《隧道施工技术》课件模块13

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,隧道施工技术,模块13 其他隧道施工方法,13.1,盾构法施工,13.2,沉管法施工,13.1 盾构法施工,盾构法概述,13.1.1,盾构法的基本概念,1,.,盾构机标准的名称为盾构。在欧洲，其统称为TBM(tunnel boring machine）。日本则称用于城市软土地层施工的TBM为盾构。古代兵器,“,盾,”,是用于防护的，故而用于隧道生产的设备就称为盾构。我国对盾构的叫法与日本是一样的，其中，适用于软土隧道开挖的设备称为盾构，适用于硬岩或软岩隧道开挖的设备称为隧道掘进机（TBM）。,13.1 盾构法施工,盾构法的基本原理是：先在隧道某段的一端建造竖井（始发井）或基坑，以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井（到达井）或基坑的设计预留孔洞推进。盾构推进中所受到的地层阻力通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。盾构是一个能支承地层压力，又能在地层中推进的圆形、矩形、马蹄形及其他特殊形状的钢筒结构，其直径稍大于隧道衬砌的直径，在钢筒的前面设置各种类型的支承和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置由数环拼成的隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注足够的浆体，以防止隧道及地面下沉。盾构在推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。,13.1 盾构法施工,盾构法的优点,2,.,（1）除竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪声和振动影响。,（2）盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也较少,劳动强度低,生产效率高。,（3）土方量较少。,（4）隧道穿越河道时不影响航运,13.1 盾构法施工,（5）施工不受风雨等气候条件影响。,（6）在土质差、水位高的地方建设的埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性。,（7）修筑的隧道抗震性能较好。,（8）盾构法对地层的适应性广，对软土、砂卵石、软岩等岩层均可适用。,13.1 盾构法施工,盾构法的缺点,3,.,（1）当隧道曲线半径过小时，施工较为困难。,（2）在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅，则盾构法施工困难很大，而在水下施工时，如覆土太浅则盾构法施工不够安全。,（3）当盾构施工中采用全气压方法（在气压覆盖区下进行施工）疏干和稳定地层时，对劳动保护要求较高，施工条件差。,（4）采用盾构法时隧道上方一定范围内的地表沉陷尚难完全防止，特别在饱和含水松软的地层中，要采取严密的技术措施才能把沉陷限制在很小的范围内。,（5）在饱和含水层中，盾构法施工所用的拼装衬砌对达到整体结构防水性的技术要求较高。,13.1 盾构法施工,盾构的分类,13.1.2,盾构的分类方法较多，可按挖掘方式、挡土方式、稳定掘削面的加压方式、断面形状、尺寸大小等多种方式进行分类。目前，国内外使用的都是全敞开式的盾构，也即通常所说的,TBM。另外，还有密闭式的土压盾构和泥水盾构，这些盾构属于盾构初期的雏形，现在已很少采用。,13.1 盾构法施工,按挖掘方式分类,1,.,（2）半机械式盾构。,（1）手掘式盾构。,（3）机械式盾构。,13.1 盾构法施工,按挡土方式分类,2,.,（1）,开放式盾构。,（,2,）,部分开放式,盾构。,（3）,封闭式盾构。