城市地鐵隧道盾構(gòu)施工技術(shù)探討(共25頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘 要地下鐵道具有運(yùn)量大、速度快、噪音小、污染輕、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。大城市逐步形成了目前以地下鐵道為主體，多種軌道交通類型并存的現(xiàn)代城市軌道交通新格局。盾構(gòu)法施工具有安全可靠、機(jī)械化程度高、工作環(huán)境好、土方量少、進(jìn)度快、施工成本低等優(yōu)點(diǎn)，尤其在地質(zhì)條件復(fù)雜、地下水位高而隧道埋深較大時(shí)，只能依賴盾構(gòu)。盾構(gòu)施工的關(guān)鍵之一是確定盾構(gòu)的類型及其配置。盾構(gòu)的選型是一項(xiàng)綜合性的工作，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)水文情況、工期、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境保護(hù)、安全、可靠等各種因數(shù)綜合考慮。選擇合適的盾構(gòu)類型，配置合理的輔助設(shè)備，才能確保隧道工程施工的順利完成。本文根據(jù)某地鐵區(qū)間隧道的工程條件、地質(zhì)情況、進(jìn)度要求等提出

2、了盾構(gòu)選型的方法及步驟，并比照類似的工程實(shí)例，研究確定某地鐵某盾構(gòu)區(qū)間的盾構(gòu)類型、刀具的型式、刀盤的布局，并闡述泥水盾構(gòu)的不同工作模式，以及盾構(gòu)的廠家的確定。盾構(gòu)機(jī)的類型和廠家確定后，為了確保所選盾構(gòu)機(jī)的性能滿足工程施工的要求，對(duì)所選盾構(gòu)機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了復(fù)核計(jì)算，保證盾構(gòu)性能可靠地滿足施工要求。對(duì)本工程的盾構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行了具體研究，就盾構(gòu)在砂礫層中的掘進(jìn)、在曲線地段的推進(jìn)、在推進(jìn)過程中的蛇形和滾動(dòng)等特殊問題提出了解決方法。本課題不僅對(duì)某市地鐵某盾構(gòu)區(qū)段的盾構(gòu)施工具有實(shí)際指導(dǎo)意義，而且對(duì)同類工程盾構(gòu)施工具有很好的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：盾構(gòu) 盾構(gòu)選型 施工技術(shù)目 錄專心-專注-專業(yè)第1章 緒 論1.

3、1 課題研究背景與意義20世紀(jì)下半葉以來，伴隨著世界范圍內(nèi)的城市化進(jìn)程，伴隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市建設(shè)快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市人口急劇膨脹，許多城市不同程度上出現(xiàn)了用地緊張，生存空間擁擠，交通堵塞，給城市生活帶來了很大的影響，也制約著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，充分開發(fā)地下空間成為現(xiàn)代城市可持續(xù)發(fā)展的必要手段。盾構(gòu)隧道開挖是城市地下施工的主要手段，盾構(gòu)施工是在一個(gè)能支撐地層壓力而又能在地層中推進(jìn)的圓形或矩形或馬蹄形等特殊形狀鋼筒結(jié)構(gòu)，在它的掩護(hù)下，完成挖掘、出土、隧道支護(hù)等工作，它的最大的特點(diǎn)就是整個(gè)隧道掘進(jìn)過程都是在這個(gè)被稱做護(hù)盾的鋼結(jié)構(gòu)的掩護(hù)下完成的，可以最大限度地避免坍塌和地面

4、塌陷。與傳統(tǒng)的隧道掘進(jìn)技術(shù)相比，盾構(gòu)法施工具有安全可靠、機(jī)械化程度高、工作環(huán)境好、土方量少、進(jìn)度快、施工成本低等優(yōu)點(diǎn)，尤其在地質(zhì)條件復(fù)雜、地下水位高而隧道埋深較大時(shí)，只能依賴盾構(gòu)。隨著隧道工程對(duì)施工質(zhì)量和環(huán)保要求的逐步提高，現(xiàn)代盾構(gòu)己演變成為一種高度智能化，集機(jī)、電、液、光、計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的大型工程機(jī)械裝備。在發(fā)達(dá)國家盾構(gòu)法施工的隧道已占隧道總量的90%以上。我國在盾構(gòu)施工隧道的關(guān)鍵設(shè)備和施工技術(shù)方面與發(fā)達(dá)國家相比存在著較大的差距，為盡快提高我國盾構(gòu)掘進(jìn)水平使我國在先進(jìn)隧道施工技術(shù)方面占世界一席之地，那么對(duì)于盾構(gòu)技術(shù)在城市地鐵施工中的應(yīng)用研究就顯得尤為重要。1.2 盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀從

5、盾構(gòu)施工法的定義:使用盾構(gòu)機(jī)在地下掘進(jìn)，邊防止開挖面土砂崩塌，邊在機(jī)內(nèi)安全的進(jìn)行開挖作業(yè)和襯砌作業(yè)，從而構(gòu)筑成隧道的施工法。按照這個(gè)定義，盾構(gòu)施工法是由穩(wěn)定開挖面、盾構(gòu)機(jī)挖掘和襯砌三大要素組成。那么縱觀盾構(gòu)隧道掘進(jìn)190來年的發(fā)展史看，盾構(gòu)隧道施工法和盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的改進(jìn)都是在圍繞著:地層穩(wěn)定和地面沉降控制;機(jī)械化、自動(dòng)化掘進(jìn)和掘進(jìn)速度;襯砌和隧道質(zhì)量，這三個(gè)要素進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的改進(jìn)和施工方法的革命。傳統(tǒng)的盾構(gòu)法是把這三個(gè)要素分別獨(dú)立考慮的，把地層穩(wěn)定處理作為盾構(gòu)的輔助方法，主要有降低地下水位法、改良地基法、凍結(jié)法及氣壓法等。在盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)本身結(jié)構(gòu)上沒有考慮對(duì)地層穩(wěn)定的影響或減少和防止地面沉降，盾構(gòu)

