盾构培训课件.ppt

,盾构施工管理与风险控制,北京正远监理咨洵有限公司:于伟Tel盾构施工概述:,1、盾构是一种机械化程度较高的施工技术，具有施工速度快，安全性高，对围岩扰动小、地表沉降易控制，可长距离掘进，不必大面积降水，拆迁少等优点。2、由于盾构工法自身的特点，在城市轨道交通施工中发挥着很大的作用。它可以克服常规暗挖法不易克服的困难对一些特殊地段、地层进行施工，如埋深大、地下水丰富、软弱松散等地层。盾构机类型多种多样，常用的盾构机主要为土压平衡式盾构机，刀盘形式有面板式和辐条式两种，螺旋输送机有带式无轴螺旋输送机和有轴螺旋输送机。3、盾构机选型决定了工程施工顺利与否，配套设备对于盾构施工的效率起着至关重要的作用。盾构施工配套设备主要有水平运输用电的电瓶车、渣车，垂直提升用的龙门吊，装渣用的装载机、充电站，同步注浆用的浆液搅拌站等。,常用术语解释,1、盾构:掘进机的筒称，是在钢壳体保护下完成隧道掘进、拼装作业，由主机和后配套组成的机电一体化设备。2、工作井:盾构组装、拆卸、调头、吊运管片和出渣等使用的工作竖井，包括始发、接收等。3、盾构机座:用于保持盾构始发、接收等姿态的支撑装置。4、负环管片:为盾构始发掘进传递推力的临时管片。5、反力架:为盾构始发掘进提供反力的支撑装置。6、贯入度:刀盘旋转一周进入掌子面土中的深度，不仅与刀盘转速有关，还与掘进速度有关。(假设掘进速度是30mm/min，刀盘转速1.15r，贯入度计算公式:30mm1.15=26mm）。,常用术语解释,7、管片:隧道预制衬砌环的基本单元，管片的类型有钢筋砼管片,钢管片，铸铁管片。8、壁后注浆：用浆液填充隧道衬砌环与地层之间空隙的施工工艺。9、铰链装置：以液压千斤顶连接，可调节前后壳体姿态的装置。10、调头：盾构施工完成一段隧道后掉转方向的过程。11、过站：利用专用设备把盾构拖拉或顶推通过车站的过程。12、小半径曲线：地铁隧道平面曲线半径小于300m、其他隧道小于40D（D为盾构半径）的曲线。13、大坡度：隧道坡度大于3%。14、姿态：盾构的空间状态，通常采用横向偏差、竖向偏差、俯仰角、方位角、滚转角和切口里程等数据描述。15、椭圆度：圆形隧道管片衬砌拼装成环后最大与最小直径的差值。16、错台：成型隧道相邻管片接缝处的高差。,盾构机简介,以小松TM625MPP-16土压平衡式盾构机为例。该型号盾构机开挖直径为6280mm，最小转弯半径250米，爬坡坡度可达40-50。盾构机刀盘配置专门针对北京地层设计，额定破岩能力为70MPa。主机配置22个推进油缸，最大推力可达33730KN，采用主动铰接油缸，可有效调整盾构机姿态。盾构机主要由刀盘、前体、中折盾、盾尾、螺旋机、双梁、拼装机及5节后配套台车组成。,土压平衡盾构的结构原理,土压平衡盾构机主要由刀盘及刀盘驱动、盾体、螺旋输送机、管片安装机、皮带输送机、推进油缸等组成。,盾构刀盘,面板式刀盘,刀盘的刀具介绍,刀盘上安装有多种刀具：（不同的地层安装不同的刀具）,主要有以下几种:中心刀先行刀刮刀边缘刮刀仿形刀,先行刀,作用：用来先行松散各种砂砾层、粘土层及全风化层，使其固结性能变差，然后由刮刀将其刮掉。,作用：用于盾构曲线施工时的超挖及盾构姿态的调整，由液压油缸操纵伸缩，其行程为0150mm；,仿形刀,刮刀,主驱动系统,用来驱动刀盘旋转的装置。该装置包括电动机、减速器、大小齿轮、大轴承等。,前盾,包括土仓、密封隔板等,中盾,刀盘驱动部分、推进千斤顶、铰接千斤顶和人闸等。,盾尾,铰接系统,依靠铰接千斤顶的主动伸缩功能,使盾构机的前后部分发生互动弯折。