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文檔簡介

盾構(gòu)技術(shù)交流

地鐵建總:郭永順

2/6/20231介紹內(nèi)容一、盾構(gòu)隧道軸線控制1.管片尺寸及類型2.管片選型及對軸線影響3.管片與盾尾間隙影響4.盾構(gòu)機(jī)軸線控制5.注意問題二、盾構(gòu)機(jī)選型1)盾構(gòu)機(jī)類型2)刀具形式3)開挖刀盤形式4)刀具布置、刀盤形式5)盾構(gòu)選型三、管片制作施工控制1)施工流程2)混凝土性能3)施工注意問題2/6/20232管片使用歷史在1930年前,盾構(gòu)隧道使用的管片主要為鑄造鋼管片。之后,開始使用預(yù)制混凝土管片,應(yīng)用在英國的倫敦小直徑的下水道(1.5米~3米)。直到1965年,在歐洲國家主要發(fā)展和使用預(yù)制混凝土管片,應(yīng)用于大直徑軟土的盾構(gòu)隧道(5米~10米),如德國、比利時(shí)、奧地利、法國。同期日本在預(yù)制混凝土管片使用尚尤其顯著。2/6/20233管片形成軸線與設(shè)計(jì)軸線模擬2/6/202351.管片尺寸及類型管片的形狀和尺寸,應(yīng)考慮使用目的,便于施工和經(jīng)濟(jì)等條件來確定。決定管片形狀、尺寸的主要有下列內(nèi)容:(1)管片環(huán)的外徑(2)管片厚度(3)管片寬度

(4)管片環(huán)的分割

管片從類型上可分為:直線環(huán)+楔形環(huán)和通用管片2/6/20236管片環(huán)楔形量確定

楔形量除應(yīng)根據(jù)管片寬度、管片環(huán)外徑、曲線半徑及區(qū)間使用的楔形環(huán)所占的比例、管片的制造性外,還應(yīng)根據(jù)盾尾空隙量而定。

2/6/20237以1200mm管片為例如何計(jì)算掌握管片形成隧道空間尺寸管片寬度:1200mm,厚度300mm外徑:6000mm,內(nèi)徑5400mm楔形環(huán)管片水平最大寬度:1225.5mm,最小寬度:1174.5mm,封頂塊旋轉(zhuǎn)36度進(jìn)行錯縫拼裝。2/6/20239管片立面2/6/202310管片空間尺寸計(jì)算模擬圖2/6/202311封頂塊位置從頂端偏了a°時(shí),楔形環(huán)前面的中心點(diǎn)C,(中心點(diǎn)由C→C,)移動,其移動量為COC’=5.1mm。移動量分成水平(X)和垂直(Y):ΔX=5.1cosa°ΔY=-5.1sina°楔形環(huán)前端斷面的直角方向(C,→C“)和S——RT的連接面與直角方向(Z軸方向)是A—A角Zθ,此角度可分成X(水平-θX)與Y(垂直-θY),C,→C“的長度為L,公式如下:

推導(dǎo)公式2/6/202313由于:tan2θ=tan(0.4870°)=8.500×10-3所以:θX=tan-1(0.0085×cosa°)θY=tan-1(0.0085×sina°)錐形管片K件在不同位置時(shí)ΔX,ΔY,θX,θY其值依次的大小:K件位置寬度最小點(diǎn)a(°)ΔXΔYθXθY12:00

05.10.00.48700.01:00

364.1-3.00.3940-0.28632:00

721.6-4.90.1505-0.46324:00

108-1.6-4.9-0.1505-0.46325:00

144-4.1-3.0-0.3940-0.28636:00

180-5.10.0-0.48700.07:00

216(-144)-4.13.0-0.39400.28638:00

252(-108)-1.64.9-0.15050.463210:00

288(-72)1.64.90.15050.463211:00

324(-36)4.13.00.39400.2863推導(dǎo)結(jié)果12/6/202314推導(dǎo)結(jié)果2K件位置a°上下寬度尺寸左右寬度尺寸XtXbXt-XbXlXrXl-Xr12:0001200120001225.51174.5511:0036121511853012211179422:0072122411764812081192164:00108122411764811921208-165:00144121511853011791221-426:001801200120001174.51225.5-517:0021611851215-3011791221-428:0025211761224-4811921208-1610:0028811761224-48120811921611:0032411851215-3012211179422/6/202315管片選型對軸線影響1.直線區(qū)間對軸線影響2.曲線區(qū)間對軸線影響2/6/2023173.管片與盾尾間隙影響2/6/202318盾尾間隙影響主要因素1.使用楔形環(huán)管片;

