盾构汇报材料ppt课件VIP

.,.,长江盾构穿越施工安全控制技术,.,目录,第一部分盾构概述,第二部分盾构施工,第三部分特殊地层盾构施工,第四部分主要风险及防范措施,第五部分承包商安全管理,.,第一部分盾构概述,.,一、盾构施工技术的发展,1818年布鲁尔（Brunel）研究出了开敞式手掘盾构机，1823年在伦敦泰晤士河水底公路隧道进行了盾构试验，后因坍方事故中止。Brunel对盾构进行了改进，于1834年使工程再次上马，历时7年于1841年隧道贯通。1869年采用Greathead新开发的圆形盾构铸铁管片，在伦敦泰晤士河水底第二条隧道。1887年气压盾构在南伦敦铁路隧道中应用。19世纪末20世纪初城市隧道工程促进了闭胸式盾构的产生，盾构工法相继传入美国、日本、法国、德国等国家。20世纪60年代至80年代盾构工法迅速发展，完善了气压盾构、挤压（网格）盾构、插刀盾构、泥土加压盾构、泥水盾构等，盾构工法在地铁、市政隧道、公路隧道等的建设中得到广泛应用。,.,20世纪80年代至今研制出了加气泡盾构，同时大直径盾构、异形断面盾构（方形、椭圆形、马蹄形等）、双圆盾构、三圆盾构等得到发展。,.,二、盾构机的构成,盾构掘进机一般由盾构壳、推进千斤顶、正面支撑机构、挖土及运输组、衬砌拼装机构、液压系统、注浆系统和盾尾装置组成。,.,盾构机的刀盘是安装在盾构机前面的旋转部分。它是用于开挖岩土、切削土层的主要部件，通过在刀盘上安装不同的刀具，就可分别完成软土和硬岩的开挖，以适应不同地质施工的要求。,1、刀盘,.,刀具按掘削目的、设置位置和用途的分类,.,刮刀贝壳刀,鱼尾刀超挖刀,刀具实物图,.,2、盾体,盾体的盾壳是一个用厚钢板焊接成的圆柱筒体，厚度为45mm,是承受地下水压、土压力、盾构千斤顶的推力、管片拼装时的附加力及各种施工载荷的承力钢结构，同时也保护操作人员安全。盾体内的主要结构部件包括刀盘驱动马达、人闸、推进油缸、铰接油缸等。盾体分为前盾、中盾和盾尾三部分。,盾尾,中盾,前盾,D环,C环,B环,A环,刀盘,.,（1）前盾的主要组件：刀盘驱动、刀盘电机、中心回转体、人仓基座,牛腿,中心回转体,螺旋机前闸门,刀盘电机,人仓基座,前盾正面,前盾背面,.,（2）中盾的主要组件：推进油缸、铰接油缸、管片拼装机基座、阀块、管系等,推进油缸,铰接油缸,铰接阀组,推进控制阀块,推进千斤顶撑靴,管片拼装机基座,中盾正面,中盾背面,.,（2）盾尾,内置注浆管,盾尾刷,盾尾油脂注入孔,.,3、管片拼装机,管片安装机安装在盾体内，用于单块衬砌管片的就位，为中空的环形结构。它由悬臂梁、移动机架、回转机架、安装头等构件组成。速度0.2-1.5rpm旋转角度220度,.,3、螺旋输送机,螺旋输送机通过一个密封套装在盾构机的土仓底部。机壳上留有添加剂注入口，可以根据渣土情况注入泡沫、膨润土等添加剂。螺旋输送机出渣口安装有滑动式闸门，该闸门的开度能调节，从而调节螺旋输送机的送料速度，使土仓保持一定的压力。螺旋输送机装有土压传感器，用于检测输送机内部的土压力，并反馈给PLC系统或操作人员，以决定对螺旋输送机的转速、出渣闸门的开度大小进行调整，从而很好的控制出土量，达到控制土仓压力的目的，最终保证盾构机的正常掘进。,.,5、后配套系统,设备连接桥（管片吊、泡沫发生器、注浆气动阀及管系等）一号台车（主泵站、油箱、盾尾油脂泵、润滑油脂泵等）二号台车（操作室、注浆罐、注浆泵等）三号台车（变频柜、膨润土系统、注浆系统液压站等）四号台车（主配电柜、泡沫系统等）五号台车（循环水系统、主变压器、皮带机驱动、出碴口等）六号台车（空压机、储气罐、二次通风机、电缆托盘等）,管片吊,喂片机,皮带机,设备连接桥正面,注浆气动阀,泡沫发生器,设备连接桥侧面,一号台车,二号台车,三号台车（左）,三号台车（右）,四号台车（左）,四号台车（右）,五号台车（左）,五号台车（右）,六号台车（左）,六号台车（右）,.,6、施工配套,.,三、盾构施工的原理,（一）泥水平衡盾构机原理1、泥水平衡盾构概念,泥水加压平衡盾构：是在机械式盾构的前部设置隔板，与刀盘之间形成泥水舱,开挖面的稳定是将泥浆送入泥水舱内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。,.,2、泥水平衡盾构分类泥水盾构根据泥水舱构造形式和对泥浆压力的控制方式的不同，泥水盾构分为:直接控制型和间接控制型,.,直接控制型：送泥泵从地面泥浆池将新鲜泥浆输入盾构泥水舱，与开挖泥土进行混合，形成稠泥浆，然后由排泥泵输送到地面泥水分离处理站，经分离后排除土碴，而稀泥浆流向调浆池，再对泥浆密度和浓度进行调整后，重新输入盾构循环使用。泥水舱中的泥浆压力，可通过调节送泥泵转速或调节控制阀的开度来进行。由于送泥泵安在地面，控制距离长而产生延迟效应，不便于控制泥浆压力，因此常用调节控制阀的开度来进行泥浆压力调节。,间接控制型：其泥水系统由泥浆和空气双重回路组成。在盾构的泥水舱内插装一道半隔板，在半隔板前充以压力泥浆，在半隔板后面盾构轴心线以上部分充以压缩空气，形成空气缓冲层，气压作用在半隔板后面与泥浆的接触面上，由于接触面上气、液具有相同压力，因此只要调节空气压力，就可以确定和保持在开挖面上相应的泥浆支护压力。