,为隧道曲线段施工而设置。,人闸,用于盾构机在带压状态下，工作人员经人闸的调压后进入开挖舱，维护、更换刀具等作业。,管片拼装机,拼装管片的装置。能夹持管片，作圆弧运动、径向运动和纵向运动等。,螺旋输送机,输送土仓中渣土的装置，包括螺旋机和驱动装置。,驱动装置,皮带机输送过程,管片运输,双梁系统由工字钢和电动葫芦组成，两组平行布置，其中一端固定在第一节车架上。,控制系统,控制系统分为中央控制台、现场表盘、监控系统、可编排程控制器和PPS导向系统。,PPS导向系统,轴线测量系统,前视棱镜,后视棱镜,全站仪,测量吊篮,盾构吊装,盾构选型,辐条式刀盘,有轴螺旋输送机,运输编组,始发型式,整体始发,分体始发,专项施工方案和条件验收管理,施工单位须组织专家对以下内容进行论证：吊装作业专项方案；始发与到达专项施工方案；开舱方案；区间联络通道施工方案；穿越一级及以上风险工程专项施工方案及应急预案。,下穿铁路,盾构到达,专项施工方案和条件验收管理,条件验收执行标准,开舱,联络通道开口,穿越特一级风险工程,严格执行轨道交通建设工程重要部位和环节施工前条件验收暂行管理办法的相关规定。到达尤其危险，不可小视！,始发到达,有复试要求的材料,1、注浆填充材料:水泥、河砂、粉煤灰、膨润土及水玻璃2、防水条、缓冲垫及粘贴材料3、管片连接弧形六角螺栓及螺栓密封圈以上材料需提前作复试并出示报告。,管片试验,1、管片三环试拼装2、吊装孔抗拉拨、抗漏等试验，试验结果应满足要求。,设备系统调试及评估,(1)、刀盘正、反转灵敏，驱动电机同步性能完好。超挖刀伸缩系统灵活。(2)、推进油缸伸缩行程、伸缩速度满足要求(8.5cmmin)。(3)、盾尾三道密封刷焊接牢固，钢丝刷弹性较强，油脂涂抹均匀、密实，油脂注入管路通畅。(4)、同步注浆(4根)管路、清洗回路通畅。台车砂浆罐搅拌功能完好，注浆泵功能完好。,设备系统调试及评估,(5)、拼装机前、后行程、旋转速度满足要求。管片吊运、提升、下降速度性能完好。(6)、地层改良系统:泡沫发生器完好，注入回路通畅。膨润土泵功能完好，注入回路通畅。(7)、螺旋机前端伸缩行程满足要求，皮带传输机运转正常。(8)、地面监控系统调试完成，能实时监控盾构施工参数。,始发准备,1、端头加固通常采用旋喷加固，加固区域为盾构始发段长度6米、接收段长度9米，盾构周边各3米范围。2、利用降水井进行端头降水，创造无水作业条件。3、打水平探孔,检验洞门加固效果;4、洞门止水橡胶帘布和扇形压板的安装;5、盾构始发台安装;6、盾构机吊装就位，各系统调试，联动调试;7、反力架、导轨安装加固;8、负环管片安装加固;9、洞门破除,始发要点,1当刀盘抵达洞门掌子面30公分时,开始转动刀盘，防止刀盘被困2由于盾构机没有完全进入加固区,周边无岩土侧压力的摩擦作用,且油缸的推力和掌子面通过刀盘反力较小，在试运转时应控制刀盘慢速旋转,正反旋转,防止滚动,保持盾构姿态的正确性。3刀盘开始切削端头加固区土体后,土压设定应略小于理论值,推进速度不宜过快,总推力不大于反力架计算值。4盾构机坡度略大于设计，防止因正面土压变化,造成盾构突然栽头现象。5建立和调整土仓压力，是盾构始发操作中的重要环节，应尽快理顺推力、速度和出土量三者的相互关系；三者之间要相互匹配；,始发要点:,6根据不同地层、覆土厚度、地面建筑情况，结合监测数据，以及盾构自身的机械性能及时调整土仓压力；保持刀盘前方5m范围不隆不沉为宜;7控制每次的纠偏量，减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好的条件。