盾构施工技术及质控要点概述.ppt

盾构施工技术及质控要点,BSEM田焘,2019/11/20,1,目录,盾构法隧道简述,盾构构造、分类及选型,盾构施工技术措施介绍,盾构施工质量技术措施,1,2,3,4,2019/11/20,2,1、盾构法隧道简述,2019/11/20,3,原理：运用盾构机挖土排土构筑隧道的工法，属暗挖法范畴。即利用盾构机在地下掘进，在其掩护下，防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，在机内安全地进行隧道的开挖和衬砌作业。三大要素：稳定开挖面；挖掘及排土；衬砌作业及壁后注浆,1、盾构法隧道简述,2019/11/20,4,盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集机械、电气、液压、传感、信息等技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，且需按不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。,1、盾构法隧道简述,2019/11/20,5,1、盾构法隧道简述,2019/11/20,6,起源和发展史第一代盾构,1、盾构法隧道简述,2019/11/20,7,起源和发展史第二代盾构,一、盾构法隧道简述,2019/11/20,8,起源和发展史第三代盾构,一、盾构法隧道简述,2019/11/20,9,起源和发展史第四代盾构,一、盾构法隧道简述,2019/11/20,10,盾构在我国发展历史及发展现状我国自20世纪50年代开始涉足盾构法修建隧道和管道工程，最近二十年开始大规模应用。虽然起步较晚，与国外先进国家仍存在一定差距。但由于应用前景广阔，主要吸收和采用先进技术和工艺、参考和借鉴国外成功的经验和失败的教训，所以发展较快，差距正在逐步减小。,二、盾构构造、分类及选型,2019/11/20,11,盾构的构造,二、盾构构造、分类及选型,2019/11/20,12,盾构机的构造（土压平衡）,刀盘,驱动系统,螺旋机,盾尾,推进系统,拼装机,切口环,支撑环,皮带输送机,二、盾构构造、分类及选型,2019/11/20,13,盾构机的分类,二、盾构构造、分类及选型,2019/11/20,14,盾构机的分类,二、盾构构造、分类及选型,2019/11/20,15,盾构的选型,首先考虑：地质条件和开挖面稳定其次考虑：环境、工期、造价、设计线路、现场条件、障碍物情况、可选用的辅助工法等因素,综合性比选问题,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,16,土压平衡盾构工法技术介绍（EPB）,基本原理,盾构推进时，其前端刀盘旋转切削地层土体，切削下来的渣土进入土仓，当土体充满土舱时，其被动土压力与切削面水、土压基本相同，故实现切削面平衡，从而保持开挖面的稳定,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,17,土压平衡盾构的施工技术与管理,施工工艺流程,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,18,土压平衡盾构工法技术介绍（EPB）,土压力管理,土压设定和管理方法：理论估算，经验判断，确定合理P0；精心操作，认真量测，及时反馈信息，通过出土量与地表沉降数据对P0进行调整，即对P0进行动态化管理，以适应盾构连续推进工况。,（水压力+主动土压力+预备压）P0（水压力+被动土压力+预备压）,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,19,土压平衡盾构工法技术介绍（EPB）,土压力管理,土压力的调整方法a、调节螺旋机转速及出土闸门开口率b、调节盾构千斤顶推进速度c、两者组合调节,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,20,土压平衡盾构工法技术介绍（EPB）,土体改良技术,当掘进过程中遇到砂层或含水量低的硬黏土等不良地层时，土体塑流性差，需通过盾构机的渣土改良系统，注入高压水或粘土、膨润土、发泡剂等材料，通过土仓内搅拌系统充分搅拌后，从而保证盾构顺利掘进。,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,21,泥水平衡盾构工法技术介绍,泥水循环系统,开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥浆处理设备进行分离，分离后的泥水进行重新调浆冲刷管，再输送到开挖面。泥水盾构适用的地质范围从软弱砂质土层到砂砾层都可以使用。,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,管片拼装技术介绍,一般每环管片有6-8块管片组成，分为A、B、K型，分别为标准块，邻接块、封顶块。