,13.1 盾构法施工,封闭式盾构是一种设置封闭隔板的机械式盾构。掘削土砂是从位于掘削面和隔板之间的土舱取出的，利用外加泥水压或者泥土压与掘削面上的土压平衡来维持掘削面的稳定，所以封闭式盾构有泥水平衡式和土压平衡式两种。土压平衡式盾构又可分为纯土压平衡式和加泥型土压平衡式。加泥型土压平衡式盾构又可分为加泥和加泥浆两种方式。,13.1 盾构法施工,按稳定掘削面的加压方式分类,3,.,（,1,）压气式,盾构。,（,2,）泥水加压式,盾构。,（,3,）削土加,压式盾构。,（,4,）加水式盾构。,（,5,）泥浆式盾构。,（,6,）加泥式,盾构。,13.1 盾构法施工,按断面形状分类,4,.,（1）,圆形盾构。,（2）,非圆形盾构。,13.1 盾构法施工,按尺寸大小分类,5,.,（,1,）超小型,盾构。,（,2,）小型盾构。,（3）,中型盾构。,（,4,）大型盾构。,（,5,）特大型盾构。,（6）超特大型,盾构。,13.1 盾构法施工,盾构法施工简介,13.1.3,盾构是一种集施工开挖、支护、推进、衬砌、出土等作业于一体的大型暗挖隧道施工机械。其主要的施工方法有以下几步：盾构施工的准备工作、盾构的开挖及推进、衬砌施工、衬砌防水和向衬砌避后注浆等。,13.1 盾构法施工,盾构施工的准备工作,1,.,盾构施工的准备工作主要有盾构竖井的修建、盾构拼装和拆卸的检查、配合盾构施工附属设施的准备、盾构的始发与到达等。以下主要介绍盾构竖井的修建、盾构拼装、盾构施工附属设施的准备。,13.1 盾构法施工,盾构竖井的修建是盾构隧道工法中必不可少的关键施工环节。竖井的构筑通常采用开挖法。但这里应当指出的是，隧道竖井的开挖与一般方法的差异较大。竖井的开挖深度相当于隧道的深度，在一般情况下，竖井的开挖属于深层开挖，开挖时间较长，作业较为集中。竖井的设计应在满足各项技术指标的前提下尽量考虑对盾构隧道施工方便、有利的原则。近年来，关于竖井的施工方法主要有劲性水泥土搅拌桩法、地下连续墙法、地锚反力压入法、自动化开口沉井法、自动回收土机械的无人压气沉箱法、球体盾构竖井构筑法等。,1,）盾构竖井的修建,13.1 盾构法施工,竖井在盾构工法中有以下两个功能：,（1）竖井是作为施工作业基地使用的，盾构的搬入与搬出、组装或解体、始发或到达，管片等隧道构筑原材料、施工设备等物资的运入和运出，掘削下来的土砂运出等作业均在竖井内完成。,（2）在隧道构筑结束后，可把竖井空间作为通风井、排水井使用。按使用目的的不同，可将竖井分为始发竖井、到达竖井、中间竖井。,13.1 盾构法施工,2,）盾构拼装,盾构的拼装一般在拼装井底部的拼装台上进行，小型盾构也可以在地面上拼装好之后，采取整体吊装进入竖井内。盾构拼装必须按照盾构安装说明书进行，拼装完毕的盾构必须按要求进行技术检查，验收合格后方可投入使用。,13.1 盾构法施工,盾构施工的附属设施主要有供电照明设备、通风及空压机房、排水泵房、充电间、涂料棚、出土有轨运输系统及工作井垂直运输系统等（若为管道运输还有泥水处理系统等），一般根据盾构类型和地质水文地质条件不同而不同。盾构施工附属设备分为洞内设备和洞外设备两部分。,3,）盾构施工附属设施的准备,13.1 盾构法施工,盾构开挖及推进,2,.,1,）盾构开挖,盾构开挖方法因盾构机的种类不同而不同，可分为挤压式开挖、敞胸式开挖、封闭式开挖、切削式开挖。这里着重介绍挤压式开挖。,挤压式开挖可分为全挤式和局部挤压式两种。,由于挤压推进不出土或少出土，对地层扰动较大，故在隧道轴线设计时，必须避开地面建筑物，这样也就限制了这种施工方法的适用范围，其一般常用于旷野郊区滩涂处的排水工程。,在挤压施工时，盾构在一定范围内将周围土体挤压密实，使正面土体向四周运动，由于上部自由度大，所以大部分土体被挤向地表面，造成盾构推进轴线上方地面土体拱起，也有部分土体被挤向盾尾及下部。,13.1 盾构法施工,13.1 盾构法施工,盾构脱离始发井的导轨进入地层后，随着工作面的不断开挖，盾构也不断向前推进。