,.,3、开挖面稳定机理,泥水盾构通过向密封的泥水舱内输送加压的泥水来获得开挖面的稳定，对于不透水性的粘土，泥浆压力适当大于围岩主动土压力，就可以保证隧道开挖面的稳定；对于透水性大的砂性土，泥浆会渗入到土层内一定深度，并在很短时间内，在土层表面形成不透水的泥膜，使泥浆压力在开挖面上产生与作业面上的土压、水压相抗衡的泥水压，以保持作业面的稳定。当泥水舱内的泥水压力大于地层压力和水压力时，地表将会隆起；当泥水舱内的泥水压力小于地层压力和水压力时，地表将会下沉。因此泥水舱内的泥水压力应与地层土压力和水压力平衡。,.,4、泥水系统,支护泥水在泥水盾构掘进中起着重要作用：在开挖面土体表面形成泥膜，泥膜厚度随渗透时间增加而增加，从而有效提高渗透抵抗力。支承、稳定开挖面土体。盾构借助泥水压力与正面土压产生泥水平衡效果，有效支承正面土体。对刀盘和刀具等切削设备有冷却和润滑作用。,泥水系统构成：主要由膨润土、CMS、纯碱和水组成膨润土的作用提高泥水粘度、比重、悬浮性、触变性CMS（缩甲基淀粉）的作用降低失水率、增加粘度纯碱（碳酸钠）调节PH值、分散泥水颗粒,.,造浆分系统包括泥水拌制分系统和浆液调整分系统盾构在掘进过程中，需要进行新旧泥浆交替补充到盾构开挖面，形成一定厚度的泥膜便于刀盘切削。当旧浆液浆量不足，需要及时补充新鲜浆液，造浆系统根据浆液的粘度、比重等技术指标进行调整。以便及时向盾构泥水舱补充浆液，使开挖面快速形成泥膜，便于开挖面稳定和盾构顺利掘进。拌制泥浆的主要材料是膨润土、CMS等。,泥水盾构的泥水系统由四大部分组成造浆分系统泥水输送分系统泥水处理分系统泥水监控分系统,.,泥水拌制系统,泥水拌制系统由新浆槽、新浆泵、新浆搅拌器、新浆贮备槽、CMS搅拌槽、CMS搅拌器、CMS泵、分配阀和加水设备组成。CMS搅拌槽贮存化学浆糊、新浆槽贮存膨润土等材料，将搅拌后的CMS化学浆糊送入新浆槽进行混合搅拌制成新鲜浆液。,.,浆液调整系统,浆液调整系统由调整槽、剩余槽、调整槽搅拌器、剩余槽搅拌器、调整泵、剩余泵、密度泵、送浆泵和加水设备等组成，调整槽对新旧浆液进行调整、剩余槽贮存新旧浆液，分别由搅拌器进行搅拌，由密度泵进行密度检测，而后由送浆泵将调整好的浆液送往盾构泥水舱。,.,泥水输送分系统,泥水输送分系统将调整浆通过送泥泵与送泥管道输送至盾构泥水舱。刀盘切削下来的土砂和泥水舱中的泥水合成的泥浆，通过排泥泵与排泥管道送往地面的泥水处理分系统进行分离。泥水输送分系统主要由送排泥泵、阀、送排泥管道及配套部件等组成，通过泥水监控分系统进行自动化操作。,.,泥水处理分系统,泥水处理分系统的作用是将刀盘切削土砂形成的泥水进行颗粒分离。选择泥水处理设备时，必须考虑两个方面：必须能有效地分离排泥浆中的泥土和水分；必须具有与推进速度相适应的处理能力。采用振动筛作为首道初级分离，振动筛的作用是对泥水作预处理，去除团状和块状等粗大颗粒。粗颗粒的分离一般采用双层或三层振动筛。,.,旋流器,采用旋流器进行第二道分离旋流器的主要功能是将经过振动筛分离以后的中细颗粒浆液再次进行细化处理，逐次降低浆液粒径，一般采用多级旋流器进行处理。旋流器的工作原理是依据水动力高速旋转产生的离心力达到处理目的，利用旋流泵在旋转过程使旋流器产生负压力，迫使旋流器内部悬浮的细微颗粒，通过离心作用产生螺旋式上升，通过上溢口被负压力挤出，浆液中粗重颗粒在自重的重力作用下落入下溢口弃浆槽内。旋流器不同的内径和颈长比以及不同的工作压力，会起到不同的处理效果。,.,泥水监控分系统,泥水系统的运行和操纵由泥水监控分系统来实现。泥水监控分系统由PLC程序实现。通过泥水监控分系统的运用，随时为盾构施工提供可靠的信息和采集泥水系统的技术数据。泥水监控分系统以旁通模式、掘进模式、反循环模式、隔离模式和长时间停机模式控制等五种不同的状态进行监控。,.,（二）土压平衡盾构机1、土压平衡盾构概念,土压平衡盾构：是在机械式盾构的前部设置隔板，在刀盘的旋转作用下，刀具切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土舱，使土舱和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构推进油缸的推力通过隔板给土舱内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。,.,2、土压平衡盾构工作原理,刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土舱，泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的碴车上。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进。盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。,.,3、土压平衡盾构出渣,渣土改良系统主要有膨润土添加系统和泡沫系统。是盾构掘进的调节媒介。采用该系统，对于不同的地质条件，通过添加塑流化改性材料，改善盾构土舱内切削土体的塑流性，既可实现平衡开挖面水土压力，又能向外顺畅排土，拓宽了土压平衡盾构的适应范围。,螺旋输送机螺旋输送机由伸缩筒、出碴筒、液压马达、螺旋轴、出碴闸门组成。是土压平衡盾构的排土装置，主要有以下三个功能：将盾构土仓内的土体向外连续排出，土体在螺旋输送机内向外排出的过程中形成密封土塞，阻止土体中的水分散失，保持土仓内土压的稳定。