城市轨道交通盾构法施工技术探讨

南京铁道职业技术学院毕业论文题目：城市轨道交通盾构法施工技术探讨作者：学号：二级学院：动力工程学院系：铁道工程专业：铁道工程技术班级：铁道工程（南京地铁轨道巡检）1002指导者：魏连峰评阅者：2013年5月毕业设计（论文）中文摘要城市轨道交通盾构法施工技术探讨摘要城市轨道交通系统具有运量大、速度快、时间准、污染少、安全舒适、占地少、与城市道路无平面交叉等优点，吸引着大中城市80%以上的客运量。城市轨道交通隧道多采用盾构法施工，盾构法施工之所以被大量采用，除了近代城市地下工程发展的客观需要外，还由于该法开挖速度快，施工的整个过程实现全自动化作业，施工劳动强度低，对地面交通、设施以及地下管线等影响小，并且在穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪声和扰动，在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道时具有技术和经济上的双重优势。本文研究的内容是盾构技术在城市轨道交通隧道施工中的应用，包括:1、盾构的基本构造和功能；2、盾构的分类和选型；3、盾构隧道的施工技术:(1)盾构施工工艺，(2)特殊地段的施工。文章系统的介绍了地下盾构施工技术，内容全面、贴近实践。关键词城市轨道交通盾构施工技术第1页共1页目次1绪论..........................................................................................................................12盾构..........................................................................................................................12.1盾构的构造...................................................................................................12.2盾构的分类...................................................................................................22.3盾构的选型...................................................................................................23城市轨道交通盾构施工技术..................................................................................33.1盾构竖井修建...............................................................................................33.2盾构始发.......................................................................................................33.3盾构机到达...................................................................................................53.4衬砌拼装和防水...........................................................................................73.5壁后注浆.......................................................................................................84特殊地段及复杂地质条件施工..............................................................................84.1浅覆土层施工...............................................................................................84.2小半径曲线施工...........................................................................................94.3地下管线段施工...........................................................................................94.4穿越运营隧道施工.......................................................................................94.5穿越江河的隧道盾构施工...........................................................................9结论..........................................................................................................................10致谢..........................................................................................................................11参考文献................................................................................................................12第1页共12页1绪论我国是自20世纪50年代开始引进盾构法修建隧道工程的。