8脱出正3环时，开始启动同步注浆,脱出8-10环采用二次注浆封闭洞门;9根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整，将施工轴线与设计轴线的偏差及地层变形控制在允许的范围内。,管片拼装,管片选型管片类型和C块位置，应根据设计要求和现场情况确定。管片选型主要考虑下几个因素：(1)盾尾间隙盾尾间隙左大右小，则考虑选用左转环；右大左小，则考虑使用右转环。(2)千斤顶油缸行程差当左侧油缸行程大于右侧油缸行程时，考虑使用右转环；反之考虑使用左转环。即哪边油缸行程短，则考虑管片向哪边转。(3)铰接油缸行程差当左侧铰接油缸行程大于右侧油缸行程时，考虑使用右转环；反之考虑左转环。即哪边铰接油缸行程短，则考虑管片向哪边转。,管片拼装,首先安装最下方一块管片，由下到上左右对称安装剩余管片，最后安装C型管片.第一块管片的位置尤为重要，它决定本环其它管片的定位及缝的宽窄,管片高于前一环相邻块时，C块位置不够，若低于相邻块时，则造成纵缝偏大，防水性能降低。盾构掘进时，在上一个循环管片脱出盾尾后，及时用风动扳手对所有管片环纵向螺栓进行复紧，确保所有螺栓绝对紧固，保证管片拼装质量。,盾构接收要点,1、预先完成盾构接收井端头土体加固;2、提前15-20天端头降水，创造无水接收条件；3、预先完成盾构接收托架安装和加固；4、预先完成止水橡胶帘布及扇形压板安装；5、盾构到桩100m前,对洞内所有测量控制点进行次整体、系统的联系测量。并报第三方测量单位复核;6、盾构到达前50m前，完成洞门钢环定位测量，根据钢环实际偏差，提前制定纠偏计划；7、盾构到达加固区前，专人负责观测接收洞口的变化情况，始终保持与盾构司机联系，及时调整掘进参数；遵循“低推力、低转速，逐渐减压、减小扰动”的原则；8、盾构刀盘到桩（墙）后，再破除洞门。,下穿风险源要点,1、土仓压力土压力的设定是施工的关键，包含了推进力、推进速度和出土量三者的相互关系，对盾构施工轴线控制和地层沉降控制起主导作用。（1）施工前，根据地层条件、埋深、机械性能计算合理的土压，掘进过程应结合监测数据不断优化;（2）控制土压上下波动，保持土压稳定。（3）减少非计划停机率，保持连续掘进。（4）加快管片拼装速度，严防盾构机后退（注意收缸控制）。（5）待机土压略高于掘进土压，长时间待机要有保压措施。（6）土压力持续5min或推进10Cm隧道长度范围内低于最低值，应进行分析,查找原因。,下穿风险源要点,2、推进速度（1）盾构推进时通过No.6、14、17、22#推进油缸(计测油缸)上装有的速度行程计来检测推进速度，根据反馈的油缸推进速度来调整盾构机推进速度，使盾构推进速度与出土速度相匹配，以保持适当土压力值。（2）推进速度宜控制在35cm，过慢对土体扰动时间较长，过快，对土体扰动大，对沉降控制不力，对下穿风险造成影响。必须确保盾构机匀速推进，减少盾构机停机时间及被动停机；,下穿风险源要点,3、出土量（1）实际出土量控制在理论的98%100%之间，以维持一定土压力，保证盾构正面土体的稳定。（2）为严格控制出渣量，每斗出渣量进行测量，根据估算结果实时调整螺旋机转速及出渣量，每环出渣量在4344方。每环掘进分三段进行，第一、二阶段掘进不超过463cm，出渣控制17方，第三阶段273cm，出渣约10方左右控制。（3）一环出土量超出理论计算值3方及以上时，应查找、分析原因，严禁超挖超排。