盾构隧道施工工艺课件(PPT 63页).ppt

盾构隧道施工工艺 内容提要 盾构法主要施工程序盾构法施工始发现场布置盾构法主要施工工艺复合地层掘进技术 一 盾构法主要施工程序 7 接收井洞口土体加固 8 盾构进入接收井 并运出地面 施工工艺流程 二 盾构法施工始发现场布置 渣土池前置式 中空翻 中侧翻 地侧翻 渣土池侧置式 泥水系统分布图 泥水处理工艺 泥水处理流程图 一级处理设备 盾构机 二级处理设备 调整池 沉淀池 P1泥浆泵 泥浆量 浆液浓度满足要求 土渣 三级处理设备 压滤 弃渣场外运 造浆 清水池 三 盾构法主要施工工艺 3 1端头加固 为了确保盾构始发和到达时施工安全 确保地层稳定 以防端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况 根据各始发和到达端头工程地质 水文地质和端头结构等综合分析与评价 决定是否对洞门端头地层进行加固处理 常见方法有 1 深搅桩群 2 旋喷桩 3 降水法 4 冷冻法 5 化学注浆法 6 SMW 水泥土搅拌墙 以及上述方法结合使用 围护结构施工 端头加固与现场布置 要求 加固体和洞口密封共同在盾构始发时包住盾构机 3 2洞门破除 始发前将车站洞门部位的端头围护桩进行凿除 采用油炮 人工施工作方式进行凿除 先沿洞四周凿除采用油炮A部分 再用人工持风镐凿除B部分 凿除时围护桩内层钢筋先不割除 待盾构进洞或出洞时再迅速割除 3 3始发井 车站 设施安装 顾名思义 始发井就是盾构隧道施工的起点 必须满足下列基本要求 1 具备容纳盾构机设备和安装 运行的空间 2 承受盾构推进中的反力和周边水土的作用力 3 设有盾构机从井内推出的软眼 洞口 4 工程的功能性结构要求 到达井就是盾构隧道施工的终点 必须满足下列基本要求 1 容纳盾构机设备和拆装吊出的空间 2 承受周边水土的作用力和盾构机进洞的部分压力 3 设有盾构机从井外进入 进洞 的软眼 洞口 4 工程的功能性结构要求 始发井 到达井 两点一线 有始有终 车站开挖和支撑 车站施工 始发井 车站 到达井 车站 施工 车站施工 围护结构施工 盾构始发井 3 4始发架安装 始发架的作用 1 为盾构机提供井内支托 2 导向 确保盾构中心 隧道中心 洞口密封中心 三心合一 3 为负环管片提供约束和支撑 3 5盾构机下井组装 盾构机下井组装 3 6 洞口密封安装 洞口密封的作用 1 在始发时在盾构机外壳与混凝土洞口之间形成一个柔性止水密封 2 在试掘进阶段 在管片与混凝土洞口之间形成止水 止浆密封 洞口密封结构图 洞门密封及止水装置的安装洞口密封采用右图所示的折叶式密封压板 其施工分两步进行施工 第一步在始发端墙施工过程中 做好始发洞门预埋件的埋设工作 在埋设过程中预埋件与端墙结构钢筋连接在一起 第二步在盾构正式始发之前 清理完洞口的碴土后及时安装洞口密封压板及橡胶帘布板 3 7 反力架安装 反力架的作用 1 传递盾构推进反力到井体或车站结构上 2 提供盾构后配套台车 或系统 通行空间 3 标准环定位 3 8负环安装 负环的作用 1 传递盾构推进反力到反力架 推进垫块 2 盾构推进导向 盾构始发阶段 盾构试掘进阶段 按设计要求经精确测量定位后 组装反力架和负环管片 为盾构推进提供后座反力 反力架和负环管片的布置 靠近反力架的一环为基准环 基准环为钢管片 其余负环管片为与隧道管片相同的混凝土管片 为利于洞门施工 0环伸入洞内0 4 0 8m 在洞门施工时再将这环管片凿除 负环管片组装采用错缝拼装 3 9盾构始发 盾构始发是指盾构机从井 站 内破除洞口出发到加固土体掘进 直至盾尾全部进入洞口密封的作业过程 包括二个步骤 1 洞门凿除 在洞口密封安装基本完成后 凿除洞内区域的维护结构 2 盾构机开始切削 出土 全部进入加固体 八字方针 不塌不漏不歪不扭 3 10进洞技术 进洞段常见问题 端头加固效果不好开洞门时失稳始发后盾构 磕头 洞门密封效果不好端头加固长度不足 3 11 盾构试掘进 特点 内容多 空间小 时间长 效率低 风险大 试掘进还需要解决的问题 1 临时出土口和出渣运输 2 管片运输和负环拼装 3 台车与车站的空间干涉 4 临时管线布置 5 