在盾构推进过程中应将其中轴线与隧道设计中心线的偏差控制在规定范围内。,2,）盾构推进,13.1 盾构法施工,导致盾构中轴线偏离隧道设计中心线的因素有很多，如土质不均匀，地层中有孤石等障碍物，这将造成开挖面四周阻力不一致，盾构伸出的千斤顶的顶力不一致，盾构重心偏于一侧；闭胸挤压式盾构有明显上浮，盾构下部土体流失过多造成盾构叩头下沉；还有因衬砌环缝的防水材料压密度不一致等，累积起来会导致后座面不平整等。这些因素会使盾构推挤轨迹变成蛇形一样，左右产生偏差或时有起伏等。因此，在盾构推进过程中要随时精确测量，了解偏差量并及时纠偏。由于盾构是一个很笨重的机具，所以纠偏盾构的位置是一个较复杂的问题。,13.1 盾构法施工,（,4,）控制盾构自转，防止,盾构旋转。,（,3,）调整开挖面的阻力。,（,2,）盾构推进纵坡和曲线控制。,（,1,）正确调整盾构千斤顶的,工作组合。,13.1 盾构法施工,另外，用挤压式盾构开挖时，会产生盾构后退现象而导致地表沉降，因此施工时务必采取有效措施防止盾构后退。根据实践经验，在每环推进结束后采取维持顶力的方法，使盾构不前进，保持510 min，一般可以有效地防止盾构后退。在盾构尾部拼装衬砌管片时，使一定数量的千斤顶轴对称地轮流维持顶力，也可以获得防止盾构后退的效果。,13.1 盾构法施工,盾构衬砌施工、衬砌防水及向衬砌避后注浆,3,.,1,）盾构衬砌施工,盾构法修建隧道常用的衬砌有预制装配式衬砌、挤压混凝土衬砌、预制装配式衬砌和模筑钢筋混凝土整体式衬砌相结合的复合式衬砌，其中，预制装配式衬砌采用的最多。所以，下面重点介绍预制装配式衬砌的施工。,预制装配式衬砌是采用预制管片，随着盾构的推进，在盾构尾部盾壳保护下的空间内进行管片衬砌拼装，即在盾尾依次拼装衬砌环，由衬砌环纵向依次连接而成隧道的衬砌结构。,13.1 盾构法施工,13.1 盾构法施工,管片通缝拼装施工方便，但受力较差；错缝拼装较麻烦，但受力较好。管片拼装主要应解决管片或砌块的运送、就位、成环及衬砌防水等。为此，首先应做好准备工作和检查工作，如举重臂的安全检查、管片质量检查（检查外观、形状、裂纹、破损、止水槽有无异物，尺寸误差是否符合要求等）、拼装车架的配合、盾构底部的清洗、防止盾构拼装时的后退、有关材料（如螺栓、螺帽、垫圈及扳手）的准备等，并按预定位置放好，以提高拼装衬砌的施工速度。,13.1 盾构法施工,先环后纵的施工程序是：在管片一次安装成环后，盾构千斤顶一齐伸出，将衬砌环推向已完成的隧道衬砌，进行纵向连接。先环后纵法较少采用，尤其在推进阻力较大，盾构后退的情况下更不宜采用。管片拼装结束后，应拧紧每个连接螺栓和检查安装好的衬砌环是否为真圆，必要时用真圆保持器进行调整，以保证下一拼装工序顺利进行。盾构推进时的推力反复作用在临近几个衬砌环上容易引起已拧紧的螺栓松动，必须对因推力影响消失的衬砌环进行第二次螺栓拧紧工作，以保证管片的紧密连接及防水要求。,13.1 盾构法施工,2,）隧道衬砌防水,隧道衬砌的结构，除应满足强度、刚度和稳定性的要求之外，还应注意解决防水问题，以保证隧道在运营期间具有良好的工作环境，否则会因为衬砌漏水而导致结构破坏、设备锈蚀、照明减弱、危害行车安全和影响外观等。引起隧道渗漏水的主要原因是由防水材质不良或违反操作规程。盾构法隧道渗漏水容易出现在管片自身小裂缝、管片的接缝、注浆孔和首孔等处，其中，管片自身小裂缝和管片的接缝处渗漏水较多。因此，盾构法隧道防水主要是解决衬砌管片本身的防水和管片接缝的防水问题。,13.1 盾构法施工,（,1,）衬砌管片自身的防水。,（,2,）管片接缝处的防水。,13.1 盾构法施工,对于弹性密封垫防水，要求弹性密封垫能承受的压力为实际最大水压的3倍，衬砌环缝的密封垫还应在衬砌产生纵向变形时保持在规定水压力作用下不漏水；同时，还要求密封垫传给密封槽接触面的应力大于设计水压力。实践证明，密封垫的材料性能能较大地影响接缝防水的短期或长期效果，尤其是对防水功能的耐久性的影响，因此要求密封垫能长期保持接触面应力不松弛。