可由球墨铸铁、钢结构、钢筋砼、钢板与钢筋砼的复合材料等制成的管片（衬砌）,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,23,管片拼装技术介绍,通缝拼装一般只在隧道曲线段设置楔形管片错缝拼装设计时往往每环均为楔形管片（通过左右环宽不等的特点，管片旋转角度，可用于隧道转弯和纠偏）,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,24,管片拼装技术介绍,管片拼装流程,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,25,管片拼装技术介绍,管片拼装流程,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,26,管片拼装技术介绍,螺栓紧固流程,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,27,管片拼装技术介绍,错缝拼装,通缝拼装,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,28,盾构进出洞技术措施,盾构始发是指在始发井内利用临时组装的管片、反力台架等设备，使盾构机离开基座经井壁穿墙洞沿指定路线推进的一系列作业。盾构进洞是指在盾构机从外侧掘进进入接收井内台架的一系列作业盾构始发和进洞作业时盾构掘进施工中最容易发生事故的两道工序,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,29,盾构进出洞技术措施,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,30,盾构进出洞技术措施,洞门密封止水装置作用：防止泥砂或地下水从洞门圈与盾构壳体（管片）间的空隙涌入盾构工作井内。,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,31,盾构进出洞技术措施,洞口止水装置,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,32,同步注浆技术措施,因盾构机外壳大于管片外径，随着盾构的推进，在管片和土体之间会出现建筑间隙。在盾构掘进过程中应采用同步注浆及时填充建筑空隙尽可能的减少盾构施工对地面的影响同时作为管片外防水和结构加强层。,同步注浆原理,填充空隙，稳固管片，防漏水、防止地面沉降。,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,33,同步注浆技术措施,穿越建筑物施工的同步注浆必须精确控制注浆量和注浆速率，否则将会使构筑物产生大的形变；同步注浆可采用惰性浆液或双液浆。注浆量主要依据距构筑物的位置和监测数据及时进行调整，一般为理论建筑间隙的130250,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,34,同步注浆技术措施,二次注浆原理,二次注浆：根据地面监测信息反馈，当同步注浆未不能填满管片与土体间隙，须及时补浆，否则会造成地面的较大沉降。,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,35,管片防水技术措施,管片防水原则,盾构法隧道通常采用组装式衬砌，接缝数量多，防水难度大。要求高的防水等级隧道，往往采用二次内衬混凝土设计。其防水原则：以防为主，强化堵截，归口引导,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,36,管片防水技术措施,管片防水关键环节,除了管片拼装质量是隧道防水的关键环节外，接缝衬砌防水的还有四个关键环节：（1）、管片自防水：管片本体应满足抗渗设计要求和几何尺寸精度。（2）、接缝密封防水：密封垫防水、螺栓防水（3）、嵌缝防排水：嵌缝抹孔（4）、壁后注浆的防水：同步注浆和二次注浆等,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,37,管片防水技术措施,嵌缝抹孔作业,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,38,止水环注浆,在盾构特殊地段或特殊地质，必要时通过管片上的注浆孔进行止水（浆）注浆,。