电瓶机车编制 盾构始发井始发 始发掘进长度为120 150米定义为试验段掘进 盾构机与后续台车的长度 80m 130m 始发井内洞口处布置双线道岔所需长度 管片与土体之间的摩擦力足以支撑盾构机的正常掘进的准确性 盾构试掘进是指盾构机的适应性掘进 在试掘进阶段主要是四个适应 1 盾构机控制系统 机械结构相互间的磨合 设备自适应性 2 操作人员与盾构机操作功能系统使用的磨合 人机适应性 3 盾构机功能系统对地质的适应性 简称地适应性 4 盾构设备全功能与环境空间的适应性 完成盾构试掘进的标志 1 基本掌握盾构机在当前地层的掘进技术 清晰掘进参数的设置和相互关系 能够通过掘进参数来调控盾构姿态 隧道偏差 地面沉降 管片姿态 控制条件2 盾构机的所有系统设备负载运行和功能正常 功能条件3 盾构机的推进力反力完全由隧道管片与土体摩阻力承担 反力架不受推力的反作用 受力条件4 盾构机及后配套台车完全进入隧道内 机车编制完成 空间条件 盾构隧道试掘进的长度一般在100环左右 即120 150m 地质是基础设备是关键人员是根本 3 12盾构正常掘进流程 控制两个平衡 压力平衡 推速出土平衡 把握两个姿态 盾构姿态 管片姿态 盾构机正常掘进范围为除初始掘进120 150m和到达掘进80m外的长度 盾构机在完成试验段掘进后 对始发设施进行必要的调整 为正常掘进准备条件 调整工作包括 拆除负环管片 始发基座和反力架 在站内铺设双线轨道 其他各种管线的延伸和连接 盾构机正常掘进段根据隧道穿过不同的地层情况 选定不同的盾构机掘进模式如下 A 类围岩及地表有建筑物的地段 地层自稳性较差 盾构机切削土体以刮刀为主 采用土压平衡模式掘进 刀盘紧贴开挖面 土仓所设压力与开挖面水土压力相平衡 严格控制出土量 B 类围岩 岩石组织结构已大部分破坏 风化裂隙发育 岩体破碎 遇水易崩解 地层有一定的自稳性 采用半敞开掘进模式掘进 在土仓内注入高压空气 以稳定掌子面土体和排水 并向开挖面注入泡沫等改良剂 改良切削土体的和易性和流塑性 防止在刀盘上和土仓内形成泥饼 C 类围岩 地层岩石组织结构部分破坏 岩质坚硬 地层稳定性较好 采用敞开掘进模式掘进 向掌子面注入泡沫或水 减少对滚刀的磨损 盾构机的掘进参数 客观上在同一施工区间地层变化也比较突然 上下不均 球状风化体 孤石等不良地质经常存在 给盾构的施工组织管理和掘进技术带来很大难度 在施工中需要采用较多的辅助工法并且经常调整掘进参数甚至转换掘进模式以适应变化的地层 掘进参数是指 土仓压力 刀盘推力及扭矩 刀盘转速 螺旋机转速等一些通过盾构机操作或PLC设置达到正常掘进保证施工安全的技术指标 土仓压力 是土压平衡或泥水平衡掘进中最能体现掌子面稳定状况的一项操作指标 是利用刀盘的一系列操作 推力 转速及贯入度等 与螺旋输送机的转速合理匹配来完成的一种动态的平衡 其数据是通过土仓壁上的土压传感器采集反馈的 一般以最上方的传感器数据作为控制指标 在实际土压平衡模式操作过程中 土仓压力设置宜略高于掌子面的水土压力 理论计算值 刀盘推力 是所有推进千斤顶推力的总和 通过千斤顶的工作油压以及推进速度旋钮来控制 但主要以前者控制为主 除了推力本身以外 在操作面板上能体现刀盘推力大小是否适当的指标有 贯入度 扭矩 甚至推进速度在一定程度上也能反映推力的合理性 刀盘扭矩 取决于主轴承直径大小 在5号线使用的海瑞克 6250复合盾构机主轴承直径2 6m 工作扭矩450t m 最大脱困扭矩540t m 在PLC显示屏上体现扭矩指标的参数有扭矩和刀盘工作油压 而且后者是最能体现刀盘的旋转工况 刀盘转速与刀具的贯入度 是造成掌子面土体乃至更大范围土体扰动的最直接的参数 另外 在岩层中掘进时 也是及时调整掘进参数的有效依据 另外 还要指出的是 由于土压平衡模式实际上是一种通过螺旋机的旋转出土形成的动态平衡 所以在实际操作作程中螺旋机的转速和压力也要引起足够重视 同时在掘进过程中需要根据具体的监测情况进行调整的还有同步注浆量和注浆压力 3 13壁后注浆技术 同步注浆二次注浆堵水注浆 同步注浆砂浆性能要求流动性 新拌混凝土在自重或振捣的作用下 能产生流动 粘聚性 新拌混凝土的组成材料之间有一定的粘聚力 