盾构法施工

盾构法施工1•盾构法施工一、盾构概述、工法选择二、盾构监理的依据三、盾构施工入洞前的工作四、正常盾构施工的控制五、盾构到达六、特殊地段及地质条件下的监理2一、盾构概述、工法选择•盾构，是一种用于软弱地层隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有整机及辅助设备，在盾壳的掩护下进行土体开挖、土碴排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道一次成形的隧道施工机械。3一、盾构概述、工法选择盾构法就是用盾构修建隧道的方法，它使用盾构机在地下掘进，在四周防止开挖面坍塌和保持开挖面稳定的同时，同时在机内安全地进行隧道的开挖作业和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工法。盾——保护，指盾壳。构——构筑，即管片拼装和同步注浆。4一、盾构概述、工法选择盾构施工主要由稳定开挖面、掘进及排土、管片衬砌及壁后注浆三大要素组成。盾构在地层中推进时，通过盾构外壳和管片来支承四周围岩防止坍塌进行隧道施工。闭胸式盾构是用泥土加压或泥水加压来抵抗开挖面的土压力和水压力以维持开挖面的稳定性；敞开式盾构是以开挖面自立为前提，否则需要采用辅助措施。下面谈到的盾构指的是闭胸式盾构。盾构是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土渣、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏功能。盾构已经广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。5盾构机全景图6一、盾构概述、工法选择盾构机按断面分类：盾构根据其断面形状可分为：单圆盾构、复圆盾构（多圆盾构）、非圆盾构。其中复圆盾构可分为双圆盾构和三圆盾构。非圆盾构可分为椭圆形盾构、矩形盾构、马蹄形盾构、半圆形盾构。复圆盾构和非圆盾构统称为“异形盾构”。盾构机按直径大小分类：盾构根据其直径的大小分为以下几类：0.2～2m直径称为微型盾构2～4.2m直径称为小型盾构4.2m～7m直径称为中型盾构7m～12m称为大型盾构12m以上为超大型盾构7复圆盾构8非圆盾构9多圆盾构10一、盾构概述、工法选择主要介绍单圆盾构.盾构刀盘分为：面板式和辐条式两种.11辐条式刀盘12面板式刀盘13一、盾构概述、工法选择典型盾构工法主要分为两种(按地层渗透系数进行选择)：泥水盾构法：地层渗透系数大于10-4m/s时，宜选用；或者岩土中粉粒和黏粒的总量在40%以下（粉粒的绝对大小通常以0.075mm为界）。土压盾构法：地层渗透系数小于10-7m/s时，宜选用；或者岩土中粉粒和黏粒的总量在40%以上；主要适用粉土、粉质黏土、淤泥质粉土、粉砂层等黏稠土壤。渗透系数大于10-7m/s，小于10-4m/s时，二者均可选用。14地层渗透系数与工法选择––10––1––10-1––10-2––10-3––10-4––10-5––10-6––10-7––10-8––10-9––10-10––10-11––10-12卵石层粗砂砾层中细砂砾层粉细砾层粗砂层中砂层细砂层淤泥质粘土淤泥粘土土压盾构泥水盾构渗透系数(m/s))地层渗透系数泥水、土压盾构15一、盾构概述、工法选择1、泥水平衡与气压平衡混合模式工法原理：送泥泵从设置在地面上的调浆池抽取泥水（水与膨润土的混合物），经送泥管送入泥水盾构的泥水仓，在泥水仓中，充满压力的泥水灌入地层若干厘米深，使膨润土嵌入到土颗粒间的缝隙里，形成一层蛋糕，从而使开挖面的土层变得较稳定和不透水。通过泥水盾构刀盘旋转，将开挖面形成的“蛋糕”状的土体切削下来，与泥水仓的膨润土浆液混合后，通过排泥泵和隧道内的中继泵经由排泥管道，泵送到地面上的泥水分离站，泥水分离站将开挖的渣土从膨润土浆液分离出来，分离出来的泥水进行质量调整后可循环使用，再通过送泥泵送入盾构的泥水仓。