止水（浆）环材料通常用：水玻璃+水泥浆,管片防水技术措施,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,39,盾构施工测量与轴线控制技术,盾构施工测量技术,盾构掘进纠偏施工过程,已建隧道,设计轴线,盾构机,纠偏曲线,盾构方位,纠偏曲线隧道,三、盾构施工技术介绍,2019/11/20,41,盾构施工对地层的影响和防治措施,地层变形的防治措施,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,42,盾构施工质量控制要点,盾构法隧道施工的质量控制重点是建成的隧道实际轴线与设计轴线的一致性，管片的制造质量，管片拼装质量需符合设计要求；另外隧道的综合防水能力，隧道施工过程对地层的扰动、对周围环境的影响等也是反映隧道施工质量的重要指标,2019/11/20,43,管片制作、运输质量,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,44,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,45,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,46,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,47,1)加固效果要通过在不同部位、不同深度钻心取样等手段进行验证,确保满足设计要求；2)降低地下水位。在始发期间,端头井周围地下水位要降至洞圈以下1.52m,要实施实时监测,并有备用降水井和降水设备。,1、进出洞土体加固及改良质量,盾构始发、到达质量控制,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,48,盾构始发、到达质量控制,盾构机在隧道内有只能进不能退的特点,因此盾构机的质量是隧道能否顺利施工的关键,现场应有厂方经验丰富的组装和调试工程师。现场应加强对隐蔽组装部位以及盾构机出洞后不便观察检查等部位的检查验收,如刀盘安装螺栓(力矩、数量)、止水密封圈、同步注浆和渣土改良系统等。始发前主要对盾构进行部件、系统功能性、运转状况进行验收,应制定详细的验收表格,逐项验收,确保盾构机的组装调试质量。,2、盾构机和配套设备质量验收控制,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,49,盾构始发、到达质量控制,2)出洞止水密封装置安装：帘布橡胶板上的安装螺栓必须齐全紧固,防翻卷装置加工牢固,帘布橡胶板紧贴洞门,防泥水流失。3)盾构机基座a位置及尺寸。基座设置前,应对洞中的实际净尺、平面位置、直径及高程进行复核确定基座的位置和高程。b基座的加固焊接质量,导向轨的夹角,基座的防移动加固。c考虑设计坡度和盾构机预沉降防范措施,前端应有防盾构机磕头装置。4)反力支撑系统(由临时负环管片、反力架、调节装置等部分组成)a必须尽可能地保持负环管片的真圆度。b使用钢材等按设计调整正1环与竖井坑口部位的位置关系。c负环顶部作为运输开口时,必须用钢材加固该开口。d反力架的支撑中,受力混凝土和钢构件的强度,要达到设计推力的要求。,3、盾构始发工序质量控制,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,50,盾构始发、到达质量控制,5)始发前组织对始发条件验收，验收合格后方可进行始盾构始发发作业。验收内容：a、各项方案已编制并审批，已向工班交底；b、加固体强度、渗透系数测试满足设计要求；c、洞门、控制点已经三方复测并满足施工设计要求；d、反力架、始发架结构已通过验算并固定牢固；e、盾构机等设备到位并通过验收；f、各项物资、材料（包括应急物资）已到位并已通过质量检测；g、地表和建筑物/管线监测点已布置并取得初始值；h、沿线建筑物、管线已调查并制定了相应的保护措施。,3、盾构始发工序质量控制,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,51,盾构始发、到达质量控制,1)盾构接收基座设置由于盾构进洞姿态是未知的，在盾构接收(进洞)前仍需复核接收井洞门中心位置和接收基座平面、高程位置(一般以低于洞圈面为原则),确保盾构机进洞后能平稳、安全推上基座。2)进洞前盾构姿态监控在盾构进洞前约100环应对已贯通隧道内布置的平面导线控制点及高程水准基点做贯通前复核测量,是准确评估盾构进洞前姿态和拟定进洞段掘进轴线的重要依据。3）洞门围护结构凿除(进洞侧)类似出洞时控制措施4）出洞止水密封装置安装类似出洞时控制措施5）同样还需做到：观察进洞洞口有无渗漏的状况,发现洞口渗漏及时封堵;及时安装洞口拉紧装置,并检查其牢固性。必须重视进洞工序，组织条件验收。,4、盾构到达工序质量控制,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,52,土压盾构掘进质量控制要点,盾构机在初始推进时,需进行各功能系统的带载试验,完善各功能系统,并进行整合。同时在掘进过程寻求最佳施工参数和施工操作经验,为全线正常推进提供符合土质特点的基本施工参数（正面土压、推力、推速、注浆量及压力等）。试掘进过程基本在50100m左右。很重要的作用是获得掘进最佳平衡状态的施工控制参数。,1、盾构试掘进,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,53,土压盾构掘进质量控制要点,1）开挖面的土压力管理土压平衡工艺时已进行了介绍，运用信息化施工手段进行动态管理，施工中需设置备用的土压力计,异常时切换使用。