将盾构土仓内的土压值自动与设定土压值进行比较，随时调整向外排土的速度，控制盾构土仓内实现连续的动态土压平衡过程，确保盾构连续正常向前掘进。,皮带输送机将碴土从螺旋输送机的出碴口运到碴车内。,.,四、盾构施工的特点,（一）盾构法施工的优点,1、盾构法隧道施工不受地面自然条件的影响。,在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工；,.,2、盾构法施工隧道机械化、自动化程度高。,盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快，施工劳动强度较低；,.,3、地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰。,在松软地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径隧道，盾构具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。,.,（二）盾构法施工的缺点,1、需要隧道衬砌管片预制、运输、衬砌、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布置、机械安装等施工技术的配合，系统工程协调复杂；2、施工过程变化断面尺寸困难；只能前进，不能后退，当隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工难度大，在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险较大；3、盾构机制造周期长，造价较昂贵，盾构的拼装、转移等较复杂，建造短于750m的隧道经济性差。,.,第二部分盾构施工,.,一、盾构机选型,（一）盾构机的分类原则无论是那种盾构机或TBM，不管是圆形的方形的、单圆的多园的、人工的、机械的、半机械的等等，它们都必须具备两种功能，一是与围岩的主动土压和水压的平衡方式；二是出土方式。将盾构机的这种平衡方式和出土方式称之为盾构机的型。盾构机的选型就是对盾构机平衡方式（采用土压平衡还是泥水平衡）和出土方式（采用螺旋输送器和皮带机还是泥浆泵和泥浆管路）的选择。这是一级功能分类。二级功能分类是指密封舱的状态，即通常所说的盾构机的模式，分为开胸式、闭胸式、半开胸式和加气压式。型是在盾构施工前选择的，也就是在施工招标前决定的。而模式是根据地质环境的变化在施工过程中由操作人员实时设定的。,.,.,（二）盾构机的选型,原则：技术先进、经济合理，生产适用,问题一：选择土压平衡还是泥水平衡？,泥水平衡盾构机,土压平衡盾构机,.,问题二：采用面板式还是幅条式？,面板式：优点是开口率较小，软土口开口率一般在45%左右，复合地层开口率在30%左右，面板开口小，强度高，易于刀具布置，对正面土体支撑效果较好，土压波动小；缺点是传感器对正面土体的压力反映不够准确，渣土进入土仓相对困难。,幅条式：优点是开口率大，渣土易进入土仓，不易形成泥饼，刀盘不易被堵，正面土压能较准确的反映；缺点是正面土压波动较大，容易引起地表沉降，刀盘比较薄弱，不易满足复合地层刀具的布置和刀盘本身刚度的要求。,.,问题三：刀具的选择和布置,刀具的布置方式需要充分考虑工程地质情况，进行针对性设计，不同的工程地质特点，采用不同的刀具配置方案，以获得良好的切削效果和掘进速度。根据地质条件特点，可以大致分为四种地层：软弱土地层；砂层、砂卵石地层；风化岩及软硬不均地层；单纯的纯硬岩地层。软弱土地层如南京、上海、杭州等地，其地质条件主要以淤泥、粘土和粉质粘土为主，在软弱土地层一般只需配置切削型刀具，如：切刀、周边刮刀、中心刀、先行刀和超挖刀。以南京地铁盾构为例，刀盘采用面板式结构，装有1把鱼尾形中心刀，120把切刀，16把周边刮刀及1把仿形刀。切刀安装在开口槽的两侧，覆盖了整个进碴口的长度。刮刀安装在刀盘边缘。由于刀盘需要正反旋转，因此切刀的布置也在正反方向布置，为了提高切刀的可靠性，在每个轨迹上至少布置2把。在周边工作量相对较大，磨损后对盾构切口环尺寸影响较大，在正反方向各布置了8把刮刀。考虑到刀盘的受力均匀性，刀具布置具有对称性。刀具安装采用螺栓固定，便于更换。在切刀或刮刀的刃口和刃口背面镶嵌有合金和耐磨材料，以延长刀具的使用寿命，切刀的破岩能力为20MPa，可以顺利地通过进出洞端头的加固地层。,.,砂层、砂卵石地层如北京、成都其地质条件主要以砂，卵石地层为主，如遇到粒径较大的砾石或漂石，应配置滚刀进行破碎。在砂层、砂卵石地层施工时，需设置（宽幅）切刀、周边刮刀、先行刀（重型撕裂刀）、中心刀、仿形刀等刀具。切刀是主刀具，用于开挖面大部分断面的开挖；周边刮刀也称保径刀，用于切削外周的土体，保证开挖断面的直径；先行刀在开挖面沿径向分层切削，预先疏松土体，降低切刀的冲击荷载，减少切削力矩，同时重型撕裂刀用于破碎强度较低和粒径较小的卵石和砾石；中心刀用于开挖面中心断面的开挖，起到定心和疏松部分土体的作用；仿形刀用于曲线开挖和纠偏。滚刀用于破碎粒径较大的砾石或漂石。风化岩及软硬不均地层如广州、深圳，上软下硬、地质不均的复合地层，且局部岩石的单轴抗压强度较高（150-200Mpa），除配置切削型刀具外包括宽幅切刀、先行刀，还需配置滚刀，因而刀盘结构相对复杂。