16泥水盾构示意图分离站调浆池送泥泵中继泵排泥泵17泥水气压平衡盾构机18一、盾构概述、工法的选用2、土压平衡盾构结构与工作原理由刀盘切削下来的土体进入土仓后由螺旋输送机输出，在螺旋输送机内形成压力梯降，保持土仓压力稳定，使开挖面土层处于稳定。盾构向前推进的同时，螺旋输送机排土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面的地层始终保持稳定。排土量通过调节螺旋输送机的转速和出土闸门的开度予以控制。从螺旋输送机出来的渣土通过皮带输送机转运，通过皮带输送机将渣土卸到停在皮带机下方的渣土车上。渣土通过电瓶车牵引到盾构隧道的竖井。通过地面上的门吊将渣土吊到地面，并卸到渣坑内，外运。1920土压平机衡盾构工作原理二、盾构监理的依据盾构监理的依据主要包括以下几个方面：1.设计图纸（施工蓝图，设计人签字盖章的）2.规范（国标、地标，北京现行的是《轨道交通盾构隧道工程施工质量验收标准》（修订版）QGD-008-2005）3.会议纪要（包括专题会、专家论证会）4.施工组织设计、施工方案、专项施工方案（这些方案都经过领导审核、审批的，具有很强的指导性）5.来往文件及其他文件21三、盾构施工入洞前的工作1、进场材料的验收凡是用于永久性结构工程的材料都必须经过验收(强条规定)；并且经过试验检验合格后才能用于工程：包括管片(含钢筋、砼、外加剂、止水胶条等)、螺栓、密封圈、密封垫、水泥、砂子、膨润土、粉煤灰、外加剂等。管片介绍：北京地区地铁管片每环外径6m，内径5.4m，包括1个封顶块（C型）、2个邻接块（B型）、3个标准块（A型）共6块组成。每片管片宽1.2m，管片厚30cm。管片检验：包括外观检查、出场合格证及质量证明文件、三环拼装试验、渗水试验、实测实量数据等（包含回弹试验）。进场检验，盖检验章。管片运输、放置一般不超过4层。22管片运输码放2324盾构施工全景三、盾构施工入洞前的工作2、盾构的始发•盾构始发前，端头加固必须符合要求，不仅有强度的要求，还要有抗渗透性的要求，具体方法不再说了。如旋喷、冷冻、化学注浆、深层搅拌等。•盾构始发前必须按住建委文件《北京市轨道交通建设工程重要部位和环节施工前条件验收暂行办法》京建发【2010】746号要求进行条件验收。包括主控条件和一般条件。•安装支座反力架，反力架主要检查强度与刚度是否满足要求。•测量监控点布置完毕，特殊位置要加密，初始值采集完成。25始发托架示意图26盾构反力架示意图27盾构反力架28三、盾构施工入洞前的工作始发后洞门的破除：采用人工破除。第一步先凿除外层500mm砼并割除钢筋及预埋件，保留最内层的钢筋；第二步推进距洞门1.0~1.5m时凿出里层砼。一般的里层分为12块的施工方法。从最低层开始，记住口诀：中、左、右。分层破除。洞门要及时密封，防地下水渗出；盾构开始施工，开始拼装负环。负环管片要及时加固。推进50~70环后，管片的摩擦力足以大于盾构顶进的反力时，即可拆除。29始发处围护桩30负环拼装示意图31负环俯视图32负环加固33四、正常盾构施工的控制1、掘进掘进过程中，保持土仓的压力与作业面压力（土压、水压之和）平衡是防止地表沉降，保持建筑物安全的重要因素。控制出渣量，一般不宜开超挖刀，防止前方坍塌和沉降过大。做好渣土改良，保持土具有好的流塑性、合适的稠度，较低的透水性和较小摩阻力。关注推力及力矩情况，保持推进速度平稳合理。34四、正常盾构施工的控制2、拼装•管片拼装前，再次检查管片外观、连接件是否为合格产品，防止鱼龙混杂，以次充好。•管片安装须按正确的安装程序进行。管片拼装质量直接影响弹性密封垫的防水作用。•拼装时应注意控制管片成环的椭圆度和管片环面的平整度。椭圆度过大会引起环缝张开量增大，易造成漏水。•拼装后的初始椭圆度应按照规范要求控制，管片脱离盾尾后应尽量限制椭圆度的增大，应复紧管片联接螺栓。环面不平整度一般是因管片制作和拼装精度不够，推进油缸推力不均衡引起，环面不平整度应控制在5mm内，若超出应用垫片填平补齐。352、拼装•管片安装必须从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。