2.管片的方位角(或俯仰角)與盾構(gòu)機(jī)的方位角(或俯仰角)不一致;3.盾構(gòu)機(jī)中心與管片中心不一致――平行移動的影響。2/6/202319盾構(gòu)超挖量目的:為使盾構(gòu)機(jī)在設(shè)計(jì)軸線開挖或使盾構(gòu)實(shí)行施工軸線糾偏,其開挖空間符合盾構(gòu)機(jī)主體能有效地通過。2/6/202321計(jì)算模式2/6/2023225.注意問題1.盾構(gòu)機(jī)施工軸線盡可能控制在誤差范圍內(nèi)。2.管片的選型拼裝盡可能吻合設(shè)計(jì)軸線。3.當(dāng)發(fā)生軸線糾偏時(shí),須每一環(huán)測量盾構(gòu)的軸線情況及管片與盾尾間隙的大小,根據(jù)測量結(jié)果,計(jì)算每一環(huán)糾偏量,合理安排管片的選型,決不能一次糾偏到位。同時(shí)根據(jù)施工軸線偏離狀況,計(jì)算糾偏的環(huán)數(shù),使其軸線滿足設(shè)計(jì)要求(即構(gòu)成緩和曲線)。4.施工過程中,要根據(jù)軸線控制情況,制定盾構(gòu)和管片軸線測量頻率。根據(jù)測量結(jié)果推算隧道及盾構(gòu)機(jī)軸線未來的情況,及時(shí)作出調(diào)整。5.定期測量管片超前量(使用楔形環(huán)管片)初步檢測管片隧道與盾構(gòu)的情況。6.在拼裝管片過程中,盡可能避免出現(xiàn)管片與管片踏步現(xiàn)象。7.合理使用推進(jìn)千斤頂編組,特別在盾構(gòu)軸線糾偏過程中,區(qū)域油壓不能差異太大,避免管片出現(xiàn)破裂或裂縫。8.須特別注意土層的軟硬變化。盾構(gòu)在比較堅(jiān)硬的土層中,一旦出現(xiàn)大幅度的糾偏需注意管片選型排列,盡可能做到既滿足設(shè)計(jì)軸線要求又同時(shí)避免因管片與盾尾接觸而產(chǎn)生破裂或出現(xiàn)裂縫。9.在楔形管片設(shè)計(jì)中,需考慮與設(shè)計(jì)軸線的吻合,同時(shí)需考慮與盾構(gòu)盾尾間隙關(guān)系,設(shè)計(jì)楔形管片最佳的楔變量。2/6/202323盾構(gòu)歷史

在地下開挖隧道,地層會出現(xiàn)松動,為控制地層松動,就要施加支撐,這是早在橫向穴居時(shí)代的先人就已掌握了的經(jīng)驗(yàn)。試圖在沒有支撐的條件下挖掘隧道,這是盾構(gòu)施工法的開端。。盾構(gòu)法是在1818年,由英國人布魯內(nèi)爾(M.I.Brunel)在觀察了木船蛀蟲在木頭上打洞時(shí)用自己的分泌物將所打洞穴的周圍被覆起來的現(xiàn)象后聯(lián)想而研制發(fā)明的,當(dāng)時(shí)用于倫敦泰晤士河底下的隧道工程,是開敞手掘式盾構(gòu)原形。施工中曾出現(xiàn)過很大的困難。此后,于1890年,格雷特黑德(T.H.Greathead)成功地開創(chuàng)了使用氣壓的盾構(gòu)施工法,從此盾構(gòu)法施工開始被正式作為水底隧道的施工方法而加以使用。盾構(gòu)施工法引進(jìn)到日本是大正(1912~1926年)初期的事,當(dāng)初一直作為水底隧道等的特殊施工方法。但是在最近20~30年間,盾構(gòu)法作為城市地下土木工程的一種施工方法,已取得飛速的發(fā)展。

我國的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)制造和應(yīng)用始于1963年,上海隧道工程公司結(jié)合上海軟土地層對盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)、預(yù)制鋼混凝土襯砌、隧道掘進(jìn)施工參數(shù)、隧道接縫防水進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。研制了1臺直徑4.2m的手掘式盾構(gòu)進(jìn)行淺埋和深埋隧道掘進(jìn)試驗(yàn),隧道掘進(jìn)長度68m。1965年,由上海隧道工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、江南造船廠制造的2臺直徑5.8m的網(wǎng)格擠壓型盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī),掘進(jìn)了2條地鐵區(qū)間隧道,掘進(jìn)總長度1200m。2/6/2023251)盾構(gòu)分類

盾構(gòu)按不同的施工條件分類,一般分為6種或7種形式。選定工藝時(shí),主要考慮地形、施工長度、隧道線形、周圍環(huán)境、規(guī)劃布局、工期、輔助工藝以及經(jīng)濟(jì)等因素。其中地形條件對工藝選定影響最大。