,2019/12/15,45,可编辑,渣土测量,下穿风险源要点,3、渣土改良的效果（1）通过渣土改良，减小对周边土体的扰动；（2）通过渣土改良，使渣土具有良好的土压平衡效果，稳定开挖面土体；（3）通过渣土改良，提高渣土的不透水性，使渣土具有较好的止水性，从而控制地下水流失；（4）通过渣土改良，提高渣土的流动性，保持螺旋输送机排土通畅；（5）通过渣土改良，防止螺旋输送机排土时出现喷涌现象；（6）通过渣土改良，防止开挖的渣土粘结刀盘而产生泥饼；（7）通过渣土改良，降低刀盘扭矩和螺旋输送机的扭矩，同时减少对刀盘和螺旋输送机的磨损，提高盾构的掘进效率。,下穿风险源要点,4、渣土改良方法（1）根据不同添加剂的改良机理及实际工况，合理选择各个注入孔注入的添加剂类型。对于刀盘中心注入孔，应选择注入泡沫；对于螺旋机筒体上的注入孔，优先选择加入膨润土浆液；此外，其他孔应根据注入量的大小进行选择，确保每种浆液均能够均匀注入土仓及开挖面内。（2）对于单一地层，施工过程中，同一注浆孔应避免频繁更换添加剂种类。如果确实需要更换，则应利用清水将管路完全清洗干净后，方可进行更换。（3）盾构推进前，首先加入泡沫，转动刀盘，待刀盘扭矩正常稳定后，再向前推进，同时加入泥浆。每环推进完成后，先停止加泥，转动刀盘3min左右再停止加泡沫。,下穿风险源要点,5、同步注浆(1)注浆压力为保证达到对环向空隙的有效充填，同时又能确保管片结构不因注浆产生变形和损坏，根据经验，注浆压力取值为：23bar(注浆压力比土压力高约1bar)。(2)注浆量注浆量取环形间隙理论体积的1.31.8倍，即每环同步注浆量4.215.83m3。(3)注浆速度同步注浆速度应与掘进速度相匹配，按盾构完成一环1.2m掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。,同步注浆材料配比和性能指标表(每方用料),检测砂浆稠度,下穿风险源要点,6、二次注浆（1）在下穿风险源期间二次注浆应做为一道施工工序来完成，配备两班作业组，跟班作业；（2）注浆材料采用双液浆：水玻璃+水泥水灰比=0.8:1（3）脱5-8环后实施二次注浆，并结合每天的监测数据分析，对变形速率不稳或单次变形较大的部位进行补强注浆。,下穿风险源应把握三个关健阶段:,第一个阶段:刀盘切口位置的隆沉控制1、设定合理的土压,根据理论土压计算结果，结合监测数据分析，在掘进过程中不断优化土压，保持土压平稳，防止土压波动过大；2、控制出渣量，杜绝超挖超排现象。3、提高土体改良效果，降低刀盘扭矩和推力；4、待机土压略高于掘进土压；5、注意停机保压，做好土仓内土体改良，并及时关闭螺旋机出土口闸门。,，,丈,下穿风险源应把握三个关健阶段:,第二阶段：盾体上方的沉降控制1、在富水砂卵地层掘进时，推进过程中在盾壳外侧加注膨润土，以减小盾壳通过过程中上部地层沉降；2、加快管片拼装速度，减少待机时间；3、加强设备维护保养，减少非计划停机，实现连续掘进；4、中、长时间停机，停机前应做好土仓内土体改良和保压，在盾壳同土体之间填充优质膨润土，确保地层稳定。,下穿风险源应把握三个关健阶段:,第三阶段：脱出盾尾5-10环后的沉降控制1、加强同步注浆管理，控制砂浆质量；2、管片螺栓二次复紧；3、及时进行二次注浆，开孔位置必须合理。4、根据监测数据分析结果，对速率变化大，且不稳定地段进行补强注浆。,9号线军东区间右线盾构在推进至3#检修井时，发现刀盘、刀具磨损异常。,刀盘磨损异常,盾构设备管理,盾构设备进场前适应性评估,9号线丰六区间左线盾构在推进至144环时，螺旋输送机叶片连接轴损坏。,叶片中部断面凹凸不平,螺旋输送机轴焊接处,螺旋输送机,盾构设备管理,盾构设备进场前适应性评估,6号线一期慈花区间右线盾构因螺旋输送机轴断裂，盾构突然停机进行检修。