6、一般為敞胸式結(jié)構(gòu)。但是，這樣的盾構(gòu)很難滿足在城市內(nèi)施工時(shí)的各種要求，特別是關(guān)系到地面建筑安全的地面沉降問題，所以，下一代盾構(gòu)閉胸式盾構(gòu)就應(yīng)運(yùn)而生了。現(xiàn)代盾構(gòu)的一個(gè)最為顯著的特點(diǎn)就是統(tǒng)籌考慮盾構(gòu)法的這三個(gè)要素，用盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)設(shè)備本身解決工作面穩(wěn)定的問題。現(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)采用了類似機(jī)器人的技術(shù)，如控制、遙控、傳感器、導(dǎo)向、測量、探測、通訊技術(shù)等，集機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開挖削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導(dǎo)向糾偏等多種功能。在許多情況下盾構(gòu)施工的綜合施工成本比人工開挖施工低得多，而掘進(jìn)速度高得多?？梢哉f，盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是目前世界上最先進(jìn)的隧道掘進(jìn)設(shè)備，適用于軟土、礫石、硬巖等不同地質(zhì)構(gòu)

7、造的隧道暗挖;盾構(gòu)法施工己是一門很成熟的地下工程施工技術(shù)，已成為大多數(shù)地下隧道工程施工首選的常規(guī)技術(shù)。1.3 本文研究的思路及主要內(nèi)容面對(duì)21世紀(jì)我國城市地下空間的大量開發(fā)利用，城市地鐵的大規(guī)模建設(shè)，盾構(gòu)法施工與傳統(tǒng)隧道開挖方法比較，因其具有開挖快、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)、有利于環(huán)境保護(hù)和降低勞動(dòng)強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，那么地鐵區(qū)間隧道施工越越多的采用盾構(gòu)法無疑是最好的選擇。面對(duì)近年來我國的盾構(gòu)隧道工程的社會(huì)需求量極大，從業(yè)新軍(單位、人員)的數(shù)量猛增，所以，無論是使我國的盾構(gòu)技術(shù)趕上國際水平還是新軍提高業(yè)務(wù)素質(zhì)，都表明對(duì)于盾構(gòu)技術(shù)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用的研究很有必要。本文研究的內(nèi)容是盾構(gòu)技術(shù)在城市地鐵隧道施工中的

8、應(yīng)用。包括:1.盾構(gòu)的選型與相應(yīng)的配置:介紹盾構(gòu)的構(gòu)造和分類的基礎(chǔ)上，探討盾構(gòu)選型的依據(jù)和選型的原則，并在此基礎(chǔ)上確定盾構(gòu)的相應(yīng)配置。2.盾構(gòu)隧道的施工技術(shù):(1)盾構(gòu)施工過程；(2)特殊地段的施工。第2章 盾構(gòu)的選型與相應(yīng)的配置2.1 盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)造盾構(gòu)的基本構(gòu)造主要分為盾構(gòu)殼體、推進(jìn)系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)三大部分，見簡單的手掘式盾構(gòu)的基本構(gòu)造圖2.1。圖2.1 盾構(gòu)基本構(gòu)造示意圖2.1.1盾構(gòu)殼體從工作面開始可分為切口環(huán)、支承環(huán)和盾尾三部分。(1)切口環(huán)切口環(huán)位于盾構(gòu)的最前端，起開挖和擋土作用，施工時(shí)最先切入地層并掩護(hù)開挖作業(yè)，部分盾構(gòu)切口環(huán)前端還設(shè)有刃口以減少切入地層的擾動(dòng)。切口環(huán)保持工作面的穩(wěn)定

9、，并作為把開挖下來的土砂向后方運(yùn)輸，因此，采用機(jī)械化開挖、土壓式、泥水加壓式盾構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)開挖下來土砂的狀態(tài)，確定切口環(huán)的形狀、尺寸。(2)支承環(huán)支承環(huán)緊接于切口環(huán)，是一個(gè)剛性很好的圓形結(jié)構(gòu)。地層壓力、千斤頂?shù)姆醋饔昧?，以及切口入土正面阻力、襯砌拼裝時(shí)的施工載荷等承受作用于盾構(gòu)上的全部載荷。在支承環(huán)外沿布置有盾構(gòu)千斤頂，中間布置拼裝機(jī)及部分液壓設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備、操縱控制臺(tái)。當(dāng)切口環(huán)壓力高于常壓時(shí)，在支承環(huán)內(nèi)要布置人行加、減壓艙。支承環(huán)的長度應(yīng)不小于固定盾構(gòu)千斤頂所需的長度，對(duì)于有刀盤的盾構(gòu)還要考慮安裝切削刀盤的軸承裝置、驅(qū)動(dòng)裝置和排土裝置的空間。(3)盾尾盾尾主要用于掩護(hù)管片的安裝工作。盾尾末端

