马蹄形盾构隧道设计施工及管片预制

马蹄形盾构隧道设计、施工及管片预制主讲人：申志军（教高）

蒙西华中铁路股份有限公司2016年12月内容提纲一、问题的提出二、马蹄形盾构比选三、盾构管片设计与预制四、隧道施工五、关键技术和需研究的问题预留核心土法三台阶开挖法一、问题的提出1.土质山岭隧道施工方法一、问题的提出1.土质山岭隧道施工方法-超前加固一、问题的提出1.土质山岭隧道施工方法-施工机械2、存在的风险安全风险大施工质量差施工进度慢作业环境差机械化程度低隧道塌方软岩大变形拱顶开裂大量施工粉尘洞壁开裂一、问题的提出一、问题的提出3、盾构工法-分类一、问题的提出3、盾构工法-单圆盾构一、问题的提出双圆盾构三圆盾构3、盾构工法-多圆盾构一、问题的提出3、盾构工法-非圆盾构相比于单圆盾构隧道，异形盾构隧道（多圆盾构隧道和非圆盾构隧道）具有断面利用率高、工程造价低的优点。矩形盾构马蹄形盾构椭圆形盾构二、马蹄形盾构方案比选1、依托工程-白城隧道

白城隧道位于陕西省靖边县内，隧道全长3345m，为时速120km单洞双线电气化重载煤运铁路隧道，隧道最大埋深为81m。1、依托工程-白城隧道

二、马蹄形盾构方案比选白城隧道主要穿越地层以粉砂、细砂、砂质新黄土为主，细颗粒含量足够，天然含水量较低，弱透水。2、工程特点二、马蹄形盾构方案比选（1）隧道进出口浅埋段较长，浅埋段为松散的粉细沙地层，不能自稳，容易发生流砂及坍塌。（2）隧道穿越的第四系上更新统砂质新黄土具湿陷性，隧道洞身部分地段位湿陷深度以内，需进行基底处理。二、马蹄形盾构方案比选（3）白城隧道下穿包茂高速、天然气管及供水管段，沉降控制要求高，盾构穿越施工风险存在。二、马蹄形盾构方案比选对比指标矿山法盾构法对比结果安全1、隧道进出口浅埋段为松散的粉细沙地层，不能自稳，容易发生流砂及坍塌。2、洞身砂质新黄土，地层松散，掌子面不易稳定，易坍塌。3.下穿包茂高速、天然气管及供水管段地表沉降不易控制，易导致地表开裂，气管水管开裂等不利影响。且地方交通厅对于穿越包茂高速要求地表设置桥梁跨越。盾构施工具有保压系统和注浆系统，不会出现无支护状态，下穿高速公路、天然气管及供水管可能造成管线及路面变形，出现管线或路面破裂概率很小。盾构法更安全质量1、隧道施工中可能产生超欠挖，二衬混凝土振捣不密实、拱顶填充不密实等质量通病。2、防水板铺设不规范及施工缝处理不到位，易造成隧道渗漏。1、盾构施工采用专业的装备和专业化队伍，盾构管片采用工厂预制法生产，作业更规范、监管更容易，但管片拼装过程可能局部出现错台和破损现象。2、管片接缝采用成熟的防水橡胶，根据地铁隧道对比管片砌块式衬砌防渗效果明显优于复合衬砌。盾构法质量更高环保需要进行土方开挖及喷射混凝土作业，内燃机械洞内作业，粉尘、废气大，施工环境差。采用电动机械密闭施工，基本无粉尘、废气产生。盾构法环保更好工期能满足工期要求。能满足工期要求。均等投资掌子面施工稳定时，投资较低。投资较高，采用成本利润法，总投资较矿山法约高出15%。盾构法投资稍高二、马蹄形盾构方案比选3、施工工法对比4、盾构选型白城隧道主要穿越地层以粉砂、细砂、砂质新黄土为主，细颗粒含量足够，天然含水量较低，弱透水。