对于岩层首先通过滚刀进行破岩，且滚刀的超前量应大于切刀的超前量，在滚刀磨损后仍能避免切刀进行破岩，确保切刀的使用寿命。在曲线半径小的隧道掘进时，为了保证盾构的调向和避免盾壳被卡死，需要有较大的开挖直径，因此刀盘上需配置滚刀型的仿形刀（或超挖刀，超挖量50mm左右）。,.,在复合地层施工中，刀具配置的差异性主要表现在滚刀和先行刀的配置数量和刀具的高度、组合高度差等方面。海瑞克公司刀盘滚刀和固定先行刀高出面板175mm和140mm，而日系盾构刀盘滚刀和固定先行刀高出面板90mm和70mm。两种刀具的高差为35mm和20mm，前者的设计较好，具体表现为刀具高对防止泥饼的形成有利，高度差大有利于破岩。滚刀的刀间距过大和过小都不利于破岩，间距过大，滚刀间会出现“岩脊”现象，间距过小，滚刀间会出现小碎块现象，降低破岩功效。在复合地层中周边滚刀的间距一般小于90mm，正面滚刀的间距为100120mm（参照国内外施工实例，岩石强度高时，滚刀的间距应控制在7090mm的范围内比较合理），滚刀总刃数在40左右(一般选择单刃滚刀）。,.,问题四：螺旋机的选择,带式螺旋机,轴式螺旋机,伸缩式螺旋机,双螺旋机,伸缩式螺旋机的防水和防卡功能较为有利。,在砂卵石和地下水较少的可用带式螺旋机,二级螺旋机（适用于地下水易喷涌的地层）,.,二、盾构施工,（一）盾构施工场地布置,盾构施工场地布置应统筹考虑，协调合理，绿色施工。主要包括：垂直运输系统、拌浆系统、临时水电系统、冷却系统、排水系统、消防系统、弃土坑、管片堆场及其他设施等。,沉淀池,冷却塔,弃土坑,搅拌站,管片堆场,充电间,50吨龙门吊,始发井,箱变,.,龙门吊,浆液拌合站,管片存放,泡沫剂存放,弃土坑,钢筋场,泥浆筛分,泥浆处理,箱变,充电间,冷却塔,膨润土拌合站,.,（二）盾构施工工艺,盾构施工工艺流程图,.,3、台车吊装下井,1、始发托架安装,2、轨道铺设,4、电瓶车吊装下井,5、螺旋机吊装下井,6、中体吊装下井,1、盾构下井组装,.,8、中、前体连接,7、前体吊装下井,9、刀盘吊装下井,10、管片拼装机吊装下井,11、盾尾吊装下井,12、螺旋机安装,.,下井组装控制要点：吊装作业前，吊装方案必须经专家论证批准。盾构吊装由具有资质的专业队伍作业，每班作业前按起重作业安全操作规程进行安全技术交底，严格按有关规定执行。根据盾构机部件重量及场地条件确定吊车的吊装能力，经过验算选择合适的吊车。吊装作业区应做地基承载力检测，且保证作业区内地下无空洞，并铺设钢板，防止地层不均匀沉陷。探明吊装作业区地面架空线与地下管线情况，对影响范围内的管线进行保护和监测。盾体吊装前应对始发基座进行精确定位和固定牢固。大件吊装时应对始发井进行严密的观测，掌握其变形与受力状态。盾构吊装时，在大型部件上加4根缆绳，严格控制被吊部件的旋转、摆动，确保准确到达指定位置。,.,联动调试内容：盾构机组装和连接完毕后，即可进行空载调试。主要调试内容为:液压系统、润滑系统、冷却系统、配电系统、注浆系统、以及各种仪表的校正。着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负载调试。负载调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力，使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。,联动调试控制要点检验盾构机供电系统、液压系统、弱电控制系统、同步注浆系统、泡沫系统、管片运输拼装系统等是否能够正常工作。不仅对各个系统做单独调试，还必须做整机试运转，尤其注意刀盘能否正常转动。联动调试必须由专业人员或在厂家指导下进行。,.,2、盾构初始掘进,分体始发,分体始发,.,分体始发,.,3、始发准备-端头加固,端头加固目的：（1）控制地表沉降，端头不坍塌。盾构始发、到达前，需凿除洞口范围围护结构，割除钢筋，以满足盾构顺利进出洞。围护结构凿除时间长，要避免凿除过程发生坍塌，或因开挖面暴露时间过长而坍塌。（2）控制水土流失。盾构始发进入加固体，或盾构到达穿过加固体时，在含水量较高、水平渗透系数大的含砂层、卵石层等地层，盾构进出洞容易造成水土流失。盾构始发时，土仓内难以建立平衡水土压力，如果土体不具备一定强度，很容易坍塌。（3）重型机械作用时土体的承载力盾构吊装或拆卸时，重型吊机往往作用在端头位置，为防止重型机械在承载力弱的地面起吊时发生失稳、坍塌，或对已成形隧道安全造成不利影响，对端头的软弱地层进行加固。（4）控制始发对端头周边建、构筑物的影响。,.,始发、接收井加固方法,.,双轴搅拌桩,三轴搅拌桩,高压旋喷桩,垂直冻结,始发、接收井加固方法,水平旋喷桩,芯材拉拔法,.,3、始发准备-洞门破除,在围护结构破除后，为保证盾构在始发时不致于因刀盘悬空而产生盾构“低头”现象，需要在始发洞口内安设始发导轨。,洞口破除,根据经验，一般在盾构始发和到达前10天左右开始洞口围护结构的破除。,始发导轨安装,.,洞门密封装置的安装,洞口密封装置是为盾构在始发和到达时防止浆液和泥水外泄所用，常用的有压板式和折页式两种。,密封装置,折页式,压板式,.,3、始发准备-负环拼装,负环管片安装准备：一般情况下，负环管片在盾壳内的正常安装位置进行拼装。