10、設(shè)有密封裝置，以防止水、土及壓注材料從盾尾與襯砌間隙進(jìn)入盾構(gòu)內(nèi)。盾尾密封裝置損壞、失效時(shí)，在施工中途必須進(jìn)行修理更換，盾尾長度要滿足上述各項(xiàng)工作的進(jìn)行。2.1.2推進(jìn)機(jī)構(gòu)盾構(gòu)掘進(jìn)的動(dòng)力是靠液壓系統(tǒng)帶動(dòng)千斤頂?shù)耐七M(jìn)機(jī)構(gòu)，它是盾構(gòu)重要的基本構(gòu)造之一。(l)盾構(gòu)千斤頂?shù)倪x擇和配置盾構(gòu)千斤頂?shù)倪x擇和配置應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)的靈活性、管片的構(gòu)造、拼裝管片的作業(yè)條件等來決定。(2)千斤頂數(shù)量千斤頂?shù)臄?shù)量根據(jù)盾構(gòu)直徑、千斤頂推力、管片的結(jié)構(gòu)、隧道軸線的情況綜合考慮。一般情況下，中小型盾構(gòu)每只千斤頂?shù)耐屏?001500kN，在大型盾構(gòu)中每只千斤頂?shù)耐屏Χ酁?0002500kN。(3)千斤頂?shù)男谐潭軜?gòu)千斤頂?shù)男谐虘?yīng)考慮

11、到盾尾管片拼裝及曲線施工等因素，通常取管片寬度加上100mm200mm的余量。另外，成環(huán)管片有一塊封頂塊，若采用縱向全插入封頂時(shí)，在相應(yīng)的封頂塊位置應(yīng)布置雙節(jié)千斤頂，其行程約為其它千斤頂?shù)囊槐?，以滿足拼裝成環(huán)所需。(4)千斤頂?shù)乃俣榷軜?gòu)千斤頂?shù)乃俣缺仨毟鶕?jù)地質(zhì)條件和盾構(gòu)形式?jīng)Q定，一般取50mm/min左右，且可無級(jí)調(diào)速。為了提高工作效率，千斤頂?shù)幕乜s速度要求越快越好。(5)千斤頂塊盾構(gòu)千斤頂活塞的前端必須安裝頂塊，頂塊必須采用球面接頭，以便將推力均勻、分布在管片的環(huán)面。其次，還必須在頂塊與管片的接觸面上安裝橡膠或柔性材料的墊板，對(duì)管片環(huán)面起到保護(hù)作用。2.1.3管片拼裝機(jī)管片拼裝機(jī)俗稱舉重臂，

12、是盾構(gòu)的主要設(shè)備之一，常以液壓為動(dòng)力。為了能將管片按照設(shè)計(jì)所需要的位置，安全、迅速地進(jìn)行拼裝，拼裝機(jī)在鉗捏住管片后，還必須具備沿徑向伸縮、前后平移和3600(左右疊加)旋轉(zhuǎn)等功能。拼裝機(jī)的形式有環(huán)形、中空軸形、齒輪齒條形等，一般常用環(huán)型拼裝機(jī)。這種拼裝機(jī)安裝在支承環(huán)后部，或者盾構(gòu)千斤頂撐板附近的盾尾部，它如同一個(gè)可自由伸縮的支架，安裝在具有支承滾輪的、能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的中空圓環(huán)上的機(jī)械手。該形式中間空間大，便于安裝出土設(shè)備。2.1.4真圓保持器盾構(gòu)向前推進(jìn)時(shí)管片就從盾尾部脫出，管片受到自重和土壓的作用會(huì)產(chǎn)生變形，當(dāng)該變形量很大時(shí)，己成環(huán)管片與拼裝環(huán)在拼裝時(shí)就會(huì)產(chǎn)生高低不平，給安裝縱向螺栓帶來困難，為了

13、避免管片產(chǎn)生高低不平的現(xiàn)象，就有必要讓管片保持真圓，該裝置就是真圓保持器。真圓保持器支柱上裝有上、下可伸縮的千斤頂和圓弧形的支架，它在動(dòng)力車架挑出的梁上是可以滑動(dòng)的。當(dāng)一環(huán)管片拼裝成環(huán)后，就將真圓保持器移到該管片環(huán)內(nèi)，支柱的千斤頂使支架圓弧面密貼管片后，盾構(gòu)就可進(jìn)行下一環(huán)的推進(jìn)。盾構(gòu)推進(jìn)后圓環(huán)不易產(chǎn)生變形而保持著真圓狀態(tài)。2.2 盾構(gòu)機(jī)的分類盾構(gòu)是修建隧道的正面支護(hù)掘進(jìn)和襯砌拼裝的專用機(jī)具，盾構(gòu)類型可以有不同的分類方法：根據(jù)開挖面的挖掘方式可分為手掘式、半機(jī)械挖掘式和機(jī)械挖掘式；根據(jù)切削面上的擋土方式可分為敞開性方式和封閉性方式；根據(jù)向開挖面施加壓力的方式，可分為氣壓平衡式、泥水加壓平衡式和土

14、壓平衡式盾構(gòu)。現(xiàn)在介紹三種常用的機(jī)械式盾構(gòu)：(1)局部氣壓式盾構(gòu)(見圖2.2)圖2.2 局部氣壓式盾構(gòu)示意圖這種盾構(gòu)系在開胸機(jī)械式盾構(gòu)的切口環(huán)和支承環(huán)之間裝上隔板，使切口環(huán)部分形成一個(gè)密封艙，艙中輸入壓縮空氣，以平衡開挖面的土壓力，保證正面土體自立而不坍塌。氣壓是為了疏干地下水，改變土體的物理性能有利于施工，用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工，首先是要解決切口前開挖面的穩(wěn)定，加局部氣壓是使正面土體穩(wěn)定的方法，從而代替了在隧道內(nèi)加氣壓的全氣壓施工方法。這樣，襯砌拼裝和隧道內(nèi)其他施工人員，就可不在氣壓條件下工作，這無疑有很大的優(yōu)越性。(2)泥水式盾構(gòu)圖2.3 泥水式盾構(gòu)若在上述局部氣壓的密(如圖2.3為泥水式盾

