精選優質文檔-----傾情為你奉上精選優質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業專心---專注---專業精選優質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業盾構法隧道課程設計盾構施工原理與特點圖1盾構機的構成（土壓平衡實例）盾構技術基本概念:盾構隧道施工法是指使用盾構機，一邊控制開挖面及圍巖不發生坍塌失穩，一邊進行隧道掘進、出渣，并在機內拼裝管片形成襯砌、實施壁后注漿，從而不擾動圍巖而修筑隧道的方法。盾構機有很多的型式，典型的盾構機(土壓平衡式盾構)可示于圖1。盾構機的所謂盾是指保持開挖面穩定性的刀盤和壓力艙、支護圍巖的盾構鋼殼。所謂構是指構成隧道襯砌的管片和壁后注漿體。由于盾構一般使用于以土為圍巖的隧道工程施工中，與巖石圍巖不同，土體不具有自立穩定性，所以保持開挖面穩定的系統(盾)圖1盾構機的構成（土壓平衡實例）圖2土壓平衡是盾構的開挖原理與盾構相似的施工技術還有巖石掘進機(TBM)和頂管法。但是無論在施工方法和適用范圍方面這兩者都與盾構法有較大的不同。TBM的施工對象是山嶺隧道，其圍巖多是可以自立穩定的巖石，所以機械上不設置壓力艙，其襯砌也很少使用管片。泥水加壓式頂管和土壓平衡式頂管在掘進及開挖面穩定方面近似于盾構，但襯砌不是裝配管片形成，而是使用各種管從洞口頂入圖2土壓平衡是盾構的開挖原理（1）盾構施工的主要原理就是盡可能在不擾動圍巖的前提下完成施工，從而最大限度地減少對地面建筑物及地基內埋設物的影響。為了達到這一目的，除了刀盤和盾構鋼殼可以被動地產生支護作用以外，使用壓力艙內泥土或泥水壓力平衡開挖面上的作用土壓力和水壓力；使用壁后注漿及時充填由開挖產生的盾尾空隙，主動地控制圍巖應力釋放和變形是盾構技術的關鍵。土壓平衡式盾構主要是將開挖土砂通過各種攪拌翼在壓力艙內攪拌，使其形成一種塑性流動狀態，然后通過千斤頂的推進力和控制螺旋式排土器的排土量調節壓力艙內的泥土壓力，使其與開挖面上的土壓力和水壓力進行平衡，見圖2所示。泥水加壓式盾構是將壓力艙內充滿泥漿，通過調節泥漿壓力與開挖面上的土壓力和水壓力進行平衡見圖3所示。圖3泥水平衡式盾構的開挖原理不同于使用泥土壓力的土壓平衡式盾構，通過使用液體作為壓力控制的媒體，泥水加壓式盾構在控制開挖面穩定方面具有較大的優點。因此，國外的大斷面隧道以及高水壓力隧道多采用泥水加壓式盾構進行施工。但是，圖3泥水平衡式盾構的開挖原理圖5常見的盾構形式圖4盾尾空隙與壁后注漿壁后注漿是對盾尾形成的施工空隙進行填充注漿，以減小由于管片四周所出現的空隙而產生的地基應力釋放和地基變形，是盾構施工的重要環節之一。如圖4所示，盾尾空隙的大小是由盾構鋼殼厚度和盾尾操作空間所決定的，一般在5圖5常見的盾構形式圖4盾尾空隙與壁后注漿盾構的基本型式：盾構的類型一般可根據頭部的結構、開挖方式、開挖面穩定原理進行分類，常見的盾構型式示于圖5。在盾構使用的早期階段，沒有壓力艙的敞開式盾構曾一度廣泛的受到使用。但是近10年，由于設置壓力艙的閉胸式盾構在控制圍巖穩定性方面發揮出的卓越作用，敞開式盾構的使用越來越少，可以將其稱為舊式盾構。而我們現在常說的、常用的多為閉胸式盾構，也可將其稱為現代盾構。現代盾構主要有兩大類，也就是土壓平衡式盾構和泥水加壓式盾構。在土壓平衡式盾構中，又可以根據在開挖面或壓力艙內是否添加促進泥土塑性流動化狀態的添加劑(泥漿、減水劑、泡沫等)分為土壓式和泥土壓式兩種。（2）盾構隧道施工技術的特點可以歸納為以下幾點：①對城市的正常功能及周圍環境的影響很小。除盾構豎井處需要一定的施工場地以外，隧道沿線不需要施工場地，無需進行拆遷且對城市的商業、交通、住居影響很小。