盾构施工及案例分析

北京建工集团-北京长城B+B公司盾构施工及案例分析王锡军221.盾构施工技术发展简述2.盾构施工准备3.施工工艺及控制要点4.施工测量与监控量测5.质量通病及预防措施6.主要风险及预防措施目录目录33盾构施工技术发展简述盾构施工技术发展简述44盾构（英文名称为“shieldmachine”），是一种用于软土隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有整机及辅助设备，在其掩护下进行土体开挖、土渣排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道一次成型的机械。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、测量导向纠偏等功能。盾构已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。盾构的工作原理就是一个钢结构组件沿隧道轴线边向前推进边对土壤进行掘进。这个钢结构组件的壳体称“盾壳”，盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道段起着临时支护的作用，承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。盾构施工技术发展简述盾构及其工作原理55（1）按断面形状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”（2）按支护地层的形式分类按支护地层的形式分类，主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆支护式、土压平衡支护式五种类型。（3）按开挖面与作业室之间隔板的构造分类按开挖面与作业室之间隔板的构造可分为全敞开式、部分敞开式及闭胸式三种。盾构分类盾构施工技术发展简述66敞开式盾构闭胸式全敞开式挤压式盾构半机械式盾构手掘式盾构机械式盾构部分敞开式压气式泥水式土压式压缩空气盾构泥水加压盾构加泥式土压平衡盾构土压平衡盾构盾构施工技术发展简述盾构分类77全敞开式盾构盾构施工技术发展简述88初期开放型手掘式盾构开挖面盾构管片敞开式盾构盾构施工技术发展简述99部分敞开式盾构（网格挤压式盾构）盾构施工技术发展简述1010闭胸式盾构盾构施工技术发展简述1111泥水加压平衡盾构土压平衡盾构盾构施工技术发展简述1212复合盾构（混合盾构）盾构施工技术发展简述1313盾构的起源:1806年，马克·布鲁诺尔（MarcIsambrdBrunel）在蛀虫钻孔并用分泌物涂在四周的启示下，最早提出了盾构掘进隧道的原理并注册了专利。1825年，马克·布鲁诺尔第一次在泰晤士河下用一个断面高6.8米、宽11.4米的矩形盾构修建了第一条盾构法隧道。圆形盾构的开发：1869年，英国人詹尼斯·亨利·格瑞海德（JanesHearyGreathead）用圆形盾构再次在泰晤士河底修建了一条外径为2.18m、长402m的隧道，并第一次采用了铸铁管片。泥浆盾构的开发：1874年，詹尼斯·亨利·格瑞海德（JanesHearyGreathead）开发了液体支撑隧道工作面的盾构，通过液体流，土料以泥浆的形式排出。压缩空气的使用：劳德·考克让施（LordCochrane）按照1828年Callodam向Brunel提出的建议，于1830年发明了气闸，它能使人们从常压空间进入到加压的工作仓。盾构的起源与发展盾构施工技术发展简述1414机械化盾构的开发：第一个机械化盾构的专利是1876年英国人约翰·荻克英森·布伦敦（JohnDickinsonBrunton）和姬奥基·布伦敦（GeorgeBrunton）申请的专利。第一台德国盾构的开发：1896年，德国人哈姬（Haag）在柏林为第一台德国盾构申请了专利。这是一台用液体支撑隧道工作面并把开挖仓密封作为压力仓的盾构。