15、構(gòu)，泥水加壓平衡式盾構(gòu))封艙內(nèi)用泥水或泥漿來代替壓縮空氣，這樣既可利用泥水壓力來支撐開挖面土體，又可大大減少泄漏。刀盤切削下來的土在泥水中經(jīng)過攪拌機(jī)攪拌，用雜質(zhì)泵將泥漿通過管道輸送到地面集中處理，這樣就解決了連續(xù)出土的技術(shù)難題，泥水盾構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。但泥水盾構(gòu)的輔助配套設(shè)備多，首先要有一套自動(dòng)控制和泥水輸送系統(tǒng)，其次還要有一套泥水處理系統(tǒng)，所以泥水盾構(gòu)的設(shè)備費(fèi)用較大。這是它的主要缺點(diǎn)，但反而言之，象泥水處理系統(tǒng)這樣的輔助設(shè)備可重復(fù)利用，經(jīng)濟(jì)上還是可行的。(3)土壓平衡式盾構(gòu)(見圖2.4)這種盾構(gòu)又稱削土密封式或泥土加壓式盾構(gòu)，是在上述兩種機(jī)械式盾構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的適用于含水飽和軟弱地層

16、中施工的新型盾構(gòu)。該盾構(gòu)的前端也是一個(gè)全斷面切削刀盤，在盾構(gòu)中心或下部有一個(gè)長筒形螺旋輸送機(jī)的進(jìn)土口，其出口在密封艙外。所謂土壓平衡，就是盾構(gòu)密封艙內(nèi)始終充滿了用刀盤切削下來的土，并保持一定壓力平衡開挖面的土壓力。圖2.4 土壓平衡盾構(gòu)示意圖螺旋輸送機(jī)靠轉(zhuǎn)速來控制出土量，出土量要密切配合刀盤的切削速度，以保持密封艙內(nèi)充滿泥土而又不致過于飽和。這種盾構(gòu)避免了局部氣壓盾構(gòu)的主要缺點(diǎn)，也省略了泥水加壓盾構(gòu)投資較大的缺點(diǎn)，至今，土壓平衡盾構(gòu)與泥水加壓平衡盾構(gòu)，已成為比較成熟、可靠的新型設(shè)備，廣泛地在隧道施工中予以應(yīng)用。2.3 盾構(gòu)機(jī)的選型盾構(gòu)機(jī)的選型直接決定盾構(gòu)法施工工程是事半功倍還是事倍功半，不宜湊

17、合使用。從上述介紹可知，盾構(gòu)的類型很多，不同的類型、不同的工法，地質(zhì)不同所以在盾構(gòu)選型也不同。在城市地鐵施工中主要采用泥水盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)。針對(duì)某城市的工程條件及工程地質(zhì)特點(diǎn)、難點(diǎn)，盾構(gòu)機(jī)應(yīng)該具備以下功能特點(diǎn)才能滿足施工的需要：(l)基本功能要求要求盾構(gòu)具有開挖系統(tǒng)、出碴系統(tǒng)、管片安裝系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量導(dǎo)向系統(tǒng)等基本功能。根據(jù)該盾構(gòu)區(qū)間地質(zhì)特點(diǎn)，盾構(gòu)機(jī)需適應(yīng)飽水砂層，又能適應(yīng)局部夾卵石的礫砂層。(2)對(duì)地質(zhì)的適應(yīng)性要求盾構(gòu)在飽水砂層、局部夾雜卵石礫砂層中施工及江底隧道施工時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮以下功能：主軸承密封要求有足夠的抗水壓能力，同時(shí)要求盾尾密封有足夠的抗?jié)B性，能夠滿足下穿

18、某河施工要求；足夠的刀盤驅(qū)動(dòng)扭矩和盾構(gòu)推力；合理的刀盤及刀具設(shè)計(jì)，刀盤開口率足夠，開口位置合理；盾構(gòu)機(jī)具備超前注漿能力，以保證加固刀盤前面地層；盾構(gòu)本體在壓力狀態(tài)下的防水密封性能；(3)特殊地段的通過能力在該區(qū)段所指的特殊地段，指的是以下幾種：隧道穿越很大比例飽水礫砂地層該標(biāo)段將穿越很大比例飽水礫砂層。這種地層對(duì)刀盤的磨損影響比較嚴(yán)重，要求刀盤具備良好的耐磨性，將對(duì)刀盤堆焊耐磨網(wǎng)格，同時(shí)夾雜的圓礫對(duì)刀具布置要求更嚴(yán)格。下穿越某河大埋深富水地段要求盾構(gòu)機(jī)能靈活地調(diào)整刀盤的扭矩和盾構(gòu)的推力、防噴涌的能力以及刀具的適應(yīng)能力。另一方面對(duì)盾構(gòu)機(jī)主軸承密封和盾尾密封要求有較高的抗水壓能力。(4)精確的方向