可以在深部穿越地上建筑物、河流；在地下穿過各種埋設物和已有隧道而不對其產生不良影響。施工一般不需要采取地下水降水等措施，也無噪聲、振動等施工污染。②盾構機是根據施工隧道的特點和地基情況進行設計、制造或改造的。盾構機必須根據施工隧道的斷面大小、埋深條件、地基圍巖的基本條件進行設計、制造或改造，所以是適合于某一區間的專用設備。當將盾構機轉用于其它區段或其它隧道時，必須考慮斷面大小、開挖面穩定機理、圍巖粒徑大小等基本條件是否相同，有差異時要進行改造。③對施工精度的要求高。區別于一般的土木工程，盾構施工對精度的要求非常之高。管片的制作精度幾乎近似于機械制造的程度。由于斷面不能隨意調整，對隧道軸線的偏離、管片拼裝精度也有很高的要求。④盾構施工是不可后退的。盾構施工一旦開始，盾構機就無法后退。由于管片外徑小于盾構外徑，如要后退必須拆除已拼裝的管片，這是非常危險的。另外盾構后退也會引起的開挖面失穩、盾尾止水帶損壞等一系列的問題。所以，盾構施工的前期工作是非常重要的，一旦遇到障礙物或刀頭磨損等問題只能通過實施輔助施工措施后，打開隔板上設置的出入孔進入壓力艙進行處理。

盾構施工主要步驟盾構法施工的概貌如圖6所示，盾構法主要施工步驟為：圖6盾構法施工概貌（1圖6盾構法施工概貌（2）盾構在起始端工作井內安裝就位；（3）依靠盾構千斤頂推力（作用在新拼裝好的襯砌和工作井后壁上）將盾構從起始工作井的墻壁開孔處推出；（4）盾構在地層中沿著設計軸線推進，在推進的同時不斷出土和安裝襯砌管片；（5）及時地向襯砌背后的空隙注漿，防止地層移動和固定襯砌環位置；（6）盾構進入終端工作井并被拆除，如果施工需要，也可穿越工作井再向前推進。

施工組織設計工程概況長沙地鐵3號線規劃自城西南的坪塘、蓮花鎮附近到城東北的張公塘，全長42.8千米，共設有30個站，其中有8個與軌道交通的換乘站以及3個與城際鐵路的換乘站。長沙地鐵3號線A標段區間盾構隧道自南二環站北側端頭至清水路站南側端頭，里程為K1+000-K2+800，全長1800m，縱坡均為3%隧道內徑為5.4m，外徑6m埋深9.6-20.8m。盾構從南二環站出發沿后湖路向北直線推進至清水路站。隧道內用預制混凝土管片襯砌，且隨盾構推進后，襯砌拱背外與土體之間的環形間隙要進行同步注漿填充。前期準備工作施工組織機構在施工開始前，建立以項目經理為核心的項目經理部，統籌長沙地鐵3號線A標段區間隧道施工。（2）測量準備工作圖7施工組織構架圖圖7施工組織構架圖②根據施工圖紙的平面圖將線路在地面放樣出來，以便進行建筑物、管線的調查和監測點的埋設。③做好前期的測量工作，為盾構始發做好準備。前期的測量工作主要包括建立測量控制網、聯系測量、洞門精度測量、盾構機導軌測量、反力架測量。④在盾構機到達施工現場前，按監測方案要求布設好前200m的監測點，并讀取初始值。（3）管片模具的設計和制造、管片預制進行管片模具的設計和制造時，最好派專人到管片模具廠負責現場監造工作，控制生產的每個環節，確保管模精度滿足質量要求以及管模如期交付使用。進行管片的預制時，還需注意以下幾點：①施工前盡早與管片模具生產廠家簽定合同，制定管片模具生產計劃，提早生產，確保管片模具準備充足。②管片模具到達施工現場前，作好管片預制場的場地和養護設施的修整和建造。③提前做好接收管片模具的工具和場地的準備，縮短管片模具安裝時間，保證按時生產管片。④做好管片的原材料的進場檢驗。確定好混凝土配合比，并上報監理和業主。⑤按計劃提前生產1800環管片，確保管片滿足盾構掘進的要求。（3）其他準備工作①進行沿線的建筑物及地下管線的調查，并實施建筑物保護施工。②盾構機的籌備、盾構始發架、反力架、預埋件等設備材料的加工、制作。