2/6/2023262.撕裂刀形式、特點(diǎn)特點(diǎn):1.可用于軟巖(抗壓強(qiáng)度<30MPa)巖巖。2.殼形刀主要用于礫石層,巖層土中,主要用于砂巖、粉砂和粘性土比較軟弱圍和風(fēng)華花鋼巖等硬質(zhì)圍巖。3.開挖機(jī)理:依靠刀具在運(yùn)動中,對土層產(chǎn)生的剪力進(jìn)行土層破壞。2/6/202329條狀撕裂刀形式(屋頂形)(1)2/6/202330條形撕裂刀形式(2)2/6/202331殼形撕裂刀具形式(1)2/6/202332殼形撕裂刀具形式(2)2/6/2023333.鏟刀形式(T形刀)、特點(diǎn)特點(diǎn):1.在盤形刀或撕裂刀對土層產(chǎn)生初步破壞的土層進(jìn)行切削,或直接將軟土層進(jìn)行切削;主要應(yīng)用砂,粉砂和粘性土的軟弱圍巖。2.開挖機(jī)理:依靠刀具在運(yùn)動中,對土層產(chǎn)生的剪切力進(jìn)行土層破壞。2/6/202334鏟刀形式(1)2/6/202335鏟刀形式(2)2/6/202336鏟刀形式(3)2/6/2023373)開挖刀盤形式、刀盤形式:1.條幅型,2.面板型,3.復(fù)合型刀盤形狀:如下圖所示(a)垂直平面形(b)圓錐形(c)中心挖掘形(d)半球形(e)傾斜形(f)刀盤縮小形2/6/202338條幅形刀盤形式、特點(diǎn)多用于軟土地層,直接反映開挖的土壓力情況,依靠土壓力穩(wěn)定開挖面。2/6/202339條幅型刀盤形式2/6/202340面板型刀盤形式、特點(diǎn)

多用于相對較弱的地層,土壓力大部分反映盾構(gòu)泥倉內(nèi)的土壓,主要依靠刀盤的面板進(jìn)行開挖面支護(hù),可用于泥水盾構(gòu)、土壓平衡盾構(gòu)及巖石盾構(gòu)機(jī)。刀盤開口率在20~40%之間。在礫質(zhì)粘性土中開挖,容易造成刀盤面板磨損。在土壓平衡盾構(gòu)施工中,靈敏度小的粘土層中容易造成泥倉堵塞。2/6/202341面板型刀盤形式(2)2/6/202342復(fù)合型刀盤形式、特點(diǎn)用于復(fù)合形地層,局部反映開挖面土壓力,多用于土壓平衡盾構(gòu),主要依靠刀盤和部分土壓穩(wěn)定開挖面。刀盤開口率在35~50%之間,。2/6/202343復(fù)合型刀盤形式(2)2/6/2023444)刀具布置

刀具布置形式應(yīng)根據(jù)土層狀況及刀具的開挖機(jī)理進(jìn)行有序布置。刀盤構(gòu)造形式,根據(jù)施工條件、土質(zhì)條件決定。

對固結(jié)粘土,前角及后角應(yīng)大;對礫石,一般采用略小的角度;對礫石,需防止尖端缺損和剝離,有時(shí)用滾刀、特殊刀頭等;刀頭的高度,應(yīng)根據(jù)土質(zhì)條件和褶動距離推定的磨耗量、掘進(jìn)速度和刀頭回轉(zhuǎn)數(shù)、設(shè)定位置等求出的切入深度等決定。

2/6/2023455)盾構(gòu)選型盾構(gòu)選型取決于下列各圍巖條件:1.軟弱流動形的粘土;2.容易坍塌的砂、砂礫層;3.含水砂層,礫層或互層中的承壓含水砂層和礫層;4.含大礫石的地層;5.估計(jì)埋有漂木和其他物質(zhì)的地層;6.包括硬軟兩中土層的地層。關(guān)鍵:以穩(wěn)定開挖面為中心。詳見巖土與盾構(gòu)選型2/6/202346三、管片制作施工控制1)管片制作施工流程(見管片施工技術(shù))2)混凝土性能(見混凝土性能及配制)3)施工注意問題2/6/2023471)管片制作施工流程見管片施工技術(shù)2/6/2023482)混凝土性能普通防水混凝土是在普通混凝土的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。兩者區(qū)別在于:普通混凝土是根據(jù)所需強(qiáng)度進(jìn)行配制,主要以石子為骨料,砂子填充石子的空隙,水泥漿填充砂子的空隙并將骨料粘結(jié)在一起;防水混凝土是根據(jù)所需抗?jié)B等級進(jìn)行配制,同時(shí)也滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求,其中水泥砂漿除滿足填充、粘結(jié)作用外,還要求在石子周圍形成一定量和質(zhì)量(濃度)良好的砂漿包裹層,將粗骨料充分分隔開,有效地阻隔粗骨料間相互連通地滲水孔隙,從而有效提高混凝土地密實(shí)性和抗?jié)B性。配制:在配制防水混凝土?xí)r,將砂石混合連續(xù)給配簡化為普通混凝土地骨料配級,而控制水灰比,適當(dāng)增加砂率和水泥用量,來提高其密實(shí)性和抗?jié)B性。

2/6/2023493)施工注意問題1)

原材料稱量偏差:由于水稱量波動±1%時(shí),混凝土強(qiáng)度將相應(yīng)波動約±3%;水泥稱量波動±1%時(shí),混凝土強(qiáng)度波動約±1.7%。若水和水泥稱量誤差各位+2%和-2%時(shí),由于水灰比的變化,混凝土強(qiáng)度將降低8.9%。2)

經(jīng)常測量骨料的含水量,及時(shí)調(diào)整水量及骨料的重量。3)

混凝土攪拌時(shí)

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