在安装负环管片之前，为保证负环管片不破坏盾尾刷，保证负环管片在拼装好以后能顺利向后推进，在盾壳内安设厚度不小于盾尾间隙的方木（或型钢），以使管片在盾壳内的位置得到保证。负环管片在盾构千斤顶作用下向后移动过程中，要注意不要使管片从盾壳内的方木（或型钢）上滑落。,.,4、正常掘进及控制要点,（1）渣土改良渣土改良是盾构顺利掘进的重要环节，常用的渣土改良材料有泡沫、膨润土、高分子材料等，施工中根据不同的地层，加入不同的渣土改良材料。北京地区的砂卵石地层一般通过同时添加泡沫和高密度膨润土也来改良土体，增加土体流动性和粘滞力，降低刀盘、刀具磨损，并使砂子和卵石同时排出土仓。,.,高度重视渣土改良：砂卵石地层必须注意卵石和砂子一起排出土仓，膨润土添加量不宜过大，防止刀盘“结泥饼”；粘土层中注意适当提高泡沫中空气的含量，防止刀盘“结泥饼”。,砂卵石地层刀盘照片,粘土地层刀盘照片,.,土压设定与土压修正土压力P=P0=K0cz=K0(ihi)，i、hi为上覆土层的天然容重和土层厚度，K0为侧压力系数。在掘进施工之前，应根据沿线隧道埋深、地质和水文等参数，计算出土压设定值，列表以指导施工。盾构施工中的土压及其管理影响因素多、涉及面广、每个项目甚至不同的区段都有很大的变化，需要综合考虑方能取得一个合理的初始值，并在实施过程中逐步获得一个有效的土压值。一般按照静止土压值进行推进控制，土体自稳性好的以松弛土压值进行控制，特殊地段按照主动土压控制。盾构掘进的出土管理满足土压管理下的合理出土速度，主要靠控制螺旋输送机的转速来调节，出土管理是进行土压管理的有效措施。,（2）土压管理,.,掘进时应控制好掘进方向，在直线掘进时避免盾构蛇行，在曲线掘进时适当设置变向提前量，尽量减小纠偏幅度。在盾构掘进中常纠偏、小角度纠偏从而达到减少地层扰动和地面沉降的效果。提前量的大小应在实践中不断总结，提前量应与隧道稳定时的反方向偏移量相吻合。隧道曲线掘进和大角度纠偏易引起管片安装的错台和整体隧道的反方向偏移，也应引起高度重视。,（3）掘进控制,.,（4）注浆管理,注浆量及注浆压力考虑到纠偏引起的地层损失、盾构壳体拖泥引起的地层损失、浆液体积收缩和具体的地层特点等因素，注浆时实际注浆量应为理论空隙体积的120180，通常采用150。注浆压力应为保证足够注浆量的最小值，同时应与开挖仓内的土压力相匹配。注浆速度应是使浆液充填速度与盾构掘进速度一致。注浆速度过快，注浆压力必然上升，易造成盾尾漏浆；注浆速度过慢，注浆充填效果不易达到要求，易引起地面沉降。,二次补浆盾构施工后期沉降(盾尾后30-40米范围内)主要来自土体固结。虽然沉降发展速度较慢，但累计值占到总沉降量的30-50左右，及时二次补浆（特殊情况要三次补浆）是防止隧道后期沉降的有效措施。,惰性浆液与硬性浆液惰性浆液：优点-满足充填空隙的要求；对盾尾刷的危害小；不会“糊住”盾尾；缺点-凝固慢；稳定管片作用差；易造成隧道的偏移，尤其是隧道纠偏和曲线掘进时。硬性浆液：优缺点与惰性浆液正好相反。,.,（4）注浆管理,管片安装头必须拧紧，为避免管片旋转过程中安装头单独承受管片重量，应将四条压板均匀地接触管片，避免拼装过程中吊装头被拔出，破坏管片引起安全隐患。管片拼装过程中，第一块管片的位置尤为重要，它决定本环其他管片的位置及缝的宽窄。管片高于前一环相邻管片则C块的位置不够，若低于相邻块，则造成纵缝过大，防水性能降低。因此，第一块应平整好，防止形成喇叭口。连接螺栓应先逐步初步拧紧，脱出盾尾后再次拧紧。当后续盾构掘进至每环管片拼装之前，应对相邻已成环的3环范围内管片螺栓进行全面检查并复紧，拧紧力矩达到300NM。管片C块安装方法为先纵向搭接1/3，然后安装器环向将C块推顶到预定位置再纵向插平。C块及B1，B2相应相邻面止水条，应在安装前涂润滑剂，润滑剂为黄油或肥皂液，在管片纵向止水条上涂抹好。安装时注意小心轻放，避免损坏管片和止水条；其他非操作人员不得进入安装区；吊运管片时，吊运范围内不得站人。,.,（5）管片拼装,管片拼装过程,.,管片安装头必须拧紧，为避免管片旋转过程中安装头单独承受管片重量，应将四条压板均匀地接触管片，避免拼装过程中吊装头被拔出，破坏管片引起安全隐患。管片拼装过程中，第一块管片的位置尤为重要，它决定本环其他管片的位置及缝的宽窄。管片高于前一环相邻管片则C块的位置不够，若低于相邻块，则造成纵缝过大，防水性能降低。因此，第一块应平整好，防止形成喇叭口。连接螺栓应先逐步初步拧紧，脱出盾尾后再次拧紧。当后续盾构掘进至每环管片拼装之前，应对相邻已成环的3环范围内管片螺栓进行全面检查并复紧，拧紧力矩达到300NM。管片C块安装方法为先纵向搭接1/3，然后安装器环向将C块推顶到预定位置再纵向插平。C块及B1，B2相应相邻面止水条，应在安装前涂润滑剂，润滑剂为黄油或肥皂液，在管片纵向止水条上涂抹好。安装时注意小心轻放，避免损坏管片和止水条；其他非操作人员不得进入安装区；吊运管片时，吊运范围内不得站人。,.,盾构掘进过程中会遇到刀具磨损、刀盘结泥饼、泡沫管堵塞等情况，在广州、深圳等复合性地层中和北京砂卵石地层中施工时这些问题较易发生，需要进仓作业才能解决问题，开仓作业分为常压开仓和压气开仓。,气体检测,常压开仓作业,（6）开仓作业,.,（1）首先视开挖面地质情况决定是否向刀盘前方注入稠膨润土液，如开挖面为风化岩层不需注入，如松散地层则需注入，待挖掘室内排土完成后开始通风进行仓内气体监测，方法同常压开仓。