隧道黄土地基承载力为180kPa，盾构机主机重量与盾体投影面积比值（40kPa）小于该数值，能够保证主机掘进过程中不会下沉。采用土压平衡盾构机掘进时，易于获得流塑性良好的渣土，建立土仓的平衡压力，掘进时能够有效控制地表沉降。并且黄土地层土压平衡盾构施工已经有成功经验，投资要低于泥水平衡盾构。综上所述，本隧道工程应采用土压平衡盾构。二、马蹄形盾构方案比选项目轨面以上有效净空面积轨面以下有效净空面积全部净空面积无砟马蹄形盾构66.115.181.2圆形盾构6919.388.3二、马蹄形盾构方案比选采用马蹄形断面较圆形断面内轮廓可减少约7.1m³，减少部位为圆形断面仰拱底部混凝土仰拱填充，马蹄形断面可显著减少传统盾构的仰拱底部混凝土圬工方，节省工程投资，推荐采用马蹄形盾构断面形式。4、盾构选型二、马蹄形盾构方案比选4、盾构选型世界脾首台简马蹄罩形盾略构工太厂组覆装整梢机图201坟6年7月17日，马蹄形德盾构在炭中铁装撤备国家TBM产业化偷基地成督功下线。二、马畏蹄形盾绞构方案疮比选盾构研外轮她廓高109桑50m遇m、宽11布90裹0m溜m；最大宿推进伶速度60m蹈m/m容in；最大推疾力139短48t；采用慢液压醉驱动矿；开挖面拖设置刀晚盘9个；单个刀窃盘最大目驱动扭贱矩30山44切kn/m；装机及总功顷率372佩6kw。二、彩马蹄盟形盾案构方休案比垦选5、马蹄奶形盾构浩基本设木计参数①整机姐长度11承8m，整血机重惑量160按0t。②采攀用双损螺旋灰输送逼机出圣土，碎连续煎皮带药机运策渣，旺仰拱属栈桥纯同步筋进行煌仰供栽填充畜。③马蹄阴形盾构品体现的浓不仅仅则是断面叔、外观茂上的变瞧化，更逝反映工喝法、技允术上的供革新，雀它能够龙最大程渠度增加饺空间利午用率。开启了炭黄土隧雄道开挖享新模式那。二、龟马蹄插形盾纪构方幕案比普选6、马蹄瞎形盾构溉设计概缩慧况世界首谣台马蹄蒜形盾构描现场组毁装图二、马溪蹄形盾排构方案颗比选世界首外台马蹄荣形盾构捏现场组木装图二、桌马蹄由形盾制构方因案比疏选世界范首台至马蹄致形盾忽构组沉装完农成内吸部图二、谣马蹄从形盾邪构方弯案比营选三、娃隧道暂盾构乔管片公设计毅与预倘制1.管片设诸计情况白城隧依道断面电为3种半眨径4个圆绍形，忍管片副设计末为马句蹄形惠断面忽，设屈计宽闯度16弊00钻mm，厚度500候mm，整环路管片分枣为7片+1片=8片，腰成环锅尺寸罢高度10箱59等0m屿m、宽度115植40m弱m，管许片设钩置奇左偶环催，无帽楔形斩量，晕采取届错缝群拼装留，单泄片管守片最跃重10t，管顾片混慨凝土罩等级C5胡0，抗昼渗等贞级P10。1.管片但设计写情况管片连偷接采用遍螺栓连耕接，环患向44颗RD蝇30螺栓，叮纵向16颗RD3禾6螺栓，岂机械性写能等级8.荒8级。根据绸隧道药埋深宽管片绝分为厦浅埋晚、中衣埋、寨深埋影管片辈。管片葡生产歼共使捕用模忘具4套，8环/天产崇量。坚管片煤采取魔固定径生产皇方式凳，养吐护模雪式采互取蒸禁汽养缴护及距水池帝养护雕。白改城隧醒道共育计需商要190攀2环。三、隧饥道盾构锦管片设撑计与预揉制1.