浅谈盾构法隧道施工及其易发工程灾害

浅谈盾构法隧道施工及其易发工程灾害·盾构机介绍盾构机的分类目前地铁施工主要以泥水平衡式、土压平衡式两种模式盾构为主。泥水平衡式盾构介绍该型式盾构是在机械式盾构的刀盘的后侧设置一道密封隔板，隔板与刀盘间的空间定名为泥水仓，把水、粘土、添加剂混合制成的泥水，经过输送管道压入泥水仓，并具有一定压力，形成泥水压力室，通过泥水的加压作用和压力保持机构，来维持开挖工作面的稳定。泥水平衡式盾构施工特点在已发生流沙的地层中能稳定开挖面，可在正常大气压下施工作业；泥水传递速度快而且均匀，开挖面压力平衡的控制精度高；盾构不出土，减少运输车辆，进度快；刀盘扭矩小、刀具磨损小，适合长距离施工；适合大直径隧道施工适用于软弱的淤泥质粘土层、松散的砂土层、沙砾层、卵石层和硬土的互层等地层。特别适用于地层含水量大、上方有水体的越江隧道和海底隧道施工。需要较大规模的泥水处理设备及设置泥水处理设备的场地。土压平衡式盾构施工特点土压平衡式盾构又称削土密闭式或泥土加压式盾构。

其施工方法是保持开挖面的稳定，在切削刀盘后面的密封腔内充满开挖下来的土砂，并保持一定土压力。

特点：施工中基本不使用土体加固等辅助施工措施，节省技术措施费，并对环境无污染；根据土压变化调整出土和盾构推进速度，易达到工作面的稳定，减少了地表变形；对掘进土量能形成自动控制管理，机械自动化程度高、施工速度快。

原理：土压平衡盾构盾构机是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来进入刀盘后面的密封舱内，并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降，在出土时由安装在密封仓下部的螺旋运输机向排土口连续的将土碴排出。