在施工过程中 不致发生分层和离析现象的性能 保水性 在新拌混凝土具有一定的保水能力 在施工过程中 不致产生严重泌水现象的性能 和易性 流动性 粘聚性与保水性的综合体现初凝 混凝土失去塑性但不具备机械强度终凝 混凝土失去塑性且具备机械强度 同步注浆原理 随着盾构的推进 在管片和土体之间会出现建筑间隙 为了填充这些间隙 就要在盾构机推进过程中 保持一定压力 综合考虑注入量 不间断地从盾尾直接向壁后注浆 当盾构机推进结束时 停止注浆 这种方法是在环形建筑空隙形成的同时用浆液将其填充的注浆方式 同步注浆作用 防止地表下沉 同步注浆作用 增加衬砌接缝的防水功能 同步注浆浆液材料要求 收缩率小和易性好初凝快 终凝慢具有一定强度 同步注浆施工工艺 盾构出洞段同步注浆 为防止同步注浆破坏洞门止水装置 即防止翻板由于注浆压力崩断及防止帘布橡胶板外翻 影响止水效果 需等盾尾脱出加固区方可进行同步注浆 由于此段 约6m 为出洞加固区 土体自立能力较强 地表沉降相对较小 盾构进洞段同步注浆 进洞段同步注浆施工除了填充建筑空隙 控制地面沉降外 还应配合盾构轴线控制 采取灵活多变的注浆方式 确保盾构顺利进洞 当盾构机靠上盾构基座后停止同步注浆 待盾构机进入完全停靠在盾构基座 洞门封死后在进行洞门的补压浆 防止水土流失 正常掘进段同步注浆 每环开始推进前 先拌制足够一环使用的浆液打入注浆罐 当开始掘进后 保证注浆罐储存的浆液能够满足同步注浆要求 保证施工的连续性 严格控制同步注浆量和浆液质量 通过同步注浆及时填充建筑空隙 减少施工过程中土体的变形 做好地面变形情况及地表监测分析 及时调整注浆量要合理控制注浆压力 尽量作到填充而不是劈裂 注浆压力过大 管片外的土层将会被浆液扰动而造成较大的沉降 并易造成跑浆 同时 注浆压力过小填充速度过慢 填充不足 也会使变形增大 在管片脱出盾尾5环后 对管片的建筑空隙进行壁后二次注浆 整个区间每隔5环注浆一次 压浆量的控制根据变形信息确定 二次注浆 管片背后二次补强注浆是在同步注浆结束以后 通过管片的吊装孔对管片背后进行补强注浆 以提高同步注浆的效果 补充部分不充填的空腔 提高管片背后土体的密实度 二次注浆其浆液充填时间滞后于掘进一定时间 对围岩起到加固和止水的作用 先行沉降 开挖面沉降 盾构间隙沉降 盾构通过沉降 盾构掘进地层变形 产生沉降的原因 开挖大于盾壳 超挖 欠挖 占9 55 占20 60 占15 30 2个埋深 3 11盾构正常掘进之管片拼装 选好拼精紧牢推稳 管片拼装方式 通缝拼装错缝拼装 环缝纵向螺栓纵缝环向螺栓 管片接头构造 比较 不好拼装 容易定位 增加刚度 连接螺栓 直螺栓 开孔较深 较大 目前不使用 法兰直螺栓和斜螺栓 主要用于大直径弯螺栓 小直径管片 管片防水 海绵挡浆条 防砂浆 大缝有 小缝没有 橡胶密封垫 都有 主要防水 遇水膨胀橡胶嵌缝聚醚聚氨橡胶未硫化丁基腻子 主要从角度和构造要求 管片拼装 抓举头真空吸盘 拼装点位选择 错缝拼装选择盾尾间隙大的位置为拼装点位行程最大位置为拼装点位拼装点位尽量腰部以上 管片错台 管片错台在脱出盾尾后3 4环稳定拼装过大 造成F块内缩拼装过小 造成F块外扩管片螺栓复紧不及时 错台原因分析 错台对隧道质量影响 产生偏压 影响盾构姿态控制偏压过大 易引起管片破损环间止水带接触宽度变小 容易产生渗水错台量过大 连接螺栓屈服 螺栓孔周围混凝土破损 管片堆放及防水条 衬垫 高精度钢筋混凝土管片 管片水平运输 管片吊运下井 盾构机掘进操作 管片洞内运输 管片拼装 3 11盾构正常掘进之出口装置 螺旋输送机出土 土箱运土 井口土箱吊运 3 12 盾构到达段掘进 到达段掘进指盾构机到达前50米掘进 主要要求 1 加强盾构姿态和隧道线形测量 确保盾构机姿态和位置精度 2 最后8 10环 设置管片拉紧装置 确保管片压紧力 3 最后5 6环 进一步降低盾构机推力至400t左右 最后3环 掘进速度控制在5 10mm min 同始发井 站 一样 到达井 站 也需要提前进行土体加固 安装洞口止水密封 安装接收架 凿除洞门 准 稳 慎 3 13 盾构到达 盾构到达之 三个尽快 1 尽快将盾构机推入井内 2 尽快完成管片止水 3 尽快注浆充填