③做好實施性的場地規劃和設計，準備臨建材料。④積極協助設計單位，確保按時拿到施工藍圖。⑤聯系好盾構碴土運輸單位，主要工程設備及耗材的購買準備。⑥始發端頭加固施工。盾構機組裝及吊裝南二環站-清水路站區間設計采用復合式土壓平衡盾構機，盾構機的主要系統和部件包括：開挖系統、推進系統、排土系統、管片拼裝系統、液壓、電氣、控制系統、姿態控制裝置、導向系統、壁后注漿裝置、后續臺車、集中潤滑裝置、超前鉆機及預注漿、鉸接裝置、通風裝置、碴土改良裝置及其他裝置如盾殼、人閘等。盾構機的組裝場地分成三個區：后續臺車存放區、主機存放區、吊機存放區；盾構機按后配套拖車、主機依次進場組裝。盾構機吊裝的主要設備為：履帶吊機一臺、汽車吊機一臺，液壓千斤頂兩臺，小型泵站一臺，以及相應的吊具、機具、工具。盾構機的組裝及調試流程見圖8所示。盾構機掘進施工盾構機始發掘進階段的技術要點如下：（1）要嚴格控制始發臺、反力架和負環的安裝定位精度，確保盾構始發姿態與設計線路基本重合。(2)第一環負環管片定位時，管片的后端面應與線路中線垂直。負環管片軸線與線路的軸線重合，負環管片采用通縫拼裝方式。(3)盾構機軸線與隧道設計軸線基本保持吊裝設備準備組裝廠地準備井下軌道準備空載調試安裝反力架吊裝設備準備組裝廠地準備井下軌道準備空載調試安裝反力架配套拖車吊裝負荷調試安裝負環管片主機吊裝(4)盾構在始發臺上向前推進時，各組推進油缸保持同步。(5)初始掘進時，盾構機處于始發臺上。因此，需要在始發臺及盾構機上焊接相對的防扭轉支座，為盾構機初始掘進提供反扭矩。圖8盾構機組裝及調試流程圖8盾構機組裝及調試流程(7)盾構進入洞門前把盾殼上的焊接棱角打平，防止割壞洞門防水簾布。正常掘進及主要施工工藝（1）掘進模式本項目所采用的復合式土壓平衡盾構機具有敞開式、半敞開式及土壓平衡三種掘進模式。為了獲得理想的掘進效果、保證開挖面穩定、有效控制地表沉降及確保地面建筑物安全，必須根據不同的地質條件選擇不同的掘進工況。上述三種掘進模式的適應工況分別如下：①土壓平衡模式適應的工況為：洞身處于云開群花崗片麻巖全風化及以下自穩定性差的地層、當地層可能有較大涌水、斷裂、構造破碎帶、斷層及溶洞等不良地質地段。圖9盾尾同步注漿示意②圖9盾尾同步注漿示意③敞開模式適用的工況為：當洞身處于云開群花崗片麻巖中、微風化地層中、能夠自穩、地下水少的地層。（2）盾構同步注漿管片就位管片準備盾構推進油缸縮回二次緊固管片整圓清理盾尾管片就位管片準備盾構推進油缸縮回二次緊固管片整圓清理盾尾管片就位管片拼裝圖10管片安裝程序壁后注漿裝置由注漿泵、清洗泵、儲漿槽、管路、閥件等組成，安裝在第一節臺車上。當盾構掘進時，注漿泵將儲漿槽中的漿液泵出，通過四條獨立的輸漿管道，通到盾尾殼體內的四根同步注漿管，對管片外表面的環行空隙中進行同步注漿，見盾尾同步注漿示意圖圖10管片安裝程序盾尾密封采用三道鋼絲刷加注盾尾油脂密封，確保周邊地基的土砂和地下水、襯背注漿材料、開挖面的水和泥土從外殼內表面和管片外周部之間縫隙不會流人盾構里，確保壁后注漿的順利進行。注漿量和注漿壓力的大小可以實現自動控制和手動控制，手動控制可對每一條管道進行單個控制，而自動控制可實現對所有管道的同時控制。盾構機穿越后考慮到環境保護和隧道穩定因素，如發現同步注漿有不足的地方，可以通過管片中部的注漿孔進行二次補注漿，補充一次注漿未填充部分和體積減少部分，從而減少盾構機通過后土體的后期沉降，減輕隧道的防水壓力，提高止水效果。二次注漿使用專用的泥漿泵，注漿前鑿穿管片吊裝孔外側保護層，安裝專用注漿接頭。二次注漿可采用水泥漿——水玻璃雙液漿，注漿壓力一般為0.2～0.4MPa。管片拼裝管片選型確定后，管片安裝的好壞直接關系到隧道的外觀和防水效果。