土压平衡盾构的基本原理图片演示增大/减小螺旋输送机排放速度地下水压土压增大/减小推进速度压力土舱压力主要控制因素图片演示土压平衡盾构的组成车架4车架3车架2车架1通风系统盾尾中盾前盾刀盘刀盘前盾中盾盾尾刀盘6.28m，前盾6.25m，中盾6.24m，盾尾6.23m刀盘刀盘是一个个带有多个个进料槽的的切削盘体体，位于盾盾构机的最最前部，开开口率为28％，刀盘驱驱动可以使使刀盘在顺顺时针和逆逆时针两个个方向上实实现0～3.3转/分钟的无级级变速。前盾前盾的外型型像一个圆圆筒,在其内部安安装有用于于支撑刀盘盘主驱动装装置和螺旋旋输送机的的钢结构。。排土系统统中的螺旋旋输送机的的安放位置置，装有有土仓保压压系统的人人行闸，工工作人员进进入到土舱舱检察及更更换刀具时时，要使用用人行闸。。进舱通道连接螺旋输输送机连接中盾螺螺栓孔支撑钢结构构主驱动马达达前盾前方（（土舱）被动搅拌棒棒连接刀盘螺螺旋孔人舱闸门中盾中盾设备主主要有推进进油缸，铰铰接油缸，，人舱，米米字支撑梁梁，走道平平台，配电电柜，超前前注浆孔等等推进油缸铰接油缸超前注浆孔孔盾尾盾尾没有钢钢结构支撑撑环，只有有壳体，盾盾尾尾部有有加强环，，厚50mm，设有3道盾尾刷，，4用6备同步注浆浆孔，管片片拼装机安安装于壳体体内。盾尾盾尾下井连连接螺旋输送机机下井安装装刀盘安装前盾与中盾盾连接设备桥在其下部安安装有管片片运输设备备，包括管管片输送车车、运送管管片的电动动吊车的连连接桥轨道道1#车架7m³储浆罐注浆泵手动注浆系系统2#车架液压油箱液压泵站冷却系统3#台车的泡沫沫系统、内内外循环冷冷却水系统统、低压补补偿柜、配配电柜及管管路等设备备泡沫原液箱箱泡沫混合液液箱低压补偿柜柜配电柜4#车架空压机储气罐变压器5#车架电缆存放箱箱污水箱6#车架进水管卷盘盘排水管卷盘盘始发场地布布置始发井场地地标高控制制，铺设盾盾体平移钢钢板站内轨道铺铺设道岔始发托架下下井井内场地硬硬化找平电瓶车充电电站车架连接方方式车架之间采采用铁销连连接盾构施工测测量盾构施工测测量的主要要内容：地面测量控控制网的交交接桩。地地面测量量控制网点点复核及加加密。贯通测量技技术方案的的制订。联联系测量。。地下控制制测量（地地下主控导导线测量、、施工导线线测量））。盾构机机的导向测测量。竣工工测量等等等。平面精密导导线测量其中：①多方向水平平角观测采采用全圆观观测法，归归零差小于于6秒；②导线点只有有两个观测测方向时，，宜采用左左、右角观观测，左右右角平均值值之和与360。的较差应小于4“；③如遇长、短边需需要调焦时，应应采用盘左长边边调焦，盘右长长边不调焦，盘盘右短边调焦，，盘左短边不调调焦的观测顺序序进行观测；④观测竖直角不应应>30°；⑤开始测量前应应测量大气温度度、大气压等气气象参数并输入入全站仪，改变变其气象参数。。每条导线边测测距应往返各测测三测回，每测测回三次读数，，读数较差<3mm往返平均值较差差应小于5mm。边长理论上应应作高程归化和和投影改化工作作；⑥一般选用TC1800一级全站仪；⑦高山、楼房顶顶上测量一般情情况下人员分工工：测站记录、、观测、搬运工工共三人，目标标站两人。平均边长(m)导线总长(km)每边测距中误差(mm)测距相对中误差测角中误差(")测回数方位角闭合差(")全长相对闭合差相邻点的相对点位中误差Ⅰ级全站仪Ⅱ级全站仪3503~5±61/60000±2.546

1/35000±8注：n为导线的角度个数，Ⅰ级全站仪、Ⅱ级全站仪标称精度分别为mß=±1",mß=±2",测距：1mm±1ppm,2mm±2ppm±5√n

高程控制网应在在城市二等水准准点下布设的精精密水准网。其中：1、车站、隧道洞洞口或竖井口应应设置二个以上上水准点2、观测方法：往往测：奇数站上上为：后—前—前—后。偶数站上为：前前—后—后—前。返测：奇数站上上为：前—后—后—前。偶数站上为：后后—前—前—后。3、由往测转向返返测时，两根标标尺必须互换位位置。4、视距≤60m，前后视距差≤≤1.0m，前后视距累计计差≤3.0m5、每测站观值限限差：基辅分划划读数差≤0.5mm基辅分划所测高高差之差≤0.7mm检测间歇点高差差≤1.0mm主要技术参数应应符合以下技术术要求：每千米高差中数中误差(mm)附合水准路线平均长度(km)水准仪等级水准尺观测次数往返高差、附合或环线闭合差(mm)与已知点联测附合或环线偶然中误差M△全中误差Mw平坦地山地±2±42~4DS1因瓦尺往返测各一次往返测各一次