19、控制該區(qū)間盾構(gòu)施工區(qū)間里程較長，要求盾構(gòu)的導(dǎo)向系統(tǒng)具有很高的精度，以保證線路方向的正確性。盾構(gòu)方向的控制包括兩個(gè)方面:一是盾構(gòu)本身能進(jìn)行糾偏、轉(zhuǎn)向;二是采用先進(jìn)的激光導(dǎo)向技術(shù)，保證盾構(gòu)掘進(jìn)方向的正確。(5)環(huán)境保護(hù)盾構(gòu)法施工的環(huán)境保護(hù)包括兩個(gè)方面:首先是盾構(gòu)施工時(shí)對(duì)周圍自然環(huán)境的保護(hù)，即地面沉降滿足設(shè)計(jì)要求，無大的噪聲、震動(dòng)等;再者要求盾構(gòu)施工時(shí)使用的輔助材料不能對(duì)環(huán)境造成污染。(6)掘進(jìn)速度滿足計(jì)劃工期要求根據(jù)工期安排，要求盾構(gòu)機(jī)有完善的性能，確保施工順利進(jìn)行，同時(shí)盾構(gòu)機(jī)速度性能要求較高。擬投入該區(qū)段的盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)最大速度V max=80mm/min。(7)設(shè)備可靠性、技術(shù)先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一

20、盾構(gòu)的可靠性是工程施工的重要保障，盾構(gòu)的關(guān)鍵部件必須在施工過程中萬無一失，做到百分之百的可靠。盾構(gòu)機(jī)的可靠性表現(xiàn)在以下方面：整體設(shè)計(jì)的可靠性，即地質(zhì)的適應(yīng)性；設(shè)備本身的性能、質(zhì)量、使用壽命等的可靠性。第3章 城市地鐵盾構(gòu)隧道的施工技術(shù)3.1盾構(gòu)施工過程以某市某盾構(gòu)區(qū)間為例來說明。該盾構(gòu)區(qū)間為單線雙洞隧道，全長2846.9單線延長米，采用盾構(gòu)法施工。根據(jù)本區(qū)段工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，該區(qū)間采用一臺(tái)泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)，完成區(qū)間隧道掘進(jìn)任務(wù)。此區(qū)間將東站盾構(gòu)始發(fā)井作為盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)地，從右線始發(fā)向西站掘進(jìn)，到達(dá)西站后，將盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)場回東站，再從東站左線始發(fā)向西站掘進(jìn)，最后到達(dá)西站;盾構(gòu)掘進(jìn)線路示意圖見圖3

21、.1。圖3.1 盾構(gòu)掘進(jìn)線路示意圖3.1.1盾構(gòu)機(jī)的組裝與調(diào)試1. 盾構(gòu)機(jī)的組裝與調(diào)試盾構(gòu)機(jī)組裝調(diào)試程序見圖3.2。2. 盾構(gòu)機(jī)組裝順序本工程盾構(gòu)機(jī)組裝采用整機(jī)一次組裝完成后再調(diào)試始發(fā)的方式進(jìn)行。在始發(fā)盾構(gòu)組裝時(shí)，直接將盾構(gòu)分段吊放置始發(fā)井底的始發(fā)臺(tái)上組裝調(diào)試，為：拖車下井后移連結(jié)橋下井后移主機(jī)下井組裝與連結(jié)橋、拖車連結(jié)一連結(jié)其它部件。3.盾構(gòu)組裝技術(shù)措施(l)盾構(gòu)組裝前必須制定詳細(xì)的組裝方案與計(jì)劃，同時(shí)組織有經(jīng)驗(yàn)的經(jīng)過技術(shù)培訓(xùn)的人員組成組裝班組。(2)組裝前應(yīng)對(duì)始發(fā)基座進(jìn)行精確定位，帶吊機(jī)工作區(qū)應(yīng)鋪設(shè)鋼板，防止地層不均勻沉陷。(3)大件組裝時(shí)應(yīng)對(duì)始發(fā)井端頭墻進(jìn)行嚴(yán)密的觀測，掌握其變形與受力狀

22、態(tài)。(4)大件吊裝時(shí)必須有9噸以上的吊車輔助翻轉(zhuǎn)。圖3.2 盾構(gòu)組裝、調(diào)試程序框圖4.盾構(gòu)機(jī)調(diào)試(1)空載調(diào)試盾構(gòu)機(jī)組裝和連接完畢后，即可進(jìn)行空載調(diào)試，空載調(diào)試的目的主要是檢查設(shè)備是否能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。主要調(diào)試內(nèi)容為:液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)，泥漿系統(tǒng)，以及各種儀表的校正。電氣部分運(yùn)行調(diào)試：檢查送電檢查電機(jī)分系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與試運(yùn)行整機(jī)試運(yùn)行再次調(diào)試。液壓部分運(yùn)行調(diào)試：推進(jìn)和鉸接系統(tǒng)管片安裝機(jī)管片吊機(jī)和拖拉小車泡沫、膨潤土系統(tǒng)和刀盤加水注漿系統(tǒng)泥漿系統(tǒng)等。(2)負(fù)載調(diào)試空載調(diào)試證明盾構(gòu)機(jī)具有工作能力后即可進(jìn)行負(fù)載調(diào)試。負(fù)載調(diào)試的主要目的是檢查各種管線及密封的負(fù)載能力;對(duì)空載調(diào)試不