管片设亚计情况断面位置最大弯矩（kN·m）最大弯矩处轴力（kN）配筋（每环）裂缝（mm）超浅埋管片内侧594.01998.48Φ22+4Φ20+2Φ180.16管片外侧673.52617.614Φ200.185浅埋管片内侧647.22816.08Φ22+6Φ200.13管片外侧842.53504.08Φ25+6Φ220.182中埋管片内侧922.94094.48Φ28+4Φ25+2Φ220.164管片外侧1133.05092.814Φ280.189深埋管片内侧622.82628.88Φ22+2Φ20+4Φ180.147管片外侧803.33289.66Φ25+8Φ220.190三、赌隧道谨盾构窝管片乡丰设计符与预雹制2.管片梳预制5月8日开始销预制，浑受天气拨及场地于条件限挂制管片兄预制于11月13日停止恰本年生抽产，截脏至目前远已经生杂产管片96朽6环，管行片剩余93猛6环。现场番贮备辅量满滔足明该年管汉片预谣制复钢工前杨掘进调使用劣量。三、隧佩道盾构舰管片设占计与预育制管片牧钢筋然笼制弯作三、题隧道粥盾构益管片际设计案与预垂制管片包混凝涛土浇久筑三、辉隧道秩盾构剑管片放设计钥与预励制管片赖水池栋养护三、隧武道盾构令管片设尝计与预愧制四、隧躁道施工1.盾构欣掘进白城隧究道马蹄芝形盾构渡于20热16年7月17日在国雄家TB沫M产业柿化中乎心下煌线，201扒6年10月20日首环目负环拼泉装，201卡6年11月11日举行墨始发昏仪式目，目麦前已乞经掘惠进51环，滴合计81丑.6m。本项目市前10腐0环定逆为始赤发段乳，始转发段糕主要贵是设纠备、呢人员蝇磨合掀、掘娘进参豪数及支工序架组织湾优化午阶段患，目费前已漂经初句步掌承握地笑层特善点及峰适合毙地层盗的掘猎进参场数，古单日筋最高贩进度4环（6.狡4m），泥后期语进度胖基本存能保翠证日科均6环（9.6室m）。马蹄形夜盾构首稠环成功芒拼装四、口隧道贱施工掘进滚参数惩控制四、香隧道唤施工马蹄迹形盾暂构掘蔑进出协土情乔况四、微隧道局施工隧道催内碴伤土运龄输连宵续皮狡带机四、隧早道施工洞外议碴土乱运输册系统转载棉皮带悠机弃土场连续娇皮带赔机四、隧宁道施工管片拼布装完成漆后成型赛隧道四、司隧道济施工2.进度计未划（1）201匙6年11月1日～30日饿，月寸掘进64米；（2）201匆6年12月～201隙7年1月，截月掘脆进24昂0米；（3）20老17年2月～201稿7年9月，月诸掘进30功0米；（4）20蠢17年10月，圆月掘纳进160米；（5）201拣7年11月，接府收准备镜、隧道在贯通。在盾构损掘进期省间可进经行仰拱僵可填充展、电缆绵沟槽施冈工、部宵分附属胞工程施期工，沉午降观测偶期内施训工完成油出口明爬洞。四、隧肤道施工五、际关酿键技被术与桐研究晚的问足题1、关键技文术①大断面秒马蹄形柜盾构多悼刀盘联休合分步鞭开挖技卡术②多马负达平骡衡负呜载协贞同驱匀动技碍术③大断面输马蹄形榆盾构管鹊片拼装袭技术④黄土地躺层大断绕面马蹄匆形盾构杜复合式婆渣土改要良技术⑥大断移面马膏蹄形察盾构济管片宪分块镜与接岁头设出计技田术⑦大断小面马筐蹄形跃盾构凭防滚完纠偏描技术⑧大断面称马蹄形葬盾构机陪在线监后测与施站工控制燃技术2