泥水加压盾构的开发与应用：1964年英国摩特·亥(Mott·Hay)和安德森（Anderson）及约翰·巴勒特（John·Bartlett）申请了泥水加压平衡盾构的专利。1967年第一台用刀盘切削土体和水力出渣的泥水盾构在日本投入使用，这台盾构由三菱公司制造，其直径为3.1m。土压平衡盾构的开发：1963年，日本SatoKogyo公司首先开发出土压平衡盾构。1974年第一台土压平衡盾构在日本东京使用，用于掘进长1900m的隧道，该盾构由日本IHI（石川岛播磨）公司制造，其外径为3.72m。复合盾构的开发：1985年，Wsyss&Freytay公司和海瑞克公司申请了复合盾构的专利。盾构施工技术发展简述15151953年，东北阜新煤矿用直径2.6m的手掘式盾构及小混凝土预制块修建疏水巷道这是我国首条用盾构法施工的隧道。1989年，上海地铁施工采用土压平衡及泥水平衡盾构机。1995年，广州地铁一号线施工采用土压平衡及泥水平衡盾构机。1999年，北京在亮马河污水工程首次采用现代土压平衡盾构施工。2001年，北京地铁五号线在雍和宫段进行地铁盾构试验段施工。国内盾构使用里程碑盾构施工技术发展简述1616为了满足在城市繁华地区及一些特殊工程的施工，大量的盾构法施工新技术应运而生。这些新型盾构技术不仅解决了一些常规技术难以解决的施工问题，而且使得盾构技术的效率、精度和安全性都大大提高。这些新技术主要反应在以下三个方面：（1）施工断面的多元化，从常规的单园形向双圆形、三圆形、方形、矩形及复合断面发展。（2）施工新技术，包括进出洞技术、地中对接技术、长距离施工、急曲线施工、扩径盾构施工法、球体盾构施工法等。（3）隧道衬砌新技术，包括压注混凝土衬砌、管片自动化组装、管片接头等技术。盾构施工新技术盾构施工技术发展简述1717盾构施工技术发展简述微型盾构1818双圆盾构盾构施工技术发展简述1919三圆盾构盾构施工技术发展简述2020子母式盾构扩径盾构盾构施工技术发展简述2121球形盾构Ishikawajima-HarimaHeavyIndustriesCo.,Ltd.＜MOREDEEP＞SAVETIMEROTATINGSHIELDMETHODITISAVAILABLETOEXCAVATECONTINUOUSLYFROMSHAFTTOTUNNELVARTICALMACHINEDOWNEXCAVATIONHORIZONTALSHIELDROTATINGINNERMACHINEHORIZONTALSHIELDEXCAVATIONIshikawajima-HarimaHeavyIndustriesCo.,Ltd.＜より長く＞　　　　長　距　離　施　工　　　　ク　ル　ン　工　法ビット交換カッタ部を回転地盤改良不要φ９．４５ｍ泥水式シールド機　　新羽末広幹線　　掘削延長：４４３５ｍASCENDINGSHIELDMACHINEΦ2.28mEPBSHIELDMACHINEFORSWAGETUNNELThe1stMACHINEin2000byIHI盾构施工技术发展简述2222地中直接对接盾构矩形盾构盾构施工技术发展简述2323小半径曲线（急转弯）盾构施工技术发展简述2424V&H盾构T型盾构盾构施工技术发展简述2525盾构选型及北京地铁实用的盾构盾构选型及北京地铁使用的盾构26261、隧道所穿越地层的地质水文条件、隧道所穿越区域地表条件；2、盾构机拟使用地区的水文、地质条件，盾构机技术水平先进可靠并适当超前，符合我国国情；3、能够满足浅埋或超浅埋地铁隧道施工以及穿越大量房屋建筑之下施工的需要；4、盾构机能够适应地下构筑物众多的特点，必要时，可实现隧道（盾构机）内清除或撤换障碍物的施工；5、盾构机在设计方面应考虑地铁隧道施工需要多次拆卸、多次组装和可能应用于多项隧道工程的实际特点。盾构选型及北京地铁使用的盾构盾构选型主要考虑因素2727粘性土及粉土层（粉质粘土、粘质粉土）；砂性土层（粉细砂、中细砂、中砂、中粗砂，部分石英含量大）；砂卵石地层（一般粒径3～5mm,西部5～15mm,最大超过40cm以上）;粘质粉土、粘质粉土、中细砂互层；中砂、粉质粘土、砂卵石互层；局部会碰到强风化岩；上层滞水、潜水;浅层承压水;城市特殊水，主要有雨水、污水管道、自来水管道渗漏水等。