排土完成后向挖掘室内充入压缩空气，调节到设定压力后观察压力是否稳定，压力稳定到设定值后需要进行地层稳定性试验，保压2小时后压力无变化且地层无异常方可进行下一步操作。（2）压气人员3人一组，仓门开启后组长首先在仓门口观察开挖面的稳定情况，如发现围岩不稳定则立即关闭仓门，同时上报，待项目部及相关方研究后再进行下一步行动；初步判断围岩稳定后方可进行下一步工作。（3）依据减压规范的来安排仓内作业人员的工作时间和减压时间；在压气作业过程中若有人员感到身体不适时，应立即电话通知操仓员，操仓员安排该人员减压出仓。加、减压过程中人员感到身体不适时，应立即电话通知操仓员，操仓员应降低加、减压的速度。,压气开仓,.,（7）盾构接收,到达接收方式：一般采用直接接收的方式，特殊情况下可采用接收装置接收。,直接接收,接收装置接收,.,盾构推进至距接收井80100m时，进入盾构推进的到达施工阶段，进行全线贯通测量，根据盾构的贯通姿态及掘进纠偏计划进行推进，纠偏要逐步完成，每一环纠偏量不能过大。在盾构距离接收井5060m时，选择合理的掘进参数，逐渐放慢掘进速度，以确保盾构掘进姿态良好为控制重点。盾构刀盘距离贯通里程小于10m时，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。在拼装的管片进入加固区域后，浆液宜改为速凝型浆液。当最后一环管片拼装完成后，通过管片的二次注浆孔，注入双液浆进行封堵。注浆的过程中要密切关注洞门的情况，如发现有漏浆可立即停止注浆，等待浆液凝固后方可继续补注。盾构机进入接收井后及时对洞门口附近土体进行二次回填注浆，避免洞口地面下沉。盾构接收基座高程宜比隧道轴线略低35cm。盾构到达前，现场准备砂袋、水泵、水管、方木等应急物资和工具。,.,盾构接收,.,盾构过站包括盾构主机过站、台车过站及盾构的检修等任务。盾构过站的移动方法多种多样，根据盾构移动的动力主要以辅助千斤顶顶推为主，也有以盾构机自身千斤顶做动力顶推。根据盾构托架与车站底板之间的滑移方式可分为托架下垫滑动托板式、托架带轮行走式和使用滚杠移动式等。目前常见的为过站小车过站。,（8）盾构过站,盾构过明挖车站,盾构过暗挖车站,盾构过暗挖风道,.,过站控制要点车站底板的准备，主要包括场地平整并在底板上铺设钢板，为盾构过站小车提供平整且强度足够的滚动面。盾构平面移动和推进的准备，在过站小车下部铺垫钢板，并涂抹黄油，保证盾构能够平移。除此之外在底板铺设的钢板上安装推进反力座，左右两个推进油缸在推进时，要保证盾构及过站小车左右两侧移动的同步性。将盾构接收到过站小车并固定好，保证移动过程中盾构与过站小车不发生相对移动。过站小车底部固定的钢板应打磨处理光滑。,.,（6）盾构掉头,.,5、管片生产,管片生产流程图,.,.,管片修饰打磨,管片抗渗试验,管片止水,.,第三部分特殊地层盾构施工,.,一、盾构穿越江河湖技术,地铁盾构在武汉及南京穿越长江、广州穿越了珠江、南京地铁穿越秦淮河、沈阳地铁将穿越浑河、北京地铁9号线将穿越玉渊潭。穿越河段施工要点：盾构过河前必须进行系统和完整的检修，使机器性能保持完好状态，为一次顺利施工到位提供设备保障。提前对刀具进行检查，过河前可作适量更换以免河底换刀。盾构过河时，及时调整盾构土仓压力，确保土压平衡，保证开挖面土体稳定。盾构推进隧道轴线控制。切实做好盾构推进过程中推进速率、出土量等推进参数的控制，防止因土体超挖量过大造成土体在盾构本体处有较大沉降，使得河水涌入隧道。掘进过程中不断地对盾尾密封钢丝刷注入油脂，避免盾尾密封破坏。,.,拼装管片时，严防盾构机后退，确保正面土体稳定。同步注浆量控制。及时进行同步注浆，使管片衬砌尽早支承地层，防止地层沉陷，同时根据监测情况来调整同步注浆量和注浆压力，既不能因过少、过小而造成河底沉降，也不能因过多、过大而造成河底隆起破坏,使河水涌入隧道。进度控制。为保证盾构顺利过河，过河时盾构应确保连续均衡施工。要配备足够的值班维修人员，一旦盾构机械发生故障能够及时进行处理，确保盾构推进顺利进行。,.,二、盾构穿越重要构筑物,盾构施工过程中，有可能近距离穿越既有铁路轨道、公路隧道、地铁隧道及其他重要建筑物。北京地铁4号线灵镜胡同西四区间，盾构将从已有770年历史的万松老人塔下穿过。上海地铁8号线曲阜路人民广场区间盾构隧道从正在运营的2号线隧道上方1.34m处穿过。北京地铁10号线北土城芍药居盾构区间下穿13号线芍药居车站。,.,主要施工措施：,在实施前必须对穿越区域的地质水文及地形进行调查，并根据该构筑物位置形状材质强度用途、允许变形量、选用的盾构机型及距盾构的相对位置等设计条件，进行施工影响程度的计算和评估，制定详细的施工方案；穿越前必须在被保护的构筑物上设置精密监测系统，在穿越过程中根据盾构与该构筑物的相对位置以及监测系统的即时监测数据，综合调控施工步骤及参数；盾构在穿越构筑物期间应严格控制推进速度，对一般地层推进速度10mm/min为宜，困难区段6-8mm/min。合理精确地设定土压力是施工关键，尤其是在盾构接近构筑物开始产生影响至盾构头部到达构筑物下方期间。同时必须考虑盾构从建筑物下方穿越时的土压力损失值，严格防止超挖和欠挖；,.,土压平衡盾构施工时，必须充分考虑开挖土体的流动性。必要时向开挖面适量加注泥浆或水，亦可采用气泡掘进工法；穿越施工必须考虑盾壳与周围土体的磨擦及粘附，必要时可向盾壳四周均匀少量加注泥浆；盾构在曲线推进穿越时，必须精确计算（水平和竖向）纠偏量，并将其分配至全部推进行程中，严禁大幅度纠偏，推进时盾构水平纠偏量20mm/环，垂直纠偏量0.05度/环。