盾构施工技术总结.doc
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1、目录第一章 盾构施工概况1.1 盾构法基本概念11。2 盾构法的主要优点和存在的不足21。2。1 盾构法的主要优点21。2。2 盾构法存在的不足21.3 盾构的分类及适用条件2第二章 盾构机地质适应性的确定2.1 盾构的选型的原则与依据122。1。1 盾构的选型的原则122。1。2 盾构的选型的依据122。2 盾构选型的主要方法132.2.1 根据底层的渗透系数进行选型132.2。2 根据地层的颗粒级配进行选型142.2。3 根据地下水压进行选型152。2。3 盾构选型时必须考虑的特殊因素152。3 盾构选型的确定15第三章 盾构掘进参数的设定3.1 盾构掘进土压的确定173.2 刀盘扭矩计算
2、17第四章 刀具配置与地质的适应性4.1 刀具的分类184.2 不同地质条件下刀具的选择194。2。1 切削刀194.2。2 先行刀194.2.3 贝型刀204。2.4中心刀(鱼尾刀、双刃或三刃滚刀 、锥形刀 、中心羊角刀)204.2。5仿形刀(或超挖刀)214。2.6 滚刀224.2。7 齿刀234。3 刀具布置与配置234。3.1 刀具的布置234.3.2 刀具配置方式234.3。3 刀具配置的其他注意事项24第五章 盾构机始发与接收5.1 盾构始发的工艺流程265。2 盾构始发的施工技术265.2.1 始发洞门的地层处理和降水265.2.2 反力架安装与受力验算275。2.3 始发基座安
3、装与受力验算305.2.4 始发洞门凿除335.2。5 洞口密封止水装置345.2。6 盾构的始发355。3反力架、负环管片及基座的拆除425。3。1拆除流程425.3.2拆除方法425.3。3停机时注意问题435.4 盾构始发常见问题的预防或处理435。4.1加固效果不好435.4。2开洞门时失稳435。4.3始发后盾构机“叩头”435。4.4密封效果不好445.4。5盾尾失圆445。4。6支撑系统失稳445.4.7地面沉降较大445.5 盾构接收的工艺流程445.6 盾构接收的施工技术455。6.1盾构接收前准备工作455。6.2 接收洞门钢环复测455。6。3 接收段掘进控制465.6。
4、4 同步注浆及二次注浆475.6.5 管片拼装及加固485。6.6 托架安装及洞门凿除485.6.7 洞门防水装置的安装495.7 盾构接收常见问题的预防或处理495。7。1盾构机出洞前无法降压处理495.7。2破洞门过程中出现渗漏处理495.7。3洞门圈漏水涌泥处理49第六章 渣土改良6.1 盾构机具有的渣土改良设备506。2 不同地层渣土改良剂的选择506。3 渣土改良试验516.3 施工中遇到的问题及处理措施52第七章 同步注浆7.1 同步注浆目的及原理547.2 同步注浆工艺流程547。3 注浆设备557.4 注浆材料和配合比的选择557.4。1 注浆材料应具备的基本性能557.4.2
5、 注浆材料567.4.3 浆液主要物理力学指标567.4。4 浆液配合比567.5 同步注浆主要技术参数的确定567.5.1 注浆量的计算577.5.2 注浆压力的确定577。5.3 注浆量和注浆压力的控制577.6 注浆质量控制587。6。1 浆液搅拌587.6。2 浆液运输及注入587。7 同步注浆质量保证措施58第八章 开仓换刀8.1 开仓位置选择608.2 地面加固施工措施618.2.1 下行线开仓地面加固施工措施618。2。2 上行线开仓地面加固施工措施648。3 带压开仓施工流程658。3.1压力设定658。4 作业前的准备工作668.4。1 人员的安排668.5。2 工期安排66
6、8。5。3 机电系统准备668。4。4 土工系统的准备678.5.5 盾构到达预定换刀位置678。5带压作业过程688。5.1进仓前压力试验688。5。2带压进仓688.5.3土仓作业698。6 恢复正常掘进6955盾构施工技术总结第一章 盾构施工概况1。1 盾构法基本概念盾构法是在地面下暗挖隧道的一种施工方法。构成盾构法施工的主要内容是:先在隧道某段的一端建造竖井或基坑,以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁开孔处出发,在地层中沿着设计轴线,向另一竖井或基坑的设计孔洞推进.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隧道衬砌结构,再传到竖井或基坑的后靠壁上,盾构是这种
