的及时性和充填率。,54,4.8风险控制,根据沉降规律统计，充分利用气垫式泥水盾构设备的先进性，实现对盾构掘进过程泥水压力与流量、推力、刀盘扭矩、刀盘转速及转向、刀盘贯入度、盾构姿态与纠偏、同步注浆压力及注浆量、泥水性能指标等参数的精确化控制，以达到沉降变形的主动控制。,如施工中通过详细的地质调查、管片应力应变监测实现掘进过程泥水压力设置的精准性。通过主动换刀控制掘进参数的可靠性及波动值。结合地层变化及时调整泥水性能指标、刀具配置。依据地层、泥水压力及出土量控制同步注浆的填充量。,进仓探明实际地质情况,良好泥浆形成泥膜的支护效果,55,5.结语,（,1,）盾构的生产效率与隧道埋深、地质条件及环境控制存在明显的相关性，尤其是与隧道穿越的地质条件关联性最为显著。不同的地层条件对于刀具的磨损与消耗、泥水处理对掘进效率的影响差异性非常大。要合理控制投资，确保工程进展顺利，关健还在于提高对地层的认识，选择适合的盾构，掘进过程中主动换刀，泥水处理应满足最不理的条件配置。,（,2,）大直径泥水盾构施工，针对性的工艺措施采取后对于沉降的控制也能取得很好的效果，要合理考虑工艺措施的投入对成本的影响以及对于沉降控制的积极意义。如盾构掘进过程的泥浆指标控制、泥水压力设置、刀盘转速等掘进参数控制等。,（,3,）环境控制标准的差异、盾构穿越地层条件的不同对盾构掘进材料消耗影响最大。泥浆补浆量、壁后注浆量、盾构前后两端的密封油脂消耗与地层渗透系数相关性大，因此概算时应尽量考虑到不同工况条件下的差异问题。如根据我们直径线项目的统计，卵石层、圆砾层的单位消耗明显多于砂砾层，卵石层主要材料单位消耗为砂砾层的,1.3,倍，圆砾层为砂砾层的,1.01,倍。环境控制标准高时，由于注浆压力大、泥浆性能指标高，因此该部分材料消耗数量差别较大，其中特级环境保护区段的单位主要材料消耗量为一般地段的,1.24,倍，一级环境保护区段单位材料消耗量为一般地段的,1.07,倍，即沉降控制指标每提高,5mm,，材料消耗量增加,1015%,。,56,5.结语,广州,3,号线大沥区间，刀盘面板脱落。,深圳地铁,1,号线，主轴承损坏。,57,58,59,打捞出来的滤水钢管,59,修复过程中确认的实际刀盘磨损平面图,60,