注：L为往返测段，附合或环线的路线长度（以km计）：n：为单程的测站数±8√L

±2√n

高程测量环片姿态测量（（极坐标法测量量）1、长水准尺（3m或4m）应在每环前端端法线面上置平平；2、用全站仪极坐坐标法直接测量量每环中心（一一般是粘贴反射射片）坐标(X,Y)；4、或用三角高程程法测量直接测测量环片中心三三维坐标（X,Y,Z）。长尺法测量示意意图：5、计算环片中中心与隧道设计计中心的偏距，，偏距在盾构前前进方向左侧为为“负”记为“-”，偏距在盾构构前进方向右侧侧为“正”记为“+”。底板高大于设设计高程垂直偏偏差为“正”记为“+，反之垂直偏差差为“负”记为“-”。3、用DS3水淮仪直接测量量每环前端底部部高程；RL/2i说明：1、R为隧道内径，L为长水平尺长度，i为长尺底部与隧道底之间的高差；2、站标高=i+反射片至长尺底部的高h。反射片隧道贯通测量贯通前的测量一般在贯通前150米~200米再进行一次联联系测量与主控控测量，测量方方法与地下主控控测量和联系测测量方法相同。。不另作介绍。。贯通后的测量1.主控测量TCA托架移站必须进进行复测，离贯贯通面50米新移站的托架架掘进5~8环后必须进行复复测，确保盾构构机姿态测量误误差≤±10mm。2.TCA托架测量（频率率、精度控制））一般至少在贯通通前100米测量出洞洞门门中心的实际三三维坐标，向总总工室提供书面面资料，由总工工室下达盾构机机贯通前盾构机机姿态控制技术术指令。3出洞洞门中心三三维坐标复测盾构机破洞后，，应及时组织测测量盾构机姿态态。测量方法一一般有两种，测测量测点三维坐坐标一般为全站站仪直接坐标法法测量法。下面面仅介绍两种方方法的外业测量量方法:1破洞后的盾构机机姿态测量演算工房导向系系统界面导向系统安装说说明VMT的姿态显示图形形TBM远程控制后视棱镜铰接千斤顶伸长测量G1G2G4G3G...n主千斤顶伸长测量V1V2V4V3V...nSLUM-控制单元盾尾间隙测量Disto1Disto2Disto4Disto3Disto5连接到办公室隧道管片TBMSPS---------------------------------------[TBMPLC]（数据采集存储系统）控制中心ELS目标黄色盒子激光经纬仪显示器工业电脑VMT内测量系统主要要组成部分形象象图1、支撑与底板连连接处2、3、托架支撑4、托架底板5、托架固定螺丝丝6、仪器对中制动动螺丝放测量仪器的托托架放后视棱镜的托托架圆棱镜166mmELS激光标靶激光标靶在盾构构机上的位置激光标靶测量仪器正常工工作时的情景一一无线信号发射器器隧道设备布置隧道布置图纸电瓶车溜车管片拼装头断裂裂管片开裂广州地铁二号线线市二宫～江南南西站右线R149环(鞠世健摄)新加坡某地铁隧隧道管片开裂(上海隧道工程股股份有限公司摄摄)盾尾漏浆软土地层喷涌，，出土量增大228环掘进至1600mm，推力大于1800t，刀盘扭矩达80%～90%（4.6MN•m～5.2MN•m），速度却仍然然难以提升，维维持在10mm/min左右。当229环掘进至1200mm，推力大于1800t，扭矩高达80%～100%（4.6MN•m～5.7MN•m），而掘进速度度仍为6mm/min左右，此时刀盘盘密封温度升至至50℃，渣土温度也明明显升高。不断地加水、搅搅拌、出土，起起到了一定效果果，随着部分岩岩块和泥饼的洗洗出，螺旋输送送机开始正常出出土，土仓内土土压逐渐正常。。229环掘进完成。该该环管片共使用用泡沫1桶，出渣20车（约300m3）。四号线大学城专专线【大~小】盾构区间左线盾盾构机盾体侧翻翻－2005年4月29日夜班，左线盾盾构机后点垂直直姿态偏离中心心达到180mm，大小项目部决决定转动刀盘，，以使刀盘前方方底部的豆粒石石搅动，在推进进中纠正盾构机机垂直姿态。－2005年4月30日0点50分时开始启动3个刀盘电机，凌凌晨1点刀盘NO1、2、3电机先后过负跳跳闸（该现象在在平时掘进中出出现较多）。－后启用8个电机运转，但但刀盘仍然无法法转动，出现这这些情况时，从从设备监控系统统中发现故障提提示为电机过负负。－最后做出了启启动10个电机转动刀盘盘的决定，同