7、施工方法中最主要的独特的施工机具。它是一个能支承地层压力而又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊形状的钢筒结构,在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置,在钢筒中段周圈内面安装顶进所需的千斤顶,钢筒尾部是具有一定空间的壳体,在盾尾内可以拼装一至二环预制的隧道衬砌环。盾构每推进一环距离,就在盾尾支护下拼装一环衬砌,并及时向紧靠盾尾后面的开挖坑道周边与衬砌环外周之间的空隙中压注足够的浆体,以防止隧道及地面下沉。在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。盾构法施工的概貌如图1-1所示。图1-1盾构施工概貌1盾构;2盾构千斤顶;3盾构正面网格;4出土转盘;5出土皮带运输机;6管片拼装机;7
8、管片;8压浆泵;9压浆孔;10出土机;11由管片组成的隧道衬砌结构;12在盾尾空隙的压浆;13后盾管片;14竖井。使用盾构法,往往需要根据穿越土层的工程地质水文地质特点辅以其他施工技术措施。主要有:1 疏干掘进土层中地下水的措施;2 稳定地层、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施;3 隧道衬砌的防水堵漏技术;4 配合施工的监测技术;5 气压施工中的劳动防护措施;6 开挖土方的运输及处理方法等。盾构法是一种安全而有效的施工法,但不是万能施工法。为此有必要充分掌握盾构施工法的特点。1.2 盾构法的主要优点和存在的不足1。2.1 盾构法的主要优点1 除竖井施工外,施工作业均在地下进行,噪音、振动引起的公
9、害小,既不影响地面交通,又可减少对附近居民的噪音和振动影响。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 土方量外运较少.4 穿越河道时不影响航运.5 施工不受风雨等气候条件影响。6 隧道的施工费用不受覆土量多少影响,适宜于建造覆土较深的隧道。在土质差水位高的地方建设埋深较大的隧道,盾构法有较好的技术经济优越性。7 当隧道穿过河底或其他建筑物时,不影响施工。8 只要设法使盾构的开挖面稳定,则隧道越深、地基越差、土中影响施工的埋设物等越多,与明挖法相比,经济上、施工、进度上越有利.1。2。2 盾构法存在的不足1 当隧道曲线半径过小时,施
10、工较为困难.2 在陆地建造隧道时,如隧道覆土太浅,开挖面稳定甚为困难,甚至不能施工,而在水下时,如覆土太浅则盾构法施工不够安全,要确保一定厚度的覆土.3 竖井中长期有噪声和振动,要有解决的措施。4 盾构施工中采用全气压方法以疏干和稳定地层时,对劳动保护要求较高,施工条件差。5 盾构法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土层中,要采取严密的技术措施才能把沉陷限制在很小的限度内,目前还不能完全防止以盾构正上方为中心土层的地表沉降。6 在饱和含水地层中,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.7 用气压施工时,在周围有发生缺氧和枯井的危险,必须采取相应
11、的办法。1.3 盾构的分类及适用条件盾构的的形式可以从各个方面进行分类。按手工和机械划分为:手掘式,半机械式,机械式三大类.以工作面挡土方式划分:敞开式,密闭式。以气压和泥水加压方式划分:气压式,泥水加压式,土压平衡式,加水式,高浓度泥水加压式,加泥式.1手掘式盾构.手掘式盾构是盾构的基本形式,世界上仍有工程采用手掘式盾构,如图12所示。按不同的地质条件,开挖面可全部敞开人工开挖;也可用全部或部分的正面支撑,根据开挖面土体自立性适当分层开挖,随挖土随支撑。开挖士方量为全部隧道排土量。这种盾构便于观察地层和清除障碍,易于纠偏,简易价廉,但劳动强度大,效率低,如遇正面坍方,易危及人身及工程安全。在
