盾构法施工特点、施工工艺流程与质量控制

1、盾构法施工特点、施工工艺流程与质量控制盾构法施工的概念 指使用盾构机，一边保持开挖面及围岩稳定，一边进行隧道掘进、出渣，并在盾尾内拼装管片形成衬砌，及时实施注浆，从而在尽可能不扰动围岩条件下修建隧道的方法。 “盾”“保护、庇护” ，指刀盘、盾壳； “构”“构筑、修建”，即管片拼装和注浆。土压式泥土加压式泥浆式泥水式盾构机图片2多圆盾构图矩形盾构图片盾构法施工原理特点及优点和缺点盾构法施工的工作原理盾构法施工的特点盾构法施工的优点盾构法施工的缺点土压平衡盾构工作原理如下 盾构法施工的特点 (1) 地下施工，必须面对复杂的地质条件和 敏感 的地面环境。(2)所用设备集成度高，技术含量高，对人的要求

2、较高。(3)涉及的专业领域较多，对复合型人才有较多需求。盾构法施工的优点 作业环境好，噪音和振动低，安全性高; 机械化程度高，施工人员少，施工速度快; 预制衬砌，质量易于控制，隧道质量高; 对周围环境影响小，地表沉降易于控制； 不影响地面交通，也不影响航运； 适应范围广，不受风雨等气候条件影响； 盾构法施工的缺点（1）当隧道曲线半径过小时，施工 较为困难；（2）如隧道覆土太浅，则盾构法施工 难度很大；（3）盾构机制造周期长，设备投入较大；（4）施工过程变化断面尺寸困难；（5）只能前进，不能后退。中国中铁股份有限公司中铁一局集团有限公司6250mm土压平衡盾构掘进机型号TM625 PMM用于哈尔

3、滨地铁技 术 规 格 书株式会社小松制作所地下建机事业本部小松(中国)投资有限公司2008年11月哈尔滨地铁项目选用的盾构机主要部件规格盾构机规格 盾构机壳体直径6250mm长度9230mm盾尾密封钢丝刷型 3道掘进速度08.5cm/min(22只推进油缸伸出)总推力37730KN 3850tf铰接角度上下10、左右1.50管片拼装机形式盘式环型 油马达驱动回转角度速度左 右 200o 0.2 / 1.2 rpm提升行程平移行程0700 mm01000 mm推力提升力216kN 22tf222kN 22.6tf管片拼装机切削刀盘形式半弧拱辐条面板式中间支撑变频电动机驱动频率11.3 Hz26

4、Hz41 Hz60 Hz83 Hz转速0.3 rpm0.7 rpm1.1 rpm1.6rpm2.2 rpm力矩100%5733 kN-m 585 tf-m =23.55733 kN-m 585 tf-m =23.55493 kN-m 561 tf-m =22.54190 kN-m 428 tf-m =17.22625 kN-m 268 tf-m =10.8120%6880 kN-m 702 tf-m =28.26880 kN-m 702 tf-m =28.26592 kN-m 673 tf-m =27.05028 kN-m 514 tf-m =20.63150 kN-m 322 tf-m =1

5、3.0开口率42%刮刀超挖刀滚刀边缘刮刀刮刀齿刀（1）刮刀刮刀用来对付各种砂土、粘土等较松散的地层及全风化的岩层等其它未固结的土体，刮刀上装有碳化钨刀刃，目的是为了更好的防止掘进过程中产生的磨损。 （2）滚刀（滚刀设计最大破岩能力为80Mpa）滚刀用来破碎各种强、中、微风化岩。（3）齿刀（4）边缘刮刀用来校准盾构的开挖直径。 （5）超挖刀用于盾构曲线施工时的超挖及盾构姿态调整，由液压油缸操纵伸缩，其行程为050mm。 后续台车台车号长度安装设备名称1#6500 mm左）同步注浆注入设备（A液、B液） 右）操纵室、操作盘2#6100 mm左）加泥设备 右）电控柜3#7100 mm左）液压泵单元、