23、能完成的工作進(jìn)一步完善，以使盾構(gòu)機(jī)的各個(gè)工作系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)達(dá)到滿足正常生產(chǎn)要求的工作狀態(tài)。通常試掘進(jìn)時(shí)間即為對(duì)設(shè)備負(fù)載調(diào)試時(shí)間。負(fù)載調(diào)試時(shí)將采取嚴(yán)格的技術(shù)和管理措施保證工程安全、工程質(zhì)量和線型精度。3.1.2盾構(gòu)始發(fā)1.盾構(gòu)始發(fā)流程圖盾構(gòu)始發(fā)按圖3.3流程進(jìn)行。圖3.3 始發(fā)流程框圖2.盾構(gòu)始發(fā)總體方案盾構(gòu)采用整機(jī)始發(fā)。在盾構(gòu)完成試掘進(jìn)后，進(jìn)入正常掘進(jìn)階段。拆除盾構(gòu)井內(nèi)的負(fù)環(huán)管片、反力架等。在盾構(gòu)始發(fā)時(shí)，管片、管線、砂漿等材料從預(yù)留出土口吊入隧道內(nèi)，然后由電瓶車牽引編組列車將管片、管線、砂漿運(yùn)抵工作面。泥漿管路及電纜線路均從預(yù)留口接入隧道內(nèi)盾構(gòu)工作面。在拆除負(fù)環(huán)管片后，盾構(gòu)隧道進(jìn)排泥管線均移至

24、盾構(gòu)工作井，軌線管片等材料從盾構(gòu)工作井吊入，砂漿從盾構(gòu)工作井放入編組列車的砂漿車內(nèi)。盾構(gòu)在切入土體時(shí)，為確保利用上部千斤頂，整體向前推進(jìn)，負(fù)環(huán)管片設(shè)置為全環(huán)閉口環(huán)，錯(cuò)縫拼裝。拼裝負(fù)環(huán)管片前先安裝反力架和負(fù)環(huán)鋼環(huán)。盾構(gòu)整機(jī)始發(fā)方案示意如圖3.4。為防止盾構(gòu)始發(fā)時(shí)側(cè)翻失穩(wěn)，在盾構(gòu)機(jī)左右兩側(cè)設(shè)置防翻支撐，支撐底部與始發(fā)基座相連，上部支撐在盾構(gòu)機(jī)上。為防止負(fù)環(huán)管片失圓，造成盾構(gòu)始發(fā)時(shí)管片與洞門圈間隙不均，在防翻支撐上設(shè)置縱向工字鋼，在工字鋼上設(shè)置鋼楔塊支撐管片，防止負(fù)環(huán)管片失圓。3.始發(fā)設(shè)施的安裝(l)始發(fā)基座安裝在洞門鑿除完成之后，依據(jù)隧道設(shè)計(jì)線定出盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)空間位置，然后反推出始發(fā)基座的空間位置

25、。由于基座在盾構(gòu)始發(fā)時(shí)要承受縱向、橫向的推力以及抵抗盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)的扭矩。所以在盾構(gòu)始發(fā)之前，必須對(duì)始發(fā)基座兩側(cè)進(jìn)行必要的加固。加固的方式見圖3.5。始發(fā)基座的安裝高程根據(jù)端頭地質(zhì)情況進(jìn)行適當(dāng)抬高。圖3.4 盾構(gòu)整機(jī)始發(fā)方案示意圖圖3.5 盾構(gòu)始發(fā)基座示意圖(2)接長導(dǎo)向軌道的安裝在始發(fā)基座安裝后，由于始發(fā)基座的基準(zhǔn)導(dǎo)軌前端與前方土體之間有約1.5m的距離(即盾構(gòu)工作井端墻厚度和為方便洞門臨時(shí)密封裝置安裝而留的空隙)，為保證盾構(gòu)安全及準(zhǔn)確始發(fā)，在洞圈內(nèi)與始發(fā)基座導(dǎo)向軌道相應(yīng)位置安裝二根接長導(dǎo)向軌道，安裝傾角位置與基準(zhǔn)導(dǎo)向軌道一致，并采用膨脹螺栓牢固地固定導(dǎo)軌。(3)洞門臨時(shí)密封裝置盾構(gòu)在始發(fā)過程中，

26、為防止泥水或地下水從洞門圈與盾構(gòu)殼體間的空隙竄入盾構(gòu)工作井內(nèi)，影響盾構(gòu)機(jī)開挖面土倉壓力(泥水壓力)、開挖面土體的穩(wěn)定，盾構(gòu)始發(fā)前必須在洞門處設(shè)置性能良好的密封裝置。經(jīng)施工實(shí)踐證明，折葉式密封壓板有受力好、密封好、操作簡單、剛度好、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。(4)反力設(shè)施安裝在盾構(gòu)主機(jī)與后配套連接之前，開始進(jìn)行反力架的安裝。由于反力架為盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)提供反推力，在安裝反力架時(shí)，反力架端面應(yīng)與始發(fā)基座水平軸垂直，以便盾構(gòu)軸線與隧道設(shè)計(jì)軸線保持平行。對(duì)反力架固定前應(yīng)按設(shè)計(jì)對(duì)其進(jìn)行精確的定位。反力架與工作井結(jié)構(gòu)連接部位的間隙用高強(qiáng)素硅墊實(shí)，以保證反力架腳板有足夠的受力面，負(fù)環(huán)硅管片緊靠在反力架上。以保證混凝土負(fù)環(huán)