,2、土压盾构掘进质量管理,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,54,土压盾构掘进质量控制要点,2、土压盾构掘进质量管理,2）排土量的管理为了保持开挖面稳定,顺利进行掘进,就必须确切地排出与掘进量相一致的切削土砂。一般出土量宜控制在95%100%。切削土量的管理方法有重量管理和体积管理两种,通过出土量的统计和计算,与理论出土值比较可以判断超挖量和掘进面是否出现了沉降或塌方。,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,55,土压盾构掘进质量控制要点,2、土压盾构掘进质量管理,3）推进速度与推力控制a盾构掘进的速度主要受盾构设备进、出土速度的限制,若出土速度不协调,极易出现土面土体失稳和地表沉降等不良现象,因此推进应尽量均衡连续作业。b正确地使用千斤顶是盾构能否沿设计轴线(标高)方向准确前进的关键,应根据盾构趋势,合理选择千斤顶和设定千斤顶的推力。,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,56,土压盾构掘进质量控制要点,2、土压盾构掘进质量管理,4）盾构机姿态控制要点a盾构姿态的测量数据包括自动测量数据和人工测量数据。人工测量数据是对自动测量数据正确性的检测和校正。两类数据要进行比较、分析,动态掌握数据变化情况,正确指导盾构机正确、安全地推进。b基准点的前移和复测。隧道内测点设置间距大约为2050m,隧道内测点必须定期复测和修正。c以测量结果为基础,绘制盾构及管片与设计线之间的位置关系图。d发现盾构机偏向时,应及时纠正,不得猛纠硬调。进行大方向的纠正时,要确保盾尾间隙,可采用特殊管片进行纠偏。,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,57,管片拼装质量标准及控制要点,1、拼装质量标准,1）、管片拼装应严格按拼装设计要求进行，管片无内外贯穿裂缝和宽度大于0.2mm的裂缝及混凝土剥落现象。2）、管片防水密封质量应符合设计要求，无缺损，粘结牢固，平整，防水垫圈无遗漏。3）、螺栓质量及拧紧度必须符合设计要求。,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,58,管片拼装质量标准及控制要点,2、拼装质量控制要点,1)按设计和规范要求,对进场管片进行严格验收。2)管片运输、搬运时要防止损伤边角和防水装置损坏。3)管片接缝间严禁夹有杂物(如砂土等)。4)管片定位应慎重,防止接头表面碰撞和挤坏止水装置。5)按组装顺序收缩该部位的千斤顶,不可全缩。6）应根据上一环管片的姿态、盾构姿态、盾尾间隙等确定管片选型和排序,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,59,管片拼装质量标准及控制要点,2、拼装质量控制要点,7）待拼装一环管片后,利用全部的盾构千斤顶均匀压紧新拼装的管片,正式紧固。一般在盾尾后方1015m左右,需按设计力矩再度复紧。8)拼装管片时,接触面要严密对准,防止拼装中的管片与已有管片的转角处成点接触或线接触状态,在受千斤顶推力时会产生缺陷和开裂。当盾构方向与管片方向不同时,盾尾会挤伤管片,此时就要瞬时改变盾构的方向,以杜绝挤压。9)、在负环管片拆除或掘进终了,管片脱离盾构机时,在二次注浆不充分或没固化时,按照设计槽钢将端头的10环左右管片连接加固,以防应力释放、环缝增大或管片移动。10)、管片推进中局部破损应及时修补，修补材料不低于管片强度。,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,60,同步注浆质量控制要点,（1）影响注浆质量的因素：浆液配比、原材料质量、浆液数量、注浆泵性能、管道流量、地质情况等。（2）浆液配合比应据实验确定,应达到较好的和易性,易于压送,运输中不易离析,不沉淀,不堵管,能充分填实孔隙。在凝结时间上,达到缓凝早强,缓凝可防止损坏盾构机密封装置,早强可使浆液不易流失。（3）注浆压力应根据地质条件、注浆方式、管片强度、设备性能、浆液特性和隧道埋深综合因素确定。注浆压力、注浆量应应通过监测地表变形情况而调整。（4）同步注浆和即时注浆的注浆量的充填系数根据地层条件、施工状态和环境要求确定，通常取1.302.50。,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,61,同步注浆质量控制要点,四、盾构施工质量控制措施,2019/11/20,62,同步注浆质量控制要点,（5）注浆用浆液应符合下列规定：1）浆液应按选定的配合比拌制，不得随意改动；2）浆液的比重、稠度、和易性、杂物最大粒径、凝结时间、凝结后强度、浆体固化收缩率均应满足工程要求；3）拌制后浆液应易于压注，在运输过程中不离析、不沉淀。（6）注浆作业应连续进行。注浆作业时，应观察注浆压力及流量变