6、液压阀单元、水箱、冷却水泵等右）盾尾油脂泵、集中润滑设备、泡沫设备4#7500 mm左）液压泵单元、油箱右）变压器5#7500 mm左）空压机、 右）电缆储存6#4000 mm储风管桶、废水箱后备台车施工中主要配套设施一列或两列编组电瓶车；一台45T龙门吊；一台16T龙门吊；地面砂浆拌和站；电瓶充电房和冷却池；风机。编组电瓶车用于地下水平运输渣土车砂浆车管片车配套设施与盾构施工关系图盾构施工编组列车风机拌和站45T龙门吊15T龙门吊充电机、冷却池盾构隧道浆车1号土车2号土车3号土车4号土车牵引车头15T45T施工演示浆车补浆放浆盾构始发设施安装盾构机下井组装一、始发设施安装1.概述 盾构始发设

7、施主要包括始发托架和反力架。始发托架一方面承载盾构主机，另一方面保证盾构主机的精确定位，使盾构机能够沿着设计线路顺利掘进；反力架主要为始发阶段盾构机提供前进的支撑力，盾构始发时产生的推力达1000吨左右，所以要求反力架有足够的强度。2. 始发托架2.1结构形式 始发托架主要由型钢、槽钢、钢板及钢轨焊接而成，结构形式见下图：始发托架结构形式2.2 始发托架定位、安装 在始发井底板上预埋10块(500*500mm)钢板，以固定始发托架。始发托架的定位主要控制其高程及水平位置，盾构机始发进洞后由于地质条件突变，即由洞门进入比较坚硬的搅拌桩加固区，再到软土层，这个过程盾构机会出现“低头”现象，所以盾构

8、始发时一般将盾构机比隧道设计中线抬高2cm左右，根据盾构机和始发托架的结构尺寸，始发托架位置如下图所示：始发托架安装（一）始发托架安装（二）始发托架安装（三）始发托架安装（四）3.反力架安装3.1 反力架结构形式 反力架是由钢板等焊接而成的框架结构，本标段反力架是用现场的钢箱梁制作的。 3.2 反力架安装 在始发井底板预埋两块钢板以固定反力架。为方便盾构机组装，反力架分为上下两部分，盾构组装前把反力架下半部分安放到既定位置，盾构组装结束后再安装上半部分。反力架安装（一）反力架安装（二）二、盾构机下井组装1.主要部件安装流程 1）五节台车下井； 2）台车至主机部分皮带机架下井，放在管片车上，拉进

9、车站； 3）双梁下井，一端与1#台车连接固定，另一端放在管片车的钢支架上，然后随1#台车拉进车站； 4）螺旋输送机下井，放在管片车上，拉进车站； 5）拆除始发井处的桥架和轨道，安装始发托架； 6）中盾下井； 7）前盾下井； 8）刀盘下井并安装； 9）前盾与刀盘整体前移，刀盘距洞门1.2米； 10）中盾前移，与前盾连接； 11）盾尾下部分下井安装定位； 12）螺旋输送机安装； 13）工作平台安装，整圆器安装； 14）双梁与工作平台连接； 15）皮带机架安装。2.盾构机下井组装过程）轨道铺设）台车下井台车下井台车下井台车下井台车下井）管片车下井）皮带机架下井）皮带机架拉进车站6）双梁下井安装（一）

10、6）双梁下井安装（二）6）双梁下井安装（三）6）双梁下井安装（四）7）螺旋输送机下井1#台车2#台车3#台车桥 架）拆除始发井的桥架和轨道）安装反力架下半部分10）安装始发托架始发托架定位11）中盾下井中盾起吊中盾翻身中盾下井中盾下井中盾下井12）前盾下井13）刀盘下井、安装14）前盾于刀盘前移（刀盘距洞门1.2米）15）中盾与前盾连接16）盾尾下半部分下井、定位17）安装螺旋输送机17）螺旋输送机安装17）螺旋输送机安装17）螺旋输送机安装17）螺旋输送机安装18）工作平台、整圆器安装19）双梁与工作平台连接20）安装盾尾上半部分21）安装双梁下的皮带机架皮带机架安装22）连接五节台车；焊接