27、管片受力均勻。4.始發(fā)掘進(jìn)技術(shù)要點(diǎn)(1)在盾尾殼體內(nèi)安裝管片支撐墊塊，為管片在盾尾內(nèi)的定位做好準(zhǔn)備。管片安裝見圖3. 6。圖3.6 管片安裝示意圖(2)安裝前，在盾尾內(nèi)側(cè)標(biāo)出第一環(huán)管片的位置和封頂塊的位置，然后從下至上安裝第一環(huán)管片，安裝時(shí)要注意使管片的位置與標(biāo)出位置相對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度一定要符合設(shè)計(jì)，換算位置誤差不能超過10mm。(3)安裝拱部的管片時(shí)，由于管片支撐不足，要及時(shí)加固。(4)八環(huán)負(fù)環(huán)管片拼裝完成后，用推進(jìn)油缸把管片推出盾尾，并施加一定的推力把管片壓緊在反力架上，即可開始下一環(huán)管片的安裝。(5)管片在被推出盾尾時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行支撐加固，防止管片下沉或失圓。同時(shí)也要考慮到盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)可能產(chǎn)生

28、的偏心力，因此支撐應(yīng)盡可能的穩(wěn)固。(6)當(dāng)?shù)侗P抵?jǐn)n掌子面時(shí)，推進(jìn)油缸已經(jīng)可以產(chǎn)生足夠的推力穩(wěn)定管片后，再把管片定位塊取掉。(7)在始發(fā)階段要注意推力、扭矩的控制，同時(shí)也要注意各部位油脂的有效使用。掘進(jìn)總推力應(yīng)控制在反力架承受能力以下，同時(shí)確保在此推力下刀具切入地層所產(chǎn)生的扭矩小于始發(fā)臺(tái)提供的反扭矩。泥水壓力的設(shè)定是泥水平衡盾構(gòu)施工的關(guān)鍵，維持和調(diào)整壓力值又是盾構(gòu)推進(jìn)操作中的重要環(huán)節(jié)，其中包括推力、推進(jìn)速度和排泥量三者的相互關(guān)系，以及對(duì)盾構(gòu)施工軸線和地層變形量的控制也比較重要。盾構(gòu)試掘進(jìn)過程中，要根據(jù)不同地質(zhì)條件、覆土厚度、地面情況設(shè)定泥水壓力，選定泥水性能指標(biāo)，并根據(jù)地表隆陷監(jiān)測結(jié)果及時(shí)調(diào)整泥

29、水壓力和性能。3.1.3盾構(gòu)掘進(jìn)1.盾構(gòu)試掘進(jìn)盾構(gòu)開始掘進(jìn)的45m稱為試掘進(jìn)段。掘進(jìn)完成90米后開始拆除負(fù)環(huán)管片，通過試掘進(jìn)段擬達(dá)到以下目的：(1)用最短的時(shí)間對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行調(diào)試。(2)了解和認(rèn)識(shí)本工程的地質(zhì)條件，掌握該地質(zhì)條件下泥水平衡盾構(gòu)的施工方法。(3)收集、整理、分析及歸納總結(jié)各地層的掘進(jìn)參數(shù)，制定正常掘進(jìn)各地層操作規(guī)程，推力、推進(jìn)速度和排泥量三者的相互關(guān)系，實(shí)現(xiàn)快速、連續(xù)、高效的正常掘進(jìn)。(4)熟悉管片拼裝的操作工序，提高拼裝質(zhì)量，加快施工進(jìn)度。(5)通過本段施工，加強(qiáng)對(duì)地面變形情況的監(jiān)測分析，反映盾構(gòu)機(jī)出洞時(shí)以及推進(jìn)時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的影響，掌握盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)及同步注漿量。(6)通過對(duì)地層推

30、進(jìn)施工，摸索出在盾構(gòu)斷面處于各地層中，盾構(gòu)推進(jìn)軸線的控制規(guī)律。2.盾構(gòu)正常掘進(jìn)盾構(gòu)機(jī)在完成前45m的試掘進(jìn)后，將對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整，為后續(xù)的正常掘進(jìn)提供條件。主要內(nèi)容包括： (1)根據(jù)地質(zhì)條件和試掘進(jìn)過程中的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)。(2)正常推進(jìn)階段采用45m試掘進(jìn)階段掌握的最佳施工參數(shù)。通過加強(qiáng)施工監(jiān)測，不斷地完善施工工藝，控制地面沉降。施工進(jìn)度應(yīng)采用均衡生產(chǎn)法。(3)推進(jìn)過程中，嚴(yán)格控制好推進(jìn)里程，將施工測量結(jié)果不斷地與計(jì)算的三維坐標(biāo)相校核，及時(shí)調(diào)整。(4)盾構(gòu)應(yīng)根據(jù)當(dāng)班指令設(shè)定的參數(shù)推進(jìn)，推進(jìn)出土和泥水流量與襯砌背后注漿同步進(jìn)行。不斷完善施工工藝，控制施工后地表最大變形量在+1

31、0，-30mm之內(nèi)。(5)盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，坡度不能突變，隧道軸線和折角變化不能超過 0.4%。(6)盾構(gòu)掘進(jìn)施工全過程須嚴(yán)格受控，工程技術(shù)人員根據(jù)地質(zhì)變化、隧道埋深、地面荷載、地表沉降、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、刀盤扭矩、千斤頂推力等各種勘探、測量數(shù)據(jù)信息，正確下達(dá)每班掘進(jìn)指令，并即時(shí)跟蹤調(diào)整。(7)盾構(gòu)機(jī)操作人員須嚴(yán)格執(zhí)行指令，謹(jǐn)慎操作，對(duì)初始出現(xiàn)的小偏差應(yīng)及時(shí)糾正，應(yīng)盡量避免盾構(gòu)機(jī)走“蛇”形，盾構(gòu)機(jī)一次糾偏量不宜過大，以減少對(duì)地層的擾動(dòng)。3.1.4泥水平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)泥水管理流程如圖3.7所示。圖3.7 泥漿管理流程圖根據(jù)不同的土體，泥水管理的要求和方法也不同。根據(jù)需要調(diào)節(jié)比重、粘度等參數(shù)，使其成為一種可