,螺旋输送机扭矩极具增大,4盾构设备管理,螺旋输送机,盾构设备进场前适应性评估,两节螺旋输送机,螺旋输送机断口处,10号线二期纪樊区间右线盾构主驱动大齿圈约有一半齿轮根部出现裂纹。,主驱动大齿圈,4盾构设备管理,盾构设备进场前适应性评估,6号线一期青褡区间左线盾构因主轴承密封损坏，土舱只能建立较低土压力，致使地表沉降控制欠佳。,0.6bar,主轴承密封,盾构设备管理,盾构设备进场前适应性评估,盾构设备管理,盾构设备现场组装前，施工单位应编制吊装方案，并经专家论证，监理审核通过后盾构方可下井组装。,施工质量管理,施工质量：,施工质量管理,破损,错台,渗漏水,管片拼装质量应满足地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-1999（2003版）、盾构法隧道施工与验收规范（GB50446-2008）及相关规范的要求。,左线接收端,关键工序管理,盾构始发与到达管理,九号线丰科区间：右线端头加固效果差，盾构始发段初始掘进过程中出土量控制不当，导致地表塌陷。左线端头加固效果差，盾构到达时仍然向前方土体注入泡沫和膨润土，造成有水条件，土体失稳，导致洞门处土体涌入车站，地表塌陷。,关键工序管理,盾构始发与到达管理,十号线二期十分区间：右线自分钟寺站始发、中间风井接收及始发、十里河站接收共4处洞门均未安装止水橡胶帘布，造成不同程度渗漏水，中间风井始发前提前破桩造成水土流失。左线自分钟寺站始发、中间风井接收共2处洞门未安装止水帘布，造成不同程度渗漏水，距风井接收600环距离即破除风井接收洞门，造成水土流失。,2013年1月15日南中区间左线接收时，由于端头加固不到位，造成刀盘前方拱顶坍塌,2011年8月9日左线分钟寺站始发端头加固效果差，土体自稳性较差，洞门封层后出现空洞，且伴随着渗水现象，未波及到地面。,关键工序管理,盾构始发与到达管理,2011年9月4日右线到达中间风井过程中未安装止水橡胶帘布及扇形压板，洞门边缘3点钟和8点钟方向有水涌出，且水量较大；9月18日开始采取注浆等措施进行堵水；9月27日基本无渗水现象。,7关键工序管理,盾构始发与到达管理,9月9日右线到达中间风井情况,到达端头涌水情况,9月15日右线到达中间风井情况,9月22日右线到达中间风井情况,采取喷射混凝土堵水,9月25日右线到达中间风井情况,采用二次补浆堵水,到达端头涌水情况,7关键工序管理,盾构始发与到达管理,2011年9月4日左线盾构在距离中间风井约600环时即开始破除中间风井接收洞门，在预警发布后，施工单位随即停止破除洞门，于9月18日对破除部分补喷了混凝土。,提前破桩,补喷了砼,7关键工序管理,第二十一条：盾构始发与到达管理,接收端大量土体被推出,端头处流水带出大量细砂,2011年10月12日左线盾构中间风井接收端头渗水较为严重（洞门处中间部分存在厚度约0.6m的2粉细砂层），同时未安装橡胶帘布和扇形压板，盾构到达过程中大量土体被推出。随后施工单位在采取堵漏灵堵漏并用引流管引水等措施。,7关键工序管理,盾构始发与到达管理,流水带砂,7关键工序管理,盾构始发与到达管理,钢板封闭管片和洞门空隙,接收端地表出现裂缝,2011年10月18日右线盾构到达十里河站接收端，洞门处1点钟方向有水涌出且水势较大，未安装橡胶帘布和扇形压板，10月21日采取引流管引水，堵漏灵堵水等措施。,涌水,关键工序管理,盾构始发与到达管理,2011年11月15日左线盾构在到达十里河站接收端过程中，直接将桩体推入接收端