虽然起步很晚，但由于注意参考和借鉴别国成功的经验和失败的教训，所以发展很快。特别是近十年来我国城市地铁大规模建设，盾构技术得到了新一轮发展。随着盾构法应用的增加，工程人员对其技术研究逐步深入，盾构隧道的设计计算、盾构的选型及配套、盾构的使用及施工技术等在我国都得到了快速发展和提高。本文就盾构结构、选型以及施工技术等做具体介绍。2盾构2.1盾构的构造盾构机按构造主要有壳体、排土系统、推进系统、衬砌拼装系统和辅助注浆系统五部分组成。2.1.1壳体盾构机的通用标准外形是圆筒形，整个外壳用钢板制作，其目的是保护掘削、排土、推进、衬砌等所有作业设备、装置的安全。一台盾构的外壳沿纵向由切口环、支撑环和盾尾三部分组成。盾尾后端安装有盾尾密封。（1）切口环它位于盾构机的最前端，该部位装有掘削机械和挡土设备，故又称为掘削挡土部，施工时切入地层并掩护开挖作业。（2）支承环支承环紧接于切口环后，位于盾构机中部，是盾构的主体结构，具有较强刚性的圆环结构，承受作用于盾构上的全部荷载。支承环连接切口环与盾尾，内部可安装切削刀盘的驱动装置、排土装置、盾构千斤顶等。大型盾构机中设在支承环位置上的设备有所有的液压，动力设备，操纵控制系统和衬砌拼装机具等。中小型盾构机可把部分设备转移到盾构机的后部车架上。当正面局部加压盾构机的切口环内压力高于常压时，支承环内要设置人工加压与减压闸室。（3）盾尾盾尾一般由盾构机外壳钢板延长构成，主要用于掩护隧道衬砌的安装工作。盾尾末端设置有密封装置，为了防止盾构机的盾尾与衬砌之间进入水、土及注浆材料，盾尾不密封时必须及时予以更换。盾尾的长度需要根据能够满足以上各项工作的进行来确定。2.1.2排土系统排土系统由切削土体的刀盘、泥土仓、螺旋出土器、皮带传送机、泥浆运输第2页共12页电瓶车等部分组成。控制螺旋出土器排土的速度和盾构推进速度，可以保持开挖面土体的平衡。2.1.3推进系统推进系统是通过沿支承环周围布置的千斤顶支撑在已安装好的管片衬砌上所产生的作用力而前进的，推进时，千斤顶既可单独操作，也能分组操作。2.1.4衬砌拼装系统衬砌拼装就是采用专用拼装设备，随着盾构的推进在盾尾将预制管片一次拼装成环，包括：举重臂和真圆保持器组成，其中举重臂（也称衬砌拼装器或机械手）是拼装系统的主要设备，常以油压系统为动力。2.1.5辅助注浆系统辅助注浆系统包括浆液搅拌机、注浆泵等设备。管片衬砌离开盾尾时，要及时压注浆液充填环形衬砌外的建筑间隙，以减少地面的沉降。2.2盾构的分类根据盾构的工作原理、挖掘方式、横断面的形状和盾构机的功能、用途等可将盾构机进行一下分类：（1）根据工作原理划分：手掘式盾构机、挤压式盾构机、半机械式盾构机（局部气压、全局气压）、机械式盾构机（开胸式切削盾构机、气压式盾构、泥水加压盾构、土压平衡盾构、混合型盾构、异性盾构）。（2）根据开挖方式划分：敞开式、机械切削式、网格式和挤压式等。（3）按盾构机横断面的形状划分：半圆形、圆形、椭圆形、马蹄形、双圆塔接形（竖双圆形、横双圆形）三圆塔接形、矩形（矩形、凸字形、凹字形）。（4）按盾构机的功能和用途划分：直角弯隧道盾构、偏心急弯曲线盾构、大坡度盾构、地中对接盾构（CID工法、MSD工法）、侧接盾构、站盾构分岔盾构、路线可变扭曲盾构、竖向掘削盾构（上、下掘盾构）、扩径盾构、变径盾构、大深度盾构、长距离盾构机、高速掘进盾构机。我国的地铁施工也经历了手掘式、半机械式和机械式盾构机的发展历程。当前，手掘式、半机械式盾构机趋于淘汰，圆形截面的土压平衡盾构使用最为广泛。2.3盾构的选型2.3.1根据地层的渗透系数进行选型对于盾构选型一个很重要的因素是地层渗透系数。当该地地层的渗透系数小于10-7m/s时，应选用土压平衡式盾构机；当该地地层的渗透系数在10-7～10-4m/s之间时，既可选用泥水式盾构机也可以选用土压平衡式盾构机；当地层渗透系数大于10-4m/s时，宜选用泥水式盾构。根据地层渗透系数与盾构类型的关系，若地层以富水的各种级配砂层、砂砾层为主时，宜选用泥水式盾构；其他第3页共12页地层宜选用土压平衡式盾构。2.3.2根据地层的颗粒级配进行选型土压平衡式盾构主要适用于粉土、粉质粘土、淤泥质粉土、粉砂层等粘稠土壤的施工。在粘性土层中掘进时，由刀盘切削下来的土体进入土仓后由螺旋机输出，在螺旋机内形成压力梯降，保持土仓压力稳定，使开挖面土层处于稳定。盾构类型与颗粒级配的关系为：粘土、淤泥质土为土压平衡式盾构适用的颗粒级配范围；砾石粗砂为泥水式盾构适用的颗粒级配范围；粗砂、细砂可使用泥水式盾构，也可经土质改良后使用土压平衡式盾构。一般来说，当岩土中的粉粒和黏粒总量达到40%以上时，通常宜选用土压平衡式盾构，相反的情况选择泥水式盾构比较合适。2.3.3根据地下水压进行选型当水压大于0.3MPa时，适合选用泥水式盾构，若因地质原因需采用土压平衡式盾构，则需增大螺旋输送机的长度或采用二级螺旋输送机，或采用保压泵。3城市轨道交通盾构施工技术3.1盾构竖井修建盾构施工是在河床（或海底）面以下一定深度进行的，在盾构起始开挖位置上要修建一竖井进行盾构的拼装，称为盾构拼装井；另在盾构施工的终点位置还需拆卸盾构并将其吊出所修建的竖井称为盾构到达井或盾构拆卸井。若盾构推进长度很长，在隧道中段或隧道弯道半径较小的位置，还应修建盾构检修工作井，称为盾构法施工中间井。盾构竖井施工中要注意以下问题：（1）必须对盾构的出口区段地层、进口区段地层和竖井周围采取注浆加固