32、塑流體，泥水平衡盾構(gòu)使用泥水的目的也就是用泥水來謀求開挖面穩(wěn)定，在防止塌方的同時(shí)，將切削下來的泥膜形成泥水并被輸送到地面。3.1.5盾構(gòu)掘進(jìn)方向的控制與調(diào)整由于地層軟硬不均、隧道曲線和坡度變化以及操作等因素的影響，盾構(gòu)推進(jìn)不可能完全按照設(shè)計(jì)的隧道軸線前進(jìn)，而會(huì)產(chǎn)生一定的偏差。當(dāng)這種偏差超過一定限界時(shí)就會(huì)使隧道襯砌侵限、盾尾間隙變小使管片局部受力惡化，并造成地層損失增大而使地表沉降加大，因此盾構(gòu)施工中必須采取有效技術(shù)措施控制掘進(jìn)方向，及時(shí)有效糾正掘進(jìn)偏差。3.1.5掘進(jìn)過程中的刀具管理和換刀方案盾構(gòu)在試掘進(jìn)階段，有計(jì)劃地進(jìn)行一次帶壓進(jìn)倉檢查刀盤、刀具，評(píng)估刀盤、刀具的耐磨性，總結(jié)刀盤、刀具的磨損

33、規(guī)律，并根據(jù)實(shí)際施工情況對(duì)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，及時(shí)掌握刀盤、刀具磨損情況;有必要換刀時(shí)，提前對(duì)計(jì)劃換刀位置地層處進(jìn)行有效的加固處理，確保施工安全和設(shè)備完好率，減少規(guī)避刀盤、刀具的意外磨損和被動(dòng)停機(jī)，提高施工效率。3.1.6管片安裝管片安裝程序見圖3.8。圖3.8 管片安裝程序3.1.7同步注漿與二次注漿補(bǔ)償盾構(gòu)施工引起的地層損失和盾構(gòu)隧道周圍受擾動(dòng)或受剪切破壞的重塑土的再固結(jié)以及地下水的滲透，是導(dǎo)致地表、建筑物以及管線沉降的重要原因。為了減少和防止沉降，在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，要盡快在脫出盾尾的襯砌管片背后同步注入足量的漿液材料充填盾尾環(huán)形建筑空隙。同步注漿后使管片背后環(huán)形空隙得到填充，多數(shù)地段的地層變形

34、沉降得到控制。在局部地段，同步漿液凝固過程中，可能存在局部不均勻、漿液的凝固收縮和漿液的稀釋流失，為提高背襯注漿層的防水性及密實(shí)度，并有效填充管片后的環(huán)形間隙，根據(jù)檢測結(jié)果，必要時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿。3.1.8盾構(gòu)到達(dá)盾構(gòu)到達(dá)施工流程見圖3.9。圖3.9 盾構(gòu)機(jī)到達(dá)工藝流程圖3.1.9泥水平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)盾構(gòu)機(jī)拆卸程序見圖3.10。圖3.10 盾構(gòu)機(jī)拆卸程序框圖3.2特殊地段的施工3.2.1盾構(gòu)穿過含水砂層時(shí)的注意事項(xiàng)根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，本盾構(gòu)區(qū)間隧道地質(zhì)主要為礫砂。由于其結(jié)構(gòu)較松散，且顆粒較細(xì)，在盾構(gòu)掘進(jìn)通過此段時(shí)，容易發(fā)生掌子面砂層坍塌，引起地表沉降。為保證盾構(gòu)機(jī)能順利的穿過，在通過對(duì)該地段進(jìn)行

35、詳細(xì)探測后，擬采取以下處理措施:選擇合適的推進(jìn)速度，加強(qiáng)出渣量的監(jiān)測和管理，加強(qiáng)盾構(gòu)回填注漿質(zhì)量控制。3.2.2盾構(gòu)在砂礫層中的掘進(jìn)施工技術(shù)本盾構(gòu)區(qū)間穿越的地層絕大部分為砂礫層，該層卵石直徑較大。地下水位基本在隧道頂部以上。施工時(shí)，受卵石層的影響，刀盤、刀具由于不均勻的受力或外力的沖擊，容易產(chǎn)生異常損壞。盾構(gòu)在該類地層掘進(jìn)時(shí)，刀盤、刀具的磨損嚴(yán)重，盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整與控制難度較大，對(duì)此，采取如下措施:(l)進(jìn)行合理的盾構(gòu)選型 (2)有計(jì)劃的刀具檢查、維修與更換3.2.3盾構(gòu)在曲線地段的推進(jìn)本區(qū)間隧道平面曲線類型較多，最小曲線半徑為450m。盾構(gòu)在小曲線段進(jìn)行掘進(jìn)施工時(shí)，盾構(gòu)機(jī)軸線擬合難度較大，容易發(fā)生管片錯(cuò)臺(tái)、開裂、偏移以及開挖超挖等情況。在曲線段施工時(shí)，總結(jié)廣州、南京地鐵、北京地鐵，城陵磯過江隧道小半徑曲線段施工的實(shí)例，并結(jié)合本工程的實(shí)際情況制定專門的措施。3.2.4盾構(gòu)在推進(jìn)過程中的蛇形和滾動(dòng)由于隧道主要位于礫砂層中、隧道曲線和坡度變化以及操作等因素的影響