盾构选型及北京地铁使用的盾构北京地区地层特点2828典型地层：砂砾石/砂卵石地层典型地层：砂砾石、沙层与粘土/粉土互层典型地层：粉细沙～粉土～粘土地层盾构选型及北京地铁使用的盾构2929所处位置：16.8m~18m最大粒径：550mm地铁九号丰台南路站地勘资料盾构选型及北京地铁使用的盾构3030面板式刀盘目前北京地铁盾构施工均采用土压平衡盾构，刀盘形式有主要有面板式、辐条式、带滚刀的复合盾构三种。大开口率刀盘盾构选型及北京地铁使用的盾构3131辐条刀盘带滚刀的刀盘盾构选型及北京地铁使用的盾构3232开挖面土、水刀盘千斤顶管片刀盘驱动土仓螺旋输送机管片拼装机134576891011121314215刀盘盾体管片台车1台车2台车3台车4台车5皮带运输机盾构选型及北京地铁使用的盾构3333土压平衡盾构原理示意图土压平衡盾构是指在推进时靠由刀盘切削下来的土体使开挖面地层保持稳定的一类盾构。盾构推进时，向土仓内注入添加剂与开挖面切削下来的土体在土仓内充分搅拌，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流体。依靠控制和调节推进速度、螺旋输送机转速，控制土仓内泥土形成的压力，与开挖面上的土、水压力相抗衡，同时一边掘进一边出土，排土量等于开挖量，使开挖面地层始终保持相对稳定，从而实现盾构机始终在保持动态平衡的条件下连续向前推进。土压平衡盾构工作原理实现的关键在于土仓内切削下来的土体，必须具有适当的塑性流动性和较低的透水性。因而针对不同地质条件，向土仓内添加材料以调整土仓内弃土的塑流性和透水性，保证螺旋输送机排土顺畅，是实现土压动态平衡的关键。盾构选型及北京地铁使用的盾构3434盾构施工准备盾构施工准备3535盾构施工准备主要包括如下几个方面:技术准备物资准备人员准备场地布置盾构施工准备盾构施工准备3636了解工程条件编制施工组织设计地面建筑物与地下管线调查风险源识别与分析，编制专项方案编制项目进度计划制定盾构施工过程管理与控制目标编制盾构施工辅助工程（包括进出洞、联络通道和其它附属工程、盾构防水等）专项施工方案建立质量保证体系与绿色、环保和文明施工体系盾构施工准备技术准备3737盾构机及大型运输、吊装设备盾构施工配套垂直运输设备、水平运输设备（龙门吊、电瓶车、管片车、渣土车等）浆液制备与泵送设备（搅拌站、浆液输送泵、浆液车）盾构始发、过站、接收用钢结构（反力架、反力环、基座、过站小车）盾构服务管线及运输通道（供水管、排水管、盾构机供电电缆、隧道内照明、轨道、枕木、走道板、管钩等）盾构配件及耗材（刀具、配件、盾尾密封脂、泡沫、膨润土、润滑油脂等）现场临时用电、临时用水材料，应急发电设备。场地内装载、搬运设备（装载机、叉车、挖掘机）工地通用机械（空压机、电焊机、切割机等）盾构施工准备物资准备3838建立组织机构制定岗位职责管理人员安全教育、业务培训作业工人安全教育、业务培训持证上岗所有人员签订劳动合同，办理工伤等各项保险盾构施工准备人员准备3939盾构施工场地布置应统筹考虑，协调合理，绿色施工。主要包括：垂直运输系统、拌浆系统、临时水电系统、冷却系统、排水系统、消防系统、弃土坑、管片堆场及其他设施等。沉淀池冷却塔弃土坑搅拌站管片堆场充电间50吨龙门吊始发井箱变盾构施工准备场地布置4040龙门吊冷却塔浆液搅拌站塔吊盾构施工准备4141箱变充电间弃土坑管片堆场盾构施工准备4242盾构施工主要工艺流程有：下井组装联动调试初始掘进正常掘进到达接收解体吊装盾构过站管片生产施工工艺及控制要点盾构施工工艺及控制要点4343盾构始发井施工盾构主机下井组装整体始发，台车下井组装联动调试初始掘进正常掘进分体始发，台车地面组装车架转换到达接收解体吊装盾构施工工艺流程图施工工艺及控制要点4444吊装设备就位组装场地的准备始发基座安装与轨道铺设台车吊装与管线连接主机吊装与连接安装反力架主机定位与台车连接空载调试安