出现大的偏移时，要考虑调线。尽量缩短管片拼装时间，防止盾构机后退导致正面土压力降低。必要时可采取在管片拼装中途启动千斤顶或土仓内加压等技术措施；在穿越过程中必须及时进行同步注浆。穿越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110150，注浆压力0.3-0.5Mpa。,.,在穿越过程中必须及时进行同步注浆。穿越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110150，注浆压力0.3-0.5Mpa。盾构穿越后应进行二次补浆，二次补浆的开始时间、注浆位置、注浆量与速率、补浆次数与间隔时间应根据构筑物变形的监测数据来确定。先频后疏，先大后小，往往耗时数月；二次补浆可采用双液注浆，一般在距离盾构尾部5-10m后根据监测数据进行压注，注浆压力应控制在0.3Mpa以下。二次补浆须考虑对新建本体隧道的影响，防止隧道受压过大或不均匀而产生变形；,.,三、盾构沉降控制,地面变形机理,.,隧道纵向的地基变形随着盾构推进所发生的地基变形，上述各种原因引起的地基下沉或隆起现象重叠发生，其时序过程如图（盾构推进时地基变形的分类）所示，最后达到最终值。其中，、是盾构通过前，是通过中，、是通过后发生的下沉（隆起）现象。,盾构推进时地层变形的分类,三、盾构沉降控制,.,盾构沉陷事故,.,施工过程中可通过监测结果来确认这些现象的有无及其程度，修正后续区段的施工方法。先期沉降：是在盾构机到达前发生的下沉。对于砂质土，先期沉降是由地下水位下降引起的。对极软弱粘土，先期沉降则由于开挖面的过量取土而引起的。开挖面前部下沉（隆起）：是在盾构开挖面即将到达之前发生的下沉或隆起。开挖面的水土压力不平衡是其发生的原因。通过时下沉（隆起）：盾构通过时发生的下沉或隆起。盾构外周面与围岩发生摩擦，或超挖使围岩扰动是其发生的主要原因。盾尾空隙下沉（隆起）：盾尾刚刚通过发生的下沉或隆起，是由于盾尾空隙的产生引起应力释放或壁后注浆压力过大而产生的。地基下沉的大部分都是这种盾尾空隙下沉。后续下沉：是软弱粘土中出现的现象，主要是由于盾构推进引起整个地基松弛或扰动而发生的。可持续到盾构通过后34个月。,.,减少对开挖面地层的扰动在施工前做好施工区域内的地质情况调查,特别是做好地下水的来源、流向及流量的调查,为施工做准备工作,提前制定出各种防治地表变形的措施,制定出防水、堵水方案和坍塌紧急处理预案。提高施工的速度和连续性。做好施工组织，提高隧道施工速度，尽量避免盾构机在洞内停机。若盾构在中途检修或其他原因必须暂停推进时，务必要作好防止后退的措施。在盾构掘进时,严格控制开挖面的出土量，防止超挖。只要严格控制其进土量,地表变形仍然是有可能控制的。控制盾构推进时的纠偏量。常纠偏、小纠偏，这样就可以减少盾构在地层中的摆动和对土层的扰动。同时避免纠偏需要的开挖面局部超挖。,.,做好盾尾建筑空隙的充填注浆保证压注工作的及时性,尽可能缩短衬砌脱出盾尾的暴露时间,以防洞体坍塌引起的地层沉陷。保证压注数量,控制注浆压力。压注量必须超过理论建筑空隙的体积，通常为1.11.5倍。但是,过量的压注会引起地表隆起及局部沿着地下水跑浆等现象,对管片受力状态也有影响。由于盾构纠偏、局部超挖、地层存在孔隙等原因,往往使实际的建筑空隙很难正确估计。因此,还应以控制注浆压力,作为充填程度的标准。当压力急剧升高时,说明已充填密实,此时就应停止压注,对注入数量及注浆压力要兼顾。改进压浆材料的性能。施工时,拌浆站要严格掌握压浆材料的配合比,对其凝结时间、强度、收缩量要进行试验并不断改进。提高注浆材料的抗渗性能,这将有利于遂道防水,相应地也会减少地表的沉降。,.,第四部分主要风险及防范措施,.,一、盾构隧道组段划分,.,1、盾构隧道组段划分：,.,.,案例（北京地铁八号线二期某区间）,.,.,2、始发/到达端头加固设计,.,.,2、始发/到达端头加固设计：加固土体的强度要求（板理论）,强度验算示意图,.,2、始发/到达端头加固设计：强度计算公式,国外日本JETGROUT协会(JJGA)规范的计算公式，加固厚度为：,其中：P：洞门中心处的水土压力合力；D：封门直径；：加固土体的极限抗拉强度；安全系数K0取1.52.0，计算系数取1.2。,.,2、始发/到达端头加固设计：强度计算公式,国内（静力理论）最大弯曲应力（中心处）：,最大剪力（支座处）：,.,2、始发/到达端头加固设计：整体稳定性要求（滑移失稳理论）,整体稳定性验算图,.,2、始发/到达端头加固设计：稳定性计算公式,抗滑安全要求：其中：M：滑动力矩；M抗：抗滑力矩；C：加固前土体的粘结力；C：加固后土体的粘结力；H：上覆土体的厚度；P1：地面荷载。