11、盾尾。23）管线连接；切除盾体上的吊环。24）安装同步注浆系统。25）安装皮带输送机皮带。切除吊环管线连接安装同步注浆系统（一）安装同步注浆系统（二）安装同步注浆系统盾构管片知识管片设计和生产管片选型和拼装管片概述 和管片发展趋向管片生产工艺流程和质量控制手段管片相关试验和检测规程介绍 管片选型 管片拼装管片选型的原则和要点管片选型案例分析管片拼装过程和注意事项拼装中常见问题分析主要内容关键词：分块 错缝 螺栓错接头衬砌管片 顺接头衬砌管片 设计内容外观尺寸设计拼装形式设计管片防水设计特殊管片设计衬砌类型设计连接构造设计盾构管片设计实例防水设计(S12)接缝：三元乙丙橡胶条螺栓孔：密封垫圈嵌缝

12、：氯丁胶乳水泥盾构管片设计实例特殊管片和洞门环设计环与环间以10根M24的纵向螺栓连接环纵缝及连接构造设计联络通道管片和洞门防水管片块与块之间以12根M24的环向螺栓相连外侧设有弹性密封垫槽，内侧设嵌缝槽衬砌及拼装形式设计5+1模式错缝拼装左、右弯及标准环三种衬砌环形式管片生产：生产工艺流程脱模清模组模钢筋笼制作钢筋笼吊装混凝土配比振捣光面养护废弃管片模具清理10min模具校核 10min涂脱模剂5min钢筋笼安装10min砼浇灌 20min光面60min（管片静养）钢筋开料钢筋笼制作钢筋笼检查砼检查废弃砼砼搅拌砼试件养护8-10h拆模10min无压蒸养1.5h(升温)1h(恒温)1.5h降温

13、工地场内贮存水池养护标记管片管片检查管片修整生产工艺流程之一：模具准备拆模中严禁锤打、敲击等野蛮操作。脱模必须使用专用吊具。组模前清理模具，清洁后的模具内表面的任何部位，不得有砼残积物。喷涂脱模油，先使用雾状喷雾器薄涂，然后用拖布均匀抹。组模的顺序，严禁反顺序操作以免导致模具变形精度损失。 技术要点生产工艺流程之二：钢筋笼制作钢筋制作应严格按设计图纸要求断料和弯曲成型。钢筋进入弯弧机时应保持平衡，防止平面翘曲，成型后表面不得有裂缝。钢筋骨架焊接成型时必须在符合设计要求的靠模上制作。骨架首先必须先安装在6套模具上，经测量调整和检验各项尺寸都符合要求，可作为定型尺寸开料和弯曲成型。钢筋骨架焊接成型

14、时焊接位置要准确，严格掌握好钢筋骨架的焊接质量。 技术要点生产工艺流程之三：混凝土配比浇筑灌浆孔螺栓和PVC管等预埋件不能损坏，安装位置要正确。坍落度在6020mm范围内的符合设计级配要求的混凝土方可用于管片生产。振动时间长短的判别是观察混凝土与侧板接触处，如不再有喷射状气、水泡并能均匀起伏为适当时间。混凝土要分层次灌注，要注意使砼在模具内匀布。浇制顺序为模具的两端 -模具的中段。技术要点生产工艺流程之四：管片养护蒸汽养护水体养护 砼浇注2小时内养护温度不超过60度，每小时温度增加不可超过20度。此后温度控制在6080度之间，直至达到养护强度。 砼强度达到规定强度的60以后，拆模、起吊。脱模后