弹性密封垫还应满足耐水性、耐疲劳性、耐干湿疲劳性、耐化学腐蚀性等耐久性的要求。密封垫材料之间、密封材料与管片之间应有足够的黏结性，而且不能影响管片的拼装精度，还应方便施工。,管片上的螺栓孔也易漏水，需要采取措施加以密封。常见的做法是在螺栓上穿上由合成树脂或合成橡胶类材料制作的圆环形密封垫，然后拧紧螺母，使其充填或覆盖螺孔壁与螺杆之间的空隙，堵塞漏水通道。,13.1 盾构法施工,13.1 盾构法施工,3,）隧道的二次衬砌,当管片的上述接缝防水措施不能完全满足止水要求时，可在外层装配式衬砌已趋于基本稳定时，在其内侧再浇筑一层素混凝土或钢筋混凝土二次衬砌，构成双层衬砌。,二次衬砌的防水等级应较第一层衬砌的防水等级提高12级。二次衬砌混凝土应采用满足抗渗压力大于0.8 MPa的防水混凝土。,二次衬砌的做法各异，主要做法为直接在环片内侧浇筑混凝土内衬砌。可以在管片内表面先喷一层1520 mm厚的找平层后，粘贴油毡、橡胶沥青、合成橡胶或塑料类防水卷材，再在防水卷材内侧浇筑混凝土内衬。混凝土内衬的厚度应根据防水及施工需要确定，一般为150300 mm。,13.1 盾构法施工,13.1 盾构法施工,（2）贴服式防水带。,（1）嵌缝式防水带。,（3）埋入式防水带。,13.1 盾构法施工,4,）向衬砌壁后注浆,随着盾构的推进，在管片和土体之间会出现建筑空隙，如果不及时填充这些空隙，地层就会发生变形，进而对邻近的地面构筑物造成破坏性影响。填充这些空隙的有效途径就是进行壁后注浆，壁后注浆的好坏直接影响对地层变形的控制。因此，衬砌壁后注浆是盾构法施工的一个必不可少的工序。,13.1 盾构法施工,（1）注浆的作用。注浆除了可防止和减小地表变形外，还可减少隧道的沉降量，增加衬砌接缝的防水性能，改善衬砌的受力状况，用注浆的压力来调整管片与盾构的相对位置，有利于盾构的推进纠偏。,（2）注浆浆液的选择。盾构壁后注入材料主要有水泥、石灰膏、黏土、粉煤灰、水玻璃、黄沙等。,（3）注浆时机和注浆方法。壁后注浆的最佳时机应在盾构推进的同时进行注入或推进后立即注入，注入的要求是必须完全填充空隙。,13.1 盾构法施工,（4）注入量和注入压力。注入量必须能很好地填充尾隙。,（5）浆液渗漏的处理。壁后注入时必须采取防止壁后注入浆液从尾部、工作面、管片接头等部位渗漏到其他部位（无须注浆的部位）的措施。,（6）二次注入。以下几种情况需要进行二次注入：, 一次注入后未充填到的部位的补充注入。, 一次注入浆液的体积缩减部分需要补充注入。, 为了提高抗渗透等施工效果而进行的注入。,13.2 沉管法施工,沉管隧道简介,1,.,公路在穿越江河流域时可采用架桥法或修建隧道法。修建隧道法除可采用矿山法、掘进机法外，还可采用沉埋管段法，简称沉管法。所谓沉管法，即按隧道的设计形状和尺寸，先在隧址以外的干坞中或船台上预制隧道管段，并在两端用临时隔墙封闭，然后舾装好托运、定位、沉放等设备，将其托运到隧址位置，沉放到江河中预先浚挖好的沟槽中，并连接起来，最后充填基础和回填砂石将管段埋入原河床中。用这种方法修建的隧道称为水下隧道或沉管隧道，如图13-5所示。,13.2 沉管法施工,图13-5沉管隧道纵断面,13.2 沉管法施工,沉管隧道的发展历程,2,.,世界上第一条沉管铁路隧道建于1910年，其穿越美国密歇根州和加拿大安大略省之间的底特律河。如今世界上共有100多座沉管隧道。由于20世纪50年代解决了两项关键技术（水力压接法和基础处理），沉管法已经成为水底隧道的主要施工方法。尤其在荷兰，除了一座公路隧道和一座铁路隧道外，已建的隧道均采用沉管法。,13.2 沉管法施工,沉管隧道的类型,3,.,（,1,）圆形沉管隧道。,（,2,）矩形沉管隧道。,13.2 沉管法施工,沉管隧道施工的一般步骤,4,.,沉管隧道施工的一般步骤如图13-6所示。其中，管段制作、基槽浚挖、管段沉放、水下连接、管段基础处理、覆土回填是施工的主体部分。,图13-6沉管隧道施工的一般步骤,Thank you,