,.,2、始发/到达端头加固设计：始发端头土体加固长度,无水始发,满足条件：强度+稳定性+变形特征（土压建立前）,.,2、始发/到达端头加固设计：始发端头土体加固长度,有水始发,满足条件：强度+稳定性+变形特征（土压建立前）+渗透性（水+沙+压力）,.,2、始发/到达端头加固设计：到达端头土体加固长度,无水到达,.,2、始发/到达端头加固设计：到达端头土体加固长度,有水到达,满足条件：强度+稳定性+变形可控特征（土压消失后）+渗透性（水+沙+压力）,.,2、始发/到达端头加固设计：端头土体横向加固范围,.,2、始发/到达端头加固设计：端头土体横向加固范围,根据理论分析和工程实践经验，孔洞口周围土体的最小加固宽度和高度可参考下表：,土体横向加固最小尺寸表,.,案例（北京地铁大兴线某区间）,桩间土部分失稳、管线爆裂,.,鉴于右线发生的坍塌事故，左线进行了二次端头加固.,下部1/3洞门未喷浆,补喷下部洞门,刀盘距围护桩2环时面层被挤破,所幸支护较到位，且迅即采取了小导管注浆等措施，左线安全到达。,.,3、盾构设备适应性评估：盾构选型,.,3、盾构设备适应性评估：,.,3、盾构设备适应性评估：主要内容,.,案例,.,叶片中部断面凹凸不平,螺旋输送机轴焊接处,案例,.,案例,.,案例,螺旋输送机扭矩极具增大,.,4、施工组织设计：,.,4、施工组织设计：评估的主要内容,.,案例（北京地铁9号线某区间）,.,5、始发与到达施工：始发,渗水,浆液和泡沫沿洞门密封处涌出,.,旋喷加固效果,.,.,5、始发与到达施工：到达,渗水,带出大量细砂,地表塌陷,.,.,.,5、始发与到达施工：始发与到达风险原因,.,案例（北京地铁八号线二期某区间）,塌陷进一步发展,回填后,.,案例（北京地铁九号线某区间）,左线接收端,.,案例（北京地铁十号线二期某区间）,.,案例（北京地铁十号线二期某区间）,.,案例（北京地铁十号线二期某区间）,.,案例（北京地铁十号线二期某区间）,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,.,案例（北京地铁十号线二期某区间）,提前破桩,补喷了砼,.,案例（北京地铁十号线二期某区间）,接收端大量土体被推出,端头处流水带出大量细砂,.,案例（北京地铁十号线二期某区间）,流水带砂,.,案例（北京地铁十号线二期某区间）,钢板封闭管片和洞门空隙,接收端地表出现裂缝,涌水,.,案例（北京地铁十号线二期某区间）,.,案例（北京地铁十号线二期某区间）,出水涌砂情况,现场水沙情况,.,案例（北京地铁十号线二期某区间）,11.16盾构已上接收架，扇形挡板被推掉,另一侧突然大量涌沙出水,.,6、盾构施工参数的设定与控制：,.,6、盾构施工参数的设定与控制：不同组段施工参数控制准则,.,由以上盾构施工参数控制准则，并考虑不同组段的具体特点，得到主要盾构施工参数控制范围参考表。,.,6、盾构施工参数的设定与控制：盾构施工主要参数控制范围参考表,.,6、盾构施工参数的设定与控制：盾构施工实时管理信息系统,区间长度、风险工程位置、进度、盾构等,刀盘参数,.,6、盾构施工参数的设定与控制：盾构施工实时管理信息系统,控制值1bar,控制值1bar,螺旋机、铰接油缸、盾尾密封、VMT参数等,材料消耗统计,施工参数单环分析,施工参数多环分析,.,6、盾构施工参数的设定与控制：,.,案例（北京地铁九号线某区间）,地表塌陷位置,回填土,土压异常区域,土压异常区域,.,案例（北京地铁大兴线某区间）,.,案例（北京地铁十号线二期某区间）,.,案例（北京地铁十号线二期某区间）,4550环土压01情况,5058环土压01情况,0.6bar,0.2bar,0.6bar,0.2bar,.,案例（北京地铁十号线二期某区间）,北京西机务段铁路,始发井,右线塌陷位置,.,第五部分承包商安全管理,.,一、承包商安全管理现状,事故多发单位众多，良莠不齐，竞争无序层层分包、以包代管管理力量薄弱，专业人员不足资金不足，层层扣减、挪作他用管理主体责任偏移抢工期，冒险作业疏于培训和训练，人员素质不高缺乏事前计划和风险分析作业过程缺乏有效控制施工装备落后，缺乏正常维护保养,.,事故多发单位众多，良莠不齐，竞争无序层层分包、以包代管管理力量薄弱，专业人员不足资金不足，层层扣减、挪作他用抢工期，冒险作业疏于培训和训练，人员素质不高缺乏事前计划和风险分析作业过程缺乏有效控制施工装备落后，缺乏正常维护保养,1、基本建设规模庞大2、资质管理不严格3、挂靠、劳务用工4、低价中标5、政策性中标6、企业承包商庞杂,.,1、组织机构不健全2、职责不清3、缺少规章制度4、施工技术力量不足5、难以统一协调和管理6、其他,事故多发单位众多，良莠不齐，竞争无序层层分包、以包代管管理力量薄弱，专业人员不足资金不足，层层扣减、挪作他用抢工期，冒险作业疏于培训和训练，人员素质不高缺乏事前计划和风险分析作业过程缺乏有效控制施工装备落后，缺乏正常维护保养,.,1、改制分流2、企业增多、扩张迅速3、技术人员分散、流失4、底层施工队伍为降低管理费用5、专业人员社会供给不足6、其他,事故多发单位众多，良莠不齐，竞争无序层层分包、以包代管管理力量薄弱，专业人员不足资金不足，层层扣减、挪作他用抢工期，冒险作业疏于培训和训练，人员素质不高缺乏事前计划和风险分析作业过程缺乏有效控制施工装备落后，缺乏正常维护保养,.,1、资金预算不足2、低价中标3、挤占安全资金4、降低安全措施标准5、应急物资缺乏6、PPE不符合要求7、其它,事故多发单位众多，良莠不齐，竞争无序层层分包、以包代管管理力量薄弱，专业人员不足资金不足，层层扣减、挪作他用抢工期，冒险作业疏于培训和训练，人员素质不高缺乏事前计划和风险分析作业过程缺乏有效控制施工装备落后，缺乏正常维护保养,.,1、工期不合理2、形象进度/献礼项目3、交叉作业4、人海战术5