15、的管片进行水养护，时间为7天。技术要点生产工艺流程之六：管片存放和保护管片在养护到期后方可运至堆放场存放，管片堆放场应坚实平整。管片应搁置在柔性垫条上，管片与管片之间必须要有柔性垫条相隔，垫条摆放的位置应均匀，厚度要一致。管片应堆放整齐，管片的叠放不能超过五层。技术要点三环试拼装试验管片质量检验和试验之一200环一次 示范衬砌 过程衬砌 序号内容检验要求检测方法允许误差（mm）1环缝间隙每环测三点插片22纵缝间隙每条缝测三点插片23成环后内径测4条（不放衬垫）钢卷尺2 24成环后外径测4条（不放衬垫）钢卷尺2 65纵环向螺栓部穿进螺栓与孔间隙插钢丝（d孔d螺-2）试生产期间 管片相关的检验和试

16、验精度和外观质量检验管片质量检验和试验之二项目单位允许偏差(mm)备注管片宽度mm1每块测三点弧长、弦长mm1.0每块测三点内半径mm1.0设计要求管片厚度mm-1+3每块测三点环、纵向螺栓孔mm1.0每块检验环面间隙mm1.0三环整环拼装纵缝间隙mm2-4三环整环拼装管片表面应光洁平整、无蜂窝、露筋、无裂纹、缺角、无气泡水泡；注浆孔应完整、PVC管内无水泥浆等杂物；止水带附近不允许有缺陷；外观要求成品精度管片质量检验和试验之三抗弯试验当加荷到压力表读数不能再上升，百分表读数突然增大时，说明此时管片钢筋已达到屈服强度，此时加荷值即为破坏荷载试验标准从50KN开始加荷，加荷等级10KN管片质量试

17、验和检验之四抗渗试验管片侧向厚度的方向的渗水高度h水h/5，（h为管片厚度），则说明抗渗合格试验标准：50环一次水压力按P水=Wi +0.2MPa (稳压两小时)，Wi取1.2MPa检漏试验的水压施加在实际工程的迎水面一侧或高水压一侧管片质量试验和检验之五抗拔试验压力不能再上升，百分表读数突然增大时，说明灌浆螺栓管承受的拉力已超出极限被破坏，以此值为灌浆螺栓管的破坏值试验标准当千斤顶轴心升起时，拉力架带动螺杆向下拉，灌浆螺杆受力，百分表的读数显示螺标的位移量管片质量控制主要措施管片模具定期检查，保证管片尺寸精度；钢筋绑扎合格，保证保护层厚度均匀，以免产生有力开裂现象；吊装孔材质优良，连接牢固，

18、保证起吊安全；橡胶止水条安装均匀、牢固，保证止水效果；成品严格按照规范养护。管片选型管片选型错误会导致以下问题。 1）管片错台、破损及裂缝等缺陷。 2）隧道渗漏水。 3）管片走向与盾构机掘进方向不协调，盾尾间隙过小，盾构机操作困难和管片安装困难。 4）损坏盾尾尾刷。 选择正确的管片必须综合考虑以下因素： A）线路特点 B）推进千斤顶的行程差（左右和上下） C）盾尾间隙（上、下、左、右） D）铰接油缸的行程差。 E）盾构机掘进方向与设计轴线的相对关系 F）错缝拼装 之一：选型重要性及考虑因素管片选型 管片选型合理正确主要体现在以下几个方面：A）隧道轴线偏差很小，管片拼装的外观质量很好。B）上下左右的盾尾间隙比较均匀。C）推进千斤顶的行程差较小。之二：选型正确的判断标准管片选型 之三：根据线路特点管片预排版转弯环偏转角：=2=2arctg/D线路曲线圆心角：180L/R ，将曲线半径R代入，得出L值L值表示含有1环转弯环时的曲线段弧长管片选型 之四：根据实测盾尾间隙人工选型上大下小左大右小 L2、L1右大左小 R9、R8左-右10m