12、含水地层中需辅以降水、气压或土壤加固。 这种盾构由上而下进行开挖,开挖时按顺序调换正面支撑千斤顶,开挖出来的土从下半部用皮带运输机装入出土车,采用这种盾构的基本条件是:开挖面至少要在挖掘阶段无坍塌现象,因为挖掘地层时盾构前方是敞开的。 手掘式盾构的适用地层:手掘式盾构有各种各样的开挖面支撑方法,从砂性土到粘性土地层均能适用,因此较适应于复杂的地层,迄今为止施工实例也最多,该形式的盾构在开挖面出现障碍物时,由于正面是敞开的,所以也较易排除。由于这种盾构造价低廉,发生故障也少,因此是最为经济的盾构。在开挖面自立性差的地层中施工时,它可与气压、降水、化学注浆等稳定地层的辅助施工法同时使用。图12 手
13、掘式盾构2挤压式盾构。当敞开式盾构在地质条件很差的粉砂土质地层、粘土层中施工时,土就会从开挖面流入盾构、引起开挖面坍塌,因而不能继续开挖,这时应在盾构的前面设置胸板来密闭前方,同时在脚板上开出土用的小孔,这种形式的盾构就叫挤压式盾构(见图1-3)。盾构在挤压推进时,土体就会从出土孔如同膏状物从管口挤出那样,挤入盾构。根据推进速度来确定开口率。当开口率过大时,出土量增加,会引起周围地层的沉降;反之,就会增大盾构的切入阻力,使地面隆起。采用挤压盾构时,对一定的地质条件设置一定的开口率、控制出土量是非常重要的。挤压盾构是将手掘式盾构胸板封闭,以挡住正面土体。这种盾构分为全挤压式或局部挤压式两种,它适
14、用于软弱粘性土层。盾构全挤压向前推进时,封闭全部胸板,不需出土,但要引起相当大的地表变形。当采用局部挤压式盾构,要部分打开胸板,将需要排出的土体从开口处挤入盾构内,然后装车外运,这种盾构施工,地表变形也较大。挤压式盾构适用地层:挤压式盾构的适用范围取决于地层的物理力学性能。它是按含砂率-内聚力、液性指数内聚力的关系来确定其适用范围。根据施工经验,内聚力即使超出该范围,在含砂率小的地层中也可能适用。根据迄今为止的施工经验,当土体含砂率在20%以下、液性指数在60%以上、内聚力在0.5kg/cm2以下时,盾构的开口率一般为20.8%,在极软弱的地层中,开口率也有小到的0。3%。在挤压式盾构的施工区
15、间内如遇有为了建筑物或地层加固而进行过化学注浆的地基时,将会影响挤压盾构的推进,因此应预先考虑到把盾构胸板做成可拆卸的形式.图13 挤压盾构 3网格式盾构,在上海软土层中常常被采用。它具有的特点是,进土量接近或等于全部隧道其出土量,且往往带有局部挤压性质,盾构正面装钢板网格,在推进中可以切土,而在停止推进时可起稳定开挖面的作用。切入的土体可用转盘、皮带运输机、矿车或水力机械运出,如图1-4所示。这种盾构法如在土质较适当的地层中精心施工,地表沉降可控制到中等或较小的程度。在含水地层中施工,需要辅以疏干地层的措施.图14 网格式盾构1盾构千斤顶(推进盾构用);2开挖面支撑千斤顶;3举重臂(拼装装配
16、式钢筋混凝土衬砌用);4堆土平台(盾构下部土块由转盘提升后落入堆土平台);5刮板运输机,土块由堆土平台进入后输出;6装配式钢筋混凝土衬砌;7盾构钢壳;8开挖面钢网格;9转盘;10装土车.4半机械式盾构。半机械式盾构是如图15所示。半机械式盾构是介于手掘式和机械式盾构之间的一种形式,它更接近于手掘式盾构。它是在敞开式盾构的基础上安装机械挖土和出土装置,以代替人工劳动,因而具有省力而高效等特点。 机械挖土装置前后、左右、上下均能活动。它有铲斗式、切削头式和两者兼有等三种形式。它的顶部与手掘式盾构相同,装有活动前檐、正面支撑千斤顶等。 盾构的机械装备有如下形式: 盾构工作面下半部分装有铲斗、切割头等
17、。 盾构工作面上半部分装有铲斗、下半部分装有切割头。 盾构中心装有切割头。 盾构中心装有铲斗。 形式:盾构工作面上半部装有正面支撑千斤顶和作业平台,上半部工作面由人工挖掘,挖掘的土、砂落到下半部分,下半部分由铲斗和装载机进行挖掘和出土. 形式:盾构的上半部工作面由铲斗或者装载机挖掘,下半部工作面由切割头或铲斗进行挖掘和出土。 形式:由切割头进行挖掘和出土。 形式:由铲斗式挖掘机进行挖掘和出土。 半机械盾构的适用地层:半机械式盾构比手掘式盾构更适用于良好地层.形式适用于开挖面需作支撑的地层,形式适用于能自立的地层。形式大多适用于亚粘土与砂砾的夹层。形式大多适用于固结粘上层、硬质砂土层。形式大多适