一般情況下，管片安裝采取自下而上的原則，具體的安裝順序由封頂塊的位置確定。管片安裝程序如圖10所示。管片由管片車運到隧道內后，由專人對管片類型、齡期、外觀質量和止水條粘結情況等項目進行最后一次檢查，檢查合格后才可卸下。管片經管片吊車按安裝順序放到管片輸送平臺上，掘進結束后，再由管片輸送器送到管片安裝器工作范圍內等待安裝。（1）管片選型以滿足隧道線型為前提，重點考慮管片安裝后盾尾間隙要滿足下一掘進循環限值，確保有足夠的盾尾間隙，以防盾尾直接接觸管片。(2)管片安裝必須從隧道底部開始，然后依次安裝相鄰塊，最后安裝封頂塊。安裝第一塊管片時，用水平尺與上一環管片精確找平。(3)安裝鄰接塊時，為保證封頂塊的安裝凈空，安裝第五塊管片時一定要測量兩鄰接塊前后兩端的距離(誤差小于+10mm)，并保持兩相鄰塊的內表面處在同一圓弧面上。(4)封頂塊安裝前，對止水條進行潤滑處理，安裝時先徑向插入4/5，調整位置后緩慢縱向。(5)管片塊安裝到位后，應及時伸出相應位置的推進油缸頂緊管片，其頂推力大于穩定管片所需力，達到規定要求，然后方可移開管片安裝機。(6)管片安裝完后及時整圓，并在管片脫離盾尾后要對管片連接螺栓進行二次緊固。渣土運輸（1）出渣、進料方法在本項目中，盾構隧道施工水平運輸采用43km鋼軌鋪設單線、45T變頻電瓶車牽引重載編組列車運輸，每臺盾構機按二列車編組滿足一環掘進的出土與進料。調整參數鑿出洞門洞口密封接收盾構掘進貫通安裝托架調整參數鑿出洞門洞口密封接收盾構掘進貫通安裝托架清理渣土主機吊裝控制方向清理渣土（2）垂直運輸垂直運輸采用盾構機施工時，垂直運輸可采用兩臺不同噸位的汽車吊配合完成，一臺汽車吊負責盾構機的進料、出碴，另一臺汽車吊負責盾構管片裝卸。（3）渣土外運圖11圖11盾構到達施工流程圖盾構機的到達與接收盾構機到達施工是指從盾構機到達下一站接收井之前50m到盾構機貫通區間隧道進入車站接收井被推上盾構接收基座的整個施工過程。其工作內容包括：盾構機定位及接收洞門位置復核測量、地層加固、洞門處理、安裝洞門圈密封設備、安裝接收基座等，盾構到達施工流程圖，如圖11所示。盾構到達施工技術要點有：(1)盾構到達前檢查端頭土體加固質量，確保加固質量滿足設計要求。(2)到達前，在洞口內側準備好砂袋、水泵、水管、方木、風炮等應急物資和工具。(3)準備洞內、洞外的通訊聯絡工具和洞內的照明設備。(4)增加地表沉降監測的頻次，并及時反饋監測結果指導施工。(5)橡膠簾布內側涂抹油脂，避免刀盤刮破簾布而影響密封效果。(6)在盾構機刀盤距洞門掌子面0.5m時應盡量出空土倉中的碴土，減小對洞門及端墻的擠壓以保證鑿除洞門混凝土施工的安全。(7)在盾構貫通后安裝的幾環管片，一定要保證注漿飽滿密實，并且一定要及時拉緊，防止引起管片下沉、錯臺和漏水。管片防水設計管片防水根據“以防為主、多道設防、因地制宜、綜合治理”的原則。以高抗滲標號的自身防水混凝土為根本，管片接縫防水為關鍵。（1）襯砌外注漿防水。襯砌管片與天然土體之間存在環形空隙，通過同步注漿與二次注漿充填空隙，形成第一道外圍防水層。同步注漿在管片拼裝完成后進行，二次注漿通過管片注漿孔補強。注漿材料采用水泥砂漿，目的是使注漿體盡快凝固穩定，減少管片變形。為了增強漿液的流動性，滲入了外加劑膨潤土。注漿量為1.3~1.5倍的管片外環形空隙，注漿壓力0.2～0.4MPa。（2）管片自防水，管片為高標號預制混凝土，采用蒸汽養護，其抗滲標號為S12。（3）管片接縫防水的第一道防線為彈性密封墊。接縫防水的成功與否決定著整個工程防水的成敗。管片接縫防水設計首先要選定適合工程特點的彈性密封墊。考慮國內的遇水膨脹橡膠硫化加工技術已較成熟等因素，管片采用了遇水膨脹橡膠作為接縫防水的材料。