封顶块安装前，应对止水条进行润滑处理，安装时先径向插入，调整位置后缓慢纵向顶推。管片块安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力应大于稳定管片所需力，然后方可移开管片安装机。•管片每装一片，都要人工初紧，安装完一环，必须进行紧固，力矩一般在100N/M。每拼装5环左右，应再次复紧。•管片吊运时管片下严禁站人或人员身体某部位处于管片下方。管片安装时，安装区域下严禁站人或人员身体某部位处于管片下方。管片输送小车前移管片时移动区域不能有人员或设备。操作前的检查中发现任何不正常的问题，都必须经相关人员检查确认正常后才能进行工作。•使用操作中，出现任何不正常问题，工作人员必须离开危险区域，在将管片等放到安全位置，经相关人员检修确认后，才能进行工作。具有电工特种作业操作证人员才能开箱进行电气检查。36四、正常盾构施工的控制管片拼装标准如下：序号项目允许偏差检查频率1衬砌环直径椭圆度＜5‰D每环2衬砌环轴线平面位置及高程直线段及半径不小于500m的曲线段±50mm1点/环2小于500m的曲线段±80mm3同一衬砌环内相邻管片错台5mm4点/环4纵向相邻环管片错台5mm4点/环3738掘进与拼装演示四、正常盾构施工的控制3、注浆管片壁后注浆按与盾构推进的时间和目的分为：同步注浆、二次补强注浆、堵水注浆。盾尾注浆管盾尾浆液注入范围39四、正常盾构施工的控制3、注浆浆液包括：单液浆（可压送的流动性、能填充目标范围缝隙、在硬化前不发生材料的离析或凝固）和双液浆（能在指定范围内注浆、离析少不受地下水影响、调节硬化时间、根据需要尽早达到所需的强度）。浆液的各种材料必须要经过试验合格后才能使用(特别膨润土要经过充分静止)，浆液的配比施工单位必须报监理处备案，浆液的强度规范没有特别提出，根据北京地区的施工经验和参考文献，一般强度在4~10Mpa之间。403、注浆盾构推进过程中，应及时进行同步注浆，使管片衬砌尽早支承地层，防止地层沉降。同步注浆一般采用水泥砂浆。应注意控制管片背衬注浆部位、注浆量和注浆压力。每环推进前对同步注浆的浆液进行小样试验，严格控制初凝时间。在同步注浆过程中，合理掌握注浆压力，使注浆量、注浆速度与推进速度等施工参数相匹配41四、正常盾构施工的控制注浆形成的固结体42四、正常盾构施工的控制4、成型隧道一般由质检人员进行检验，有无表面缺棱、掉角；无贯穿裂缝，无大于0.2mm宽的裂缝及混凝土剥落。如果存在上述情况，监理要求施工单位报处置方案，不得擅自随意修补。43成型隧道图44四、正常盾构施工的控制5、防水工程监理人员主要检查防水密封条是否牢固、平整严密、位置正确，不得有起鼓、超长和缺口等现象；管片螺栓孔应按设计要求进行处理。变形缝处、柔性接头特殊结构的防水必须符合设计要求。所用的防水材料必须经检验合格，有合格证；进口的材料要有产品检疫合格证，材料合格证。所有的材料必须符合环保要求。45四、正常盾构施工的控制二次补浆46四、正常盾构施工的控制补浆后的情况47五、盾构到达盾构到达，监理人员应督促、检查施工人员做好以下工作：1.制定盾构接收方案，并通过审批，包括到达掘进、管片拼装、壁后注浆、洞门外土体加固、洞口围护拆除、洞门钢圈密封等工作安排。进行条件验收。2.到达端头土体地层加固及效果如何，必要做钻芯试验。3.在盾构贯通之前100m、50m处分别对盾构姿态进行人工复核测量。4.到达洞门位置及轮廓复核测量。5.根据前两项复测结果确定盾构姿态控制方案并进行盾构姿态调整。6.到达洞门拆除。7.盾构接受架准备8.靠近洞门10~15环管片拉紧。9.盾构接受架就位、加固。10.洞门防水装置的安装及盾构推出隧道。11.洞门注浆堵水处理。48盾构机出洞49盾构机出洞50六、特殊地段及地质条件下的监理1、浅覆土土层施工1）地层加固，地面构筑物保护措施2）制定相应的措施，以克服覆土小引起盾构机抬头2、小半径曲线施工1）必须根据地层条件、超挖量、壁后注浆、辅助工法等制定小半径曲线施工方案和安全措施，注意推进反力引起的隧道变形，移动。2）使用超挖装置时，应将超挖量控制在施工需要的最小范围内。壁后注浆应选择体积变化小，早期强度高、