18、用于粘土和砂砾混合层。图1-5 半机械式盾构5开胸机械切削盾构.当地层能够自立,或采用辅助措施后能够自立时,在盾构的切口部分,安装与盾构直径相适应的大刀盘,以进行全断面开胸机械切削开挖,如图16所示.机械式盾构是一种采用紧贴着开挖面的旋转刀盘进行全断面开挖的盾构。它具有可连续不断地挖掘土层的功能.能一边出土、一边推进,连续不断地进行作业。 机械式盾构的切削机构采用最多的是大刀盘形式,它有单轴式、双重转动式、多轴式数种,其中单轴式使用得最为广泛.多根辐条状槽口的切削头绕中心轴转动,由刀头切削下来的土从槽口进入设在外圈的转盘中,再由转盘提升到漏土斗中,然后由传送带把土送入出土车。 机械式盾构的优点
19、除了能改善作业环境、省力外,还能显著提高推进速度,缩短工期.问题是盾构的造价高,为了提高工作效率而带来的后续设备多,基地面积大等。因此若隧道长度短时,就不够经济。与手掘式盾构相比,在曲率半径小的情况下施工以及盾构纠偏都比较困难。 机械式盾构适用地层:机械式盾构可在极易坍塌的地层中施工,因为盾构的大刀盘本身就有防止开挖面坍塌的作用。但是,在粘性土地层中施工时,切削下来的土易粘附在转盘内,压密后会造成出土困难.因此机械式盾构大多适用于地质变化少的砂性土地层。图16 开胸式机械切削式盾构7 局部气压盾构.在机械盾构的支承环前边装上隔板,使切口与此隔板之间形成一个密封舱.在密封舱内充满压缩空气,达到稳
20、定开挖面土体的作用。这样隧道施工人员就不处在气压内工作.在适当地质条件下,对比全气压盾构,无疑有较大优越性。但这种盾构在密封舱、盾尾及管片接缝处易产生漏气问题,如图17所示。图17 局部气压式盾构7泥水加压式盾构。泥水加压式盾构是在盾构正面与支承环前面装置隔板的密封舱中,注入适当压力的泥浆来支撑开挖面,并以安装在正面的大刀盘切削土体,进土与泥水混合后,用排泥泵及管道输送至地面处理(见图1-8)图1-8 泥水加压式盾构(a)德国式 (b)日本式 具体地讲,泥水加压盾构就是在机械式盾构大刀盘的后方设置一道隔板,隔板与大刀盘之间作为泥水室,在开挖面和泥水室中充满加压的泥水,通过加压作用和压力保持机构
21、,保证开挖面土体的稳定。盾构推进时开挖下来的土就进入泥水室.由搅拌装置进行搅拌,搅拌后的高浓度泥水用流体输送法送出地面,把送出的泥水进行水土分离,然后再把分离后的泥水送入泥水室,不断地循环泥水加压盾构在其内部不能直接观察到开挖面,因此要求盾构从推进、排泥到泥水处理全部按系统化作业。通过泥水压力、泥水流量、泥水浓度等的测定,算出开挖土量,全部作业过程均由中央控制台综合管理.泥水加压盾构是利用了泥水的特性对开挖面起稳定作用的,泥水同时具有下列三个作用。(1) 泥水的压力和开挖面水土压力的平衡。(2) 泥水作用到地层上后,形成一层不透水的泥膜,使泥水产生有效的压力。(3) 加压泥水可渗透到地层的某一
22、区域,使得该区域内的开挖面稳定. 就泥水的特性而言,浓度和密度越高,开挖面的稳定性越好,而浓度和密度越低泥水输送时效率越高,因此考虑了以上条件,目前被广泛作为泥水管理标准的数值如下: (1)容重:1。051。25(g/cm3)粘土、膨润土等。 (2)粘度:2040(s),漏斗粘度500/500ml。 (3)脱水量:Q200ml,(APL过滤试验3kgcm2,30min). 泥水加压盾构有日本体系及德国体系,如图8所示。两者区别是:德国式的密封舱中设置了起缓冲作用的气压舱,以便于人工控制正面泥浆压力,构造较简单;而日本式密封舱中全是泥水,要有一套自动控制泥水平衡的装置。一般地说,泥水盾构对地层扰
23、动最小,地面沉降也最小,但费用最高。 泥水盾构适用地层:泥水加压盾构最初是在冲积粘土和洪积砂土交错出现的特殊地层中使用,由于泥水对开挖面的作用明显,因此软弱的淤泥质土层、松动的砂土层、砂砾层、卵石砂砾层、砂砾和坚硬土的互层等均运用。泥水加压盾构对地层的适用范围之广.但是在松动的卵石层和坚硬土层中采用泥水加压盾构施工,会产生逸水现象,因此在泥水中应加入一些胶合剂来堵塞漏缝。在非常松散的卵石层中开挖时,也有可能失败.还有在坚硬的土层中开挖时,不仅土的微粒会使泥水质量降低,而且粘土还常会粘附在刀盘和槽口上,给开挖带来困难,因此应该予以注意。 泥水加压盾构的适用性: (1)细粒土(粒径0。074mm
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