區間最大靜水壓約為0.2MPa，接縫設計水壓按3倍的靜水水壓即0.6MPa來考慮。（4）管片接縫防水的第二道防線為嵌縫防水。在洞門段30m，聯絡通道兩側各8~10m處等變形量大的襯砌環段進行整環嵌填，其余區段則在拱頂45°范圍和拱底90°范圍內嵌填。嵌縫材料采用氯丁膠乳水泥，它與混凝土結合面采用界面處理劑進行處理。土壓平衡盾構始發掘進施工技術本區間采用沈重集團(與德國威爾特合作)直徑6280mm土壓平衡盾構機，主機長度9.62m，最小轉彎半徑為250m。盾構始發掘進施工技術是盾構法施工的一大關鍵環節，由于盾構機在隧道內只能前進不能后退，一旦出現嚴重的故障將會導致災難性的后果。因此盾構始發階段技術是工程質量把握的重點。技術要點（1）始發推進前需鑿除車站的圍護結構(主要是處理鋼筋混凝土結構)，鑿除圍護結構后的土體必須在一定時間段內保持自穩，不能有水土流失；（2）始發階段盾構機主體在始發導軌上不能進行調向；（3）始發階段的姿態及地面沉降控制比正常推進階段更困難；（4）始發期間的一些設備如管片小車、管片吊機，包括出渣都不能正常使用，有時也會存在盾構機由于車站結構的原因而不能整機始發。始發施工技術（1）始發端頭地層加固地層加固處理一般采用攪拌樁、旋噴樁、注漿、SMW工法等，根據本區間始發端頭地質情況，采取了旋噴樁加固方案。加固長度為7m，寬度為12m。加固土體剖面為圓環狀，內外徑分別為3.2m和6.0m，如圖12所示。圖12端頭加固剖面圖（2）安裝盾構技術基座依據隧道設計軸線定出盾構始發姿態空間位置，然后反推出始發基圖12端頭加固剖面圖（3）盾構機組裝及空載調試本工程盾構機組裝采用整機一次組裝完成后再調試始發的方式進行。在始發盾構組裝時，直接將盾構機分段吊放在盾構始發井底的始發基座上組裝調試，組裝順序為：拖車(六節)下井后移——連接橋(兩節)下井后移——主機下井組裝——與連接橋、拖車連接——連接其他部件。盾構機組裝連接完畢后，即可進行空載調試，空載調試的目的主要是檢查設備是否能正常運轉，主要調試內容為：液壓系統、潤滑系統、冷卻系統、配電系統、注漿系統以及各種儀表的校正。（4）安裝反力架與負環支撐在綜合考慮隧道軸線、地鐵車站的結構布局、管片位置以及盾構本身因素的基礎上確定出反力架的位置。盾構機掘進時的反力通過負環管片、反力架及鋼支撐傳至車站底板結構，各支撐應滿足盾構機掘進推力的要求。同時反力架與車站結構連接部位的間隙要墊實，以保證反力架腳板有足夠的抗壓強度。負環管片支撐于底部的三角支撐。三角支撐坐落在始發基座基礎上并用螺栓與始發基座連接。三角支撐上部兩側用型鋼支撐負環管片，其空隙用木楔墊實。為防止管片位移，將管片連接螺栓焊接在支撐型鋼上。反力設施與負環、盾構機關系圖見圖13所示。（5）洞門密封橡膠板安裝圖1圖13反力設施與負環、盾構機關系示意圖（6）拼裝負環管片負環管片包括負環混凝土管片和負環反力墊板，負環反力墊板為20mm厚，內徑為5400mm，外徑為6000mm的鋼制圓環。負環反力墊板主要起連接負環混凝土管片和反力架的作用。盾構始發采用整環始發，盾構機空載調試完成后，開始進行負環管片的拼裝，先在盾構機內按順序將負環管片拼裝成整環，用螺栓連接固定。然后用推進千斤頂緩慢推出盾尾頂在反力架上，與反力架固定在一起。之后每拼一環都由千斤頂推出盾尾，及時墊實管片與導軌之間的間隙，直至盾構處于進洞前制定位置。（7）洞門鑿除混凝土的鑿除應分塊分層破除，破除順序為從左至右、由上而下破除。整個鑿除施工一般分兩次進行，第一次現將2/3圍護結構鑿除，保留最后一層鋼筋，等盾構機接近土體時再進行割除。鑿除采用人工手持風鎬破除方式，保證鑿出盾構機通過范圍內所有的鋼筋。鑿除所有封堵混凝土并割除鋼筋后，快速清除所有鑿下的混凝土，盡快前移盾構機